Holzbau Teil 2: Dach- und Hallentragwerke nach DIN 1052 (neu 2004) und Eurocode 5

425 Pages·2005·5.43 MB·German

by  Prof. Dipl.-Ing. Gerhard Werner

Springer Lehrbuch
Gerhard Werner · Karlheinz Zimmer
2
Holzbau Teil
Dach- und Hallentragwerke
nach DIN1052 (neu 2004)
und Eurocode 5
Karlheinz Zimmer Karin Lissner
Neubearbeitet von und
Dritte,überarbeitete Auflage
Mit 318 Abbildungen
3
Prof.Dipl.-Ing.Gerhard Werner
Kohlpottweg 6
32545 Bad Oeynhausen
Prof.Dr.sc.techn.Karlheinz Zimmer
Bamberger Straße 34
01187 Dresden
Dr.-Ing.Karin Lißner
Forststraße 35
01099 Dresden
ISBN 3-540-22863-2 3.Aufl.Springer Berlin Heidelberg New York
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Vorwort zur 3. Auflage
Seit Herausgabe der 2. Auflage wurden neue Normen in Europa und in
Deutschland erarbeitet und für die Bauingenieurpraxis freigegeben sowie ins
deutsche Baurecht übernommen.
Sie enthalten viele neue Forschungsergebnisse zur Bemessung und Kon-
struktion von Holztragwerken,die in den letzten Jahren aufwissenschaftlichen
Tagungen und in Fachzeitschriften bekannt gegeben und in der 3. Auflage
berücksichtigt worden sind. Mit diesen neuen Erkenntnissen können Bau-
ingenieure, Archtitekten und Studierende die Wettbewerbsfähigkeit des In-
genieurholzbaues gegenüber dem Stahl- und Stahlbetonbau weiter verbessern.
Das Bemessungskonzept der neuen DIN 1052 – Bemessung nach den Grenz-
zuständen der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit statt nach zulässigen
Spannungen der DIN 1052 Ausgabe 1988 – sowie die Grundlagen zur Bemes-
sung und Konstruktion von Tragwerken aus Holz sind im 1. Band enthalten
und anhand von Beispielen ausführlich erläutert.
Im 2.Band werden insbesondere Dach- und Hallentragwerke sowohl nach
der neuen DIN 1052 als auch nach der noch gültigen DIN 1052 (1988) entwor-
fen und bemessen.
In dem Abschnitt „Lastannahmen für Dach- und Hallentragwerke“ wurden
die wichtigsten Ergebnisse aus den neuen Schneelast- und Windlastnormen
eingeabeitet und bei der Bemessung der Holztragwerke nach der neuen DIN
1052 berücksichtigt.
Bemessungshilfen in Form von Tafeln wurden neu aufgenommen, die im
Anhang enthalten sind und mit denen der höhere Rechenaufwand bei der Be-
messung der Holztragwerke nach der neuen DIN 1052 deutlich reduziert wer-
den kann.
Dem Springer-Verlag und allen Beteiligten,die zum Gelingen der 3.Auflage
beigetragen haben,möchten wir unseren besonderen Dank aussprechen.
Dresden,im Juli 2004 Karin Lißner
Karlheinz Zimmer
VI Vorwort
Vorwort zur 2. Auflage
Änderungen gegenüber der 1. Auflage ergaben sich insbesondere durch die
vollständige Einbeziehung der DIN 1052/A1 und Ergänzungen zum Eurocode 5.
Die DIN 1052,Änderung A1 enthält nun die Rechenwerte der Elastizitäts- und
Schubmoduln sowie die zulässigen Spannungen für Vollholz bzw.Brettschicht-
holz für alle Sortierklassen S7 bzw.MS7 bis MS17.Bei den Bemessungsbei-
spielen und für die Baupraxis sind die zulässigen Werte für die Zugspannungen
der Nadelhölzer der Sortierklassen S10/MS10 und S13,die von 8,5 auf7,0 bzw.
von 10,5 auf9,0 MN/m2reduziert wurden,besonders zu beachten.
