Holz im Hochbau: Theorie und Praxis 9783035607529, 9783035609363

Citation preview

Birkhäuser

Baukonstruktionen Sonderband

Herausgegeben von Anton Pech

Anton Pech Martin Aichholzer Matthias Doubek Bernd Höfferl Karlheinz Hollinsky Alexander Passer Martin Teibinger Richard Woschitz

Holz im Hochbau Theorie und Praxis unter Mitarbeit von Gerald Bauer Viola John Helmuth Kreiner Reinhold Steinmaurer

Birkhäuser Basel

Dipl.-Ing. Dr. techn. Anton PECH | Arch. Dipl.-Ing. Martin AICHHOLZER Zmstr. Dipl.-Ing. Matthias DOUBEK | Zmstr. Ing. Bernd HÖFFERL, MSc. Dipl.-Ing. Dr. techn. Karlheinz HOLLINSKY | Dipl.-Ing. Dr. techn. Martin TEIBINGER Dipl.-Ing. Dr. techn. Richard WOSCHITZ Wien, Österreich

Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Alexander PASSER, MSc. Graz, Österreich

unter Mitarbeit von Bmstr. Dipl.-Ing. Gerald BAUER | Dipl.-Ing. Reinhold STEINMAURER Wien, Österreich

Dr. sc. Viola JOHN | Dipl.-Ing. Dr. techn. Helmuth KREINER Graz, Österreich

Korrektorat: Karin Huck, Allschwil, Schweiz | Mag. Angelika Heller, Wien, Österreich Layout und Satz: Dr. Pech Ziviltechniker GmbH, Wien, Österreich Reihencover: Sven Schrape, Berlin, Deutschland Druck und Bindearbeiten: Holzhausen Druck GmbH, Wien, Österreich Library of Congress Cataloging-in-Publication data A CIP catalog record for this book has been applied for at the Library of Congress. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar. Der Abdruck der zitierten ÖNORMen erfolgt mit Genehmigung des Austrian Standards Institute (ASI), Heinestraße 38, 1020 Wien. Benutzungshinweis: ASI Austrian Standards Institute, Heinestraße 38, 1020 Wien Tel.: ++43-1-21300-300, E-Mail: [email protected] Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts. Dieses Buch ist auch als E-Book (ISBN PDF 978-3-0356-0752-9; ISBN EPUB 978-3-03560750-5) erschienen. © 2016 Birkhäuser Verlag GmbH, Basel Postfach 44, 4009 Basel, Schweiz Ein Unternehmen von Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston Gedruckt auf säurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. TCF  Printed in Austria ISSN 1614-1288 ISBN 978-3-0356-0936-3 987654321

www.birkhauser.com

Vorwort zur 1. Auflage Holz ist seit Jahrtausenden ein faszinierender Baustoff, der nicht nur als Werk- und Brennstoff, sondern auch für die Errichtung von Tragwerken und Gebäuden verwendet wurde. Holz ist ein natürlich gewachsener, organischer und inhomogener Werkstoff, der sich von anderen Baustoffen in vielerlei Hinsicht maßgeblich unterscheidet. Es ist hygroskopisch und anisotrop und die Themen Zeit und Alterung sind sehr wesentliche Qualitätskriterien. Die im Holzbau immer wieder auftretenden Problemkreise sind Feuchtigkeit, Schädlinge und Brandwiderstand, wobei die Vergangenheit gezeigt hat, dass selbst moderne Holzschutzmittel keine Möglichkeit darstellen, Fehlstellen mit mangelndem konstruktivem Holzschutz durch chemische Methoden zu kompensieren. Holz wird sowohl handwerklich, vorwiegend als Bauholz, aber auch veredelt bzw. industriell gefertigt als Holzwerkstoff eingesetzt. Durch die am Markt erhältlichen, technologisch erstklassigen Produkte wird ein hoher Vorfertigungsgrad bei gleichzeitig hohen Fertigungsqualitäten erzielt. Wie mit Holz gebaut werden soll, ist stets eine Frage, die bereits im Planungsprozess entschieden werden muss. Dabei ist speziell zu berücksichtigen, welche Besonderheiten die unterschiedlichen Arbeitsmethoden und Vorfertigungsgrade mit sich bringen. Die richtigen Informationen an die Planenden und Ausführenden sind hier meist entscheidend. Dieser Sonderband der Fachbuchreihe Baukonstruktionen soll oft komplex erscheinende Zusammenhänge bei Holzbauweisen auf einfache und verständliche Weise erläutern, in der Praxis gebräuchliche und erprobte Möglichkeiten darstellen und Vorurteile gegenüber modernen Holzbauweisen, aufbauend auf aktuellen Erfahrungen, entkräften. Auch wenn die Zusammenarbeit und Kooperation zwischen einzelnen holzspezifischen Vereinigungen und Verbänden nicht immer reibungslos erfolgt, ist es den Autoren gelungen, ein gemeinsames Werk zum Thema Holz im Hochbau zu verfassen und damit einen Versuch für eine höhere Marktakzeptanz des wie eingangs angeführten „faszinierenden Baustoffs Holz“ zu starten. Der Herausgeber

Vorwort zur 1. Auflage | V

Fachbuchreihe BAUKONSTRUKTIONEN Band 1:

Bauphysik 010.1 010.2 010.3 010.4 010.5 010.6 010.7

Band 1/1:

Bauphysik — Erweiterung 1

Band 2:

Tragwerke

2. Auflage 2012 Energieeinsparung und Wärmeschutz, Energieausweis — Gesamtenergieeffizienz 011|1 Grundlagen 011|2 Heizwärmebedarf 011|3 Beleuchtungsenergiebedarf 011|4 Kühlbedarf 011|5 Heiztechnikenergiebedarf 011|6 Raumlufttechnikenergiebedarf 011|7 Befeuchtungsenergiebedarf 011|8 Heiztechnikenergiebedarf – Alternativ 011|9 Kühltechnikenergiebedarf 011|10 Ausweis über die Gesamtenergieeffizienz 011|11 Tabellen 020.1 020.2 020.3 020.4 020.5 020.6 020.7 020.8

Band 3:

Band 5:

Band 6:

1. Auflage 2006 Grundlagen Gemauerte Wände Homogene Wände Pfeiler und Stützen Holzwände Trennwände

Decken 050.1 050.2 050.3 050.4 050.5 050.6

1. Auflage 2006 Grundlagen Massivdecken Holzdecken Verbunddecken Balkone und Loggien Unterdecken

Keller 060.1 060.2 060.3 060.4 060.5

1. Auflage 2006

Baugrund Erddruck Flachgründungen Tiefgründungen

Wände 040.1 040.2 040.3 040.4 040.5 040.6

1. Auflage 2007

Grundlagen Einwirkungen Sicherheit Linientragwerke Flächentragwerke Raumtragwerke Bauwerke Tabellen

Gründungen 030.1 030.2 030.3 030.4

Band 4:

1. Auflage 2004

Grundlagen Winterlicher Wärmeschutz Tauwasserschutz Sommerlicher Wärmeschutz Schallschutz Brandschutz Tabellen

1. Auflage 2006 Funktion und Anforderung Konstruktionselemente Feuchtigkeitsschutz Detailausbildungen Schutzräume

VI | Fachbuchreihe BAUKONSTRUKTIONEN

Band 7:

Dachstühle 070.1 070.2 070.3 070.4 070.5

Band 8:

Steildach 080.1 080.2 080.3 080.4 080.5 080.6

Band 9:

1. Auflage 2005

Grundlagen Typenentwicklung Funktionen und Anforderungen Verglasungs- und Beschlagstechnik Baukörperanschlüsse

Türen und Tore 120.1 120.2 120.3 120.4 120.5 120.6

Band 13:

1. Auflage 2005

Grundlagen Entwurfskriterien Barrierefreie Erschließungen Konstruktionsformen Aufzüge

Fenster 110.1 110.2 110.3 110.4 110.5

Band 12:

