Verificarea Structurilor de Lemn Germana Ec5

7/23/2019 Verificarea Structurilor de Lemn Germana Ec5

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Nachweisfhrung fr Tragwerkeaus Holz nach Eurocode 5

HANDBUCH 2

Leonardo da Vinci Pilot Projekt

Lehr- und Lernunterlagen fr die Bemessungund Konstruktion von Tragwerken aus Holz

CZ/06/B/F/PP/168007


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Leonardo da Vinci Pilot ProjektCZ/06/B/F/PP/168007

HANDBUCH 2

NACHWEISFHRUNG FRTRAGWERKE AUS HOLZ

NACH EUROCODE 5

Dezember 2008

Lehr- und Lernunterlagen fr die Bemessungund Konstruktion von Tragwerken aus Holz

TEMTIS


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Leonardo da Vinci Pilot Projekt

Lehr- und Lernunterlagen fr die Bemessung und Konstruktion von Tragwerken aus Holz TEMTISHandbuch 2 Nachweisfhrung fr Tragwerke aus Holz nach Eurocode 5

Dieses Projekt wurde aus Mitteln der Europischen Kommision gefrdert. Die Inhalte dieserVerffentlichung geben die persnliche Sicht der jeweiligen Autoren zum Themenbereichwieder, weshalb die Europische Kommision fr den Inhalt keine Verantwortungbernehmen kann.

2008 bei den Autoren der Beitrge

Erste Ausgabe 2008


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Handbuch 2

V

VORWORT

Dieses Handbuch bezieht sich auf die Festlegungen und Regelungen fr die Bemessungund Konstruktion von Tragwerken aus Holz nach europischen Normen und auf in Europaerhltliche Produkte.

Die Inhalte dieses Handbuches sind eng an die Bestimmungen des Eurocode 5 (EC5), derzuknftigen europischen Norm fr den Entwurf und die Konstruktion von Tragwerken ausHolz, angelehnt jedoch nicht wrtlich bernommen.

Zur Entwicklung eines besseren Verstndnisses der Bemessungsregeln nach Eurocode 5wurden in diesem Handbuch Anwendungsbeispiele (Kapitel 12) ausgearbeitet.

Der Zweck dieses Handbuches liegt darin den Leser in die Bemessung und Konstruktion vonHolztragwerken nach Eurocode 5 einzufhren. Es ist so ausgelegt, dass die Inhalte sowohlals Unterlage an Ausbildungssttten, als auch fr ein Selbststudium geeignet sein sollen.

Abschlieend mchte der Verantwortliche des Arbeitspaketes WP4 Handbuch 2 seinenDank an alle beteiligten Autoren richten (siehe Autorenverzeichnis). Ein spezieller Dank gehtan Herrn Kolbein BELL / Norwegische Universitt fr Forschung und Technologie fr dasEditieren der englischen Ausgabe dieses Handbuches.

Petr KUKLKPrag, Oktober 2008


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Handbuch 2

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VORWORT ZUR DEUTSCHSPRACHIGEN VERSION

Ergnzend zum Vorwort der englischen Originalausgabe dieses Handbuches wirdfestgehalten, dass der Inhalt des Originals so weit als mglich, und sinngem in diedeutsche Sprache bersetzt wurde. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass diePassagen aus EN 1995-1-1 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeines Allgemeine Regeln und Regeln fr den Hochbau nicht wortwrtlichbernommen, sondern frei bersetzt wurden. Eine Haftung fr den Inhalt kann deshalb nichtbernommen werden. In jedem Fall sind fr die Bemessung und Konstruktion von Trag-werken aus Holz die jeweiligen Originalausgaben der entsprechenden Normen heranzu-ziehen.

Manfred AUGUSTINGraz, Dezember 2008


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Handbuch 2

VII

AUTORENVERZEICHNIS

Manfred AUGUSTIN (Kapitel 12 / Beispiele 12.5b, 12.6b, 12.7)

Technische Universitt GrazInstitut fr Holzbau und HolztechnologieInffeldgasse 24, A-8010 [email protected]://www.lignum.at

Kolbein BELL (Kapitel 12 / Beispiele 12.6a, 12.9)

Norwegische Universitt fr Forschung und Technologie

Abteilung fr konstruktiven IngenieurbauRich. Birkelands vei 1a, N0-7491 [email protected]://www.ntnu.no

Petr KUKLK (Kapitel 1-11 und 13, Kapitel 12 / Beispiele 12.1, 12.2, 12.3)

Tschechische Technische Universitt in PragAbteilung fr Stahl- und HolzbauThkurova 7, CZ-166 29 Prague 6

[email protected]://www.ocel-drevo.fsv.cvut.cz


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Handbuch 2

VIII

Antonn LOKAJ (Kapitel 12 / Beispiele 12.5a, 12.8)

Technische Universitt OstrauFakultt fr BauingenieurwesenL. Podt1875, CZ-708 33 [email protected]://www.fast.vsb.cz

Miroslav PREMROV (Kapitel 12 / Beispiel 12.4)

Universitt MarburgFakultt fr Bauingenieurwesen

Smetanova ulica 17, SI-2000 [email protected]://www.fg.uni-mb.si


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Handbuch 2

Kapitel 1 Einfhrung 1

1 Einfhrung

Seit Anbeginn der Menschheit haben die Frchte und das Holz der Bume die Menschheit

mit Nahrungsmitteln und (Bau-) Materialien fr Bauwerke, zum Heizen und fr Werkzeugeversorgt. Holz ist eines der ltesten Baumaterialien, das schon von unseren Vorfahrengenutzt wurde und die meisten von uns verspren eine groe Anziehung zur Schnheit undden besonderen Eigenschaften dieses natrlichen Materials, das sehr oft in unserer Arbeits-und Wohnumgebung verwendet wird.

Holz ist das lteste bekannte Baumaterial, das sowohl Zug- als auch Druckkrfte bertragenkann, wobei es auf Grund der Verfgbarkeit vorwiegend als stabfrmiges ProduktVerwendung findet. Es weist ein sehr gutes Gewichts- zu Festigkeitsverhltnis (Reilnge)auf, und ist leicht zu bearbeiten und zu verbinden. Gegenber anderen Materialien zeichnetes sich durch gute Eigenschaften in anspruchsvoller Umgebung und bei hohenTemperaturbeanspruchungen (auch gegenber Brandbeanspruchungen) aus, es korrodiert

nicht, und viele Holzarten sofern die jeweiligen Detailpunkte entsprechend ausgebildet sind bieten eine hohe Dauerhaftigkeit. Die einzigartigen Eigenschaften von Holz haben es zueinem Eckpfeiler im Fortschritt der Zivilisation und der Gesellschaft wie wir sie heutekennen werden lassen.

Holz wurde und wird, seit dem der Mensch mit Werkzeugen umzugehen lernte fr dieHerstellung von Hochbauten, Brcken, im Tiefbau, fr militrische Zwecke, fr Boote usw.herangezogen.

Holz ist ein bemerkenswertes Material. Whrend die meisten anderen Baumaterialien ausendlichen Ressourcen stammen, welche in ihrer Herstellung enorme Energiemengeverschlingen und somit wesentlich zum Treibhauseffekt beitragen, wachsen Bume durch

die Sonnenenergie auf natrlichen Bden, die auch noch durch den waldeigenen Kompostgedngt werden. Weiters bindet Holz das CO2aus der umgebenden Luft und wird durch denRegen gegossen. Auf Grund seines Entstehungsprozesses ist Holz praktisch das einzigeBaumaterial das sich vollstndig erneuert bereitgestellt von Bumen, die entweder ausknstlicher Bewirtschaftung (Plantagen) oder aus der natrlichen Regeneration der Bume(natrliche Waldbewirtschaftung) stammen.

Gleichzeitig bietet der Wald eine Unzahl von einzigartigen Leistungen und Vorteilen, wiebeispielsweise einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz, zum Wasser- und Lufthaushalt,sowie zur Erholungsfunktion fr die Allgemeinheit.

Die volkswirtschaftlichen Leistungen im Rahmen der Herstellung von Produkten der holzver-und bearbeitenden Industrie beeinflussen direkt das Leben von rund 450 Millionen Euro-


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Kapitel 1 Einfhrung 2

pern. Innerhalb der Staaten der Europischen Union sind 140 Millionen Hektar bewaldet,was im Mittel rund 35% der Landflche betrgt. Dabei reicht der prozentuelle Anteil an

Waldflche von 1% auf Zypern bis zu 71% in Finnland. Die europischen Wlder nehmendabei flchenmig und im Wachstum zu, wodurch es zu einem hheren Anteil des im Waldstehenden Holzvolumens (Vorratsmenge) kommt.

Aus der Sicht des Ingenieurs ist im Zuge der Verwendung bzw. fr den Ansatz vonphysikalischen Kenngren zu beachten, dass sich fehlerfreies Holz (engl.: clear wood)vom Bauholz (engl.: timber) ganz wesentlich unterscheiden. Whrend unter dem(fehlerfreien) Material Holz die Substanz des Stammes und der ste an sich verstandenwerden, das aus Baumstmmen eingeschnitten wird und in vielfltiger Form Verwendungfindet, versteht man im Allgemeinen unter Bauholz das fr konstruktive, (lastab-) tragendeZwecke herangezogene Produkt in Gebrauchsabmessungen.

In der Hand des gut ausgebildeten Fachmannes, welcher dieses Material einerseits mitgroer Leidenschaft, Traditionsbewusstsein aber gleichzeitig auch einem Bezug zurModerne, sowie dem Verstndnis der natrlichen Eigenschaften dieses Materials bearbeitet,hat der Roh- und Werkstoff Holz bedeutende Vorteile im Vergleich mit anderen Bau-materialien aufzuweisen. Mit Hilfe geeigneter Bemessungs- bzw. Nachweismethoden kanndamit eine Formensprache und Funktionalitt von Holzkonstruktionen erreicht werden, diejener der Baustoffe Beton und Stahl gleichkommt oder diese sogar bertrifft.


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Handbuch 2

Kapitel 2 Bemessung und Nachweisfhrung von Tragwerken aus Holz 3

2 Bemessung und Nachweisfhrung von Tragwerken aus Holz

Bevor mit der eigentlichen Bemessung und Nachweisfhrung von Tragwerken aus Holz

begonnen werden kann ist es erforderlich die Tragstruktur zu analysieren und ein geeignetesbau-statisches Modell zu entwickeln. Dabei tritt nicht selten ein Konflikt zwischen einfachenund oftmals auf der konservativen Seite liegenden Modellen auf, welche in der Berechnungeinfach handhabbar sind, und komplexeren Modellierungen auf die, einerseits realittsnaher,aber andererseits in der Berechnung auch oftmals fehleranflliger sind und bei denenmanchmal auch die Gefahr besteht, dass Fehlermechanismen nicht richtig erkannt undbeurteilt werden.

Die konstruktive Ausbildung soll in Einklang mit der Ausfhrbarkeit sein. Fr Tragwerke mitkomplexen Geometrien ist sicherzustellen, dass deren Ausfhrung den Berechnungs-grundlagen entspricht. Der Einfluss unvermeidbarer Toleranzen gegenber der geplantenGeometrie und von Verformungen infolge der aufgebrachten Einwirkungen ist zu berck-

sichtigen.

Verbindungen bedingen oftmals grere Anschlussbereiche, welche zu exzentrischen Last-einleitungen fhren knnen. Diese drfen in der Nachweisfhrung nicht vernachlssigtwerden. Bei der Festlegung des Berechnungsmodells besteht bezglich dieses Sachverhalt-es ein gewisser Spielraum, der jedoch die Gltigkeit der Annahmen nicht einschrnken darf.

Die Methoden der Nachweisfhrung in den Eurocodes bedienen sich sogenannter Grenz-zustnde, das sind Zustnde bei denen die Zuverlssigkeit der Tragstruktur in eindeutigerWeise mit Zustnden verbunden sind ab denen das Bauteil bzw. das Bauwerk definierteAnforderungen nicht mehr erfllt. Im System der Eurocodes sind das neben Anforderungenan die Dauerhaftigkeit und die Robustheit im speziellen zwei Grenzzustnde: der

Grenzzustand der Tragfhigkeit und der Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit.

