Europäische Normung im Holzbau Normenpaket, Änderungen gegenüber DIN 1052

Transkript

1 Europäische Normung im Holzbau Normenpaket, Änderungen gegenüber DIN 1052 François Colling Gliederung Normungspaket EC 5 Was hat sich geändert? Sicherheitskonzept Bauteile Verbindungen Zusammenfassung 1

2 Oberstes Ziel der EU: Freier Personen und Warenverkehr Produktanforderungen CE Zeichen ist kein Qualitätssiegel Für den freien Warenverkehr sind Bemessungsnormen eigentlich nicht unbedingt notwendig aber ein Hindernis, wenn sie unterschiedlich sind Auftrag an CEN zur Erarbeitung von EUROCODEs 2

3 10 EUROCODEs: DIN EN 1990 (EC 0): Grundlagen der Tragwerksplanung (Sicherheitskonzept) DIN EN 1991 (EC 1): Einwirkungen auf Tragwerke (Lastannahmen) DIN EN 1992 (EC 2): Stahlbeton und Spannbeton DIN EN 1993 (EC 3): Stahlbau DIN EN 1994 (EC 4): Verbundbau (Stahl und Beton) DIN EN 1995 (EC 5): Holzbau DIN EN 1996 (EC 6): Mauerwerksbau DIN EN 1997 (EC 7): Geotechnik DIN EN 1998 (EC 8): Erdbeben DIN EN 1999 (EC 9): Aluminiumbau Holzbau: EC 5 Teil 1 1: Bemessung für Hochbauten ( kalte Bemessung) EC 5 Teil 1 2: Bemessung für den Brandfall ( heiße Bemessung) EC 5 Teil 2: Bemessung von Brücken Zeitplan Ca. 1995: Erste Generation Eurocodes Bis 2004/2008: Erarbeitung DIN 1052 neu Beeinflussung Überarbeitung EC 5 Vorbereitung auf NA Seit : Zweite Generation Eurocodes verbindlich eingeführt Bemessung nach DIN 1052 nicht mehr zulässig Ausnahmen: Bayern + Hessen: Übergangsfrist bis

4 Produktnormen Trennung Bemessungsnormen Produktnormen Konstrukt kaum mehr zu durchschauen: Produktnormen Bemessungsnormen sog. Deckelnormen, Anwendungsnormen, Produktnormen, Normen mit Werten für die Bemessung, Eurocodes. Produkt Deckelnorm Anwendungsnorm Produktnorm Werte für Bemessung Vollholz DIN EN Keilgezinktes VH DIN EN DIN V DIN EN DIN EN 338 (derzeit DIN 1052, Anhang I) Brettschichtholz DIN EN DIN V DIN EN DIN EN (derzeit DIN 1052) (derzeit DIN 1052) Balkenschichtholz DIN EN DIN V DIN EN DIN EN 338 (derzeit Zulassungen) (derzeit Zulassungen) Furnierschichtholz DIN EN DIN EN Zulassungen Sperrholz DIN EN 636 DIN EN OSB Platten DIN EN 300 DIN EN Spanplatten DIN EN 312 DIN EN Holzfaserplatten: Hart Mittelhart MDF DIN EN DIN V DIN EN DIN EN DIN EN EC 5 / NA EC 5 / NA DIN EN Massivholzplatten Zulassungen Zulassungen DIN EN DIN EN Zementgebundene Spanplatten Zulassungen DIN EN Zulassungen EC 5 / NA Gipsplatten DIN EC 5 / NA Gipsfaserplatten DIN EN DIN EN Zulassungen Stiftförmige Verbindungsmittel DIN EN DIN V DIN EN EC 5 / NA Nicht stiftförmige Verbindungsmittel DIN EN DIN V DIN EN EC 5 / NA Einleitung Sicherheitskonzept Bauteile DIN EN Verbindungen EC 5 / NA Fazit Nagelplattenbinder DIN EN DIN V Zulassungen Zulassungen 4