1. Auflage 2011

Grundlagen Konstruktionsschichten und Materialien Nicht belüftete Dächer Zweischaliges Dach Genutzte Dachflächen Dachentwässerung

Treppen / Stiegen 100.1 100.2 100.3 100.4 100.5

Band 11:

1. Auflage 2015

Grundlagen Dachdeckungen und Materialien Ungedämmte Dachflächen Gedämmte Dachflächen Metalldeckungen Dachentwässerung

Flachdach 090.1 090.2 090.3 090.4 090.5 090.6

Band 10:

1. Auflage 2005

Holztechnologie Dachformen, Beanspruchungen Verbindungsmittel Dachstuhlarten Sonderformen

1. Auflage 2007

Grundlagen Funktionen und Anforderungen Materialien Beschläge und Zusatzbauteile Türkonstruktionen Torkonstruktionen

Fassaden 130.1 130.2 130.3 130.4 130.5 130.6 130.7

1. Auflage 2014

Grundlagen und Anforderungen Putzfassaden Wärmedämmverbundsysteme Leichte Wandbekleidung Massive Wandbekleidungen Selbsttragende Fassaden Glasfassaden

Band 14:

Fußböden

in Vorbereitung

Band 15:

Heizung und Kühlung

1. Auflage 2005

150.1 150.2 150.3 150.4 150.5 150.6 150.7

Grundlagen Wärmeversorgungsanlagen Abgasanlagen Kälteversorgungsanlagen Wärme- und Kälteverteilung Planung von Heizungs- und Kühlungssystemen Nachhaltigkeit

Fachbuchreihe BAUKONSTRUKTIONEN | VII

Band 16:

Lüftung und Sanitär 160.1 160.2 160.3 160.4 160.5 160.6 160.7 160.8

Band 17:

Elektro- und Regeltechnik 170.1 170.2 170.3 170.4 170.5 170.6 170.7 170.8

Sonderband:

Sonderband:

Sonderband:

1. Auflage 2015

Ziegelarchitektur Baustoffe, Produkte Bauphysik Gebäudephysik Mauerwerk – ein Verbundwerkstoff Mauerwerksbemessung Ausführung, Verarbeitung, Details Nachhaltigkeit

Holz im Hochbau 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

2. Auflage 2009

Problematik Verkehr Planungsprozess Gesetzliche Rahmenbedingungen Entwurfsgrundlagen Garage Entwurf Bauwerk Mechanische Parksysteme Oberflächengestaltung Technische Ausrüstung Benützung und Betrieb Ausführungsbeispiele

Ziegel im Hochbau 1 2 3 4 5 6 7 8

1. Auflage 2007

Grundlagen der Elektrotechnik Erdungs- und Blitzschutzanlagen Stromversorgung Schalter, Steckgeräte, Leuchten, Lampen Messwertgeber und Stellgeräte Mess-, Steuer- und Regelanlagen Kommunikationsanlagen Planung Elektro- und Regelanlagen

Garagen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. Auflage 2006

Grundlagen der Lüftungs- und Klimatechnik Lüftungs- und Klimaanlagen Wärmerückgewinnung Planung von Lüftungs- und Klimaanlagen Begriffsbestimmungen zur Sanitärtechnik Wasserversorgung Entwässerung Planung von Sanitäranlagen

Holzarchitektur Holztechnologie – Baustoffe und Produkte Bauphysik Gebäudephysik Konstruktionen des Holzbaus Bemessung von Holzbauten Bauteile, Aufbauten und Details Ausführung und Vorfertigung Verarbeitung und Qualitätssicherung Ausschreibung Nachhaltigkeit

VIII | Fachbuchreihe BAUKONSTRUKTIONEN

1. Auflage 2016

Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau 1  Holzarchitektur ............................................................................................................................ 1  1|1  Zur Geschichte des Holzbaus .......................................................................................................... 2  1|2  Typologien und Systeme, Werkzeuge der Planung .................................................................. 9  1|3  Erscheinungsbild und Wahrnehmung ........................................................................................ 13  1|4  Vorfertigung und Serienfertigung .............................................................................................. 15  2  Holztechnologie – Baustoffe und Produkte ........................................................................ 19   2|1  Aufbau und Struktur des (Bau-)Holzes...................................................................................... 19  2|1|1  Rohstofflieferant Wald .................................................................................................... 19  2|1|2  Makroskopische Struktur, Wuchseigenschaften, Anisotropie.............................. 20  2|1|3  Mikroskopische Struktur ................................................................................................. 21  2|1|4  Chemischer Aufbau von Holz ........................................................................................ 24  2|1|5  Heimische Hölzer für den konstruktiven Hochbau ................................................. 24  2|2  Eigenschaften von Holz – Holzphysik ........................................................................................ 25  2|2|1  Grundlegende (physikalische) Eigenschaften ........................................................... 25  2|2|1|1  2|2|1|2  2|2|1|3  2|2|1|4 

Dichte (Rohdichte) ............................................................................................................ 25  Temperaturdehnung......................................................................................................... 26  Wärmeleitfähigkeit ........................................................................................................... 26  Brennbarkeit ....................................................................................................................... 27 

2|2|2  Elastomechanische Eigenschaften ............................................................................... 27  2|2|2|1  Festigkeit .............................................................................................................................. 27  2|2|2|2  Elastizitäts- und Schubmodul, Kriechverhalten...................................................... 27  2|2|2|3  Zusammenstellung elastomechanische Eigenschaften......................................... 28 

2|2|3  Feuchtetechnische Eigenschaften und ihr Einfluss................................................. 28  2|2|3|1  2|2|3|2  2|2|3|3  2|2|3|4 

Wassersättigung, Fasersättigung, Darrzustand ....................................................... 28  Hygroskopisches Gleichgewicht ................................................................................... 29  Luftfeuchtigkeit und Holzfeuchtigkeit im Fasersättigungsbereich .................. 30  Natürliche Dauerhaftigkeit ............................................................................................ 30 

2|2|4  Schwinden und Quellen .................................................................................................. 31  2|2|4|1  Gesamtschwindmaß ......................................................................................................... 31  2|2|4|2  Differenzielles Schwind- und Quellmaß .................................................................... 32  2|2|4|3  Dimensionsstabilisierende Maßnahmen .................................................................... 32 

2|2|5  Bestimmung der Holzfeuchte ........................................................................................ 33  2|2|5|1  Darrverfahren ..................................................................................................................... 33  2|2|5|2  Elektrische Messung ......................................................................................................... 33  2|2|5|3  Sonstige ................................................................................................................................ 34 

2|2|6  Werkstoffprüfungen ........................................................................................................ 35  2|2|6|1  2|2|6|2  2|2|6|3  2|2|6|4  2|2|6|5  2|2|6|6 

Druckfestigkeit ................................................................................................................... 35  Zugfestigkeit ....................................................................................................................... 36  Biegefestigkeit ................................................................................................................... 36  Scherfestigkeit ................................................................................................................... 36  Nagel- und Schraubenausziehwiderstand ................................................................ 37  Verklebungen – Eignung von Klebeverbindungen ................................................. 37 

2|3  Holztrocknung................................................................................................................................... 38  2|3|1  Natürliche Trocknung / Lufttrocknung....................................................................... 38  2|3|2  Technische Trocknung ..................................................................................................... 39  2|3|2|1  Grundprinzipien der Konvektionstrocknung............................................................ 39  2|3|2|2  Trocknungsfehler............................................................................................................... 40 

2|3|3  Gebrauchsfeuchtigkeit .................................................................................................... 42  2|4  Holzschädlinge und Holzschutz ................................................................................................... 42  2|4|1  Gefährdungsklassen ......................................................................................................... 42  2|4|2  Holzschädlinge ................................................................................................................... 42  2|4|2|1  Holzverfärbende Pilze ...................................................................................................... 43  2|4|2|2  Holzzerstörende Pilze....................................................................................................... 43  2|4|2|3  Tierische Schädlinge (Insekten) .................................................................................... 44 

Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau | IX

2|4|3  Grundprinzip Holzschutz – vorbeugende Maßnahmen ......................................... 45  2|4|3|1  Baulich-konstruktiver Holzschutz ............................................................................... 45  2|4|3|2  Chemischer Holzschutz ................................................................................................... 46 

2|4|4  Bekämpfung von Holzschädlingen .............................................................................. 47  2|5  Nomenklatur, Einteilung und Sortierung.................................................................................. 48  2|5|1  Bezeichnungen .................................................................................................................. 48  2|5|2  Einteilung und Sortierung von Holz ............................................................................ 49  2|5|2|1  Rundholz .............................................................................................................................. 49  2|5|2|2  Schnittholz gemäß der Festigkeit ................................................................................ 50  2|5|2|3  Schnittholz gemäß der Oberfläche ............................................................................. 51 

2|6  Holz und Holzwerkstoffe ............................................................................................................... 52  2|6|1  Produkte vorwiegend für die Primärkonstruktion .................................................. 53  2|6|1|1  2|6|1|2  2|6|1|3  2|6|1|4  2|6|1|5  2|6|1|6  2|6|1|7  2|6|1|8 

Festigkeitssortiertes Bauholz (MH) .............................................................................. 53  Keilgezinktes Konstruktionsvollholz (KVH) ............................................................... 54  Balkenschichtholz ............................................................................................................. 54  Brettschichtholz (BSH) .................................................................................................... 55  Kreuzholzbalken (Kreuzholz, Kreuzbalken)............................................................... 56  Brettsperrholz (BSP) ......................................................................................................... 56  Furnierschichtholz ............................................................................................................ 57  Spanwerkstoffe .................................................................................................................. 58 

2|6|2|1  2|6|2|2  2|6|2|3  2|6|2|4  2|6|2|5  2|6|2|6  2|6|2|7 

Hobelware............................................................................................................................ 58  Massivholzplatte breitenverleimt ................................................................................ 59  Mehrschichtplatten .......................................................................................................... 59  Sperrholz .............................................................................................................................. 59  OSB-Platten (Oriented Strand Board) ........................................................................ 59  Spanplatte ........................................................................................................................... 60  Holzfaserplatte................................................................................................................... 60 

2|6|2  Produkte vorwiegend zur Aussteifung und Beplankung....................................... 58 

2|6|3  Holzweichfaser-Putzträgerplatte ................................................................................. 61  2|7  Sonstige gängige Baustoffe für den Holzbau .......................................................................... 61  2|7|1  Dämmstoffe ........................................................................................................................ 61  2|7|1|1  Holzfaserdämmstoffe ...................................................................................................... 61  2|7|1|2  Mineralwolle ....................................................................................................................... 62  2|7|1|3  Zellulosedämmstoff .......................................................................................................... 62 

2|7|2  Bekleidungsstoffe.............................................................................................................. 62  2|7|2|1  2|7|2|2  2|7|2|3  2|7|2|4 

Gipskartonplatte ................................................................................................................ 62  Gipsfaserplatte ................................................................................................................... 63  Zementgebundene, bewehrte Leichtbetonplatte ................................................... 63  Holzwolle-Leichtbauplatte (HWL)................................................................................ 63 

2|7|3  Folien/Abdichtungen ........................................................................................................ 63  2|7|3|1  Dampfbremse ..................................................................................................................... 63  2|7|3|2  Diffusionsoffene Folie ..................................................................................................... 64 

3  Bauphysik ................................................................................................................................... 69  3|1  Wärmeschutz ..................................................................................................................................... 69  3|1|1  Wärmestrom, Wärmefluss .............................................................................................. 70  3|1|2  U-Wert ................................................................................................................................. 72  3|1|2|1  Berechnung homogene Bauteile.................................................................................. 72  3|1|2|2  Berechnung inhomogene Bauteile .............................................................................. 73  3|1|2|3  Vorabschätzung des U-Wertes ..................................................................................... 75 

3|2  Feuchteschutz ................................................................................................................................... 76  3|2|1  Wasserdampf ...................................................................................................................... 76  3|2|1|1  3|2|1|2  3|2|1|3  3|2|1|4 

Wasserdampf-Sättigungsdruck .................................................................................... 76  Wasserdampf-Partialdruck ............................................................................................ 77  Relative Luftfeuchtigkeit ................................................................................................ 77  Absolute Luftfeuchtigkeit .............................................................................................. 77 

3|2|2  Diffusion .............................................................................................................................. 77  3|2|2|1  Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl ................................................................. 78  3|2|2|2  Wasserdampf-diffusionsäquivalente Luftschichtdicke......................................... 78 

X | Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau

3|2|3  Konvektion .......................................................................................................................... 78  3|2|4  Nachweisführung .............................................................................................................. 80  3|2|4|1  Konstruktionen ohne weitere Nachweise ................................................................. 80  3|2|4|2  Glaserverfahren ................................................................................................................. 80  3|2|4|3  Hygrothermische Simulation ........................................................................................ 81 

3|2|5  Baupraktische Empfehlungen bei diffusionsoffenen Konstruktionen .............. 81  3|2|6  Maßnahmen bei Konstruktionen mit außenseitig hohen sd-Werten ................ 81  3|2|6|1  Planungsfehler „Dicht-dicht“-Aufbau ....................................................................... 81  3|2|6|2  Einflussfaktoren ................................................................................................................. 82  3|2|6|3  Nachweispyramide ............................................................................................................ 82 

3|3  Schall ................................................................................................................................................... 84  3|3|1  Schallschutz ........................................................................................................................ 84  3|3|1|1  Grundlagen der Akustik .................................................................................................. 85  3|3|1|2  Bewertung der Bauakustik ............................................................................................. 86 

3|3|2  Luftschall ............................................................................................................................. 86  3|3|2|1  3|3|2|2  3|3|2|3  3|3|2|4  3|3|2|5 

Luftschalldämmung einschaliger, mineralischer, massiver Bauteile ................ 88  Luftschalldämmung einschaliger, massiver, aber leichter Bauteile.................. 89  Luftschalldämmung mehrschaliger, leichter Bauteile .......................................... 90  Vorsatzschalen zur akustischen Verbesserung von Bauteilen ............................ 92  Holzbau und tiefe Frequenzen ..................................................................................... 92 

3|3|3  Körperschall ........................................................................................................................ 93  3|3|3|1  Reduktion von Körperschall........................................................................................... 94 

3|3|4  Anforderungen .................................................................................................................. 95  3|3|4|1  Anforderungen an Außenbauteile............................................................................... 95  3|3|4|2  Anforderungen an Innenbauteile ................................................................................ 96 

3|3|5  Baupraktische Regeln ...................................................................................................... 97  3|3|5|1  Außenwände ....................................................................................................................... 97  3|3|5|2  Trennwände......................................................................................................................... 99  3|3|5|3  Trenndecken ........................................................................................................................ 99 

3|4  Brandschutz .................................................................................................................................... 101  3|4|1  Brandphasen .................................................................................................................... 102  3|4|2  Brandverhalten von Baustoffen ................................................................................ 103  3|4|3  Abbrand von Holz .......................................................................................................... 104  3|4|3|1  Abbrandraten gemäß ÖNORM EN 1995-1-2 [196] .............................................105  3|4|3|2  Abbrandrate für Brettsperrholz..................................................................................105  3|4|3|3  Varianten der Dimensionierung durch Beplankung ............................................106 

3|4|4  Feuerwiderstand ............................................................................................................. 107  3|4|5  Fassaden ............................................................................................................................ 108  4  Gebäudephysik ........................................................................................................................ 109   4|1  Wärmeschutz .................................................................................................................................. 109  4|1|1  Winterlicher Wärmeschutz.......................................................................................... 109  4|1|2  Luft- und Winddichtheit.............................................................................................. 109  4|1|3  Sommertauglichkeit ...................................................................................................... 110  4|1|3|1  4|1|3|2  4|1|3|3  4|1|3|4 