Als Grenzzustand der Tragfhigkeit (engl.: Ultimate Limit State (ULS)) werden Zustndebezeichnet die mit dem Versagen des Bauteiles bzw. des Bauwerkes verbunden sind oder inanderer Form zum Einsturz fhren knnen. Diese sind: Verlust des Gleichgewichts,Versagen infolge groer Verformungen, Auftreten von Gelenksmechanismen, Versagen desQuerschnittes und Verlust der Tragfhigkeit des Bauteils (Stabilittsversagen).

Die Grenzzustnde der Gebrauchstauglichkeit umfassen Zustnde, die das Erscheinungsbildoder die Funktion von Bauteilen in unzulssiger Weise beeintrchtigen, eine unerwnschte(bermige) Rissbildung verursachen und die Dauerhaftigkeit des Bauwerkes vermindernknnen, sowie Schwingungen, die ein Unwohlsein bei den Benutzern verursachen oder dieTragstruktur beschdigen.


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In den Eurocodes werden die Unsicherheiten der Modellbildung, des Materials, derAusfhrung usw. auf Basis von Teilsicherheitsnachweisen gefhrt, deren wesentliche

Grundlagen und Zusammenhnge in der Folge kurz erlutert werden.

2.1 Grundstze der Bemessung nach Grenzzustnden

Die Berechnungsmodelle fr die verschiedenen Grenzzustnde haben, sofern erforderlichfolgende Eigenschaften und Bedingungen zu bercksichtigen:

unterschiedliche Baustoffeigenschaften (z.B. Festigkeit und Steifigkeit);

unterschiedliches zeitabhngiges Baustoffverhalten (Lasteinwirkungsdauer,Kriechen);

unterschiedliche Klimabedingungen fr die Baustoffe (Temperatur, Feuchte-wechsel);

unterschiedliche Bemessungssituationen (Bauzustand, nderungen derLagerungsbedingungen).

2.1.1 Nachweise im Grenzzustand der Tragfhigkeit

Fr die Steifigkeiten sind im Rahmen der baustatischen Berechnung folgende Werte zubercksichtigen:

fr eine linear-elastische Berechnung nach Theorie I. Ordnung von

Tragwerken bei denen die Verteilung der inneren Schnittkrfte dieSteifigkeitsverteilung innerhalb des Tragwerkes nicht beeinflusst (z.B. wennalle Bauteile die selben zeitunabhngigen Eigenschaften aufweisen) sind dieMittelwerte anzusetzen;

fr eine linear-elastische Berechnung, bei der die Verteilung der innerenSchnittkrfte die Steifigkeitsverteilung innerhalb der Tragstruktur beeinflusst(z.B. bei Verbundbauteilen mit unterschiedlichen zeitabhngigenEigenschaften), die Mittelwerte im Endzustand, welche sich aus demLastanteil berechnen der die hchsten Spannungen im Verhltnis zurFestigkeit hervorruft;

fr eine linear-elastische Berechnung eines Tragwerkes nach Theorie

II. Ordnung die nicht auf die Lasteinwirkungsdauer bezogenen Bemessungs-werte.

Der Verschiebungsmodul Kueiner Verbindung im Grenzzustand der Tragfhigkeit ist mit

seru KK =3

2 (2.1)

zu bercksichtigen, wobei Kserder Verschiebungsmodul im Grenzzustand der Gebrauchs-tauglichkeit ist.


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Handbuch 2


2.1.2 Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

Die Verformungen einer Tragstruktur bzw. eines Bauteiles, welche aus den Einwirkungen(wie Normalkrfte, Querkrfte, Biegemomente und die Nachgiebigkeit der Verbindungen),sowie aus Holzfeuchtenderungen hervorgerufen werden sollen innerhalb angemessenerGrenzwerte bleiben. Wobei die Mglichkeit von Beschdigungen von sekundren Bauteilen,wie Decken, Fubden, Trennwnden und dgl. zu bercksichtigen ist und die funktionalenwie sthetischen Anforderungen erhalten bleiben mssen.

Die Anfangsverformung uinst (siehe Kapitel 7) ist aus der charakteristischen Lastfall-kombination unter Verwendung der Mittelwerte der entsprechenden Elastizitts-, Schub- undVerschiebungsmoduln zu berechnen.

Die Endverformung ufin(siehe Kapitel 7) ist mit Hilfe der quasi-stndigen Lastfallkombination

zu bestimmen.

Besteht das Tragwerk aus Bauteilen oder Komponenten mit unterschiedlichemKriechverhalten sind die Endverformungen unter Verwendung von Endwerten der Mittelwerteder entsprechenden Elastizitts-, Schub- und Verschiebungsmoduln zu ermitteln.

Fr Tragwerke die aus Bauteilen, Komponenten und Verbindungen mit denselben Kriech-eigenschaften bestehen und unter der Annahme einer lineare Beziehung zwischen denEinwirkungen und den zugehrigen Verformungen knnen die Endverformungen ufinwie folgtberechnet werden:

iQfinQfinGfinfin uuuu

,,1,,,++=

(2.2)

Es bedeuten:

)1(,, defGinstGfin kuu += fr eine stndige Einwirkungen G, (2.3)

)1( 1,21,,1,, defQinstQfin kuu += fr die fhrende vernderliche

Einwirkung Q1 ,(2.4)

)( 1,2,0,,,, defiiQinstiQfin kuu += fr begleitende vernderliche

Einwirkungen Qi(i > 1).(2.5)

Mit:

uinst,G , uinst,Q,1 , uinst,Q,i die Anfangsverformungen fr die Einwirkungen infolge G,Q1und Qi ,

2,1, 2,i Kombinationsbeiwerte fr den quasi-stndigen Anteilvernderlicher Einwirkungen,

0,i Kombinationsbeiwerte fr vernderliche Einwirkungen,

kdef Verformungsbeiwert aus Kapitel 3 fr Holz und Holzwerk-

stoffe sowie aus Kapitel 2 fr Verbindungen.


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Fr Schwingungsnachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sind Mittelwerte derentsprechenden Steifigkeiten zu verwenden.

2.2 Basisvariablen

Die Basisvariablen sind die Einwirkungen, die Materialeigenschaften und die geometrischenAbmessungen.

2.2.1 Einwirkungen und Umgebungseinflsse

Einwirkungen die zur Bemessung herangezogen werden sind den entsprechen Teilen derEN 1991 zu entnehmen.

Anmerkung 1:

Die entsprechenden Teile der EN 1991 die zur Bemessung heranzuziehen sind umfassen:

EN 1991-1-1 Dichten, Eigengewichte und Nutzlasten im Hochbau

EN 1991-1-3 Schneelasten

EN 1991-1-4 Windlasten

EN 1991-1-5 Temperatureinwirkungen

EN 1991-1-6 Einwirkungen whrend der Ausfhrung

EN 1991-1-7 Auergewhnliche Einwirkungen

Die Lasteinwirkungsdauer und der Feuchtegehalt beeinflussen die Festigkeits- undSteifigkeitseigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen und sind fr die Berechnung undBemessung fr den mechanischen Widerstand und die Gebrauchstauglichkeit zubercksichtigen.

Klassen der Lasteinwirkungsdauer

Die Klassen der Lasteinwirkungsdauer werden durch die Wirkung einer konstanten Lastcharakterisiert, welche fr eine bestimmte Zeitdauer auf das Tragwerk einwirkt. Fr einevernderliche Einwirkung ist die entsprechende Klasse der Lasteinwirkungsdauer unter

Bercksichtigung der typischen zeitlichen Lastvariabilitt festzulegen.

Die Klassen der Lasteinwirkungsdauer von Einwirkungen sind fr Festigkeits- und Steifig-keitsberechnungen in der nachfolgend angefhrten Tabelle 2.1 festgelegt.


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Klasse der LasteinwirkungsdauerGrenordnung der akkumuliertenDauer der charakteristischenLasteinwirkung

stndig lnger als 10 Jahre

lang 6 Monate 10 Jahre

mittel 1 Woche 6 Monate

kurz krzer als eine Woche

sehr kurz

Tab. 2.1 Klassen der Lasteinwirkungsdauer

Anmerkung:Beispiele fr eine Zuordnung von Einwirkungen zur Klasse der Lasteinwirkungsdauer sind in Tab. 2.2angegeben.

Klasse der Lasteinwirkungsdauer Beispiele fr Einwirkungen

stndig Eigengewicht

lang Lagerstoffe

mittel Verkehrslasten, Schnee

kurz Schnee, Wind

sehr kurzWind und auergewhnlicheEinwirkungen

Tab. 2.2 Beispiele fr Zuordnungen von Einwirkungen zu Klassen der Lasteinwirkungsdauer

Nutzungsklassen

Tragwerke sind einer der nachfolgend angefhrten Nutzungsklassen zuzuweisen:

Anmerkung 1:Das System der Nutzungsklassen dient vornehmlich der Zuordnung von Festigkeitskennwerten undfr Verformungsberechnungen unter definierten Umgebungsbedingungen.

Die Nutzungsklasse 1 ist charakterisiert durch einen Feuchtegehalt im Material der bei einerTemperatur von 20C und einer relativen Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft, welcher denWert von 65% nur an einigen Wochen pro Jahr berschreitet.


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Handbuch 2


Anmerkung:In Nutzungsklasse 1 nimmt der mittlere Feuchtegehalt der meisten Nadelhlzer im Allgemeinenkeinen hheren Wert als 12% an.

Die Nutzungsklasse 2 ist charakterisiert durch einen Feuchtegehalt im Material, welcher beieiner Temperatur von 20C und einer relativen Luftfeuchtigkeit der umgebenden Luft,welcher den Wert von 85% nur an einigen Wochen pro Jahr berschreitet, eintritt.

Anmerkung:In Nutzungsklasse 1 nimmt der mittlere Feuchtegehalt der meisten Nadelhlzer im Allgemeinenkeinen hheren Wert als 20% an.

Die Nutzungsklasse 3 ist charakterisiert durch klimatische Bedingungen, welche zu einemhheren Feuchtegehalt als jene in Nutzungsklasse 2 fhren.

2.2.2 Baustoffe und Produkteigenschaften

Einflsse der Lasteinwirkungsdauer und der Feuchte auf die Festigkeit

Modifikationsfaktoren, die den Einfluss der Lasteinwirkungsdauer und des Feuchtegehaltesauf die Festigkeit bercksichtigen sind in Kapitel 3 angegeben.

In Fllen, in denen eine Verbindung aus zwei Holzelementen mit unterschiedlichenzeitabhngigen Verhalten besteht, ist der Bemessungswert der Tragfhigkeit mit folgendemModifikationsbeiwert kmodzu ermitteln.

2mod,1.modmod kkk = (2.6)

wobei kmod,1 und kmod,2 die jeweiligen Modifikationsbeiwerte der beiden aneinandergefgtenHolzelemente sind.

Einflsse der Lasteinwirkungsdauer und der Feuchte auf die Verformungen

Fr den Fall, dass das Tragwerk aus Bauteilen oder Komponenten mit unterschiedlichemzeitabhngigen Eigenschaften besteht sind fr die Berechnung der Endverformungen imGrenzzustand der Gebrauchstauglichkeit die Endwerte der Mittelwerte des Elastizitts-moduls Emean,fin, des Schubmoduls Gmean,fin und der Verschiebungsmodul Kser,fin nach denfolgenden Gleichungen zu verwenden:

)1(,

def

meanfinmean

k

EE

+= (2.7)

)1(,

def

meanfinmean

k

GG

+= (2.8)

)1(,

def

serfinser

k

KK

+= (2.9)


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Handbuch 2


Wenn die Verteilung der Schnittgren durch die Steifigkeitsverteilung im Tragwerkbeeinflusst wird sind fr die Berechnungen im Grenzzustand der Tragfhigkeit die folgenden

Endwerte des Elastizittsmoduls Emean,fin , des Schubmoduls Gmean,fin und des Verschiebungs-moduls Kser,finzu verwenden:

)1( 2,

def

meanfinmean

k

EE

+=

(2.10)

)1( 2,

def

meanfinmean

k

GG

+=

(2.11)

)1( 2,

def

serfinser

k

KK

+

=

(2.12)

Es bedeuten:

Emean Mittelwert des Elastizittsmoduls,

Gmean Mittelwert des Schubmoduls,

Kser Verschiebungsmodul,

kdef Verformungsbeiwert unter Bercksichtigung der magebenden Nutzungs-klasse,

2 Beiwert fr den quasi-stndigen Anteil der Einwirkung, welche die grtenSpannungen im Verhltnis zur Festigkeit hervorruft (wenn diese Einwirkungeine stndige Einwirkung darstellt, sollte 2mit 1,0 bercksichtigt werden).

