Holzbau Teil 1: Grundlagen DIN 1052/Eurocode 5

363 Pages·1999·13.14 MB·German

by  Prof. Dipl.-Ing. Gerhard Werner

Springer Lehrbuch
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Gerhard Werner' Karlheinz Zimmer
olz au Teill
Grundlagen
DIN 1052/Eurocode 5
Neubearbeitet von KARLHEINZ ZIMMER und KARIN LISSNER
Zweite,iiberarbeiteteAuflage
Mit235Abbildungen
, Springer
Prof. Dipl.-Ing.GerhardWerner
Kohlpottweg6
32545 BadOeynhausen
Prof. Dr.sc.techn.Karlheinz Zimmer
BambergerStra6e34
01187 Dresden
Dr.-Ing. Karin LiBner
Hauptstra6e 7a
01097Dresden
ISBN 978-3-540-64994-6 ISBN 978-3-662-07801-3(eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-07801-3
DieDeutscheBibliothek -CIP-Einheitsaufnahme
Werner,Gerhard:
Holzbau/begr.νοτιG.Werner;Κ.Zimmer.ΜίιBeitr.νοιιΚ.Zimmer;Κ.Li6ner,
Berlin ;Heidelberg;NewYork;Barcelona ;
Hongkong;London;Mailand;Paris;Singapur;Tokio:Springer
(Springer-Lehrbuch)
Literaturangaben
Ι.Grundlagen,DIN1052Eurocode5.- 2.,ίiberarb.Auf1.- 1999
DiesesWerkisturheberrechtlichgeschίitzt.DiedadurchbegrίindetenRechte,insbesonderediederϋber­
setzung,desNachdrucks,desVortrags,der EntnahmeνοιιAbbildungenund Tabellen,der Funksendung,
derMikroverfilmungoderderVervielfaltigungaufanderenWegenundderSpeicherungίτιDatenverarbei
tungsanlagen,bleiben,auch beinurauszugsweiserVerwertung,vorbehalten.EineVervielfaltigungdieses
WerkesoderνοτιTeilendiesesWerkesistauchimEinzelfallnurίτιden GrenzendergesetzlichenBestim
mungendesUrheberrechtsgesetzesderBundesrepublikDeutschlandvom9.September1965ίηderjeweils
geltendenFassungzulassig.Sieistgrundsatzlichvergίitungspf1ichtig.Zuwiderhandlungenunterliegen den
StrafbestimmungendesUrheberrechtsgesetzes.
©Springer-Verlag BerlinHeidelberg1996and1999
UrsprίinglicherschienenbeiSpringer-VerlagBerlinHeidelbergNewYork1999.
Die Wiedergabeνοιι Gebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungen usw.ίη diesem Werk be
rechtigtauchohnebesondereKennzeichnung nicht τιιder Annahme,da6 solche Namenim Sinne der
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benutztwerdendίirften.
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VDE)Bezuggenommenoderausihnen zitiertworden sein,sokann der Verlagkeine Gewahr fiir die
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Satz:Fotosatz-ServiceKohler GmbH,97084Wiirzburg
SPIN:10676316 68/3020- 54321Ο- GedrucktaufsaurefreiemPapier
Vorwort zur 2. Auflage
Die ftir die 1. Auflage gewahlte und von den Studenten, Dozenten, Bauin
genieuren und Architekten angenommene Darstellung der Ergebnisse der Be
messung und Konstruktion von Holztragwerken nach DIN 1052 - auf der
Grundlage zulassiger Spannungen undVerformungen - sowie nach Eurocode
5- aufder Basisvon Grenzzustanden (Teilsicherheitsbeiwerten) - wurde bei
behalten.Sieerrnoglichteine strikteTrennungder Bemessungvon Tragwerken
nach DIN 1052odernach Eurocode5undeinenVergleich derErgebnisse nach
beiden Bemessungskonzepten.
Anderungen infolge neuer Richtlinien (z.B,DIN 1052-1/Al und DIN 68800
Teil 2) sowie einerAuswertung neuer Forschungsergebnisse und bauaufsicht
licher Zulassungen im Holzbau wurden in den entsprechenden Abschnitten
berucksichtigt.
