Holzbau nach DIN 1052:2004-08

  Holzhalle nach DIN  1052:2004-08

  University of Applied Science  

  Diplomarbeit von Martin Waitz WS  2005/2006

INHALTSVERZEICHNISS

  EINLEITUNG  5

  1  

1.1  ALLGEMEINES UND INHALT  5

1.2  VERWEISE UND ABKÜRZUNGEN IN DER DIPLOMARBEIT  6

1.3  LITERATURVERZEICHNISS  6

1.4  EINFÜHRUNG IN DIE DIN 1052:2004-08  7

  7  

  Allgemeines  

  7  

  Einwirkungen E (Lastannahmen)  

  7  

  Widerstände R  

  8  

  Nutzungsklassen NKL  

  8  

  Lasteinwirkungsdauer KLED  

2  BEISPIEL HOLZHALLE  11

2.1  BESCHREIBUNG DER HALLE  11

2.2  ÜBERSICHT ÜBER DIE POSITIONEN POSITIONSPLAN  13

2.3  NACHWEISE  14

2.3.1  POS 1 KOPPELPFETTEN  14

  14  

  Übersichtszeichnungen  

  15  

  Lastannahmen  

  15  

  Tragfähigkeit  

  16  

  Spannungsnachweis  

  17  

  Gebrauchstauglichkeit  

  20  

  Überkopplung  

  23  

  Konstruktive Anforderungen  

  24  

  Pfettenanschluss an die Binder  

2.3.2  POS 2 RANDPFETTE AUSBILDUNG ALS GERBERPFETTE  28

  28  

  Übersichtszeichnung  

  28  

  System  

  28  

  Lastannahmen  

  29  

  Tragfähigkeit  

  30  

  Gebrauchstauglichkeit  

  Seite 1 von  108

2.4 STABILITÄT / AUSSTEIFUNG 82

82

Lastannahmen

3 SCHLUSS 106

Daten und Danksagung 106

Abbildungsverzeichniss 107

1 EINLEITUNG

1.1 ALLGEMEINES UND INHALT

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Erarbeitung und Anwendung der neuen

DIN 1052:2004-08. Dies wird anhand von statischen Nachweisen für eine Holzhalle

demonstriert.

Es ist bewusst darauf geachtet worden, den Anteil der statischen Berechnungen und der Ermittlungen der Schnittgrößen so gering wie möglich zu halten, um die Nachweise hervorzuheben. Völlig darauf zu verzichten, wie dies in bestimmter Fachliteratur die Regel ist, halte ich für nicht praxisnah.

Um trotzdem realistische Schnittgrößen und Lastannahmen zu verwenden, beruhen diese in Teilen der Arbeit auf Berechnungen mit dem Statikprogramm RSTAB der Firma Dlubal.

In 1.4 wird nur kurz das neue Bemessungskonzept der DIN 1052:2004-08 angesprochen, da dieses Bemessungskonzept bereits in der DIN 1045 und

DIN 18 800 in der Fachhochschule zur Anwendung kam.

Der maßgebliche Teil der Diplomarbeit besteht aus den Trag- und Gebrauchs- tauglichkeitsnachweisen der wichtigsten Hölzer und Verbindungsmittel sowie aus den Stabilitätsberechnungen der Halle.

1.2 VERWEISE UND ABKÜRZUNGEN IN DER DIPLOMARBEIT

(9.2) Artikel in der DIN 1052:2004-08 (9.2 (1)) Artikel und Satz in der DIN 1052:2004-08 (40) Gleichung Nr. in der DIN 1052:2004-08 (Tab. 10) entsprechende Tabelle in der DIN 1052:2004-08 steht für „Nachweis erbracht“

Bei aus Fachliteratur entnommenen Grafiken, Abbildungen etc. ist ein Verweis auf die jeweilige Herkunftsliteratur angegeben.

1.3 LITERATURVERZEICHNISS

Der Arbeit liegt die neue DIN 1052:2004-08 zugrunde sowie die folgende Fachliteratur:

• [1] Holzbau Taschenbuch; Bemessungsbeispiele nach DIN 1052 Ausgabe 2004 in der 10. Auflage im Ernst & Sohn Verlag, herausgegeben von Univ.-Prof. a.D. Dipl.-Ing. Claus Scheer, Dr.-Ing. Mandy Peter und Dipl.-Ing. Stefan Stöhr

• [2] Holzbau; Grundlagen und Bemessungshilfen nach der neuen DIN 1052,

1. Auflage 2004 im Vieweg Verlag, von François Colling

• [3] Holzbau-Beispiele; Musterlösungen, Formelsammlung und Bemessungstabellen nach der neuen DIN 1052, 1. Auflage 2004 im Vieweg Verlag, von François Colling

