Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
Holzbau und Baukonstruktionen
www.kit.edu
Verbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
2 08.10.2012
Stiftförmige Verbindungsmittel
Bolzen
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
3 08.10.2012
Stiftförmige Verbindungsmittel
Stabdübel
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
4 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Stiftförmige Verbindungsmittel
Gewindestangen
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5 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Stiftförmige Verbindungsmittel
Nägel
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6 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Stiftförmige Verbindungsmittel
Schrauben
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7 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Stiftförmige Verbindungsmittel
Klammern
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8 08.10.2012
Beanspruchungsarten stiftförmiger VM
Beanspruchung auf Abscheren:Bolzen, Stabdübel, Gewindestangen, Nägel, Schrauben, Klammern
Beanspruchung auf Herausziehen:Bolzen, Gewindestangen, Nägel, Schrauben, Klammern
Beanspruchung auf Hineindrücken:Gewindestangen, Schrauben
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9 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
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10 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
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11 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Tragfähigkeit bei Beanspruchung auf Abscheren
Starr - plastisches Verhalten der Stifte bei Biegung und des Holzes bei Lochleibung
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12 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
FFmax
0 u
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13 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
MMmax
0
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14 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Sprödes Biegeversagen nicht zulässig
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15 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Johansens Modell
t 1 t 2
R
R
fh, 1
My
fh, 2
fh, 1
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16 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
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17 08.10.2012
v,Rk h,1,k 1F = f t d
v,Rk h,2,k 2F = 0,5 f t d
ax,y,kh,1,k 1v,Rk 2
h,1,k 1
Rk4 (2+ ) Mf t dF = 2 (1+ )+ -
2+ f d t
F1,05
4
v,Rk y,k h,1,kax,RkF
12
F = 2 M f d1
,1+
54
Zweischnittig beanspruchte Stifte
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18 08.10.2012
v,Rk h,1,k 1F = f t d
y,k h,1,k modmod
y,k h,1,k
M f kk1, 2 M f d 2 d
1,3 1,1 1,315
Zweischnittig beanspruchte Stifte
h,1,k mod
v,Rd h,1,d 1 1M
f kF = f t d = t d
v,Rk y,k h,1,kax,RkF
12
F = 2 M f d1
,1+
54
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19 08.10.2012
Schnittgrößen
M y
fh,2
My
f
M
y
fh,1
yMf
R1
2s s 1
R2
x x1 2
H1
N1
N2Q1
2Q1H 2H
H 2
1,mod,1
1,mod,2
Seileffekt
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20 08.10.2012
Gleichgewicht im unverformten Zustand VM 3
2v,Rk ax,Rk y,k h,1,k( cos sin ) (1 tan ) 2 cos F F M d f
11,
ax,Rk2
1,
cosmin
cos
k
k
sf d
Fs
f d
Seileffekt
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21 08.10.2012
v,2
Rk ax,Rk y,k h,1,kcos sin tan( ) ( c1 ) 2 s oF F M d f
11,
ax,Rk2
1,
cos
cos
mink
k
sf d
Fs
f d
0:
Seileffekt
Gleichgewicht im unverformten Zustand VM 3
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22 08.10.2012
0:
v,Rk ax,Rk y,k h,1,k0,25 2 F F M d f
Seileffekt
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
23 08.10.2012
kax = 0,15 für runde, glattschaftige Nägel
kax = 0,25 für quadratische, glattschaftige Nägel
kax = 0,5 für profilierte Nägel
kax = 1,0 für Schrauben
kax = 0,25 für Bolzen und Passbolzen
kax = 0 für Stabdübel
Fax,Rk ist der charakteristische Wert des Ausziehwider-standes bzw. des Kopfdurchziehwiderstandes
v,Rk ax Rk,Johansen ax,Rk∆F = min k F ; 0,25 F
Seileffekt
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24 08.10.2012
Vollgewindeschrauben 10x300 in GL24hEinschnittig, dickes Stahlblech
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25 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
26 08.10.2012
Eurocode 5, Abschnitt 8.1.3:
(1) In mehrschnittigen Verbindungen sollte die Tragfähigkeit pro Scherfuge unter der Annahme bestimmt werden, dass jede Scherfuge Teil einer Reihe von zweischnittigen Verbindungen ist.
