holzbau: grundlagen, bemessungshilfen, 2. auflage

Franois Colling

Holzbau

Franois Colling

HolzbauGrundlagen, Bemessungshilfen

2., berarbeitete Auflage

Mit 223 Abbildungen und 129 Tabellen

STUDIUM

Bibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet ber abrufbar.

1. Auflage 20042., berarbeitete Auflage 2008

Alle Rechte vorbehalten Vieweg+Teubner |GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2008

Lektorat: Karina Danulat | Sabine KochTechnische Redaktion: Dipl.-Vw. Annette Prenzer

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Umschlaggestaltung: KnkelLopka Medienentwicklung, HeidelbergDruck und buchbinderische Verarbeitung: Krips b.v., MeppelGedruckt auf surefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.Printed in the Netherlands

ISBN 978-3-8348-0259-0

Fr Moma und ILO

VII

Vorwort zur 2. Auflage

Das vorliegende Werk ist die Buchfassung meines Skriptums zur Vorlesung Holzbau an der Fachhochschule Augsburg. Die behandelten Themen beinhalten im Wesentlichen die Grundla-gen des Holzbaus und stellen einen Grundstock fr eine Holzbau-Vorlesung an Hochschulen dar. Im Anschluss an die jeweils behandelten Themenbereichen werden zahlreiche Beispiele ange-boten, die so aufgebaut sind, dass mit ihnen die behandelte Theorie praxisgerecht angewandt und gefestigt werden kann. Die Lsungen zu den Beispielen sind in einem getrennten Band zusammengefasst, der auch eine Formelsammlung enthlt. Fr die praktische Bemessung wurden Bemessungstabellen erstellt, die die Bemessung per Hand erleichtern sollen. Diese Tabellen sind im Hinblick auf die praktische Handhabung in einem Anhang zusammengefasst. Gegenber der Erstauflage wurden folgende nderungen vorgenommen:

Inhaltliche berarbeitungen/Ergnzungen bei Durchbiegungsberechnungen, Verstzen, Bercksichtigung der Spaltgefahr bei hintereinander liegenden Verbindungsmitteln, Be-messung von Stabdbel- und Bolzenverbindungen, Kippen bei gekrmmten und Sattel-dachtrgern sowie Querzugverstrkungen bei Ausklinkungen und gekrmmten Trgern. Umstellung der Bemessungstabellen auf charakteristische Werte. Dies erfolgte im Wesent-lichen aus zwei Grnden. Zum einen erfolgt dadurch eine Anpassung an die Bemessung anderer Baustoffe, und zum anderen wird eine gewisse Harmonisierung der Holzbau-Literatur erreicht. Ein hilfreicher Nebeneffekt dieser Umstellung ist die Tatsache, dass die Bemessungstabellen nun auch fr die Brandschutzbemessung herangezogen werden kn-nen, die auf charakteristischen Festigkeitswerten basiert. Einarbeitung der vom NABau-Arbeitsausschuss DIN 1052 verabschiedeten ersten nde-rung zur DIN 1052 (sog. A1-Papier). Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um die Abminderungen der Schubfestigkeiten bei Voll- und Brettschichtholz und die daraus resul-tierenden nderungen bei Nachweisen der Spannungskombination. Die zugehrigen nde-rungen sind jeweils mit A1 gekennzeichnet und grau hinterlegt.

Ein groes Dankeschn gebhrt den Studenten Ludmilla Bolz, Michael Gutmann und Frank Fhles, die im Rahmen ihres Praktikums alle Beispiele umgerechnet und Korrektur gelesen haben. Angesichts der Vielzahl an Formeln, Tabellen, Diagrammen und Zahlenwerten sind Fehler nicht auszuschlieen, ja sogar eher als unvermeidbar anzusehen. Ich bitte hierfr um Nachsicht und bin fr jede Fehlermeldung dankbar.

Mering, im Juli 2008 Franois Colling

Vorwort

VIII

Vorwort

Das vorliegende Werk stellt die Buchfassung meines Skriptums zur Vorlesung Holzbau an der Fachhochschule Augsburg dar. Die behandelten Themen beinhalten im Wesentlichen die Grundlagen des Holzbaus und stellen einen Grundstock fr eine Holzbau-Vorlesung an Hoch-schulen dar. Im Anschluss an die jeweils behandelten Themenbereichen werden zahlreiche Beispiele ange-boten, die so aufgebaut sind, dass mit ihnen die behandelte Theorie praxisgerecht angewandt und gefestigt werden kann. Die Lsungen zu den Beispielen sind in einem getrennten Band zusammengefasst. Fr die praktische Bemessung wurden Bemessungstabellen erstellt, die die Bemessung per Hand erleichtern sollen. Diese Tabellen sind im Hinblick auf die praktische Handhabung in einem Anhang zusammengefasst. In dem Bestreben, meine Studenten mglichst frhzeitig mit den Regelungen der neuen DIN 1052 vertraut zu machen, stellte ich meine Vorlesung zeitgleich mit dem Erscheinen des Gelb-druckes im Jahre 2000 auf die neue Holzbaunorm um. Die Erprobung des Skriptums wh-rend den Vorlesungen der letzten drei Jahre trug dazu bei, Fehler aufzufinden und einzelne Passagen verstndlicher auszuarbeiten. Mein groer Dank gilt daher all denjenigen Studenten, die mit Ihren Fragen und Anregungen zu einer Verbesserung des Skriptums beigetragen haben. So erfolgte z. B. die Zusammenfassung aller Beispiel-Lsungen in einem separaten Teil auf ausdrcklichen Wunsch der Studenten. Ein groes Dankeschn gebhrt auch den (ehemaligen) Studenten Stefan Bed, Henrik Boll, Holger Dietrich, Helmut Mgele und Sven Petersen, die im Rahmen ihrer Praktika ihre Kennt-nisse in Textverarbeitung und CAD vertiefen durften bzw. mussten. Dank auch an meine Kollegen Hannelore Damm (FH Berlin), Jrgen Krth (FH Biberach), Manfred Logemann (FH Lbeck), Nikolaus Nebgen (FH Hildesheim), Kurt Schwaner (FH Biberach) und Martin Speich (FH Lbeck), die sich als Lektoren zur Verfgung stellten und mir manch wertvolle Anregung gegeben haben. Angesichts der Vielzahl an Formeln, Tabellen, Diagrammen und Zahlenwerten sind Fehler nicht auszuschlieen, ja sogar eher als unvermeidbar anzusehen. Ich bitte hierfr um Nachsicht und bin fr jede Fehlermeldung dankbar.

Mering, im Juni 2004 Franois Colling

IX

Inhaltsverzeichnis

VORWORT............................................................................................................................ VII

WICHTIGE FORMELZEICHEN.................................................................................... XVII

1 ALLGEMEINES..................................................................................................................1

1.1 Holzbau und Umwelt ....................................................................................................1 1.2 Leistungsfhigkeit von Holztragwerken........................................................................2 1.3 Normen, Vorschriften, Zulassungen..............................................................................4 1.4 Kennzeichnungspflicht..................................................................................................5 1.5 Literatur.........................................................................................................................6

2 BAUSTOFFEIGENSCHAFTEN........................................................................................7

2.1 Technologie des Holzes ................................................................................................7 2.1.1 Struktur und Wuchseigenschaften.........................................................................7 2.1.2 Physikalische Eigenschaften .................................................................................8 2.1.3 Elastomechanische Eigenschaften.......................................................................11 2.1.4 Holzsortierung.....................................................................................................12

2.2 Nadelschnittholz (traditionelles Vollholz) ...............................................................13 2.3 Konstruktionsvollholz (KVH).....................................................................................15 2.4 Brettschichtholz...........................................................................................................15

2.4.1 Herstellung..........................................................................................................16 2.4.2 Vorteile gegenber Vollholz ...............................................................................18

2.5 Duo- und Triobalken ...................................................................................................20 2.6 Holzwerkstoffe ............................................................................................................21

2.6.1 Holzwerkstoffklassen, Anwendungsbereiche .....................................................21 2.6.2 Massivholzplatten (Mehrschichtplatten) .............................................................23 2.6.3 Bau-Furniersperrholz ..........................................................................................23 2.6.4 Holzspanplatten (Flachpressplatten) nach DIN 68763........................................24 2.6.5 Holzfaserplatten ..................................................................................................25 2.6.6 Neue Holzwerkstoffe ..........................................................................................25

2.7 Beispiele......................................................................................................................27

Inhaltsverzeichnis

X

3 GRUNDLAGEN DER BEMESSUNG .............................................................................29

3.1 Beanspruchbarkeiten (Baustoffeigenschaften)............................................................29 3.1.1 Baustoffeigenschaften.........................................................................................29 3.1.2 Nutzungsklassen .................................................................................................30 3.1.3 Einfluss der Lasteinwirkungsdauer und der Umgebungsbedingungen (kmod, kdef) ..................................................30 3.1.4 Teilsicherheitsbeiwerte M..................................................................................30 3.1.5 Bemessungswerte der Baustoffeigenschaften .....................................................30

3.2 Beanspruchungen (Einwirkungen, Kombinationen) ...................................................31 3.2.1 Einwirkungen (Lastannahmen) ...........................................................................31 3.2.2 Charakteristische Einwirkungen Gk, Qk .............................................................32 3.2.3 Bemessungswerte der Einwirkungen ..................................................................32 3.2.4 Bemessungswerte der Beanspruchungen, Kombinationsbeiwerte ......................33 3.2.5 Klassen der Lasteinwirkungsdauer .....................................................................34

3.3 Magebende Lastkombinationen ................................................................................35 3.3.1 Nachweise der Tragfhigkeit ..............................................................................35 3.3.2 Nachweise der Gebrauchstauglichkeit (Durchbiegungsnachweise)....................37

3.4 Beispiele......................................................................................................................38

4 TRAGFHIGKEITSNACHWEISE FR QUERSCHNITTE......................................40

4.1 Zug in Faserrichtung ...................................................................................................40 4.2 Druck in Faserrichtung (ohne Knicken)......................................................................41 4.3 Schub infolge Querkraft ..............................................................................................41

4.3.1 Schub bei einachsiger Biegung ...........................................................................41 4.3.2 Schub bei schiefer Biegung (zweiachsige Biegung) ...........................................42 4.3.3 Nachweis mit reduzierter Querkraft....................................................................43

4.4 Biegung .......................................................................................................................44 4.4.1 Einachsige Biegung ............................................................................................44 4.4.2 Schiefe Biegung (zweiachsige Biegung) ............................................................46

4.5 Zug und Biegung.........................................................................................................48 4.6 Druck und Biegung .....................................................................................................49 4.7 Ausklinkungen ............................................................................................................50

4.7.1 Nicht verstrkte Ausklinkungen..........................................................................50 4.7.2 Verstrkte Ausklinkungen ..................................................................................53

4.8 Beispiele......................................................................................................................56