Anmerkung 1:Werte fr kdefsind in Kapitel 3 angegeben.

Anmerkung 2:Werte fr 2sind EN 1990:2002 zu entnehmen.

Besteht eine Verbindung aus Holz bzw. Holzwerkstoffen mit den gleichen zeitabhngigen

Eigenschaften, so sind die Werte fr kdefzu verdoppeln.

Fr den Fall, dass eine Verbindung aus zwei unterschiedlichen Holz bzw. Holzwerkstoff-elementen mit unterschiedlichen zeitabhngigen Eigenschaften besteht sind die Endver-formungen mit dem nachfolgenden Wert fr kdefzu ermitteln:

2,1.2 defdefdef kkk = (2.13)

wobei kdef,1 und kdef,2 die Verformungsbeiwerte der beiden beteiligten Holz- bzw.Holzwerkstoffelemente sind.


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Handbuch 2


2.3 Nachweise mit der Methode der Teils icherheitsbeiwerte

Im Rahmen des Nachweise mit der Methode der Teilsicherheitswerte wird eine niedrigeWahrscheinlichkeit des Erreichens von Beanspruchungswerten hher als jene derWiderstnde durch Bemessungskennwerte, die unter Bercksichtigung von Teilsicherheits-beiwerte bestimmt wurden, erreicht werden. Dabei sind die Bemessungskennwerte aus dencharakteristischen Werten der Einwirkungen durch Multiplikation und die charakteristischenFestigkeitswerte durch Division mit diesen zu bestimmen.

2.3.1 Bemessungswert der Baustoffeigenschaft

Der Bemessungswert Xdeiner Baustoffeigenschaft ist wie folgt zu bestimmen:

M

kd

XkX

= mod (2.14)

Dabei ist

Xk charakteristischer Wert einer Festigkeitseigenschaft,

M Teilsicherheitsbeiwert der Baustoffeigenschaft,

kmod Modifikationsbeiwert zur Bercksichtigung der Lasteinwirkungsdauer und desFeuchtegehaltes

Anmerkung 1:Werte fr kmodsind in Kapitel 3 angegeben.

Anmerkung 2:Die empfohlenen Teilsicherheitsbeiwerte fr die Baustoffeigenschaften (M) sind der nachfolgendenTabelle 2.3 zu entnehmen. Informationen zu nationalen Festlegungen sind dem nationalen Anhangdes jeweiligen Landes zu entnehmen.


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Grundkombination:

- Vollholz 1,3

- Brettschichtholz 1,25

- LVL, Sperrholz, OSB 1,2

- Spanplatten 1,3

- Harte Faserplatten 1,3

- Mittelharte Faserplatten 1,3

- MDF-Faserplatten 1,3

- Weiche Faserplatten 1,3

- Verbindungen 1,3

- Nagelplatten (Stahleigenschaften) 1,25

Auergewhnliche Lastkombination: 1,0

Tab. 2.3 Empfohlener Teilsicherheitsbeiwert Mfr Baustoffeigenschaftenund Beanspruchbarkeiten

Die Bemessungswerte der Steifigkeitseigenschaften des Bauteils Edund Gdsind wie folgt zuberechnen:

M

meand

EE

= (2.15)

M

mean

d

G

G = (2.16)

Dabei ist:

Emean Mittelwert des Elastizittsmoduls,

Gmean Mittelwert des Schubmoduls.


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Handbuch 2


2.3.2 Bemessungswert der geometrischen Abmessungen

Geometrische Gren fr Querschnitte und Systeme knnen als nominelle Werte ausharmonisierten Produktnormen oder Ausfhrungsplnen entnommen werden.

Bemessungswerte fr geometrische Imperfektionen die in EN 1995-1-1 angegeben sindbercksichtigen die Einflsse von:

geometrischen Imperfektionen der Bauteile,

den Effekt von strukturellen Imperfektionen infolge Herstellung und Errichtung,

Inhomogenitten der Baustoffe (z.B. durch ste)

2.3.3 Bemessungswert der BeanspruchbarkeitDer Bemessungswert Rdder Beanspruchbarkeit (Tragfhigkeit) ist wie folgt zu berechnen:

M

kd

RkR

= mod (2.14)

Dabei ist

Rk charakteristischer Wert einer Beanspruchbarkeit,

M Teilsicherheitsbeiwert fr eine Baustoffeigenschaft

kmod Modifikationsbeiwert zur Bercksichtigung der Lasteinwirkungsdauer und desFeuchtegehaltes

Anmerkung 1:Werte fr kmodsind in Kapitel 3 angegeben.

Anmerkung 2:

Teilsicherheitsbeiwerte fr die Baustoffeigenschaft (M) sind Tabelle 2.3 zu entnehmen.


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Handbuch 2

Kapitel 3 Baustoffeigenschaften 13

3 Baustoffeigenschaften

Wie in den anderen Eurocodes sind auch in EN 1995-1-1 (EC 5) keine Werte fr die

Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften angegeben. Stattdessen sind lediglich dieRegelungen fr deren Festlegung in bereinstimmung mit dem Sicherheitskonzept und denBemessungsregeln angefhrt.

3.1 Allgemeines

Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften

Die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften sind fr die einzelnen Beanspruchungsartenwie sie auch im zu errichtenden Tragwerk auftreten auf Basis von Versuchen, auf Basis vonVergleichen mit hnlichen Holzarten und Klassen oder Holzwerkstoffen, oder auf Grundbekannter Beziehungen zwischen den verschiedenen Eigenschaften zu bestimmen.

Spannungs-Dehnungs-Beziehungen

Weil die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf Grundlage eines linearenZusammenhanges zwischen Spannungen und Dehnungen bestimmt werden, sind auch dieNachweise einzelner Bauteile auf dieser Basis zu fhren.

Fr Bauteile oder Teile von Bauteilen mit einer Druckbeanspruchung darf auch ein nicht-linearer Zusammenhang (elastisch-plastisch) der Berechnung zugrunde gelegt werden.

Modifikationsbeiwerte der Festigkeiten zur Bercksichtigung der Nutzungsklassenund Klassen der Lasteinwirkungsdauer

Es sind die Werte fr den Modifikationsfaktor kmodgem Tabelle 3.1 zu verwenden.

Besteht eine Lastkombination aus Einwirkungen, die unterschiedlichen Klassen derLasteinwirkungsdauer zugeordnet werden, ist fr kmod ein Wert zu verwenden, der zu derEinwirkung mit der krzesten Lasteinwirkungsdauer gehrt, z.B. ist fr eine Lastkombinationaus stndigen und kurzzeitig wirkenden Einwirkungen fr kmodeine Wert zu verwenden, dereiner kurzzeitigen Einwirkung entspricht.


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Handbuch 2


Baustoff Norm Nutz-ungs-

kl.

Klasse der Lasteinwirkungsdauer

Stndige

Einwirkung

Lange

Einwirkung

Mittlere

Einwirkung

Kurze

Einwirkung

sehr kurze

Einwirkung

Vollholz EN 14081-1

1 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

2 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

3 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90

Brett-schicht-holz

EN 14080

1 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

2 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

3 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90

Furnier-schicht-holz (LVL)

EN 14374,EN 14279

1 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

2 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

3 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90

Sperrholz EN 636- Teil 1,- Teil 2,- Teil 3

1 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

- Teil 2,- Teil 3

2 0,60 0,70 0,80 0,90 1,10

- Teil 3 3 0,50 0,55 0,65 0,70 0,90

OSB EN 300 1 0,30 0,45 0,65 0,85 1,10

- OSB / 3- OSB / 4

1 0,40 0,50 0,70 0,90 1,10

- OSB / 3- OSB / 4

2 0,30 0,40 0,55 0,70 0,90

Spann-platten

EN 312- Teil 4,- Teil 5

1 0,30 0,45 0,65 0,85 1,10

- Teil 5 2 0,20 0,30 0,45 0,60 0,80

- Teil 6,- Teil 7

1 0,40 0,50 0,70 0,90 1,10

- Teil 7 2 0,30 0,40 0,55 0,70 0,90

Holzfaser-platten,

hart

EN 622-2- HB.LA,

- HB.HLA1 oder 2

1 0,30 0,45 0,65 0,85 1,10

- HB.HLA1 oder 2 2 0,20 0,30 0,45 0,60 0,80

Holzfaser-platten,mittelhart

EN 622-3- MBH.LA1 oder 2- MBH.HLS1 oder 2

1 0,20 0,40 0,60 0,80 1,10

- MBH.HLS1 oder 2 2 - - - 0,45 0,80

Holzfaser-platten,MDF

EN 622-5- MDF.LA,- MDF.HLS

1 0,20 0,40 0,60 0,80 1,10

- MBH.HLS1 oder 2 2 - - - 0,45 0,80

Tab. 3.1 Werte fr den Modifikationsfaktor kmod


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Handbuch 2


Verformungsbeiwerte in Abhngigkeit von der Nutzungsklasse

Fr den Verformungsbeiwert sind die Werte aus Tabelle 3.2 in der Berechnung anzusetzen.

Baustoff NormNutzungsklasse

1 2 3

VollholzEN 14081-1 0,60 0,80 2,00

BrettschichtholzEN 14080 0,60 0,80 2,00

Furnierschichtholz(LVL)

EN 14734, EN 14279 0,60 0,80 2,00

Sperrholz EN 636 Teil 1 0,80 - -

Teil 2 0,80 1,00 -

Teil 3 0,80 1,00 2,50

OSB EN 300 OSB/2 2,25 - -

OSB/3, OSB/4 1,50 2,25 -

Spanplatten EN 312 Teil 4 2,25 - -

Teil 5 2,25 3,00 -

Teil 6 1,50 - -

Teil 7 1,50 2,25 -

Holzfaserplatten,

hart

EN 622-2 HB.LA 2,25 - -

HB.HLA1, HB.HLA2 2,25 3,00 -

Holzfaserplatten,mittelhart

EN 622-3 MBH.LA1, MBH.LA2 3,00 - -

MBH.HLS1,MBH.HLS2

3,00 4,00 -

Holzfaserplatten,MDF

EN 622-5 MDF.LA 2,25 - -

MDF.HLS 2,25 3,00 -

Tab. 3.2 kdef-Werte fr Holz und Holzwerkstoffe

3.2 Vollholz

Vollholz mit rechteckigem Querschnitt hat den Festlegungen von EN 14081-1, Baurundholzfr tragende Zwecke jenen von EN 14544 zu entsprechen.

Anmerkung:Werte fr Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften (siehe Tabelle 4) von Vollholz sind in EN 338angegeben.

Die Festlegung von Festigkeitsklassen und zugeordneten Festigkeits- undSteifigkeitseigenschaften ist unabhngig mglich, weil nahezu kommerziell erhltlichenNadel- und Laubhlzer einen hnlichen Zusammenhang zwischen Festigkeits- undSteifigkeitseigenschaften aufweisen.


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Handbuch 2


Vorhandene Versuchsdaten zeigen, dass beinahe alle wichtigen charakteristischenFestigkeits- und Steifigkeitseigenschaften entweder aus der Biegefestigkeit, dem (Biege-)

Elastizittsmodul oder der Rohdichte abgeleitet werden knnen. Trotzdem ist weiterhinForschungsbedarf gegeben um den Einfluss der Holzqualitt auf diese Zusammenhnge zuuntersuchen, sowie darber Klarheit zu gewinnen, ob die Zuverlssigkeit der verschiedenenFestigkeitsklassen durch Modifikation dieser Zusammenhnge gesteigert werden kann.