Luftwechselrate ...............................................................................................................110  Solare Einträge, Sonnenschutz ...................................................................................112  Bauweise ............................................................................................................................112  Fensterdiagramme ..........................................................................................................114 

4|2  Schallschutz – Flankenübertragung ........................................................................................ 118  4|2|1  Durchlaufende Decken ................................................................................................. 119  4|3  Brandschutz .................................................................................................................................... 120  4|3|1  Anforderungen ............................................................................................................... 120  4|3|1|1  Fassaden .............................................................................................................................123  4|3|1|2  Abweichungen von Anforderungen der OIB-Richtlinien ...................................124 

4|3|2  Durchdringungen und Abschottungen.................................................................... 124  4|3|2|1  Vertikale Verteilung ........................................................................................................124  4|3|2|2  Horizontale Verteilung ..................................................................................................126  4|3|2|3  Abschottungssysteme durch Brandabschnitte ......................................................126 

Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau | XI

5  Konstruktionen des Holzbaus ............................................................................................... 129   5|1  Tragwerksmodelle.......................................................................................................................... 129  5|1|1  Gebäudestabilität ........................................................................................................... 130  5|1|2  Tragstrukturkombinationen ........................................................................................ 133  5|2  Bauweisen, Wand- und Deckenkonstruktionen ................................................................... 134  5|2|1  Holzskelettbau ................................................................................................................ 134  5|2|2  Holzfachwerksbau.......................................................................................................... 136  5|2|3  Holzrahmenbau, Holzriegelbau .................................................................................. 136  5|2|4  Blockbauweise................................................................................................................. 138  5|2|5  Brettstapelbauweise ...................................................................................................... 139  5|2|6  Brett-Sperrholz-Bauweise ........................................................................................... 139  5|2|7  Holzbetonverbunddecken ............................................................................................ 140  5|2|8  Kontaktfugen Brettsperrholzplattenelemente ...................................................... 142  5|2|8|1  5|2|8|2  5|2|8|3  5|2|8|4 

Decke–Decke .....................................................................................................................143  Wand–Decke–Wand .......................................................................................................143  Eckstoß Wand–Wand .....................................................................................................144  Wand–Fundierung ..........................................................................................................144 

5|3  Dachtragwerke ............................................................................................................................... 145  5|3|1  Arten von Dachtragwerken ......................................................................................... 146  5|3|2  Sparrendächer ................................................................................................................. 146  5|3|3  Pfettendächer ................................................................................................................. 147  5|4  Fügetechnik..................................................................................................................................... 148  5|4|1  Zimmermannsmäßige Verbindungen ....................................................................... 149  5|4|2  Ingenieurmäßige Verbindungen ................................................................................ 150  5|4|2|1  Stiftförmige Verbindungsmittel .................................................................................150  5|4|2|2  Flächenhaft wirkende Verbindungsmittel...............................................................154  5|4|2|3  Klebeverbindungen.........................................................................................................154 

5|4|3  Konstruktive Gestaltung der Verbindungsmitteltechnik .................................... 155  6  Bemessung von Holzbauten ................................................................................................. 161   6|1  Bemessungsgrundlagen ............................................................................................................... 162  6|1|1  Anwendung des EC5 und des EC8 ............................................................................. 162  6|1|2  ÖNORMEN EN 1990 – CC – Klassen ......................................................................... 163  6|1|3  ÖNORM EN 1990 – Überwachungsmaßnahmen .................................................. 164  6|1|3|1  Überwachungsmaßnahmen bei der Planung (DSL) .............................................164  6|1|3|2  Überwachungsmaßnahmen bei der Herstellung (IL) ...........................................164 

6|1|4  Sicherheitskonzept ........................................................................................................ 165  6|2  Einwirkungskombinationen — Bemessungswerte ................................................................ 166  6|2|1  Teilsicherheitsbeiwerte Einwirkung .......................................................................... 167  6|2|2  Bemessungswerte der Einwirkungen........................................................................ 167  6|2|2|1  Ständige oder vorübergehende Bemessungssituationen (Grundkombinationen) ..................................................................................................167  6|2|2|2  Außergewöhnliche Bemessungssituationen...........................................................168  6|2|2|3  Bemessungssituationen bei Erdbebeneinwirkungen ...........................................168 

6|3  Einwirkungen .................................................................................................................................. 168  6|3|1  Eigengewichtslasten ...................................................................................................... 168  6|3|2  Nutzlasten ........................................................................................................................ 171  6|3|3  6|3|4  6|3|5  6|3|6 

6|3|2|1  Lotrechte Nutzlasten......................................................................................................171  6|3|2|2  Horizontale Nutzlasten .................................................................................................173 

Windkräfte ....................................................................................................................... 173  Schneelasten.................................................................................................................... 178  Erdbebenkräfte ............................................................................................................... 179  Außergewöhnliche Einwirkungen ............................................................................. 183  6|3|6|1  Anprallkräfte.....................................................................................................................183  6|3|6|2  Zwänge ...............................................................................................................................183 

6|4  Widerstände nach ÖNORM EN 1995 – EC 5.......................................................................... 183  6|4|1  Charakteristische Festigkeiten.................................................................................... 184 

XII | Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau

6|4|2  Nutzungsklasse ............................................................................................................... 186  6|4|3  Modifikationsfaktor kmod .............................................................................................. 187  6|4|4  Verformungsbeiwert kdef .............................................................................................. 187  6|4|5  Teilsicherheitsbeiwert M .............................................................................................. 187  6|4|6  Bemessungswerte der Festigkeitseigenschaften ................................................... 188  6|5  Tragfähigkeitsnachweise ............................................................................................................. 188  6|5|1  Druck in Faserrichtung ................................................................................................. 189  6|5|2  Zug in Faserrichtung ..................................................................................................... 189  6|5|3  Biegebemessung – einachsige Biegung ................................................................... 189  6|5|4  Biegebemessung – zweiachsige Biegung ................................................................ 190  6|5|5  Biegung und Normalkraft ........................................................................................... 191  6|5|6  6|5|7  6|5|8  6|5|9 

6|5|5|1  Biegung – zweiachsig und Zug...................................................................................191  6|5|5|2  Biegung – zweiachsig und Druck...............................................................................192 

Druck normal zur Faserrichtung ................................................................................ 192  Druck unter einem Winkel zur Faser ........................................................................ 193  Schubbemessung............................................................................................................ 194  Stabilitätsnachweise ..................................................................................................... 195  6|5|9|1  Knicken von Druckstäben .............................................................................................195  6|5|9|2  Kippen von Biegestäben ...............................................................................................199  6|5|9|3  Knick- und Kippbeanspruchung.................................................................................203 

6|5|10  Holzbetonverbunddecken ............................................................................................ 204  6|5|10|1  Bemessung – Nachweiskonzept .................................................................................204  6|5|10|2  Bedeutung und Grenzen des Gamma-Verfahrens ...............................................206 

6|6  Gebrauchstauglichkeitsnachweise ........................................................................................... 206  6|6|1  Schadensvermeidung .................................................................................................... 207  6|6|2  Erscheinungsbild ............................................................................................................ 207  6|6|3  Schwingungen ................................................................................................................ 207  6|6|3|1  Frequenzkriterium ...........................................................................................................208  6|6|3|2  Steifigkeitskriterium.......................................................................................................209 

6|7  Verbindungsmittelbemessung ................................................................................................... 210  6|7|1  Zimmermannsmäßige Verbindungen ....................................................................... 210  6|7|2  Metallische Verbindungsmittel .................................................................................. 211  6|7|2|1  Nägel ...................................................................................................................................216  6|7|2|2  Holzschrauben, Kammnägel ........................................................................................217  6|7|2|3  Stabdübel, Schrauben- und Passbolzen ..................................................................218 

