2.3.2 stahlarten baustahl z. b.: s 235; s 355 ... · lignin ca. 20 – 30 % harze ... physikalische...
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2.3.2 Stahlarten
Baustahl z. B.: S 235; S 355
kohlenstoffarme Stähle
haben in der Regel eine Mindestzugfestigkeit kleiner 500 N/mm2
alle Stähle, die nicht unmittelbar als Werkstoffstahl verwendet werden
sind schweißbar und können spannungsarm geglüht werden
Feinkornbaustahl z. B.: StE 460, StE 690
speziell zum Schweißen geeignet → gute Schweißneigung
haben höhere Streckengrenze als vergleichbare Stähle
max. Kohlenstoffgehalt weniger als 0,2 %
feine Körnung im metallurgischen Gefüge wird durch Legierungselemente erreicht
→ Nitride und Carbide gehen erst bei höheren Temperaturen in Lösung
Anwendung bei hoch auf Zug beanspruchten Stahlkonstruktionen z. B. Kräne,
Hydraulikzylinder, Hochhausbau
Vergütungsstahl
Stahl, der durch das Vergüten (Härten und Anlassen) hohe Zug- und Dauerfestigkeit
erhält
Zähigkeit wird durch Verhältnis von Härte und Temperatur des darauffolgenden
Anlassvorganges bestimmt
Kohlenstoffgehalt zwischen 0,2 und 0,65 %
Unterschiedliche Legierungsgehalte werden exakt auf den jeweiligen
Verwendungszweck abgestimmt
Anwendung: z. B. Kurbelwellen, Achsen, Schrauben
Gusswerkstoffe z. B.: Roheisen, Gusseisen
Gemische aus Eisenerz mit Koks und vorgewärmter Luft unter Zugabe von
Schlackebildnern werden im Hochofen aufgeschmolzen → in Masseln gegossen → in
Eisengießereien zu Grauguss verschmolzen
hoher Kohlenstoffgehalt 2 - 6 %
spröde
nicht schmiedbar
nur geringe Zugfestigkeit
aber korrosionsbeständiger als Stahl
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Walzstahlerzeugnisse
Flachstahl
o ist ein zu langen Stangen flach gewalztes Stück Stahl
o ist nur in eine Richtung ausgewalzt (Breite 150 mm und kleiner)
Breitflachstahl (Breite größer 150 mm und kleiner 300 mm)
Bleche dagegen sind nach zwei Richtungen ausgewalzt → gleichmäßige
Festigkeitseigenschaften in alle Richtungen (Breite größer 300 mm)
Rohre eignen sich auf Grund günstiger Querschnittswerte in allen Richtungen besonders
für Druckstäbe. Bezüglich der Querschnittsfläche minimierte Oberflächen ergeben
geringe Angriffsflächen für Korrosion und entsprechend geringe Beschichtungsflächen.
Tabelle 10: Charakteristische Werte der Schraubenwerkstoffe
Wahl der Stahlgütegruppen bei S 235
Die Auswahl wird in Kombination verschiedener Einflüsse durchgeführt:
Spannungszustand: Ausnutzung der Querschnitte, Auftreten räumlicher
Spannungszustände, konzentrierte Lasteinteilungen, schroffe
Querschnittsübergänge.
Bedeutung des Bauteils: Folgewirkung bei Versagen.
Temperaturbereich: ungünstiger Einfluss bei tiefen Temperaturen im Gebrauchsfall.
Werkstoffdicke: ungünstiger Einfluss großer Dicken.
Kaltverformung bei der Fertigung.
Abbildung 35: Klassifizierung des Betonstahls
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Abbildung 36: Verschiedene Walzstahlerzeugnisse
Abbildung 37: Klassifizierung des Spannstahls
2.4 Verbundverhalten von Beton und Stahl
Abbildung 38: Verbund zwischen Stahl und Beton
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Korrosionsschutz Beton stark basisch (pH = 13)
Korrosionsmechanismen des Stahls behindert
Beton wirkt als Korrosionsschutz für den Stahl
Temperaturdehnung
Temperaturdehnungskoeffizient für beide Werkstoffe gleich
keine ungleichmäßige Dehnung
keine Eigenspannungen im Verbund aus Temperaturänderung
Die Verbundeigenschaften von Rippstählen werden im Wesentlichen durch den
Rippenabstand und die Rippenhöhe charakterisiert. Die bezogene Rippenfläche fR ist ein
Maß für die beim Abscheren der beim Verbundversagen zu leistenden Arbeit:
fR = =
Für die üblichen Betonstähle hat sich eine bezogene Rippenfläche von fR = 0,065 – 0,10 als
sinnvoll erwiesen.
Abbildung 39: Zur Verbundwirkung des Werkstoffes Stahlbeton
Bei gerippten Betonstählen, die überwiegend verwendet werden, ist der Scherverbund die
maßgebende Verbundwirkung. Beim Verbundversagen ist zwischen zwei
Versagensmechanismen zu unterscheiden.
Fall 1: Plastizieren der Betonkonsole unmittelbar hinter einer Rippe (Abb. 35a). Bei
einem sehr starken Abstand der Rippen wird der Beton im Bereich der
Einzelrippe auf Druck überbeansprucht und plastiziert. Hierdurch wird eine
Spaltwirkung im Beton erzeugt.
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Fall 2: Abscheren der Mörtelkonsole zwischen zwei Rippen (Abb. 35b).