5 Brettschichtholz: BRL Teil B: DIN EN Rechenwerte nach DIN EN 1194 MLTB: DIN EN Aber: In Anlage MLTB: Vermerk: Nur mit Zulassung!! Es gibt kein BSH nach DIN EN mit Zulassung! In Deutschland nur BSH nach BRL Teil A BSH nach DIN 1052:2008 (als Produktorm) Rechenwerte nach DIN 1052:2008 (Ausnahme: f v,k = 3,5 N/mm²) Entsprechender Hinweis in Änderung A1 des NA Normungspaket EC 5: Eurocode 5 Nationaler Anhang DIN Produktnormen 5

6 Eurocode 5 ist eine Rumpfnorm Es fehlen: Flächentragwerke (z.b. Brettsperrholz), Unverstärkte Durchbrüche, Querzugverstärkungen bei Queranschlüssen, Ausklinkungen, Durchbrüchen, gekrümmten Trägern, Einseitig beanspruchte Zugstäbe, vereinfachte Bemessungsregeln für stiftförmige VM, Fehlflächen A von Dübeln besonderer Bauart, Hirnholzanschlüsse mit Dübeln besonderer Bauart, Blockverklebungen, geklebte Verbindungen, wie z.b. Schraubenpressklebung, eingeklebte Stahlstäbe, Universalkeilzinkenverbindungen, Zimmermannsmäßige Verbindungen (z.b. Versätze), Beispiele für Knicklängenbeiwerte und Kippbeiwerte. Nationaler Anhang (NA) Jedes Mitgliedsland darf: Nationale (sicherheitsrelevante) Parameter festlegen, wie z.b. Materialsicherheitsbeiwerte M, KLED, NKL Ergänzende Regelungen festlegen, die nicht im Widerspruch zu Regelungen des EC 5 stehen dürfen. Schließen von Bemessungslücken In Deutschland: Dank NA Stand DIN 1052 (fast) gehalten 6

7 Geltungsbereich DIN 1052 trotzdem nicht vollständig mit EC 5 und NA abgedeckt! Es fehlen: Einige Materialeigenschaften, Ausführungsregeln, Klebungen. Restnorm DIN NAs der Mitgliedsländer z.t. sehr unterschiedlich!! Auch künftig müssen nationale Besonderheiten berücksichtigt werden Harmonisierung??? Überarbeitung ECs: größter gemeinsamer Nenner Überarbeitung bereits im Gange! 7

8 Gleiches Sicherheitskonzept wie in DIN 1052 Lasten/Einwirkungen nach EC 1 ( DIN 1055) Häufigkeit Belastung Rechenwert nach EC 1 5% Quantile Festigkeit E k x G Q E d x k mod M f k d f d M f k k mod ca. x 1,4 E d d f d ca. x 0,6 0,7 G Q o E k,ec 1 8

9 Erwähnenswert: NA: Neue KLED für Wind! Wind KLED = kurz/sehr kurz Erhöhung der Tragfähigkeit um ca. 10% Positive Auswirkung z.b. bei Gebäudeaussteifung Zu EC 1 Windlasten DIN : Exzentrizität von 10% 0,1 B G W d EC 1: Geringere Last Geringere Exzentrizität Sym. Vollast mit geom. Exz. zunehmend maßgebend 0,075 B G 0,7 W d 9

10 Zug, Biegung Einfluss der Querschnittsabmessungen: k h Ft,0,d t,0,d kh ft,0,d Ab M d k f W m,d h m,d n 150 k h min h 1,3 600 k h min h 1,1 0,2 0,1 bei Vollholz mit h 150 mm DIN 1052: 0,15 bei Biegung bei Brettschichtholz mit h 600 mm Zug, exzentrisch NA: Regelung DIN 1052 übernommen F/2 Me M e F F/2 Me M e Abminderung der Zugfestigkeit 10

11 Fa,d k k f A t,0,d t,e h t,0,d n k t,e = Beiwert zur Berücksichtigung des Zusatzmomentes bei einseitig beanspruchten Zugstäben = 0,4 bei Anschlüssen mit möglicher Verkrümmung der außen liegenden Stäbe = 2/3 bei Anschlüssen, bei denen die Verkrümmung durch ausziehfeste Verbindungsmittel verhindert wird Druck Änderungen: Keine c,0,d F A c,0,d n f c,0,d c,0,d = Bem.wert der Druckspannung in Faserrichtung in [N/mm²] F c,0,d = Bem.wert der Druckkraft in [kn] A n = Netto Querschnittsfläche in [cm²] f c,0,d = Bem.wert der Druckfestigkeit in [N/mm²] 11