6|8  Konstruktionsgrundsätze und Bemessung von Aussteifungselementen ...................... 224  6|8|1  Wandscheiben ................................................................................................................. 224  6|8|2  Dach- und Deckenscheiben ........................................................................................ 228  6|8|2|1  Konstruktionsregeln .......................................................................................................228  6|8|2|2  Kräftespiel und Schubfluss in Deckenscheiben .....................................................229  6|8|2|3  Regelungen für vereinfachten Nachweis ................................................................230 

6|8|3  Bemessungsnachweise des Schubflusses bei Holztafeln .................................... 230  6|8|4  Verbände ........................................................................................................................... 231  6|8|4|1  Stabilisierungskraft eines beanspruchten Einzelbauteils ...................................231  6|8|4|2  Aussteifung von Trägern und Fachwerken .............................................................232 

6|9  Brandbemessung ........................................................................................................................... 233  6|9|1  Abbrandberechnung von Holz ................................................................................... 233  6|9|2  Einwirkungen im Brandfall.......................................................................................... 234  6|9|3  Widerstände im Brandfall ............................................................................................ 234  7  Bauteile, Aufbauten und Details ......................................................................................... 235   7|1  Bauteile und Aufbauten .............................................................................................................. 235  7|1|1  Wand.................................................................................................................................. 236  7|1|1|1  Außenwand .......................................................................................................................237  7|1|1|2  Innenwand.........................................................................................................................241  7|1|1|3  Trennwand / Wand an Grundgrenze (Brandwand) ..............................................243 

7|1|2  Decke ................................................................................................................................. 245 

Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau | XIII

7|1|2|1 7|1|2|2  7|1|2|3  7|1|2|4 

Geschoßdecke innerhalb Wohn-/Betriebseinheit .................................................245  Trenndecke zwischen Wohn-/Betriebseinheiten...................................................249  Decke gegen ungedämmten Dachraum ..................................................................250  Kellerdecke ........................................................................................................................251 

7|1|3  Dach ................................................................................................................................... 252  7|1|3|1  Steildach ............................................................................................................................253  7|1|3|2  Flachdach - Blecheindeckung .....................................................................................255  7|1|3|3  Flachdach - Foliendeckung ..........................................................................................257 

7|1|4  Besonderheiten der Fassadenbekleidung/-verkleidung ...................................... 259  7|1|4|1  Holzfassaden .....................................................................................................................259  7|1|4|2  Geputzte Fassaden – Holzfaser-Wärmedämmverbundsystem .........................262 

7|2  Bauteilanschlüsse und Details ................................................................................................... 263  7|2|1  Dachanschluss ................................................................................................................. 264  7|2|2  Wand-Decken-Knoten .................................................................................................. 265  7|2|3  Sockelanschluss .............................................................................................................. 266  7|2|4  Außenwand-Ecke ........................................................................................................... 267  7|2|5  Außenwand-Innenwand .............................................................................................. 268  7|2|6  Fensteranschluss ............................................................................................................. 269  7|2|7  Besonderheiten Nassbereich ....................................................................................... 270  7|2|8  Besonderheiten bei brandabschnittsbildenden Bauteilen ................................. 270  7|2|8|1  7|2|8|2  7|2|8|3  7|2|8|4 

Anschluss der brandabschnittsbildenden Trennwand zur Außenwand ........271  Anschluss der brandabschnittsbildenden Trenndecke zur Außenwand ........271  Anschluss der brandabschnittsbildenden Trennwand zur Decke ....................272  Anschluss der brandabschnittsbildenden Trennwand zum Dach ....................272 

7|3  Zusammenhang zwischen Komplexität und Kosten ........................................................... 273  7|3|1  Vorstehender Balkon ..................................................................................................... 273  7|3|2  Rückspringendes Geschoß – Terrassenausgang .................................................... 273  8  Ausführung und Vorfertigung ............................................................................................. 275   8|1  Entwicklung der Ausführung ..................................................................................................... 275  8|2  Systeme und deren Vorfertigungsgrad ................................................................................... 279  8|2|1  Holzskelettbau ................................................................................................................ 279  8|2|2  Holzrahmenbau .............................................................................................................. 280  8|2|3  Massivholzbau ................................................................................................................. 281  8|2|3|1  Holzblockbau ....................................................................................................................281  8|2|3|2  Brettsperrholzbauweise.................................................................................................282 

8|3  Schnittstellen in der Vorfertigung ........................................................................................... 284  8|3|1  Vorfertigung ohne Übergriff im Gewerk ................................................................ 285  8|3|2  Vorfertigung mit Gewerkübergriff ........................................................................... 285  8|3|3  Transportfähigkeit im Rahmen der Vorfertigung ................................................. 287  8|4  Planungsverhalten im modernen Holzbau ............................................................................ 289  8|4|1  Technische Anforderungen ......................................................................................... 290  8|4|2  Leitungsführung/Installationen/Durchdringungen/Schächte ........................... 292  8|4|3  Luftdichtheit.................................................................................................................... 294  8|5  Ablauf von Vorfertigung und Montage.................................................................................. 294  9  Verarbeitung und Qualitätssicherung ................................................................................ 299   9|1  Holz, ein Baustoff mit besonderen Anforderungen ............................................................ 299  9|1|1  Egalisierung oder Optimierung .................................................................................. 299  9|1|2  Qualität bewerten – Holz verstehen ........................................................................ 300  9|1|3  Verarbeitungs- und Qualitätsmaßstäbe im Wandel der Zeit ............................ 300  9|2  Dauerhaftigkeit von Holzkonstruktionen .............................................................................. 301  9|2|1  Opferbretter im Sockelbereich ................................................................................... 302  9|2|2  Wahl der Einbaufeuchte .............................................................................................. 303  9|2|3  Klimatisch definierte Produktionsbedingungen ................................................... 303  9|3  Qualitätsdefinitionen ................................................................................................................... 304 

XIV | Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau

9|3|1  Die österreichischen Holzhandelsusancen 1973 ................................................... 304  9|3|2  Einfache Kontrollen, richtiger Einbau ...................................................................... 305  9|3|3  Ebenheit von Holzteilen ............................................................................................... 306  9|3|4  Montage verformter Hölzer ........................................................................................ 306  9|3|5  Holzoberflächen ............................................................................................................. 307  9|3|6  Offenheit bei Information ........................................................................................... 308  9|3|7  Überlängen bei Schnittholzlieferungen .................................................................. 308  9|3|8  Metallspäne verursachen Fleckenbildung ............................................................... 308  9|3|9  Information sorgt für Mehrwert ............................................................................... 309  9|4  Verarbeitungsregeln ..................................................................................................................... 312  9|4|1  ÖNORM B 2320 Wohnhäuser aus Holz.................................................................... 312  9|4|2  ÖNORM B 1995-1-1 Eurocode 5 ............................................................................... 314  9|4|3  Bauprodukteverordnung .............................................................................................. 315  9|4|4  ÜA-Zeichen – Vorläufer der CE-Kennzeichnung .................................................. 316  9|4|5  Eigen- und Fremdüberwachung ................................................................................ 317  9|5  Bauteilprüfungen .......................................................................................................................... 317  9|6  Bauwerksprüfungen ..................................................................................................................... 317  9|6|1  Baustellendokumentation ........................................................................................... 318  9|6|2  Blower-Door-Messung ................................................................................................. 318  9|6|3  Gebäudethermografie................................................................................................... 319  9|6|4  Kombinationsdiagnostik Blower-Door-Messung und Thermografie .............. 319  9|6|5  Leckageortung ................................................................................................................ 320  10  Ausschreibung ......................................................................................................................... 325   10|1  Ökologisch-nachhaltige Ausschreibungskriterien ............................................................... 325  10|1|1  Implementierung ökologischer Aspekte .................................................................. 325  10|1|1|1  10|1|1|2  10|1|1|3  10|1|1|4 