• [4] Holzbau 2, Dach- und Hallentragwerke nach DIN 1052 (neu 2004) und Eurocode 5, 3. Auflage 2005 im Springer Verlag, von Prof. Dr. sc. Techn. Karlheinz Zimmer und Dr.-Ing. Karin Lißner

• [5] Holzbau Handbuch, Broschüren vom Informationsdienst Holz

• [6] Bautabellen für Ingenieure, 16. Auflage 2004, Schneider

1.4 EINFÜHRUNG IN DIE DIN 1052:2004-08

Allgemeines

Mit der neuen DIN 1052 wird das bisherige Bemessungsverfahren mit zulässigen Spannungen, durch ein Verfahren der Bemessung nach Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit nach einem semiprobabilistischen Konzept, abgelöst. Semiprobabilistisch bedeutet, dass das Prinzip von Ursache und Wirkung nur teilweise oder halb (semi) beachtet wird. Es wird also nicht die direkte Wirkung auf die Ursache untersucht. Dies wirkt sich z.B. in der Anwendung von Teilsicherheitsbeiwerten aus.

Prinzipielles Vorgehen:

E i n w i r k u n g e n E w e r d e n m i t W i d e r s t ä n d e n R v e r g l i c h e n .

Einwirkungen E (Lastannahmen)

Für die Anwendung der DIN 1052:2004-08 gilt das in DIN 1055-100 festgelegte Sicherheitskonzept. Angaben zu den Einwirkungen enthalten die Normen der Reihe

DIN 1055. Dabei werden die charakteristischen Einwirkungen mit Teilsicherheits-

beiwerten multipliziert. Am statischem System werden dazu Schnittgrößen E k errechnet.

Eine Baustoffeigenschaft wird durch einen charakteristischen Wert X k angegeben, der im Allgemeinen einem Quantilwert, also einer angenommenen statistischen Verteilung der betrachteten Eigenschaft, entspricht. Dabei wird der Wert des charakteristischen Widerstandes durch den Teilsicherheitsbeiwert dividiert.

Der Bemesungswert X d ergibt sich im Allgemeinen:

γ

⋅

=

X

d

k mod hängt ab von:

• Nutzungsklassen NKL

• Lasteinwirkungsdauer KLED

Die Nutzungsklasse NKL (7.1.1) drückt die klimatischen Verhältnisse in der Umgebung des Bauwerks während einer Nutzungsdauer aus. Es gibt drei Nutzungsklassen, wobei diese sich in der relativen Luftfeuchte der umgebenden Luft und der sich daraus ergebenden Ausgleichsfeuchte in den Holzbauteilen unterscheiden.

In der Diplomarbeit wird die Nutzungsklasse 2 angenommen. Dies bedeutet nach (7.1.1 (3)) eine Holzfeuchte, die einer Temperatur von 20 °C und einer relativen Luftfeuchte der umgebenden Luft entspricht, die nur für einige Wochen pro Jahr einen Wert von 85 % übersteigt. Die Ausgleichsfeuchte beträgt dabei weniger als

20 %.

Lasteinwirkungsdauer KLED

Die Klassen der Lasteinwirkungsdauer ergeben sich aus Tabelle 3 und Tabelle 4. Den Werten der Einwirkungen nach DIN 1055 werden in Tabelle 4 Klassen der Lasteinwirkungsdauer zugeordnet. Bei Lastkombinationen wird die kürzeste Dauer maßgebend.

Abbildung 1: Darstellung des allgemeinen Verfahrens der Bemessung von Holzbauteilen und

Verbindungen, aus [1]

Abbildung 2: Verfahren zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit, aus [1]

2 BEISPIEL HOLZHALLE

2.1 BESCHREIBUNG DER HALLE

Um die DIN 1052:2004-08 praxisnah zu erarbeiten, wurde als Beispiel eine Holzhalle mit üblichen Spannweiten gewählt. Die Halle ist durch einen Satteldachträger mit einem gekrümmten unteren Rand und einer Dachneigung von 10° charakterisiert.

Der Satteldachträger ist an den Enden nicht wie üblich gelenkig an den Stützen angeschlossen, sondern wird mit Dübelkreisen biegesteif an einer Rahmenstütze befestigt.

Dies hat den Vorteil, dass diese Rahmenkonstruktion die Queraussteifung komplett übernehmen kann. Die Giebelwände sind dadurch frei von Schubkräften aus Wind- bzw. Stabilitätskräften. Zum Zweiten ist das Moment am First wesentlich geringer, und damit auch die aufzunehmenden Querzugkräfte im Firstquerschnitt des Sattel- dachträgers.