Laubholzarten (engl.: deciduous) haben einen anderen anatomischen Aufbau im Vergleichmit Nadelhlzern (engl.: coniferous). Laubhlzer haben hhere Rohdichten aber keinedamit verbundenen signifikant hheren Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften. Ausdiesem Grund sind in EN 338 unterschiedliche Festigkeitsklassen fr Laub- und Nadelhlzerangefhrt. Pappelholz, das in zunehmendem Mae auch im Baubereich eingesetzt wird, hatdem blichen Rohdichte- zu Festigkeitsverhalten der Nadelhlzer hnliche Eigenschaftenund wurde daher den Nadelhlzern zugeordnet.

Durch den Zusammenhang zwischen Festigkeit, Steifigkeit und Rohdichte kann eine Holzart/ Herkunft / Festigkeitsklassen Kombination in eine bestimmte Festigkeitsklasse basierendauf charakteristischen Werten der Biegefestigkeit, des (Biege-) Elastizittsmoduls und derRohdichte eingeordnet werden.

In bereinstimmung mit EN 338 kann einen Holzpopulation daher zu einer Festigkeitsklassezugeordnet werden, wenn:

das Holz visuell oder maschinell entsprechend den Festlegungen vonEN 14081 nach der Festigkeit sortiert wurde,

die charakteristischen Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtewerte nachEN 384 Bauholz fr tragende Zwecke Bestimmung charakteristischer Wertefr mechanische Eigenschaften und Rohdichte bestimmt wurden,

die charakteristischen Werte der Biegefestigkeit, des (Biege-) Elastizitts-moduls und der Rohdichte der untersuchten Population grer oder gleich alsdie korrespondierenden Werte der definierten Festigkeitsklasse sind.

Der Einfluss der Gre des Bauteils (Greneffekt) darf bercksichtigt werden.


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Handbuch 2


Laubhlzer

D70

Festigkeitseigenschaften[N

/mm]

70 42 0,6 34 13,5

6,0

Steifigkeitseigenschaften[k

N/mm]

20 16,8

1,3

3

1,2

5

Rohdichte[kg/m]

900 108

0

AnmerkungaDieobenangegebe

nenWertefrdieZug-,Druck-undSchub

festigkeit,das5%-QuantildesElastizittsmoduls,derMittelwertdesElastizitts-

modulsrechtwinkligzurFaserrichtungundderMittelwertdes

SchubmodulswurdenmitdeninAnhangAangegebenGleichungenberechnet.

bDietabelliertenEig

enschaftengeltenfrHolzmiteinem

bei20Cund65%relativerLuftfeuchteblichenFeuchtegehalt.

cEskannsein,dass

BauholzderKlasseC45undC50nichtim

merzurVerfgungsteht.

dDiecharakteristischenWertefrdieSchubfestigkeitberuhen

aufdermaximalzulssigenRisstiefevon

50%.

D60

60

36

0,6

32

10,5

5,3 1

714,3

1,13

1,06

700

840

D50

50

30

0,6

29

9,7

4,6 1

411,8

0,93

0,88

650

780

D40

40

24

0,6

26

8,8

3,8 1

19,4

0,75

0,70

590

700

D35

35

21

0,6

25

8,4

3,4 1

08,7

0,69

0,65

560

670

D30

30

18

0,6

23

8,0

3,0 1

08,0

0,64

0,60

530

640

PappelundNadelhlzer

C

50

5

0

3

0

0

,6

2

9

3

,2

3

,8 16

1

0,7

0

,53

1

,00

4

60

5

50

C45

45

27

0,6

27

3,1

3,8 1

510,0

0,50

0,94

440

520

C40

40

24

0,6

26

2,9

3,8 1

49,4

0,47

0,88

420

500

C35

35

21

0,6

25

2,8

3,4 1

38,7

0,43

0,81

400

480

C30

30

18

0,6

23

2,7

3,0 1

28,0

0,40

0,75

380

460

C27

27

16

0,6

22

2,6

2,8 1

1,5

7,7

0,38

0,72

370

450

C24

24

14

0,5

21

2,5

2,5 1

17,4

0,37

0,69

350

420

C22

22

13

0,5

20

2,4

2,4 10 6,7 0

,330,63

340

410

C20

20

12

0,5

19

2,3

2,2 9

,56,4

0,32

0,59

330

390

C18

18

11

0,5

18

2,2

2,0 9 6

,00,30

0,56

320

380

C16

16

10

0,5

17

2,2

1,8 8 5

,40,27

0,5

310

370

C14

14

8 0,4

16

2,0

1,7 7 4

,70,23

0,44

290

350

fm,k

ft,o,k

ft,90,k

fc,0,k

fc,90,k

fv,k

E

0,mean

E

0,05

E

90,mean

G

mean

k

mean

Biegung

Zugparallel

Zugrechtwinklig

Druckparallel

Druckrechtwinklig

Schub

Mittelwertdes

Elastizittsmodulsparallel

5%-Quantilwertdes

Elastizittsmoduls

Mittelwertdes

Elastizittsmodulsrechtwinklig

MittelwertdesSchubmoduls

Rohdichte

MittelwertderRohdichte

Tab. 3.3 Festigkeitsklassen und charakteristische Eigenschaften gem EN 338


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Fr rechteckige Vollholzquerschnitte mit einer charakteristischen Rohdichte k 700 kg/mbetrgt die Bezugshhe bei einer Biegebeanspruchung oder die Bezugsbreite (grere

Querschnittsabmessung) bei einer Zugbeanspruchung 150 mm. Fr kleinere Hhen beiBiegebeanspruchung bzw. Breiten bei Zugbeanspruchung des Vollholzes drfen die charakt-eristischen Werte fr fm,k und ft,0,k mit den Faktor kh gem der nachfolgenden Gleichungmultipliziert werden:

=

3,1

150

min

2,0

h

kh

(3.1)

wobei h die Querschnittshhe bei biegebeanspruchten oder die Breite bei zugbeanspruchtenBauteilen bezeichnet und in mm einzusetzen ist.

Vollholz, mit einer Holzfeuchte gleich oder ber dem Fasersttigungspunkt eingebaut wirdund aller Voraussicht unter Belastung austrocknet, ist der kdef-Wert nach Tab. 2 um 1,0 zuerhhen.

Keilzinkenverbindungen haben den Anforderungen nach EN 385 zu entsprechen.

3.3 Brettschichtholz

Brettschichtholz muss den Anforderungen nach EN 14080 entsprechen.

Anmerkung:Werte der Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften fr Brettschichtholz der verschiedenenFestigkeitsklassen sind in EN 1194 enthalten.

Formeln zu Berechnung der mechanischen Eigenschaften von Brettschichtholz inAbhngigkeit von den Eigenschafen der zur Produktion verwendeten Lamellen sind Tab. 3.3zu entnehmen.

Die grundstzlichen Anforderungen an die zur Produktion verwendeten Lamellen sind diecharakteristische Zugfestigkeit und der Mittelwert des Elastizittsmoduls. Die Rohdichte derLamellen stellt einen indikativen Wert dar. Diese Eigenschaften sind entweder dentabellierten Werten aus EN 338 zu entnehmen oder sind auf Basis der Prinzipien vonEN 1194 abgeleitete Werte.


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Handbuch 2


Eigenschaft

Biegung kltkgm ff ,,0,,, 15,17 +=

Zugkltkgt ff ,,0,,,0, 8,05 +=

kltkgt ff ,,0,,,90, 015,02,0 +=

Druck

45,0

,,0,,,0, 2,7 kltkgc ff = 5,0

,,0,,,90, 7,0 kltkgc ff =

Schub8,0

,,0,,, 32,0 kltkgv ff =

Elastizittsmodul

meanlmeang EE ,,0,,0 05,1 =

meanlg EE

,,005,,0 85,0 =

meanlmeang EE

,,0,,90 035,0 =

Schubmodul meanlmeang EG ,,0, 065,0 =

Rohdichte klkg ,, 10,1 =

Anmerkung:Fr kombiniertes Brettschichtholz gelten die Gleichungen fr die Eigenschaften dereinzelnen Querschnittsbereiche. Es wird vorausgesetzt, dass Bereiche mitunterschiedlichen Lamelleneigenschaften mindestens 1/6 der Trgerhhe erfassenbzw. aus mindestens zwei Lamellen bestehen.

Tab. 3.4 Mechanische Eigenschaften von Brettschichtholz (in N/mm)

Der Einfluss der Gre des Bauteils (Greneffekt) auf die Festigkeit darf bercksichtigtwerden.

Fr rechteckige Brettschichtholzquerschnitte betrgt die Bezugshhe bei einer Biegebean-spruchung oder die Bezugsbreite bei einer Zugbeanspruchung 600 mm. Fr kleinere Hhenbei Biegebeanspruchung bzw. Breiten bei Zugbeanspruchung des Brettschichtholzes drfendie charakteristischen Werte fr fm,k und ft,0,k mit den Faktor kh gem der nachfolgenden

Gleichung multipliziert werden:


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=

1,1

600

min

1,0

hkh (3.2)

wobei h die Querschnittshhe bei biegebeanspruchten oder die Breite bei zugbeanspruchtenBauteilen bezeichnet und in mm einzusetzen ist.

Generalkeilzinkenste haben die Anforderungen nach EN 387 einzuhalten und drfen nichtfr Bauteile eingesetzt werden in denen sich die Faserrichtung des Holzes in der Verbindungndert und deren Verwendung in Nutzungsklasse 3 vorgesehen ist.

Der Einfluss der Bauteilgre (Greneffekt) bei Beanspruchungen auf Zug rechtwinklig zurFaserrichtung ist zu bercksichtigen.

3.4 Furnierschichtholz (LVL)

Furnierschichtholz (LVL) das fr tragende Bauteile Verwendung findet hat denAnforderungen von EN 14374 zu entsprechen.

Fr rechteckige Furnierschichtholzquerschnitte bei denen im Wesentlichen alle Furnierlagenin eine Richtung orientiert sind, ist der Einfluss der Querschnittgre des Bauteiles fr dieBiege- und Zugfestigkeit in dieser Richtung zu bercksichtigen.

Die Bezugshhe bei Biegebeanspruchung ist 300 mm. Fr andere Hhen als 300 mm ist dercharakteristische Wert fr fm,k mit dem nachfolgend angegebenen khzu multiplizieren:

=

2,1

300

min

s

h

hk (3.2)

Es bedeuten:

h Hhe des Bauteiles in mm,

s Exponent des Greneffektes gem den nachstehenden Festlegungen.

Die Bezugslnge bei Zugbeanspruchung betrgt 3000 mm. Fr Lngen die von dieser Lngeabweichen ist der charakteristische Wert fr ft,0,kmit dem nachfolgend angefhrten Faktor klzu multiplizieren:


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=

1,1

3000

min

2/s

l

lk (3.2)

Es bedeuten:

l die Lnge in mm.

Der Exponent fr den Greneffekt fr Furnierschichtholz (LVL) ist den Festlegungen inEN 14374 zu entnehmen.

Generalkeilzinkenste haben die Anforderungen nach EN 387 einzuhalten und drfen nichtfr Bauteile eingesetzt werden in denen sich die Faserrichtung des Holzes in der Verbindungndert und deren Verwendung in Nutzungsklasse 3 vorgesehen ist.

Fr Furnierschichtholz (LVL) bei dem im Wesentlichen alle Furnierschichten in einerRichtung orientiert sind ist der Einfluss der Bauteilgre auf die Zugfestigkeit rechtwinklig zurFaserrichtung in der Berechnung zu bercksichtigen.

3.5 Holzwerkstoffe

Holzwerkstoffe mssen den Anforderungen nach EN 13986 entsprechen. Wird LVL als

plattenfrmig beanspruchtes Bauteil eingesetzt sind die Festlegungen nach EN 14279einzuhalten.

