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Bauforschung
Einspannung von Holzstützen durchVerguss im Betonfundament
Untersuchungsstufe II
F 1797
Fraunhofer IRB Verlag
F 1797
Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopiedes Abschlußberichtes einer vom Bundesmini sterium fürVerkehr, Bau- und Wohnungswesen -BMVBW- geför-derten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeitenthaltenen Darstellungen und Empfehlungen gebendie fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diesewerden hier unverändert wiedergegeben, sie gebennicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebersoder des Herausgebers wieder.
Dieser Forschungsbericht wurde mit modernstenHochleistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt.
Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedochnicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt vonder reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptesab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstellezur Verfügung gestellt wurde.
© by Fraunhofer IRB Verlag
Vervielfältigung, auch auszugsweise,nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages.
Fraunhofer IRB Verlag
Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau
Postfach 80 04 69
70504 Stuttgart
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart
Telefon (07 11) 9 70 - 25 00Telefax (07 11) 9 70 - 25 08
E-Mail [email protected]
www.baufachinformation.de
EINSPANNUNG VON HOLZSTUTZEN DURCH VERGUSS
IM BETONFUNDAMENT
Untersuchungen
durchgeführt im Auftrag der Entwicklungsmeinschaft
Holzbau (EGH) in der Deutschen Gesellschaft für Holz-
forschung e.V.
mit Förderung durch das Bundesministerium für Raum-
ordnung, Bauwesen und Städtebau, Bonn
am Lehrstuhl für Baukonstruktion und Holzbau
Technische Universität München
1981
Sachbearbeiter:Leiter:
Prof.Dr.-Ing.B.Heimeshoff Dipl.-Ing. W. Eglinger
1
Ermittlung des Verhaltens von in Betonfundamenten
eingegossenen und eingespannten Holzstützen.
Untersuchungsstufe II
Inhaltsangabe
1 Einleitung
2. Aufgabenstellung und angestrebtes Ergebnis
3. Messung der Holzfeuchtigkeit im eingegossenen Bereichder Stützen
3.1 Ausführung der Modellstützen
3.2 Meßvorrichtung zur Bestimmung der Holzfeuchtigkeit
3.3 Ummantelung des Stützenfußes
3.4 Ausgangsholzfeuchtigkeit und Lagerungsbedingungen
3.5 Ergebnisse der Holzfeuchtigkeitsmessung
3.6 Folgerungen aus den Versuchsergebnissen
4. Verformungen und aufnehmbare Lasten eingespannterStützen mit wirklichkeitsnahen Abmessungen
4.1 Ausführung der Stützen
4.2 Versuchseinrichtung
4.3 Versuchsdurchführung
4.4 Ergebnisse und Folgerungen
4.5 Vorschlag für ein Berechnungsverfahren
5. Zusammenfassüng
6. Literaturangabe
2
1. EINLEITUNG
Aufbauend auf den Ergenissen der Untersuchungsstufe I [1]
des oben genannten Forschungsvorhabens, in der Witterungs-
und Belastungsversuche an kleinen Modellkörpern durchgeführt
wurden, sah die Stufe II Versuche an Stützen mit wirklich-
keitsnahen Abmessungen vor. Dabei wurde die Tauglichkeit der
Stützenfußummantelung untersucht, und es wurde versucht, ein
möglichst zutreffendes Bemessungsverfahren für die Stützen-
einspannung zu entwickeln.
2. PROBLEMSTELLUNG UND ANGESTREBTES ERGEBNIS
Bei den Untersuchungen waren insgesamt zwei Forderungen zu
erfüllen:
- Schutz der eingegossenen Stützen vor Durchfeuchtung von
außen. Dies sollte durch Messung der Holzfeuchtigkeit
über einen längeren Zeitraum im eingegossenen Bereich an
Modellstützen sichergestellt werden;
- eine wirklichkeitsnahe Ermittlung des Trag- und Verfor-
mungsverhaltens der Stützen im Einspannungsbereich. Dazu
wurden Belastungsversuche bis zum Bruch an Stützen mit
realen Abmessungen durchgeführt. Damit war ein Bemessungs-
verfahren für die erforderliche Einspanntiefe zu entwik-
keln.
