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Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen1 14.12.2010KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen
www.kit.edu
Fachwerkträger für den industriellen HolzbauKarlsruher Tage 2012 – Holzbau: Forschung für die Praxis
Markus Enders-Comberg
Holzbau und Baukonstruktionen2 04.10.2012
Ein Fachwerk ist ein Tragsystem
aus mehreren Stäben, die durch
Gelenke an den Stabenden
miteinander verbunden sind.
Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen3 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
ZugDruck
DruckgurtDruckdiagonale
ZugdiagonaleZuggurt
F F
Holzbau und Baukonstruktionen4 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Offene Fragestellungen:
Wahl der (Holz-) Werkstoffe
Wahl der Verbindungsmittel
Dimensionierung
Bemessung des Fachwerks
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen5 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Bisherige Fachwerkträgerlösungen
Nagelplatten
Stabdübel
Greimbauweise
Eingeklebte Gewindestangen
Verbindungen mit Vollgewindeschrauben
Dübel besonderer Bauart
BVD-Ankerdübel
Induo-Anker
…
Holzbau und Baukonstruktionen6 04.10.2012
Beispielfachwerkträger:
GesamtlängeL = 10.000 mm
HöheH = 1.250 mm
Zug- und Druckgurth / b = 200 mm / 100 mm
Zugdiagonaleh / b = 128 mm / 71 mm
Druckdiagonaleh / b = 100 mm / 100 mm
Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen7 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Bemessung nach EC 5, Kapitel NCI NA. 12.1
Annahme: Stabilitätsversagen nicht maßgebendAusreichend große Vorholzlänge
c,0,kc,α',k 2 2
4c,0,k c,0,k
c,90,k v,k
ff =
f fsin²α' + sinα' cosα' +cos α'
2 f 2 f
c,22,5 ,k
v c,22,5 ,ks,k
f 12,6 N/ mm²
b t fR 44,3 kN
cos²(22,5 )
'
'
Druckanschluss – Stirnversatz
Holzbau und Baukonstruktionen8 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Treppenversatz
Treppenversatz
Maximale Fersenanzahlbei = 45°
hS
90
2
tv
hS
tv
100 mm
160 mm
320 mm
5 mm 12 21 43
10 mm 5 9 21
20 mm 2 4 9
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Holzbau und Baukonstruktionen9 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versatz
Versuchsdurchführung
DIN EN 26891
Versagen bei Lastabfall oder 15 mm Verschiebung
45°
F
Teflon
HEM 140
Holzbau und Baukonstruktionen10 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versatz
Versuchsergebnis
Stirnversatz
GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm)
= 45°
tv = 30 mm
Lokales Ausknicken
Fmean = 128 kN
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen11 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versatz
Versuchsergebnis
Doppelter Versatz
GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm)
= 45°
tv = 30 mm
Fmean = 209 kN
Holzbau und Baukonstruktionen12 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versatz
Versuchsergebnis
Treppenversatz
GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm)
= 45°
tv = 10 mm
Querdruckversagen
Fmean = 216 kN
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen13 04.10.2012
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm
Kra
ft in
kN
Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versatz
Versuchsergebnis
Stirnversatz
Doppelter VersatzTreppenversatz
Strebenquerschnitt: 160 mm x 120 mm
Holzbau und Baukonstruktionen14 04.10.2012
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm
Kra
ft in
kN
Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versatz
Versuchsergebnis
Treppenversatz BSH
Treppenversatz Hybrid-BSH
Strebenquerschnitt: 100 mm x 120 mm (GL28h)
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Holzbau und Baukonstruktionen15 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Bemessung wie Querdrucknachweis für Anschlüsse 45°
Annahme: - Versagen der NH-Lamelle unterhalb der Buchenholzlamelle- Lastausbreitungswinkel 45°- Biegewiderstand der Buchenlamelle bleibt unberücksichtigt- Ausreichend große Vorholzlänge
Druckanschluss – Treppenversatz
c,90,k
c,90 c,90,k
c,90,k
k c,90,k
A 100 (2 30 221) 28100 mm²
R1
k f A
R 1,0 2,7 28100 75,9 kN
R 2 R 107 kN
Fc,90F
GL24h
GL28hyb
Holzbau und Baukonstruktionen16 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckanschluss – Versätze
Zusammenfassung
Tragfähig
Geringe Schwächung
Buche – Doppelte Tragfähigkeit
Querdrucknachweis
