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Forschungsbericht: Kippverhalten und Kippaussteifung von Holzträgern unter schwerpunktmäßiger Berücksichtigung von Trägern aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen

Kippverhalten und Kippaussteifung von Holzträgern unter schwerpunktmäßiger Berücksichtigung von Trägern aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen

Bauforschung, Band T 2590
Claus Scheer, Christian Laschinski, Sheng-Fang Szu
TU Berlin, Institut für Baukonstruktionen und Festigkeit, Fachgebiet Baukonstruktionen
1993, 110 S.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhaltsverzeichnis [PDF]

Inhalt

Es wird das Kippverhalten und die Kippaussteifung von Holzträgern unter schwerpunktmäßiger Berücksichtigung von Trägern aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen untersucht. Solche Träger findet man vor allem im Brückenbau, wo sie -hergestellt aus Laubhölzern- wegen ihrer Witterungsresistenz gerne eingesetzt werden. Die Verbindung der einzelnen Querschnitte erfolgt in der Regel durch Stabdübel/Paßbolzen, ist also nicht starr, sondern nachgiebig. Eine Verleimung scheidet aus vielfältigen Gründen aus. Die Träger werden aus äußeren und inneren Lasten auf Biegung und Normalkraft beansprucht. Dabei erfahren die Querschnitte infolge zwangsläufiger Imperfektionen Verdrehungen und auch Verschiebungen senkrecht zur Lastrichtung. Zur Begrenzung der genannten Verformungen und um ein "Kippen" der Träger zu verhindern, werden Aussteifungsverbände eingebaut. Diese Verbände werden durch "Bettungslasten" (Seitenlasten) beansprucht. Bettungslasten sind Lasten, die aus einem Anlehnen der Träger an die steiferen Verbände resultieren. In diesem Forschungsvorhaben wurde bei der Herleitung der Seitenlastgleichungen auf die Berücksichtigung einiger besonders auch für Brückenträger wichtiger Einflüsse großer Wert gelegt. Diese Einflüsse sind deshalb auch durch ihre entsprechenden mechanischen Parameter explizit in den Formeln enthalten. Daraus ergibt sich eine vielfältige Anwendungsmöglichkeit der hergeleiteten Gleichungen.

Publikationslisten zum Thema:
Holzkonstruktion, Träger, Holzträger, Brückenträger, Kippen, Aussteifung, Verbindung, Stabdübel, Verband, Bettung, Last, Seitenkraft, Berechnung, Stabilisierung, Torsionssteifigkeit, Windlast, Biegemoment, Normalkraft, Schnittgröße, Kippsicherheit, Kippverhalten, Kippaussteifung, Verbindung(nachgiebig), Aussteifungsverband, Seitenlast, Formel, Gleichung,

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Dieses Lehrbuch behandelt die Bemessung von Holzbauteilen und Verbindungen nach dem aktuellen Eurocode 5 (EC 5), dem zugehörigen Nationalen Anhang (NA) und den jeweiligen Änderungen A1 und A2. Weiterhin sind die Regelungen der neuen Brettschichtholznorm DIN EN 14080:2013-09 berücksichtigt. Aufbauend auf dem neuen Sicherheitskonzept vermittelt der Autor die Grundlagen der Bemessung und erläutert Hintergründe in zahlreichen Bildern, Skizzen und Tabellen. 107 Beispiele erklären die Theorie praxisgerecht und verständlich. Die Lösungen zu diesen Beispielen sind im Lehrbuch "Holzbau-Beispiele" zusammengefasst.

Francois Colling
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6., Aufl.
2019, vii, 257 S., 1 SW-Abb. 240 mm, Softcover
Springer, Berlin

Diese Beispielsammlung zeigt die praktische Bemessung verschiedener Bauteile und Verbindungselemente nach dem aktuellen Eurocode 5 (EC 5), dem zugehörigen Nationalen Anhang (NA) und den jeweiligen Änderungen A1 und A2. Weiterhin sind die Regelungen der neuen Brettschichtholznorm DIN EN 14080:2013-09 berücksichtigt. Die Aufgaben basieren auf dem Inhalt des Lehrbuches ?Holzbau: Grundlagen ? Bemessungshilfen?. Es zeigt den Studenten des Fachgebiets Holzbau und den berufstätigen Bauingenieuren die praktische Anwendung der neuen Holzbaunorm. Erweitert wurde die 6. Auflage um eine umfassende Formelsammlung.