Esist uns eineangenehmePflicht,HerrnProf.Wernerfur die sehrerfolgrei
che Zusammenarbeit,insbesondere wahrend der Fertigstellung der 1.Auflage
im Springer-Verlag,zu danken.
Dresden,im Ianuar 1999 Karin LiBner
Karlheinz Zimmer
Vorwort zur 1. Auflage
Der gegenwartige Entwicklungsstand des ingenieurmafsigen Holzbaues ist ge
kennzeichnet durch bevorzugte Verwendung gerader und gekrummter Brett
schichttrager sowie vielfaltigerSonderbauartenvon Fachwerk- undVollwand
tragern, deren Bauteile durch Leim oder mechanische Verbindungsmittel
zusammengefugtwerden.
Teil 1behandelt die Grundlagen des Holzbaues.Die Einleitung gibt einen
Uberblick tiber Tragwerkssysteme und -konstruktionen, Holz- und Holz
werkstoffeigenschaften sowie tiber den Holzschutz.Es folgt eine ausfuhrliche
Beschreibung der gebrauchlichen Verbindungsmittel zur Herstellung von An
schlussen, Stofien und mehrteiligen Staben unter verschiedenen Beanspru
chungsarten.
Bemessung und Ausfuhrung von Tragern und Stiitzen mit einteiligen und
zusammengesetzten Querschnitten werden umfassend behandelt und durch
vollstandige Beispiele zurstatischen Berechnungund Konstruktion erlautert.
Konstruktive Details werden in verschiedenen Varianten dargestellt, die
wederAnspruch aufVollstandigkeitnochaufoptimaleGestaltungerheben.Sie
sollen dem Lernenden kritische Vergleiche errnoglichen und seine Phanta
sie zureigenen Entwurfsidee anregen.
VI Vorwort
Ziel des entwerfenden Ingenieurs sollte es stets sein, das Tragwerk so zu
gestalten, daf die idealisierenden Annahmen der Berechnung weitestgehend
durch die Konstruktion verwirklicht werden. BesondereAufmerksamkeit ver
dienen die Anschliisse.Verschiedenartigeverzinkte Blechformteile und Nagel
platten finden dafiir zunehmend Verwendung.Aber auch Zugbander, Stiitzen
und Kranbahntrager aus Stahl konnen vorteilhaft mit Holzbauteilen kombi
niertwerden.
Das vorliegende Werk gibt den derzeitigen Stand der Forschung, Entwick
lung und Fertigungstechnik wieder. Die Aufnahme des neuen Bemessungs
konzeptes nach Eurocode 5 - unter Beibehaltung der auf der Grundlage der
DIN 1052 erzielten Ergebnisse, die fur den Holzbau in den nachsten Iahren
noch bestimmendsein werden- macht dasWerkfur Studenten,Bauingenieure
undArchitektenzu einerwertvollenArbeitshilfe undStudienliteratur.
Diez.T.neuartigen undrechnerischaufwendigen Bemessungsregelnsollten
in der Baupraxis, den Hochschulen und Universitaten bei moglichst vielen zu
entwerfenden Holztragwerken angewendet und erprobtwerden,damit Unter
schiede in den Ergebnissen der Bemessung imVergleichmit DIN 1052erkenn
bar werden und der Eurocode 5 erganzt werden kann, urn spater Rechenpro
gramme und Bemessungsnomogramme entwickeln zu konnen. Mit der
Herausgabe des Nationalen Anwendungsdokumentes (NAD) gilt der Euro
code 5alternativzur DIN 1052.
1mEurocode 5werden SI-Einheiten benutzt. Dementsprechend wurde fur
die Spannungen und Festigkeitendie Einheit Nzmrn?verwendet.
Neue Forschungsergebnisse sowie bauaufsichtliche Zulassungen wurden
ausgewertet und z.T.eingearbeitet,so z.B,im 4.Abschnitt DIN4102T4(3/94).
Das umfangreiche Literaturverzeichnis enthalt u.a. Berichte der Holzbau
tagungen in Friedrichshafen/Bodensee (1992), Wiirzburg (1993), Garmisch
Partenkirchen (1993)und Nurnberg (1994).