2.1 SCHUTZ DES STÜTZENFUSSES VOR DURCHFEUCHTUNG VON AUSSEN
Ausgehend von den Ergebnissen der Untersuchungsstufe I wur-
den aus dem handelsüblichen Angebot drei Beschichtungsmate-
rialien ausgesucht, die an jeweils 4 Modellstützen erprobt
wurden.
2.2 BEANSPRUCHUNG UNTER BELASTUNG
Um das Verhalten der Fußeinspannung unter Belastung zu er-
mitteln, wurden Stützen aus Brettschichtholz mit Querschnitts
abmessungen b/d = 16/16, 16/36 und 16/50 hergestellt, wobei
je Querschnitt 4 bis 5 Prüfkörper untersucht wurden.
Die Einbindetiefe wurde einheitlich mit 2 d angesetzt. Die-
ser Wert resultiert aus den Versuchen der Untersuchungsstufe I,
wo sich gezeigt hatte, daß bei geringeren Einspanntiefen die
Prüfkörper aus dem Köcher herausgezogen wurden.
Die Stützen wurden mit einer Einzellast belastet, die am
Stützenfuß ein Biegemoment und eine Querkraft bewirkte. Da-
bei wurden für verschiedene Laststufen Verformungen an mehre-
ren Stellen gemessen. (s. Versuchsaufbau)
2.3 ANGESTREBTES ERGEBNIS
Ziel der Untersuchungsstufe II des Forschungsvorhabens war
es, geeignete Materialien und Beschichtungsmethoden für die
Stützenfußummantelung zu finden, um ein Eindringen von Feuch-
tigkeit in die Holzstütze zu verhindern und eine dauerhafte,
kraftschlüssige Verbindung zwischen Betonfundament und Holz-
stütze zu gewährleisten.
Weiterhin sollte unter Beachtung der Versuchsergebnisse ein
Rechenverfahren ausgearbeitet werden, das der Bemessung der
Stützeneinspannung zugrundegelegt werden kann.
4
3. MESSUNG DER HOLZFEUCHTIGKEIT IM EINGEGOSSENEN BEREICH
DER STUTZEN
3.1 AUSFUHRUNG DER MODELLSTUTZEN
Die Ausführung der Stützen entsprach denjenigen, von Unter-
suchungsstufe I. Die insgesamt 12 Modellstützen aus Brett-
schichtholz mit einem Querschnitt von 6/6 cm und einer Länge
von1,0 m wurden nach der Ummantelung des Stützenfußes mit
glasfaserverstärktem Kunstharz mittels Zementmörtel in die
Köcher der Betonwürfel eingegossen.
An die Qualität des Betons der Fundamentwürfel wurden keine
besonderen Anforderungen gestellt. Es sollte ein üblicher
Fundamentbeton der Festigkeitsklasse B 15 verwendet werden.
Um bei der relativ geringen Stützlänge einen Feuchtigkeits-
austritt über die Hirnholzflächen möglichst gering zu halten,
wurden diese mit Epoxidharz abgedichtet.
Die Abmessungen sind aus Bild 1 zu entnehmen!
3.2 MESSVORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER HOLZFEUCHTIGKEIT
Auch bei der Wahl der Meßvorrichtung konnte weitgehend auf
die Erfahrungen der Untersuchungsstufe I zurückgegriffen
werden.
Zur Bestimmung der Holzfeuchtigkeit wurde ein elektrisches
Meßgerät verwendet, das auf dem Prinzip der Widerstandsmes°
sung beruht. Als Elektroden dienten Messingschrauben 1,7/10
mit Rundkopf nach DIN 96. Die Schrauben wurden von außen in
das Holz eingeschraubt und die Meßkabel in den Schlitz des
Schraubenkopfes eingelötet.
Bild 1: Modellstützen zur Messung der Holzfeuchtigkeit
Anschluß am Holz ->feuchtemeßgerät
Stützenummantelungaus glasfaserver -stärktem Kunstharz
Elektroden zurMessung derHolzfeuchtigkeit
8N
6
Der Abstand der Messingschrauben mit e = 20 mm entspricht
dem Elektrodenabstand des verwendeten Meßgerätes (Lignometer
H 30). Die Messung der Holzfeuchtigkeit erfolgte rechtwink-
lig zur Faserrichtung des Holzes.
Die Schraubenköpfe mit dem eingelöteten Meßkabel wurde mit
Epoxidharz vergossen.