5 GEBRAUCHSTAUGLICHKEIT ....................................................................................58

5.1 Berechnung von Verformungen ..................................................................................59 5.1.1 Elastische Anfangsverformung winst...................................................................59 5.1.2 Kriechverformung wkriech ...................................................................................59 5.1.3 Endverformung wfin............................................................................................60 5.1.4 Verformungen bei mehreren Lasten....................................................................56

5.2 Grenzwerte der Durchbiegungen, Nachweise .............................................................60 5.2.1 Nachweise gegen Schden an Bauteilen .............................................................61 5.2.2 Nachweis gegen optische Beeintrchtigung........................................................62

Inhaltsverzeichnis

XI

5.2.3 Nachweis gegen Unbehagen (Schwingungen) ....................................................62 5.3 Nachweise und Dimensionierung bei Einfeldtrgern ..................................................63

5.3.1 Einachsige Biegung.............................................................................................63 5.3.2 Schiefe Biegung (zweiachsige Biegung).............................................................67

5.4 Nachweise und Dimensionierung bei Durchlauftrgern..............................................67 5.4.1 Einachsige Biegung.............................................................................................67 5.4.2 Schiefe Biegung (zweiachsige Biegung).............................................................71

5.5 Beispiele......................................................................................................................72

6 STABILITTSNACHWEISE ..........................................................................................75

6.1 Druckstbe mit Knickgefahr .......................................................................................75 6.2 Biegetrger mit Kippgefahr.........................................................................................77 6.3 Knicken und Kippen....................................................................................................82 6.4 Zug und Kippen...........................................................................................................836.5 Beispiele......................................................................................................................84

7 NACHWEIS VON BAUTEILEN IM ANSCHLUSSBEREICH....................................87

7.1 Querschnittsschwchungen .........................................................................................87 7.2 Zuganschlsse .............................................................................................................917.3 Druckanschlsse..........................................................................................................937.4 Biegetrger ..................................................................................................................93 7.5 Ausmittige Anschlsse................................................................................................94 7.6 Beispiele......................................................................................................................95

8 AUFLAGERUNGEN, KONTAKTANSCHLSSE ........................................................98

8.1 Druck rechtwinklig zur Faser ......................................................................................98 8.2 Druck unter einem Winkel zur Faser.........................................................................102 8.3 Knaggenanschlsse ...................................................................................................104 8.4 Sparrenauflager .........................................................................................................1058.5 Verstze.....................................................................................................................106

8.5.1 Versatzformen...................................................................................................106 8.5.2 Einfluss auf die Tragfhigkeit ...........................................................................107 8.5.3 Kraftbertragung und Nachweise.....................................................................109 8.5.4 Exzentrizitten ..................................................................................................113

8.6 Beispiele....................................................................................................................115

9 LEIM-/KLEBEVERBINDUNGEN ................................................................................121

9.1 Allgemeines...............................................................................................................121 9.2 Nachweis der Eignung zum Kleben ..........................................................................121

Inhaltsverzeichnis

XII

10 MECHANISCHE VERBINDUNGEN, GRUNDLAGEN ............................................ 123

10.1 Trag- und Verformungsverhalten.............................................................................. 123 10.2 Mechanische Verbindungen...................................................................................... 124 10.3 Zusammenwirken von nachgiebigen Verbindungsmitteln ........................................ 124 10.4 Konstruktive Ausbildung .......................................................................................... 125 10.5 Mindestabstnde........................................................................................................ 12610.6 Anschlussbilder ......................................................................................................... 128

10.6.1 Zugste ........................................................................................................... 128 10.6.2 Schrganschlsse .............................................................................................. 128 10.6.3 Queranschlsse ................................................................................................. 129

10.7 Spaltgefahr bei hintereinander liegenden Verbindungsmitteln ............................... 129 10.7.1 Kraft parallel zur Faserrichtung ........................................................................ 129 10.7.2 Kraft rechtwinklig zur Faserrichtung ................................................................ 132 10.7.3 Kraft schrg zur Faserrichtung.......................................................................... 133

10.8 Anordnung der Verbindungsmittel............................................................................ 133 10.9 Beispiele.................................................................................................................... 134

11 TRAGVERHALTEN STIFTFRMIGER VERBINDUNGSMITTEL...................... 136

11.1 Grundlagen................................................................................................................136 11.2 Einschnittige Verbindungen...................................................................................... 137

11.2.1 Einschnittige Holz-Holz und Holz-Holzwerkstoff-Verbindungen.................... 137 11.2.2 Einschnittige Stahlblech-Holz-Verbindungen................................................... 139

11.3 Zweischnittige Verbindungen ................................................................................... 141 11.3.1 Zweischnittige Holz-Holz und Holz-Holzwerkstoff-Verbindungen ................. 141 11.3.2 Zweischnittige Stahlblech-Holz-Verbindungen................................................ 143

11.4 Mehrschnittige Verbindungen................................................................................... 146 11.4.1 Holz-Holz und Holzwerkstoff-Holz-Verbindungen.......................................... 146 11.4.2 Stahlblech-Holz-Verbindungen ........................................................................ 148

11.5 Beispiele.................................................................................................................... 149

12 STABDBEL- UND BOLZENVERBINDUNGEN ...................................................... 154

12.1 Allgemeines .............................................................................................................. 154 12.1.1 Stabdbel .......................................................................................................... 154 12.1.2 Bolzen ............................................................................................................... 15412.1.3 Passbolzen......................................................................................................... 155

12.2 Berechnung der charakteristischen Tragfhigkeiten ................................................. 155 12.3 Wahl eines geeigneten Stiftdurchmessers ................................................................. 156 12.4 Holz-Holz-Verbindungen.......................................................................................... 157 12.5 Stahlblech-Holz-Verbindungen................................................................................. 158 12.6 Anzahl der Verbindungsmittel .................................................................................. 159 12.7 Anordnung der Verbindungsmittel (Mindestabstnde) ............................................. 160 12.8 Beispiele.................................................................................................................... 161

Inhaltsverzeichnis

XIII

13 NAGELVERBINDUNGEN ............................................................................................165

13.1 Allgemeines...............................................................................................................165 13.2 Holz-Holz-Verbindungen (Abscheren) .....................................................................166

13.2.1 Mindestholzdicken ............................................................................................166 13.2.2 Mindesteinschlagtiefen .....................................................................................167 13.2.3 Charakteristische Tragfhigkeit ........................................................................167 13.2.4 Rechnung mit Tabellenwerten ..........................................................................169 13.2.5 Anzahl der Verbindungsmittel ..........................................................................169 13.2.6 Anordnung der Verbindungsmittel (Mindestabstnde) .....................................170

13.3 Holzwerkstoff-Holz-Verbindungen (Abscheren) ......................................................172 13.4 Stahlblech-Holz-Verbindungen (Abscheren) ............................................................173 13.5 Beanspruchung auf Herausziehen .............................................................................174 13.6 Kombinierte Beanspruchung.....................................................................................176 13.7 Beispiele....................................................................................................................177

14 DBEL BESONDERER BAUART ...............................................................................183

14.1 Allgemeines...............................................................................................................183 14.2 Dbeltypen ................................................................................................................183

14.2.1 Typ A1 und B1 (Appel-Dbel) .........................................................................184 14.2.2 Typ C1 und C2 (Bulldog-Dbel) ......................................................................185 14.2.3 Typ C10 und C11 (Geka-Dbel).......................................................................186

14.3 Tragfhigkeit einer Verbindungseinheit....................................................................187 14.3.1 Charakteristische Tragfhigkeit ........................................................................187 14.3.2 Einfluss der Holzdicke ......................................................................................188 14.3.3 Einfluss der Rohdichte ......................................................................................188 14.3.4 Winkel Kraft/Faser............................................................................................188 14.3.5 Abstand zum beanspruchten Hirnholz ..............................................................189 14.3.6 Bemessungswerte der Tragfhigkeit .................................................................189 14.3.7 Berechnung mit Tabellenwerten .......................................................................189

14.4 Anzahl der Verbindungseinheiten .............................................................................190 14.5 Anordnung der Verbindungseinheiten (Mindestabstnde)........................................190 14.6 Beispiele....................................................................................................................192

15 WEITERE VERBINDUNGEN.......................................................................................195

15.1 Allgemeines...............................................................................................................195 15.2 Stahlblech Formteile ..............................................................................................195

15.2.1 Winkelverbinder................................................................................................195 15.2.2 Balkenschuhe ....................................................................................................196 15.2.3 Sparrenpfettenanker ..........................................................................................197 15.2.4 Zugverankerung von Wandscheiben.................................................................197

15.3 Knotenverbindungen .................................................................................................198 15.3.1 Nagelplatten ......................................................................................................198 15.3.2 Nagelverbindung System Greim .......................................................................199 15.3.3 Paslode-Stahlblech-Holz-Nagelverbindung ......................................................199 15.3.4 Multi-Krallen-Dbel .........................................................................................200

Inhaltsverzeichnis

XIV

15.3.5 BSB-Knotenverbindung.................................................................................... 201 15.3.6 BVD-Anker....................................................................................................... 201

15.4 Balkenanschlsse ...................................................................................................... 202 15.4.1 JANEBO-Hakenplatten..................................................................................... 202 15.4.2 BOZETT Balken-Z-Profil................................................................................. 203 15.4.3 GH-Integralverbinder........................................................................................ 204 15.4.4 BMF-Balkentrger ............................................................................................ 204 15.4.5 JANE-TU-Einhngetrger ................................................................................ 205 15.4.6 Merk-NHT-Verbinder....................................................................................... 205

15.5 Sttzenfe................................................................................................................ 206

16 HAUSDCHER ............................................................................................................... 207

16.1 Allgemeines .............................................................................................................. 207 16.1.1 Dachformen ...................................................................................................... 207 16.1.2 Dachhaut ........................................................................................................... 207 16.1.3 Dachsysteme ..................................................................................................... 208

16.2 Pfettendcher.............................................................................................................209 16.2.1 Teile eines Pfettendaches .................................................................................. 209 16.2.2 Einfluss der konstruktiven Ausbildung............................................................. 210 16.2.3 Bemessung........................................................................................................ 214

16.3 Sparrendcher............................................................................................................ 216 16.3.1 Teile eines Sparrendaches................................................................................. 216 16.3.2 Symmetrisches Sparrendach ............................................................................. 217 16.3.3 Symmetrisches Kehlbalkendach ....................................................................... 217

16.4 Aussteifung von Dchern.......................................................................................... 219 16.4.1 Allgemeines ...................................................................................................... 219 16.4.2 Windrispen aus Holz......................................................................................... 219 16.4.3 Windrispenbnder aus Stahl.............................................................................. 220 16.4.4 Dachscheiben aus Holzwerkstoffplatten ........................................................... 221

16.5 Beispiel ..................................................................................................................... 222

17 KOPPELPFETTEN ........................................................................................................ 223

