06 - LF8 Thema Holzbalkendecken-Schueler - Berufskolleg Borken

1. Einleitung
Thema Holzbalkendecken DIN 1052 (2004/08)
Alternativ zu konventionellen Stahlbetondeckenplatten kommen in der Praxis Holzbalkendecken
zur Ausführung. Vorwiegend aufgrund der Gebäudekonstruktion im Holzrahmenbzw.
Holztafelbau, aber auch aus Gründen des Wohnbefindens in Massivhäusern als sichtbare
Ausführung.
Die Qualität und die Eigenschaften der Holzart entscheiden über Nutzen, Raumaufteilung des
Gebäudes und natürlich die Qualität der Deckenkonstruktion an sich.
2. Gängige Holzarten und deren Verwendung
Europäische Nadelhölzer Verwendung
Fichte (FI) / Tanne (TA) Dachkonstruktion
Fachwerkbinder
Holzbalkendecken
Wand- und Deckenverkleidung
Fußböden
Kiefer (KI) Möbelbau
Wasserbau
Holzwerkstoffe
Lärche (LA) Außenverschalung
Erdbau
Brückenbau
Wasserbau
Fußböden
Europäische Laubhölzer Verwendung
Eiche (EI) Holzbalkendecken
Dachkonstruktionen (Altbauten)
Wand- und Deckenverkleidung
Fußböden
Fachwerkhäuser
Buche (BU) Fußböden
Wand- und Deckenverkleidung
Treppenbelag
Holzwerkstoffe
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2.1 Eigenschaften der verwendeten Bauhölzer
3. Zusammensetzung
Chemisch Kohlenstoff C
50 %
Sauerstoff O
Wasserstoff H
44 %
5 %
Stickstoff N, Nitrate
Holzsubstanzen Cellulose
Aufnahme der Zugspannungen
Lignin
Aufnahme der Druckspannung
1 %
50 %
25 %
Zucker
Fette, Harze
20 %
5 %
4. Bauschnittholz (Handelsformen)
Bauschnittholz
Breite b
Querschnittswerte
Höhe h
Balken ≥ 10 cm ≥ 20 cm
Kanthölzer ≥ 6 cm ≥ 6 cm
Bretter
≥ 16 mm
Bohlen
≥ 44 mm
Latten Breite / Höhe (mm) 4,8/2,4 – 50/30 – 60/40
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5. Schwind und Quellverhalten von Bauschnittholz
Schwinden : Reduzierung der Querschnittsfläche durch Verlust der
Holzfeuchte unterhalb der Fasersättigung
Quellen : Vergrößerung der Querschnittsfläche durch Zunahme der
Holzfeuchtigkeit bis zur Fasersättigung
Gesamtfeuchtegehalt
Gebundenes Wasser in den Zellwänden
Freies Wasser innerhalb der Zellräume
Verantwortlich für die Schwind- und
Quellverformung
Verursacht keine Schwind- und
Quellverformung
Fasersättigungspunkt :
Erst wenn das freie Wasser innerhalb der Zellräume
verdunstet ist und nur Wasser durch die Zellwände
gebunden wird, kommt es bei weiterer
Holzfeuchtereduzierung zu Schwindverformungen.
Der Punkt, wo die Zellwände keine Feuchtigkeit mehr
aufnehmen können, nennt man Fasersättigungspunkt. Dieser
liegt bei
des Gesamtfeuchtegehalts.
Die Schwindverformung eines Holzquerschnittes verläuft aufgrund der Faserstruktur
ungleichmäßig. Tangential schwindet Holz mehr als radial. In Faserlängsrichtung so gut wie
gar nicht.
Schwindmaße nach DIN 1052 (2004/08)
Holzart Tatsächliche Schwindmaße Ideelles Schwindmaß (Mittel)
FI, TA, EI, BU
Tangential 0,32 %
Radial 0,16 %
0,24 %
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5.1 Verformungsbetrachtung
Kernholz :
Halbholz :
Viertelholz :
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5.2 Formel zur Berechnung der Schwind- und Quellverformung :
∆u
∆ b, h = Schwindmaß(%) * * b(
h)
100
Beispiel :
Holzbalken b/h = 14/28 cm
Holzfeuchte Einbau 45 %
Gleichgewichtsfeuchte nach dem Einbau 12 %
Gesucht : 1. Ideelle Schwindverformung in beide Richtungen
2. Querschnittsverlust in (%)
Ideelle Schwindverformung :
Reduzierte Querschnittsfläche :
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5.3 Nachteile von Schwindverformungen
Ausgleichsfeuchte : Holzfeuchte, die sich nach gewisser Zeit in
Abhängigkeit der relativen Luftfeuchtigkeit der
Einbauumgebung im Holz einstellt.