Um weitgehend den gesamten eingegossenen Bereich des Stützen-
fußes zu erfassen, wurdenpro Stütze zwei Meßstellen angeord-
net. Bei einer Stützeneinbindetiefe von h = 12 cm liegt die
Meßstelle 1 h/6 = 2,0 cm vom Stützenende entfernt, die Meß-
stelle 2 befindet sich im Abstand h/3 = 4 cm unter der Funda-
mentoberkante.
Die Lage der Meßstrecken im eingegossenen Stützenteil zeigt
Bild 2
Stütze ausBrett schi cht-holz
Meßkabel
Vergußmörtel
:
ItMc)
10 10
20
60
200
Betont undament
101
200
10
60
2010
0
Bild 2: Lage der Meßstellen zur Bestimmung der Holzfeuchtigkeit
7
3.3 UMMANTELUNG DES STUTZENFUSSES
Der Schutz des Stützenfußes vor einer Durchfeuchtung von
außen soll durch eine Beschichtung des Holzes erreicht
werden. Um Zugkräfte in der Kunstharzbeschichtung infolge
Quellen des Holzes ohne Rißbildung in der Ummantelung auf-
nehmen zu können, wurde eine Verstärkung mit Glasfaser-
schnipseln vorgesehen.
Die Kanten wurden im Einspannbereich nicht abgerundet
(Arbeitsersparnis).
Für die Beschichtung wurden folgende Materialien verwendet:
Material A : Zwei-Komponenten
Teerepoxidharz Krautoxin 1483 (Krautolwerke)
B : Zwei-Komponenten
Epoxidharz Wevo EP 20 + Härter B 20
(Klemmtechnik)
C : Polyesterharz + Härter (Follmann u. Co)
Auf das Hirnholz und den Schaft der Stütze wurde jeweils
ein zweimaliger Anstrich mit dem Pinsel aufgebracht, wobei
dem Harz ca. 2,5 - 5% Gewichtsanteile Glasfaserschnipsel
(2 - 3 cm lang) beigemengt wurden. Bei diesem Mischverhält-
nis war eine gute Streichfähigkeit gewährleistet.
Der zeitliche Abstand der Anstriche wurde jeweils der Empfeh-
lung der Hersteller entnommen.
Eine Unverträglichkeit von den genannten Materialien mit den
üblicherweise verwendeten Holzschutzmitteln ist nach den An-
gaben der Hersteller aufgrund ihrer Erfahrungen nicht zu be-
fürchten. Versuche dazu werden jedoch noch durchgeführt.
8
3.4 AUSGANGSHOLZFEUCHTIGKEIT UND LAGERUNGSBEDINGUNGEN
Die Ausgangsholzfeuchte der Modellstützen betrug 7 - 8%.
Sie wurden im Gegensatz zur Untersuchungsstufe I alle im
Normklima mit Lufttemperatur T = 20°C
und Luftfeuchtigkeit w = 65 %
aufbewahrt.
Bei jeweils der Hälfte der Probekörper standen die Fundament-
würfel bis zu einer maximalen Höhe von 14 cm im Wasser.Dadurch
lag die Luftfeuchtigkeit im Bereich der Fundamentoberkante
höher als im übrigen Raum.
3.5 ERGEBNISSE DER HOLZFEUCHTIGKEITSMESSUNG
(Anlage 1 - 3)
Die Messung der Holzfeuchtigkeit vor dem Verguß der Stützen
in die Betonwürfel zeigte, daß durch den Beschichtungsvorgang
mit Material A und C bereits eine Zunahme des Feuchtigkeits-
gehaltes im Bereich der Meßstelle 1 meßbar war,während bei Mate-
rial B keine Feuchtigkeitsaufnahme festgestellt wurde.
Aus dem Verguß mit Zementmörtel resultierte ein weiterer An-
stieg der Holzfeuchtigkeitswerte. Etwa eine Woche nach dem
Verguß betrug die Zunahme der Holzfeuchtigkeit
bei Material A:o u = 1 - 2%
bei Material B:o u = 0 - 2,5%
bei Material C:o u = 0 - 2,5%
Nach siebenmonatiger Lagerung wurden als "Endwerte" folgende
Holzfeuchtigkeiten gemessen:
Material A:
im Trockenen: u = 12,5 - 14,5 %
im Wasser . u = 13,0 - 14,5 %
9
Material B:
im Trockenen: u = 11,0 - 11,5 %
im Wasser u = 12,0 - 13,0 %
Material C:
im Trockenen: u = 12,0 - 12,5 %
im Wasser u = nicht mehr meßbar.