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Die Autoren beschreiben anschaulich und praxisorientiert wichtige Zusammenhänge und Aspekte des Themenkomplexes "Tragwerk und Konstruktion". Alle Konstruktionspläne, Berechnungsbeispiele und Nachweise basieren auf dem Eurocode 5. Anhand des Projekts "Mehrgeschossiger Holztafelbau" werden einführend die Grundlagen der Tragwerksbemessung erläutert, gefolgt von weiteren Beispielen für die Tragwerksplanung (Hallentragwerk, Glockenturm, Gratsparren). Spezielle Bemessungssituationen wie Erdbeben und Brandfall vervollständigen den Einblick in die Welt des Holzbaus.

Nikolaus Nebgen, Leif A. Peterson
Holzbau kompakt nach Eurocode 5
Bauwerk-Basis-Bibliothek (BBB)
Bauwerk-Basis-Bibliothek
5., Aufl.
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Die 5. Auflage aus der Reihe der Bauwerk-Basis-Bibliothek informiert umfassend über den Holzbau nach Eurocode 5. Alle Angaben sind auf dem neusten Stand nach DIN EN 1995-1-1:2010-12, DIN EN 1995-1-1/NA:2013-08 und DIN EN 1995-1-1/A2:2014-07 - und mit der bauaufsichtlichen Einführung der EC-Regelungen (seit Juli 2012) ist der Bedarf an Praxiswissen dazu noch einmal gestiegen. Diese Themen stehen im Mittelpunkt: -Konstruktionen aus Holz und Holzwerkstoffen; - Baustoffe, Dauerhaftigkeit, Brandschutz, Schnittgrößen, Verbindungen und vieles mehr; - Veranschaulichung am Bespiel eines Wohnhauses und Hallentragwerks; - Beispiele beziehen sich zielgerichtet auf die Bemessungskriterien nach EC 5; - Wichtige Erläuterungen zur Tragwerkslehre. Die behandelten Inhalte werden von den Autoren im Zusammenhang erklärt und sind didaktisch so aufbereitet, dass der Leser den Stoff problemlos verstehen kann. Der Inhalt beschränkt sich nicht auf reine Holzbauaufgaben, sondern setzt sich, wenn für den Zusammenhang wichtig, auch mit der Tragwerkslehre auseinander. Außerdem wurden zahlreiche neue Erkenntnisse aus Forschung und praxisnaher Entwicklung eingebracht. Änderungen gegenüber der Vorauflage: - Aktualisierte Beispiele bezogen auf EC 5, insbesondere unter Berücksichtigung der neuen DIN EN 1995-1-1/A2:2014-07. - Ergänzungen und Aktualisierungen in Bereichen Querzugverstärkung, Holzschrauben, Verbindungsmittelabstände, Durchbiegungsnachweise und neue Festigkeitsklassen gemäß DIN EN 14080:2013-09. - Außerdem wird Bezug auf die DIN EN 1995-2/NA:2011-08 genommen.

Marcus Flaig
Biegeträger aus Brettsperrholz bei Beanspruchung in Plattenebene
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In der Arbeit wurden die Anwendungsmöglichkeiten von Biegeträgern aus Brettsperrholz bei Beanspruchung in Plattenebene untersucht und die für die Bemessung der Bauteile erforderlichen Ansätze für den Nachweis der Tragfähigkeit und der Verformungen entwickelt und hergeleitet. Zur Ermittlung der Biegefestigkeit von Brettsperrholzträgern wurde ein Rechenmodell verwendet, in dem sowohl der strukturelle Aufbau der Träger als auch die streuenden mechanischen Eigenschaften der Brettlamellen wirklichkeitsnah abgebildet werden können. Mit Hilfe des Modells wurden Homogenisierungseffekte, die sich aus dem Zusammenwirken mehrerer Lamellen innerhalb eines Querschnittes ergeben untersucht und Systembeiwerte für die Biegefestigkeit von Brettsperrholzträgern ermittelt. Beim Nachweis der Schubtragfähigkeit von Brettsperrholzträgem werden drei Versagensmechanismen unterschieden, durch die sowohl Schubspannungen in den Brettlamellen als auch in den Kreuzungsflächen berücksichtigt werden. Mit Hilfe analytischer Ansätze wurden Gleichungen zur Berechnung der Schubspannungen im Brutto- und Nettoquerschnitt sowie der drei Spannungskomponenten in den Kreuzungsflächen hergeleitet. Auf der Grundlage früherer Arbeiten wurden spannungsbasierte Nachweiskriterien für die drei Versagensmechanismen definiert. Für Biegeträger mit angeschnittenen Rändern wurden mit Hilfe der Gleichungen zur Berechnung der Schubspannungen Beiwerte zur Berechnung der Biegefestigkeit in Abhängigkeit des Faseranschnittwinkels ermittelt und anhand von Versuchsergebnissen bestätigt. Zur Berechnung der Durchbiegung von in Plattenebene beanspruchten Brettsperrholzträgern unter Berücksichtigung des Trägeraufbaus wurden analytische Lösungen für die aus den Verschiebungen und Verdrehungen in den Kreuzungsflächen resultierenden Schubverformungen hergeleitet. Durch die Auswertung von Biegeversuchen konnte gezeigt werden, dass die analytischen Ansätze bei Verwendung der in Kleinversuchen ermittelten Verschiebungsmoduln von Kreuzungsflächen hinreichend genaue und zugleich kons

