Standardisiertes Holzbauelement im Hallenbau
Ressourceneffizienz mit Buchenholz niedriger Qualität (ResBu)
Gefördert durch:
CZS-Stiftung Förderkennzeichen P2021-09-001
1 Projektleitung
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau Fachbereich Architektur
- Fachgebiet Tragwerk und Material, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf
2 Vorhabenbeteiligte
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau Fachbereich Architektur,
- Fachgebiet Tragwerk und Material, Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf
3 Sachbearbeiter
- Dipl.-Ing. Wenchang Shi
4 Industrie
- Pollmeier Massivholz GmbH & Co.KG, Creuzburg
- LEITZ GMBH & CO. KG, Oberkochen
- Deutsche Holzveredelung Schmeing GmbH & Co. KG, Kirchhundem
5 Prüflabor
- t-lab Holzarchitektur und Holzwerkstoffe
- Labor für Holztechnik LHT, Hildesheim
6 Veröffentlichung
7 Ergebnisse
Bisher werden Buchenholzkomponenten keilgezinkt, mit der Schwierigkeit, dass das dies oft nur im Labormaßstab tragfähig umsetzbar ist. Grund dafür ist, im Vergleich zum Nadelholz, die geringe Klemmwirkung im Keilzinkenstoß beim Zusammenpressen aufgrund der Materialhärte sowie der Brettverwindung von Buchenholz beim Trocknen. Buchen-BSH-Träger sind möglich, wenn wenige Keilzinkenstöße über den gesamten, formstabilen Querschnitt mit Universal-Keilzinkenverbindungen ausgeführt werden. Solche Universal-Keilzinkenverbindungen finden bei Buchenholzkomponenten bisher keine Anwendung. Forschungsinhalt war konkret die Entwicklung eines Zinkenprofils für Universal-Keilzinkenverbindungen von Buchenholzkomponenten (Bu-BSH und Bu-FSH).
Das Ergebnis ist eine Neuentwicklung von zwei Zinkenfräsern durch die Zusammenarbeit mit der Firma Leitz. Die beiden neuen Zinkenfräser weisen ein Softline-Profil auf und haben jeweils eine Zinkenlänge von 28 mm (für Bu-nQ) und 40 mm (für BauBuche). Durch Optimierung des Zinkenprofils kann der effektive Wirkungsgrad dieser zwei neuen Zinkenprofils in Buchenbrettern jeweils 77 % und 82 % erreichen [1].
Tabelle 1: Ermittlung des effektiven Wirkungsgrads für die untersuchten Zinkenprofile. Der Wirkungsgrad wurde für einen Querschnitt von 100 x 20 mm² ermittelt. Die mechanischen Kennwerte wurden aus DIN EN 338:2017-07 [2] für D40 entnommen.
Abbildung 1: links: Fräser mit einem 40 mm langen Softline-Profil, rechts: Fräsen von Buchenbrettern mit diesem Fräser
Der maximale Einzelwert der Biegefestigkeit mit einer Keilzinkenlänge von 28 mm lag bei 73,5 N/mm² (siehe Abbildung 3). Ursache des Bruches war ein Versagen des Generalkeilzinken-stoßes in der Biegezugzone (siehe Abbildung 4). Es zeigte sich, dass die Versuchsserie mit dem Zinkenprofil 28 mm / 10 N/mm² Pressdruck die geringsten Streubreiten aufweist und damit den besten cha-rakteristischen Wert erzielte. Auch das Zinkenprofil 40 mm mit 4 N/mm² Pressdruck ergab überzeugende Ergebnisse.
Abbildung 2: Prüfkörper für 4-Punkt-Biegeprüfung
Abbildung 3: Biegefestigkeit für die keilgezinkten Bu-BSH in Abhängigkeit von den Pressdrücken und Zinkenprofilen. *: der Pressdruck wurde beim Auftreten eines Spaltens im Bereich der Keilzinkung nach Fertigung des ersten Prüfkörpers bei allen weiteren Prüfkörpern auf 4 N/mm² verringert.
Abbildung 4: links: Versagen der Universalkeilzinkenverbindung im Feldmittel des Prüfkörpers, rechts: Holzversagen im Zinkengrund (Nettoquerschnitt) der beiden untersten Lamellen und Versagen in den Klebfugen
8 Zusammenfassung
Dieser Forschungsvorhaben trägt nicht nur dazu bei, endloslange Buchenholzkomponenten durch Universal-Keilzinkenverbindungen herzustellen, sondern eröffnet auch die Möglichkeit, standardisierte Hallenträger mit einem I-förmigen Querschnitt über 18 m Spannweite einzusetzen. Durch diese innovative Herangehensweise wird nicht nur die Tragfähigkeit und Strukturstabilität der Bauteile verbessert, sondern es ergeben sich auch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Hallenbau.
Darüber hinaus hat die Forschung ermöglicht, endlose Buchenfurnierschichtholz-Komponenten als Gurte in Fachwerkträgern großer Spannweite zu integrieren. Diese Erweiterung trägt dazu bei, effektive und nachhaltige Strukturen zu schaffen, indem Buchenholz in großem Umfang für architektonisch anspruchsvolle und belastbare Tragwerke genutzt wird.
Die Vielseitigkeit dieses Ansatzes ermöglicht somit nicht nur die Realisierung hochwertiger Hallenträger, sondern auch die Kreislaufeffektivität und Nutzungsneutralität im Bereich der Bauindustrie.
Abbildung 5: Bespielhafte Darstellung der Einsatzmöglichkeit des I-profilierte Buchenholzträgers für Hallentragwerke
9 Literatur
1. Shi, W.; Graf, J. (2024) Kreislaufeffektives Bauen im Holzbau: Innovative I-profilierte Buchenholzträger für Hallentragwerk. In: Tagungsband des 21. holztechnologischen Kolloquiums Dresden. Technische Universität Dresden, Dresden, S 48–55
2. DIN EN 338:2016-07, Bauholz für tragende Zwecke - Festigkeitsklassen; Deutsche Fassung EN 338:2016. Beuth Verlag GmbH, Berlin. doi:10.31030/2463437