12 Schub Einfluss der Rissbildung: k cr Wirksame Breite (k cr b) V d d 1,5 fv,d kcr b h bzw. V 1,5 d k f A d cr v,d k k cr cr 2,0 f v,k 2,5 f v,k bei Vollholz bei Brettschichtholz Keine Veränderung gegenüber DIN 1052 k cr ist keine zulässige Risstiefe! Querdruck Änderungen: Keine Auflagerdruck, Schwellendruck gleich geblieben (A ef : + 3 cm) A b b ü ü ef ef A 1 2 A ef = effektiv wirksame Auflagerfläche b = Breite der Auflagerfläche ef = effektiv wirksame Auflagerlänge A = Auflagerlänge ü 1,ü 2 = Überstände in Faserrichtung, min(3 cm, A, 1 /2) 30 mm la b b 30 mm ü1 ü2 30 mm la ü2 lef lef 30 mm 12

13 Querdruck unter Beilagscheiben: Keine Berechnung von A ef mehr 3 fache Querdruckfestigkeit Druck unter einem Winkel Andere Gleichung für Druckfestigkeit unter einem Winkel DIN 1052: fc,,d fc,0,d 2 2 fc,0,d fc,0,d 4 sin² sin cos cos fc,90,d 1,5 fv,d EC 5: fc,,d k f f c,0,d c,0,d 2 2 c,90 c,90,d f sin cos Versätze sind gleich geblieben (NA) Formel aus DIN

14 Durchbiegungsnachweise Nachweise nach neuer DIN 1052 zu lasch Nach EC 5 darf w g,inst nicht mehr abgezogen werden Niveau der alten DIN 1052 Nachweise in EC 5 und NA nicht eindeutig geregelt Präzisierung in NA/A1 Regelungen aber sehr unübersichtlich, da in EC 5, NA und NA/A1 zerstückelt Nachweise: Nachweise gegen Schäden an Bauteilen: Nachweis der elastischen Durchbiegung: NW 1a: w inst 300 Empfehlung nach NA/A1 Nachweis der Enddurchbiegung: NW 1b: wfin winst wcreep 200 Nachweis gegen optische Beeinträchtigung: unter quasi ständigen Lasten! NW 2: wnet,fin wfin wc

15 Schwingungsnachweise Schwingungen Beeinträchtigen Gebrauchstauglichkeit des Raumes (Computer!) Führen zu Unbehagen der Bewohner Einflussfaktoren Frequenz (störend: < 8 Hz) Amplitude Schwinggeschwindigkeit und Schwingbeschleunigung Dauer der Schwingung (Dämpfung) EC 5: 3 Nachweise Frequenz Steifigkeit (Durchbiegung) Schwinggeschwindigkeit Kein Durchbiegungsnachweis mehr (6 mm) Aber: Keine praxisnahen Regelungen Nachweise nach FV TUM (Hamm, Richter) 1. Differenzierung nach Nutzungsbereich 2. Anforderungen an Deckenaufbau 15

16 Konstruktive Randbedingungen Deckentyp Holzbalkendecken, Trägerroste Massivholzdecken (Brettsperrholz, Brettstapel) innerhalb einer Nutzungseinheit NE TE + S verschiedene Nutzungseinheiten NE + S NE TE + S 2) NE + S 1) TE + S 2) Holz Beton Verbunddecken 3) 3) NE = Nassestrich TE = Trockenestrich S = schwere Schüttung 1) auch mit leichter Schüttung 2) aus Labormessungen, noch nicht in situ überprüft 3) keine Mindestanforderungen an den Aufbau bei Flächengewicht bei g k 300 kg/m² Sind diese Randbedingungen nicht erfüllt, können Schwingungsnachweise nicht erfüllt werden Vorgehen: Konstruktive Anforderungen erfüllt? nein ja Eigenfrequenz f grenz f ja nein ja Eigenfrequenz 4,5 Hz f ja Beschleunigung a a grenz nein nein Zu erwarten: Querschnitte 12/24 cm Stützweiten 4,50 m Steifigkeit w w grenz nein ja Nachweis erfüllt Nachweis nicht erfüllt 16