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Holzbau und Baukonstruktionen17 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Holzbau und Baukonstruktionen18 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Bemessung nach EC 5
Annahme: Verbindung im Gurt nicht maßgebendStahlblechdicke t = 7 mmStabdübel 8 mm; S235BSH GL24h
Zuganschluss – Stahlblech-Holz-Verbindung
h,o,k k
2,6y,k u,k
k
k
k
f 0,082 (1 0,01 d) 28,7 N / mm²
M 0,3 f d 24000 Nmm
(f ) : R 28,7 32 8 7,35 kN
4 24069(g) : R 28,7 32 8 2 1 4,06 kN
28,7 8 32²
(h) : R 2,3 24069 28,7 8 5,41 kN
1
3,t
2
4,c
0,9 14ef
k
a (3 2 cos ) d 5 8 40 mm
a 80 mm
a 3 d 24 mm
a 3 d 24 mm
an min n;n 2,12
13 d
R 2 4 2,12 4,06 68,8 kN
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen19 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
Allgemeines
Axial beanspruchte Holzschrauben können hohe Kräfte übertragen
Steife Verbindung (Blaß, Bejtka und Uibel 2006)
Unbekanntes Langzeitverhalten bei = 0°
Schrauben werden unter 90° zur Faser eingebracht
Ausziehtragfähigkeit von rechtwinklig zur Faserrichtung eingedrehten
Schrauben in BSP entspricht der Tragfähigkeit von VH bzw. BSH (Blaß und
Uibel 2007)
Längslagen von BSP stehen zur Übertragung der Normalkräfte zur Verfügung
Holzbau und Baukonstruktionen20 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
Versagen der Verbindung:
Stahlversagen
Scherversagen in der Mantelfläche
des Schraubengewindes
Rollschubversagen
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen21 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
Holzbau und Baukonstruktionen22 04.10.2012
Anzahl d ef a1 a1,c f1,k1) f1,mean
VM in mm in mm in mm in mm in N/mm² in N/mm²
16 500
- 48 11,3 12,62)
1 - 40 11,1 12,42)
- 32 11,0 12,32)
1 20
600 - 60 12,4 13,7
700 - 60 10,7 11,9
600 - 50 8,7 11,3
700 - 50 10,6 11,8
800 - 80 8,9 10,2
3 16 50064
3210,3 11,5
48 9,8 10,9
3 20 40080
509,9 11,4
60 9,5 10,6
1) Auswertung nach DIN EN 14358 2) Stahlversagen
Markus Enders-Comberg
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen23 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
Zusammenfassung:
Geeignet
Stahlversagen
Querlagendicke ≥ Gewindeaußendurchmesser
Querzugverstärkung
Klebefuge
Holzbau und Baukonstruktionen24 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Bemessung nach EC 5 und abZ Z-9.1-777
Annahme: Einschraubtiefe im BSP ef = 500 mmGewindestange 16 mmBSP (27 – 17 – 27)
Ausziehtragfähigkeit:
Zugtragfähigkeit Längslage:
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
6 21,k k
ax,k 1,k ef
ax,k
0,9ef
ax,k,ges
f 70 10 10,1 N / mm²
R f d für 90 und d 16 mm
R 10,1 16 500 80,8 kN
wirksame Anzahl n n 1,87
R 1,87 80,8 151 kN
t,k t,kR A f (128 2 27) 16,5 114 kN
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen25 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Rollschubtragfähigkeit:
„Der Bemessungswert der Rollschubfestigkeit fR,d darf für
alle Festigkeitsklassen mit 1,0 N/mm² in Rechnung
gestellt werden.“ (DIN EN 1995-1-1/NA:2010-12)
Zugtragfähigkeit Gewindestangen:
Zuganschluss – Gewindestange in BSP
R,k R,kR A f (2 128 500) 1,0 128 kN
t,u,kR 2 91,5 183 kN
Holzbau und Baukonstruktionen26 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Unbekannte Ausziehtragfähigkeit von Gewindestangen in Hybrid-BSH
Experimentelle Untersuchung mit Hybrid-BSH, Fichte-BSH und Buchenlamellen
Durchmesser: 16 mm und 20 mm
Einschraubtiefen: 200 mm, 120 mm und 40 mm
Kraft-Faser-Winkel: 90°
Zuganschluss – Verankerung im Gurt
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
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Holzbau und Baukonstruktionen27 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Experimentelle Untersuchung
Zuganschluss – Verankerung im Gurt
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Kra
ft in
kN
Verschiebung unten in mm
BSH Hybrid
BSH Fichte
Holzbau und Baukonstruktionen28 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Experimentelle Untersuchung
Zuganschluss – Verankerung im Gurt
Material d in mm s in mm f1 in N/mm² Anzahl
Hybrid 16 200 x̄ = 23,6 5
20 200 x̄ = 24,3 5
Buche 16 40 x̄ = 35,7 10
20 40 x̄ = 26,1 7
Fichte 16 120 x̄ = 13,4 5
20 120 x̄ = 18,7 3
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen29 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Bemessung nach abZ Z-9.1-777
Annahme: Einschraubtiefe im Gurt ef = 283 mm2 Gewindestangen 16 mmGL28hyb (40-120-40)