Die Halle kann beliebig verlängert werden, da an den Giebelwänden die gleichen Satteldachträger eingebaut werden wie in den Innenfeldern.

Die Dachkonstruktion besteht aus Koppelpfetten sowie am Rand aus Gerberpfetten, auf denen Sandwichplatten als Dachhaut dienen.

In Längsrichtung wird die Halle mit aufgenagelten Spanplatten ausgesteift. Im Dach werden Kreuzverbände aus Stahl zur Ableitung der Windkräfte angeordnet.

Die Stützen, die gelenkig auf einem Betonfundament aufsetzen, bestehen aus einem mehrteilig zusammengesetzten Querschnitt aus Brettschichtholz.

Die Abmessungen der Halle betragen:

Spannweite:   ca. 20 m 

Länge:   ca. 30 m 

Höhe:         ca. 12 m 

Abbildung 3: Isometrie / Abmessungen der Halle

2.2 ÜBERSICHT ÜBER DIE POSITIONEN / POSITIONSPLAN

Abbildung 4: Positionsplan, siehe Plan 1

2.3 NACHWEISE

2.3.1 POS.1 KOPPELPFETTEN

Abbildung 5: Isometrie / Übersicht über die Pfettenkonstruktion

Abbildung 6: Draufsicht / Koppelpfetten

demnach weg.

Zusammenstellung der Lasten:

≈ = + ⋅ =

2 m / kN , m / kN , m / kN , m , m / kN , g k 5 0 494 0 15 0 72 1 2 0

= ⋅ =

2 kN , m , m / kN , s k 58 2 72 1 5 1

Da nur eine veränderliche Last vorhanden ist, müssen keine Lastkombinationen

berechnet werden.

= ° ⋅ = m / kN , sin , q 79 0 10 575 4

d , II

= ° ⋅ = m / kN , cos , q 51 4 10 575 4

⊥ d ,

Bemessungswert der Festigkeit:

⋅ ² mm / N , 24 9 0

M = γ

= =

3 1,

² mm / N , f d 65 16

. m , 3 1

Bemessungsmaßgebende Momente:

Die Koppelpfetten werden wie „normale“ Durchlaufträger gerechnet, n=6.

= ⋅ ⋅ =

2

kNm , , , , M 79 8 0 5 51 4 078 0

d , y

Im Endfeld:

⋅ =

, M 078 0

d , z

= ⋅ ⋅ =

2 kNm , , , , M 19 5 0 5 51 4 046 0

d , y

Im Innenfeld:

⋅ = , M 046 0

d , z

Dimensionierung der Pfetten ( gewählte h = 20 cm ) über Biegespannung:

+

M M

d , z d , y

≥

W erf

y

f

d , m

+

⋅

54 1 79 8

, , 620 6

⋅

10 65 16

, 20

Gewählter Querschnitt b/h: 12/20 cm

Querschnittswerte:

= = =

4

8000 800 240 cm I ³ cm W ² cm A

y

=

480 I ³ cm W

z

⋅

+

, , 366 6

91 0 19 5

⋅

, 20

10 65 16

Gewählter Querschnitt b/h: 8/20 cm

Querschnittswerte:

= = =

4

5333 533 160 cm I ³ cm W ² cm A

y

=

213 I ³ cm W

z

≤ = bei (10.3.2 (7))

140

1 k

m

2 b

⋅ ⋅

3 3

480 10 54 1 800 10 79 8 / , / ,

⋅ ⋅

3 3

213 10 91 0 533 10 19 5 / , / ,

Die Pfetten müssen darüberhinaus Stabilitätsaufgaben übernehmen, die in

Pos. 9 näher behandelt werden. Eine leichte Überdimensionierung wird daher vorerst

akzeptiert.

=

2

1100 cm / kN E mean

,

0

Im Endfeld:  b/h = 12/20   I y =8000 cm 4   I z =2880 cm 4 

Im Innenfeld:  b/h =  8/20  I y =5333 cm 4   I z =853 cm 4 

Die Verformungen werden auf der Basis von 8.3 berechnet, wobei nach 8.3 (3) der Einfluss des Kriechens nur berücksichtigt werden muss, wenn der Bemessungs- wert des ständigen Lastanteils 70% des Bemessungswertes der Gesamtlast über- schreitet. Da dies nicht der Fall ist, wird das Kriechen des Holzes nicht berück- sichtigt.

Überkopplung

Überkopplungslänge nach [2] S.222

= ⋅ =

m , , ü 8 5 0 5 17 0

1. Stütze:

ü

Sonst:

Überkopplungskräfte K d

⊥

K d

, II

Tragfähigkeit der Koppelpfettenanschlüsse

Gewählt: Nägel Na 6/150 (vorgebohrt)