(2) Um in einer mehrschnittigen Verbindung die Tragfähigkeiten der einzelnen Scherfugen kombinieren zu können, hat in der Regel der vorherrschende Versagensmechanismus der Verbindungsmittel in der entsprechenden Fuge mit jedem anderen verträglich zu sein und sollte nicht aus einer Kombination der Versagensmechanismen (a), (b), (g) und (h) aus Bild 8.2 oder der Versagensmechanismen (c), (f) und (j/l) aus Bild 8.3 mit anderen Versagensmechanismen bestehen.
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27 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
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28 08.10.2012
Mehrschnittige Verbindungen
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29 08.10.2012
Eurocode 5, Abschnitt 8.1.3:
(1) In mehrschnittigen Verbindungen sollte die Tragfähigkeit pro Scherfuge unter der Annahme bestimmt werden, dass jede Scherfuge Teil einer Reihe von zweischnittigen Verbindungen ist.
(2) Um in einer mehrschnittigen Verbindung die Tragfähigkeiten der einzelnen Scherfugen kombinieren zu können, hat in der Regel der Versagensmechanismus der Verbindungsmittel in der entsprechenden Fuge mit jedem anderen verträglich zu sein. Versagensmechanismen (j) aus Bild 8.2 oder (g) und (k) aus Bild 8.3 sind nur in den beiden äußeren Scherfugen möglich.
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30 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
31 08.10.2012
Mehrschnittige Verbindungen
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32 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Verbindungen mit Stabdübeln
Vorbohren des Holzes oder Holzwerkstoffes mit dem Nenndurchmesser
Vorbohren von Stahlblechen bis zu d + 1 mm
Durchmesser zwischen 6 mm und 30 mm
Mindestens zwei Stabdübel, mindestens vier Scherflächen
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33 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Johansens Modell
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34 08.10.2012
17,5
14,0
10,5
7,0
3,5
00 3 6 9 12 15
u (mm)
F (
kN)
t2/d = 12
t2/d = 6
t2/d = 2
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35 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versagensformen in Verbindungen
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36 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Spalten
a1
a2,ca2
a1,t
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37 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Wirksame Anzahl der Stabdübel
0,9 14ef
an =min n ; n
13 d
In Kraft- und Faserrichtung
Rechtwinklig zur Faserrichtung
efn n
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38 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Wirksame Anzahl nef
Wirk
sam
e A
nzah
l nef
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10
Anzahl n
= 0°
= 90°
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39 08.10.2012
Verstärkung mit selbstbohrenden Holzschrauben
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
40 08.10.2012
Stoppen des Risswachstums durch Schrauben
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41 08.10.2012
Unverstärkte Verbindung:Versagen durch Spalten
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
42 08.10.2012
Last-Verschiebungsverhalten
0
50
100
150
200
250
300
0 3 6 9 12 15Verschiebung [mm]
Last
[kN
]
Unverstärkt
Verstärkt
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43 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
Rd
Rd
hd
Rd
6·R
a1
0,41a 10 d n
0
10
20
30
40
50
60
0 3 6 9 12 15
Verschiebung [mm]
La
st
R je
Sc
he
rfu
ge
un
d V
erb
ind
un
gs
mit
tel [
kN
]
F
Deformation [mm]
Load
[kN]
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
44 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
0,41a 10 d n
0
10
20
30
40
50
60
0 3 6 9 12 15
Verschiebung [mm]
La
st
R je
Sc
he
rfu
ge
un
d V
erb
ind
un
gs
mit
tel [
kN
]Rd
Rd
Rd
Rd
1a
h8·Rd
F
Deformation [mm]
Load
[kN]
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
45 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
F
Rd
Rd
Rd
Rd
1a
h8·Rd0,4
1a 10 d n