Eine Kontrolle nach 11 Monaten ergab keine wesentliche Ände-
rung!
Bei allen Modellstützen, die mit Material A und B beschich-
tet waren, konnte weder an den unbewehrten Betonwürfeln,
noch am Vergußmörtel eine Rißbildung beobachtet werden. Die
kraftschlüssige Verbindung zwischen Stütze und Fundament
war während des gesamten Beobachtungszeitraumes voll gewähr-
leistet.
Hingegen zeigten die Betonwürfel der Stützen, die mit Mate-
rial C beschichtet waren nach etwa dreimonatiger Einstel-
lung im Wasser Rißbildungen; sodann wurden die Würfel nach
allen vier Ecken hin gesprengt, so daß die Holzstütze un-
mittelbar im Wasser stand. Das Beschichtungsmaterial wurde
so spröde, daß es abzublättern begann.
3.6 FOLGERUNGEN AUS DEN VERSUCHSERGEBNISSEN
Die Versuche haben gezeigt, daß eine Beschichtung mit Mate-
rial A und B (Epoxidharz) geeignet ist, die Stütze vor
Feuchtigkeit zu schützen. Eine Beimengung von Glasfaser-
schnipseln, wie oben beschrieben, ist notwendig und vom Ar-
beitsaufwand vertretbar.
Eine Beschichtung mit Polyesterharz (Material C) ist auf-
grund der großen Sprödigkeit nicht geeignet, eine Feuchtig-
keitsaufnahme wirksam zu verhindern.
Um eine einwandfreie, lückenlose Beschichtung zu garantieren
und sämtliche Risiken auszuschalten, wird die Einhaltung fol-
gender Maßnahmen empfohlen:
- Die Beschichtung darf nur von erfahrenen Firmen aufge-
bracht werden. Es erscheint zweckmäßig, die Ausführung
auf die Firmen mit Leimgenehmigung zu beschränken.
- Diese Art der Einspannung darf nur angewendet werden für
Stützen, die nicht unmittelbar der Witterung ausgesetzt
sind,
- die im Einspannbereich nicht durch Biegemomente aus
ständigen Lasten beansprucht werden
- und deren Fundamentsohle mindestens ca. 0,5 m über dem
höchsten Grundwasserstand liegt.
- Die Höhe der Beschichtung muß bis Oberkante Fertigfußbo-
den, mindestens aber 5 cm über Köcheroberkante geführt
werden.
- Als alternative Schutzmaßnahme soll eine verschweißte, in
das Köcherfundament einbetonierte Blechummantelung mit
Blechstärken von 1 bis 2 mm gelten, die dann mit dem Be-
schichtungsmaterial ausgegossen wird. Um einen ausreichen-
den allseitigen Schutz zu gewährleisten, ist als Unter-
schicht Quarzsand (etwa 0,5 cm dick) vorzusehen.
. VERFORMUNGEN UND AUFNEHMBARE LASTEN VON EINGESPANNTEN
STÜTZEN MIT WIRKLICHKEITSNAHEN ABMESSUNGEN
4.1 AUSFÜHRUNG DER STÜTZEN
Für die Belastungsversuche wurden brettschichtverleimte Stüt-
zen der Güteklasse I mit den Querschnittsabmessungen b/d
= 16/16, 16/36 und 16/50 und einer Länge von 2,0 bzw. 3,0 m
verwendet.
Die Beschichtung des Stützenfußes erfolgte entsprechend Ab-
schnitt 3.3 mit Epoxidharz.
Je Querschnitt wurden 4 bzw. 5 Versuche durchgeführt.
Aufgrund der Ergebnisse der Untersuchungsstufe I bezüglich
der Einspanntiefe wurden alle Versuche mit der Einspanntiefe
von t = 2d ausgeführt. (Geringere Tiefen führten häufig zum
Herausziehen aus dem Köcher).