Die Verwendung von weichen Holzfaserplatten entsprechen EN 622-4 ist im Allgemeinen aufWindaussteifungen zu beschrnken. Die Bemessung ist auf Basis von Versuchendurchzufhren.

3.6 Klebstoffe

Klebstoffe fr lastabtragende Zwecke mssen solche Eigenschaften aufweisen, dass diedamit hergestellten Verbindungen eine Festigkeit und Dauerhaftigkeit aufweisen, welche inder vorgesehenen Nutzungsklasse whrend der gesamten festgelegten Nutzungsdauer des

Bauwerkes voll erhalten bleibt.Klebstoffe, die den Anforderungen nach EN 301 Typ I entsprechen, drfen in allen Nutz-ungsklassen eingesetzt werden.

Klebstoffe, die den Anforderungen nach EN 301 Typ II entsprechen, drfen lediglich frBauteile in den Nutzungsklassen 1 und 2 werden, und auch nur in jenen Fllen, in denengewhrleistet ist, dass diese nicht ber lngere Zeitrume Temperaturen von ber 50Causgesetzt sind.

3.7 Metallische Verbindungsmittel

Stiftfrmige Verbindungsmittel aus Metall mssen den Anforderungen gem EN 14592,Verbindungsmittel aus Metall jenen nach EN 14545 entsprechen.


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Handbuch 2

Kapitel 4 Klebstoffe 22

4 Klebstoffe

Zur Zeit ist lediglich eine harmonisierte europische Norm fr die Klassifizierung vonKlebstoffen fr lastabtragende Zwecke, die EN 301 Klebstoffe fr tragende Holzbauteile Phenoplaste und Aminoplaste Klassifizierung und Leistungsanforderungen verfgbar. Die

zugehrige Prfnorm wurde in der Normenreihe EN 302 Klebstoffe fr tragendeHolzbauteile Prfverfahren aufgelegt. Diese beiden Normen beinhalten lediglichRegelungen fr Klebstoffe auf Basis von Phenoplasten und Aminoplasten.

Diese Klebstoffe sind dabei in zwei Gruppen unterteilt:

Typ I Klebstoffe, die fr den Einsatz in allen Umgebungsbedingungen,insbesondere im Auenbereich und fr Temperaturen ber 50C geeignetsind und

Typ II Klebstoffe, die in beheizten und durchlfteten Gebuden, bei Schutzgegen Auenbewitterung bzw. bei kurzzeitiger Bewitterung und bei

Temperaturen bis zu hchstens 50C eingesetzt werden knnen.

Gem EN 1995-1-1 bzw. Eurocode 5 erfllen derzeit lediglich Klebstoffe nach EN 301 dieentsprechenden Anforderungen fr lastabtragende Bauteile.

Aktuell verwendete und verfgbare Klebstofftypen- bzw. arten werden im Folgenden kurzaufgelistet:

Resorcinformaldehyd (RF)- und Phenolresorcinformaldehyd (PRF)-Harzklebstoffe

RFs und PRFs sind Klebstoffe vom Typ I nach EN 301. Sie werden fr die

Brettschichtholzherstellung, fr Generalkeilzinkenste, zur Produktion von I- und

Kastenquerschnitten usw. im Innen- und Auenbereich eingesetzt.

Phenolformaldehyd (PF)-Harzklebstoffe fr die Heiverklebung

PF-Klebstoffe fr die Heiverklebung entsprechen nicht den Anforderungen nachEN 301.

Phenolformaldehyd (PF)-Harzklebstoffe fr die Kaltverklebung

PF-Klebstoffe fr die Kaltverklebung gengen zwar den Anforderung nach EN 301,die derzeit am Markt erhltlichen Typen haben jedoch Probleme, die Anforderungender Surebestndigkeit nach EN 302-3 zu erfllen.


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Kapitel 4 Klebstoffe 23

Harnstoffformaldehyd (UF)-Harzklebstoffe

Nur die Untergruppe der UF-Harzklebstoffe fr die Kaltverklebung sind frlastabtragende Zwecke geeignet. Im Brandfall neigen die Vertreter dieserKlebstoffgruppe zur Delaminierung. UF-Klebstoffe fr lastabtragende Zwecke werdenden Typ II-Klebstoffen nach EN 301 zugeordnet.

Melaminharnstoffformaldehyd (MUF)-Harzklebstoffe

Die Klebstoffe dieses Typs fr die Kaltverklebung erfllen die Anforderungen nachEN 301. Sie weisen jedoch oftmals eine geringere Bestndigkeit gegenber dendiversen Beanspruchungen als Resorcinharzleime auf und sind z.B. fr den Bootsbaubzw. die Einwirkung von Seewasser geeignet. Aus Wirtschaftlichkeitsgrnden undwegen der hellen bzw. transparenten Farbe werden sie jedoch hufig verwendet.

Kaseinleime

Kaseinleime sind die ltesten bekannten Klebstoffe fr lastabtragende Zwecke undwurden vor 1920 fr die Brettschichtholzherstellung eingesetzt. Kaseinleime erfllennicht die Anforderungen nach EN 301.

Epoxidharzklebstoffe

Expoxidharzklebstoffe weisen sehr gute Eigenschaften in Bezug auf die fugenfllendeVerklebung von Holzbauteilen auf. Sie haben sehr gute Festigkeits- undSteifigkeitskennwerte und die Wetterbestndigkeit liegt zwischen jenen der MUF- und

PRF-Klebstoffe.

Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffe

Diese Klebstoffe haben gute Festigkeits- und Dauerhaftigkeitseigenschaften. Diepraktische Erfahrung zeigt jedoch, dass zumindest manche Typen dieser Gruppe,nicht wetterbestndig sind.


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Kapitel 5 Dauerhaftigkeit 24

5 Dauerhaftigkeit

Holz, als biogenes Material, ist, wie Stahl und Eisen gegenber Korrosion, anfllig

gegenber Angriffen natrlicher Organismen und Pilzen. Unter optimalen Bedingungenhalten entsprechend ausgebildete und detaillierte Holztragwerke natrlichen Angriffen berJahrhunderte stand. Bei weniger optimalen Bedingungen bentigen jedoch viele in groemUmfang verbaute Holzarten eine besondere holzschutzmige Behandlung, insbesonderegegenber Angriffen durch Pilzen und Insekten.

5.1 Dauerhaftigkeit gegenber biologischen Organismen undHolzzersetzung

Holz und Holzwerkstoffe haben entweder eine entsprechende natrliche Dauerhaftigkeitentsprechend EN 350-2 entsprechend den Gefhrdungsklassen (definiert in EN 335-1,EN 335-2 und EN 335-3) aufzuweisen oder sind mit Holzschutzmanahmen gem

EN 351-1 und EN 460 zu behandelt.

Anmerkung 1:Holzschutzmanahmen knnen die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften beeinflussen.

Anmerkung 2:Regeln fr die Einteilung von Holzschutzmanahmen sind in EN 350-2 und EN 355 angegeben.

Metallische Verbindungsmittel und andere lastabtragende Verbindungsmittel mssen, fallserforderlich, entweder aus korrosionsbestndigem Material bestehen oder mit einemKorrosionsschutz versehen sein.


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Beispiele fr Mindestkorrosionsanforderungen und Baustoffanforderungen fr dieverschiedenen Nutzungsklassen sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen:

VerbindungsmittelNutzungsklasseb

1 2 3

Ngel und Schrauben mit d 4 mm keine Fe / Zn 12ca Fe / Zn 25ca

Bolzen, Stabdbel, Ngel undHolzschrauben mit d > 4 mm

keine keine Fe / Zn 25ca

Klammern Fe / Zn 12ca Fe / Zn 12canichtrostender

Stahl

Nagelplatten und Stahlbleche bis 3 mmDicke Fe / Zn 12ca Fe / Zn 12ca nichtrostenderStahl

Stahlbleche ber 3 mm bis zu 5 mmDicke keine

Fe / Zn 12ca Fe / Zn 25ca

Stahlbleche ber 5 mm Dicke keine keine Fe / Zn 25ca

aBei Feuerverzinkungen ist in der Regel Fe/Zn 12c durch Z275 und Fe/Zn 25c durch Z350 nach EN 10147 zu ersetzen.bBei besonders korrosionsexponierten Bedingungen sollte der Einsatz dickerer Feuerverzinkungen oder nichtrostender

Sthle in Betracht gezogen werden.

Tab. 5.1 Beispiele fr Mindestanforderungen an Baustoffe oder Korrosionsschutzfr Verbindungsmittel (in Anlehnung an ISO 2081)

5.2 Dauerhaftigkeit gegenber biologischen Angr iffen

Die beiden Hauptursachen fr Holzschdigungen durch biologische Angriffe sind einerseitsPilz- und Insektenbefall, wobei zu erwhnen bleibt, dass Holz auch durch Meerestiereangegriffen werden kann.

Pilzbefall

tritt an Bauholz mit einem hohen Holzfeuchtegehalt, besonders zwischen 20 % und30 %, auf.

Insektenbefall

wird durch erhhte Umgebungstemperaturen begnstigt, welche die Entwicklungs-und Ansiedlungsbedingungen fr die Insekten frdern.


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5.3 Gefhrdungsklassen

Die unterschiedlichen Feuchtebelastungen bzw. deren Gefhrdungspotenzial sind inEN 1995-1-1 (EC 5) und EN 335-1 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten Definitionvon Gefhrdungsklassen fr einen biologischen Befall Teil 1: Allgemeines inunterschiedlicher Form definiert. In EN 1995-1-1 ist eine Einteilung in drei Nutzungsklassenvorgesehen abgestuft nach der Leistungsfhigkeit des Holzes bei verschiedenen Holz(-gleichgewichts) -feuchten statt (siehe Kapitel 2).

In EN 335-1 sind fnf Gefhrdungsklassen in Abhngigkeit vom Risiko des biologischenBefalls festgelegt, welche in der Folge kurz beschrieben werden:

Gefhrdungsklasse 1

Situationen, in der das Holz oder die Holzprodukte in feuchtegeschtzter Umgebung(z.B. unter einer berdachung) eingesetzt wird; es vor einer Wetterbeanspruchungvollstndig geschtzt ist und keiner Befeuchtung ausgesetzt werden kann.

Gefhrdungsklasse 2

Situationen, in der das Holz oder die Holzprodukte in feuchtegeschtzter Umgebung(z.B. unter einer berdachung) eingesetzt wird, in der aber eine hohe Umgebungs-feuchte auftritt, die zu einer gelegentlichen, aber nicht andauernden Befeuchtungfhren kann.

Gefhrdungsklasse 3

Situationen, in der das Holz oder die Holzprodukte nicht berdacht sind, aber sichnicht in Erdkontakt befinden. Es ist entweder stndig der Witterung ausgesetzt oderist vor der Witterung geschtzt, wird aber hufig befeuchtet.

Gefhrdungsklasse 4

Situationen, in denen sich das Holz oder die Holzprodukte in Kontakt mit Erde oderSwasser befindet und so stndig einer Befeuchtung ausgesetzt ist.

Gefhrdungsklasse 5

Situationen, in denen das Holz oder die Holzprodukte stndig Meerwasser ausgesetzt

sind.

5.4 Schutz vor Pilzbefall

Durch eine sorgfltige Konstruktion der Details, insbesondere hinsichtlich einerHolzfeuchtereduktion kann das Risiko eines Pilzbefalls von Holztragwerken deutlichvermindert werden.

5.5 Schutz vor Insektenbefall

In erster Linie sollte ein Schutz vor Insektenbefall durch eine geeignete Auswahl hinsichtlichder natrlichen Widerstandfhigkeit gegen Insektenbefall der verwendeten Holzart gnstig

beeinflusst werden. Auerdem sollte berprft werden, ob die entsprechenden Insektenartengegenber denen dass Holz resistent ist in der Region auftreten.