0
10
20
30
40
50
60
0 3 6 9 12 15
Verschiebung [mm]
La
st
R je
Sc
he
rfu
ge
un
d V
erb
ind
un
gs
mit
tel [
kN
]
Deformation [mm]
Load
[kN]
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46 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
Rd
Rd
Rd
Rd
1a
h8·Rd0,4
1a 10 d n
0
10
20
30
40
50
60
0 3 6 9 12 15
Verschiebung [mm]
La
st
R je
Sc
he
rfu
ge
un
d V
erb
ind
un
gs
mit
tel [
kN
]
F
Deformation [mm]
Load
[kN]
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
47 08.10.2012
Verstärkte Verbindung:Lochleibungs-versagen
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48 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß
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49 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Verbindungen mit Holzschrauben
Schrauben mit teilweise glattem Schaft:
Vorbohren erforderlich für d > 6 mm
Wirksamer Durchmesser = Schaftdurchmesserwenn Einbindetiefe des Schaftes ≥ 4 d
Nicht gehärtet nach dem Gewindeformen
Niedrige Zug-, Biege- und Torsionstragfähigkeit
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50 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Kein VorbohrenGehärtet, hohe Zug-, Biege- und TorsionstragfähigkeitDurchmesser bis 14 mmLängen bis 1500 mm
Holzschrauben nach ETA
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51 08.10.2012
Beanspruchung auf Abscheren
Wirksamer Durchmesser def = 1,1 Kerndurchmesser
Schrauben nach ETA:Wirksamer Durchmesser def = Gewindeaußendurchmesser
Lochleibungsfestigkeit nicht vorgebohrt: fh,k = 0,082 k d-0,3
Lochleibungsfestigkeit vorgebohrt: fh,0,k = 0,082 k (1-0,01d)
v,Rk ax,Rk y,k h,k0,25 2 F F M d f
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
52 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Fachwerkwirkung
0,5·F 0,5·F
F
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53 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Fax
Fc,90
F0
FR
Fachwerkwirkung
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
54 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Fachwerkwirkung
F0
Fax,c
Fax,t
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
55 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Axial beanspruchte Schrauben
Versagensmechanismen:
Herausziehen, Hineindrücken oder Ausknicken
Kopfdurchziehen
Zugversagen
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56 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Withdrawal = Shear failure
Herausziehen = Scherversagen des Holzes
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57 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Ausknicken
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58 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Kopfdurchziehen
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
59 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Zugversagen
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60 08.10.2012
Schraubenverbindung im Stahlbau
Source: Project KI-Smile
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61 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
62 08.10.2012
Fachwerkknoten
Photo: Wiehag
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63 08.10.2012
Frankfurter Messehalle 11
Photo: Atlas Copco
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64 08.10.2012
Geneigte Schrauben in Stahl-Holz-Verbindungen
Photo: Atlas Copco
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65 08.10.2012
Geneigte Schrauben in Stahl-Holz-Verbindungen
Photo: Atlas Copco
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
66 08.10.2012
Vollgewindeschrauben 10x400 in GL24hEinschnittig, dickes Stahlblech
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
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67 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Wirksame Anzahl axial beanspruchter Schrauben
0,9efn n
In Kraft- und Schraubenachsrichtung
Geneigt angeordnete Schrauben
n = 99
Eurocode 5:nef = 990,9 = 62,5 = 0,63 n
nef nach Lantos (siehe STEP C15):
nef 0,97 n
nef = 110,9 0,97 = 62,5 = 0,76 n ?