17.1 Allgemeines .............................................................................................................. 223 17.2 Wirkungsweise.......................................................................................................... 22517.3 Nachweise bei einachsiger Biegung.......................................................................... 226

17.3.1 Biegespannung.................................................................................................. 226 17.3.2 Schubspannung ................................................................................................. 227 17.3.3 Durchbiegungen................................................................................................ 227 17.3.4 berkopplung ................................................................................................... 228

17.4 Nachweise bei schiefer Biegung ............................................................................... 230 17.5 Beispiel ..................................................................................................................... 232

Inhaltsverzeichnis

XV

18 GEKRMMTE TRGER, PULT- UND SATTELDACHTRGER .........................233

18.1 Allgemeines...............................................................................................................233 18.1.1 Besonderheiten..................................................................................................233 18.1.2 Trgertypen, Trgergeometrie...........................................................................235

18.2 Stelle der grten Biegespannung.............................................................................236 18.3 Grte Biegespannung im Feld.................................................................................238 18.4 Spannungskombination am angeschnittenen Rand ...................................................240 18.5 Kippnachweise ..........................................................................................................24218.6 Biegespannung im Firstquerschnitt ...........................................................................244 18.7 Querzugspannung im Firstquerschnitt.......................................................................247 18.8 Querzugverstrkung ..................................................................................................250

18.8.1 Konstruktive Verstrkung .................................................................................250 18.8.2 Vollstndige Aufnahme der Querzugkrfte ......................................................252 18.8.3 Praktische Bemessung.......................................................................................254

18.9 Durchbiegung............................................................................................................25418.10 Horizontale Auflagerverschiebung............................................................................257 18.11 Beispiele....................................................................................................................258

19 MEHRTEILIGE DRUCKSTBE, RAHMENSTBE.................................................259

19.1 Allgemeines...............................................................................................................259 19.2 Zweiteilige Rahmenstbe ..........................................................................................260

19.2.1 Knicken um die z-Achse ...................................................................................260 19.2.2 Knicken um die y-Achse...................................................................................261 19.2.3 Nachweis der Querverbindung und der Verbindungsmittel ..............................262

19.3 Beispiel......................................................................................................................264

HoB.Ex: BEMESSUNGSHILFEN AUF EXCEL-BASIS ..................................................265

ANHANG: BEMESSUNGSTABELLEN ............................................................................270

SACHWORTVERZEICHNIS..............................................................................................311

XVII

Wichtige Formelzeichen

Hauptzeiger A Flche,

FaktorE Elastizittsmodul F Kraft, Einzellast G Schubmodul,

allg. fr stndige Einwirkung I Flchenmoment 2. Grades

(Trgheitsmoment) K Verschiebungsmodul KLED Klasse der Lasteinwirkungsdauer M Moment N Normalkraft NKL Nutzungsklasse Q allg. fr vernderliche Einwirkung R Widerstand, Tragfhigkeit

(resistance) S Flchenmoment 1. Grades

(statisches Moment) V Querkraft (vertical load) W Widerstandsmoment X Baustoffeigenschaft allgemein

Winkel, Schwind-/Quellma

Winkel, Knicklngenbeiwert, Verhltnis der Lochleibungsfestig-keiten

Winkel, Teilsicherheitsbeiwert

Dachneigungswinkel Ausnutzungsgrad Schlankheitsgrad Rohdichte Normalspannung Schubspanung Kombinationsbeiwert

a Abstand b Breite d Durchmesser,

Dickee Ausmitte, Exzentrizitt f Festigkeit g stndige Last (Streckenlast) h Hhe,

Einlass-/Einpresstiefe i Trgheitsradius k Beiwert (allgemein) l Lnge,

lngs p vernderliche Nutzlast (Streckenlast)

rechtwinklig (perpendicular) q Gleichstreckenlast r Radius s Schneelast (Streckenlast) t Dicke (allgemein),

Lamellendicke, Eindringtiefe von Verbindungsmit-teln

u Holzfeuchte w Windlast (Streckenlast),

Durchbiegung

Fuzeiger G allg. fr stndige Einwirkung M Material Q allg. fr vernderliche Einwirkung V Querkraft (vertical load), Versatz DLT Durchlauftrger

0 in Faserrichtung, Bezugswert

90 rechtwinklig zur Faserrichtung Winkel zur Faserrichtung 05 5%-Quantilwert

Formelzeichen

XVIII

ad Haftung, Verankerung (adhesion) ap First (apex) ax in axialer Richtung b Bolzen,

brutto c Druck (compression),

Knicken, Dbel besonderer Bauart, Lnge des gekrmmten Bereiches

crit kritisch (critical) d Bemessungswert (design value) def Kriechverformung (deformation) e Einlass-/Einpresstiefe ef effektiv wirksam f Gurt fin Endwert (final) g stndige Last gl Gleichgewicht h Lochleibung in innerer (Radius) inst elastische Anfangsverformung

(instantaneous) j Verbindung (joint) k charakteristischer Wert,

Klebfuge l lngs la rechtwinklig zur Stiftachse

(lateral)m Biegung,

Kippen mean Mittelwert mod Modifikation (modification) n Netto,

Nagelp Nutzlast q vernderliche Last,

quer qs quasi-stndig r radial, Rippe,

Krmmungsradius red abgeminderter Wert (reduced) req erforderlicher Wert (required) res resultierend

s Schneelast, Stahlblech

ser Gebrauchszustand (serviceability) t Zug (tension),

tangential u Holzfeuchte v Schub,

Vorholz w Windlast, Steg y Fliegrenze (-moment),

y-Achse z z-Achse

BeispieleGmean mittlerer Schubmodul E0,05 5%-Quantilwert des Elastizitts-

moduls in Faserrichtung des Holzes My,k char. Fliemoment eines stiftfrmi-

gen Verbindungsmittels Rla,d Bemessungswert des Tragwiderstan-

des eines Verbindungsmittels recht-winklig zur Stiftachse

fc,90,k char. Druckfestigkeit rechtwinklig zur Faserrichtung

fh,k char. Lochleibungsfestigkeit fm,z,d Bemessungswert der Biegefestigkeit

bei Biegung um die z-Achse ft,0,d Bemessungswert der Zugfestigkeit

parallel zur Faserrichtung des Holzes hap Querschnittshhe im First kc,90 Beiwert bei Druck rechtwinklig zur

Faserrichtung km Kippbeiwert k ,t Beiwert zur Bercksichtigung des

Winkels zwischen Kraft und Fa-serrichtung am zugbeanspruchten Rand

lad Verankerungs-/Einkleblnge treq erforderliche Dicke (Mindestdicke) ts Stahlblechdicke wfin,g Enddurchbiegung infolge stndiger

Lastm, ,d Bemessungswert der Biegespannung

am angeschnittenen Rand

1

1 Allgemeines

1 Allgemeines

1.1 Holzbau und Umwelt 1.1 Holzbau und Umwelt

Fr die Herstellung von (Bau-) Produkten bentigt der Mensch Rohstoffe. Hierbei kommt der Nachhaltigkeit und der Verfgbarkeit der Rohstoffe eine zunehmende Bedeutung zu. Gleichzeitig tritt bei der Bewertung eines Produktes die Frage nach den Auswirkungen auf die Umwelt immer mehr in den Vordergrund. Die von verschiedenen Kreisen propagierten Bedenken hinsichtlich Holzverwendung (Rettet die Wlder, Lasst doch das Holz im Wald, wo es hingehrt) lassen sich leicht ausrumen, denn das Bauen mit Holz ist aktiver Umweltschutz.Dies soll nachfolgend anhand einiger Argumente stichwortartig untermauert werden, wobei der Rohstoff Holz von der Produktion bis hin zur Entsorgung betrachtet wird.

Holzproduktion Holz wchst von alleine. Es bentigt nur Sonnenenergie, Wasser, Nhrstoffe und Kohlen-

dioxid (CO2). Als Abgas fllt Sauerstoff (O2) an. Die Produktionssttte Wald dient als Erholungsgebiet und erfllt vielseitige Schutzfunk-

tionen (z. B. Erosionsschutz). Die Bume entnehmen CO2 aus der Luft und binden den Kohlenstoff in Form von Holz-

substanz. Dies trgt zu einer Entlastung des Treibhauseffektes bei. Junge Bume bentigen zum Wachstum mehr CO2 als alte. Somit ist eine Auffrischung und

Pflege des Baumbestandes wnschenswert. Die Waldpflege ist arbeitsintensiv und wird daher nur geleistet, wenn sie sich lohnt. Eine

rentable Forstwirtschaft ist somit Grundvoraussetzung fr die Waldpflege. In Europa ist die Nachhaltigkeit gesetzlich sichergestellt, d. h. fr jeden eingeschlagenen

Baum muss mindestens ein neuer gepflanzt werden. In Deutschland betrgt der Einschlag von Holz derzeit nur etwa 70 % des Zuwachses, so

dass die Holzverwendung noch ausbaufhig ist. Heute wird nahezu nur Mischwald angepflanzt, Monokulturen haben sich nicht bewhrt

(z. B. groe Schden bei Strmen).

Ernte, Bereitstellung Die Ernte von Holz ist im Vergleich zu anderen Baustoffen (z. B. Kies, Eisenerz) wenig

energieaufwendig. Die Holzernte erfolgt hufig dezentral mit kurzen Transportwegen.

Verwertung/ Wertschpfung Holz ist vielseitig einsetzbar und verwertbar (Bauwesen, Ausbau, Mbel, Papier, Zellstoff-

herstellung, Energiegewinnung, etc.) Der Rohstoff Holz kann nahezu vollstndig verwertet werden (abfallarm!)

1 Allgemeines

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Die Verwertung von Holz ist CO2-neutral, d. h. die Umwelt wird nicht zustzlich belastet. Selbst bei der Verbrennung von Holz wird nur soviel CO2 abgegeben, wie der Baum wh-rend seines Wachstums gebunden hat.

Die Bedeutung von Holz als Energietrger nimmt zu. Von besonderem Interesse ist dabei die Tatsache, dass beim Verbrennen von Holz genauso viel CO2 freigesetzt wird wie beim Verrotten im Wald.

Holzverarbeitung Der Verschlei von Maschinen bei der Holzverarbeitung ist vergleichsweise gering. Analog dazu ist der Energieaufwand zum Formen und Bearbeiten entsprechend klein. Der Energiebedarf zur Herstellung des Baustoffes Holz betrgt nur einen Bruchteil der

Energie anderer Baustoffe (z. B. Ziegel, Aluminium, Stahl). Der Energieaufwand zur Herstellung von Holzprodukten (z. B. Gebude, Fenster) ist bei

gleicher Funktionalitt deutlich geringer als bei Produkten aus anderen Werkstoffen.