17 Nachweis der Eigenfrequenz Einfeldträger: E f1 f 2 grenz [Hz] 200 g k Nur EG Decke! Nicht mehr g+ 2 p! mit = Deckenspannweite in [m] E = Elastizitätsmodul in [N/mm²] I = Flächenmoment 2. Grades in [cm 4 ] g k = Eigengewicht der Decke in [kn/m] f grenz = Grenzfrequenz Grenzwert Innerhalb einer Nutzungseinheit Zwischen fremden Nutzungseinheiten Balken Decke Balken Decke f grenz 6 Hz 8 Hz Nachweis der Steifigkeit schärfster Nachweis Einfeldträger: 6 w 1kN[ mm] 2, wgrenz mm E 3 mit = Deckenspannweite in [m] E = Elastizitätsmodul in [N/mm²] I = Flächenmoment 2. Grades in [cm 4 ] w grenz = Grenzwert Grenzwert Innerhalb einer Nutzungseinheit Zwischen fremden Nutzungseinheiten Balken Decke Balken Decke w grenz 1,0 mm 1) 0,5 mm 1) 1) w grenz kann nach Vereinbarung mit den Nutzern z.b. um einen Faktor 1,5 erhöht werden. 17

18 Stabilitätsnachweise Knicken, Kippen gleich geblieben Knicken: Fc,0,d k f A c,0,d c c,0,d Kippen: M d k k f W m,d crit h m,d DIN 1052: k m Überlagerung Knicken + Kippen: anders geregelt Knicken um schwache y Achse: DIN 1052: EC 5: c,0,d m,y,d m,z,d kred 1 kc,y fc,0,d km fm,y,d fm,z,d c,0,d m,y,d m,z,d 1 k c,y fc,0,d kcrit kh fm,y,d fm,z,d 2 Aber nur für h/b 4! h/b > 4: Genauerer Nachweis, z.b. Th. II.O. 18

19 Verbindungen/Verbindungsmittel Neue Begriffe: Kräfte + Tragfähigkeiten: Einwirkende Kraft: Tragfähigkeit eines VM: Beanspr. auf Abscheren: Beanspr. auf Herausziehen: F Index E Index R Index v Index ax char. Wert Bem.wert Einwirkende (Abscher )Kraft F v,ek F v,ed Tragfähigkeit auf Abscheren F v,rk F v,rd Tragfähigkeit auf Herausziehen F ax,rk F ax,rd Allgemeines Sehr vieles ist gleich geblieben (dank NA) VM nach EC 5 grundsätzlich mit M = 1,3 Aber modifizierte Johansen Gleichungen: 2 1,15 2 My,Rk fh,1,k d 1 M = 1,1 Nach EC 5: Nach NA: alle Johansen Gleichungen berechnen Vereinfachte Berechnung nach DIN 1052: Versagensfall: 2 Fließgelenke Lin. Abminderung bei zu geringen Holzdicken M = 1,1 19

20 8.1.4 Schräganschlüsse Querzugnachweis Nur anwendbar auf 1 VM Reihe! Für mehrere VM Reihen: NA/A1: Querzugnachweis für angehängte Lasten nach DIN Stiftf. VM auf Abscheren Johansen Gleichungen explizit mit Einhängeeffekt angegeben: 2 Fax,Rk 1,15 2 My,Rk fh,1,k d 1 4 Begrenzung: Stabdübel u. Nägel vorgebohrt: max. 0% von Johansen Bolzen/Passbolzen: max. 25% von Johansen Profilierte Nägel: max. 50% von Johansen Schrauben: max. 100% von Johansen Nägel, nicht vorgebohrt: max. 15% von Johansen wie nach DIN 1052 DIN 1052: 0% 20