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
68 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Fachwerkträger - Satteldachträger
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
69 08.10.2012
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
70 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
BS-Holz
BS-Holz
Brettsperrholz
B - B
A - A
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71 08.10.2012
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Anschluss der Zug- und Druckstäbe
Schwächung der Gurte in den Knoten
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
72 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Allgemeines
Axial beanspruchte Holzschrauben können hohe Kräfte übertragen
Steife Verbindung (Blaß, Bejtka und Uibel 2006)
Unbekanntes Langzeitverhalten bei = 0°Schrauben werden unter 90° zur Faser eingebracht
Ausziehtragfähigkeit von Schrauben in Brettsperrholz entspricht der Tragfähigkeit von rechtwinklig zur Faserrichtung eingedrehten Schrauben in Vollholz bzw. Brettschichtholz (Blaß und Uibel 2007)
Längslagen von Brettsperrholz stehen zur Übertragung der Normalkräfte zur Verfügung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
73 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Versagen der Verbindung:
Stahlversagen
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
74 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Versagen der Verbindung:
Stahlversagen
Rollschubversagen
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
75 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
76 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Versagen der Verbindung:
Stahlversagen
Rollschubversagen
Scherversagen in der Mantelfläche des Schraubengewindes
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
77 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Verbindungsmittel: SFS Gewindestange
Variation der Einschraublängen, Verbindungsmitteldurchmesser, Randabstände und Verbindungsmittelabstände untereinander
daußen 16 mm 20 mm
dinnen 12 mm 15 mm
MW Zugtragfähigkeit 100 kN 175 kN
MW Ausziehwiderstand; Einschraublänge 400 mm
94 kN 115 kN
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
78 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Gewindestangen werden parallel zur Längsachse der Füllstäbe in die vorgebohrten Querlagen eingedreht und anschließend axial belastet (DIN EN 1382)
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Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
79 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
VersuchsprogrammGewindestangen werden parallel zur Längsachse der Füllstäbe in die vorgebohrten Querlagen eingedreht und anschließend axial belastet (DIN EN 1382)
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80 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Versuchsprogramm
Gesamtprüfkörperlänge = 3,5 · Einschraubtiefe
L_ad L_ad1,5*L_ad
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81 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Versuchsprogramm
Gesamtprüfkörperlänge = 3,5 · Einschraubtiefe
Querzugverstärkung durch Vollgewindeschrauben
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82 08.10.2012
Versagensbilder eingeklebte Stahlstäbe
Zugversagen des HolzesAufspalten des Holzes
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83 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Durchmesser: 20 mm
Randabstand: 3·d - 2,5·d - 2·d
Verstärkung über komplette Einschraublänge
Anzahl Holzversagen: 26
Anzahl Stahlversagen: 4
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84 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Durchmesser 20 mm
Durchmesser: 20 mm
Randabstand: 3·d - 2,5·d - 2·d
Verstärkung über komplette Einschraublänge
Anzahl Holzversagen: 26
Anzahl Stahlversagen: 4
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
Au
szi
eh
wid
ers
tan
d in
kN
20_1_600
20_1_600v
20_1_700
20_2_700
20_2_600
20_4_800
R_ax,k
3 * d600 mm
2,5 * d700 mm
2 * d800 mm
3 * d600 mm (v)
3 * d700 mm
2,5 * d600 mm
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
85 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Durchmesser: 16 mm
Randabstand: 3·d - 2,5·d - 2·d
Anzahl Holzversagen: 0
Anzahl Stahlversagen: 15
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
86 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
65
70
75
80
85
90
95
100
105
Au
szie
hw
ider
stan
d in
kN
16_1_500
16_2_500
16_4_500
R_ax,k
3 * d 2,5 * d 2 * d
Durchmesser 16 mm
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
87 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Untersuchung des Gruppeneffekts
3 VM nebeneinander
Randabstand: 2·d ÷ 2,5·d
Verbindungsmittelabstand: 3·d ÷ 4·d
3*d - 4*d 3*d - 4*d 2*d2*d
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88 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
89 08.10.2012
Axial beanspruchte Holzschrauben in BSPH
Ergebnissed ℓef a1,c f1,k f1,mean
in mm in mm in mm in N/mm² in N/mm²16_1 48 11,3 12,616_2 40 11,1 12,416_4 32 11,0 12,3
20_1_600 600 12,4 13,720_1_600v 600 11,8 13,120_1_700 700 10,7 11,920_2_600 600 8,7 11,320_2_700 700 10,6 11,8
20_4 800 80 8,9 10,216_3_1 10,3 11,516_3_2 9,8 10,920_3_1 9,9 11,420_3_2 9,5 10,6
n
1
3
60
50
32
50
16 500
20 400
Reihe
16 500
20
40
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
90 08.10.2012
Zusammenfassung Zuganschlüsse
Gewindestangen sind prädestiniert für den Einsatz in Fachwerkträgern.
Ein sprödes Verhalten sollte durch Stahlversagenvermieden werden.
Querlagendicke muss größer sein als der Gewindeaußendurchmesser.