Die für die 1.Auflage gewählte und von den Studierenden, Lehrenden,
Bauingenieuren und Architekten angenommene Darstellung der Bemessung
und Konstruktion von Holztragwerken sowohl nach DIN 1052 als auch nach
Eurocode 5 in einem Buch wurde auch für den 2.Band beibehalten.Sie ermög-
licht einerseits eine strikte Trennung der beiden unterschiedlichen Bemes-
sungskonzepte und gestattet andererseits einen schnellen Vergleich ihrer Er-
gebnisse hinsichtlich Sicherheit und Wirtschaftlichkeit.
Dem Springer-Verlag, der durch die sehr ansprechende äußere Form der
beiden Holzbaubücher mit zu ihrer weiteren Anerkennung in Fachkreisen bei-
getragen hat,Herrn Prof.Werner,sowie den Damen und Herren,die uns Hin-
weise zur Gestaltung zukommen ließen,gebührt unser besonderer Dank.
Dresden,im Januar 1999 Karin Lißner
Karlheinz Zimmer
Vorwort zur 1. Auflage
Teil 2 dieses Buches schließt sich nahtlos an Teil1 an und führt den Leser in
praktische Anwendungen des Holzbaues ein.Einem Überblick über die Grund-
formen der Dächer und Dachdeckungen folgt ein ausführliches Kapitel über
Lastannahmen und Lastkombinationen nach DIN 1055,denen Bemessungssi-
tuationen und Einwirkungen nach Eurocode 5 gegenübergestellt werden.
Verschiedene Dach- und Hallentragwerke werden sowohl nach DIN 1052 als
auch nach Eurocode 5 vollständig behandelt,um dem Lernenden den Zusam-
menhang zwischen Berechnung und Konstruktion in der praktischen Anwen-
dung zu zeigen.Soweit die verfügbaren Normen keine erschöpfende Auskunft
geben, helfen neuere Forschungsergebnisse, brauchbare Lösungen zu finden.
Auf die in der Praxis üblichen Vereinfachungen in Berechnung und Konstruk-
tion wird hingewiesen.
Im Bereich der Hausdächer werden Pfetten-, Sparren- und Kehlbalken-
dächer sowie in einem kurzen Kapitel auch Skelettbauten behandelt. Im Be-
reich der Hallentragwerke nimmt eine ausführliche und systematische Darstel-
Vorwort VII
lung der Brettschichtholzkonstruktionen den breitesten Raum ein.Aber auch
Fachwerkbinder in den üblichen Tragsystemen mit herkömmlichen und neu-
zeitlichen Knotenausbildungen werden ausführlich dargeboten.
Die Stabilisierung von Bauwerken durch Verbände und Abstützungen ver-
dient im Holzbau besondere Beachtung und wird deshalb umfassend behan-
delt.Unter anderem wird die Ermittlung der Verbandsdurchbiegung und der
Kraftumlenkung bei abgeknickten Verbandsgurten ausführlich beschrieben.
Das grundlegende Kapitel „Verformungsberechnung von Holztragwerken“
erscheint aus praktischen Erwägungen erst am Ende des Buches.Dem Nach-
giebigkeitseinfluß mechanischer Verbindungen wird besondere Aufmerksam-
keit geschenkt.
Der Eurocode 5,eine europäische Norm für die Bemessung und Konstruk-
tion der Holztragwerke,liegt als DIN V ENV 1995 Teil 1-1 vor und ermöglicht
zusammen mit dem Nationalen Anwendungsdokument (NAD) den Bauinge-
nieuren und Architekten,Dach- und Hallentragwerke aus Holz und Holzwerk-
stoffen aufder Basis von Grenzzuständen zu bemessen.