Bei einem sehr engen Abstand der Rippen, hat jede Rippe nur einen kleinen
Teil der Verbundkraft zu übertragen, so dass die Druckkraft der einzelnen
Mörtelkonsolen nicht zum Plastizieren des Betons führt. Der Beton versagt
durch Abscheren in der Mörtelfläche zwischen zwei Rippen.
Abbildung 40: Spannungstrajektorien und Bruchflächen in der Verbundfuge bei gerippten Betonstählen
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3 Mauerwerksbau 3.1 Maßordnung
Abbildung 41: Lichtes Raummaß oder Öffnungsmaß ( )
Abbildung 42: Wand einseitig angebaut ( )
Abbildung 43: Mauerpfeiler ( )
Baunormzahlen sind Zahlen für Baurichtmaße und die daraus abgeleiteten Einzel-,
Rohbau- und Ausbaumaße.
Baurichtmaße sind theoretische Maße und bilden die Grundlage für die in der Praxis
vorkommenden Baumasse. Sie sind notwendig, damit verschiedene Bauteile
planmäßig zueinander passen. Das Baurichtmaß für die Länge eines Mauersteins
beträgt z. B. 25 cm.
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Nennmaße werden in die Bauzeichnungen eingetragen. Bei Bauarten mit Fugen
ergeben sich die Nennmaße aus den Baurichtmaßen abzüglich der Fugen, bei
Bauarten ohne Fugen entsprechen die Nennmaße den Baurichtmaßen. Das
Nennmaß für die Länge eines Mauersteins beträgt z. B. 25 – 1 = 24 cm.
Abbildung 44: Maßordnung nach DIN 4172 (Beispiel: Mauerstein; Nennmaß = 25 cm -1 cm = 24 cm)
3.2 Mauerwerksverbände
Abbildung 45: Überbindemaß
Abbildung 46: Binderschicht und Binderverband
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Abbildung 47: Teilformate und ihre Anwendung
Abbildung 48: Läuferschicht und Läuferverband
Abbildung 49: Auswirkung unterschiedlicher Querdehnung des Mörtels bzw. der Steine auf die
Querzugbeanspruchung der Mauersteine
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3.3 Außenwandkonstruktionen
Abbildung 50: Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystemen
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Abbildung 51: Abfangekonstruktionen bei zweischaligem Mauerwerk (M. 1:10)
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Abbildung 52: Abfangekonstruktionen bei zweischaligem Mauerwerk
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3.4 Bewehrtes Mauerwerk
Abbildung 53: Bewehrtes Mauerwerk - Horizontale Bewehrung
(von links: Lagerfuge; in Formsteinen; in trogförmigen Formsteinen)
Abbildung 54: Bewehrtes Mauerwerk - Vertikale Bewehrung
(von links: in Formsteinen mit kleiner Aussparung; in Formsteinen mit großer
Aussparung; in ummauerten Aussparungen]
3.5 Mauersteine Tabelle 11: Beispiele für Mauersteinmaße
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Tabelle 12: Grundwerte ζ o der zulässigen Druckspannungen in MN/mm2
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4 Holz 4.1 Der Rohstoff Holz 4.1.1 Holz: Allgemeines Literatur: Ambrozy, H.G.; Giertlova, Z.: Holzwerkstoffe Technologie – Konstruktion –
Anwendung. Springer →ien…2005 Müller, J.: Holzschutz im Hochbau. Fraunhofer IRB Verlag Sutter, H.-P.: Holzschädlinge… ↑erlag Paul Haupt, Stuttgart. 2002 Bautechnik, Fachkunde Bau. Verlag Europa Lehrmittel Stark, J.; Wicht, B.: Geschichte der Baustoffe Holz:
- ältester für das Bauen in großem Umfang genutzter Baustoff - natürlicher, organischer Rohstoff - nachwachsender Rohstoff
Bedeutung durch: - technische Eigenschaften und - konstruktive Verwendung - Verwertung von Biomasse und Energie - ökologische Bewertung und Vielfalt
4.1.2 Zusammensetzung und Aufbau Chemische Zusammensetzung; Elementanalyse: 50 % Kohlenstoff
43-44 % Sauerstoff 5-6 % Wasserstoff und 1 % andere (Nähr)-Elemente Chemische Elemente bilden folgende chemische Verbindungen:
Zellulose (Gerüst) ca. 40 – 55 % Hemizellulose ca. 15 – 35 % Lignin ca. 20 – 30 % Harze, Öle, Fette, Terpentin, Wachs, Gerb- und Farbstoffe ca. 2 - 7 %
Physikalische Eigenschaften dieser chemischen Verbindungen
• Zellulose: natürliches Polymer (Polysaccharid) auch Hochpolymere Zellulosen, geordneter („kristalline“) und ungeordneter Struktur, bildet Holzgerüst, Fasern hohe Zugfestigkeit (reißfest, biegsam)
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• Hemizellulose: Gemisch aus Polysacchariden, amorph (fähig zum Aufbau neuer Zellen ) Hemizellulosereiche Bereiche der Zellwand sind plastisch verformbar
und können mitwachsen geringere Festigkeit löslicher Bestandteil der Zellwand
• Lignin: Phenolisches Makromolekül, verhärtetes Polymer, Stützmaterial hohe Druckfestigkeit (Schutz vor mechanischer Belastung) Kittmaterial im Zellverbund (Mittellamelle), hält Wasser in Leitzellen und im Zellinneren Schutz vor UV-Strahlen und Schädlingen Bildung von Wundlignin (Schutz nach mech. Beschädigung)
• Holzinhaltsstoffe: beeinflussen: Farbe Geruch Widerstandsfähigkeit gegen Insekten und Pilze
Holzzellen
Nadelholzzelle (Tüpfel, Hoftüpfel) Verschluss bei Austrocknung,