Eine Querzugverstärkung am Zugstabende verhindert zuverlässig das Aufspalten.
Die Qualität der Verklebung im Brettsperrholz muss gewährleistet sein.
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
91 08.10.2012
Versatzformen
Stirnversatz
Fersenversatz
Doppelter Versatz
Mehrfacher Versatz
Treppenversatz
Druckanschluss – Versätze
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
92 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Treppenversatz
Maximale Fersenanzahlbei = 45°
90°
90°
90°
hS
90
2
tv
hS
tv
100 mm
160 mm
320 mm
5 mm 12 21 43
10 mm 5 9 21
20 mm 2 4 9
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93 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Treppenversatz
Passgenauigkeit
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94 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsdurchführung
DIN EN 26891
Versagen bei Lastabfall oder 15 mm Verschiebung
45°
F
Teflon
HEM 140
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95 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsergebnis
Stirnversatz
GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm)
= 45°
tv = 30 mm
Druckbeanspruchung unter einem Winkel ‘
MW = 128 kN
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96 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsergebnis
Doppelter Versatz
GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm)
= 45°
tv = 30 mm
Druckversagen des Stirnversatzes
Querzugriss zwischen Stirn und Ferse
MW = 209 kN
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97 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsergebnis
Treppenversatz
GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm)
= 45°
tv = 10 mm
Querdruckversagen
Querdehnung
Querzugriss zwischen Stirn und Ferse
MW = 216 kN
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
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98 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsergebnis
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm
Kra
ft in
kN
Stirnversatz
Doppelter VersatzTreppenversatz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
99 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsergebnis
Treppenversatz Hybrid
GL28h (Strebe: b/h = 120/100 mm)
= 45°
tv = 10 mm
Druckversagen in der Stirn
Querzugriss zwischen Stirn und Ferse
Querdruckversagen im Nadelholz
MW = 310 kN
(1)
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
100 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
(1)
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsergebnis
Treppenversatz Hybrid
GL28h (Strebe: b/h = 120/100 mm)
= 45°
tv = 10 mm
Druckversagen in der Stirn
Querzugriss zwischen Stirn und Ferse
Querdruckversagen im Nadelholz
MW = 310 kN
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
101 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Versuchsergebnis
0
50
100
150
200
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm
Kra
ft in
kN
Stirnversatz
Doppelter VersatzTreppenversatz
0
50
100
150
200
250
300
350
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm
Kra
ft in
kN
Treppenversatz BSH
Treppenversatz Hybrid-BSH
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
102 08.10.2012
Druckanschluss – Versätze
Ausblick
Nur Fersenversätze
Querdrucknachweis bei ≥ 45°
Reihe4
(9 Fersen)5
(5 Fersen)
Fest,c,90 223 kN 157 kN
FVersuch 216 kN 158 kN
30 mm 30 mm
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
103 08.10.2012
Zusammenfassung Druckanschlüsse
Versatzanschlüsse stellen sehr tragfähige Verbindungen für eine Druckbeanspruchung dar.
Der Treppenversatz zeigt eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig minimierter Schwächung des Gurtes.
Gurte aus Brettschichtholz mit äußeren Lagen aus Buchen- oder Eschenholz erhöhen die Tragfähigkeit gegenüber Fichte auf das Doppelte.
Eine Bemessung scheint über einen Querdrucknachweis einfach möglich zu sein.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
104 08.10.2012
Fachwerkträger für den industriellen Holzbau
Schwächung der Gurte in den Knoten
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
105 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Anzahl: 150 Versuche
Bauteilabmessung: 480 mm / 80 mm / 200 mm
Querschnittsschwächung
Ungeschwächt
Bohrung
Schlitz und Bohrungen
80
200200
16
150
55
6
3030
305
5
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
106 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
0,71 0,80 1,00Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
107 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Ungeschwächt
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
108 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Schlitz und Bohrungen
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
109 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Bohrung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
110 08.10.2012
5530
3030
55
40
6
4040 40
16
80
200
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Die Tragfähigkeit druckbeanspruchter Querschnitte ist mit der Nettoquerschnittsfläche nachzuweisen.