Zuschlagskriterien ...........................................................................................................326  Auftragsausführungsklauseln .....................................................................................326  Technische Spezifikationen der Leistung ................................................................327  Umweltkriterien ...............................................................................................................327 

10|2  Bauvertragliche Grundlagen ...................................................................................................... 328  10|2|1  Vertragsarten................................................................................................................... 328  10|2|2  Arten der Leistungsbeschreibung .............................................................................. 329  10|2|3  Preisarten ......................................................................................................................... 330  10|2|4  Kalkulation ....................................................................................................................... 330  10|2|5  Leistungsabweichungen und ihre Folgen ............................................................... 331  10|2|6  Dokumentation – „Wer schreibt, der bleibt“ ......................................................... 333  10|3  Ausschreibung mit Standard-Leistungsbeschreibung ........................................................ 335  10|3|1  Struktur und Inhalt der LB Hochbau LG 36 Holzbau .......................................... 336  10|3|2  Leistungsbeschreibung Hochbau LG 36 Allgemeines .......................................... 336  10|3|2|1  Wählbare Vorbemerkungen .........................................................................................336  10|3|2|2  Sonderkosten der Baustelle .........................................................................................337 

10|3|3  Gesamtaufbau LG 36 – Wand, Decke, Dach ........................................................... 337  10|3|4  Ausschreibung Wand .................................................................................................... 337  10|3|4|1  10|3|4|2  10|3|4|3  10|3|4|4  10|3|4|5  10|3|4|6 

Fassade................................................................................................................................337  Dämmpaket Wand ..........................................................................................................337  Rohbauelement Holzrahmenwand ............................................................................338  Rohbauelement Holzmassivwand ..............................................................................338  Rohbauelement konventionell....................................................................................338  Innenverkleidung Wand ................................................................................................339 

10|3|5  Ausschreibung Decke .................................................................................................... 339  10|3|6  Ausschreibung Dach ...................................................................................................... 339  10|3|7  Ausschreibung Sonstiges ............................................................................................. 340  10|3|7|1  Holztragwerke Einzelbauteil........................................................................................340  10|3|7|2  Stahlbauteile.....................................................................................................................340  10|3|7|3  Holztreppen.......................................................................................................................340 

Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau | XV

10|3|7|4  10|3|7|5  10|3|7|6  10|3|7|7  10|3|7|8  10|3|7|9 

Balkonkonstruktion und Geländer aus Holz ..........................................................340  Terrassen- und Balkonbeläge ......................................................................................340  Einfriedungen ...................................................................................................................340  Sonstiges, Dacheinbauten ............................................................................................340  Imprägnierung mit Oberflächenverfahren .............................................................341  Imprägnierung mit Kesseldruckverfahren ..............................................................341 

10|3|8  Beispiele für die Ausschreibungen von Holzbauleistungen............................... 341  10|3|8|1  Beispiel 1: Wandelement gemäß Bauteilkatalog „dataholz“ ............................341  10|3|8|2  Beispiel 2: Kalkulation Wandelement.......................................................................342  10|3|8|3  Beispiel 3: Dachkonstruktion ......................................................................................343 

11  Nachhaltigkeit ......................................................................................................................... 345   11|1  Strategien und deren Umsetzung ............................................................................................ 346  11|1|1  Nachhaltigkeitsstrategien............................................................................................ 346  11|1|2  Implementierung ökologischer Aspekte in die Projektphasen ......................... 347  11|1|2|1  11|1|2|2  11|1|2|3  11|1|2|4  11|1|2|5 

Null-Phase, Vorprojekt, Machbarkeitsstudie ..........................................................348  Wettbewerb, Architektenwettbewerb ......................................................................348  Vorentwurf, Entwurf, Genehmigungsplanung ......................................................348  Ausführungsplanung, Leistungsbeschreibungen, Vergabe ................................349  Bauausführung, Baufertigstellung ............................................................................349 

11|2  Regionale Wertschöpfung .......................................................................................................... 349  11|3  Nachhaltiger Bewertungsansatz auf Gebäudeebene.......................................................... 350  11|3|1  Europäische Normung zum nachhaltigen Bauen ................................................. 353  11|3|1|1  ÖNORM EN 15978 [226]: Nachhaltigkeit von Bauwerken – Bestimmung der Umweltleistung von Gebäuden – Berechnungsmethode ..................................355  11|3|1|2  ÖNORM EN 15804 [215]: Nachhaltigkeit von Bauwerken – Umweltproduktdeklarationen – Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte .....................................................................................................................357 

11|3|2  Zertifizierungssysteme für Gebäude ........................................................................ 358  11|3|2|1  11|3|2|2  11|3|2|3  11|3|2|4  11|3|2|5  11|3|2|6  11|3|2|7  11|3|2|8 

BREEAM ..............................................................................................................................358  LEED .....................................................................................................................................359  DGNB ...................................................................................................................................360  Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude (BNB) ..............360  ÖGNI ....................................................................................................................................361  ÖGNB ...................................................................................................................................361  klima:aktiv .........................................................................................................................362  Vergleichender Überblick der Gebäudezertifizierungssysteme........................362 

11|4  Nachhaltigkeitsbewertung von Schadstoffen aus Holz- und Holzwerkstoffen ......... 364  11|5  Holz als CO2- und Energiespeicher ........................................................................................... 366  11|6  Ökobilanzierung von Baustoffen und Gebäuden ................................................................ 369  11|6|1  Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens ........................................ 370  11|6|2  Sachbilanz ........................................................................................................................ 371  11|6|3  Wirkungsabschätzung .................................................................................................. 371  11|6|4  Auswertung...................................................................................................................... 372  11|6|5  Infoplattformen .............................................................................................................. 372  11|7  Beispiel TQ-Bewertung – Plusenergieverbund Reininghaus Süd | TQB/klimaaktiv ... 373  Quellennachweis ............................................................................................................................ 375   Literaturverzeichnis ...................................................................................................................... 377   Sachverzeichnis ............................................................................................................................. 387   Autoren ........................................................................................................................................... 394

XVI | Inhaltsverzeichnis Sonderband: Holz im Hochbau

Holzarchitektur

1

Holz ist Sympathieträger, ein Material, das uns derart vertraut ist, dass wir uns gar nicht mehr bewusst sind, in welchen Lebensbereichen es unser ständiger Begleiter ist. Holz gehört seit den Anfängen unserer Kultur, neben Stein, Metall, Keramik und Pflanzenfasern, zu den grundlegenden Werkstoffen. Holz ist oft unser erstes Spielzeug, Fortbewegungsmittel, wird in der Küche als Besteck, oder Behältnis verwendet, umgibt uns in der Form von Möbeln und noch viel intimer als Bekleidung aus Viskose, einem Holzderivat. Noch immer gibt es Fortbewegungsmittel aus Holz wie Skateboards, Boote und sogar Flugzeuge. Die edelsten Musikinstrumente bestehen aus Holz. Immer sind es spezielle Eigenschaften dieses besonderen Naturstoffs, der alle Sinne wie Optik, Geschmack, Geruch, Haptik durch seinen Klang anspricht, dem Menschen ein vertrautes allgegenwärtiges Material ist. Diese flexible Einsatzmöglichkeit vom Spielzeug bis zum Hochleistungsbaustoff verdankt Holz seinen vielfältigen Baumarten, die in den verschiedenen Regionen der Welt unterschiedlich beansprucht sind und sich dementsprechend verschiedenartig in ihren Eigenschaften ausdifferenzieren. So kann sich das Raumgewicht von Holz um den Faktor 10 unterscheiden und damit einhergehend auch mit dem Feuchtegehalt z. B. die Wärmeleitfähigkeit verändern. Die verschiedenen Nutzhölzer und deren Eigenschaften werden im Kapitel 2 näher betrachtet. Bild 1-01: Innenraum mit Holzoberflächen – Gemeindezentrum St. Gerold

Ein gelungenes Beispiel der „reinen“ Verwendung des Baustoffs Holz aus dem Pionierland Vorarlberg.