Problem bei Imprägnierung Leitzellen: Siebzellen und Tracheiden Festigkeit: Tracheiden Speicherung: Speicherzellen
Laubholzzelle Stützzellen (Holzfasern für Festigkeit) Leitzellen: Siebröhren (Poren, leiten Saft) Speicherzellen (Markstrahlen, speichern Nährstoffe) Entstehung von Holz - Aufbau
Rinde: Bast und Borke Kambium: Wachstumsschicht, teilungsfähige Zellen Teilung in: Xylem (Holzzellen, nach innen) und Phloem (Rindenzellen, nach außen) Splint Kern Mark
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• Markröhre: abgestorbenes
Grundgewebe
• Kernholz: totes Holz
• Splintholz: lebendes Holz
Wachstum und Jahrringe
• Frühholz: – dünnwandig weitlumige Zellen (Transport der Nährflüssigkeit)
• Spätholz: – dickwandige, englumige Zellen (Festigung des Stammes)
4.1.3 Unterteilung der Holzarten Splint-/Kern-/Reifholz Splintholzbäume Kernholzbäume Reifholzbäume Kernreifholzbäume
keine Tyllenbildung oder Verkernung, lebende Zellen noch bis in den Kern des Holzkörpers vorhanden: Bergahorn, Erle, Birke, Buche, Pappel
obligatorische Verkernung mit Verfärbung: Lärche, Kiefer, Eibe, Thuja, Kastanie, Walnuss, Eiche, Robinie
kein farblicher Unterschied zwischen Splint- und Kernholz; oft durch Pilzbefall hohl, da keine Imprägnierung des Kernbereiches: Eibe, Fichte, Feldahorn, Weißbuche, Birne, Linde
nur innerer Kernbereich verfärbt: Esche
Falschkernbildung Bei Buchen und Eschen häufig, weniger häufig bei Ahornen und Birken, – nach Wasserentzug durch Oxidationsvorgänge Farbkern, keine Festigkeitsminderung
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4.1.4 Eigenschaften des Rohstoffes Holz Anisotropes Verhalten:
- Holz: organischer Stoff aus länglichen Zellen (vergleichbar mit Röhrchenstruktur) Orientierung in Stammrichtung
Holzeigenschaften (wie z. B. die Festigkeit) richtungsabhängig, d.h. in Längsrichtung wesentlich andere Eigenschaften als in Querrichtung! Zugfestigkeit: - in Längsrichtung des Röhrchenbündels sehr groß - in Querrichtung nur sehr geringe Zugfestigkeit, (da Röhrchen leicht auseinander gezogen werden können Druckfestigkeit - in Querrichtung Röhrchen leicht zusammen zu drücken - in Längsrichtung dafür wesentlich größerer Kraftaufwand, um Versagen zu erzwingen Druckfestigkeit in < Zugfestigkeit in Längsrichtung in Längsrichtung Vorteile von Holz für den Einsatz im Bauwesen - hohe Festigkeit bei geringem Eigengewicht
• hohe Zugfestigkeit • große Reißlänge (spez. Reißfestigkeit)
- elastische Eigenschaften (zwischen Stahl und Leder beim Verhältnis Festigkeit und Dehnbarkeit) - Warnfähigkeit (vor Einknicken Reißen der Fasern hörbar)
- eventuelle Fehler häufig an Oberfläche erkennbar - niedriger Schallwiderstand (gute Akustik)
- geringe Stromleitung - geringe Wärmeleitfähigkeit
- hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse (Säuren, Laugen, Salze) - gut bearbeitbar - hoher Vorfertigungsgrad - nachwachsender Rohstoff
- physiologisch angenehm (Wohnbehaglichkeit) - filtert/reinigt Luft in begrenztem Maße (bei Diffusion, absorbieren von Gasen, Dämpfen, Gerüchen) - angenehmes Raumklima (hygroskopische Eigenschaften, keine Kondensfeuchte an Holzbauteilen, TOberfläche Raumbegrenzung = TRaumtemperatur)
Nachteile von Holz - rel. kleiner E-Modul
- Anisotropie (Eigenschaften richtungsabhängig) - brennbar
- Gefahr der Verwitterung- Quellen und Schwinden - Gefahr der Schädigung durch holzzerstörende Pilze und Insekten
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4.1.5 Schädigung durch holzzerstörende Pilze und Insekten Schäden durch Pilzbefall
• Leichte Verfärbung bis völlige Zerstörung durch Fäulnis • Wachstumsvoraussetzungen sind eine Holzfeuchte zwischen 20 und 25 % und
Temperaturen zwischen 3 und 38 °C • Pilze können längere Trocken- bzw. Kälteperioden überstehen und nach Eintritt
günstiger Bedingungen weiter wachsen.
Schäden durch Insekten Baum- und Forstschädlinge: - befallen stehendes Holz (Kiefernspinner, Borkenkäfer, Holzwespe) Bauholzschädlinge: - befallen gelagertes und verarbeitetes Holz (Hausbock; Nage-, Poch- und Klopfkäfer, Parkett- und Brauner Splintholzkäfer) - Schädigung durch Raupen oder Larven über Jahre, erkennbar an Ausfluglöchern
4.1.6 Bestimmung von Holzeigenschaften und Kennwerten
(Wissensschwerpunkte) Dichte (Unterteilung, Messung/Berechnung, Größenordnung)
Darrrohdichte je nach Holzart 0,30 g/cm³ (Min.-Wert Fichte, Tanne, Kiefer) bis 0,93 g/cm³ (Max.-Wert Eiche). Eichenrohdichte: Frischholz: 1,0 g/cm³, bei 12 % Feuchte: 0,67 g/cm³ Feuchte (Berechnung, Auswirkung auf Holzeigenschaften, hygrischer und kapillarer Bereich, trockenes – halbtrockenes - frisches Bauholz, Holzfeuchteermittlung, Gleichgewichts- und Ausgleichsfeuchte)
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- Holzfeuchten über 100 % möglich - Feuchteänderungen: Änderung des Volumens, der Festigkeit und der Verformungs-
eigenschaften eines Holzbauteils.