Querschnittsschwächungen, die dauerhaft mit einem Material satt ausgefüllt sind, dessen Elastizitätsmodul mindestens dem des Querschnittes entspricht, brauchen nicht berücksichtigt zu werden.
1,0 0,8 0,711,0 0,92
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
111 08.10.2012
25
30
35
40
45
50
55
400 420 440 460 480 500 520
Rohdichte in kg/m³
Dru
cksp
an
nu
ng
(b
rutto
)
in N
/mm
²
Ungeschwächt
Bohrung
Schlitz
MW Ungeschwächt
MW Bohrung
MW Schlitz
42,1 N/mm² = 100 %
33,3 N/mm² = 79 %
31,1 N/mm² = 74 %
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Ergebnisse
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
112 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Ergebnisse
30
35
40
45
50
55
400 420 440 460 480 500 520
Rohdichte in kg/m³
Dru
cksp
an
nu
ng
(n
etto
)
in N
/mm
²
Ungeschwächt
Bohrung
Schlitz
MW Ungeschwächt
MW Bohrung
MW Schlitz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
113 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Druckversuche:
Ergebnisse
fc,0,k = 24 N/mm² nach DIN 1052 (GL24h)
TypFmax,Versuch
in kN
Ec,0
in N/mm²
fc,brutto
in N/mm²
fc,netto
in N/mm²
Typ 1
Ungeschwächt
673
592
13047
10765
42,1 .. Mittelwert
37,0 .. 5%-Quantil
Typ 2
Bohrung
535
482
12305
10401
33,3
30,1
41,8
37,6
Typ 3
Schlitz
498
458
10843
9407
31,1
28,6
43,7
40,2
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
114 08.10.2012 Markus Enders-Comberg
Druckversuche:
VG-Schrauben
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Druckfestigkeit
Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
115 08.10.2012
Querschnittsschwächung –Einfluss auf die Zugfestigkeit
Zugversuche:
Anzahl: 90 Versuche
Prüfkörper: 3800 mm / 80 mm / 200 mm
Querschnittsschwächung
Ungeschwächt
Bohrung
Schlitz und Bohrungen
200
80
150
3800
5530
3030
55
40
6
40
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
116 08.10.2012
Entwicklung von Fachwerkträgern für den industriellen Holzbau
Zugversuche:
Anetto/Abrutto = 1,0
Anetto/Abrutto = 0,8
Anetto/Abrutto = 0,71
ft,brutto = 28,9 N/mm²
ft,brutto = 25,6 N/mm²
ft,brutto = 24,9 N/mm²
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Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
117 08.10.2012
Entwicklung von Fachwerkträgern für den industriellen Holzbau
Zugversuche:
15
20
25
30
35
40
45
50
10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000
E-Modul nach EN 408 in N/mm²
Zug
span
nung
im N
etto
quer
schn
itt in
N/m
m²
UngeschwächtBohrungSchlitzMW UngeschwächtMW BohrungMW Schlitz
28,87 N/mm² = 100%
32,02 N/mm² = 111%
35,00 N/mm² = 121%
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
118 08.10.2012
Entwicklung von Fachwerkträgern für den industriellen Holzbau
Zugversuche:
15
20
25
30
35
40
45
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Bauteillänge in mm
Sim
ulie
rte
ch
arak
teri
stis
ch
e B
rett
sch
ich
tho
lz-
Zu
gfe
stig
kei
t in
N/m
m²
ft,0,g,k,ref = 28,5 N/mm²
ℓref = 5400 mm
0,8 * ft,0,g,k,ref = 22,8 N/mm²
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
119 08.10.2012
Zusammenfassung Querschnittsschwächung
Auch satt ausgefüllte Querschnittsschwächungen zeigen einen signifikanten Einfluss auf die Drucktragfähigkeit von Brettschichtholzbauteilen.
Der Einfluss einer Querschnittsschwächung bei Zugbeanspruchung ist wegen des Längeneinflusses auf die Zugfestigkeit geringer als bei Druckbeanspruchung.
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Versuchsanstalt für Stahl, Holz und SteineHolzbau und Baukonstruktionen
120 08.10.2012 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. BlaßVerbindungssysteme für Holzkonstruktionen
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit