Nagelverbindungen nach EC5-1-1 - quadriga-news.de · PDF file3/2014 – 41 – Eurocode 5 einfach tabellarisch bestimmt werden. Die komprimierte Formelsammlung des Bundes-bildungszentrums

– 40 – 3/2014Eurocode 5

Autor: Dr. Holger Schopbach,Bundesbildungszentrum Kassel

Nachdem im vergangenen Teil der Reihe (Heft 1/2014) die Grundlagen stiftförmiger Verbindungsmittel auf Abscheren erläutert wurden, sollen diesmal die Nagelverbindungen im Fokus stehen. Nach der Vorstellung der Grundlagen wird er-neut ein Bemessungsbeispiel den Artikel abschließen. Zusätz-lich zu den Festlegungen des EC 5 sowie des nationalen An-hangs sind für Nägel DIN EN 10230-1 (Nägel aus Stahldraht), DIN EN 14592 (Holzbauwerke - Stiftförmige Verbindungsmit-tel), DIN 20000-6 (Bauprodukte in Bauwerken: Stiftförmige und Nicht- Stiftförmige Verbindungsmittel) sowie DIN 1052-10 (Herstellung und Ausführung von Holzbauwerken: Ergän-zende Bestimmungen) zusätzlich zu beachten.

Nagelverbindungen nach EC5-1-1

Einführung

GrundlagenDie Beanspruchung der Nä-

gel geschieht vorwiegend auf Abscheren, aber auch eine Be-anspruchung auf Herauszie-hen ist möglich. Durch die re-lativ geringe Einzeltragfähig-keit eines Nagels wird die An-ordnung in der Regel in Grup-pen realisiert.

Die Nagelköpfe sollen bün-dig mit der Holzoberfläche ab-schließen. Die Nägel sollten möglichst rechtwinklig einge-schlagen werden. Schrägnage-lung ist unter bestimmten Vo-raussetzungen zulässig. Bei Schrägnagelung sollte der Ab-stand zum belasteten Hirnholz-ende mindestens 10 d betra-gen. Weiterhin sollten min-

destens zwei schräg einge-schlagene Nägel in einer Ver-bindung vorhanden sein.

Nägel, die parallel zur Fa-serrichtung (Hirnholz) einge-schlagen sind, dürfen nicht zur Kraftübertragung heran-gezogen werden.

NageltypenEntsprechend der Schaft-

ausbildung werden Nägel un-terschieden in glattschaftige Nägel und Sondernägel. Ne-ben der Schaftausbildung un-terscheiden sich Nägel zusätz-lich auch durch ihre Kopfform (z. B. Flachkopf, Senkkopf, Scheibenkopf).

Glattschaftige NägelGlattschaftige Nägel (auch

runde Drahtstifte genannt) werden hauptsächlich auf Ab-scheren beansprucht und dür-fen nur kurzfristig auf Her-ausziehen beansprucht wer-den. Die Durchmesser liegen zwischen 1,8 und 8 mm. Ne-ben der runden Form sind durch den EC5 auch recht-eckige und quadratische Nägel geregelt. Diese besitzen eine ca. 20 % größere Tragfähigkeit gegenüber runden Nägeln. Als Sonderform glattschaftiger Nä-gel gelten die beharzten Ma-schinenstifte für entsprechen-de Nageleintriebgeräte.

SondernägelSondernägel, wie Kamm-

oder Rillennägel, dürfen dage-gen durch ihre bessere Ver-zahnung mit dem Holz auch

Abb.1:Schaftausbildung (von links): glatt-schaftiger Nagel, Rillen-, Schraub-nagel

ständig auf Herausziehen be-ansprucht werden. Sie benöti-gen einen Einstufungsnach-weis, aus dem die Zuordnung zu einer bestimmten Tragfä-higkeitsklasse für eine Zugbe-anspruchung hervorgeht. Son-dernägel werden bevorzugt bei Stahlblech-Holz-Verbin-dungen eingesetzt und haben in der Regel Durchmesser von 4 bzw. 6 mm.

Tragfähigkeit bei Holz-Holz-Verbindungen

Wie bereits im Grundlagen-artikel erläutert, sieht der na-tionale Anhang als verein-fachtes Nachweisverfahren vor, reines Stiftversagen bei definierten Mindestholzdicken zugrunde zu legen.

TragfähigkeitFür rechtwinklig zur Faser-

richtung eingeschlagene Nä-gel ergibt sich der charakteris-tische Wert der Tragfähigkeit pro Scherfuge, unabhängig vom Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung des Holzes, zu:

Nagelverbindungen nach EC5-1-1 Dr. Holger Schopbach Bundesbildungszentrum Kassel ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Einstufungsnachweis, aus dem die Zuordnung zu einer bestimmten Tragfähigkeitsklasse für eine Zugbeanspruchung hervorgeht. Sondernägel werden bevorzugt bei Stahlblech-Holz-Verbindungen eingesetzt und haben in der Regel Durchmesser von 4 bzw. 6 mm.

Abb.1: Schaftausbildung (von links): glattschaftiger Nagel, Rillen-, Schraubnagel

Tragfähigkeit bei Holz-Holz-Verbindungen Wie bereits im Grundlagenartikel erläutert, sieht der nationale Anhang als vereinfachtes Nachweisverfahren vor, reines Stiftversagen bei definierten Mindestholzdicken zugrunde zu legen.

Tragfähigkeit

Für rechtwinklig zur Faserrichtung eingeschlagene Nägel ergibt sich der charakteristische Wert der Tragfähigkeit pro Scherfuge, unabhängig vom Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung des Holzes, zu:

v,Rk y,Rk h,1,kF 2 M f d

Bei My,Rk handelt es sich um den charakteristischen Wert des Fließmomentes von Stahl. Vereinfacht ausgedrückt: wieviel Kraft kann von dem Nagel aufgenommen werden, bevor er sich verformt. Für runde Nägel ergibt sich bei einer Drahtzugfestigkeit von 600 N/mm² ein Wert von My,Rk = 180 d2,6 (bei d handelt es sich um den Nageldurchmesser).

Die Tragfähigkeit der Verbindung ist allerdings ebenso abhängig von der charakteristischen Lochleibungsfestigkeit des Holzes fh,1,k; wieviel Kraft kann von dem Holz aufgenommen werden, bevor es sich zusammendrückt. Für nicht vorgebohrte Nägel ergibt sich fh,1,k = 0,082 k d-0,3, für vorgebohrte Nägel fh,1,k = 0,082 (1 - 0,01 d) k (k = charakteristische Rohdichte von Holz [kg/m³]).

Der charakteristische Wert der Tragfähigkeit pro Scherfuge kann alternativ mithilfe eines Tabellenwerkes (z. B. Wendehorst, Schneider, Bemessungstafel Eurocode 5) einfach tabellarisch bestimmt werden. Die komprimierte Formelsammlung des Bundesbildungszentrums bekommen sie kostenlos unter www.bubiza.de bzw. können diese für 2,- Euro zzgl. Versandkosten bestellen.

Um letztendlich den Bemessungswert der Tragfähigkeit zu erhalten, muss der charakteristische Wert der Tragfähigkeit durch den Modifikationsbeiwert zunächst an die Umgebungsbedingungen (NKL, KLED) angepasst, anschließend die Sicherheiten (vereinfachter Nachweis, M = 1,1) berücksichtigt werden.

mod

v,Rd v,RkM

kF F

Bei My,Rk handelt es sich um y,Rk handelt es sich um y,Rk

den charakteristischen Wert des Fließmomentes von Stahl. Vereinfacht ausgedrückt: wie-viel Kraft kann von dem Na-gel aufgenommen werden,bevor er sich verformt. Für runde Nägel ergibt sich bei ei-ner Drahtzugfestigkeit von

600 N/mm2 ein Wert vonMy,Rk = 180 · dy,Rk = 180 · dy,Rk

2,6 (bei d han-delt es sich um den Nagel-durchmesser).

Die Tragfähigkeit der Ver-bindung ist allerdings ebenso abhängig von der charakteris-tischen Lochleibungsfestigkeit des Holzes fh,1,kdes Holzes fh,1,kdes Holzes f ; wieviel Kraft kann von dem Holz aufge-nommen werden, bevor es sich zusammendrückt. Für nicht vorgebohrte Nägel er-gibt sich fh,1,kgibt sich fh,1,kgibt sich f = 0,082 · h,1,k = 0,082 · h,1,k rk · k · k

d-0,3, für vorgebohrte Nägel fh,1,kfh,1,kf = 0,082 · (1 - 0,01 · d) · h,1,k = 0,082 · (1 - 0,01 · d) · h,1,k rk

(rk = charakteristische Roh-k = charakteristische Roh-k

dichte von Holz [kg/m3]).Der charakteristische Wert

der Tragfähigkeit pro Scherfu-ge kann alternativ mithilfeeines Tabellenwerkes (z. B. Wendehorst, Schneider, Be-messungstafel Eurocode 5)


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Tragfähigkeit







mod

v,Rd v,RkM

kF F


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Tragfähigkeit







mod

v,Rd v,RkM

kF F


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Tragfähigkeit







mod

v,Rd v,RkM

kF F

– 41 – Eurocode 53/2014

einfach tabellarisch bestimmt werden. Die komprimierte Formelsammlung des Bundes-bildungszentrums bekommen sie kostenlos unter www.bubi-za.de bzw. können diese für 2,– Euro zzgl. Versandkosten bestellen.

Um letztendlich den Bemes-sungswert der Tragfähigkeit zu erhalten, muss der charak-teristische Wert der Tragfähig-keit durch den Modifikations-beiwert zunächst an die Um-gebungsbedingungen (NKL, KLED) angepasst, anschlie-ßend die Sicherheiten (verein-fachter Nachweis, gM = 1,1) berücksichtigt werden.