Hygroskopischer Bereich: - Bis zum Fasersättigungspunkt uF = 28 % wird Wasser in - Dampfform in den Zellwänden gebunden.
Kapillarer Bereich:
- Oberhalb des Fasersättigungspunktes werden die Hohlräume - mit freiem Wasser gefüllt.
Gleichgewichts- bzw. Ausgleichsfeuchte Gemäß DIN sollen die Hölzer mit ihrer Gleichgewichtsfeuchte im Gebrauchszustand eingebaut werden. Holzfeuchte, bei der ein Gleichgewicht zwischen dem Umgebungsklima und der hygroskopischen Bindungskraft vorhanden ist.
Holzfeuchtebestimmung
- Darrverfahren nach DIN 52183 - Elektrische Widerstandsmessung
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Quellen/Schwinden Das Schwindmaß α [%] - gibt die Längenänderung je 1% Holzfeuchteänderung an und - ist je nach Faser- und Jahrringverlauf unterschiedlich groß.
Das Schwind- und Quellmaß ist von der Rohdichte abhängig.
- Holzarten mit einer großen Rohdichte verformen sich stärker als leichtere Holzarten. Maßgebend ist der Anteil der Zellwandmasse.
Weitere Holzeigenschaften und Kennwerte:
Steifigkeit – E-Modul Übereinstimmendes lineares Verformungsverhalten unter Zug- und Druckbelastung bis zur Proportionalitätsgrenze βDP.
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E-Modul: Abhängig von Kraft- und Faserwinkel
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4.2 Bauholz und Holzwerkstoffe
4.2.1 Allgemeines/Normen
Ein Vergleich der Energiebilanzen verschiedener Bauweisen fällt in der Regel zu
Gunsten des Holzbaus aus.
Für den Entwurf, die Berechnung und Ausführung von Bauwerken und von tragenden
und aussteifenden Bauteilen aus Holz und Holzwerkstoffen gilt DIN 1052:2004.
Die DIN 1052:2004 beschränkt sich lediglich auf Anforderungen hinsichtlich
Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit von Tragwerken.
Die DIN 1052:2004 gilt weiterhin für Fliegende Bauten, Bau- und Lehrgerüste,
Abschalungen und Schalungsunterstützungen und Bauten im Bestand.
Daneben gelten zusätzliche Anforderungen für die Bemessung von Holzbrücken und
Hochbauten unter nicht vorwiegend ruhenden Einwirkungen, Bemessung im Brandfall
und Erdbebeneinwirkungen.
Es folgt eine Untergliederung in Holz und Holzwerkstoffe.
4.2.2 Lieferformen - Baurundholz (Stangen, Stämme)
- Bauschnittholz (Vollholz, Halbholz, Viertelholz)
- Gefügtes Holz (Holzwerkstoffe: kunstharz- oder mineralisch gebunden; Beispiele:
Brettschichthölzer, Lamellenbalken, Lagenhölzer - u.a. Sperrholz, Furnier -, Spanwerkstoffe, Faserplatten)
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4.2.2.1 Vollholz (VH)
Die wichtigsten Baumarten zur Gewinnung von Bauholz sind die Nadelhölzer Fichte,
Kiefer, Tanne und die Laubhölzer Eiche und Buche.
Das Rohholz wird in Sägewerken zu Balken, Kantholz, Latten, Bohlen und Brettern
geschnitten.
Die Bezeichnung des Schnittholzes richtet sich nach den Querschnittabmessungen.
Man unterscheidet einstielige, zweistielige und vierstielige Schnitte.
Für die weitaus meisten Tragwerke wird Nadelholz der Güteklasse II, Bauschnittholz
mit gewöhnlicher Tragfähigkeit, verwendet.
Kennwerte/Norm:
Schnittholz, z. B. 120/240 VH C 24 und 160/160 VH D 30 (Breite 120 mm;
Höhe 240 mm, Holzart, Festigkeitsklasse)
Rundholz, z. B. Durchmesser VH C 30
Vollholz wird nach DIN 4074-1 oder – 5 sortiert
4.2.2.2 Konstruktionsvollholz (KVH)
z. B. KVH-Si (im Sichtbereich)
z. B. KVH-NSi (im nicht sichtbaren Bereich)
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besteht aus Kanthölzern, die z. T. mittels Keilzinkenverbindung kraftschlüssig
miteinander verbunden sind
Merkmale von KVH:
o Erfüllung aller Sortierkriterien nach DIN 4074-1
o getrocknetes Holz mit garantierten Holzfeuchten von
= 15 3 %
o allseitig gehobelt
o Einschnitt herzfrei (Markröhre u.U. sichtbar) oder
markfrei (Kernbohle herausgetrennt)
o Querschnittstoleranz 1 mm,
o Erhöhte Anforderungen an das optische
Erscheinungsbild
4.2.2.3 Balkenschichtholz (BASH: Duo-/Triobalken)
Balkenschichtholz besteht aus zwei bzw. drei flachseitig miteinander verklebten
Bohlen oder Kanthölzern.