21 Anhang A Bei VM Gruppe: Nachweis auf Blockscheren (wie DIN 1052) 8.3 Nagelverbindungen, Abscheren Nägel mit d > 6 mm sollten vorgebohrt werden. Lochleibungsfestigkeit f h,k und Fließmomente M y,rk wie in DIN 1052 Übergreifen von Nägeln wie in DIN d 4 d Spaltgefahr bei hintereinander liegenden Nägeln: Nicht versetzte Nagelung: Versetzte Nagelung: nageln! k n ef h,ef nh nh,ef n k ef Nagelabstand a n. vb. vb. a 1 = 14 d 1,0 1,0 a 1 = 10 d 0,85 0,85 a 1 = 7 d 0,7 0,7 a 1 = 4 d --- 0,5 a Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden 21

22 8.3 Nagelverbindungen, Abscheren Mindestabstände Nicht vorgebohrt k 420 kg/m³ Vorgebohrt EC 5 DIN 1052 EC 5 DIN 1052 d < 5 mm: (5+5 cos) d d < 5 mm: (5+5 cos) d a1 (4+cos) d (3+2 cos) d d 5 mm: (5+7 cos) d d 5 mm: (5+7 cos) d a2 5 d 5 d (3+sin) d 3 d a3,t (a1,t) a3,c (a1,c) a4,t (a2,t) a4,c (a2,c) (10+5 cos) d 10 d d < 5 mm: (5+2 sin) d d 5 mm: (5+5 sin) d d < 5 mm: (7+5 cos) d d 5 mm: (10+5 cos) d d < 5 mm: 7 d d 5 mm: 10 d d < 5 mm: (5+2 sin) d d 5 mm: (5+5 sin) d (7+5 cos) d 7 d d < 5 mm: (3+2 sin) d d 5 mm: (3+4 sin) d (7+5 cos) d 7 d (3+4 sin) d 5 d 5 d 3 d 3 d 8.3 Nagelverbindungen, Herausziehen KLED = ständig/lang Profilierung Glattsch. Nägel bis KLED = mittel belastbar (DIN 1052: nur kurz) Herausziehen: Kopfdurchziehen: f ax,k [N/mm 2 ] Nageltyp EC 5/NA DIN 1052 glattschaftig k k SoNa k k SoNa k k SoNa k k NA f head,k [N/mm 2 ] Nageltyp EC 5/NA DIN 1052 glattschaftig k k SoNa - A k k SoNa - B k k SoNa - C k k SoNa - D k --- SoNa - E k --- SoNa - F k

23 8.4 Klammern Weitestgehend wie nach DIN 1052 Teilweise andere Mindestabstände 8.5 Bolzen f h,k und M y,rk wie nach DIN 1052 Bei f h,k wurde LVL aufgenommen Mindestabstände: Bolzen und Gewi Stangen EC 5 DIN 1052 a1 (4+cos) d (3+2 cos) d (mind. 4 d) a2 4 d 4 d 7 d (mind. 80 mm) α < 30 : 4 d α 30 : (1+6 sin) d (2+2 sin) d 3 d (mind. 3 d) a4,c 3 d 3 d a3,t (a1,t) a3,c (a1,c) a4,t (a2,t) 7 d (mind. 80 mm) 7 d sinα (mind. 80 mm) 23

24 8.5 Bolzen n ef bei Spaltgefahr: 0,9 vorh. a n 4 1 h,ef,0 nh n 13 d schärfer als nach DIN 1052! 4 Bolzen mit a 1 = 5 d: n ef = 2,742 h DIN 1052: 0,9 vorh. a n 4 1 h,ef,0 nh n 10 d n ef = 2,928 h Vorbohren: Im Holz: d Loch d Bo + 1 mm (wie DIN 1052) Im Stahl: d Loch d Bo + max(2 mm; 0,1 d Bo ) Herausziehen (Querdruck U Scheibe): Pauschal mit 3,0 f c,90,k gerechnet (nicht mit A ef ) Bei Stahlblech als Unterlage: 2 12 t A d ef / 4 mit def min 4 d 8.6 Stabdübel/Passbolzen Berechnung wie Bolzen Mindestabstände: Stabdübel und Passbolzen EC 5 DIN 1052 a 1 (3+2 cos) d (3+2 cos) d a 2 3 d 3 d a 3,t (a 1,t ) 7 d (mind. 80 mm) α < 30 : a 3,c 3 d (a 1,c ) α 30 : a 3,t sin (mind. 3 d) a 4,t (2+2 sin) d (a 2,t ) (mind. 3 d) 3 d a 4,c 3 d 3 d 7 d (mind. 80 mm) 7 d sinα (mind. 3 d) 24