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Tragfähigkeit







mod

v,Rd v,RkM

kF F

MindestholzdickeTragfähigkeit

Wie bereits erläutert, gilt die im vereinfachten Verfah-ren ermittelte Tragfähigkeit Fv,Rk unter der Voraussetzung v,Rk unter der Voraussetzung v,Rk

definierter Mindestholzdicken. Für Nägel mit rundem Quer-schnitt ist eine Mindestholz-dicke von 9 d erforderlich.Beträgt die vorhandene Holz-dicke t weniger als diese 9 d, muss die Tragfähigkeit im Verhältnis der vorhandenen Holzdicke zur geforderten Holzdicke abgemindert wer-den:


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Mindestholzdicke Tragfähigkeit

Wie bereits erläutert, gilt die im vereinfachten Verfahren ermittelte Tragfähigkeit Fv,Rk unter der Voraussetzung definierter Mindestholzdicken. Für Nägel mit rundem Querschnitt ist eine Mindestholzdicke von 9 d erforderlich. Beträgt die vorhandene Holzdicke t weniger als diese 9 d, muss die Tragfähigkeit im Verhältnis der vorhandenen Holzdicke zur geforderten Holzdicke abgemindert werden:

v,RktF

9d

Unterschreiten beide Hölzer die geforderte Mindestdicke, wird bei der Abminderung der Tragfähigkeit die dünnste Holzdicke zugrunde gelegt.

Mindestholzdicke Spaltgefahr

Bei nicht vorgebohrten Nagelverbindungen muss der Nageldurchmesser in einem definierten Verhältnis zur Holzdicke stehen, da ansonsten ein dicker Nagel ein relativ dünnes Brett aufspalten würde. Wegen der Spaltgefahr bei Nagelverbindungen ohne vorzubohren ist daher bei Vollholz eine Mindestholzdicke von in der Regel 14 d stets einzuhalten. Bei Nageldurchmessern über 5 mm und höheren Holzrohdichten als bei NH C24 sind ggf. sogar noch größere Mindestdicken erforderlich. Die genaue Formel lautet:

reqk

14 dt max

(13 d 30) / 200

Da Kiefernholz im Gegensatz zu Fichte oder Tanne weitaus weniger spaltempfindlich ist, darf hier die Mindestholzdicke in der Regel auf 7 d reduziert werden. Die genaue Formel lautet:

reqk

7 dt max

(13 d 30) / 400

Die reduzierte Mindestdicke für Kiefernholz gilt auch für Bauteile aus anderen Nadelholzarten (wie beispielsweise Fichte oder Tanne), falls die Mindestnagelabstände zum Rand rechtwinklig zur Faser mindestens 10 d (für k ≤ 420 kg/m3) bzw. 14 d (für 420 kg/m3 < k < 500 kg/m3) betragen.

Bei einem unbelasteten Rand senkrecht zur Faser ist hier im Normalfall ein Abstand von 5 d ausreichend. Erhöhe ich allerdings diesen Mindestabstand auf zumindest 10 d, dürfen die verringerten Holzdicken auch bei von Kiefer abweichenden Holzarten verwendet werden (siehe Abb. 2).

Abb. 2: Reduzierte Mindestdicke bei Erhöhung des Randabstandes a2,(c/t)

Diese reduzierte Mindestdicke für Kiefernholz gilt auch für Schalungen, Trag- oder Konterlattung und die Zwischenanschlüsse von Windrispen, sowie von Querriegeln auf Rahmenhölzern (unabhängig von der Holzart), wenn diese Bauteile insgesamt mit mindestens zwei Nägeln angeschlossen sind. Damit muss diese hohe Anforderung der


Mindestholzdicke SpaltgefahrBei nicht vorgebohrten Na-

gelverbindungen muss der Nageldurchmesser in einem definierten Verhältnis zur Holzdicke stehen, da ansons-ten ein dicker Nagel ein rela-tiv dünnes Brett aufspalten würde. Wegen der Spaltgefahr bei Nagelverbindungen ohne vorzubohren ist daher bei Vollholz eine Mindestholz-dicke von in der Regel 14 d stets einzuhalten. Bei Nagel-durchmessern über 5 mm und

höheren Holzrohdichten als bei NH C24 sind ggf. sogar noch größere Mindestdicken erforderlich. Die genaue For-mel lautet:


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v,RktF

9d




reqk

14 dt max

(13 d 30) / 200


reqk

7 dt max

(13 d 30) / 400





Da Kiefernholz im Gegen-satz zu Fichte oder Tanne weitaus weniger spaltemp-findlich ist, darf hier die Min-destholzdicke in der Regel auf 7 d reduziert werden. Die ge-naue Formel lautet:


3



v,RktF

9d




reqk

14 dt max

(13 d 30) / 200


reqk

7 dt max

(13 d 30) / 400





Die reduzierte Mindestdicke für Kiefernholz gilt auch für Bauteile aus anderen Nadel-holzarten (wie beispielsweise Fichte oder Tanne), falls die Mindestnagelabstände zum Rand rechtwinklig zur Faser mindestens 10 d (für rk ≤ 420 ≤ 420 ≤kg/m3) bzw. 14 d (für 420 kg/m3 < rk < 500 kg/mk < 500 kg/mk

3) betragen.Bei einem unbelasteten

Rand senkrecht zur Faser ist hier im Normalfall ein Ab-stand von 5 d ausreichend. Wird dieser Mindestabstand auf zumindest 10 d erhöht, dürfen die verringerten Holz-dicken auch bei von Kiefer ab-weichenden Holzarten verwen-det werden (siehe Abb. 2).