4.2 VERSUCHSEINRICHTUNG
Am Stützenfuß einer eingespannten Stütze treten Biegemomente
auf, welche über das Fundament in dem Baugrund einzuleiten
sind. Bei den vorliegenden Untersuchungen war die Übertra-
gung der Momentenbeanspruchung von der Stütze auf das Funda-
ment von Interesse.
Um die bei den vorhandenen Querschnitten auftretenden großen
Schnittgrößen aufbringen zu können und einen wirtschaftlichen
Versuchsablauf zu ermöglichen, wurde eine horizontale Anord-
nung der Stütze gewählt, wobei die Kräfte vertikal aufge-
bracht werden konnten.
Ansicht und Schnitt der Versuchseinrichtung für die Stütze
16/50 sind in Bild 3 und 4 dargestellt.
Für die weiteren Serien mit geringeren Stützenabmessungen
(16/36 bzw. 16/16), wurde das obere U-Profil entsprechend
tiefer gesetzt, so daß es wieder mit den außen angeschweiß-
ten Winkelprofilen verschraubt werden konnte.
Das Stahlbetonfundament wurde durch den Stahlköcher simu-
liert, wobei die Versuchsstützen mit einer 5 cm starken Be-
tonschicht in den Köcher eingegossen wurden. Der Beton mit
Zuschlagstoffen der Korngruppe 0/4 ( 70%) und 4/8 (30%) ent-
sprach einem B 25. Die Erhärtungszeit betrug acht Tage, die
fr'e e ±---e e e
V 25
IL_
41
0
ANSICHTA-306-4 1/ 11
2/ /4,V/rohe Schraube M 24 A is
1000 500 500
Bild 3: Versuchsanordnung für die Belastungsversuche
Verformungsmessung:
Kraftmessung
Cco^
Schnitt A-A
zso —711--
386 —^
Bild 4: Querschnitt der Versuchsanordnung
7 -Tage Würfelfestigkeit lag zwischen 21 - 26 N/mm2.
Durch die vertikale Belastung und die gelenkigen Auflage-
rungen an den Enden war es ohne weitere Maßnahmen möglich,
die erforderlichen Lasten bis zum Bruch aufzubringen.
Gemessen wurden die Durchbiegung des Stahlköchers an den Ein
-spannstelle , die Eindrückung am Köcher , die Ein
-drückung am Auflager 3 und die Durchbiegung in Stützen
-mitte. (4
Aufgrund der sehr viel größeren Steifigkeit des Stahlkastens
gegenüber der Holzstütze wurde die Verbiegung des Kastens
rechnerisch vernachlässigt. Die tatsächliche Verformung am
Stützenkopf läßt sich aus den gemessenen Verformungen
v 1 , v2 und v3 ermitteln. Die Größe der für die Stütze wirk-
samen Einzellast wurde mittels einer Kraftmeßdose festge-
stellt, die unter einer Stahlplatte 18/28 cm am Auflager,
Pkt. II, eingebaut war.
4.3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
Die im Köcher eingebauten Stützen wurden durch den Zylinder
im Pkt. I stufenweise belastet, und zwar in Schritten von
50 KN für die Querschnitte 16/50 und 16/36 und in Schritten
von 10 KN für den Querschnitt 16/16. Alle Verformungen sowie
die Auflagerkraft im Pkt. II wurd€nin Abhängigkeit von der Last
in Pkt. I aufgezeichnet. Daraus ergaben sich die in Anlage
4 - 6 dargestellten Last- Verformungsdiagramme. Alle Ver-
suchskörper wurden bis zum Bruch belastet,wobei sowohl Schub-
und Zugbrüche als auch eine Kombination beider Brucharten
auftraten (s. Anlage 7).
Die-Eindrückung (Stelle 2) am Kasten betrug beim Bruch
maximal
5,3 mm bei Serie 1
6,0 mm bei Serie 2
4,0 mm bei Serie 3.
In der Zugzone wurden die Stützen maximal 12 mm aus der Be-
tonumhüllung herausgezogen.
4.4 ERGEBNISSE UND FOLGERUNGEN
Bei der Wertung der Versuchsergebnisse ist zu beachten, daß
im Versuch eine Momentenbeanspruchung ohne Normalkraft vor-
liegt, während bei den praktischen Fällen wohl stets eine
Beanspruchung aus M und N (Druck) auftritt. Die reine Mo-
mentenbelastung ist also als ungünstig anzusehen, da für
die Stützenbemessung i.a. eine Kombination aus M u. N maß-
gebend sein wird. Dadurch ergeben sich im Einspannbereich
geringere Schubspannungen und Druckspannungen rechtwink-
lig zur Faserrichtung als für Stützen, die nur durch Biegung
beansprucht werden.