Nutzung Deutlich geringerer Heizenergiebedarf von Husern in Holzbauweise im Vergleich zu konventi-

onellen Bauweisen. Bei Holzhusern ist der Niedrig-Energie-Standard problemlos mglich. Eingebaute Holzteile dienen als langjhriger CO2-Speicher und tragen somit zu einer Ver-

ringerung der Luftbelastung bei (Reduzierung des Treibhauseffektes).

Wiederverwertung, Entsorgung Unbehandeltes Holz ist als natrlicher Rohstoff biologisch abbaubar. Vollholz ist weitestgehend wiederverwertbar. Die thermische Verwertung von Holz (Verbrennung) schont die immer knapper werdenden

fossilen Energiereserven. Fazit: Die Verwertung und Verwendung von Holz ist somit uneingeschrnkt umweltfreundlich und trgt zu einer Verringerung der Umweltbelastung insbesondere des Treibhauseffek-tes bei.

1.2 Leistungsfhigkeit von Holztragwerken 1.2 Leistungsfhigkeit von Holztragwerken

Mit der Entwicklung der mechanischen Grundlagen (z. B. Navier, Bernoulli, Hooke) hat eine Wandlung des zimmermannsmigen Holzbaus zum sog. Ingenieurholzbau stattgefunden: Tragwerke werden heute nicht mehr nach Gefhl und Erfahrung des Baumeisters errichtet, sondern ingenieurmig berechnet und bemessen. Die Einsatzmglichkeiten von Holzbauteilen sind vielfltig. Typische Einsatzgebiete sind: Historische Bauten Wohngebude ffentliche Bauten Industrie- und Gewerbebauten Sportsttten und Freizeitanlagen Brcken Sonderbauten

1.2 Leistungsfhigkeit von Holztragwerken

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Insbesondere bei weitgespannten Tragwerken wird das gnstige Verhltnis zwischen Festigkeit und Eigengewicht des Holzes vorteilhaft genutzt. Holztragwerke sind vergleichsweise leicht und knnen anteilmig mehr Fremdlast aufnehmen als Tragwerke aus anderen Baustoffen, bei denen ein Groteil der Tragfhigkeit bereits durch das Eigengewicht der Konstruktion ver-braucht wird. Ein theoretischer Vergleichswert fr die Leistungsfhigkeit eines Baustoffes ist die sog. Rei-lnge R . Dieser Wert gibt an, bei welcher Lnge ein frei aufgehngter Stab unter seinem eigenen Gewicht reit.

GlR

Bild 1.1 Aufgehngter Stab mit der Lnge R

Das Gewicht des Stabes mit der Lnge R ergibt sich zu:

R G V b h = = (1.1) mit

G = Gewicht des Stabes b,h = Breite/Hhe des Querschnittes

R = Lnge des Stabes (hier Reilnge R ) = Rohdichte des Materials

Die Spannung t im Querschnitt an der Aufhngestelle bei Erreichen der Zugfestigkeit ft be-rechnet sich zu:

t tG f

b h = = (1.2)

Unter Einsetzen von Gl. (1.1) ergibt sich die Reilnge R zu:

tR

f

= bzw. [ ]2

t5R 3

N/mmm 10

kg/m

f

= (1.3)

Die Reilnge entspricht also dem Verhltnis der Zugfestigkeit zur Rohdichte eines Materials. In Tabelle 1.1 sind die Reilngen von Stahl und Bauholz vergleichend gegenbergestellt. Tabelle 1.1 Reilngen R fr Bauholz und Baustahl

Baustoff mittlere Zugfestigkeit in [N/mm2]mittlere Rohdichte

in [kg/m3]Reilnge R

in [m] Bauholz C 24 nach DIN 1052 ca. 30 ca. 450 6700Baustahl S 235 nach DIN 18800 360 7850 4600

1 Allgemeines

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1.3 Normen, Vorschriften, Zulassungen 1.3 Normen, Vorschriften, Zulassungen

Magebend und bindend fr die Bemessung von Konstruktionen sind die Landesbauordnungen (LBO) der einzelnen Bundeslnder und die Erlasse der jeweiligen obersten Bauaufsichtsbehr-den (z. B. Einfhrungserlasse von DIN-Normen, zu denen nderungen vorgenommen oder zustzliche Regelungen aufgenommen werden knnen). Die LBO der Lnder richten sich weitgehend nach der sog. Muster-Bauordnung (MBO). Diese unterscheidet zwischen: allgemein gebruchlichen und bewhrten Baustoffen, Bauteilen und Bauarten und neuen Baustoffen, Bauteilen und Bauarten.

Allgemein gebruchliche und bewhrte Baustoffe, Bauteile und Bauarten

Allgemein gebruchliche und bewhrte Baustoffe, Bauteile und Bauarten werden im Wesentli-chen in DIN-Normen geregelt. Bei Einhaltung der dort enthaltenen technischen Baubestim-mungen wird angenommen, dass die allgemein anerkannten Regeln der Technik beachtet wurden. Die Brauchbarkeit gilt dann als nachgewiesen. Im Rahmen dieses Buches werden nahezu ausschlielich allgemein gebruchliche und bewhr-te Baustoffe, Bauteile und Bauarten behandelt.

Neue Baustoffe, Bauteile und Bauarten

Die Brauchbarkeit neuer Bauteile und Bauarten kann durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen, Prfzeichen oder Zustimmung im Einzelfall durch die oberste Bauaufsichtsbehrde nachgewiesen werden.

Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen

Auf der Grundlage von Versuchsergebnissen und vorliegenden Erfahrungen erteilt das Deut-sche Institut fr Bautechnik (DIBt) einen sog. Zulassungsbescheid, in dem der Anwendungsbereich, die gestellten Anforderungen, Hinweise fr die Berechnung und Ausfhrung, die Kennzeichnung und die berwachung eines Produktes (Zulassungsgegenstandes) geregelt sind. Zulassungen sind z. B. fr Neuentwicklungen auerhalb der Normen in den folgenden Berei-chen erforderlich: Holzverbindungsmittel, Holzwerkstoffe, Holzkonstruktionen und Schalungstrger.

1.4 Kennzeichnungspflicht

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Prfzeichen

Prfzeichen werden vom DIBt fr werksmig hergestellte Baustoffe, Bauteile und Einrich-tungen gefordert, die bestimmte Sicherheitsanforderungen erfllen mssen. Fr den Holzbau trifft dies in den folgenden Bereichen zu: Brandschutz (z. B. nicht brennbare oder schwer entflammbare Holzwerkstoffplatten und

Feuerschutzmittel), Holzschutz (z. B. Holzschutzmittel gegen Pilze und Insekten).

Zustimmung im Einzelfall

Die Zustimmung im Einzelfall durch die obersten Bauaufsichtsbehrden ist eine Erlaubnis dafr, dass der Verwendung eines bestimmten Bauelements nichts entgegensteht. Diese Zu-stimmung gilt nur fr den Einzelfall, d. h. fr ein ganz bestimmtes Bauvorhaben und ist nicht als vereinfachte Zulassung anzusehen.

1.4 Kennzeichnungspflicht 1.4 Kennzeichnungspflicht

Nach den Bauordnungen der Lnder (LBO) bedrfen Bauprodukte einer Besttigung ihrer bereinstimmung mit den geltenden technischen Regeln bzw. Anforderungen. Diese berein-stimmungserklrung hat der Hersteller durch Kennzeichnung der Bauprodukte mit dem soge-nannten -Zeichen unter Hinweis auf den Verwendungszweck abzugeben. Das -Zeichen ist dabei auf dem Bauprodukt selbst, seiner Verpackung oder dem Lieferschein aufzubringen.

In dieser Kennzeichnung sind anzugeben: der Hersteller, die technische Regel, mit der bereinstimmung besteht

(z. B. DIN-Norm, bauaufsichtliche Zulassung), ggf. die fremdberwachende Stelle (Zertifizierungsstelle).

Die Herstellung oder der Vertrieb (Einbau) von Bauprodukten ohne Nachweis der Verwend-barkeit kann nach der BayBO mit einer Geldbue bis zu einer halben Million Euro belegt wer-den! Billig-Produkte aus dem Baumarkt ohne Nachweis ihrer Verwendbarkeit drfen somit nur in solchen Bereichen eingesetzt werden, in denen keine bauaufsichtlichen Anforderungen gestellt werden (z. B. untergeordnete, nicht tragende Bauteile).

1 Allgemeines

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1.5 Literatur1.5 Literatur

DIN 1052 und Erluterungen DIN 1052: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken Allgemeine Bemes-sungsregeln und Bemessungsregeln fr den Hochbau (Ausgabe 2004) Kommentar zur DIN 1052: 2004. DGfH Innovations- und Service GmbH, Mnchen

Tabellenbcher: Schneider, K.J.: Bautabellen. Aktuelle Auflage. Dsseldorf: Werner-Verlag Wendehorst/Muth: Bautechnische Zahlentafeln. Aktuelle Auflage. Teubner-Verlag, Stuttgart Steck, G.; Nebgen, N. 2007: Holzbau kompakt, nach DIN 1052 neu. Bauwerk Verlag

Weitere Bcher zur DIN 1052:2004 Becker, K.; Blass, H.J. 2006: Ingenieurholzbau nach DIN 1052. Ernst&Sohn DIN 1052 - Praxishandbuch Holzbau. 2004. BDZ/DIN/Beuth/WEKA Scheer, C.; Peter, M.; Sthr, S. 2004: Holzbau-Taschenbuch: Bemessungsbeispiele nach DIN 1052 Ausgabe 2004. Ernst & Sohn Steck, G. 2005: 100 Holzbau-Beispiele nach DIN 1052:2004. Werner Verlag Werner, G.; Zimmer, K.:2004: Holzbau 1 - Grundlagen nach DIN 1052 (neu 2004) und Euro-code 5. Springer Verlag Werner, G.; Zimmer, K.:2005: Holzbau 2 - Dach- und Hallentragwerke nach DIN 1052 (neu 2004) und Eurocode 5. Springer Verlag

Fachzeitschriften:bauen mit holz. Bruderverlag, Karlsruhe (monatlich) mikado. WEKA-Verlag (monatlich)

Sonstige Unterlagen:Schriften aus der Reihe Holzbau-Statik-Aktuell, holzbau handbuch und Informations-dienst Holz knnen kostenlos bezogen werden bei: Holzabsatzfonds (HAF), Godesberger Allee142-148, 53175 Bonn, Tel: 0228 - 308 38 - 0 Fax: 0228 - 308 38 30. www.infoholz.de, e-mail: [email protected] Die nachfolgenden Bcher vermitteln weiterfhrendes Hintergrundwissen und zeigen die Be-rechnung auf der Grundlage der europischen Holzbaunorm EUROCODE 5 (ENV 1995-1-1, Stand 1994): STEP Holzbauwerke Eurocode 5. Bruderverlag, Karlsruhe: STEP 1: Bemessung und Baustoffe. STEP 2: Bauteile, Konstruktion, Details STEP 3: Grundlagen, Entwicklungen, Ergnzungen

SoftwareColling, F: HoB.Ex - Bemessungshilfen auf EXCEL-Basis (Programmbeschreibung siehe S. 266). Bruderverlag, Kln. www.bauenmitholz.de

7

2 Baustoffeigenschaften


2.1 Technologie des Holzes 2.1 Technologie des Holzes

2.1.1 Struktur und Wuchseigenschaften Der Aufbau des Holzes ist in Bild 2.1 dargestellt. Die Rinde schtzt das Splintholz, in dem die Wasserleitung und -speicherung sowie der Nhrstofftransport stattfindet. Das Splintholz um-schliet das Kernholz, welches keine lebenden Zellen mehr enthlt. Bei einigen Holzarten ist das Kernholz dunkler gefrbt als das Splintholz, was auf die Ablagerung gefrbter Holzinhalts-stoffe zurckzufhren ist.