BASH hat eine Holzfeuchte von 15 %.
Abbildung 55: Balkenschichtholz
4.2.2.4 Brettschichtholz (BSH)
Der Mangel an Rohholz und der Bedarf an größeren Balkenquerschnitten haben zur
Entwicklung geführt, bei dem Träger aus einzelnen Brettern zu BSH
zusammengeleimt werden.
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BSH wird vorwiegend aus Fichtenholzbrettern, die in der Regel nicht dicker als 30
mm sein sollten, mit genormten Leimen nach DIN 68 141 verklebt.
BSH hat weitgehend die gleichen physikalischen Eigenschaften wie einstieliges
Kantholz.
Vorteil: Man kann aus dem Ausgangsmaterial Fehlstellen (z. B. Äste,
Verwachsungen, Harzgallen) herausschneiden, so dass man mit vertretbarem
Aufwand BSH der Güteklasse I gewinnen kann.
Eine Neigung zur Trockenrissbildung ist bei BSH geringer als bei einfachem
Kantholz.
BSH besteht aus mindestens drei faserparallel miteinander verklebten, getrockneten
Brettern oder Brettlamellen aus Nadelholz.
Man unterscheidet:
o homogenes BSH (Abkürzung: h) mit
Lamellen gleicher Festigkeitsklassen
o kombiniertes BSH (Abkürzung: c) mit
unterschiedlichen Festigkeitsklassen der
äußeren und inneren Lamellen
o die Holzfeuchte von BSH beträgt 15 %
Abbildung 56: Querschnitte aus Brettschichtholz
Abbildung 57: Beispiele für Brettschichtholz
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4.2.2.5 Brettsperrholz (BSPH)
BSPH besteht aus mindestens drei rechtwinklig miteinander verklebten Brettlagen,
die symmetrisch zur Mittellage aufgebaut sein müssen.
BSPH ist in bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt.
Man unterscheidet:
o Massivholz-Bauteile, z. B. Lenotec, Kreuzlagenholz
o Drei- und Fünfschichtplatten mit Plattendicken bis 80 mm.
4.2.2.6 Furnierschichtholz (FSH)
FSH wird aus ca. 3 mm dicken Schälfurnieren hergestellt.
FSH wird in bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt (z. B. Kerto).
FSH mit generell parallel verlaufenden Furnierlagen werden vornehmlich als
stabförmige Bauteile eingesetzt.
FSH mit dazwischen liegenden Querläufen wird häufig auch als plattenförmiger
Werkstoff eingesetzt.
4.2.2.7 Sperrholz (SPH)
Unter Sperrholz werden alle Platten aus mindestens drei aufeinandergeleimten
Holzlagern verstanden, deren Faserrichtungen sich kreuzen.
Es findet Verwendung im Bauwesen für Stege von zusammengesetzten Holzträgern
und zur mittragenden Beplankung von Platten und Scheiben.
Sperrholz hat drei ausgezeichnete Achsen:
o normal zur Platenebene,
o in Plattenebene parallel zur Faserrichtung der Deckfurniere und
o in Plattenebene rechtwinklig zur Faserrichtung der Deckfurniere.
Sperrholz wird für Bauzwecke in drei Qualitäten eingestuft:
o nicht wetterbeständig verleimt,
o wetterbeständig verleimt und
o wetterbeständig verleimt mit zusätzlichem Schutz gegen holzzerstörende
Pilze.
Baufurniersperrholz muss entweder den Anforderungen nach DIN EN 636 sowie der
DIN EN 13 986 und DIN V 20 000-1 oder den der bauaufsichtlichen Zulassungen
erfüllen.
Für tragende Zwecke muss Baufurniersperrholz mindestens 6 mm dick sein und
mindestens der Festigkeitsklasse F20/10-E40/20 oder F20/15-E30/25 angehören.
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Abbildung 58: Sperrholz und Baufurniersperrholz
4.2.2.8 OSB-Platten (Oriented Strand Board)
OSB-Platten werden aus großflächigen Langspänen (ca. 75 mm Länge, 35 mm Breite
und 0,6 mm Dicke) hergestellt.
Der Herstellungsprozess ist den der Spanplatten sehr ähnlich.
Die Holzspäne in den Deckschichten sind vorwiegend parallel zur Fertigungsrichtung
ausgerichtet, während die Mittelschicht-Strands quer dazu ausgerichtet sind.
OSB-Platten weisen somit in Längs- und Querrichtung unterschiedliche
Eigenschaften auf.
Sie müssen den Anforderungen nach DIN EN 300 sowie den der DIN EN 13 986 und
der DIN V 20 000-1 entsprechen.
Ihre Mindestdicke beträgt 8 mm für tragende und 6 mm für aussteifende Platten.
4.2.2.9 Holzspanplatten
Wegen des gerichteten linienförmigen Wachstums des Holzes und seiner anisotropen
Materialeigenschaften ist die Herstellung von platten- oder scheibenartigen Bauteilen
aus Bohlen oder Brettern stets mit hohem Aufwand verbunden.
Deshalb wurden Holzwerkstoffe entwickelt, die aus mehr oder weniger zerkleinerten
Holzteilen unter Zugabe von Bindemitteln zu Platten gepresst werden können.
Holzspanplatten lassen sich in Scheiben- wie auch in Plattenrichtung beanspruchen
oder als nicht tragende Füllungen oder Beplankungen verwenden.
Man unterscheidet Flachpressplatten und Strangpressplatten.
Das Standardbindemittel für Spanplatten sind Harnstoff-Formaldehydharze.
