Georg Simon Ohm Fachhochschule Nürnberg
Fachbereich Bauingenieurwesen
Konstruktiver Ingenieurbau

D I P L O M A R B E I T
Freie wissenschaftliche Arbeit
zur Erlangung des akademischen Grades Diplom-Ingenieur
im Fachbereich Bauingenieurwesen

Holzhalle nach DIN 1052:2004-08

eingereicht von:
Martin Waitz

November 2005

INHALTSVERZEICHNIS

1 EINLEITUNG ... 4
1.1 ALLGEMEINES UND INHALT ... 4
1.2 VERWEISE UND ABKÜRZUNGEN IN DER DIPLOMARBEIT ... 5
1.3 LITERATURVERZEICHNISS ... 5
1.4 EINFÜHRUNG IN DIE DIN 1052:2004-08 ... 6
Allgemeines ... 6
Einwirkungen E (Lastannahmen) ... 6
Widerstände R ... 6
Nutzungsklassen NKL ...  7
Lasteinwirkungsdauer KLED ... 7

2 BEISPIEL HOLZHALLE ... 10
2.1 BESCHREIBUNG DER HALLE ... 10
2.2 ÜBERSICHT ÜBER DIE POSITIONEN / POSITIONSPLAN ... 12
2.3 NACHWEISE ... 13
2.3.1 POS.1 KOPPELPFETTEN ...  13
Übersichtszeichnungen ... 13
Lastannahmen ...  14
Tragfähigkeit ... 14
Spannungsnachweis ... 15
Gebrauchstauglichkeit ... 16
Überkopplung ... 19
Konstruktive Anforderungen ... 22
Pfettenanschluss an die Binder ... 23
2.3.2 POS.2 RANDPFETTE / AUSBILDUNG ALS GERBERPFETTE ... 27
Übersichtszeichnung ... 27
System ... 27
Lastannahmen ... 27
Tragfähigkeit ... 28
Gebrauchstauglichkeit ... 29
2.3.3 POS.3 SATTELDACHTRÄGER / FIRST ... 33
Übersichtszeichnungen ... 33
Vorbemessung des Satteldachträgers ... 34
Bemessungswerte ... 35
Statisches System ... 35
Lastannahmen ... 36
Schnittgrößen ... 37
Tragfähigkeitsnachweis im First ... 38
Vollständige Aufnahme der Querzugkräfte durch Stahlstäbe ... 39
Gebrauchstauglichkeitsnachweis ... 41
Knicken ... 42
2.3.4 POS.4 SATTELDACHTRÄGER / BIEGESTEIFES RAHMENECK / DÜBELKREIS ... 43
Übersichtszeichnungen ... 43
Konstruktion Dübelkreis / Mindestradien ... 43
Bemessungswerte der Einwirkungen ... 45
Zusammenstellung der Bemessungswerte der Einwirkungen ... 46
Bemessungswerte der Beanspruchungen ... 46
Tragfähigkeitsnachweis für die Verbindungen ... 49
Schubspannungsnachweis in der gedübelten Rahmenecke ... 55
Knicken ... 56
2.3.5 POS.5 RAHMENSTÜTZE ... 57
Übersichtszeichnungen ... 57
Bemessungswerte ... 59
Statisches System / Schnittgrößen ... 60
Tragfähigkeitsnachweis nach dem Ersatzstabverfahren ... 61
Tragsicherheitsnachweis für die Verbindungen ... 62
Stützenfuß ... 65
2.3.6 POS.6 GIEBELKONSTRUKTION ... 66
Übersicht und allgemeine Beschreibung ... 66
System ... 67
Lastannahmen ... 68
Pos.6a Stütze 1 / einachsige Biegung mit Normalkraft ...  69
Pos.6b Stütze 2 ... 72
Pos.6c Träger Holz-Nr. 3 / zweiachsige Biegung ohne Normalkraft ... 75
2.4 STABILITÄT / AUSSTEIFUNG ... 81
Lastannahmen ... 81
2.4.1 POS.7 QUERAUSSTEIFUNG ... 81
2.4.2 POS.8 LÄNGSAUSSTEIFUNG ... 82
Wandtafel unter horizontaler Scheibenbeanspruchung /vereinfachter Nachweis ... 82
Beanspruchbarkeiten der Wandtafeln ... 85
Beanspruchbarkeiten der Nagelverbindungen ... 86
Tragfähigkeit der Scheibenbeanspruchung der Tafel ... 87
Tragfähigkeit der Rippen ... 88
Konstruktive Anforderungen ... 88
2.4.3 POS.9 DACHAUSSTEIFUNG ... 91
Übersichtszeichnung ... 91
Lastannahme ... 92
Grenzzustände der Tragfähigkeit für den Aussteifungsverband ... 93
Tragfähigkeit der Zwischenabstützungen (Koppelpfetten im Endfeld) ... 93
Tragsicherheitsnachweis für die Diagonalen ... 97
Tragsicherheitsnachweis für die Pfette im Endfeld ...  98
Tragsicherheitsnachweis der Verbindung Pfette-Binder ... 100
Anschluss der Diagonalen an den Pfetten / Träger ... 101

Abbildungsverzeichnis ... 105

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. Die Protokollausdrucke zu den Berechnungen befinden sich im Anhang.

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 Gebrauchstauglichkeitsnachweisen der wichtigsten Hölzer und Verbindungsmittel sowie aus den Stabilitätsberechnungen der Halle.

Zur Visualisierung der Halle wurden zu den unmaßstäblichen Abbildungen in der Diplomarbeit zusätzlich Pläne und eine 3d Animation mit Nemetschek Allplan erstellt. Die 3d Animation befindet sich auf der beiliegenden CD, auf der auch alle Pläne, Anlagen und die Diplomarbeit abgespeichert sind.

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:
Einwirkungen E werden mit Widerständen R verglichen.
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 Teilsicherheitsbeiwerten multipliziert. Am statischem System werden dazu Schnittgrößen Ek errechnet.

Widerstände R

Eine Baustoffeigenschaft wird durch einen charakteristischen Wert Xk 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.

Aus Darstellungsgründen ist die Abbildung nur in der Kaufversion enthalten.

Nutzungsklassen NKL

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.

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