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Kapitel 6 Nachweise im Grenzzustand der Tragfhigkeit 27

6 Nachweise im Grenzzustand der Tragfhigkeit

Weltweit werden Tragwerke aus Holz im Allgemeinen auf Basis einer elastischen

Berechnung bemessen und nachgewiesen. Dieses Vorgehen ist fr Nachweise im Grenz-zustand der Gebrauchstauglichkeit, der nherungsweise die Tragfhigkeit des Bauwerkesinnerhalb eines kurzen Nutzungszeitraumes (wie z.B. eines Jahres) reprsentiert, sehr gutgeeignet. Aber auch fr die Nachweise im Grenzzustand der Tragfhigkeit, welche dasVersagen des Tragwerkes unter einer extremen Beanspruchungssituation nachbilden soll,sind elastische Berechnungen des Tragverhaltens bestens geeignet.

6.1 Querschnit tsnachweise fr in / um eine Richtung beanspruchte Bauteile

Dieser Kapitel behandelt die Nachweisfhrung einfacher Bauteile die durch eine Einzel-beanspruchung belastet sind.

6.1.1 Allgemeines

Abschnitt 6.1 behandelt geradlinige Vollholz- und Brettschichtholzbauteile sowie lastab-tragende Holzwerkstoffbauteile mit konstantem Querschnitt, deren Faserrichtung imWesentlichen in der Richtung der Stablngsachse orientiert ist. Es wird angenommen, dassdie Bauteile lediglich in / um eine ihrer Hauptachsen beansprucht wird (siehe Abb. 6.1).

Abb. 6.1 Achsrichtung der Bauteile

Legende:(1) Faserrichtung des Holzes


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6.1.2 Zug in Faserrichtung

Auf zugbeanspruchte Bauteile sind im Allgemeinen ber die gesamte Lnge und dengesamten Querschnitt beansprucht, d.h. das jedes Volumenelement bzw. Bereich desBauteiles das Potenzial besitzt bruchauslsend zu werden. Demgegenber istbeispielsweise ein biegebeanspruchter Bauteil, der durch eine Gleichlast beansprucht wird,in Lngsrichtung lediglich durch ein Biegemoment beansprucht, dass vom Wert Null an denRndern zum Maximalwert in Feldmitte ansteigt. Damit liegt der kritische Bereich hinsichtlichBiegezugbeanspruchung in der Nhe der Feldmitte und lediglich eine Hlfte desQuerschnittes ist auf Zug beansprucht. Als Folge ist das Volumen, das lastauslsendeFehlstellen beinhaltet, im Vergleich mit einem auf reinen Zug beanspruchten Stab starkeingeschrnkt.

Die Inhomogenitten und anderen Abweichungen vom ideal orthotropen Baustoff, die fr

Bauholz charakteristisch sind, werden oftmals als Holzfehler bezeichnet. Wie erwhnt fhrendiese Holzfehler zu groen Festigkeitseinbuen bei Zugbeanspruchung in Faserrichtung. FrNadelholz (Fichte, Kiefer, ) variieren diese typischerweise im Mittel zwischen ft,0= 10 bis35 N/mm.

In EN 1995-1-1 (EC 5) werden die charakteristischen Zugfestigkeitswerte von Vollholzparallel zu Faserrichtung auf eine Bezugsbreite von 150 mm bezogen. Fr Breiten vonzugbeanspruchten Vollholzbauteilen von weniger als 150 mm drfen die charakteristischenWerte mit dem Faktor khmultipliziert werden.

Fr Brettschichtholz betrgt die Bezugsbreite 600 mm und kann, analog zum Vollholz, frBreiten kleiner als 600 mm mit dem Faktor khmultipliziert werden.

Fr lange Bretter und Bohlen mit reiner Zugbeanspruchung kann sowohl der Greneffekt(Lngeneffekt) und die ber die Lnge des Bauteiles variierende Zugefestigkeit in derBemessung bercksichtigt werden.

Die folgende Gleichung ist zu erfllen:

dtdt f ,0,,0, (6.1)

Dabei ist:

t,0,d Bemessungswert der Zugspannung in Faserrichtung,

ft,0,d Bemessungswert der Zugfestigkeit in Faserrichtung

6.1.3 Zug rechtwinklig Faserrichtung

Holz weist bei einer Beanspruchung auf Zug rechtwinklig zur Faserrichtung die geringstenFestigkeiten aller Beanspruchungsarten auf. In Bauteilen aus Holz sind Beanspruchungendieser Art zu vermeiden oder jedenfalls so gering als mglich gehalten werden.

Der Einfluss der Bauteilgre ist im Zuge der Bemessung zu bercksichtigen.


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6.1.4 Druck in Faserrichtung

Bei einer Beanspruchung im Grenzzustand auf Druck in Faserrichtung wird die maximaleTragfhigkeit entweder durch ein Baustoffversagen (siehe Abb. 6.2) oder Ausknicken vonHolzsulen auf. Im Unterschied zum sprden, explosionsarten Versagen bei zugbean-spruchten Holzbauteilen tritt das Druckversagen leise und stufenartig ein. Das Ausknickenvon Holzsulen ist leise, weil es eigentlich kein Materialversagen darstellt und dasZerquetschen ist verbunden mit Knistergeruschen. Es ist jedoch zu beachten, dass trotzdes leisen Versagens bei dieser Beanspruchungsart Bauteile teilweise oder auch ganzausfallen knnen und somit eine Gefahr fr Leib und Leben darstellen. Beide mglichenVersagensmodi sind somit mit der gleichen Ernsthaftigkeit zu betrachten, wie es bei denwesentlich dramatischeren Zug- und Biegeversagen erforderlich ist.

Abb. 6.2 Versagensmechanismus eines auf Druck in Faserrichtung beanspruchten Bauteils

Die Druckfestigkeit parallel zur Faserrichtung wird durch Wuchsunregelmigkeitenbeeinflusst und betrgt fr bliche Nadelhlzer rund fc,0 = 25 bis 40 N/mm. Dabei wird dieerreichbare Festigkeit durch die Testmethode beeinflusst. Wenn der Probekrper zwischenzwei steifen, nicht gelenkig gelagerten (End-) Platten kann das lokale Versagen einiger Holz-fasern durch Umlagerung auf den Restquerschnitt ausgeglichen werden. Dies fhrt zuhheren mittleren Spannungen als es fr Prfungen mit gelenkig gelagerten Lasteinleitungs-platten der Fall wre.

Die folgende Bedingung ist zu erfllen:

dcdc f ,0,,0, (6.2)

Dabei ist:

c,0,d Bemessungswert der Druckspannung in Faserrichtung,

fc,0,d Bemessungswert der Druckfestigkeit in Faserrichtung

Anmerkung:

Regeln fr die Nachweisfhrung stabilittsgefhrdeter, stabfrmiger Bauteile sind in Abschnitt 6.3angefhrt.


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6.1.5 Druck rechtwinklig zur Faserrichtung

Die Tragfhigkeit einer Auflagerung oder unter einer Lasteinleitung ist eine Funktion derZusammendrckbarkeit der Holzfasern. Bei Erreichen der Quetschgrenze treten lokaleEindrckungen bzw. Einpressungen auf. Diese Beanspruchungsart ist ausgeprgt duktil,obwohl in Ausnahmefllen im Lagerungsbereich Zerstrungen von Holzfasern auftreten, dieSekundrbrche auf Grund von Querzugbeanspruchung auslsen knnen.

Die Tragfhigkeit bei Querdruckbeanspruchung ist in komplexer Weise von derKontaktflche abhngig. Beansprucht eine Sttze eine Schwelle rechtwinklig zurFaserrichtung variiert die Tragfhigkeit in Abhngigkeit von Ort und Art der Lasteintragung, jenachdem ob die beanspruchten Flchen durch ein- oder zweiseitige Holzfasern gesttztwerden.

Diese Erscheinung wird auch anschaulich als Einhngeeffekt bezeichnet. Abb. 6.3 zeigtquerdruckbeanspruchte Kontaktflche mit starken Einpressungen. Der Einfluss von Struktur-merkmalen, wie der ste, Schrgfasrigkeit usw. auf die Festigkeit rechtwinklig zurFaserrichtung ist klein.

Abb. 6.3 Einhngeeffekte bei Auflagerungen und Lasteinleitungen

Es ist die folgende Bedingung zu erfllen:

dccdc fk ,90,90,,90, (6.3)

Dabei ist:

c,90,d Bemessungswert der Druckspannung in der Kontaktflche rechtwinklig zurFaserrichtung,

fc,0,d Bemessungswert der Druckfestigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung,

kc,90 Beiwert zur Bercksichtigung der Art der Einwirkung, der Spaltgefahr und desGrades der Druckverformung


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Der Wert fr kc,90ist im Allgemeinen mit 1,0 anzunehmen. Falls die Anordnung der Bauteile

den Fllen der folgenden Abschnitte entsprechen drfen auch hhere Werte, bis zumaximalen Wert von kc,90= 4,0 angenommen werden.

Anmerkung:Falls ein hherer Wert fr kc,90 in der Berechnung bercksichtigt wird und die Kontaktflche ber dievolle Bauteilbreite b reicht knnen die damit verbundenen Eindrckungen im Grenzzustand derTragfhigkeit einen Wert von ungefhr 10 % der Bauteilhhe zu erwarten.

Fr einen frei aufliegenden Biegestab (siehe Abb. 6.4) ist der Beiwert kc,90 aus denfolgenden Gleichungen zu ermitteln:

wenn der Abstand der Auflagerung vom Ende des Balkens a h/3 ist:

+

=l

hlkc

121

25038,290, (6.4)

alle Innensttzungen:

+

=l

hlkc

61

25038,290, (6.5)

Dabei ist:

l Aufstandslnge in mm,

h Bauteilhhe in mm.

Abb. 6.4 Biegestab auf Sttzen


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Fr einen Bauteil mit einer Hhe h 2,5b, bei dem eine konzentrierte Last mit einerKontaktflche ber die gesamte Bauteilbreite b auf eine direkt gegenberliegende

Lagerungsflche bertragen wird, ist der Beiwert kc,90 entsprechend der nachfolgendenGleichung zu ermitteln (siehe Abb. 6.5):

5,0

90,250

38,2

=l

llk

ef

c (6.6)

Es bedeuten:

lef wirksame Verteilungslnge in mm, siehe (5) unten;

h Bauteilhhe in mm, siehe Bild 6.3 .

Abb. 6.5 Bestimmung der wirksamen Lnge fr einen Bauteil mit h/b 2,5

Legende:(a) und (b) kontinuierliche Lagerung(c) Einzellagerungen


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Die wirksame Lastverteilungslnge lefist mit Hilfe einer Spannungsausbreitungslinie mit einervertikalen Neigung von 1:3 ber die Hhe h ermittelt werden, wobei die so erhaltene

Abmessung um einen Abstand a/2 von jedem Ende oder einem Abstand l1 / 4 von jederbenachbarten Druckflche zu vermindern ist (siehe Abb. 6.6).

Fr die speziellen, nachfolgend dargestellten Laststellungen ergibt sich die wirksame Lngewie folgt:

fr am Ende des Bauteiles aufgebrachte Lasten

3

hllef += (6.7)

fr den Fall, dass der Abstand der konzentrierten Last einen Abstand a 2/3hvom Ende des Bauteiles aufweist (siehe Abb. 6.5 b)

3

2 hllef

+= (6.8)

Dabei ist:

h der grere Wert aus der Bauteilhhe in mm oder mindestens 40 mm

Fr Bauteile auf Einzelauflagerungen, bei denen die Bedingungen a h und l12h (sieheAbb. 6.5 c) eingehalten sind, ist die wirksame Lnge wie folgt zu bestimmen:

++=3

25,0

hlll sef (6.9)

Dabei ist:

h der grere Wert aus der Bauteilhhe in mm oder mindestens 40 mm

Fr Bauteile mit einer Hhe h > 2,5b, die durch zwei, an den gegenberliegenden Seitenangreifende, konzentrierte Krfte (siehe Abb. 6.6 b) oder durch eine konzentrierte Kraft aufder einen und eine kontinuierliche Auflagerung auf der anderen Seite auf Querdruckbeansprucht sind ist der Beiwert kc,90 mit Gleichung 6.10 zu ermitteln, wobei vorausgesetztwird, dass die folgenden Bedingungen eingehalten sind:

die aufgebrachte Druckkraft wirkt ber die volle Bauteilbreite b,

die Kontaktlnge l ist kleiner als der grere Wert von h oder 400 mm:


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l

lk

ef

c =90, (6.10)

Es bedeuten:

l Kontaktlnge aus Abb. 6.6,

lef wirksame Lnge gem Abb. 6.6 .