Die DIN 1052 unterscheidet bei der Bemessung von Holzbauteilen drei Nutzungsklassen :
NKL 1
allseitig geschlossene und beheizte Bauwerke
u ≅ 12 %
NKL 2
überdachte, offene Bauwerke
u ≅ 20 %
NKL 3
Bauwerke, die der Witterung frei ausgesetzt sind
u > 20 %
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6.1 Bauhölzer für Holzbalkendecken
In der Praxis kommen folgende Bauhölzer zur Anwendung :
Welches Bauholz für eine Holzbalkendecke zur Anwendung kommt, hängt von
folgenden Kriterien ab :
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6.2 Konstruktionsvollholz (KVH / MH) Nsi oder Si
Eigenschaften
>>> Sortierklasse ≥ S10
>>> Festigkeitsklasse ≥ C24 – C40
>>> Maßhaltigkeit ± 1 mm
>>> Oberfläche sägerau bzw. gehobelt
>>> Keilzinkenverbindung oder
durchgehend
>>> Holzfeuchte 15 % ± 3 %
Vorteile :
Geringe Schwindverformungen
Keine Längsverdrehung zulässig (Si)
Geringe Rissbreiten (3 % der Querschnittsseite)
keine Verfärbungen
kein Insektenbefall
Einschnittart :
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6.3 DUO – Balken / TRIO - Balken
Eigenschaften >>> Sortierklasse ≥ S10
Vorteile :
>>> Festigkeitsklasse ≥ C24 – C30
>>> Maßhaltigkeit ± 1 mm
>>> Oberfläche sägerau bzw. gehobelt
>>> Keilzinkenverbindung oder
durchgehend
>>> Holzfeuchte ≤ 15 %
>>> Verwendung nur NKL 1 und 2
Geringe Schwindverformungen
Keine Längsverdrehung zulässig (Si)
Geringe Rissbreiten (3 % der Querschnittsseite)
keine Verfärbungen
kein Insektenbefall
Geringere Verformung (Durchbiegung) als KVH
Aufbau :
DUO - Balken
TRIO - Balken
d ≤ 80 mm d ≤ 80 mm d ≤ 120 mm
b ≤ 280 mm b ≤ 280 mm b ≤ 100 mm
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6.4 Brettschichtholzträger (Leimholzbinder)
Eigenschaften >>> Sortierklasse ≥ S10
>>> Festigkeitsklasse ≥ GL24 – GL36
>>> Maßhaltigkeit ± 1 mm
>>> Oberfläche sägerau bzw. gehobelt
>>> Keilzinkenverbindung oder
durchgehend
>>> Holzfeuchte 15 % ± 3 %
>>> Verwendung nur NKL 1 bis 3
Vorteile :
Keine Schwindverformungen
Keine Längsverdrehung zulässig (Si)
Geringe Rissbreiten (3 % der Querschnittsseite)
keine Verfärbungen
kein Insektenbefall
Geringere Verformung (Durchbiegung) als KVH bzw. DUO- / TRIO - Balken
Hohe Tragfähigkeit bei geringem Eigengewicht
vielseitige Binderformen möglich (Gerade oder gekrümmte Bindeformen)
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Aufbau :
Nutzungsklasse 1 und 2 Nutzungsklasse 3
rechte Seite
rechte Seite
linke Seite
rechte Seite
Brettschichtholzträger wird in folgende Festigkeitsklassen eingeteilt :
GL24h / GL24c
GL28h / GL28c (alter DIN 1052 BS14)
GL32h / GL32c
GL36h / GL36c
h = homogenes BSH
c = kombiniertes BSH
Bei kombiniertem BSH werden in den beiden äußeren Randbereichen Lamellen mit einer
höheren Festigkeitsklasse als im Innenbereich eingebaut. Dabei sind auf jeder Seite im
Bereich von mindestens 1/6 der Trägerhöhe Lamellen mit einer höheren Festigkeit
anzuordnen, mindestens jedoch zwei Lamellen.
Kombiniertes Brettschichtholz wird vorwiegend bei reinen Biegeträgern ohne Zug- bzw.
Druckbeanspruchung verwendet.
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Beispiel Festigkeitsklasse GL28h / GL28c
GL 28c
GL 28h
≥
≥
7. Bundmaßberechnung
Um eine einwandfreie Tragfähigkeit der Holzbalkendecke zu gewährleisten, muss der genaue
Balkenabstand (Bundmaß) in der Ausführungszeichnung angegeben werden. Das maximale
Bundmaß jedoch legt zuvor der Statiker fest.
Beispiel :
Garage : 11,99 m x 5,99 m
Außenwand : 17,5 cm
Holzbalken (KVH) : b/h = 10/22 cm
Randabstand : 5,0 cm
Maximales Bundmaß a : ≤ 70 cm
1. Schritt :
Einzuteilende Bundbreite = 11,99 m – 2 * 0,175 m – 2 *0,05m – 0,10 m
= 11,44 m
2. Schritt :
Anzahl der Zwischenräume =
3. Schritt :
genaues Bundmaß a =
1144cm
70cm
1144cm
17ZR
= 16,34 17 Zwischenräume
= 67,29 cm
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7. Bemessung von Holzbauteilen
Entscheidend für die Dimension eines Holzbauteiles ist nicht nur die Größe der Einwirkung
(Belastung), sondern auch die Langzeiteinwirkung. Eine geringe Belastung mit
Langzeiteinwirkung auf ein Holzbauteil kann somit eher den Tragsicherheitsverlust
hervorrufen, als eine hohe Belastung mit Kurzzeiteinwirkung. Berücksichtigt wird dieses im
k mod -Faktor zur Abminderung der charakteristischen Festigkeit in eine Bemessungsfestigkeit.
allgemeine Formel :
zulässige Bemessungsspannung f d =
k
mod
f
*
γ
k
M
f k = charakteristische Spannung
k mod = Modifizierungsfaktor in Abhängigkeit der NKL und KLED
NKL = Nutzungsklasse
KLED = Klasse der Lasteinwirkungsdauer
γ M = Teilsicherheitsbeiwert 1,3
Beispiel 1 :
Holzbalken NKL 1, C24
KLED mittel
Gesucht : zulässige Biegespannung σ m,d
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Beispiel 2 :
Holzbalken KVH C24, b/h = 10/22 cm
NKL 1, KLED kurz
maximales Biegemoment M y,d = 16,45 kNm/m
Bundmaß a = 75 cm
Formel Biegespannung :
vorhanden σ m,d =
M
y , d
W
y
zulässig σ m,d
M y,d = einwirkendes Biegemoment
W y = Widerstandsmoment cm 3 (Profiltabelle oder Formel Tabellenbuch)
Lösung :
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