25 8.7 Schrauben, Abscheren Schrauben mit teilweise glattem Schaft: wenn Schaft mindestens 4 d zu beiden Seiten der Scherfuge: wenn Gewinde in Nähe der Scherfuge: d ef = 1,1 d Kern d ef = d d 6 mm: d < 6 mm: wie Bolzen wie Nägel (DIN 1052: 8 mm) Vorbohren: bei d 6 mm (DIN 1052: 8 mm) Getrennt für Schaft (d) + Gewinde ( 0,7 d) 8.7 Schrauben, Herausziehen Andere Regelungen als nach DIN 1052 Anpassung an Zulassungen von Vollgewindeschrauben 25

26 8.9 Dübel besonderer Bauart Regelungen nahezu identisch mit DIN 1052 Berechnung der Tragfähigkeiten mit Beiwerten k 1 k 4 : Typ A1/B1 (Appel): Typ C1/C2 (Bulldog): Typ C10/C11 (Geka): c v,0,rk F k k k k 0,035d min k1k 30,0315 dc he 1, c v,0,rk c ,5 c F k k k 0,018 d v,0,rk c ,5 c F k k k 0,025 d k 1 : Beiwert für Holzdicke k 2 : Beiwert für Abstand zum beanspruchten Hirnholz k 3 : Beiwert für Rohdichte k 4 : neuer Beiwert für Stbl. Holz Verb. bei Appel (k 4 = 1,1) Wie nach DIN Dübel besonderer Bauart Mindestabstände: Dübeltyp A1/B1 und C10/C11 Dübeltyp C1/C2 EC 5 DIN 1052 EC 5 DIN 1052 a1 (1,2 + 0,8 cos) d c (1,2 + 0,8 cos) d c (1,2 + 0,3 cos) d c (1,2 + 0,3 cos) d c a2 1,2 d c 1,2 d c 1,2 d c 1,2 d c a3,t 1,5 d (2,0 d c ) c a 2,0 d c 2,0 d (1,5 d ) c c a 1,5 d c α < 30 α < 30 a3,c 1,2 d c 1,2 d c 1,2 d c 1,2 d c α 30 α 30 (0,4 c + 1,6 sin) d (0,4 c + 1,6 sin) d (0,9 + 0,6 sin) d c (0,9 + 0,6 sin) d c a4,t (0,6 + 0,2 sin) d c (0,6 + 0,2 sin) d c (0,6 + 0,2 sin) d c (0,6 + 0,2 sin) d c a4,c 0,6 d c 0,6 d c 0,6 d c 0,6 d c a Druckfehler EC 5? 26

27 8.9 Dübel besonderer Bauart Identisch mit DIN 1052: Abminderung Winkel Kraft/Faser bei Appel Berechnung n ef Appel nur in NKL 1 u. 2 Hirnholzanschlüsse (NA) Neu: Regelung zu versetzter Dübelanordnung mit reduzierten Abständen 2 2 a1 a2 k k 1 NA 11.2 Eingeklebte Stahlstäbe Identisch mit DIN

28 NA 12 Zimmermannsmäßige Verbindungen Versätze Identisch mit DIN 1052 Zapfen Holznägel (Eiche) Fazit Europäische Normung = komplexes Gebilde Trennung Bemessungsnormen Produktnormen unglücklich Bemessung nach EC 5 sehr ähnlich mit DIN 1052 (dank NA) Ziel muss sein: größter gemeinsamer Nenner Überarbeitung der ECs ist im Gange! Mitarbeit der Praxis jetzt! Nicht erst, wenn alles zu spät ist! 28

29 ??? NDI Normenpakete Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 29