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Vom Nagel zur Schraube

Zwei außen liegende Stahlblech-Holz-Verbindungen im Vergleich

Gordian Kley
Erschienen in
Zuschnitt 60: 25 Jahre (pro) Holz
Dezember 2015, Seite 22f.

Nicht nur der Laie hat das Bild eines runden Drahtstiftes vor Augen, wenn er den Begriff »Nagel« hört. Auch der Zimmermann denkt im Allgemeinen an den klassischen 65er-Nagel, also an einen hundsgewöhnlichen Drahtstift.

Dabei brachte die Entwicklung des Nagels schon seit Jahrzehnten sogenannte Sondernägel hervor, die sich sowohl in ihrer Gestalt und Profilierung als auch in ihrer Tragfähigkeit deutlich von den ursprünglichen Drahtstiften unterscheiden. Rillennagel heißt die wichtigste Gattung unter den Sondernägeln, die eine sehr weite Verbreitung gefunden hat, nicht zuletzt wegen ihres obligatorischen Einsatzes beim Befestigen der unter Holzbauern so hassgeliebten Nagelbleche, Blechwinkel, Balkenschuhe und dergleichen mehr. Generell können Nägel eingesetzt werden, wenn ein Holz, eine Holzwerkstoffplatte oder ein Blech an ein benachbartes Holz befestigt werden soll, das direkt und flächig anliegt. Die Nägel wirken dabei im Wesentlichen »auf Abscheren«, wobei der Nagel quer zu seiner Schaftachse beansprucht wird. Nägel eignen sich ausdrücklich nicht für Beanspruchungen »auf Herausziehen«, also für Zug in Richtung der Nagelachse.

Mit aufgenagelten Nagelblechen lassen sich nach wie vor hochleistungsfähige Verbindungen schaffen. Bleche lassen sich aber auch schon länger mit Schrauben auf Holz aufbringen. Sie haben jedoch im Falle der Beanspruchung »auf Abscheren« nur Nachteile gegenüber dem Nagel: weniger Tragfähigkeit bei höherem Preis. Doch warum beobachten wir dann eine Entwicklung »vom Nagel zur Schraube«?

Durch die rasante Weiterentwicklung der klassischen Holzschraube hin zu langen Vollgewindeschrauben lassen sich Verbindungsbleche mittlerweile noch wirksamer als mit Nägeln auf Holz aufbringen, allerdings nur unter bestimmten Bedingungen.

Entscheidend für die überragende Effizienz einer Schraubverbindung ist nämlich, dass die Schraube im Gegensatz zum Nagel »auf Herausziehen« beansprucht werden kann, also auf Zug in Richtung der Schraubenachse. Damit das beim Aufschrauben von Zugblechen auch gelingt, muss die Schraube schräg ins Holz eingedreht werden, womit sie über den entstehenden geometrischen Umweg im Kräftedreieck zunächst einmal rund 30 Prozent an Wirkung verliert. Mehr als kompensiert wird der Verlust aus dem schrägen Einschrauben aber durch die Verwendung von Schrauben mit großer Länge und von Schrauben mit Vollgewinde – also mit Gewinde über die ganze Schraubenlänge. 
Für Belastung »auf Zug« sind lange Vollgewindeschrauben unschlagbar. Das entscheidende Kriterium ist dabei nicht mehr das Herausziehen der Schraube aus dem Holz, sondern das Abreißen im Schraubenschaft.

Mit solchen Schrauben lässt sich die Anzahl der notwendigen Verbindungsmittel in einem zwei Hölzer verbindenden Zugblech in Abhängigkeit vom Schraubendurchmesser bis zum Faktor 5 reduzieren (6er-Rillennagel im Vergleich mit 10er-Vollgewindeschraube)  selbstverständlich nur, wenn für die langen Schrauben auch eine ausreichende Holzdicke zur Verfügung steht.

Voraussetzung für die Entwicklung solcher Schraubenanschlüsse war die Erforschung der Tragfähigkeit dieser Anschlüsse sowie die verfügbare Technologie für die Herstellung von Schrauben und Schraubern. Denn schlussendlich müssen solch kräftige Schrauben ja auch auf der Baustelle eingedreht werden können. Heute stehen mit unglaublich kräftigen Akku- und Pressluftschraubern Geräte zur Verfügung, die sich allesamt über eine Drehmomentbegrenzung steuern lassen.

