2.3.2 Stahlarten Baustahl z. B.: S 235; S 355 ... · Lignin ca. 20 – 30 % Harze ... Physikalische Eigenschaften dieser chemischen Verbindungen • Zellulose: natürliches Polymer

Baustoffe und Dichtungsmaterialien Seite 41

TU Bergakademie Freiberg Univ.-Prof. Dr.-Ing. F. Dahlhaus Lehrstuhl für Massivbau und Baukonstruktion Dr.-Ing. K. Dombrowski-Daube

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



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



Abbildung 36: Verschiedene Walzstahlerzeugnisse

Abbildung 37: Klassifizierung des Spannstahls

2.4 Verbundverhalten von Beton und Stahl

Abbildung 38: Verbund zwischen Stahl und Beton



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.



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



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.



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



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



3.3 Außenwandkonstruktionen

Abbildung 50: Mauerwerk mit Wärmedämmverbundsystemen



Abbildung 51: Abfangekonstruktionen bei zweischaligem Mauerwerk (M. 1:10)



Abbildung 52: Abfangekonstruktionen bei zweischaligem Mauerwerk



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



Tabelle 12: Grundwerte ζ o der zulässigen Druckspannungen in MN/mm2



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)



• 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

http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Stamm.svg



• 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



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



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)



- 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



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.



E-Modul: Abhängig von Kraft- und Faserwinkel



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)



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)



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.



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



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.



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.



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.



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



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.



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



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



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



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.



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



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



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



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.



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



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.

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2.3.2 Stahlarten Baustahl z. B.: S 235; S 355 ... · Lignin ca. 20 – 30 % Harze ... Physikalische Eigenschaften dieser chemischen Verbindungen • Zellulose: natürliches Polymer