Querschnitt

Radialschnitt

Tangentialschnitt

Markrhre

KernholzSplintholz

FrhholzSptholz

BastBorke Rinde

Jahrring

Holzstrahl

Bild 2.1 Aufbau des Holzes

Der Durchmesser eines Stammes wchst jedes Jahr um einen Jahrring, der je nach Klimabe-dingungen unterschiedlich gro ausfllt. Ein Jahrring besteht dabei aus: weichem Frhholz mit weitlumigen und dnnwandigen Zellen, welches im Frhjahr und

Sommer zur Nhrstoffversorgung aufgebaut wird, und hartem Sptholz mit dickwandigen und englumigen Zellen, welches im Sptsommer/

Herbst aufgebaut wird und die Standsicherheit des Baumes sicherstellen soll.

ste bedingen eine Strung des Faserverlaufs und beeintrchtigen die Festigkeit des Holzes. Bedingt durch die stamm-parallelen, lngsorientierten Fasern ist Holz ein anisotroper und in-homogener Werkstoff, dessen Eigenschaften sehr stark von der Faserrichtung abhngig sind.


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2.1.2 Physikalische Eigenschaften

Rohdichte Holz besteht zu etwa 20-25 % aus Cellulose, 20-25 % Lignin (Klebstoff), 2-10 % Holzin-haltsstoffen sowie Wasser und Luft. Die von Holzart zu Holzart unterschiedlichen Rohdichten werden von den unterschiedlichen Anteilen dieser Komponenten bestimmt. Die Dichte der reinen Zellwandsubstanz betrgt dabei unabhngig von der Holzart 1,5 g/cm3(= 1500 kg/m3).Die Rohdichte wird angegeben als Verhltnis der Masse zum Volumen:

= Masse/Volumen in [g/cm3] oder [kg/m3]Die Rohdichte ist abhngig von der Holzfeuchte u. Die Rohdichte nach DIN 52182 ist bezogen auf u = 12 % (12).Die Rohdichte stellt eine wichtige Kenngre dar, weil sie u. a. Einfluss auf folgende Eigen-schaften des Holzes hat: Elastizitt, Festigkeit, Wrmeleitfhigkeit, Schwinden und Quellen.

Holzfeuchte uDer Holzfeuchtegehalt u wird in % angegeben:

u 0 w

0 0100 100

m m mu

m m

= = (2.1)

mitmu = Masse der feuchten Holzprobe, m0 = Masse der darrtrockenen Holzprobe (u = 0),

mw = Masse des im Holz enthaltenen Wassers. Die Holzfeuchte kann mit Handmessgerten bestimmt werden (Messung des elektrischen Wi-derstandes, der mit steigender Holzfeuchte abnimmt).

Beispiel 2-1

Hygroskopischer Bereich (u 28 - 32 %)

Holz besitzt als hygroskopisches Material die Eigenschaft, je nach Umgebungsklima (relative Luftfeuchte und Temperatur) Feuchte aufzunehmen bzw. abzugeben. Dabei stellt sich im Holz langsam ein ganz bestimmter Holzfeuchtegehalt ein, der mit dem Umgebungsklima im Gleich-gewicht steht (Gleichgewichtsfeuchte gu ). Die Feuchte wird dabei in der Zellwand eingebun-den, was mit einer Volumennderung (Schwinden und Quellen) verbunden ist. Aus Bild 2.2 kann abgelesen werden, welche Holzfeuchten sich in Abhngigkeit vom Umge-bungsklima einstellen (hygroskopische Isothermen). Im sog. Normklima 20C/65 % rel. Luftfeuchtigkeit stellt sich eine Holzfeuchte von u 12 % ein.

2.1 Technologie des Holzes

9

Fasersttigungsbereich (u > 28 - 32 %)

Ab u 28 - 32 % sind die Fasern wassergesttigt. berschssiges Wasser wird dann in den Hohlrumen abgelagert, es findet keine Volumennderung mehr statt.

Relative Luftfeuchtigkeit

Tem

pera

tur

Bild 2.2 Hygroskopische Isothermen fr Fichtenholz

Einfluss der Temperatur Die Temperaturdehnzahl von Holz in Faserrichtung ist gering und betrgt:

6T

13 6 10K

(2.2)

Bei Holzkonstruktionen darf der Einfluss von Temperaturnderungen daher meist vernachls-sigt werden. Bei Verbundkonstruktionen mit Stahl oder Beton knnen jedoch Zwangskrfte auftreten.

Schwinden und Quellen Im hygroskopischen Bereich bewirken nderungen der Holzfeuchte Formnderungen des Holzes (Holz arbeitet). Lngs zur Faser sind die Schwind-/Quellverformungen des Holzes sehr gering und knnen vernachlssigt werden. Tangential zu den Jahrringen schwindet/quillt das Holz etwa doppelt so stark, wie in radialer Richtung. In Bild 2.3 sind einige Beispiele von Formnderungen in Ab-hngigkeit von der Jahrringlage dargestellt. Zur Vermeidung von Rissen, unzutrglichen Manderungen und Verformungen sowie zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Holzkonstruktionen ist Holz mit einer Holzfeuchte von hchstens 20 % einzubauen (trockenes Holz). In DIN 18334 (VOB 2002) wird fr den Be-reich Holzhausbau sogar eine Holzfeuchte von max. 18 % gefordert.


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radial

tangential

Bild 2.3 Verzerrungen von Holzquerschnitten infolge von Schwinden

In Tabelle 2.1 sind Rechenwerte fr die Schwind- und Quellmae verschiedener Holzarten zusammengestellt.

Tabelle 2.1 Rechenwerte der Schwind- und Quellmae (fr u 30 %)

Schwind- und Quellma in % pro % uunterhalb des Fasersttigungsbereiches

Holzarttangential zum

Jahrring tradial zum

Jahrring r

Rechenwert nach

DIN 1052

Fichte, Kiefer, Tanne, Lrche, Douglasie, Southern Pine, Western Hemlock, Eiche, Afzelia, Brettschichtholz

0,32 0,16 0,24 1)

Buche 0,40 0,20 0,30 1)

Teak, Yellow Cedar 0,25 0,15 0,20 1)

Azob (Bongossi) 0,41 0,31 0,36 1)1) Lngs zur Faserrichtung des Holzes darf mit = 0,01 gerechnet werden

Die Querschnittsnderung B bzw. H kann wie folgt berechnet werden:

( . ) ( . )100

uB bzw H B bzw H = (2.3)

mit

= Schwind-/Quellma in [ %/ %] u = nderung der Holzfeuchte in [ %] B, H = nderung der Breite bzw. der Hhe in [mm] B, H = Breite, Hhe in [mm]

Bei behindertem Quellen darf mit den halben Werten fr gerechnet werden.

Beispiel 2-2 bis 2-4

2.1 Technologie des Holzes

11

2.1.3 Elastomechanische Eigenschaften

ElastizittsmodulDer Elastizittsmodul ist ein Ma fr den Verformungswiderstand (Steifigkeit) eines Materials gegenber ueren und inneren Einwirkungen (Spannungen). Der Elastizittsmodul wird dabei beeinflusst von:

der Rohdichte, wobei der E-Modul mit steigender Rohdichte zunimmt, der Holzfeuchte, wobei der E-Modul mit zunehmender Holzfeuchte abnimmt und vom Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung.

Bedingt durch den rhrenfrmigen Aufbau des Holzes nimmt der E-Modul bereits bei ver-gleichsweise kleinen Winkeln sehr stark ab (vgl. Bild 2.4). Diese Abhngigkeit kann mit folgender Nherung beschrieben werden:

0 903 3

0 90sin cosE E

EE E

(2.4)

mit = Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung

Bild 2.4 Elastizittsmodul E fr Nadelholz C 24 in Abhngigkeit vom Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung

Bei lang einwirkenden Lasten nimmt die Verformung mit der Zeit zu (Kriechen des Holzes), was einer Abnahme des Elastizittsmoduls gleichkommt. Bei der Bemessung ist dieses Verhal-ten beim Nachweis der Tragfhigkeit zu bercksichtigen (siehe auch Abschnitt 3.1.3).

FestigkeitDie Festigkeit des Holzes wird im Wesentlichen von folgenden Faktoren bestimmt:

dem Elastizittsmodul, der Rohdichte, der stigkeit und dem Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung.

3 311000 370

11000 sin 370 cosE


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Da die meisten dieser Faktoren von den Wuchsbedingungen abhngig sind, unter denen ein Baum aufwchst (Standort, Klima), unterliegen die Festigkeiten von Holz einer z. T. groen Streuung. Der Sortierung des Holzes kommt daher eine groe Bedeutung zu.

2.1.4 Holzsortierung Holz das fr tragende oder aussteifende Zwecke eingesetzt wird, muss nach der Festigkeit sortiert sein. Nach DIN 4074 kann dabei ein visuelles oder ein maschinelles Sortierverfahren eingesetzt werden.

Visuelle Sortierung Die visuelle Sortierung von Holz erfolgt auf der Grundlage von Kriterien, wie z. B. ste, Ris-se, Verfrbungen, Baumkanten etc., die per Augenschein festzustellen sind. Die visuelle Beur-teilung von Holz hngt sehr stark von der persnlichen Einschtzung und der Tagesform des Sortierers ab, so dass eine hohe Fehlerquote nicht auszuschlieen ist. Insbesondere das hohe Arbeitstempo (Durchlaufgeschwindigkeit) und die damit verbundene geringe Zeit, die zur Beurteilung einer Probe zur Verfgung steht, stellt die Zuverlssigkeit der visuellen Sortierung in Frage.

Maschinelle Sortierung Bei der maschinellen Sortierung werden Materialeigenschaften, die sich als Sortierkriterium eignen (z. B. Rohdichte, Elastizittsmodul, stigkeit) objektiv ermittelt. Nachfolgend sind einige Verfahren zur maschinellen Holzsortierung beschrieben. Sortiermaschinen mssen eine Zulassung nach DIN 4074 Teil 3 besitzen. Derzeit gibt es zwei zugelassene Verfahren, die vornehmlich Brettlamellen fr Brettschichtholz sortieren. Bei Kantholzquerschnitten ist daher die Verfgbarkeit maschinell sortierter Hlzer abzuklren.