Die einzelnen Versuchsreihen lieferten folgende Bruchlasten:
Serie 1: 16/50
Bruchlast F = 114,0 - 135,0 kN
rechn. Biegespannung 0B
= bh/6 - 32,5 - 38,5 N/mm 2 (an der2
Einspann-stelle)
rechn. Schubspannung T 1,5 Q - 2,17 - 2,57 N/mm2bh
Serie 2: 16/36
Bruchlast F = 94,5 - 120,0 KN
rechn. Biegespannung a = 32,0 - 40,6 N/mm 2 (an der Ein-spannstelle)
rechn. Schubspannung T = 2,5 - 3,2 N/mm2
Serie 3: 16/16
Bruchlast F = 17,0 - 22,0 KN
rechn. Biegespannung u = 39,9 - 51,6 N/mm 2 (an der Ein-B
spannstelle)rechn. Schubspannung T = 1,0 - 1,3 N/mm2
Die Spannungsverteilung im Köcher läßt sich aufgrund der
vorliegenden Versuche nicht klären. Es ist anzunehmen, daß
an der Grenze zwischen dem Beton des Köchers und der Ober-
fläche der Holzstütze vorwiegend Druckspannungen übertragen
werden. Die Druckspannungsverteilung wird nicht geradlinig
sein, es werden keine wesentlichen Spannungsspitzen in der
Nähe von Köcherober- und -unterkante auftreten, vor allem
wegen der Behinderung der Querdehnung durch den Köcher und
wegen der Anisotropie des Holies; vielmehr wird im Bereich
der Köcher- Oberkante ein etwa gleichmäßiges Spannungsniveau
vorhanden sein. Es erscheint daher vertretbar, von einem
Parabel - Rechteck - Diagramm für die maßgebende Druckspan-
nungsverteilung auszugehen.
Die Eindrückungen unter Gebrauchslast ( etwa 1/3 der Bruch-
last) blieben im Versuch sehr gering.
Für Serie 1 v2 = 0,1 - 0,2 mm,
Für Serie 2 u. 3 v2 < 0,1
Auf dieser Grundlage wird das folgende Berechnungsverfahren
vorgeschlagen.
4.5 BERECHNUNGSVERFAHREN
Vereinfachend wird im vorliegenden Fall wie bei der ' Bemes-
sung im Stahlbetonbau vgl. Betonkalender 1972 [3] Teil I
S. 650 ff - das Parabel - Rechteck - Diagramm durch ein
Rechteck - Diagramm mit 0,8-facher Höhe und einer gleichmä-
ßigen Pressung von 0,95 max °IL ersetzt. (s. Bild 5)
MM.
- 17 -
ax 61
Bild 5 angenommene Spannungsverteilung im Köcher [2]
Am oberen Betonrand wirken an der Holzstütze die Schnitt-
größen V, H und M (in kN bzw. kN cm) .
Man unterstellt, daß die V-Kraft durch die untere Stirn-
fläche über Druckkontakt unmittelbar in das Stahlbetonfun-
dament eingeleitet wird.
Nach [31
Es ergibt sich mit max 61 = 6L
Ho = 0,8 x . 0,95 6 b = 0,76 x b 61 (1)
H = 0,76 (t - x) b ß (2)
Mit E H = O = H u - H o + H (3)
folgt nach x aufgelöst:
x = 0,5 t +H
1 , 52 b c^1 (4)
- 18
Am unteren Ende der eingespannten Stütze gilt:
E M = 0 = M+Ht+H-0,4 (t - x) -H (t - 0,4 x)0
Durch Einsetzen der oberen Gleichungen und durch Auflösen
nach t erhält man:
erf t = 1,096 H + V/ 4,386 + 2,356 H2 b b ai (b ) 2
Im Hinblick auf die in den Versuchen erzielten Bruchlasten er-
gibt sich eine ausreichende Tragsicherheit, wenn für al der
Wert 2,5 N/mm 2 eingesetzt wird. Dieser Wert ist zwar größer
als zul al nach DIN 1052, die Erhöhung ist aber plausibel be-
sohders wegen der bereits oben erwähnten Querdehnungsbehinde-
rung im Köcherbereich.