Die wirksame Lastverteilungslnge sollte die Kontaktlnge an beiden Seiten um nicht mehrals lberschreiten.

Fr Bauteile, deren Hhe ber den Auflagern linear vernderlich sind (z.B. Untergurte vonFachwerken am Traufpunkt), ist die ber den Auflagerlinien liegenden Bauteilhhe als hheranzuziehen und die wirksame Lastverteilungslnge lef gleich der Kontaktlnge lanzusetzen.

Wichtig ! In den Ergnzungen zu EN 1995-1-1 / A1 sind abgenderte Regeln angefhrt.Siehe dazu auch Kapitel 13.


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Abb. 6.6 Bestimmung der wirksamen Lastverteilungslnge fr ein Bauteil mit h/b > 2,5

Legende:(a) und (b) kontinuierliche Untersttzung(c) Einzelabsttzungen


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6.1.6 Biegung

Die hufigste, in der Praxis auftretende, Beanspruchungsart eines Stabes ist die einachsigeBiegung. Wirken die abzutragenden Krfte nicht in der Ebene der Hauptachsen, so tritt imBiegebalken zweiachsige Biegung auf (d.h. Biegung um beide, die grere und die kleinereHauptachse). Zustzlich knnen noch Normalkrfte auf Zug oder Druck eingeleitet werden,die eine zustzliche kombinierte Spannungskomponente bewirken. Fr Biegebalken mitzweiachsiger Biegung sind die folgenden beiden Anforderungen zu erfllen:

Es sind die folgenden Bedingungen einzuhalten:

1,,

,,

,,

,, +dzm

dzm

m

dym

dym

fk

f

(6.11)

1,,

,,

,,

,, +dzm

dzm

dym

dym

mff

k

(6.12)

Es bedeuten:

m,y,d und m,z,d Bemessungswerte der Biegespannungen um die Hauptachsen (sieheBild 6.1)

fm,y,d und fm,z,d zugehrige Bemessungswerte der Biegefestigkeiten.

Anmerkung:Der Faktor kmbercksichtigt eine (mgliche) Spannungsumlagerung infolge von Inhomogenitten desBaustoffes im betrachteten Querschnitt.

Der Faktor kmist wie folgt zu bercksichtigen:

Fr Bauteile aus Vollholz, Brettschichtholz und Furnierschichtholz (LVL)

mit rechteckigem Querschnitt: km= 0,7

fr alle anderen Querschnittsformen: km= 1,0

Fr andere Holzwerkstoffe fr lastabtragende Zwecke und alle Querschnittsformen: km= 1,0.

Zustzlich ist eine berprfung des Bauteil Nachweises durchzufhren.

6.1.7 Schub

Werden in Bauteilen Momente durch quer zur Stabachse wirkende Einwirkungen erzeugttreten entsprechend der Elastizittstheorie auch Schubspannungen auf. Auf Grund desSatzes der zugeordneten Schubspannungen treten die quer zur Stabachse wirkenden immer

mit zugehrigen, in Stabachse wirkenden Schubspannungen auf.


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Sowohl fr Schub mit einer Spannungskomponente parallel zur Faserrichtung (siehe Abb.6.7 a), als auch fr Schub mir beiden Spannungskomponenten rechtwinklig zur

Faserrichtung (siehe Abb. 6.7 b) ist die folgende Bedingung einzuhalten:

dvd f , (6.13)

wobei:

d Bemessungswert der Schubspannung,

fv,d Bemessungswert der Schubfestigkeit fr die jeweilige Bedingung

Anmerkung:Die Rollschubfestigkeit betrgt rund das Doppelte der Zugfestigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung.

Abb. 6.7 (a) Bauteil mit einer Schubspannungskomponenten in Faserrichtung, (b) Bauteil mitbeiden Spannungskomponenten rechtwinklig zur Faserrichtung (Rollschub)

An Auflagern darf der Beitrag zur Querkraft einer Einzellast F, die auf der Oberseite desBiegebalkens innerhalb eines Abstandes h oder hef vom Auflagerende auftrittunbercksichtigt bleiben (siehe Abb. 6.8). Fr Biegestbe mit einer Ausklinkung ber demAuflager darf diese Reduktion der Querkraft nur angewendet werden, wenn die Ausklinkungan der, dem Auflager gegenberliegenden Seite angreift.

Abb. 6.8 Geometrische Bedingungen fr das Auflager, fr das die Einzellasten Fin der Berechnung der Querkraft vernachlssigt werden darf


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Anmerkung:Wichtig ! In den Ergnzungen zu EN 1995-1-1 / A1 sind abgenderte Regeln angefhrt.Siehe dazu auch Kapitel 13.

6.1.8 Torsion

Torsionsspannungen treten auf wenn aufgebrachte Einwirkungen zum Verdrillen desBauteiles entlang von dessen Lngsachse fhren. Dies tritt auf, wenn z.B. in einen BiegestabLasten exzentrisch in Bezug auf dessen Querschnittsachse angreifen. Ebenso kann durcheine horizontal wirkende Kraft ber einen Exzenterstab eine Kombination aus Schub undTorsion im Bauteil hervorgerufen werden.

Die nachfolgend angefhrten Bedingungen sind einzuhalten:

dvshapedtor fk ,, (6.14)

mit

+=

0,2

15,01min

2,1

b

hkshape fr

tQuerschnitenrechteckigeinenfr

tQuerschnitrundeninenfr

(6.15)

Es bedeuten:

tor,d Bemessungswert der Torsionsspannung

fv,d Bemessungswert der Schubfestigkeit,

kshape Beiwert in Abhngigkeit von der Querschnittsform

h grere Querschnittsabmessung,

b kleinere Querschnittsabmessung

6.2 Nachweise fr Querschnit te unter Spannungskombination

Die Nachweisfhrung vieler Bauteile beschrnkt sich auf Einwirkungen von Einzelbe-anspruchung wie Biegung, Zug oder Druck. In der Praxis treten jedoch auch vielfachBeanspruchungen durch zwei oder mehrere gleichzeitig wirkende Einwirkungen auf, fr imnachfolgenden Bemessungsregeln angegeben sind.

6.2.1 Annahmen

Die Festlegungen von Abschnitt 6.2 gelten fr gerade Stbe aus Vollholz, Brettschichtholzoder lastabtragende Holzwerkstoffbauteile mit konstantem Querschnitt deren

Holzfaserrichtung im Wesentlichen in Richtung der Lngsachse des Stabes orientiert sind.Es wird angenommen, dass die Bauteile durch Spannungen, welche aus kombinierten


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Einwirkungen oder Spannungen die in Richtung von zwei oder drei Hauptachsen wirken,beansprucht sind.

6.2.2 Druck unter einem Winkel zur Faserrichtung

Die Interaktion von Druckspannungen in zwei oder mehr Richtungen ist zu bercksichtigen.

Die Druckspannungen unter einem Winkel a zur Faserrichtung (siehe Abb. 6.9) haben derfolgenden Bedingung zu gengen:

22

,90,90,

,0,

,0,

,,

cossin +

dcc

dc

dc

dc

fk

f

f

(6.16)

Es bedeuten:

c,,d Druckspannung unter einem Winkel zur Faserrichtung

kc,90 Beiwert nach 6.1.5, der den Einfluss der Spannungen rechtwinklig zurFaserrichtung bercksichtigt.

Abb. 6.9 Druckspannungen unter einem Winkel zur Faserrichtung

6.2.3 Biegung und Zug

Die nachfolgenden Bedingungen sind einzuhalten:

1,,

,,

,,

,,

,0,

,0, ++dzm

dzm

m

dym

dym

dt

dt

fk

ff

(6.17)

1,,

,,

,,

,,

,0,

,0, ++dzm

dzm

dym

dym

m

dt

dt

ffk

f

(6.18)

Fr kmsind die Werte nach 6.1.6 verwenden.


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6.2.4 Biegung und Druck

Die nachfolgenden Bedingungen sind einzuhalten:

1,,

,,

,,

,,

2

,0,

,0, ++

dzm

dzm

m

dym

dym

dc

dc

fk

ff

(6.19)

1,,

,,

,,

,,

2

,0,

,0, ++

dzm

dzm

dym

dym

m

dc

dc

ffk

f

(6.20)

Fr kmsind die Werte nach 6.1.6 verwenden.

Anmerkung:Eine Methode zur berprfung der Stabilitt der Bauteile ist in 6.3 angegeben.

6.3 Stabilitt von Bauteilen

6.3.1 Allgemeines

Wird ein schlanker Stab durch eine in Achsrichtung einwirkende Druckkraft beansprucht, trittin diesem eine Tendenz auf seitlich auszuweichen (Abb. 6.10). DieseInstabilittserscheinung wird als (Biege-) Knicken bezeichnet. Die Tragfhigkeit vonschlanken Bauteilen hngt dabei nicht nur von der Festigkeit des Baustoffes sondern auchvon dessen Steifigkeit, im Falle von Druckstben aus Holz vorwiegend von der Biege-steifigkeit, ab. Aus diesem Grund ist der Elastizittsmodul, neben der Druck- und Biege-festigkeit, eine wichtige Baustoffeigenschaft fr die Tragfhigkeit von schlankenDruckstben. Die durch das seitliche Ausweichen auftretenden, zustzlichen Biege-spannungen sind im Zuge des Bauteilnachweises zu bercksichtigen.

Beim Nachweis von Biegestben, bei denen es in erster Linie auf eine ausreichendenTragfhigkeit und Steifigkeit auf Biegung um die Hauptachse ankommt, wird blicherweisedas Verhalten in der vertikalen Ebene betrachtet. Das fhrt zu einer Querschnittsform, beider die Steifigkeit um eine (Haupt-) Achse wesentlich grer als jene um die zweite (Haupt-)

Achse ist. Wenn ein schlanker Bauteil in Richtung der steiferen Achse beansprucht wird (inachsialer Richtung bei einem Druckstab) tritt eine Tendenz auf in Richtung der weicherenAchse auszuweichen (durch seitliches Ausweichen im Falle eines Druckstabes). DerWiderstand eines gelenkig gelagerten und durch Biegemomente um die vertikale Ebenebeanspruchten Balkens gegen dieses seitliche Ausweichen wird als Biegedrillknicken(Kippen im Falle reiner Momentenbeanspruchung) bezeichnet. Beim Biegedrillknickenkommt es dabei zu einer Querverformung des Stabes aus der Ebene und einem Verdrillendes Querschnittes (Abb. 6.11).


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Abb. 6.10 Beidseitig gelenkig gelagerter, unverschieblich gehaltener Druckstab

Abb. 6.11 Kippen eines beidseitig gabelgelagerten Biegetrgers

6.3.2 Annahmen

Die Biegespannungen aus einer spannungslosen Vorverformung und Anfangskrmmungen,aus Ausmittigkeiten und eingeprgten Durchbiegungen sind zustzlich zu einwirkendenQuerlasten zu bercksichtigen.

Fr die Nachweise gegen Knicken und Biegedrillknicken sind die charakteristischenEigenschaften, z.B. E0,05 zu verwenden.

Die Stabilitt fr Sttzen, die durch Druck oder eine kombinierte Einwirkung aus Druck undBiegung beansprucht werden, ist nach den Bestimmungen von Abschnitt 6.3.2 nachzu-weisen.

Die Stabilitt von Biegetrgern, die durch Biegung oder Druck und Biegung beanspruchtwerden, ist nach den Bestimmungen von Abschnitt 6.3.3 nachzuweisen.