Biegeprinzip:

Bild 2.5

Laufrichtung F

w

Hier wird im Durchlaufverfahren die Durchbiegung w unter einer konstanten Last F(oder die Kraft F bei vorgegebener Durchbiegung) ermittelt. Bei bekannter/gemessener Kraft F und gegebenen Querschnittsabmessungen ist die Durchbiegung w nur noch vom E-Modul abhngig, so dass von der gemessenen Durchbiegung auf den E-Modul ge-schlossen werden kann.

Eigenfrequenzmessung:

Bild 2.6

Empfnger

2.2 Nadelschnittholz (traditionelles Vollholz)

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Hier wird die Holzprobe durch einen leichten Schlag auf das Stirnende zu Lngsschwin-gungen angeregt und die Eigenfrequenz gemessen, die vom E-Modul und der Rohdichte des Holzes abhngig ist. Bei gemessener Eigenfrequenz und vorab ermittelter Rohdichte (z. B. durch Wiegen) kann somit der E-Modul berechnet werden.

Durchstrahlung (Rntgen, Ultraschall):

Bild 2.7

Empfnger Sender

Hier wird die Zeit gemessen, die ein ausgestrahlter Impuls bentigt, um von einem Sender zum Empfnger zu gelangen. Die Zeit, die die Impulse bentigen, um die Strecke zurckzulegen, hngt dabei von der Dichte des Materials und von dessen E-Modul ab. ber die gemessene Durchstrahlungsgeschwindigkeit kann somit die Rohdichte und der E-Modul der Probe abge-schtzt werden.

2.2 Nadelschnittholz (traditionelles Vollholz) 2.2 Nadelschnittholz (traditionelles Vollholz)

Definition

Nach DIN 4074-1 wird Nadelschnittholz wie folgt unterteilt:

Tabelle 2.2 Schnittholzeinteilung nach DIN 4074-1

Schnittholzart Dicke d

bzw. Hhe h

Breite b

Latte d 40 mm b < 80 mm

BrettBohle

d 40 mm d > 40 mm

b 80 mm b > 3d

Kantholz b h 3b b > 40 mm

Mindestquerschnitte

Tragende einteilige Einzelquerschnitte mssen nach DIN 1052 mindestes eine Nenndicke von 24 mm und mindestens 1400 mm2 Querschnittsflche haben.

Typische Querschnitte

In Tabelle A-2.1 sind typische Querschnitte fr Sparren, Pfetten u. . mit den zugehrigen Querschnittswerten angegeben.


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Einschnittart

Bei Kanthlzern unterscheidet man folgende Einschnittarten: Einstieliger Einschnitt (Bild 2.8 links) als sog. Ganzholz, Zweistieliger Einschnitt (herzgetrennt) als sog. Halbholz (Bild 2.8 mitte), herzfreier Einschnitt durch Herausschneiden einer sog. Kernbohle (Bild 2.8 rechts).

einstielig zweistieligherzgetrennt

herzfrei

Bild 2.8 Einschnittarten

Bei einstieligem Einschnitt ist die Rissanflligkeit am grten, bei herzfrei eingeschnittenen Hlzern am geringsten. Bei sichtbaren Holzbauteilen (z. B. sichtbare Deckenbalken) sollte daher grundstzlich ein herzfreier Einschnitt ausgeschrieben werden. Sortierklassen DIN 4074-1 regelt sowohl die visuelle als auch die maschinelle Sortierung von Nadelschnitt-holz nach der Tragfhigkeit. Insbesondere bei maschineller Sortierung ist eine Vielzahl von Klassen mit unterschiedlichen Festigkeitsprofilen mglich, die aber nicht alle von praktischer Bedeutung sind. In Tabelle 2.3 sind die wichtigsten Sortierklassen zusammengestellt. In dieser Tabelle ebenfalls angegeben ist die jeweilige Zuordnung zu den Festigkeitsklassen der DIN 1052. Wegen der fraglichen Zuverlssigkeit der visuellen Sortierung wird dringend empfohlen von der Sortierklasse S 13 nur dann Gebrauch zu machen, wenn sichergestellt ist, dass eine zuver-lssige Sortierung vorgenommen wird.

Tabelle 2.3 Sortierklassen nach DIN 4074-1 und Zuordnung zu den Festigkeitsklassen der DIN 1052

visuell S 7 S 10 S 13 Sortierklasse nachDIN 4074-1 maschinell C 16M C 24M C 30M C 35M C 40M Festigkeitsklasse nach DIN 1052 C 16 C 24 C 30 C 35 C 40

2.3 Konstruktionsvollholz (KVH)

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2.3 Konstruktionsvollholz (KVH) 2.3 Konstruktionsvollholz (KVH)

Um den erhhten Anforderungen eines zeitgemen Holzbaus, insbesondere bei sichtbaren Konstruktionen, entsprechen zu knnen, haben der Bund Deutscher Zimmermeister (BDZ) und die Vereinigung der Deutschen Sgewerksverbnde (VDS) das Konstruktionsvollholz (KVH) definiert. Das Konstruktionsvollholz besteht aus Kanthlzern, die z. T. mittels Keilzinkenver-bindung kraftschlssig miteinander verbunden sind.

Keilzinkung

Bild 2.9 Konstruktionsvollholz (KVH)

Die wichtigsten Merkmale von Konstruktionsvollholz (KVH) sind: Erfllung der Sortierkriterien fr die Sortierklasse S 10 nach DIN 4074-1; (technisch) getrocknetes Holz (garantierte Holzfeuchte von u = 15 3 % und damit gerin-

gere Schwindverformungen durch Nachtrocknen im Bauwerk); herzfrei eingeschnittenes Holz bei KVH mit Dicken d 100 mm im sichtbaren Bereich,

herzgetrennt bei KVH im nicht sichtbaren Bereich. Hierdurch werden ebenfalls die Schwindverformungen (Risse, Verdrehungen) infolge Nachtrocknen im Bauwerk reduziert;

erhhte Anforderungen an die Oberflche bzw. das optische Erscheinungsbild (z. B. keine Baumkanten oder Verfrbungen bei KVH im sichtbaren Bereich);

Mahaltigkeit der Querschnitte ( 1 mm), die insbesondere beim Einsatz moderner Ab-bundmethoden unabdingbare Voraussetzung sind;

reduzierte Anzahl von Querschnitten (Standardquerschnitte) und damit krzere Lieferzeiten und Rationalisierung in der Planung/Konstruktion;

Eigen- und Fremdberwachung der Mitgliedsbetriebe der berwachungsgemeinschaft Konstruktionsvollholz (-Zeichen).

2.4 Brettschichtholz 2.4 Brettschichtholz

Brettschichtholz besteht aus mindestens drei faserparallel miteinander verklebten, getrockneten Brettern oder Brettlamellen aus Nadelholz. Durch den schichtweisen Aufbau entsteht ein ver-gtetes und homogenisiertes Produkt. Aus Grnden der Verleimbarkeit und zur Reduzierung trocknungsbedingter Zwngungsspan-nungen in den Leimfugen darf die Dicke der Bretter/Lamellen hchstens 45 mm betragen. Bei gekrmmten Trgern wird die Brettdicke zustzlich vom Krmmungsradius begrenzt.


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Keilzinkung

Bild 2.10 Brettschichtholz

Ebenfalls zur Begrenzung von unzutrglichen Zwngungsspannungen in der Leimfuge ist darauf zu achten, dass bei den Lamellen die Markrhre jeweils auf der gleichen Seite liegt. Hierbei gilt die Regel: rechte Seite (Kernseite) auf linke Seite. Bei strkeren klimatischen Beanspruchungen (Nutzungsklasse 3 nach Abschnitt 3.1.2) ist jeweils eine rechte Seite nach auen anzuordnen (Bild 2.11 mitte). Ab Brettbreiten von b > 220 mm sind sog. Entlastungsnu-ten zur Verringerung mglicher Zwngungsspannungen anzuordnen (Bild 2.11 rechts).

"rechte" Seite"rechte" Seite

"rechte" Seite

"linke" Seite

B > 220 mm

t

Bild 2.11 Links: Definition rechte und linke Seite Mitte: Anordnung der Lamellen rechts auf links Rechts: Entlastungsnuten bei groen Brettbreiten

Betriebe, die Brettschichtholztrger herstellen wollen, mssen den Nachweis erbringen, dass sie ber entsprechend ausgebildete Fachkrfte, geeignete Werkseinrichtungen sowie eine aus-reichende werkseigene Produktionskontrolle verfgen. Nur Betriebe, die im Besitz einer sog. Leimgenehmigung sind, drfen Bauteile aus Brettschichtholz herstellen (siehe hierzu auch Abschnitt 9).

2.4.1 Herstellung Die Herstellung von Brettschichtholz besteht aus einer Folge von Arbeitsschritten, die nachfol-gend beschrieben sind. In Bild 2.12 sind die einzelnen Stationen aufskizziert.

2.4 Brettschichtholz

17

1

234

5 6 7 8

9

1011

12.1

12.2

13 14 15

A

E B

DC

Bild 2.12 Herstellung von Brettschichtholz

Vorbereitung der Bretter (Raum A) Brettschichtholz besteht aus Brettern mit einer Enddicke von max. 45 mm und Lngen zwi-schen 1,5 und 5,0 m. Die Bretter werden von einem Lagerplatz im Freien kommend, technisch getrocknet (1). Ein Grund hierfr ist, dass die verwendeten Klebstoffe hchstens bis zu einer Holzfeuchte von 15 % eingesetzt werden knnen. Nach dem Trocknen werden die Bretter vorgehobelt (2) und sortiert (3). Die Holzfeuchte wird berprft, die Bretter werden gekappt (4) und gestapelt (5).

Keilzinkung (Raum B) Die Bretter werden an den Stirnenden mittels Keilzinkenverbindung miteinander verbunden und ergeben so eine sogenannte Endloslamelle. Das Keilzinkenprofil wird in das Hirnholz gefrst und der Kleber wird aufgebracht (6). An-schlieend werden die Bretter whrend einer Dauer von mindestens 2 Sekunden zusammenge-presst (7), so dass die Bretter ber die zwischen den Zinken vorhandene Reibung zusammen-gehalten werden. Aus der resultierenden Endloslamelle werden Lamellen mit einer gewnsch-ten Lnge herausgeschnitten (8) und gestapelt (9). Die Dauer dieser Zwischenlagerung muss so gewhlt werden, dass ein Aushrten des Klebers gewhrleistet ist, bevor mit der Verarbeitung der Lamellen fortgefahren wird.