Damit ergibt sich:
H2erf t = 4,38 E + '/ 17,54 - + 37,7 -2-
Für den Vergleich mit den Versuchsergebnissen wurde in die
Gleichung (7) vorh. t, b und der Hebelarm 1 eingesetzt.
Damit erhält man
für Serie 1 zul H = 39,25 KN
für Serie 2 zul H = 31,6 KN
für Serie 3 zul H = 5,5 KN
Im Vergleich mit den Bruchlasten zeigt sich, daß die kleinste
erzielte Bruchlast ungefähr gleich oder größer dem 3-fachen
Wert von zul H ist:
Serie 1: 3 zul H = 117 KN min. vorh. HBR = 114 KN
Serie 2: 3 zul H = 94,8 KNmin. vorh. H BR = 94,5 KN
Serie 3: 3 zul H = 16,5 KN<min. vorh. H BR = 17,0 KN
(5)
(6)
(7)
Es wird also in allen Fällen ein Sicherheitskoeffizient von
rd. 3,0 eingehalten.
Die oben angegebene Gleichung (7) ergibt also für vorhandene
H, M und b eine Einspanntiefe t, die mit Rücksicht auf die
im Köcherbereich auftretenden Druckspannungen notwendig ist.
Außerdem soll für die größte Querkraft (H u ) der Schubspannungs-
nachweis geführt werden.
Man erhält:
1,5 H umax. T b d
Durch Umformen wird mit max. T = T
H = 0,667 T b d
Aus (3) und (5) ergibt sich
Hu'
= 1 67 LI + 0,67 Ht f
Aus (2) wird
x =H
(11)0,76 b
Mit (4) und (2) folgt
HHu = 0,38 t b c .2. (12)
H
+ H + Hu = 0,38 t b oiL + -2- ( 13)
H + 2 Hu
= 0,76 t b u_i_ (14)
(8)
(9)
(10)
- 20 -
in
H + 2 H ub (15)0,76 cs^^ t
(1 1) eingesetzt:
in
H(16)= t u +x (1 2 H Hu
(10) eingesetzt:
HHu e 1,67
t+ 0,67 H (1 (17)u+2 H H )
u
(9) in (17) eingesetzt und nach t aufgelöst ergibt:
t - 1 ,67 M Herf.+ 2,22 M T b d (18)
0,22 T b d H + 0,89 (r b d) 2 - 0,67 H2
Mit Rücksicht auf die in den Versuchen erzielten Bruchlasten
erhält man eine ausreichende Tragsicherheit, wenn für T der
Wert 2,5 N/mm2 eingesetzt wird. Dieser Wert erscheint ver-
tretbar wegen der bereits oben angegebenen Querdehnungsbehin-
derung im Köcherbereich und wegen der größeren Schubfestig-
keit des Holzes bei gleichzeitiger Querdruckbeanspruchung
[4] .
Damit wird
1,67 M H Mbd bd 0,56 bd erf. t =
0,055 bHd 0,67 ( bHd /2 0,056
Mit dieser Gleichung hat man eine weitere Bedingung für die
Einspanntiefe t, abhängig von den beiden Parametern:
bMd und bd ; hiermit wird die Schubbeanspruchung im Köcherbe-
reich berücksichtigt.
(19)
- 21
Für den Vergleich mit den Versuchsergebnissen wurde in die
Gl. (19) vorh t, b, d und der Hebelarm 1 eingesetzt, und
man erhält:
Für Serie 1 zul. H = 38,4 KN
Für Serie 2 zul. H = 31,8 KN
Für Serie 3 zul. H = 5,1 KN
Die Werte entsprechen weitgehend denen aus der Gl. (7).
Es wird also auch ein Sicherheitskoeffizient von etwa 3,0
eingehalten.
Neben den beiden vorgenannten Bedingungen soll aus konstruk-
tiven Gründen t 2d eingehalten werden.
Somit sind für die erforderliche Einspanntiefe drei Nachweise
zu führen.
Die weitere Berechnung des Stahlbetonköchers kann nach
Leonhardt [5] erfolgen.