Diese reduzierte Mindest-dicke für Kiefernholz gilt auch für Schalungen, Trag- oder Konterlattung und die Zwi-schenanschlüsse von Windris-pen, sowie von Querriegeln auf Rahmenhölzern (unab-hängig von der Holzart), wenn diese Bauteile insgesamt mit mindestens zwei Nägeln ange-schlossen sind. Damit muss

diese hohe Anforderung der Mindestdicke nicht bei Trag-latten der Dacheindeckung angewendet werden. Für eine Lattung 30/50 mm dürfen da-mit Nägel bis einschließlich 4,2 mm ohne Vorbohren ver-wendet werden.

MindesteinschlagtiefeNeben der Mindestholzdicke

ist ebenfalls die Mindestein-schlagtiefe von maßgebender Bedeutung für die Tragfähig-keit eines Nagels. Der Nagel kann nur dann Fließgelenke ausbilden und seine maximale Tragfähigkeit erreichen, wenn er fest im Holz „eingespannt“ ist. Dies ist nur möglich durch entsprechend dicke Hölzer (geforderte Mindestholzdicke) sowie eine ausreichende Ein-schlagtiefe (Mindesteinschlag-tiefe).

Bei Einschlagtiefen kleiner dem vierfachen Nageldurch-

Abb. 2:Reduzierte Mindestdicke bei Erhö-hung des Randabstandes a2,(c/t)

messer (4 d) darf die Scherfu-ge überhaupt nicht in Rech-nung gestellt werden, da sich der Nagel bei einer Scherbe-anspruchung aus dem Holz herausziehen würde (siehe Abb. 3).

Die volle Tragfähigkeit gilt unter der Voraussetzung einer Mindesteinschlagtiefen von9 d. Beträgt die vorhandene Einschlagtiefe mehr als 4 d, jedoch weniger als 9 d, muss die Tragfähigkeit im Verhält-nis der vorhandenen Ein-schlagtiefe zur geforderten Einschlagtiefe abgemindert werden.


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Mindestdicke nicht bei Traglatten der Dacheindeckung angewendet werden. Für eine Lattung 30/50 mm dürfen Nägel bis einschließlich 4,2 mm ohne vorbohren verwendet werden.

Mindesteinschlagtiefe

Neben der Mindestholzdicke ist ebenfalls die Mindesteinschlagtiefe von maßgebender Bedeutung für die Tragfähigkeit eines Nagels. Der Nagel kann nur dann Fließgelenke ausbilden und seine maximale Tragfähigkeit erreichen, wenn er fest im Holz „eingespannt“ ist. Dies ist nur möglich durch entsprechend dicke Hölzer (geforderte Mindestholzdicke) sowie eine ausreichende Einschlagtiefe (Mindesteinschlagtiefe).

Bei Einschlagtiefen kleiner dem vierfachen Nageldurchmesser (4 d) darf die Scherfuge überhaupt nicht in Rechnung gestellt werden, da sich der Nagel bei einer Scherbeanspruchung aus dem Holz herausziehen würde (siehe Abb. 3).

Abb. 3: zu geringe Einschlagtiefe: Herausziehen (oben); ausreichende Einschlagtiefe

Die volle Tragfähigkeit gilt unter der Voraussetzung einer Mindesteinschlagtiefen von 9 d. Beträgt die vorhandene Einschlagtiefe mehr als 4 d, jedoch weniger als 9 d, muss die Tragfähigkeit im Verhältnis der vorhandenen Einschlagtiefe zur geforderten Einschlagtiefe abgemindert werden.

v,RktF

9d

Die Nagelköpfe sollen bündig mit der Oberfläche abschließen und dürfen nicht mehr als 2 mm tief versenkt werden.

Schnittigkeit

Nagelverbindungen werden meist ein- oder zweischnittig, in Sonderfällen mehrschnittig (z. B. Zugverbindungen mit innenliegenden Laschen) ausgeführt. Die Nageltragfähigkeit einer mehrschnittigen Verbindung ergibt sich aus dem Produkt von Schnittigkeit und der charakteristischen Tragfähigkeit. Dabei ist zu beachten, dass ein Nagel, der drei Hölzer miteinander verbindet, nicht automatisch die doppelte Tragfähigkeit aufweisen muss. Wie bereits erläutert, ist die Tragfähigkeit abhängig von der Holzdicke sowie der Einschlagtiefe. Sind hierbei die geforderten Mindestwerte nicht eingehalten, kann das Ergebnis beispielsweise eine 1,8-fache Tragfähigkeit liefern.

Werden mehrschnittige Verbindungen nur von einer Seite genagelt, kann die Eindringtiefe, und damit die Tragfähigkeit, in beiden Hölzern unterschiedlich sein.

Die Nagelköpfe sollen bün-dig mit der Oberfläche ab-schließen und dürfen nicht mehr als 2 mm tief versenkt werden.