Man hat Spanplatten wegen der Formaldehydabgabe in drei Emissionsklassen E1 bis
E3 eingeteilt.
Platten der Klasse E1 unterliegen keiner Einschränkung, Platten der Klassen E2 und
E3 müssen bei der Verwendung im Innenausbau an beiden Oberflächen und in der
Regel auch an den Schnittflächen mit hinreichend formaldehyddichten
Beschichtungen oder Bekleidungen versehen werden.
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4.3 Konstruktionsprinzipien im Holzbau
4.3.1 Konstruktionsbestimmende Eigenschaften des Holzes
Die Gebrauchsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Holzbauwerken hängen entscheidend von
der materialgerechten Planung und Verarbeitung des Holzes ab.
Bei der Konstruktionsplanung sind deshalb folgende Punkte zu beachten:
1. Holz nimmt in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte der umgebenden Luft
Feuchte auf oder gibt Feuchte ab.
Abbildung 59: Ausgleichsfeuchte der Hölzer in Abh. von der rel. Luftfeuchte und der Temperatur
2. Holz ändert in Abhängigkeit vom Feuchtegehalt sein Volumen → Quellen und
Schwinden.
3. Die Volumenänderungen innerhalb des Querschnittes sind unterschiedlich groß.
4. Bei chemisch unbehandelten Hölzern besteht die Gefahr des Pilzbefalls bei einem
Feuchtegehalt von 20 % bis 35 % und gleichzeitigen Temperaturen zwischen + 3
°C und + 38 °C.
5. Holz ist brennbar. Sein Brandverhalten hat aber vorteilhafte Eigenschaften, die
sich bei der Konstruktion nutzen lassen.
6. Trockenholz, also eingebautes Bauholz, kann von Trockenholzinsekten
(Hausbockkäfer, Klopfkäfer, Splintholzkäfer, Termiten) befallen werden.
7. Holz ist ein anisotroper Werkstoff. Er verhält sich bei Beanspruchungen in
Faserrichtung ganz anders als bei Beanspruchungen normal zur Faser.
8. Die Druck- und Zugefestigkeit in Faserrichtung ist bei den Hölzern jeweils etwa
gleich groß. Die Eigenschaften des Holzes bestimmen die Art der Verbindungen
und fordern besondere Rücksichten hinsichtlich des Feuchteschutzes und des
Brandschutzes.
4.3.2 Holzschutz unter konstruktiven Aspekten
Holz, ob lebend oder abgestorben, steht im Gegensatz zu anderen Baustoffen mit der
Umwelt im chemischen Gleichgewicht.
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Nur bei hohen Temperaturen ab etwa 200 °C entwickeln sich Gase, die bei Zündung
den bekannten Brennvorgang einleiten.
Im natürlichen Ablauf wird abgestorbenes Holz nur biotisch, also durch pflanzliche
und tierische Lebewesen, abgebaut und in Humus überführt.
Die das Holz zerstörenden Organismen benötigen zu ihrer Wirksamkeit ganz
bestimmte Temperatur- und Feuchtebedingungen.
Den größten Anteil am Abbau des Holzes haben Pilze.
Holzkonstruktionen sind so zu konstruieren, dass vorübergehend einwirkende
Feuchte auf möglichst kurzem Weg schnell entweichen kann und der lufttrockene
Feuchtegehalt von Fall zu Fall nur kurzfristig überschritten wird.
Zum Beispiel im Freien stehende Stützen nicht mit dem Hirnholz vollflächig auf dem
Fundament aufsetzen, sondern durch besondere Bauteile abfangen.
Je weniger sicher das Ablaufen des Wassers durch die Art der Konstruktion
gewährleistet ist, desto wichtiger ist der Schutz durch Dachüberstände.
Horizontale und schräge Holzoberflächen müssen in jedem Fall abgedeckt werden.
Die Abdeckung erfolgt durch Bleche oder Bitumenbahnen.
Imprägnierungen und Anstriche sind nicht dauerhaft.
Besonders fäulinsgefährdet sind der Witterung ausgesetzte Hirnholzflächen →
Abdeckungen durch:
o Zink- oder Kupferblech
o Bitumenbahnen
o Schalbretter
Alle Abdeckungen müssen ausreichende Tropfkanten aufweisen.
Besondere Gefahr durch Tauwasserbildung in abgeschlossenen Hohlräumen.
Abbildung 60: Zum Prinzip des baulichen Holzschutzes
a) Abdeckung horizontaler Flächen und bewitteter Hirnholzflächen durch Wetterbretter oder Bleche
b) Dämmung von Auflagertaschen und Belüftung abgeschlossener Räume
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Alle Teile einer Holzkonstruktion bedürfen stets einer hinreichenden Belüftung!
Der bauliche Holzschutz wird durch den chemischen Holzschutz unterstützt.
Schutz gegen Insekten ist nur mit chemischen Mitteln möglich.
Es gibt viele unterschiedliche Produkte. Das Deutsche Institut für Bautechnik
veröffentlicht jährlich ein aktualisiertes Verzeichnis. Die Normen für den Holzschutz
im Hochbau, DIN 68 888 Teil 1 bis 5, geben ausführlich Auskunft über Art, Umfang
und Durchführung von Holzschutzmaßnahmen.
Chemische Holzschutzmittel sind in der Regel mehr oder weniger giftig.
Nicht giftig sind dagegen wasserlösliche Borsalz-Imprägnierungen.