Die harmonisierten europäischen Normen und technischen Zulassungen
erweitern die wissenschaftliche und technische Zusammenarbeit in Europa
und verbessern die Voraussetzungen für die Bauprodukte und Bauleistungen
sowohl für den nationalen und europäischen Markt als auch für Märkte außer-
halb der Europäischen Union.
Die in der Praxis tätigen Bauingenieure sollten die Erprobungsphase nut-
zen, um Erfahrungen zu sammeln, die dann in die endgültige Fassung des
Eurocode 5 einfließen können. An den Universitäten und Fachhochschulen
sind die neuen europäischen Normen in die Lehre einzubeziehen,um – neben
der Weiterbildung für die in der Praxis tätigen Bauingenieure – weitere Vor-
aussetzungen für die Umsetzung dieser neuen Normen in der Bauingenieur-
praxis zu gewährleisten.
Das Bemessungskonzept nach Eurocode 5 wurde deshalb auch in den Teil 2
des für Studenten, Bauingenieure und Architekten bestimmten Werkes für
Lehre und Praxis unter Beibehaltung der auf der Grundlage der DIN 1052 er-
zielten Ergebnisse aufgenommen.
Dem Springer-Verlag und allen,die zum guten Gelingen dieses Buches bei-
getragen haben,möchten wir auch an dieser Stelle unseren besonderen Dank
aussprechen.
Möge das Buch in Verbindung mit dem ersten Teil Studenten und In-
genieuren hilfreiche Anregungen und Hinweise für ihre Arbeit vom Entwurf
bis zur Konstruktion und Berechnung geben.
Bad Oeynhausen Gerhard Werner
Dresden,im September 1995 Karlheinz Zimmer
Inhaltsverzeichnis
Bezeichnungen und Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVII
12 Grundformen der Dächer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
12.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
12.2 Dachformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
12.3 Dachfenster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
12.4 Lichtbänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
13 Dachdeckungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
13.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
13.2 Dachdeckung für Hausdächer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
13.2.1 Dachlatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
13.2.2 Dachschalung aus Brettern . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
13.2.3 Dachschalung aus Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
13.3 Dachdeckung für Hallendächer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
13.3.1 Faserzement-Wellplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
13.3.2 Stahltrapezbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
13.3.3 KAL-BAU-Alu-Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
13.3.4 KAL-ZIP-Alu-Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
13.3.5 Dachschalungen aus HW und Holztafeln . . . . . . . . . 30
14 Lastannahmen für Dach- und Hallentragwerke . . . . . . . . . . . . 36
14.1 Einteilung der Lasten nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . 36
14.2 Ständige Last (Einwirkung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
14.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
14.2.2 Eigenlast der Dachdeckung . . . . . . . . . . . . . . . . 38
14.2.3 Eigenlast der Bauteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
14.3 Nutzlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
14.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
14.3.2 Lotrechte Nutzlasten für Dächer . . . . . . . . . . . . . . 47
14.3.3 Lotrechte Nutzlasten für Decken . . . . . . . . . . . . . 47
14.3.4 Pendelkräfte in Turnhallen . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
14.3.5 Horizontallasten an Brüstungen und Geländern . . . . . 48
14.3.6 Waagerechte Stabilisierungskräfte . . . . . . . . . . . . . 48
14.3.7 Brems- und Seitenkräfte von Kranen . . . . . . . . . . . 49
14.4 Schneelast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
14.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
14.4.2 Schneelastverteilung (symmetrisches Satteldach) . . . . 50
X Inhaltsverzeichnis
14.5 Windlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
14.5.1 Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
14.5.2 Windlast F auf prismatische Bauwerke . . . . . . . . . 51
w
14.5.3 Winddruck w aufprismatische Baukörper . . . . . . . 52
e