Anregungen und Hinweise aus dem Leserkreis werden stets dankbar ange
nommen undbei Erweiterungen und Erganzungen desWerkesbeachtet.Allen
Beteiligten, die zum guten Gelingen dieses Buches beigetragen haben, und im
voraus denjenigen, die an der Fortfuhrung dieses Werkes mitwirken werden,
seian dieserStelleherzlich gedankt.BesondererDankgilt der Arbeitsgemein
schaft Holz e.V., der Entwicklungsgemeinschaft Holzbau sowie einigen Her
stellerfirmen fur die Bereitstellung ihres Informationsmaterials. Auch dem
Springer-Verlag gilt ein besonderer Dank fur die Herausgabe dieses Werkes
und die verlegerische Betreuung.
Moge dieses Werk helfen, durch die schrittweise Uberleitung von nationa
len in europaische Normen den Lernenden im Studium,aber auch Praktikern,
die Einfiihrung in das neue Bemessungskonzept der Euronormen zu erleich
tern.
BadOeynhausen GerhardWerner
Dresden,im [uli 1995 Karlheinz Zimmer
Inhalt
BezeichnungenundAbkiirzungen xv
1 Einleitung . 1
1.1 Tragwerke aus Vollholz . 1
1.2 Tragwerke aus BSHundSonderbauarten 2
1.3 Raumliche Tragwerke . . . . . . . . . 4
1.4 ZimrnermannsmafsigeVerbindungen 5
1.5 IngenieurrnafsigeVerbindungen 6
2 Holz als Baustoff . . . . . . . . 11
2.1 Holzarten . 11
2.1.1 Nadelholzer(NH) 11
2.1.2 Laubholzer(LH) 11
2.2 Holzabmessungen.... 12
2.2.1 Baurundholz .. . 12
2.2.2 BauschnittholzoderVollholz (VH) 12
2.2.3 Lagenholz . 13
2.2.4 Mindestquerschnitte . 14
2.3 Holzwerkstoffe . 14
2.4 Sortierklassen des Bauholzes 15
2.5 Feuchtegehalt . 17
2.5.1 Auswirkungen . 17
2.5.2 MittlererFeuchtegehalt 17
2.5.3 Einbaufeuchte . . . . . 17
2.5.4 Kiinstliche Holztrocknung 18
2.5.5 Schwind- und QuellmaBe 18
2.5.6 Konstruktive MaBnahmen 19
2.6 Berechnungslast . . ... . . ... 20
2.7 Warmeausdehnung . . . . . . . . 21
2.8 Elastizitats-,Schub- und Torsionsmoduln nach DIN 21
2.9 ZulassigeSpannungen (DIN) 21
2.10 Kriechverformungen (DIN) . 24
2.11 Bemessungskonzeptnach Eurocode5 25
2.11.1 Grenzzustande . 25
2.11.2 Nachweis derTragfahigkeit 26
2.11.3 Einwirkungen . . . . . . . . 26
2.11.4 Bemessungswerte derTragfahigkeit R 27
d
2.11.5Modifizierungsfaktorkmod •• ••• •• 28
VIII Inhalt
2.11.6 CharakteristischePestigkeits- undSteifigkeitswerte 29
2.11.7 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit .. 30
2.11.8 Rechenwerte fur Deformationsfaktorkdef • • • • • • 31
3 Holzschutzim Hochbau 32
3.1 Schadeinfliisse . 32
3.1.1 Pilze 32
3.1.2 Insekten .. 32
3.1.3 Meerwasserschiidlinge 33
3.1.4 Feuer . . . . . . 33
3.2 BaulicherHolzschutz . . . . . 33
3.3 Chemischer Holzschutz . . . . 35
3.3.1 VorbeugendeMafsnahmen 35
3.3.2 Bekampfungsmafsnahmen 37
4 Brandverhaltenvon Bauteilenaus Holz . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.1 Allgemeines 39