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Forschungsberichte

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 4: Holzbau. Abschlussbericht

Johannes Niedermeyer, Georg Keilholz, Dieter Schmid, Anke Blume
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 4: Holzbau. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3065
2018, 330 S., 47 Abb. u. 34 Tab., Softcover
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Ziel des Vorhabens war die pränormative Forschung im Vorfeld der praxisgerechten Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocode 5 für den Holzbau (EN 1995-1-1; EN 1995-1-2; EN 1995-2). Die Arbeiten folgten dem Grundsatz, dass zunächst in einer Anamnese Schwachstellen und Überregulierungen des Eurocode 5 zusammengetragen wurden. Dann wurde in einer Diagnose geprüft, inwieweit diese Defizite in der Praxis Bedeutung haben, um anschließend Verbesserungen und Vereinfachungen im Sinne einer Therapie zu erarbeiten. Als verbesserungswürdige Schwerpunktthemen des Eurocode 5 haben sich aus deutscher Anwendersicht insbesondere die Regelungen zu den stiftförmigen Verbindungsmitteln sowie die Bemessung und Detaillierung von Verstärkungsmaßnahmen herausgestellt. Des Weiteren wurden die Bemessung von Wand- und Deckentafeln sowie die Konkretisierung der Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit priorisiert. Bedarfsweise wurden die Auswirkungen der Verbesserungsvorschläge zu Eurocode 5 auch an konkreten Bauteilen untersucht und mit den Bemessungsergebnissen des bisherigen Eurocode 5 verglichen. Bei allen bearbeiteten Themen wurde auch eine Reduktion der Anzahl der NDP und insbesondere der deutschen Zusatzregeln erreicht. Die Therapievorschläge mündeten in laufend überarbeitete und praxistaugliche Entwürfe von Normentexten für den Eurocode 5 selbst und für den zugehörigen Nationalen Anhang.

Sichere Auslegung von Horizontalverbänden zur Stabilisierung biegedrillknickgefährdeter Brettschichtholzträger. Abschlussbericht

Ulrike Kuhlmann, Johannes Leichtle
Sichere Auslegung von Horizontalverbänden zur Stabilisierung biegedrillknickgefährdeter Brettschichtholzträger. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3334
2016, 159 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Die Steifigkeit horizontaler Verbände ist entscheidend für eine ausreichende Seitensteifigkeit schlanker Biegeträger. Je größer die seitliche Auslenkung des Binders als Haupttragelement ist, desto größer sind die zu erwartenden nichtlinearen Effekte aus Theorie II. Ordnung auf den Binder und die daraus resultierenden Zusatzspannungen aus auftretendem Biegemoment um die z-Achse und Torsionsmoment um die x-Achse. Der Stabilitätsnachweis des Biegedrillknickens und der Schubspannungsnachweis infolge Querkraft und Torsion am Auflager werden dadurch zunehmend maßgebend für die Bemessung. Von entscheidender Bedeutung für das Biegedrillknicken als Effekt nach Theorie II. Ordnung ist die effektive Kipplänge und demzufolge die ausreichende Steifigkeit der Horizontalverbände, die es im Zusammenhang von neuen europäischen Normen und veränderten schlankeren Bauweisen zu untersuchen galt. Im Sinne einer standsicheren und wirtschaftlichen Dimensionierung sowohl der Binder als auch der Horizontalverbände wurde im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die Wechselwirkungen zwischen Horizontalverband und Binder untersucht. Hierzu wurde ein bereits bestehendes numerisches Modell um eine horizontale Stützung am Obergurt und die Rechenroutine für einen holzbautypischen Satteldachträger erweitert. Im Rahmen einer Parameterstudie wurden Querschnittswerte des Biegeträgers und des Horizontalverbands variiert, um deren Einflüsse auf die erforderliche Steifigkeit zu erhalten. Mit zunehmender Trägerlänge und somit zunehmender Trägerschlankheit nimmt die Steifigkeit der Stützungen deutlich ab. Bei Vergrößerung des Abstands der Biegeträger und bei Vergrößerung des Durchmessers der Verbands-Zugdiagonalen steigen die Steifigkeiten dagegen deutlich an. Das in DIN EN 1995 vorgegebene Kriterium einer maximalen Verbandsdurchbiegung von 1/500 wurde bei allen untersuchten Träger- und Verbandskonfigurationen unter dem reinen Ansatz von Stabilisierungslasten eingehalten. Durch die sinusförmige Vorkrümmung des Biegeträgers entstehen in der Mitte des Horizon

