Entwicklung neuartiger Knotenverstärkungen von Holztragwerken

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Bearbeiter

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf, Dipl.-Ing. Dennis Röver

Ziel des Projektes ist es, die Voraussetzungen für neuartige Bauweisen im Holzbau zu schaffen, um so die Grundlagen für die Zunahme des Holzbaus, verbunden mit seinen ökologischen Vorteilen, zu legen. Konkret soll dazu die Tragfähigkeit und die Gebrauchstauglichkeit hybrider Knotenausbildungen aus nativem Holz und Brettschichtholz verstärkt mit Holzwerkstoffen erforscht werden. Ziel ist, architektonisch anspruchsvolle, gelenkige Anschlüsse so auszubilden, dass sie konstruktiv einfach hergestellt werden können bei gleichzeitig hoher Fähigkeit zur Lastübertragung.

Die Aufgabenstellung besteht in der Entwicklung neuer Knotenverstärkungen von Holztragwerken durch Addition hochfester Holzwerkstoffe und deren Erforschung hinsichtlich Eigenschaften und Einsatz in neuartigen Bauweisen. Die geplante Entwicklung eröffnet die Möglichkeit, an maßgebender Stelle Einfluss auf die Tragfähigkeit des Gesamtsystems zu nehmen und diese zu steigern. Durch das Hinzufügen eines gegenüber dem nativem Holz festeren Materials an den Anschlussstellen eines Holzstabes kann bei der durch die Knotenverbindung immer vorhandenen Querschnittsschwächung der übertragbare Kraftanteil so gesteigert werden, dass die volle Tragfähigkeit des Bruttoquerschnitts des Stabes genutzt werden kann. Damit entstehen filigrane und elegante Holztragwerke, mit denen technologisch avancierte Lösungen im Holzbau öffentlichkeitswirksam umgesetzt werden können, um damit zu zeigen, wie umweltverträgliche und ressourcenschonende Gebäude und Konstruktionen heute verstanden werden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden verschiedene Varianten zur Verstärkung von Baueilanschlüssen mit Kunstharzpressholz erarbeitet, diskutiert und untersucht.
Kunstharzpressholz ist ein hochfester, hochdichter Holzwerkstoff. Er basiert auf Buchenfurnieren der Rotbuche (Fagus sylvatica), die unter hohem Druck, hoher Temperatur und unter Verwendung von Phenolharzen dauerhaft miteinander verbunden werden. Das Material zeichnet sich, je nach Orientierung der einzelnen Furniere und in Abhängigkeit der bei der Herstellung angewandten Prozessparameter, durch sehr gute mechanische Eigenschaften, wie hohe Zug- Druck- Biege- und Lochleibungsfestigkeiten, durch einen hohen Emodul, durch eine geringe Wasseraufnahmefähigkeit und durch eine hohe Resistenz gegenüber holzzerstörenden Pilzen sowie gegenüber holzzerstörenden Insekten aus.

Innerhalb des Forschungsprojektes wurden verschiedenen Möglichkeiten der Längsverbindung zwischen Kunstharzpressholz und nativem Nadelholz zwecks Realisierung hochfester Bauteilanschlüsse untersucht. Dabei wurden sowohl an Stichproben von Schäftungsverbindungen als auch an Stichproben von Keilzinkenverindungen zahlreiche Festigkeitsprüfungen durchgeführt.
Es hat sich gezeigt, dass vor allem die Keilzinkenverbindung hohes Potential zur festen und dauerhaften Verklebung der beiden unterschiedlichen Materialien aufweist. Unter erhöhter Holzfeuchte und selbst nach einer Lagerung in kochendem Wasser und anschließender Bauteilprüfung, zeigten sich hohe Klebfestigkeiten an allen Stichproben.
An Hand von Bauteilversuchen im Maßstab 1/1 wurde untersucht inwieweit die Ergebnisse der Kleinversuche zur Keilzinkenfestigkeit und Lochleibungsfestigkeit sich auf baupraktische Abmessungen übertragen lassen.

Die Auswertung der bisher vorliegenden Daten hat gezeigt, dass die hohen Keilzinkenfestigkeiten, die in kleinmaßstäblichen Versuchen ermittelt werden konnten auch in baupraktisch relevanten Abmessungen vorliegen. Gegenwärtig scheint es möglich mit den im Forschungsprojekt entwickelten Bauteilanschlüssen Stabverstärkungen für Nadelholz der Festigkeitsklassen C16, C24 und C30 zu realisieren.