4.3.3 Brandschutz
Man teilt die Baustoffe in brandtechnischer Hinsicht in zwei Klassen ein:
o Baustoffklasse A – nicht brennbar
o Baustoffklasse B – brennbar
In der Baustoffklasse B unterscheidet man drei Stufen:
o B1 schwerentflammbar, wenn ein Stoff nach der Entflammung nur bei
zusätzlicher Wärmezufuhr langsam abbrennt
o B2 normalentflammbar, wenn ein Stoff nach der Entflammung bei begrenzter
Ausbreitungsgeschwindigkeit von selbst weiterbrennt
o B3 leichtentflammbar, wenn ein Stoff nach der Entflammung mit höherer
Ausbreitungsgeschwindigkeit weiterbrennt
Bretter, Bohlen, Latten und Balken aus Holz ohne Feuerschutzbehandlung gelten als
normalentflammbar.
Durch die Behandlung mit chemischen Feuerschutzmitteln erreichen sie
Baustoffklasse B1.
Der konstruktive Brandschutz im Holzbau ist darauf ausgerichtet, für die Konstruktion
im Brandfall eine gewisse Standdauer bis zum Versagen zu erreichen.
Einteilung in Feuerwiderstandsklassen:
o F 30 (feuerhemmend im Sinne der bauaufsichtlichen Forderungen)
o F 60, F 90, F 120, F 180
Die Zahlenangabe 30, 60, 90, 120, 180 steht für die Zeit in Minuten, in der ein Bauteil
bei genau definierten Brandversuchen in einem Versuchsstand die Anforderungen an
Tragfähigkeit, Steifigkeit und raumabschließende Wirkung erfüllt hat.
Die meisten Holzkonstruktionen entsprechen ohne zusätzliche Maßnahmen der
Feuerwiderstandsklasse F 30, einige sogar der Klasse F 60.
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4.4 Verbindungen im Holzbau
4.4.1 Zimmermannsmäßige Verbindungen
Abbildung 61: Druck- und zugfeste zimmermannsmäßige Verbindungen
Versatz
Der Versatz ist ein Anschluss für Druckstäbe, deren Achse schiefwinklig auf die
Achse des anzuschließenden Stabes trifft.
Man unterscheidet folgende Versatzarten:
o Stirnversatz,
o Fersenversatz,
o Doppelter Versatz
Abbildung 62: Versatze
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Der Stirnversatz ist in herstellungstechnischer und statischer Hinsicht der beste
Versatz.
Der Fersenversatz bietet den Vorteil eines kleineren Überstandes bei gleicher
Vorholzlänge. Er hat aber den Nachteil, dass der Druckstab schon bei kleineren
Passungenauigkeiten der Kontaktfläche, von der Fersenkehle ausgehend, in
Längsrichtung aufreißen kann.
Der doppelte Versatz kombiniert den Stirn- und Fersenversatz, stellt allerdings noch
höhere Anforderungen an die Passgenauigkeit.
Verblattung
Verblattungen verbinden zwei Hölzer in einer Ebene, wenn keine größeren Kräfte zu
übertragen sind.
Sie werden durch Bolzen, Nägel oder aufgenagelte Bleche in der Lage gesichert.
Man unterscheidet folgende Verblattungsarten:
o Gerade Blatt,
o Eckblatt,
o Scherblatt
Abbildung 63: Verblattungen
Zapfen
Zapfen dienen zur Sicherung der gegenseitigen Lage zweier Hölzer.
Sie werden nur noch selten ausgeführt.
Abbildung 64: Zapfen
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4.4.2 Verbindungsmittel aus Stahl
Dübel
Die Einleitung von Kräften lässt sich mit Hilfe von Dübeln zuverlässiger und
verformungsärmer erreichen als mit einfachen Bolzen.
Bolzenverbindungen sind relativ nachgiebig.
Es gibt ein- und zweiseitige Dübel.
Abbildung 65: Ein- und zweiseitige Dübel aus Stahl
a) einseitiger Dübel mit Dornen b) einseitiger Ringkeildübel c) einseitiger Dübel mit aufgebogenem Krallenkranz d) zweiseitiger Dübel mit Dornen e) zweiseitiger Ringkeildübel f) zweiseitiger Krallenkranzdübel
Abbildung 66: Verwendung einseitiger Dübel
a) einseitiger Ringkeildübel b) einseitiger Verbinder
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Bolzen
Bolzenverbindungen sind trotz ihrer ungünstigeren Verformungseigenschaften
dennoch zulässige Konstruktionsmittel.
Sie werden vor allem bei fliegenden Bauten, Gerüsten und untergeordneten
Dauerbauten wie Schuppen, landwirtschaftlichen Betriebsbauten und dergleichen
eingesetzt.
Abbildung 67: Bolzen- und Dübelverbindung
Abbildung 68: Fachwerkknotenpunkt mit zweiteiligem Untergurt, einteiliger Zug- und zweiteiliger Druckstrebe. Die vier in einer Achse liegenden Dübel werden mit einem Bolzen verklammert.
Stabdübel
Stabdübel sind glatte oder längsgeriffelte zylindrische Stahlstifte ohne Gewinde von 8
mm bis 24 mm Durchmesser, die in vorgebohrte Löcher mit gleichem Durchmesser
eingetrieben werden.
Wegen der dadurch erreichbaren Passgenauigkeit weisen Stabdübelverbindungen
einen geringen Schlupf auf.
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Abbildung 69: links: Stabdübel (glatt und geriffelt) rechts: Rahmenecke, biegesteife Verbindung einer zweiteiligen Stütze mit
einem einteiligen Riegel durch einen Kranz von Stabdübeln
Passbolzen
Wenn Bolzen in Löcher getrieben werden, die ihren Durchmessern entsprechen,
dann wirken sie wie Stahldübel. Man spricht in diesem Fall von Passbolzen.