14.5.4 Erhöhte Windlasten in Teilbereichen . . . . . . . . . . . 53
14.6 Hinweise zur praktischen Berechnung . . . . . . . . . . . . . . 58
14.6.1 Lastverteilung bei schräg liegenden Balken . . . . . . . 58
14.6.2 Schnittgrößen für Sparren . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
14.6.3 Lagerreaktionen und Schnittgrößen infolge Windlast . . 60
14.7 Bemessungssituationen und Einwirkungen nach DIN1055–100 63
14.8 Lastverteilung nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . . . . 65
15 Tragwerke der Hausdächer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
15.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
15.2 Pfettendächer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
15.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
15.2.2 Pultdach,1- und 3stieliges Pfettendach . . . . . . . . . . 71
15.2.3 Zweistieliges Pfettendach mit Kragsparren . . . . . . . . 83
15.2.4 Zweistieliges Pfettendach mit Firstgelenk . . . . . . . . 100
15.2.5 Zweistieliges Pfettendach mit tragender Firstpfette . . . 101
15.2.6 Vor- und Nachteile der Pfettendächer . . . . . . . . . . . 102
15.2.7 Berechnung eines einstieligen Pfettendaches nach
DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
15.3 Sparren- und Kehlbalkendächer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
15.3.1 Systeme der Sparren- und Kehlbalkendächer . . . . . . 112
15.3.2 Aussteifung der Sparren- und Kehlbalkendächer . . . . 115
15.3.3 Konstruktion der Sparren- und Kehlbalkendächer . . . 115
15.3.4 Vor- und Nachteile der Sparren- und Kehlbalkendächer 118
15.3.5 Berechnung eines Sparrendaches nach DIN 1052 (1988) 118
15.3.6 Berechnung des verschieblichen Kehlbalkendaches
nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
15.3.7 Berechnung des unverschieblichen Kehlbalkendaches
nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
15.3.8 Berechnung einesSparrendaches nach
DIN1052neu(EC5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
15.4 Walme und Kehlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
15.4.1 Walme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
15.4.2 Kehlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
16 Tragwerke von Skelettbauten,Holzrahmenbau,Blockhausbau
(Holzbausysteme) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
17 Hallentragwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
17.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
17.2 Tragsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
17.3 Bindersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Inhaltsverzeichnis XI
18 Sparrenpfetten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
18.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
18.2 Einfeldpfetten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
18.3 Durchlaufpfetten aus Vollholz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
18.4 Gelenkpfetten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
18.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
18.4.2 Gelenkabstände und Bemessungsgrundlagen . . . . . . 179
18.4.3 Bemessung nach Durchbiegung . . . . . . . . . . . . . . 183
18.4.4 Gelenkkonstruktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
18.4.5 Berechnungsbeispiel nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . 185
18.4.6 Berechnung einer Gelenkpfette nach DIN1052neu(EC5) 188
18.5 Koppelpfetten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
18.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
18.5.2 Bemessung der Koppelpfetten . . . . . . . . . . . . . . . 193
18.5.3 Überkopplungslängen und Kopplungskräfte . . . . . . . 195
18.5.4 Berechnung der Verbindungsmittel nach DIN1052(1988) 197
18.5.5 Durchbiegung der Koppelpfetten . . . . . . . . . . . . . 198
18.5.6 Berechnungsbeispiel nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . 198
18.5.7 Berechnung einer Koppelpfette nach DIN1052neu(EC5) 202
19 Brettschichtholzträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
19.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
19.2 Aufbau des Brettschichtholzträgers nach DIN 1052 (1988) . . . 210
19.3 Gerader Träger mit konstanter Höhe nach DIN 1052 (1988) . . 213
19.4 Gekrümmter Träger mit konstanter Höhe nach DIN 1052 (1988) 213
