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Die Holzmassivbauweise am Beispiel von Brettsperrholz

Gerhard Schickhofer
Im Gegensatz zum konventionellen Holzbau, dessen stabförmige Konstruktionsglieder nach einer eindeutigen Tektonik, d.h. nach einer ablesbaren Logik des Baugefüges verlangen, ist das Brettsperrholz ein indifferentes Material. Es ist nahezu beliebig formbar und problemlos von Industrierobotern bearbeitbar. In der Massivbauweise von z.B. Außenwänden ist die Dämmebene klar von der Tragstruktur getrennt. Im Gegensatz zur Leichtbauweise, wo mit Tafeln beplankte, stabförmige Produkte für die Lastabtragung verantwortlich sind, werden bei der massiven Bauweise großformatige, flächenhafte Elemente eingesetzt.

Bei der Massivbauweise ist zumeist keine Dampfbremse bzw.-sperre erforderlich. Im Vergleich zur Leichtbauweise können hohe speicherwirksame Massen vorliegen, sofern diese nicht durch Vorsatzschalen und Installationsebenen »weggedämmt« werden. Die durch die Verwendung von massiven, flächenhaften und lastabtragenden Platten- und Scheibenelementen geprägte Holz-Massivbauweise mit Brettsperrholz zeichnet sich bei entsprechender Fügetechnik gewöhnlich durch eine hohe Gebäudesteifigkeit aus.

Mit dem »neuen« Holzbau aus massiven Elementen wächst auch die architektonische Herausforderung und die Frage erscheint interessant, inwieweit die technologischen Besonderheiten sich auf die architektonische Gestalt auswirken werden.

 

 

 

Das Produkt Brettsperrholz (BSP)

Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Brettsperrholz (BSP) sind sägeraue Bretter, welche vorwiegend aus den Stammrandzonen eingeschnitten werden. Die somit verwendete Brettseitenware - in Sägerkreisen, bedingt durch geringere Wertschöpfung eher als »minderwertiges« Schnittholz angesehen - besitzt jedoch gewöhnlich die besten Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit.

Die Breite der Einzelbretter von BSP-Platten reicht normalerweise von 80mm bis 240mm, die Dicke von 10mm bis maximal 35mm. Gegenwärtig werden die Nadelholzarten Fichte, Kiefer, Lärche und Tanne zu BSP-Platten verarbeitet. Laubholzarten, wie z.B. Esche und Buche könnten folgen.

Die vierseitig gehobelten Brettlamellen können einen parallelen, profilierten oder konischen Kantenverlauf aufweisen. Der typische Aufbau einer BSP-Platte erfolgt mit zueinander in einem Winkel von 90° orientierten Brettlagen bzw. Einschichtplatten. Auch eine Orientierung der Brettlagen z.B. im Winkel von 45° ist denkbar. Der quasi starre Verbund der einzelnen Einschichtplatten erfolgt durch eine flächenhafte Verklebung. Um dies zu erreichen, wird ein entsprechendes Auftragsystem für den Klebstoff empfohlen. Zudem sollte der klebstoffabhängige Pressdruck während des Pressvorganges eingehalten werden.

Die Größe und Form der BSP-Elemente wird durch einschränkende Vorgaben hinsichtlich Produktion, Transport und Montage bestimmt. Für leicht gekrümmte BSP-Elemente sind die Stärken der Einschichtplatten auf das gewünschte Krümmungsmaß abzustimmen. Der max. Biegeradius steht in Zusammenhang mit den Schichtstärken sowie der charakteristischen Biegefestigkeit der Brettlamellen und sollte entsprechend den Anforderungen der en 386 wie für gekrümmte BSH-Bauteile eingehalten werden.

Unterschiedliche Kombinationen von Längs- und Querlagen eines BSP-Elementes ermöglichen eine Vielzahl mehrschichtiger Plattenaufbauten, die entsprechend den statisch-konstruktiven als auch brandschutztechnischen Anforderungen optimiert werden können. Für eine gute Querverteilung können Platten mit z.B. ausgeglichenen Biegesteifigkeiten in Längs- und Querrichtung aufgebaut werden. Mit 3 (5)-schichtigen Querschnittsaufbauten sind Plattenstärken bis rund 100 (170)mm möglich. Die Anforderungen an die Herstellung der einzelnen BSP-Produkte sowie die Richtlinien zur Verwendung der Elemente als tragende und aussteifende Bauteile sind in den entsprechenden Zulassungen geregelt. Die Verwendung von BSP ist nur in den Nutzungsklassen 1 und 2 nach din en 386 zulässig.

BSP-Platten werden grundsätzlich als industriell gefertigte Rohware in Nicht-Sichtqualität hergestellt. Möchte man die Plattenoberflächen in Sichtqualität, so ist eine entsprechende Decklagenausführung erforderlich, wobei diese je nach Eigenschaften als mittragend oder nicht mittragend berücksichtigt werden kann.

Der Einsatz
Die Holz-Massivbauweise mit Brettsperrholz (BSP) ist geprägt durch den lastabtragenden Einsatz von massiven, mehrschichtig aufgebauten Elementen, welche in den Hauptachsen große Abmessungen gegenüber der Bauteildicke aufweisen (2D-Bauteile). Die flächenhaften BSP-Tragelemente wirken je nach Belastungssituation als Platte und oder Scheibe.