Abb. 3:zu geringe Einschlagtiefe: Herauszie-hen (oben); ausreichende Einschlag-tiefe (unten)


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v,RktF

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Schnittigkeit




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v,RktF

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Schnittigkeit




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v,RktF

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reqk

14 dt max

(13 d 30) / 200


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7 dt max

(13 d 30) / 400






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reqk

14 dt max

(13 d 30) / 200


reqk

7 dt max

(13 d 30) / 400





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SchnittigkeitNagelverbindungen werden

meist ein- oder zweischnittig, in Sonderfällen mehrschnittig (z. B. Zugverbindungen mit innenliegenden Laschen) aus-geführt. Die Nageltragfähig-keit einer mehrschnittigen Verbindung ergibt sich aus dem Produkt von Schnittigkeit und der charakteristischen Tragfähigkeit. Dabei ist zu be-achten, dass ein Nagel, der drei Hölzer miteinander ver-bindet, nicht automatisch die doppelte Tragfähigkeit auf-weisen muss. Wie bereits er-läutert, ist die Tragfähigkeit abhängig von der Holzdicke sowie der Einschlagtiefe. Sind hierbei die geforderten Min-destwerte nicht eingehalten, kann das Ergebnis beispiels-weise eine 1,8-fache Tragfä-higkeit liefern.

Werden mehrschnittige Ver-bindungen nur von einer Seite genagelt, kann die Eindring-tiefe, und damit die Tragfä-higkeit, in beiden Hölzern un-terschiedlich sein. Mehr-schnittige Verbindungen soll-ten daher stets von beiden Seiten vernagelt werden, um

Zusatzbeanspruchungen der Hölzer sowie unterschiedliche Ausziehfestigkeiten zu ver-meiden.

VorbohrenDurch das Vorbohren der

Nägel wird die Spaltgefahr des Holzes erheblich reduziert. Nicht vorgebohrte Nägel be-sitzen darüber hinaus deutlich geringere Lochleibungsfestig-keiten, weil der Nagel die Kraft nur indirekt über Rei-bung an die benachbarten Holzfasern weitergeben kann (siehe Abb. 4). Durch die bes-sere Kraftübertragung steigt der charakteristische Wert der Tragfähigkeit bei vorgebohr-ten Nagelverbindungen erheb-lich an (bis ca. 30 %). Das Vorbohren der Hölzer sollte mit einem Durchmesser von max. 0,8 d erfolgen. Dabei sind stets alle zu verbinden-den Hölzer vorzubohren.

Nagelverbindungen von Hölzern mit einer Rohdichter ≥ 500 kg/m≥ 500 kg/m≥ 3 (Laubhölzer) und Douglasie sowie Nägel mit einem Durchmesser > 6 mm, sind zur Reduzierung der Spaltgefahr stets über die ge-samte Nagellänge vorzubohren.

Wirksame AnzahlDa bei mehreren in Faser-

richtung hintereinander lie-gende Verbindungsmitteln die Spaltgefahr für das Holz steigt, muss die reale Anzahl der in Faserrichtung hintereinander liegenden Nägel auf eine ef-fektiv wirksame Anzahl redu-ziert werden. Dies muss auch bei Nägeln erfolgen, wenn die-se nicht um mindestens den Nageldurchmesser d gegen-über der Risslinie versetzt an-geordnet werden. Nägel soll-ten daher stets versetzt ange-ordnet werden, um diese An-forderung zu umgehen.

Abb. 4:nicht vorgebohrter (links) sowie vor-gebohrter Nagel im Holz


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Mehrschnittige Verbindungen sollten stets von beiden Seiten vernagelt werden, um Zusatzbeanspruchungen der Hölzer sowie unterschiedliche Ausziehfestigkeiten zu vermeiden.

Vorbohren

Durch das Vorbohren der Nägel wird die Spaltgefahr des Holzes erheblich reduziert. Nicht vorgebohrte Nägel besitzen darüber hinaus deutlich geringere Lochleibungsfestigkeiten, weil der Nagel die Kraft nur indirekt über Reibung an die benachbarten Holzfasern weitergeben kann (siehe Abb. 4). Durch die bessere Kraftübertragung steigt der charakteristische Wert der Tragfähigkeit bei vorgebohrten Nagelverbindungen erheblich an (bis ca. 30 %). Das Vorbohren der Hölzer sollte mit einem Durchmesser von max. 0,8 d erfolgen. Dabei sind stets alle zu verbindenden Hölzer vorzubohren.

Abb. 4: nicht vorgebohrter (links) sowie vorgebohrter Nagel im Holz

Nagelverbindungen von Hölzern mit einer Rohdichte 500 kg/m³ (Laubhölzer) und Douglasie sowie Nägel mit einem Durchmesser > 6 mm, sind zur Reduzierung der Spaltgefahr stets über die gesamte Nagellänge vorzubohren.

Wirksame Anzahl

Da bei mehreren in Faserrichtung hintereinander liegende Verbindungsmitteln die Spaltgefahr für das Holz steigt, muss die reale Anzahl der in Faserrichtung hintereinander liegenden Nägel auf eine effektiv wirksame Anzahl reduziert werden. Dies muss auch bei Nägeln erfolgen, wenn diese nicht um mindestens den Nageldurchmesser d gegenüber der Risslinie versetzt angeordnet werden. Nägel sollten daher stets versetzt angeordnet werden, um diese Anforderung zu umgehen.