4.2 Entziindungstemperatur TEundAbbrandgeschwindigkeit VA
von NH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3 Festigkeit und E;Modulfiir NHbei 100°C . . .. 40
4.4 Baustoffklassenvon Holzund Holzwerkstoffen . 41
4.5 Feuerwiderstandsdauer/Feuerwiderstandsklasse 41
4.5.1 Mindestabmessungen unbekleideter Balken aus NH 42
4.5.2 Mindestabmessungen unbekleideter Stiitzen aus NH 43
4.6 Mindestmafse unbekleideterHolz-Zugglieder .. 43
4.7 Stahl-Zugglieder. .. ... . . . . .. .. ..... 44
4.8 Feuerwiderstandsklassenvon Holzverbindungen 44
4.8.1 Anwendungsbereich 44
4.8.2 Holzabmessungen. .... . . .. . . . . 44
4.8.3 Diibelverbindungen. .... .. . ... . 46
4.8.4 Stabdiibel- und Pa6bolzenverbindungen 46
4.8.5 Nagelverbindungen . . . . . . . . . . . 48
4.9 Feuerwiderstandsklassenvon Tafelelementen 48
4.10 Formanderungen im Brandfall 48
5 StaGeundAnschliisse . . . . . . . . 49
5.1 Zugstofseund -anschlusseIIFa 49
5.2 Zuganschliisse.lFa(Querzug) 51
5.2.1 Allgemeines 51
5.2.2 Allgemeine Hinweise zur Querzugbeanspruchung 52
5.2.3 Bemessungsvorschlag nach DIN 53
5.2.4 Berechnungsbeispiele. 54
5.2.5 Bemessung nach EC5 55
5.2.6 Berechnungsbeispiel . 56
Inhalt IX
5.3 Druckstofse IIFa 57
5.3.1 Kontaktstof in Knotenpunktnahe (a.,b.) . 57
5.3.2 Kontaktstof im knickgefahrdeten Bereich (a b.) 58
2l
5.3.3 KontaktloserSt06 (b2) 59
5.4 Druckanschliisse.lFa 59
5.5 Druckanschliisse <): Fa (EC5) 63
5.6 Der Versatz (EC5) . . . . . . . 64
5.6.1 AllgemeineGrundlagen und Berechnungsformeln 64
5.6.2 Erlauterungen und Beispiele 68
5.7 Biegestofse und -anschliisse 73
5.7.1 Allgemeines 73
5.7.2 BiegesteifeVH-Tragerst66e 73
5.7.3 Biegesteife BSH-Tragerstofie 82
6 Verbindungsmittel 86
6.1 Leim . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.1.1 Tragverhalten und Bauteilfertigung 86
6.1.2 Leimarten 87
6.1.3 Tragfahigkeit 88
6.1.4 Langsverbindungen. ..... ... 89
6.1.5 EingeleimteGewindestangen (GS) 90
6.2 Dubel 96
6.2.1 Allgemeines 96
6.2.2 Bestimmungen 98
6.2.3 DerRechteckdiibel (EC5) 100
6.2.4 DubelbesondererBauart (DIN) 108
6.2.5 DiibelbesondererBauart (EC5) 115
6.2.6 Hirnholz-DiibelverbindungenbeiBSH 117
6.2.7 Konstruktionsbeispiele 122
6.3 Bolzen (b) undStabdiibel (st) 126
6.3.1 Allgemeines ..... 126
6.3.2 Anwendungsbereich . 127
6.3.3 Tragfahigkeit (DIN) . . 127
6.3.4 Anzahl undAnordnung (DIN) 129
6.3.5 Beispiele . . . . . 130
6.3.6 Tragfahigkeit (EC5) . . . . . . 140
6.3.7 Anzahl undAnordnung (EC5) 143
6.3.8 Beispiel (EC5) 143
6.4 Glattschaftige Nagel . . . . . . . . . . . 145
6.4.1 Allgemeines 145
6.4.2 Beanspruchung rechtwinklig zurNagelachse (DIN) . 145
6.4.3 Beanspruchung aufHerausziehen (DIN) 148
6.4.4 Kombinierte Beanspruchung (DIN) . 149
6.4.5 Mindestdicken (DIN) . . . . . . . . . 149
6.4.6 Nagelanzahl und -anordnung (DIN) 151