Holz ist im Vergleich zu anderen Basisbaustoffen wie Beton, Ziegel oder Stahl der Baustoff, zu dessen Gewinnung kein Feuer verwendet wird. Das weist schon auf die geringe Energiemenge hin, die notwendig ist, um den „Rohstoff Baum“ in den Baustoff Holz zu verwandeln und dessen Produkte zu generieren. Aber „Holz lebt“, es hat Eigenschaften die, wenn man sie versteht, berechenbar sind und sich in einer stetig wachsenden Anzahl von Produkten niederschlagen. In Österreich ist seit etwa 30 Jahren eine Entwicklung hin zum vermehrten Einsatz vom Baustoff Holz zu beobachten. Eine Entwicklung durch Kampagnen und gezieltes Marketing sowie eine neue Holzarchitektur. Die Fülle an

Zur Geschichte des Holzbaus | 1

herausragenden Projekten, dokumentiert in den Einreichungen zu den Holzbaupreisen und in Veröffentlichungen diverser Fachzeitschriften, beweist, dass sich in Österreich eine Vielzahl an Planern und Architekten mit dem Baustoff Holz auseinandersetzen, die es verstehen, die Vorzüge dieses Materials für hervorragende Architektur zu nutzen.

Holzbaupreise sind ein Gradmesser für den hohen Standard des österreichischen Holzbaus.

Bild 1-02: Vorarlberger Holzbaupreis 2015 – Arch. Kaufmann

Zur Geschichte des Holzbaus Seit Jahrtausenden bauen Handwerker, Architekten, Bau- und Zimmermeister, eben seit der Mensch sich seine „Höhle“ selbst errichtet, mit Holz. Überall dort, wo es vorkommt, war es als Bau-, Werk- und Brennstoff allgegenwärtig. Holz war die Schlüsselressource der vor- und frühindustriellen Gesellschaften. Ob als Brennstofflieferant, für das Kochen und Backen und das Brennen von Ton oder die Produktion und Verarbeitung von Eisen mittels Holzkohle. Selbst mit den Verbrennungsresten wurde Pottasche gewonnen und diese zum Waschen, Färben und Bleichen von Textilien verwendet. Die ersten Werkzeuge zur Holzbearbeitung waren einfache Faustkeile, die als Schab-, Schneide- und Bohrwerkzeug Verwendung fanden. Die leichte Bearbeitbarkeit ermöglichte dem Steinzeitmenschen, mit diesen einfachen Werkzeugen Bäume zu fällen und das Holz zu bearbeiten. Die Urform der Axt, ein auf einem Stab befestigter Steinkeil, ist der erste „Technologiesprung“ bei der Holzbearbeitung. Die (Er-)Findung von Metall löste die Kette von Innovationen in der handwerklichen Bearbeitung von Holz aus. Erst durch die Entwicklung von Handwerkzeugen entsteht die technische Grundlage für die Kultivierung von Land und die Errichtung fester Behausungen, die wiederum zur Sesshaftigkeit des Menschen führt. Holz war von Anfang an Werk- und Baustoff und, in Verbindung mit Stein und Metall, Werkzeug. In der Natur vorgefundene Materialien wie Naturstein, Lehm, die daraus geformten Ziegel und Holz sind die Grundlage für konstruktive Vorstellungen und technologische Möglichkeiten. Holz als natürlicher Baustoff wird dabei immer wieder neu genutzt, verändert und nach den neuesten Erkenntnissen beund verarbeitet. Mit dem Werkstoff Holz werden von vielen regional geprägte und traditionelle Bauformen vergangener Epochen assoziiert. So verwundert es

2 | Holzarchitektur

1|1

nicht, dass archaische Muster aus dieser Zeit bis heute unsere Vorstellung vom Haus beeinflussen. Bild 1-03: mittelalterliche Fachwerkhäuser

Wer kennt sie nicht, die Bilder von mittelalterlichen Fachwerkhäusern, von der Witterung gegerbten Bauernhäusern und Almhütten, der filigranen, historischen Tempelanlagen aus Japan oder der Stabkirchen im Norden Europas. Viele dieser Holzbauten beweisen bis heute ihre Funktionsfähigkeit durch Dauerhaftigkeit. Der Einsatz dieses Werkstoffs führt zu unterschiedlichsten und variantenreichen Holzkonstruktionen, begleitet die gesamte Menschheitsgeschichte in allen Kulturkreisen und unterstreicht die Bedeutung der Holzbearbeitung und Holzverarbeitung in der Technikgeschichte der vorindustriellen Zeit.

Typische mittelalterliche Fachwerkhäuser in Rinteln, NordrheinWestfalen, Deutschland.

Bild 1-04: Zubau Einfamilienhaus Waidhofen/Y (A) – Österr. Holzbaupreis 1998

Ausbau eines 200 Jahre alten Stadls in Blockbauweise und Zubau in moderner Blocktafelbauweise.

Zur Geschichte des Holzbaus | 3

War zu Beginn der Holzbearbeitung der natürliche Wuchs der Bäume ein wesentlicher Faktor, eine Technik, die auch noch bei der Konstruktion der mittelalterlichen Fachwerkhäuser eingesetzt wurde, war es möglich, mit den vorhandenen Werkzeugen aus Baumstämmen rechteckige Profile herzustellen und in Fachwerkbauten wie auch bei der Blockbauweise, anzuwenden. Viele Handwerker in dieser Zeit waren auf die besonderen Materialeigenschaften bestimmter Hölzer angewiesen, denn jede Holzart hat bestimmte Eigenschaften und eignete sich etwa zum Möbelbau oder als Wagnerholz. Die leichte Verarbeitbarkeit, die Verfügbarkeit, wo klimabedingt vorhanden, und die damit verbundene Erfahrung mit diesem Baustoff führten dazu, dass z. B. in Mittel- und Nordeuropa der Baustoff Holz den größten Anteil am gebauten Bestand hatte. Tragwerke aus Baumstämmen Das einfachste Dachtragwerk ist das Balkendach. Aus den einfach zu gewinnenden Baumstämmen werden mit wenig technischem Aufwand Decken aus Vollholzquerschnitten produziert. Die Balken werden untereinander verdübelt, später ausgedünnt und mit Blindboden und Untersichtschalung versehen. Bis zu Beginn des 20. Jahrhunderts hält sich diese Technik, bis sie durch Stahlbeton ersetzt wird. Der Baum bzw. die Abmessungen des nutzbaren Teils eines Baumstammes bestimmen die Dimension des Bauteils und somit sein Einsatzfeld. Früh wurde damit begonnen, Holzbalken zu verlängern und zu koppeln. Das Ziel, größere Spannweiten bzw. eine höhere Auflast zu erhalten wurde zum Beispiel durch Verbinden mittels Bastseilen erreicht. Da bei dieser Methode keine Schubkräfte übertragen werden, konnten bei weitem nicht die statischen Werte wie bei massiven Balken erreicht werden. Durch zimmermannsmäßig hergestellte Verzapfungen und Verzahnungen erreicht man eine Verbesserung der Kraftübertragung und somit eine Steigerung der Effizienz. Seit dem Mittelalter entwickeln sich die Techniken durch handwerkliche Verbesserung der Verbindungen und Anschlüsse sowie neue Kombinationen wie Hänge- und Sprengwerke zum Erreichen größerer Spannweiten. Bild 1-05: Blockbau und moderner Holzbau