Durch den Querschnittsaufbau von BSP - gewöhnlich zueinander im rechten Winkel angeordnete Einschichtplatten (und damit der Brettlamellen) - kann ein entsprechendes Längs- und Quertragverhalten mit einem einzigen Plattenelement erzielt werden. Zufolge einer - abhängig vom Querschnittsaufbau - produzierbaren Lastverteilungskapazität ist die Einleitung von Einzellasten in jedem Punkt möglich. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von BSP zeigen sich an der BSP-Produkte- und Bauteilvariabilität. So können nicht nur großformatige Außen- und Innenwände sowie Dach- und Deckenelemente realisiert werden, sondern sowohl Stiegenläufe und Balkonplatten als auch stabförmige lastabtragende Bauteile wie Überlager, Unterzüge und Stützen.

Die Stärke eines für einen mehrgeschoßigen Wohnbau (bis max. 3 Geschoße) gewöhnlich eingesetzten 5-schichtigen BSP-Wandelementes beträgt erfahrungsgemäß rund 95 mm (Orientierungshilfe). Die Mindeststärke für tragende, massive Wandbauteile ist zwar produkt- und damit kenngrößenabhängig, sollte jedoch generell nicht unter 75 mm liegen (Empfehlung).

Mit 5-schichtigen BSP-Deckenplatten mit d = 125 - 160mm sind je nach Platten- und Deckenaufbau sowie Beanspruchungshöhe, Spannweiten zwischen 4 und 5m wirtschaftlich realisierbar. Für größere Spannweiten und höhere Wandelemente ohne Zwischenstützung eignen sich Rippenplatten mit aufgeleimten BSH-Trägern oder Kastenquerschnitte mit BSH-Stegen.

Die massiven Wand-, Decken- und Dachelemente können exakt und individuell nach Plan gefertigt werden und lassen sich gewöhnlich mit einer systematisierten und einfachen Verbindungstechnik zusammenfügen. Langwieriges Ausrichten oder Einpassen auf der Baustelle entfällt. Dämmungen, Vorsatzschalen und Fassadenelemente können leicht am BSP-Element befestigt werden (schnelle Montage).

Realisierung der Aussteifung
Die Gebäudeaussteifung erfolgt durch aussteifende Wände aus BSP-Elementen, welche in Kombination mit den Geschoßdecken ein steifes, dreidimensionales Tragwerk bilden. Die horizontale Aussteifung setzt eine kraftschlüssige Verbindungstechnik der einzelnen Elemente voraus.

Die erforderliche Anzahl und Lage der aussteifenden Elemente eines Gebäudes wird von der Bauwerksgeometrie, dem Querschnittaufbau sowie der Geometrie der einzelnen aussteifenden Elemente und den horizontalen Lasteinwirkungen (Erdbeben, Wind) bestimmt.

Für die Ableitung von horizontalen Lasten ist neben der Art der Verbindungstechnik, vor allem die unbeeinflusste Wandlänge bestimmend (Seiten: Höhen- Verhältnis der Wand). Große Wandöffnungen (Fenster, Türen), welche die vertikale und horizontale Lastabtragung unterbrechen, stören die Scheibentragwirkung der Wand.

Da massive Wandelemente wesentlich »steifer« sind als beispielsweise Wände in Leichtbauweise (Rahmenbau), kann die Anzahl und Länge der aussteifenden Wandscheiben reduziert werden. Ein entsprechender Nachweis ist aber dennoch Grundlage jeder statisch-konstruktiven Bearbeitung.

Text: 
Gerhard Schickhofer
Studium des Bauingenieurwesens an der TU Graz.
Seit 1990 am Institut für Stahlbau, Holzbau und Flächentragwerke tätig.
1994 Promotion an der TU Graz. Seither Aufbau zahlreicher Forschungsschwerpunkte, wie z. B. »Holz-Massivbauweise«, »Sortierung und Festigkeit« »Holz im Brückenbau«.
Seit 1999 venia docendi für den Fachbereich »Holzbau und Holztechnologie« und Initiator des Aufbaus eines Kompetenzzentrums K-Ind »Holz*Bau*Physik« im Bautechnikzentrum (BTZ) der TU Graz.
Seit 2001 koordinierender Leiter des BTZ und Leiter der Arbeitsgruppe »Holzbau und Holztechnologie«. Zahlreiche Veröffentlichungen und Vorträge zu verschiedenen Themen rund um den Werkstoff Holz.


Gerhard Schickhofer 
Ao.Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. 
Lessingstraße 25 / III
A-8010 Graz
T +43 (0) 316 873 6702
F +43 (0) 316 873 6707
gerhard@steel.tu-graz.ac.at

Text

Gerhard Schickhofer
  • Studium des Bauingenieurwesens an der TU Graz
  • 1994 Promotion an der TU Graz mit dem Dissertationsthema »Starrer und nachgiebiger Verbund bei geschichteten, flächenhaften Holzstrukturen«
  • Seither Aufbau zahlreicher Forschungsschwerpunkte, wie z. B. »Holz-Massivbauweise«, »Sortierung und Festigkeit«, »Holz im Brückenbau«
  • seit 1999 venia docendi für den Fachbereich »Holzbau und Holztechnologie« sowie wissenschaftlicher Leiter und Geschäftsführer der holz.bau forschungs gmbh (Kompetenzzentrum) im Bautechnikzentrum (BTZ) der TU Graz
  • seit 2001 koordinierender Leiter des BTZ und Leiter der Arbeitsgruppe »Holzbau und Holztechnologie«
  • Zahlreiche Veröffentlichungen und Vorträge zu verschiedenen Themen rund um den Werkstoff Holz
  • Leiter des Institutes für Holzbau und Holz­ technologie an der Fakultät für Bauingenieur­wesen der tu Graz
  • www.lignum.tu-graz.ac.at