19.4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
19.4.2 Einzelbrettkrümmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
19.4.3 Biegespannung in gekrümmten
Brettschichtholzträgern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
19.4.4 Querspannung in gekrümmten
Brettschichtholzträgern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
19.4.5 Längsspannungen infolge N,
Schubspannungen infolge Q . . . . . . . . . . . . . . . . 219
19.4.6 Zusammenfassung für gekrümmte
Rechteckquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
19.5 Träger mit veränderlicher Höhe nach DIN 1052 (1988) . . . . . 220
19.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
19.5.2 Sattel- und Pultdachträger mit gerader
Unterkante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
19.5.3 Satteldachträger mit geneigter Unterkante . . . . . . . . 228
19.5.4 Voutenträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
19.6 Konstruktion der Trägerauflager nach DIN 1052 (1988) . . . . 246
19.7 Durchbrüche in Brettschichtholzträgern nach DIN 1052 (1988) 248
19.8 Rahmenecken nach DIN 1052 (1988) . . . . . . . . . . . . . . . 250
19.8.1 Übliche Konstruktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
19.8.2 Gekrümmte Rahmenecken . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
XII Inhaltsverzeichnis
19.8.3 Rahmenecken mit Keilzinkenvollstoß . . . . . . . . . . . 252
19.8.4 Rahmenecken mit Dübelkreisen . . . . . . . . . . . . . . 255
19.8.5 Berechnungsbeispiel 1:Dreigelenkrahmen . . . . . . . . 264
19.8.6 Berechnungsbeispiel 2:Zweigelenkrahmen . . . . . . . 277
19.8.7 Berechnungsbeispiel 3:Zweigelenkrahmen . . . . . . . 281
19.9 Bemessung von Brettschichtholzträgern nach DIN 1052 neu
(EC5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
19.9.1 Aufbau des Brettschichtholzträgers . . . . . . . . . . . . 292
19.9.2 Gerader Träger mit konstanter Höhe nach DIN 1052 neu
(EC5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
19.9.3 Pultdachträger nach DIN1052 neu (EC5),
vgl.Abb.19.14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
19.9.4 Gekrümmte Träger und Satteldachträger
nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
19.9.5 Beispiel:symmetrischer Satteldachträger
nach DIN 1052 neu (EC5) . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
19.9.6 Beispiel:Satteldachträger mit gekrümmten
Untergurt nach DIN1052neu (EC5) . . . . . . . . . . . 300
20 Fachwerkträger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
20.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
20.2 Fachwerksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
20.3 Konstruktion von Fachwerkträgern . . . . . . . . . . . . . . . . 307
20.3.1 Knotenausbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
20.3.2 Stabdübel-,Dübel- und Versatzanschlüsse . . . . . . . . 308
20.3.3 Stahlblech-Holz-Stabdübelverbindungen . . . . . . . . . 308
20.3.4 Sonderbauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
20.3.5 Großfachwerke mit Gelenkbolzenverbindungen . . . . . 311
20.4 Berechnung von Fachwerkträgern nach DIN1052 (1988) . . . . 311
20.4.1 Lastverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
20.4.2 Vereinfachungen und Besonderheiten . . . . . . . . . . 313
20.4.3 Standsicherheitsnachweise . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
20.4.4 Durchbiegungsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
20.4.5 Beispiel nach DIN1052 (1988) . . . . . . . . . . . . . . . 316
20.5 Berechnung von Fachwerkträgern nach DIN1052neu (EC5) . 323
20.5.1 Ausführliche Berechnung nach DIN1052neu (EC5) . . 323
20.5.2 Vereinfachter Nachweis nach DIN1052neu (EC5) . . . 324
20.5.3 Zur Bemessung der Stäbe nach DIN1052neu (EC5) . . 324
21 Wind- und Aussteifungsverbände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
21.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
21.2 Dachverbände (cid:1)(cid:1)Giebelwänden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
21.3 Dachverbände (cid:1)(cid:1)Längswänden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
21.4 Wandverbände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
21.5 Berechnung horizontaler Aussteifungsverbände
nach DIN1052 (1988) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329