Erforderliche Anzahl

Die Anzahl notwendiger Nägel ergibt sich, indem der Bemessungswert der zu übertragenden Kraft durch den Bemessungswert der Tragfähigkeit eines Nagels dividiert wird.

Ein Anschluss muss mindestens zwei Nägel enthalten, da zum einen eine ausreichende Klemmwirkung sichergestellt werden soll, zum anderen beim Ausfall eines Nagels eine Kraftumlagerung möglich sein muss. Dies gilt nicht für die Befestigung von Schalungen, Trag- und Konterlatten und die Zwischenanschlüsse von Windrispen. Auch für die Befestigung von Sparren und Pfetten auf Bindern und Rähmen sowie von Querträgern auf Rahmenhölzern ist ein Nagel pro Anschluss ausreichend, wenn diese Bauteile insgesamt mit mindestens zwei Nägeln angeschlossen sind.

Übergreifende Nägel

Nägel dürfen sich im Mittelholz nur dann übergreifen, wenn die Nagelspitze einen Abstand zum Rand des Holzes von zumindest 4 d einhält. Ist dies nicht der Fall, müssen die

Abb. 5: Übergreifende Nägel


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Mindestabstände in Faserrichtung (a1) auch bei gegenüberliegenden Nägeln berücksichtigt werden (siehe Abb. 5).

zulässig nicht zulässig zulässig

Abb. 5: Übergreifende Nägel

Nagelabstände

Bei Verbindungsmitteln sind Mindestabstände untereinander sowie zu den Rändern des Holzes einzuhalten, um ein Aufspalten zu verhindern. Die Mindestabstände sind in entsprechenden Tafelwerken tabelliert. Auch wenn der Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung keine Auswirkungen auf die Tragfähigkeit von Nagelverbindungen hat, muss er bei den Mindestabständen berücksichtigt werden.

Bei Verbindungen sind stets auch maximale Abstände zu beachten. Diese betragen in Faserrichtung (a1) 40 d, senkrecht zur Faserrichtung (a2) 20 d.

Anwendungsbeispiel: Zugstab mit außenliegenden Laschen und Nägeln

Eingangsgrößen

Zugstab: 100/220 mm, NH C24

Laschen: 2 60/220 mm, NH C24

Zugkraft: Ft,0,d = 110 kN

Nägel: 4,2 × 100 mm, nicht vorgebohrt

Nutzungsklasse 1, KLED = mittel

Charakteristische Nageltragfähigkeit ablesen

Fv,Rk = 1.090 N

Erforderliche AnzahlDie Anzahl notwendiger Nä-

gel ergibt sich, indem der Be-messungswert der zu übertra-genden Kraft durch den Be-messungswert der Tragfähig-keit eines Nagels dividiert wird.

Ein Anschluss muss min-destens zwei Nägel enthalten, da zum einen eine ausreichen-de Klemmwirkung sicherge-stellt werden soll, zum ande-ren beim Ausfall eines Nagels eine Kraftumlagerung möglich sein muss. Dies gilt nicht für die Befestigung von Schalun-gen, Trag- und Konterlatten und die Zwischenanschlüsse von Windrispen. Auch für die Befestigung von Sparren und Pfetten auf Bindern und Räh-men sowie von Querträgern auf Rahmenhölzern ist ein Nagel pro Anschluss ausrei-chend, wenn diese Bauteile insgesamt mit mindestens zwei Nägeln angeschlossen sind.

Übergreifende NägelNägel dürfen sich im Mittel-

holz nur dann übergreifen, wenn die Nagelspitze einen Abstand zum Rand des Holzes von zumindest 4 d einhält. Ist dies nicht der Fall, müssen die Mindestabstände in Faserrich-tung (a1) auch bei gegenüber-liegenden Nägeln berücksich-tigt werden (siehe Abb. 5).

NagelabständeBei Verbindungsmitteln sind

Mindestabstände untereinan-der sowie zu den Rändern des Holzes einzuhalten, um ein Aufspalten zu verhindern. Die Mindestabstände sind in ent-sprechenden Tafelwerken ta-belliert. Auch wenn der Win-kel zwischen Kraft- und Fa-serrichtung keine Auswirkun-gen auf die Tragfähigkeit von Nagelverbindungen hat, muss er bei den Mindestabständen berücksichtigt werden.

Bei Verbindungen sind stets auch maximale Abstände zu beachten. Diese betragen in Faserrichtung (a1) 40 d, senk-recht zur Faserrichtung (a2)20 d.

– 43 – Eurocode 53/2014

Fortsetzung folgt

Damit sind im vorliegenden Beispiel die Nägel als Verbin-dungsmittel, inkl. der Abstände und der Nagelanordnung, nachgewiesen. Für den Gesamtnachweis müssen im nächsten Schritt die Holzbauteile (Zugstab und Laschen) überprüft wer-den. Diesen Nachweis werden wir in der kommenden Ausgabe näher erläutern. �

Anwendungsbeispiel: Zugstab mit außenliegenden Laschen und Nägeln

EingangsgrößenZugstab: 100/220 mm, NH C24Laschen: 2 × 60/220 mm, NH C24Zugkraft: Ft,0,d = 110 kNNägel: 4,2 × 100 mm, nicht vorgebohrtNutzungsklasse 1, KLED = mittel

Charakteristische Nageltragfähigkeit bestimmen

Fv,Rk = 1.090 N

Zunächst wird die charakteristische Tragfähigkeit des Nagels tabellarisch bestimmt. In Abhängigkeit vom Durchmesser und dem Umstand, ob die Verbindung vorgebohrt oder nicht vorge-bohrt ist, ergibt sich die charakteristische Tragfähigkeit .Diese ist bei Nägeln unabhängig vom Winkel zwischen Kraft- und Fa-serrichtung.