5. ZUSAMMENFASSUNG
Die Untersuchungen haben ergeben, daß die an unmittelbar in
Fundamente eingespannte Holzstützen gestellten Anforderungen
hinsichtlich eines dauerhaften Feuchtigkeitsschutzes mit ver-
tretbarem Aufwand erfüllt werden können.
Besondere Sorgfalt ist der Beschichtung des Stützenfußes zu
widmen. Material A und B können empfohlen werden. Die unter
Pkt. 3.6 aufgezählten Maßnahmen sollen eingehalten werden.
Das vorgeschlagene Berechnungsverfahren zur Ermittlung der
erforderlichen Einspanntiefe im Köcherfundament lehnt sich
an das bekannte Verfahren nach DIN 1045 für Stahlbetonstüt-
zen an.
- 22 -
Es ergeben sich für die erforderliche Einspanntiefe drei
Bedingungen, wobei diejenige maßgebend ist, (s. Pkt. 4.5)
welche die größte Einspanntiefe ergibt.
Eine Aufbereitung für die praktische Anwendung in Form von
Diagrammen ist in Bearbeitung und kann in Kürze veröffent-
licht werden.
Gegen eine Ausführung der oben beschriebenen Einspannungs-
konstruktion bestehen aufgrund der durchgeführten Untersu-
chungen keine Bedenken, wenn die im Bericht empfohlenen Holz-
schutzmaßnahmen beachtet werden (s. Punkt 3.6) und wenn die
erforderliche Einspanntiefe nach dem vorgeschlagenen Bemes-
sungsverfahren ermittelt werden. Dabei wird davon ausgegan-
gen, daß die Beschichtung im Einspannbereich mit dem verwen-
deten Holzschutzmittel verträglich ist.
- 23 -
6. LITERATURVERZEICHNIS
[1] Heimeshoff B./ F. Baderschneider: Einspannung von
Holzstützen durch Verguß im Betonfundament. Unter-
suchungsstufe I durchgeführt im Auftrag der Ent-
wicklungsgemeinschaft Holzbau in der DGfH am Lehr-
stuhl für Baukonstruktion und Holzbau, Technische
Universität München.
[2] Bär A.: Die Einspannung von I-Stahltragern in Stahl-
betonteilen in Die Bautechnik 3/1980 S. 82 ff.
[31 Betonkalender 1972 Teil I S. 650 ff.
[41 DIN 1052 Teil 1 Holzbauwerke Berechnung und
Ausführung Neufassung Vorlage Nov. 1981
[5] Leonhardt F.: Das Bewehren von Stahlbetontragwer-
ken in Betonkalender 1979, Teil II S. 760
Pkt. 17.4.
Klima Beschichtungsmaterial
Messung der HolzfeuchtigkeitAvi. Lai^ ^J
Blatt Nr.
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Messung der H olzfeuchtigkeit
Klima Beschichtungsmaterial
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LAST - VERFORMUNGS - DIAGRAMM Serie 1
1/150,10 20 30 40 50 60
[MM]
70
80
Anlage 4
HI.
HI
12
10
90
80
70
60
50
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30
20
10
7
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0 StütZe 2
A Stütie 3
+ Stütle 4
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45 60 75 90
V [MM]
R.F. i8/10/81
105 1201/150 15 30
CN
Anlage 5
LAST - VERFORMUNGS - DIAGRAMM Serie 2
14
13
12
10
90
80
70
60
50
40zul.F
30
20
10
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1/150 20 40
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100
V [MN']
60
80 120
140
Anlage 6
LAST - VERFORMUNGS - DIAGRAMM Serie 3
25
20
10
1 6/ 1 6
2
2
o Stütze 1
0 Stütlze 2
Stüzc3+ Stüti.ze 4
6
40/IV*
W.
15
R.S. i8/10/9;
Anlage 7
Serie 1: 16/50 Art des Bruches
Stütze 1 Schub - Zug
Stütze 2 Schub
Stütze 3 Schub - Zug
Stütze 4 Schub
Serie 2: 16/36
Stütze 1 Schub - Zug
Stütze 2 Schub - Zug
Stütze 3 Schub
Stütze 4 Zug
Stütze 5 Schub - Zug
Serie' 3: 16/16
Stütze 1 Zug
Stütze 2 Zug
Stütze 3 Schub
Stütze 4 Zug
Stütze 5 Zug