Ausziehtragfähigkeit:
Zuganschluss – Verankerung im Gurt
6 21,k k
k 1,k
k 1,k
ax,k 1,k ef 1,k,Bu Bu 1,k,Fi Fi
ax,k
ax,k,ges
f 70 10
Buche : Annahme 500 kg / m³ f 17,5 N / mm²
Fichte : Annahme 380 kg / m³ f 10,1 N / mm²
R f d d (f f )
R 59,1 kN
R 2 59,1 118 kN
Holzbau und Baukonstruktionen30 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
DIN 1052, EC 5„Querschnittsschwächungen sind beim Tragfähigkeitsnachweis der Bauteile zu berücksichtigen.“
„Folgende Querschnittsschwächungen dürfen vernachlässigt werden:Querschnittsschwächungen in der Druckzone von Bauteilen, wenn diese Querschnittsschwächungen mit einem Baustoff größerer Steifigkeit als die des Holzes ausgefüllt werden.“
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen31 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
80
200200
16
150
55
6
3030
305
5
190 C:\Dokumente und Einstellungen\Zimmer106.KIT-82375DDD81E\Desktop\Präsentation_EC\druck_200x80.jpg
40
3030
30
4030
Druckversuche:
Anzahl: 250 Versuche
Bauteilabmessung: 480 mm / 80 mm / 200 mm
Querschnittstypen:
Typ A: Ungeschwächt
Typ B: Gewindestange
Typ C: Stabdübel
Typ D: VG-Schrauben
Holzbau und Baukonstruktionen32 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Druckversuche:
A: Ungeschwächt
Netto
Brutto
A1,0
A
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen33 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Druckversuche:
B: Gewindestange
Netto
Brutto
A0,8
A
Holzbau und Baukonstruktionen34 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Druckversuche:
C: Stabdübel
Netto
Brutto
A0,71
A
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen35 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Druckversuche:
D: VG-Schrauben
Netto
Brutto
A0,85
A
Holzbau und Baukonstruktionen36 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Druckversuche:
Ergebnisse:
25
30
35
40
45
50
55
400 425 450 475 500 525 550
Dru
ckfe
stig
keit
im B
rutt
o-Q
S in
N/m
m²
Rohdichte in kg/m³
Ungeschwächt
Gewindestange
Stabdübel
Mittelwert25
30
35
40
45
50
55
400 425 450 475 500 525 550
Dru
ckfe
stig
keit
im B
rutt
o-Q
S in
N/m
m²
Rohdichte in kg/m³
Ungeschwächt
VG-Schrauben
Mittelwert
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen37 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
Druckversuche:
Ergebnisse:
Typfc,brutto
in N/mm²Anetto/Abrutto fc,brutto,X/fc,brutto,A
A1 Ungeschwächt 42,1 1,0 1,0
B Gewindestange 33,3 0,8 0,79
C Stabdübel 31,1 0,71 0,74
A2 Ungeschwächt 39,8 1,0 1,0
D VG-Schrauben 35,8 0,85 0,90
Holzbau und Baukonstruktionen38 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit:
Bemessung nach EC 5 bzw. DIN 1052 unter Berücksichtigung der Schwächungen
Annahme: 13 mm Bohrung für Gewindestange GL28hyb; H / B = 200 mm / 100 mm
Druck parallel zur Faser:
Fachwerkträgergurt – Druckgurt
c,0,k Netto c,0,kR A f 200 (100 13) 24 417,6 kN
200
1613
c,0,k Brutto c,0,kR A f 200 100 24 480 kN
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen39 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
ZugDruck
11
11 +2,94
-2,94
-1,40+1,38
Holzbau und Baukonstruktionen40 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Bauteil Rk,V Rk,E Rk,neu/Rk,alt
DruckdiagonaleStirnversatz 44,3 2x31,6
2,4
Treppenversatz 107 2x76,6
Bauteil Rk,V Rk,E Rk,neu/Rk,alt
DruckdiagonaleStirnversatz 44,3 2x31,6
2,4
Treppenversatz 107 2x76,6
Zugdiagonale
Stahlblech-Holz 68,8 2x49,3
1,7Gewindestange in BSP 114 2x82,0
Verankerung 118 2x85,3
Bauteil Rk,V Rk,E Rk,neu/Rk,alt
DruckdiagonaleStirnversatz 44,3 2x31,6
2,4
Treppenversatz 107 2x76,6
Zugdiagonale
Stahlblech-Holz 68,8 2x49,3
1,7Gewindestange in BSP 114 2x82,0
Verankerung 118 2x85,3
Gurt
Druckgurt Abrutto 480 2x163
0,87Druckgurt ANetto 418 2x142
Zuggurt ANetto 273 2x92,9
Markus Enders-Comberg | Holzbau und Baukonstruktionen
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen41 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Prüfung eines Fachwerkträgers
Gelenkige Auflager
Zwei Kraftkolben zur Lasteinleitung
Ausgesteifter Träger
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0
Kra
ft e
ines
Kol
ben
s in
kN
Verschiebung in mm
Holzbau und Baukonstruktionen42 04.10.2012 Markus Enders-Comberg
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Prüfung eines Fachwerkträgers
Versagen des Trägers bei 2 x 83 kN
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