Voraussetzungen prüfen

Mindesteinschlagtiefe: treq = 38 mm < t = 100 - 60 = 40 mm req = 38 mm < t = 100 - 60 = 40 mm req

Mindestholzdicke: treq = 38 mm < t = 60 mm Mindestholzdicke Spaltgefahr: treq = 59 mm < t = 60 mm

Im nächsten Schritt muss überprüft werden, ob die Vorausset-zungen für die volle Tragfähigkeit des Nagels vorliegen. Damit der Nagel fest im Holz gehalten ist und sich bei einer Beanspru-chung nicht leicht aus dem Holz herausziehen würde, ist eine Einschlagtiefe von 9 d erforderlich. Die Einschlagtiefe ist immer im Holz mit der Nagelspitze anzusetzen und beträgt im vorlie-genden Fall 40 mm: 100 mm Nagellänge abzüglich der Laschen-dicke von 60 mm.Damit der Nagel fest im Holz eingespannt ist und damit die vol-le Tragfähigkeit angesetzt werden kann, ist ebenfalls eine Min-destholzdicke von 9 d erforderlich. Erst dann stellt sich reines Stiftversagen bei vernachlässigbaren Lochleibungsverformungen des Holzes (siehe Grundlagenartikel zu Verbindungsmitteln in Ausgabe 1/2012) ein. Im vorliegenden Fall ist die vorhandene Mindestholzdicke mit 60 mm größer als die geforderte Holzdicke von 38 mm. Zusätzlich überprüft werden muss die Mindestholz-dicke zur Vermeidung der Spaltgefahr des Holzes. Und diese ge-forderte Holzdicke muss eingehalten werden; im Gegensatz zu den vorgenannten Voraussetzungen, die bei Nichteinhaltunglediglich Auswirkungen auf die Tragfähigkeit haben würden. Die geforderte Holzdicke von zumindest 59 mm ist aber hier ge-geben.

Bemessungswert der Tragfähigkeit Fv,Rd berechnen


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Zunächst wird die charakteristische Tragfähigkeit des Nagels tabellarisch bestimmt. In Abhängigkeit vom Durchmesser und dem Umstand, ob die Verbindung vorgebohrt oder nicht vorgebohrt ist, ergibt sich die charakteristische Tragfähigkeit .Diese ist bei Nägeln unabhängig vom Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung. Für einen Nagel mit einem Durchmesser von 4,2 mm ergibt sich eine char. Tragfähigkeit von 1.090 N.

Voraussetzungen prüfen Mindesteinschlagtiefe: treq = 38 mm < t = 100 - 60 = 40 mm Mindestholzdicke: treq = 38 mm < t = 60 mm Mindestholzdicke Spaltgefahr: treq = 59 mm < t = 60 mm

Im nächsten Schritt muss überprüft werden, ob die Voraussetzungen für die volle Tragfähigkeit des Nagels vorliegen. Damit der Nagel fest im Holz gehalten ist und sich bei einer Beanspruchung nicht leicht aus dem Holz herausziehen würde, ist eine Einschlagtiefe von zumindest 9 d erforderlich. Die Einschlagtiefe ist immer im Holz mit der Nagelspitze anzusetzen und beträgt im vorliegenden Fall 40 mm: 100 mm Nagellänge abzüglich der Laschendicke von 60 mm.

Damit der Nagel fest im Holz eingespannt ist und damit die volle Tragfähigkeit angesetzt werden kann, ist ebenfalls eine Mindestholzdicke von zumindest 9 d erforderlich. Erst dann gibt es reines Stiftversagen bei vernachlässigbaren Lochleibungsverformungen des Holzes (siehe Grundlagenartikel zu Verbindungsmitteln in Ausgabe 1/2012). Im vorliegenden Fall ist die vorhandene Mindestholzdicke mit 60 mm größer als die geforderte Holzdicke von 38 mm. Wären beide oder eine der vorgenannten Voraussetzungen nicht gegeben, müsste die Tragfähigkeit in Verhältnis der Holzdicke bzw. Einschlagtiefe zur geforderten Holzdicke bzw. Einschlagtiefe abgemindert werden.

Zusätzlich überprüft werden muss die Mindestholzdicke zur Vermeidung der Spaltgefahr des Holzes. Und diese geforderte Holzdicke muss eingehalten werden; im Gegensatz zu den vorgenannten Voraussetzungen, die bei Nichteinhaltung lediglich Auswirkungen auf die Tragfähigkeit haben. Die geforderte Holzdicke von zumindest 59 mm ist aber hier gegeben.