Bild 2.13 Keilzinkung ( = Zinkenlnge, p = Zinkenteilung,

bt = Breite des Zinkengrundes, t = Zinkenspiel)

btp

lt

l


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Verleimung ( Raum C) Die Lamellen werden gehobelt (10) und der Leim wird aufgebracht (11). Zum Einsatz kommen dabei vornehmlich Kunstharzkleber, zunehmend werden auch Kleber auf PU-Basis eingesetzt. Die Lamellen werden hochkant nebeneinander gelegt und zusammengepresst. Die Pressvor-richtungen erlauben die Herstellung von geraden (12.1) und gekrmmten (12.2) Trgern. Nach dem Pressen (meist bis zum nchsten Tag) werden die Trger bis zum Abbund zwischengela-gert (13).

Abbund (Raum D) Die Trger werden zur Beseitigung von Leimresten und zur Erzielung ebener Oberflchen seitlich gehobelt (14). Abschlieend erfolgt der Abbund der Trger (15). Der Abbund beinhal-tet alle vorbehandelnden und vorbereitenden Manahmen, die nicht auf der Baustelle durchge-fhrt werden mssen (z. B. Bohren von Lchern fr Verbindungsmittel oder Aufbringen von Holzschutzmitteln).

Vorbereitung der Kleber (Raum E) Sofern Harz und Hrter nicht direkt von Lagertanks eingepumpt und automatisch bei der Ver-wendung gemischt werden, muss ein separater Raum fr die Vorbereitung des Klebers (Mi-schen von Harz und Hrter) zur Verfgung stehen. Auerdem muss es geeignete Lagermg-lichkeiten fr Harz und Hrter sowie einen Bereich fr die Reinigung der Leimgerte geben.

2.4.2 Vorteile gegenber Vollholz Brettschichtholz ist ein hochwertiger Ingenieurbaustoff, der in vielen Fllen die traditionelle Verwendung von Vollholz verdrngt hat. Dies liegt in einer Reihe von Vorteilen gegenber dem traditionellen Vollholz begrndet, die auf die Herstellungsweise von Brettschichtholz mit integrierter Gteberwachung zurckzufhren sind. Die wichtigsten Vorteile sind nachfolgend beschrieben.

TrgerabmessungenDurch die Herstellung einer sogenannten Endloslamelle sind theoretisch unbegrenzte Trger-abmessungen mglich. So sind Brettschichtholztrger mit Hhen von 2 m oder Lngen von 30 bis 40 m keine Seltenheit. Einschrnkungen bestehen jedoch hinsichtlich der Gre der Ho-belmaschinen, der Produktionsrume oder aus architektonischen Grnden. Der Transport von Brettschichtholztrgern schrnkt die mglichen Trgerabmessungen nur unwesentlich ein. Falls jedoch die Ladung 16 m Lnge, 2,50 m Breite oder 3,50 m Hhe berschreitet, so sind je nach Abmessungen zustzliche Manahmen wie z. B. Blinklicht, Polizeieskorte oder Ausnah-megenehmigungen erforderlich. Auch mssen die Fahrstrecken sorgfltig berprft werden (Kurvenradien, Unterfhrungen etc.).

TrgerformenDie Mglichkeit, die Einzellamellen vor der Verleimung zu krmmen, erlaubt die Fertigung von ansprechenden Trgerformen. Auch wird dadurch die Mglichkeit gegeben, die Trger im Hin-blick auf die spter eintretenden Durchbiegungen zu berhhen. Da die Herstellung von ge-krmmten Trgern fr jede neue Trgergeometrie eine Anpassung der Pressvorrichtungen erfor-dert, ist die Herstellungszeit im Vergleich zu geraden Trgern lnger. Die dadurch resultierenden Preisunterschiede hngen jedoch von der Stckzahl ab und sind normalerweise gering.

2.4 Brettschichtholz

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Kombiniertes Brettschichtholz Die Verwendung von Einzellamellen ermglicht es, die Lamellenqualitt der im Trger auftre-tenden Beanspruchung anzupassen. Im Falle von Biegetrgern z. B., werden in den hoch bean-spruchten ueren Bereichen Lamellen einer hheren Festigkeitsklasse angeordnet, whrend in den inneren Bereichen Lamellen mit einer geringeren Qualitt eingesetzt werden knnen (siehe Bild 2.14). Dies ermglicht eine wirtschaftlichere Nutzung des vorhandenen Brettmaterials. Die ueren Brettlamellen umfassen die Bereiche von 1/6 der Trgerhhe auf beiden Seiten, mindestens jedoch zwei Brettlamellen.

Bild 2.14 Kombiniertes Brettschichtholz: auen hherwertige Lamellen H/6

H/6

H/10

mind. 2 Lamellen

mind. 2 Lamellen

Bei homogenem Brettschichtholz gehren alle Brettlamellen der gleichen Festigkeitsklasse an. In Tabelle 2.4 sind fr die in DIN 1052 geregelten BSH-Festigkeitsklassen die zugehrigen Festigkeitsklassen der Bretter/Lamellen angegeben.

Tabelle 2.4 Festigkeitsklassen der Bretter/Lamellen fr homogenes und kombiniertes Brettschichtholz

Festigkeitsklasse der Lamellen BSH-Klasse BSH homogen

alle Lamellen BSH kombiniert

uere/innere Lamellen GL 24 C 24 (C 16)1) C 24 / C 16 GL 28 C 30 (C 24)1) C 30 / C 24 (C 16)1)

GL 32 C 35 (C 30)1) C 35 / C 24 (C 16)1)

GL 36 C 40 (C 35)1) C 40 / C 35 (C 24)1)1) Bei Brettschichtholz mit berwiegender Flachkant-Biegebeanspruchung der Lamellen drfen die

inneren Lamellen innerhalb eines Bereiches von 10 % der Querschnittshhe um die Querschnittsachse einer niedrigeren Festigkeitsklasse angehren

Trockenes Holz Die verwendeten Klebstoffe fordern eine Holzfeuchte von unter 15 %. Aus diesem Grunde werden die Bretter technisch auf eine Holzfeuchte von etwa 12 % getrocknet. Da sich in be-heizten Innenrumen eine Ausgleichsfeuchte im Holz von etwa 9 - 12 % einstellt, werden da-durch Schden, die durch das nachtrgliche Austrocknen des Holzes im Bauwerk entstehen (wie z. B. Verdrehungen), nahezu ausgeschlossen.

Garantierte Abmessungen Das Trocknen der Lamellen sowie die Herstellungsweise ermglichen es weiterhin, Brett-schichtholztrger mit gesicherten Abmessungen herzustellen. Dieser Aspekt ist angesichts des verstrkten Einsatzes von elektronisch gesteuerten Abbundmaschinen von groer Bedeutung.


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Hhere Festigkeiten und Steifigkeiten Bedingt durch den Herstellungsprozess werden ste ber den gesamten Trger verteilt, so dass ein vergleichsweise homogenes Material entsteht. Hierdurch verlieren einzelne potentielle Bruchstellen (z. B. ste) an Bedeutung, was zu hheren Festigkeitswerten bei gleichzeitig reduzierter Streuung fhrt.

2.5 Duo- und Triobalken 2.5 Duo- und Triobalken

Duo- und Triobalken (auch Balkenschichtholz genannt) stellen ein Mittelding zwischen Konstruktionsvollholz (KVH) und Brettschichtholz dar. Sie bestehen aus zwei bzw. drei flach-seitig miteinander verleimten Bohlen aus Nadelholz mit einem Querschnitt von jeweils max. 8x24 cm (bh 150 cm2). Duo- und Triobalken eignen sich besonders fr Anwendungen mit hohen Anforderungen an Formstabilitt und Optik (Rissbildung).

Bild 2.15 Links: Duobalken Rechts: Triobalken(Foto: INFORMATIONSDIENST HOLZ)

Die Herstellung von Duo- und Triobalken entspricht der von Brettschichtholz. Die Nadelholz-bohlen werden technisch auf eine Holzfeuchte von unter 15 % getrocknet. Im Zuge der an-schlieenden visuellen Festigkeitssortierung, werden bei Bedarf Fehlstellen (z. B. grere ste) herausgekappt. Fr lngere Balken werden die Bohlen in Lngsrichtung mittels Keilzin-kung kraftschlssig miteinander verbunden. Fr Duo- und Triobalken existiert eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung. Die Herstellbe-triebe unterliegen einer Eigen- und Fremdberwachung. In der nachfolgenden Tabelle 2.5 sind Vorzugsquerschnitte zusammengestellt, die gehobelt und gefast in der Sortierklasse C 24 (S 10) ab Lager lieferbar sind.

Tabelle 2.5 Vorzugsquerschnitte von Duo- und Triobalken

h [cm] b [cm] 10 12 14 16 18 20 24 8

10 1214 16

2.6 Holzwerkstoffe

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2.6 Holzwerkstoffe 2.6 Holzwerkstoffe

Holzwerkstoffe werden durch Verpressen von unterschiedlich groen Holzteilen mit Klebstof-fen oder mineralischen Bindemitteln (Gips, Zement) hergestellt. Als Holzteile werden dabei Brettchen, Stbe, Furniere, Furnierstreifen, Spne und Fasern verwendet. Es gibt vielfltige Grnde, Holzwerkstoffe herzustellen, wie z. B.: Herstellung eines vergteten Werkstoffes durch weitergehende Homogenisierung, Verwertung von Resten, die bei der Holzbearbeitung ohnehin anfallen, Herstellung dimensionsstabiler, plattenfrmiger Bauteile. Allgemein gebruchliche und bewhrte Holzwerkstoffe (z. B. Spanplatten, Furnierplatten) werden im Rahmen von DIN-Normen geregelt. Neuere Holzwerkstoffe bentigen fr den Ein-satz im Bauwesen eine bauaufsichtliche Zulassung.

2.6.1 Holzwerkstoffklassen, Anwendungsbereiche Die Anwendung von Bau-Furniersperrholz, Flachpressplatten sowie von harten und mittelhar-ten Holzfaserplatten ist in DIN 68800 Teil 2 Holzschutz im Hochbau, vorbeugende, bauliche Manahmen geregelt. Hinsichtlich ihrer Feuchtebestndigkeit werden Holzwerkstoffe in die Holzwerkstoffklassen 20, 100 und 100 G (geschtzt gegen Pilze) unterteilt. Nach DIN 68800-2 darf die Holzfeuchte, die sich in den HWSt-Platten whrend des Gebrauchszustandes einstellt, die in Tabelle 2.6angegebenen Werte nicht berschreiten.

