Ingenieurbüro für Holztechnik Dipl.-Ing. (FH) Guido Eichbaum
Ingenieurbüro für Holztechnik Dipl.-Ing. (FH) Guido Eichbaum

Zimmermannsmäßige Verbindungen - Holznägel

Ausführungen und Tragverhalten


Holznägel verschiedener Ausführungen sind in alten Bauwerken zu finden. Nach DIN EN 1995-1-1/NA:2010 ist die heutige Verwendung jedoch beschränkt. Es können nach NCI NA.12.3 Abschnitt (NA.1) Eichenholznägel mit rundem oder achteckigem, konstantem Querschnitt - siehe Abbildung 1 - verwendet werden. Der Durchmesser der Nägel hat zwischen 20mm und 30mm zu liegen. Der charakteristische Wert der Tragfähigkeit je Scherfläche errechnet sich unabhängig vom Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung nach Gl.(NA.154). Eingangsgröße ist hierbei nur der Durchmesser des Holznagels. Die zu verbindenden Bauteile müssen eine Mindestholzdicke, die dem doppelten Durchmesser des verwendeten Holznagels entspricht, sowie eine Dichte von ρk ≥ 350kg/m³ aufweisen – siehe NCI NA.12.3 Abschnitt (NA.2). Bei Unterschreitung der Mindestholzdicke muss der charakteristische Wert der Tragfähigkeit nach NCI NA.12.3 Abschnitt (NA.3) mit dem kleineren Verhältniswert aus vorhandener Holzdicke und Mindestdicke der jeweiligen Bauteile abgemindert werden. Des Weiteren ist bei der Verbindungsgestaltung ein Mindestabstand der Holznägel untereinander und von den Holzrändern einzuhalten. Der Mindestabstand wird unabhängig von der Faserrichtung betrachtet und beträgt ebenfalls den doppelten Wert des gewählten Holznageldurchmessers – siehe NCI NA.12.3 Abschnitt (NA.4).

 

Mit diesen Angaben enden die Ausführungen zu den Berechnungen der Tragfähigkeit tragender Holznagelverbindungen in der gültigen Holzbaunorm.

Abbildung 1: Auswahl an runden und achteckigen Holznägeln

Ausgehend von Versuchen zur Lochleibungs- und Biegefestigkeit sowie Versuche in Bauteildimensionen entwickelte BLAß et. al. ein Rechenmodell zur Ermittlung Tragfähigkeit von Holz-Holz-Verbindungen mit Holzstiften. Dieses wurde von Blaß, H. J.; Ernst, H.; Werner, H. unter dem Titel „Verbindungen mit Holzstiften – Untersuchungen über die Tragfähigkeit“ in Bauen mit Holz in Heft 10/1999 veröffentlicht.

 

Der Durchmesser und die Rohdichte der Holzstifte sowie die Rohdichte der miteinander verbundenen Bauteile konnten als Ergebnisse der Lochleibungsversuche nach DIN EN 383:1993 als wesentliche Einflussfaktoren auf die Lochleibungsfestigkeit benannt werden. Über Simulationsrechnungen abgesichert und unter der Annahme einer Normalverteilung der entsprechenden Rohdichten wurden Formeln zur Berechnung des charakteristischen Wertes der Lochleibungsfestigkeit für Faser-Last-Winkel α = 0° und α > 0° angegeben. Der Biegewiderstand der Holzstifte als maßgebender Einflussfaktor der Tragfähigkeit einer Holz-Holz-Verbindung wurde über Biegeversuche nach DIN EN 409:1993 ermittelt. Über den bei den Versuchen aufgezeichneten dynamischen Elastizitätsmodul konnte mittels linearer Regression eine Gleichung zur näherungsweisen Berechnung der Biegefestigkeit bestimmt werden. Eine Formel zur Berechnung der charakteristischen Biegefestigkeit aus dem Mittelwert des dynamischen Elastizitätsmoduls ist ebenfalls zu finden. Alternativ können auch die Werte der charakteristischen Biegefestigkeit nach DIN EN 338 für Laubholz verwendet werden. Die Hauptuntersuchungen - als Scherversuche nach DIN EN 26891:1991 ausgeführt - bildeten die Basis zur Ausarbeitung des Berechnungsmodels von Holz-Holz-Verbindungen mit Holzstiften. Bei den zweischnittigen Versuchen mit einer Belastung in Faserrichtung wurden neben der Belastungs- und Holzart der Verbindungsmittels, der Stiftdurchmesser und das Schlankheitsverhältnis zwischen der Mittelholzdicke und dem Stiftdurchmesser berücksichtigt. Die Berechnung der Holz-Holz-Verbindungen mit Holzstiften konnte durch die Abminderung der Lochleibungsfestigkeit auf die Johansen-Theorie zurückgeführt werden.

 

Als Ergebnis liegt ein Rechenmodell vor, welches neben der Formel zur Berechnung des charakteristischen Wertes der Tragfähigkeit eines Stiftes pro Scherfläche u.a. aus dem Biegemoment eines runden Stiftes und den charakteristischen Werten der Lochleibungsfestigkeit der zu verbindenden Bauteile, auch die erforderlichen Mindestholzdicken ausgibt. Weichen die vorhandenen Holzdicken von diesen ab, so ist der errechnete charakteristische Wert der Tragfähigkeit mit dem kleineren Verhältniswert aus vorhandenen Bauteildicken zu Mindestholzdicke zu multiplizieren. Abschließend wurde ein Vorschlag zur Berechnung des Anfangsverschiebungsmoduls pro Holzstift und Scherfläche angegeben.

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