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Verbindungstechnik

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Wiki: Berechnung allgemein

Holzbauschrauben sind grundsätzlich ein einfaches und zuverlässiges Verbindungsmittel, dass in Schaftrichtung (Zug- o. Druckkräfte) und/oder quer dazu (Abscheren) beansprucht werden kann.

Nach dem Entwurf der Verbindung beginnt die Berechnung. Diese muss sicherstellen, dass folgende Grenzzustände nicht überschritten werden:

  • Grenzzustand der Tragfähigkeit
  • Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (Erfassung der Verformungen im Tragwerk unter Berücksichtigung der Nachgiebigkeiten an der Verbindungsschnittstelle!)  

 

Im Entwurf der Verbindung bzw. vor Beginn einer Berechnung sollten folgende Punkte geklärt werden:

 

Im Überblick:

  • Nutzungsklasse bzw. Umgebungsfeuchte
  • Art der Verbindung
  • Art der Beanspruchung
  • Schraubentyp
  • Kopfform der Schraube
  • Kraft-Faser-Winkel
  • Querschnittschwächungen in den mit Schrauben verbundenen Hölzern
  • Berechnungs- bzw. Nachweisverfahren für die Verbindung
  • „Normschraube“ oder „Schraube mit Technischem Gutachten“

 

1. Nutzungsklasse bzw. Umgebungsfeuchte

Die Umgebungsfeuchte ist entscheidend für den Korrosionsschutz der Schraube!

EC 5 sieht dafür folgende Regelung vor:

Metallische Verbindungsmittel sind entweder von Natur aus korrosionsbeständig oder müssen gegen Korrosion geschützt werden!

 

Beispiele für eine Mindestkorrosionsschutzanforderung für Schrauben enthält folgende Tabelle:

Verbindungsmittel

NKL 1

NKL 2

NKL 3

Schrauben mit d <= 4mm

keine

Fe/Zn 12ca

Fe/Zn 25ca

Schrauben mit d > 4mm

keine

keine

Fe/Zn 25ca

 

Anmerkung:

a Bei Feuerverzinkungen ist in der Regel Fe/Zn 12c durch Z275 und Fe/Zn 25c durch Z350 nach EN 10147 zu ersetzen!

 

Bzgl. der Definition der Nutzungsklassen (NKL) siehe Kapitel Einleitung!

 

2. Art der Verbindung – Holz-Holz, Holz-Holzwerkstoff oder Holz-Stahlblech

Bei einer „reinen Beanspruchung auf Abscheren“ unterscheidet man bei Holz-Holz-, Holz-Holzwerkstoffverbindungen 1-schnittige oder 2-schnittige Ausführungen, und bei Holz-Stahlblechverbindungen innenliegende oder außenliegende, 1-schnittige oder mehrschnittige Ausführungen.

Auch bei einer „reinen axialen Beanspruchung auf Zug“ wird zwischen Holz-Holz- und Holz-Stahlblechverbindungen unterschieden.

 

 

3.  Art der Beanspruchung – in Schaftrichtung, quer zum Schaft oder kombiniert aus beiden Einzelbeanspruchungen

 

 

 

4. Gewählter Schraubentyp - Vollgewinde- oder Teilgewinde- Holzbauschraube

Vollgewindeschrauben besitzen über ihre gesamte Schaftlänge ein Gewinde zur Kraftübertragung. Teilgewindeschrauben besitzen nur eine begrenzte Gewindelänge, der restliche Schaft ist somit ohne Gewinde!

 

Die Auswahl hängt von der Art der Verbindung (Holz-Holz- o. Stahl-Holz-Verbindung…) und von den zu übertragenden Kräften ab.

 

5. Die Kopfform mit Kopfdurchmesser ist für die Bemessung ebenso zu beachten

 

 

In Stahl-Holz-Verbindungen sowie bei Vollgewindeschrauben ist die Kopfdurchziehtragfähigkeit üblicherweise nicht maßgebend.

 

 

6. Kraft-Faser-Winkel „a“ bzw. „Winkel zw. Schraube und Faser“

 

 

Für jeden Schraubentyp gibt es einen definierten Bereich, welcher entweder in der angewandten Norm oder im Technischen Gutachten ersichtlich ist. 

 

 

7. Querschnittschwächungen in den mit Schrauben verbundenen Hölzern

Bezüglich auftretender Querschnittschwächungen infolge einer Verschraubung verweisen wir auf EN 1995-1-1/Abschnitt „5.2 Bauteile“.

 

8. Nachweisverfahren für Holzbauschrauben

 

Allgemeines zur Berechnung:

EN 1995-1-1 regelt in Abschnitt „5.3 Verbindungen“ grundsätzliches zur Berechnung, wie zum Beispiel Bemessungsschnittkräfte, Verformungen usw.

 

 

Bei einer Beanspruchung quer zum Schaft (Abscheren) gilt:

Für Teilgewinde- und Vollgewindeschrauben gilt grundlegend die Johansen-Theorie sowie die Bestimmungen nach EN 1995-1-1 Ausgabe 2009-07-01. In diesen Bestimmungen kann auch der Anteil der Seilwirkung entsprechend berücksichtigt werden!

 

 

Für Schrauben mit teilweise glattem Schaft und einem Durchmesser d>6mm gelten die Bestimmungen nach EN 1995-1-1/Abschnitt 8.5.1 (Beanspruchung rechtwinkelig zur Bolzenachse)!

Für Schrauben mit teilweise glattem Schaft und einem Durchmesser d von höchstens 6mm gelten die Bestimmungen nach EN 1995-1-1/Abschnitt 8.3.1 (Beanspruchung rechtwinkelig zur Nagelachse)!