Tabelle 2.6 Hchstwerte der Feuchte von Holzwerkstoffen nach DIN 68800-2

Holzwerkstoffklasse max ugl in %

20100

100 G

151)

1821

1) Bei Holzfaserplatten 12 %

Die in DIN 68800-2 angegebenen Anwendungsbereiche und die zugeordneten Holzwerkstoff-klassen sind in Tabelle 2.7 zusammengestellt. Hierbei drfen Platten der Klasse 20 durch sol-che der Klasse 100 ersetzt werden, nicht jedoch durch solche der Klasse 100 G ! Aus dieser Tabelle ist zu erkennen, dass der Einsatz von chemisch geschtzten Platten (100 G) auf wenige Flle begrenzt ist, bei denen mit einer erhhten Feuchtebeanspruchung zu rechnen ist. Das weitgehende Verbot von 100 G-Platten erfolgte im Hinblick auf den Gesundheits- und Umweltschutz. Nachfolgend werden die im Bauwesen fr tragende und aussteifende Zwecke hauptschlich eingesetzten Holzwerkstoffe beschrieben.


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Tabelle 2.7 Erforderliche Holzwerkstoffklassen nach DIN 68800-2

Anwendungsbereich HWSt- klasseRaumseitige Bekleidung von Wnden, Decken und Dchern in Wohnge-buden sowie in Gebuden mit vergleichbarer Nutzung 1)

Allgemein 20 Obere Beplankung sowie tragende oder aussteifende Schalung von De-

cken unter nicht ausgebauten Dachgeschossen a) belftete Decken 2) 20 b) nicht belftete Decken:

ohne ausreichende Dmmschichtauflage 3) mit ausreichender Dmmschichtauflage (1/ 0,75 m2K/W) 4)

100 20

Auenbeplankung von Auenwnden Hohlraum zwischen Auenbeplankung und Vorhangschale (Wetter-

schutz) belftet 100

Vorhangschale als Wetterschutz, Hohlraum nicht ausreichend belftet, diffusionsoffene, wasserableitende Abdeckung der Beplankung

100

Auf der Beplankung direkt aufliegendes Wrmedmm-Verbundsystem 100 Mauerwerk-Vorsatzschale, Hohlraum nicht ausreichend belftet, Ab-

deckung der Beplankung mit: a) wasserableitender Schicht mit sd > 1 m 100 b) Hartschaumplatte, mindestens 30 mm dick 100 Obere Beplankung von Dchern, tragende oder aussteifende Dachscha-lung Beplankung oder Schalung steht mit der Raumluft in Verbindung

Mit aufliegender Wrmedmmschicht (z. B. in Wohngebuden, beheizten Hallen) 20

Ohne aufliegende Wrmedmmschicht (z. B. Flachdcher ber unbeheizten Hallen) 100 G

Dachquerschnitt unterhalb der Beplankung oder Schalung belftet Geneigtes Dach mit Dachdeckung 100 Flachdach mit Dachabdichtung 5) 100 G

1) Dazu zhlen auch nicht ausgebaute Dachrume von Wohngebuden. 2) Hohlrume gelten im Sinne dieser Norm als ausreichend belftet, wenn die Gre der Zu- und Abluftffnun-

gen mindestens je 2 0/00 der zu belftenden Flche, bei Decken unter nicht ausgebauten Dachgeschossen min-destens jedoch 200 cm2 je m Deckenbreite betrgt.

3) Von solchen Konstruktionen wird wegen der Mglichkeit ungewollt auftretender Feuchte, z. B. Tauwas-serbildung infolge Wasserdampf-Konvektion, im Allgemeinen abgeraten.

4) Wrmedurchlasswiderstand 1/; Berechnung nach DIN 4108-5 5) Von solchen Konstruktionen wird wegen der Mglichkeit ungewollt auftretender Feuchte, z. B. Tauwasserbil-

dung infolge Wasserdampf-Konvektion, im Allgemeinen abgeraten.

2.6 Holzwerkstoffe

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2.6.2 Massivholzplatten (Mehrschichtplatten) Mehrschichtplatten bestehen aus drei oder fnf miteinander verleimten Brett- bzw. Stbchenla-gen aus Nadelholz, wobei die Holzfasern der benachbarten Lagen um jeweils 90 gegeneinan-der versetzt sind. Zur Verleimung werden modifizierte Melamin- und Phenolharze verwendet.

Bild 2.16 Dreischichtplatte (Foto: INFORMATIONSDIENST HOLZ)

Fr diese Platten ist ein Zulassungsbescheid des Deutschen Institutes fr Bautechnik (DIBt) erforderlich, da sie in DIN 1052 nicht geregelt sind.

2.6.3 Bau-Furniersperrholz Bau-Furniersperrholz besteht aus mindestens drei aufeinander geleimten Holzlagen, die sym-metrisch zur Mittelachse aufgebaut sein mssen, und deren Faserrichtung um 90 gegeneinan-der versetzt sind. Als Klebstoffe werden Harnstoffharze, alkalisch hrtende Phenol-, Phenol-Resorcin- und Re-sorcinharze verwendet.

Bild 2.17 Bau-Furniersperrholzplatte (Foto: INFORMATIONSDIENST HOLZ)


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Baufurniersperrholz muss die Anforderungen nach DIN EN 636 sowie der DIN EN 13986 und DIN V 20000-1 erfllen. Die Verwendung von Baufurniersperrholz in den unterschiedlichen Nutzungsklassen NKL (siehe Abschnitt 3.1.2) ist von der Technischen Klasse abhngig: Klasse Trocken Verwendung in der NKL 1 Klasse Feucht Verwendung in den NKL 1 und 2 Klasse Auen Verwendung in den NKL 1, 2 und 3 Fr die Verwendung als tragendes Bauteil muss Baufurniersperrholz mindestens 6 mm dick sein und mindestens der Festigkeitsklasse F20/10-E40/20 oder F20/15-E30/25 angehren. Die Zahlenwerte F20/10 bzw. F20/15 entsprechen dabei den char. Biegefestigkeiten bei Beanspru-chung parallel bzw. rechtwinklig zur Faserrichtung der Deckfurniere. Die Zahlenwerte E40/20 bzw. E30/25 geben Auskunft ber die Elastizittsmodule parallel bzw. rechtwinklig zur Faser-richtung der Deckfurniere.

2.6.4 Holzspanplatten (Flachpressplatten) Kunstharzgebundene Holzspanplatten (Flachpressplatten) werden durch Verpressen kleiner Holzspne mit Klebstoffen hergestellt. Die Spne liegen dabei vorzugsweise parallel zur Plat-tenebene. Flachpressplatten knnen einschichtig, mehrschichtig (im Bild 3-schichtig) oder mit stetigem bergang in der Struktur hergestellt werden. Als Klebstoffe werden Harnstoffharze, modifizierte Melaminharze und alkalisch hrtende Phenolharze sowie polymere Diphenylmethan-Diisocyanate (PMDI, formaldehydfrei) verwen-det.

Bild 2.18 Holzspanplatte/Flachpressplatte (Foto: INFORMATIONSDIENST HOLZ)

Kunstharzgebundene Holzspanplatten mssen die Anforderungen nach DIN EN 312 sowie der DIN EN 13986 und DIN V 20000-1 erfllen. Die Verwendung von Holzspanplatten in den unterschiedlichen Nutzungsklassen NKL (siehe Abschnitt 3.1.2) ist von der Technischen Klas-se abhngig: Klasse P4 und P6 Verwendung in der NKL 1 Klasse P5 und P6 Verwendung in den NKL 1 und 2

Die Mindestdicke fr tragende Holzspanplatten betrgt 8 mm, bei nur aussteifenden Beplan-kungen von Holztafeln fr Holzhuser in Tafelbauart 6 mm.

A1

2.6 Holzwerkstoffe

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2.6.5 Holzfaserplatten Holzfaserplatten werden aus verholzten Fasern mit oder ohne Klebstoff hergestellt. Man unter-scheidet zwischen harten Holzfaserplatten (Typ HB) mit einer Rohdichte von mehr als 800 kg/m3und mittelharten Holzfaserplatten (Typ MB) mit einer Rohdichte zwischen 350 kg/m3und 800 kg/m3.Holzfaserplatten mssen die Anforderungen nach DIN EN 622-2 und -3 sowie der DIN EN 13986 und DIN V 20000-1 erfllen. Die Verwendung von Holzfaserplatten in den verschiede-nen Nutzungsklassen NKL (siehe Abschnitt 3.1.2) ist von der Technischen Klasse abhngig: Klasse MBH.LA2 Verwendung in der NKL 1 Klasse HB.HLA2 Verwendung in den NKL 1 und 2 Die Mindestdicke fr tragende und aussteifende Holzfaserplatten betrgt 4 mm (HB.HLA2) bzw. 6 mm (MBH.LA2).

2.6.6 Neue Holzwerkstoffe In den vergangenen Jahren haben die intensiven Bemhungen zur besseren und vollstndigeren Verwertung des natrlichen Rohstoffes Holz zu der Entwicklung einer ganzen Reihe neuer Holzwerkstoffe gefhrt, die in Deutschland vermehrt eingesetzt werden. Da diesen neuen Holzwerkstoffen eine zunehmende Bedeutung zukommt, werden die wichtigsten Vertreter nachfolgend kurz erlutert.

Furnierschichtholz Furnierschichtholz wird aus ca. 3 mm dicken Schlfurnieren aus Nadelholz hergestellt. Die Richtung des Faserverlaufes ist dabei entweder generell parallel oder im wesentlichen parallel mit dazwischenliegenden Querlufern (um 90 versetzt). Die Furniere einer Lage werden im allgemeinen durch eine Schftung oder eine berlappung miteinander verbunden. Zur Verleimung werden Phenolharzkleber verwendet.

Bild 2.19 Furnierschichtholzplatte (Foto: INFORMATIONSDIENST HOLZ)

Furnierschichtholz kann sowohl als plattenfrmiger, als auch als stabfrmiger Werkstoff einge-setzt werden. Durch die erreichte Vergtung des Holzes und die vorwiegend parallel angeord-nete Faserrichtung der Furniere besitzt Furnierschichtholz deutlich hhere Materialeigenschaf-ten als massives Vollholz.


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Furnierstreifenholz Furnierstreifenholz wird aus ca. 16 mm breiten, ca. 3 mm dicken und 0,45-2,6 m langen Schl-furnierstreifen aus Douglas Fir und Southern Yellow Pine hergestellt. Die Faserrichtung der Furnierstreifen verluft parallel zur Balkenachse. Fr die Verleimung wird ein Phenolharzkleber verwendet. Furnierstreifenholz wird als stabfrmiger Werkstoff eingesetzt. Durch die Vergtung des Werkstoffes besitzt Furnierstreifenholz ebenfalls deutlich hhere Materialeigenschaften als massives Vollholz.

Bild 2.20 Furnierstreifenholz (Foto: INFORMATIONSDIENST HOLZ)

OSB-PlattenOSB-Platten (Oriented Strand Board) werden aus groflchigen Langspnen (strands: ca. 75 mm lang, 35 mm breit und 0,6 mm dick) hergestellt, wobei der Herstellungsprozess dem der Spa

holzbau: grundlagen, bemessungshilfen, 2. auflage

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