Nägel
Die Art der Tragwirkung eines Nagels ist mit der eines Dübels durchaus vergleichbar.
Einfachste und häufigste Ausführung sind runde Drahtnägel mit Senkkopf.
Um der Spaltgefahr zu begegnen, müssen die Nägel gegeneinander versetzt
geschlagen werden. Dazu wird ein Liniennetz auf die äußere Holzfläche
aufgezeichnet. Tatsächlich werden die Nägel dann, um den Nageldurchmesser
verschoben.
Bei Holzarten mit erhöhter Spaltgefahr (z. B. Lärche), bei größeren
Nageldurchmessern und erschwerten Zugänglichkeiten, ist ein Vorbohren empfohlen.
Das Vorbohren gilt auch für Eichen- und Buchenholz.
Abbildung 70: Nagelverbindungen
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Abbildung 71: Nagelarten
Abbildung 72: Nagelverbindung mit 1,0 mm bis 1,7 mm dicken Stahlblechen ohne Vorbohrung der Nagellöcher
Stahlblech-Holz-Verbindungen
Eingelassene Stahlbleche in Verbindung mit Stabdüsen erfüllen ästhetische
Ansprüche.
Abbildung 73: Durchlaufender Unterzug, Stützenanschluss mit eingelassenem Stahlblech und Stabdübeln, Balkenanschluss mit Balkenschuh
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Sie werden vor allem im sichtbaren, unverkleideten Holzwerk von Wohnbauten
eingesetzt.
Stahlblech-Holz-Verbindungen sind teure Verbindungen.
Für Fachwerkträger, die aus Stäben gleicher Breite zusammengesetzt sind, können
als Knotenbleche außenliegende, vorgebohrte oder vorgestanzte Lochplatten
eingesetzt werden. Die Nägel werden manuell oder mit Pressluftgeräten in die
vorbereiteten Löcher eingetrieben. Die Lochplatten sind meist 2 mm dick.
Abbildung 74: Lochplatten
Die Entwicklung von Nagelplatten ist ein weiterer Schritt zur maschinellen und
automatisierten Fertigung im Holzbau. Nagelplatten entstehen aus 1 bis 2 mm
dickem Stahlblech durch teilweises Ausstanzen von schmalen Zungen oder Zähnen,
die einseitig rechtwinklig nach außen gebogen werden.
Alle dünnen Stahlblechteile unterliegen einer erhöhten Gefährdung durch Korrosion.
Abbildung 75: oben: Nagelplatte; Mitte: Nagelplattenknoten; unten: Baustellenstoß mit Nagelplatten
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Schrauben
Holzschrauben dienen als tragende Verbindungsmittel.
Sie müssen einen Durchmesser von mindestens 4 mm haben.
Profilierte Nägel
Mit profilierten Nägeln lassen sich die Vorteile des glattschaftigen Drahtnagels und
der Schraube zum Teil kombinieren.
Die Haftfestigkeit der Schraubnagelverbindung lässt auch nach der
Holzaustrocknung nicht nach.
Klammern
Jüngstes Verbindungsmittel
Sie können als Doppelnagel aufgefasst werden.
Der Klammerrücken soll mindestens 30° zum Faserverlauf gedreht sein, um der
Spaltgefahr zu begegnen.
Abbildung 76: Nägel, Schrauben, Klammern
a) Glatter Drahtnagel; b) Schrauben; c) Schrauben; d) Schrauben; e) profilierter Gewindenagel; f) profilierter Rillennagel; g) Klammer
Stahlformteile
Eine erhebliche Vereinfachung für das Zusammenfügen von Holzbalken und Stützen
aus Vollholz oder Brettschichtholz zu räumlichen Skelettsystemen bringt die
Verwendung von Formteilen aus korrosionsgeschütztem Stahlblech.
Die wichtigsten Elemente sind:
o Balkenschuhe zum Anschluss von Trägern an Stützten und Balken
o Sparrenpfettenanker zum Anschluss von durchlaufenden Trägern an Balken
o Winkelstücke zum Anschluss von Riegeln an Stützen, Stützen an Schwellen
Es entfallen dadurch komplizierte Schnittführungen und Holzquerschnitte brauchen
an den Anschlüssen nicht geschwächt zu werden.
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Sie werden von der Industrie in allen erforderlichen Abmessungen angeboten. In der
Regel liegen bauaufsichtliche Zulassungen vor.
Abbildung 77: Holzverbindungen mit geformten Stahlblechteilen
4.4.3 Leimverbindungen
Leimverbindungen sind zur Ausbildung von Fachwerkknoten und Rahmenecken
geeignet.
Tragende Leimverbindungen dürfen aber nur von staatlich anerkannten
Lizenzinhabern hergestellt werden, die über entsprechende erforderliche
Werkseinrichtungen verfügen.
Leimverbindungen sind unnachgiebig.
Bei Belastung treten keine Verschiebungen in der Anschlussfuge auf.
Abbildung 78: Zug- und druckfeste geleimte Längsverbindungen von Brettern
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Abbildung 79: Geleimter Fachwerkträger
4.5 Anwendungen des Holzbaus
Abbildung 80: Reines Sparrendach (links: Konstruktion, rechts: statisches System)
Abbildung 81: Pfettendach - einfach stehender Dachstuhl mit horizontal unverschieblichem Auflager bei der Fußpfette. Zur Längsaussteifung werden Windrispen und Kopfbänder angeordnet.