Ergänzungsauftrag zum Forschungsvorhaben DIN EN 1995 - EC 5 Holzbauten - Anwendungserprobung. Untersuchung von Pultdachträgern und Satteldachträgern mit geradem und gekrümmtem Untergurt zur Abschätzung des Einflusses des Faseranschnittwinkels bzw. Dachn. eigungswinkels. Schlussbericht

Matthias Gerold
Ergänzungsauftrag zum Forschungsvorhaben "DIN EN 1995 - EC 5 Holzbauten - Anwendungserprobung". Untersuchung von Pultdachträgern und Satteldachträgern mit geradem und gekrümmtem Untergurt zur Abschätzung des Einflusses des Faseranschnittwinkels bzw. Dachn. eigungswinkels. Schlussbericht
Bauforschung, Band T 3273
2012, 113 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
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Die Berechnungsgrundsätze für Pultdachträger, Satteldachträger mit geradem oder gekrümmtem Untergurt sowie gekrümmte Träger sind nach DIN EN 1995-1-1:2010 (kurz EC 5) und DIN 1052:2008 prinzipiell gleich. Jedoch wird in DIN 1052:2008 der Faseranschnittwinkel für Pultdachträger und Satteldachträger mit geradem Untergurt auf 10 und der Dachneigungswinkel im Firstbereich von Satteldachträgem mit gekrümmtem Untergurt auf 20 beschränkt. Eine solche Deckelung des Faseranschnittwinkels bzw. des Dachneigungswinkels ist im Eurocode nicht enthalten. Dem seinerzeitigen Projektteam zum Forschungsvorhaben "DIN EN 1995 - Eurocode 5 Holzbauten - Anwendungserprobung", aber auch den Mitgliedern des für den EC 5 zuständigen DIN-Spiegelausschusses sind keine systematischen Untersuchungen mit größeren Winkeln bekannt. Im Hinblick auf ein mögliches Sicherheitsdefizit haben die Harrer Ingenieure beim DiBt einen ergänzenden Forschungsauftrag zur Durchführung von Untersuchungen der drei Trägerformen Pultdachträger, Satteldachträger mit geradem Untergurt und Satteldachträger mit gekrümmtem Untergurt mit verschiedenen Faseranschnittwinkeln bzw. Dachneigungswinkeln beantragt. Die Untersuchungen erfolgten in Zusammenarbeit mit der Softwarefirma DLUBAL, welche die Träger mit dem Programm RFEM modelliert und berechnet hat. Im Vergleich dazu wurden die Binder nach den Berechnungsgrundsätzen der DIN EN 1995-1-1 Ausgaben Juni 1994 (Vornorm) sowie Dezember 2010, der DIN 1052 Ausgaben April 1988 sowie Dezember 2008 und nach den Diagrammen in der Veröffentlichung von BLUMER 1972/1979 - soweit vorhanden - nachgewiesen. Die Ergebnisse wurden als Kurverscharen aufgetragen.

Tragfähigkeit und Bemessung von Brettschichtholzträgern mit runden Durchbrüchen - Sicherheitsrelevante Modifikationen der Bemessungsverfahren nach Eurocode 5 und DIN 1052