 

Bei einer Beanspruchung in Schaftrichtung müssen beispielhaft für eine Holz-/Holzverbindungen folgende Versagensmechanismen überprüft werden:

 



 

 

 

 

9. Handelt es sich um eine „Normschraube“ oder um eine Schraube mit einem „Technischen Gutachten (ETA)“?

 

 

„Normschrauben“ müssen entsprechend der Norm (z.B. EC5 + NAD) berechnet werden für die sie zugelassen sind!
 

 

„Schrauben mit einer Europäisch Technischen Zulassung (ETA)“ müssen entsprechend ihrer Zulassung in Verbindung mit der zugrunde gelegten Norm (EC5 + NAD) berechnet werden. Mit einer ETA werden in der Regel höhere Materialkennwerte und mehr Anwendungsmöglichkeiten erreicht.

 

 
Für Holzbauschrauben die nach EUROCODE 5 berechnet werden, gilt ÖNORM EN 14592 als Anforderungsrichtlinie und Grundlage für Geometrie, Materialfestigkeit usw. der Schraube. Um eine Handelsfähigkeit herzustellen, müssen diese Produkte mit einer „CE-Kennzeichnung“ versehen werden.
Die CE-Kennzeichnung ist auf jeder Verpackung anzubringen. Hinter den Buchstaben „CE“ sind die Kennnummer der zugelassenen Zertifizierungsstelle anzugeben sowie die folgenden zusätzlichen Angaben zu machen:
o    Name und Anschrift des Herstellers (für die Herstellung verantwortliche juristische Person),
o    die letzten beiden Ziffern des Jahres, in dem die CE-Kennzeichnung angebracht wurde,
o    Nummer des EG-Konformitätszertifikats für die werkseigene Produktionskontrolle,
o    Nummer der ETA,
o    Produktname,
o    Gewindeaußendurchmesser und Länge der Schrauben,
o    Typ und mittlere Dicke des Korrosionsschutzes, wenn relevant,
o    nicht rostender Stahl einschließlich Werkstoffnummer, wenn relevant.

 

 
Ettikette für Schraubenverpackung.gif

Das oben angeführte Bild zeigt eine Etikettierung mit CE-Kennzeichnung. Zusätzlich erkennt man im „CE-Rahmen“ auch den Verweis auf eine ETA. Dieser Umstand ist für den Anwender besonders entscheidend, denn damit sieht man, dass der Inhalt aus keiner „Eurocode-Standardschraube“, welche nach den Vorgaben aus ÖNORM EN 14592 gefertigt wurde, sondern aus einer Schraube mit einem eigenen Technischem Gutachten (ETA) besteht. Solche Schrauben besitzen, wie schon zuvor erwähnt, in der Regel höhere Materialkennwerte und mehr Anwendungsmöglichkeiten.
Auch hier muss dem Anwender klar sein, dass eine geforderte Anwendung, wie zum Beispiel eine Auflager- bzw. Pressflächenverstärkung oder Holzbetonverbundkonstruktionen, eigens dafür zugelassene Schrauben benötigt.
 
In der Regel sind höhere Preise im Verkauf durch ein größeres Anwendungsspektrum, eine bessere Verarbeitbarkeit und bessere Logistik gerechtfertigt.
 
Die Buchstaben „C“ und „E“ sind kein Qualitätszeichen, Sie bedeuten lediglich, dass das Produkt innerhalb Europas handelsfähig ist und dass die Grenzkriterien der unter dem Zeichen angeführten Produktnorm oder ETA eingehalten werden.

 

10. Gültigkeit und Vollständigkeit der Technischen Zulassung (Anzahl der Seiten und Anlagen) sind immer am Deckblatt ablesbar!

Europäisch Technische Zulassung_1.gif

ACHTUNG:

  • Folgendes muss ersichtlich sein:
    Geltungsdauer
    Anzahl der Seiten
    Anzahl der Anlagen (meistens Skizzen!)
    Zulassungsgegenstand
    Anwendungsbereich(e)
  • „Technische Zulassungen (Gutachten für Holzbauschrauben)“ sind Schriftstücke die untereinander große Unterschiede aufweisen können! Sie dürfen ausnahmslos nur für die ausgewiesenen Schrauben und Normen verwendet werden!
  • Vor Beginn einer Berechnung sollten Sie sich immer die Zeit nehmen und die gesamte Technische Zulassung studieren! 

Im Umgang mit einer ETA müssen zu Beginn folgende Punkte überprüft werden:

  • Beschreibung des Bauprodukts
  • Vorgesehener Verwendungszweck
  • Nach welcher Norm gelten die Bemessungsregeln
  • Vorgesehene Nutzungsklassen – in der Regel NKL1 und NKL2
  • Mindestanzahl der Schrauben in einer Verbindung
  • Beanspruchungsart
  • Abstandsregelungen

     

All diese Punkte, und je nach Erfordernis auch mehr, müssen aus einer ETA + Eurocode entnommen werden!

Zum Beispiel - Bestimmungen in einer ETA:
 
Europäisch Technische Zulassung_2.gif


 
ACHTUNG:
Entwurf, Bemessung und Konstruktion sind nach den am Ort des Einbaus geltenden nationalen Bestimmungen entsprechend dem Konzept der Teilsicherheitsbeiwerte durchzuführen (EN 1995-1-1).
Alle hier aufgezeigten Formeln und Angaben dienen ausnahmslos nur als Vorzeigebeispiel und dürfen nicht für eine statische Bemessung verwendet werden!
Für etwaige Fehler in den Angaben wird keine Haftung übernommen.