Bemessungswert der Tragfähigkeit Fv,Rd berechnen

Fv,Rd = 1.090 N 1,1

8,0 = 793 N

Die Verbindungsmitteltragfähigkeiten müssen in Abhängigkeit zur Umgebungsfeuchte sowie der Lasteinwirkungsdauer bestimmt werden. Für NKL 2 und KLED = mittel ergibt sich damit für Vollholz ein Modifikationsbeiwert kmod = 0,8. Die charakteristische Nageltragfähigkeit von 1.090 N muss mit dem Modifikationsbeiwert kmod (0,8) multipliziert und durch den Teilsicherheitsbeiwert von Stahl bei stiftförmigen Verbindungsmitteln (1,1) dividiert werden, um den Bemessungswert der Tragfähigkeit zu erhalten.

Verbindungsmittelanzahl n bestimmen

110.000 N / 793 N = 138

gewählt: 144 Nägel (72 pro Seite)

In Abhängigkeit zur zu übertragenden Kraft muss die Mindestanzahl der Verbindungsmittel ermittelt werden, um diese Kraft übertragen zu können. Dafür wird die zu übertragenden Kraft (110.000 N) durch die Tragfähigkeit

Die Verbindungsmitteltragfähigkeiten müssen in Abhängigkeit zur Umgebungsfeuchte sowie der Lasteinwirkungsdauer be-stimmt werden. Für NKL 2 und KLED = mittel ergibt sich damit für Vollholz ein Modifikationsbeiwert kmod = 0,8. Die charakte-mod = 0,8. Die charakte-modristische Nageltragfähigkeit von 1.090 N muss mit dem Modifi-kationsbeiwert kmod (0,8) multipliziert und durch den Teilsicher-mod (0,8) multipliziert und durch den Teilsicher-modheitsbeiwert von Stahl bei stiftförmigen Verbindungsmitteln (1,1) dividiert werden, um den Bemessungswert der Tragfähig-keit zu erhalten.

Verbindungsmittelanzahl n bestimmen

110.000 N / 793 N = 138 gewählt: 144 Nägel (72 pro Seite)

In Abhängigkeit zur zu übertragenden Kraft muss die Mindest-anzahl der Verbindungsmittel ermittelt werden, um diese Kraft übertragen zu können. Dafür wird die zu übertragenden Kraft (110.000 N) durch die Tragfähigkeit eines Verbindungsmittel (793 N) dividiert. Es müssen zumindest 138 Nägel angeordnet werden, um die Kraft vom Zugstab in die Lasche und anschlie-ßend wieder von der Lasche in den Zugstab übertragen zu können.

Mindestabstände festlegen

a1 ≥ 10 d = 10 × 4,2 mm = 42 mm≥ 10 d = 10 × 4,2 mm = 42 mm≥a2 ≥ 15 d = 15 × 4,2 mm = 21 mma3,t≥ 15 d = 15 × 4,2 mm = 63 mm≥ 15 d = 15 × 4,2 mm = 63 mm≥a4,c≥ 15 d = 15 × 4,2 mm = 21 mm

Damit die Holzbauteile durch die Beanspruchung der Verbin-dungsmittel nicht aufreißen können, sind Mindestabstände er-forderlich. Im vorliegenden Fall ist ein Mindestabstand unter-einander in Faserrichtung (a1) von (5 + 5·cos a) · d erforderlich. Der Wert Alpha ist der Winkel zwischen Kraft- und Faserrich-tung. Da im vorliegenden Zugstab die Kraft in Faserrichtung angreift, ist der Winkel a = 0. Da cos 0 = 1 ergibt, muss ein Mindestabstand a1 von 5 + 5 = 10d angesetzt werden. Senkrecht zur Faserrichtung von Nagel zu Nagel ist ein Abstand von 5d erforderlich. Vom beanspruchten Hirnholzende (a3,t) muss ein 3,t) muss ein 3,tAbstand von zumindest (10 + 5 · cos a) · d, vom unbeanspruch-ten Rand senkrecht zur Faser (a4,c) von 5 d eingehalten werden.4,c) von 5 d eingehalten werden.4,cNun wird zunächst überprüft, wie viele Verbindungsmittel maxi-mal in einer Reihe übereinander angeordnet werden könnten. Dafür wird die Höhe des Zugstabes (220 mm) durch die Ab-stände senkrecht zur Faser (a2 bzw. a4,c = 21 mm)4,c = 21 mm)4,c dividiert;10 gleiche Abstände ließen sich so maximal realisieren. Um sinnvolle Abstände zu realisieren und gleichzeitig den Quer-schnitt nicht durch zu viele vorgebohrte Nagellöcher zu schwä-chen, werden 8 Nägel übereinander angeordnet. Damit ergeben sich 9 Reihen hintereinander, damit pro Seite 72 Nägel, und damit 4 mehr als mindestens erforderlich, angeordnet werden können. Die Übertragung dieser Mindestabstände auf den realen Querschnitt ist in Abb. 6 dargestellt.

Abb. 6:Nagelanordnung in Nagelanordnung in Zugstab und Lasche

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Nagelverbindungen nach EC5-1-1 - quadriga-news.de · PDF file3/2014 – 41 – Eurocode 5 einfach tabellarisch bestimmt werden. Die komprimierte Formelsammlung des Bundes-bildungszentrums