Simon Aicher
Tragfähigkeit und Bemessung von Brettschichtholzträgern mit runden Durchbrüchen - Sicherheitsrelevante Modifikationen der Bemessungsverfahren nach Eurocode 5 und DIN 1052
Bauforschung, Band T 3171
2008, 141 S., 139 Abb., 27 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die theoretischen Untersuchungen umfassten die Entwicklung eines Weibull-Theorie basierten Bemessungsverfahrens, wobei die Zugbeanspruchung rechtwinklig zur Faserrichtung als ausschlaggebend tragfähigkeitsbestimmend betrachtet wird. Der Weibull-Ansatz wurde gewählt, da er sich nachweislich gut für sprödbrüchige, stochastisch defektbehaftete Materialien/Materialeigenschaften und für die einfache Berücksichtigung sehr inhomogener Spannungsverteilungen in unterschiedlich großen Volumina eignet. Da die Weibull-Theorie bereits europäisch (EC 5) und national (DIN 1052:2004) für den Nachweis von "Querzug"-Spannungen infolge Umlenkkräften in gebogenen und satteldachförmigen BSH-Trägern verwendet wird, stellt die Wahl des Bemessungskonzepts auch die konsequente Ausweitung einer insgesamt als zielführend anerkannten Modellvorstellung für Brettschichtholz dar. Der Bemessungsansatz erfasst alle in den Versuchen als durchriss- und traglastbestimmend festgestellten Parameter: die Schnittgrößen V und M, das Durchbruchsverhältnis d/h, die bezogene Trägerkrümmung h/r tief m und die Bauteilgröße respektive den hiermit verbundenen Maßstabseffekt. Zur Anpassung des rechnerischen Bauteilwiderstandes im Bemessungsansatz an die Gesamtheit der Versuchsergebnisse wurde ein skalarer Parameter eingeführt, der durch Minimierung der Fehlerquadrate zwischen berechneten und experimentellen Werten aller Testreihen berechnet wird. Die Bestimmung des Kalibrierfaktors kann prinzipiell mit nahezu gleicher Anpassungsgüte sowohl bezüglich der charakteristischen Durchriss- wie der Höchstlasten vorgenommen werden. Auf der Grundlage der festgestellten Schädigungsabfolge und der Gesamtheit der Versuchsergebnisse ist jedoch im Hinblick auf die langfristige Standsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit von BSH-Trägern mit Durchbrüchen ohne planmäßig akzeptierte großformatige Risse ausschließlich die Verwendung des anhand der Durchrisslasten bestimmten Kalibrierfaktors vertretbar. Das entwickelte Bemessungsverfahren liefert bei kleinen und mittleren Träger

Volkhard Franz, Holger Schopbach
Technisch und wirtschaftlich optimierter Holzrahmenbau. Abschlussbericht
Entwicklung von Konstruktionshilfen zur Realisierung von technisch und wirtschaftlich optimierten Gebäuden in Holzrahmenbauweise, unter besonderer Berücksichtigung der neuen DIN 1052
Bau- und Wohnforschung, Band F 2486
2007, 92 S., 50 Abb., 23 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Das vorliegende Forschungsvorhaben verfolgt die Zielsetzung, Hilfestellung für den Umstieg bei der Bemessung wesentlicher Bauteile im Holztafelbau zu liefern und damit die Akzeptanz für die neue Norm zu erhöhen. Dafür wird zunächst das der neuen DIN 1052 zugrunde liegende Sicherheitskonzept vorgestellt und näher erläutert. Anschließend werden, getrennt für die Bauteilgruppen Dach, Decke und Wand, einige gängige Konstruktionsvarianten dargestellt. Neben einer kurzen Einführung werden hier jeweils die notwendigen statischen Nachweise näher erläutert und die Anforderungen tabellarisch im Normenvergleich gegenübergestellt. Jedes Kapitel schließt mit vergleichenden Untersuchungen zwischen den Normen und gibt ggf. Hinweise zu möglichen Optimierungsansätzen. So hat beispielsweise bei den Dachbauteilen der gewählte Sparrenabstand einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtkosten. Bei einer kostenoptimierten Ausführung können Einsparungen von bis zu 20 Proz. erreicht werden. Auch für die Horizontalaussteifung werden die wesentlichen Nachweise für Wandtafeln sowie Dach- und Deckentafeln gemäß alter und neuer Holzbaunorm erläutert und vergleichend gegenübergestellt. Die wesentlichen Nachweise der alten sowie der neuen Norm werden in einer abschließenden Synopse nochmals ausführlich gegenübergestellt. Ablaufdiagramme für häufige Bemessungssituationen ergänzen die Arbeit. Darüber hinaus wird ein auf der Tabellenkalkulation Excel basierendes Bemessungstool zur Verfügung gestellt, welches die Vordimensionierung von Bauteilen nach alter und neuer Norm erlaubt. Bei ausgewählten Bauteilen werden die voraussichtlichen Kosten ebenfalls ermittelt. Um auf Änderungen reagieren zu können, die Bemessungshilfe weiter zu entwickeln und ggf. den Bedürfnissen der Anwender anpassen zu können, folgt die Umsetzung dem Leitgedanken "Open Source". Ein Großteil der Zellen ist zwar durch Zellschutz gegen unbeabsichtigtes Überschreiben geschützt, der Zellschutz kann aber ohne Passwort aufgehoben werden. Das Bemessungstool kann unter http://www.forsch

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Zeitschriftenartikel

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FE-Berechnung von geklebtem Brettsperrholz. Teil 1: Theorie
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Lehrmethode mit Mehrwert. Ausbildung
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