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Handbuch 2


6.3.3 Nachweisfhrung von Druckstben bei reiner Druckkraft oder einerKombination aus Druck und Biegung

Die relative Schlankheit ergibt sich aus:

05,0

,0,

,E

f kcyyrel =

(6.21)

und

05,0

,0,

,E

f kczzrel =

(6.22)

Es bedeuten:

yund rel,y Schlankheit bzw. bezogene Schlankheit fr Biegung um die y-Achse(Ausbiegung in z-Richtung),

zund rel,z Schlankheit bzw. bezogene Schlankheit fr Biegung um die z-Achse(Ausbiegung in y-Richtung),

E0,05 5%-Quantil des Elastizittsmoduls in Faserrichtung

Sind sowohl rel,z0,3 als auch rel,y0,3 sind die Spannungsnachweise 6.19 und 6.20 ausAbschnitt 6.2.4 einzuhalten.

In allen anderen Fllen haben die Spannungen, die sich durch die Durchbiegung erhhen,den folgenden Gleichungen zu gengen:

1,,

,,

,,

,,

,0,,

,0, ++ dzm

dzm

m

dym

dym

dcyc

dc

fk

ffk

(6.23)

1,,

,,

,,

,,

,0,,

,0, ++ dzm

dzm

dym

dym

m

dczc

dc

ffk

fk

(6.24)

mit den Definitionen fr die Variablen:

2

,

2,

1

yrelyy

yc

kkk

+= (6.25)

2

,

2,

1

zrelzz

zc

kk

k

+

= (6.26)


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( ) 2,, 3,015,0 yrelyrelcyk ++= (6.27)

( ) 2,, 3,015,0 zrelzrelczk ++= (6.28)

Es bedeuten:

c Imperfektionsbeiwert fr Imperfektionen nach 10.2.1 (1)

=1,0

2,0c fr

)(LVLichtholzFurnierschundhtholzBrettschic

Vollholz (6.29)

km Werte nach 6.1.6

6.3.4 Nachweisfhrung von Biegestben bei Momentenbeanspruchung oder einerKombination aus Biegung und Druck

Die Stabilitt eines Biegestabes gegen Biegedrillknicken ist sowohl fr den Fall einer reinenMomentenbeanspruchung (My) um die starke Achse (y-Achse) also auch fr eine kombinierteBeanspruchung auf Biegung (Biegemoment My) und Drucknormalkraft (Nc) nachzuweisen.

Der bezogene Kippschlankheitsgrad ist dabei wie folgt zu berechnen:

critm

km

mrel

f

,

,

,

= (6.30)

Dabei ist:

m,crit kritische Biegespannung nach der klassischen Stabilittstheorie, berechnetmit den 5%-Quantilwerten der Steifigkeiten.

Die kritische Biegespannung ergibt sich dabei zu:

yef

torz

y

crity

critmWl

IGIE

W

M

==

05,005,0,

,

(6.31)

wobei:

E0,05 5%-Quantilwert des Elastizittsmodul parallel zur Faserrichtung,

G0,05 5%-Quantilwert des Schubmoduls parallel zur Faserrichtung,

Iz Flchenmoment 2. Grades um die schwchere Achse (z-Achse),

Itor Torsionstrgheitsmoment,


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Handbuch 2


lef wirksame Lnge des Biegestabes, abhngig von den Lagerungsbedingungen und derArt der Lasteinwirkung nach Tab. 6.1 ,

Wy Widerstandsmoment um die starke Achse (y-Achse)

Fr Nadelhlzer mit vollem, rechteckigem Querschnitt ist m,crit wie folgt zu berechnen:

yef

torz

y

crity

critmWl

IGIE

W

M

==

05,005,0,

,

(6.32)

wobei:

b Breite des Querschnittes,

h Hhe des Querschnittes.

Fr den Fall einer reinen Momentenbeanspruchung My um die starke Achse (y-Achse)mssen die Spannungen der folgenden Gleichung gengen:

dmcritdm fk ,, (6.32)

Es bedeuten:

m,d Breite des Querschnittes,

fm,d Hhe des Querschnittes,

kcrit Beiwert zur Bercksichtigung der zustzlichen Spannungen infolge seitlichenAusweichens


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Handbuch 2


Art des Biegestabes Art der Belastung lef/ la

Einfach gesttzt Konstantes Biegemoment 1,0

Gleichmig verteilte Belastung 0,9

Einzellast in Feldmitte 0,8

Auskragend Gleichmig verteilte Belastung 0,5

Einzellast am frei Kragende 0,8

a Das Verhltnis zwischen der effektiven Lnge lef und der Spannweite list gltig fr

Biegebalken mit einer Gabellagerung an den Enden des Trgers ausreichendgegen Verdrehen gehalten ist und einer in der Schwerachse des Querschnittesangreifenden Belastung. Wenn die Belastung am Druckrand des Biegetrgerseingeleitet wird ist lef um 2h zu vergrern. Fr den Fall der Krafteinleitung amZugrand ist lefam 0,5h zu verringern.

Tab. 6.1 Effektive Lnge als Verhltnis der Spannweite

Bei Biegetrgern mit einer spannungslosen seitlichen Vorkrmmung innerhalb der inAbschnitt 10 festgelegten Grenzen darf kcritmit Hilfe der nachfolgenden Gleichung bestimmt

werden:

=

2

,

,

1

75,056,1

1

mrel

mrelcrit

k

fr

mrel

mrel

mrel

,

,

,

4,1

4,175,0

75,0

4

4 (9.10)


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Kapitel 9 Zusammengesetzte Bauteile und Wandscheiben 95

wobei :

mean,d Bemessungswert der Schubspannung unter der Annahme einer gleichmigenSchubspannungsverteilung ber die Breite des Querschnittes 1-1,

fv,90,d Bemessungswert der Rollschubfestigkeit des Steges,

hf entweder hf,coder hf,t.

=2/

w

w

efb

bb fr

TrgerI

erKastentrg

(9.11)

9.1.2 Geklebte Tafelelemente

In diesem Abschnitt wird ein linearer Verlauf der Dehnungen ber die Hhe der Elementeangenommen.

Beim Festigkeitsnachweis der Tafelelemente ist die nichtlineare Spannungsverteilung berdie Beplankungsbreite auf Grund der Schubverformungen und des Beulens der Beplankungzu bercksichtigen.

Fr den Fall, dass kein genauerer Nachweis gefhrt wird, ist das zusammengesetzteTafelelement als eine Anzahl von I- oder U-Trgern (siehe Abb. 9.2) mit folgenden wirk-

samen Beplankungsbreiten befbetrachtet werden:

fr I-Querschnitte

wefcef bbb += , (oder weftef bbb += , ) (9.12)

fr U-Querschnitte

wefcef bbb += ,5,0 (oder weftef bbb += ,5,0 ) (9.13)

Die Werte fr bc,ef und bt,ef drfen dabei nicht grer als der unter Bercksichtigung derSchubverformung ermittelte Wert aus Tab. 9.1 angesetzt werden. Auerdem sollen in derRegel die Werte bc,ef jene des Grtwertes unter Bercksichtigung des Beplankungsaus-beulens gem Tab. 9.1 nicht berschreiten.

Die maximal in Rechnung zu stellenden Werte fr die wirksame (effektive) Beplankungs-breite unter Bercksichtigung des Schubverformungsseinflusses und des Ausbeulens derBeplankung sind der Tab. 9.1 zu entnehmen, wobei lder Feldweite des Balkens entspricht.


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Handbuch 2


Schubverformung Ausbeulen

Sperrholz mit der Faserrichtung derDeckfurniere:- parallel zu den Stegen- rechtwinklig zu den Stegen

0,1 l0,1 l

20 hf25 hf

OSB-Platten 0,15 l 25 hf

Holzspanplatten oder Holzfaserplattenmit beliebiger Faserorientierung 0,2 l 30 hf

Tab. 9.1 Grtwerte der wirksamen Beplankungsbreiten unter Bercksichtigungdes Einflusses der Schubverformung und des Ausbeulens

Wird kein speziellerer Nachweis des Ausbeulens der Beplankung gefhrt, sollten dietatschlichen Beplankungsbreiten nicht grer als die doppelte Beplankungsbreite infolgedes Ausbeulens gem Tab. 9.1 sein.

Fr Rippen von Tafelelementen ist fr die Schnitte 1-1 eines I-frmigen Querschnittesentsprechend Bild 9.2 nachzuweisen, dass:

8,0

,90,

,90,

, 4

w

f

dv

dv

dmean

b

hf

f

frfw

fw

hb

hb

>

8

8 (9.14)

Es bedeuten:

mean,d Bemessungswert der Schubspannung im Querschnitt 1-1 unter der Annahmeeiner gleichmig verteilten Spannungsverteilung,

fv,90,d Bemessungswert der Rollschubspannung der Beplankung.

Im Schnitt 1-1 eines U-frmigen Querschnittes sollte derselbe Nachweis

Die Normalspannungen in den Beplankungen sollten unter Bercksichtigung der jeweilswirksamen Beplankungsbreite die nachfolgenden Bedingungen erfllen:

dcfdcf f ,,,, (9.15)

dtfdtf f ,,,, (9.16)


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Handbuch 2


Es bedeuten:

f,c,d Bemessungswert der mittleren Druckspannung in der Beplankung;

f,t,d Bemessungswert der mittleren Zugspannung in der Beplankung;

ff,c,d Bemessungswert der Druckfestigkeit der Beplankung ;

ff,t,d Bemessungswert der Zugfestigkeit der Beplankung;

Es ist nachzuweisen, dass alle geklebten Ste eine ausreichende Tragfhigkeit besitzen.

Die Normalspannungen in den Holzrippen sollten gem Bedingung (9.6) bis (9.7) nach9.1.1 erfllen.

Tab. 9.2 Tafelelement

9.1.3 Nachgiebig verbundene Biegestbe

Wird der Querschnitt eines lastabtragenden Bauteiles aus mehreren Teilen zusammen-gesetzt und werden diese mit Hilfe von mechanischen Verbindungsmitteln miteinanderverbunden so ist der Einfluss der Nachgiebigkeit in den Verbindungen zu bercksichtigen.

Die Berechnungen sind im Allgemeinen auf Basis eines linearen Zusammenhangeszwischen den Krften und der Verformungen zu fhren.

Wird der Verbindungsmittelabstand in der Lngsrichtung entsprechend dem Querkraftverlaufzwischen sminund smax(< 4 smin) abgestuft, ist fr den wirksamen Verbindungsmittelabstandsefder Wert der nachfolgenden Gleichung zu bercksichtigen:

maxmin 25,075,0 sssef +=

(9.17)


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Handbuch 2


Anmerkung:Eine Methode zur Berechnung der Tragfhigkeit des mittels mechanischer Verbindungsmittel zu-sammengesetzten Biegebalkens ist in Kapitel 10 angegeben.

9.1.4 Druckstbe mit nachgiebigen und verklebten Verbindungen

Die Verformungen infolge der Nachgiebigkeit der Verbindungen durch Schub und Biegung inden Zwischenhlzern, Bindehlzern, Einzelstben und Gurten sowie infolge vonNormalspannungen in Gitterstben sind beim Spannungsnachweis zu bercksichtigen.

Anmerkung:

Eine Methode zur Berechnung der Tragfhigkeit von I-frmigen und kastenfrmigen Druckstben,gespreizten und vergitterten Druckstben ist in Kapitel 11 angegeben.

9.2 Wandscheiben

Um rahmenfrmige Tragwerke aus Holz gegen Querlasten zu stabilisieren werden oftmalsAussteifungen aus Wandscheiben eingesetzt.

9.2.1 Allgemeines

Wandscheiben sind sowohl gegenber horizontal als auch vertikal angreifendenEinwirkungen in beiden Richtungen zu bemessen.

Die Wandscheibe soll dabei ausreichend verankert werden um ein Kippen oder Gleiten zuvermeiden.

Wandscheiben sind in ihrer Ebene durch Plattenwerkstoffe, Diagonalaussteifungen oderbiegesteife Verbindungen auszusteifen um eine definierte Tragfhigkeit als Schubwandaufzuweisen.

Die Wandscheibentragfhigkeit ist entweder durch Versuche nach EN 594 zu bestimmenoder d

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Verificarea Structurilor de Lemn Germana Ec5