Anhand der beiden folgenden Projekte – der Produktionshalle in Jenbach und dem Werkraumhaus in Andelsbuch – soll die geschilderte Entwicklung beim Aufbringen von Stahlblech-Zuglaschen auf Holzträger verdeutlicht werden.

Zugblech mit Vollgewindeschrauben – aufgeschraubt

Die Flachdachkonstruktion wurde als Trägerrost aus Biegebalken ausgebildet und in Kombination von bsp und bsh werkseitig hergestellt. Die biegesteifen Verbindungen der Träger wurden in den Kreuzungspunkten mit aufgeschraubten (schmalen, dicken) Zugblechen hergestellt.

Zugblech mit Rillennägeln – aufgenagelt

Produktions- und Lagerhalle für Brettschichtholz

Freitragendes Faltwerk aus 33 Schiffen, die aus großformatigen Hohlkastenelementen auf der Baustelle am Boden zusammengebaut wurden. Die Zugstöße der Untergurte der 43 Meter weit gespannten Dachbinder wurden mit aufgenagelten (breiten, dünnen) Zugblechen ausgebildet.

Schrauben

Schrauben sind als absolute Massenware mittlerweile auch sehr preisgünstig einzukaufen. Mit dem Einzug des sehr leichten und handlichen Akkuschraubers hat die Schraube ihren Siegeszug angetreten. Denn der Hemmschuh Kabel (Verlegung, Nachziehen etc.) fällt auf der Baustelle weg. Die Schraube ist universeller, schonender und dosierbarer einzusetzen als der Nagel. Selbst Sparrennägel werden heute durch Schrauben ersetzt, die trotz der großen Länge mit Akkuschraubern eingedreht werden können. Mit den aktuellen Schrauben sind Verbindungen möglich, die mit Nägeln nicht möglich waren: Schrägschrauben für den Querkraftanschluss (statt Balkenschuh), VG-Schrauben zur Querzugvermeidung (statt eingeklebter Gewindestangen) etc.

Nägel

Nägel sind für den Baumeister im Schalungsbau immer noch vorherrschend. Denn beim Ausschalen kann er die von der Schalungsseite (= Betonseite) genagelte Verbindung wieder auseinanderziehen. Eine Schraubverbindung kann nicht auseinandergezogen werden, und so müsste er beim Ausschalen die Schalplatten zerstören.

Fotos

© merz kley partner, Christof Lackner, Ralph Feiner

Text

Gordian Kley
ist Tragwerksplaner und Partner im Büro merz kley partner. 1966 geboren, studierte er nach einer Zimmererlehre Bauingenieurwesen in Karlsruhe. Seit 1995 arbeitet er in Vorarlberg und seit 1999 in Büropartnerschaft mit Konrad Merz.

Werkraum Bregenzerwald

Standort

Hof 800, Andelsbuch/A

[auf Google Maps anzeigen]


Bauherr

Werkraum Bregenzerwald, Andelsbuch/A, www.werkraum.at

Planung

Peter Zumthor, Haldenstein/CH

Holzbau

Kaufmann Bausysteme GmbH (Planung), Reuthe/A, www.kaufmannbausysteme.at;
Kaufmann Zimmerei und Tischlerei GmbH (Ausführung), Reuthe/A, www.kaufmannzimmerei.at

Statik

merz kley partner zt Gmbh, Dornbirn/A, www.mkp-ing.com

Fertigstellung

Juli 2013

Produktions- und Lagerhalle für Brettschichtholz

Standort

Jenbach/A

[auf Google Maps anzeigen]


Bauherr

Binderholz GmbH, Fügen/A, www.binderholz.com

Planung

Josef Lackner

Statik

merz kley partner, Dornbirn/A, www.mkp-ing.com

Holzbau

Kaufmann Bausysteme GmbH, Reuthe/A, www.kaufmannbausysteme.at

Fertigstellung

1996