4 | Holzarchitektur

Fachwerkbau In Europa war es der Fachwerkbau, von Generation zu Generation getragen, der sich durch die Fertigkeit der Zimmererzünfte weiterentwickelte. Das Fachwerk ist ein stabförmiges Tragwerk, dessen Zwischenräume mit Lehm oder anderen vor Ort gewonnenen Materialien „ausgefacht“ werden. Regional bedingte unterschiedliche Entwicklungen kann man an nach wie vor intakten Gebäuden ablesen. Blockbau Eine wesentlich geringere Bedeutung bei den historischen Konstruktionen hat der Blockbau, bei dem übereinandergestapelte, mehr oder weniger bearbeitete Balken die Tragkonstruktion und den Raumabschluss bilden. Das Arbeiten des Holzes, besonders „quer zur Faser“ führt bei dieser Bauweise zum steten „Wachsen und Schrumpfen“ des in dieser Bauweise errichteten Gebäudes. Nicht nur ländliche Wirtschaftsgebäude und Fachwerkbauten wurden aus Holz gebaut, es wurde auch in Steinhäusern eingesetzt. Bild 1-06: „waldnaher“ Einsatz von Holz im landwirtschaftlichen Kontext – Laufstall für Pferde/ Weyer OÖ (A)

Konstruktiv in Form von Deckenbalken und im Dachstuhl, im Ausbau als Boden, Treppe und Türen, Fensterrahmen und Läden. Darüber hinaus waren die meisten Verkehrs- und Transportmittel wie Schiffe und Boote, Kutschen, Wagen und Karren bis zum Ende des 19. Jahrhunderts größtenteils aus Holz gebaut. Diese Universalität der Anwendungsmöglichkeiten für unterschiedlichste Bauaufgaben, die handwerklich präzise, individuelle Gestaltbarkeit bis ins kleinste Detail, des über Generationen weitervererbten Handwerks, erzeugen eine eigene, naturgegebene Ästhetik und kennzeichneten diesen Werkstoff. In der vorindustriellen Zeit begleitete der Bau- und Werkstoff Holz den Menschen sein ganzes Leben, von der hölzernen Wiege bis zur Bahre. Holz ist trotz seiner außerordentlich vielseitigen Einsatzmöglichkeiten und seiner Tradition als Baustoff während des 19. Jahrhunderts immer mehr zurückgedrängt worden. In Europa nahm der Marktanteil von Holz in der geschichtlichen Entwicklung des Holzbaus bei Hochbaukonstruktionen im 19. und 20. Jahrhundert kontinuierlich ab. Der Grund war der Aufschwung der

Zur Geschichte des Holzbaus | 5

konkurrierenden Baustoffe wie Stahlguss, Stahl und Stahlbeton. Die handwerklichen Verarbeitungsprozesse von Holz waren gegenüber den industrialisierten Fertigungsmethoden für Stahl und Stahlbeton zu zeitaufwändig und damit zu teuer. Holz wurde in dieser Zeit hauptsächlich als Nebenbaustoff oder als Energieholz verwendet. Während in Europa Holz als primärer Baustoff immer mehr zurückgedrängt wurde, entwickelten sich in Nordamerika zur gleichen Zeit die Timber-FrameBauweisen (Holzrahmenbau), die sich in den Vereinigten Staaten aus der Fachwerkbauweise entwickelt haben. Die Grundlage für diese Entwicklung waren einerseits die technologische Weiterentwicklung der Holzbearbeitung und Halbzeuggewinnung durch das dampfmaschinenbetriebene Sägegatter und die damit einhergehende Massenproduktion standardisierter Querschnitte, andererseits die Massenproduktion des Drahtstiftes. Bild 1-07: typisches nordamerikanisches Holzhaus

Die Holzständer werden dabei beidseitig mit Holzschalung beplankt und als Wandscheibe aufgerichtet und verschalt. Die industrialisierte Produktion der Holzhalbzeuge und der Verbindungsmittel, in diesem Fall des Drahtstiftes, ermöglichte eine Massenproduktion, die zu dieser Zeit konkurrenzlos war. Alle Vorteile des Baustoffs Holz, wie leichte Bearbeitbarkeit und geringes Transportgewicht, kamen bei diesen Bauweisen zum Tragen. Ende des 19. Jahrhunderts wird diese Bauweise auch in Europa eingeführt und kontinuierlich weiterentwickelt. Im Holzrahmenbau amerikanischer Prägung unterscheidet man nach Konstruktionsart zwei Systeme. „Platform-Framing“ und „BallonFraming“, die sich durch die Art des Aufbaus unterscheiden (siehe auch Kapitel 5). Beide Aufbauprinzipien sind abgewandelt in allen Bauweisen zu finden. Die nordamerikanischen Holzbauweisen ermöglichten es, mit einfachen Werkzeugen und geringem handwerklichem Geschick Wohnraum zu schaffen, der in der Neuen Welt in den rasant wachsenden Städten benötigt wurde. Der nächste große Sprung in der technischen Entwicklung ist die Verklebung von Holzlamellen mittels Leim. Erst mit dieser sehr effizienten Methode gelingt es, Holzteile kraftschlüssig zu verbinden. Die Herstellung von Brettschichtholzträgern in allen erdenklichen Dimensionen und Ausformungen und Kombinationen ermöglicht den Holzbauingenieuren, Tragwerke mit

6 | Holzarchitektur

Spannweiten zu entwickeln, die in ihrer Effizienz und Wirtschaftlichkeit kaum zu übertreffen sind. Bild 1-08: Holzträger Messe Frankfurt (D)

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts kam es durch den Siedlungsdruck nach dem Ersten Weltkrieg zu Weiterentwicklungen, beispielsweise dem GeneralPanel-System von Konrad Wachsmann und Walter Gropius. Sie konnten sich ebenso wenig auf dem Markt etablieren wie das Holzbausystem von Paul Schmitthenner, dem trotz seiner hohen Wirtschaftlichkeit kein Durchbruch gelang. In Europa gewann Holz kurzfristig nur in einer kurzen Periode nach den beiden Weltkriegen wieder an Bedeutung, da sich der leicht verfügbare und günstige Baustoff für den schnellen Wiederaufbau eignete. Dieser Aufschwung war jedoch nicht von langer Dauer. Der Holzbau blieb bis in die Sechzigerjahre des vorigen Jahrhunderts primär ein Produkt aus Stäben. Erst die Verfügbarkeit von kostengünstigen industriell hergestellten Plattenmaterialien wie Span-, Sperrholz- und OSB-Platten ermöglichen eine kostengünstige Massenproduktion im konstruktiven Holzbau.

Große Spannweiten sind seit jeher eine Domäne des Holzbaus. Im Obergeschoß überbrücken 78 m weit spannende, knapp 7 m hohe Holzfachwerkbinder die gesamte Fläche stützenfrei.

Bild 1-09: Wohnhausanlage Hamburg (D)

Viele neue Produkte werden entwickelt, vom Plattenbalken bis zum Kastenträger und Brettsperrholz. Seit den Neunzigerjahren des letzten Jahrhunderts vergrößert sich die Palette der Holzwerkstoffplatten, die mit

Zur Geschichte des Holzbaus | 7

hohen Festigkeiten und Produktionsformaten neue Perspektiven des Konstruierens ermöglichen. Diese Platten, ob alleine oder in Kombination mit stabförmigen Querschnitten, ergeben konstruktiv einsetzbare zweidimensionale Bauteile, die mehrere Funktionen übernehmen. Sie sind nicht nur zur Lastabtragung und als Aussteifung einsetzbar, sondern auch raumbildend als Hülle mit sehr positiven bauphysikalischen Eigenschaften. Die Brettsperrholzplatten werden in Dicken von 80 bis ca. 300 mm eingesetzt. Die Notwendigkeit einer zusätzlichen Aussteifung wie beim Holzrahmenbau ist damit nicht mehr gegeben. Bauen mit Brettsperrholz wird als „Holzmassivbau“ kategorisiert. Die Vorteile dieser Bauweise reichen vom vereinfachten Schichtaufbau über hohe Dimensionsstabilität bis zur Möglichkeit der zweiachsigen Lastabtragung. Brettsperrholz wird zwar aus kostengünstiger Seitenware produziert, der hohe Materialanteil am Baustoff und somit am jeweiligen Element bewirkt einen vergleichbar höheren Preis.

Auch in Regionen mit vergleichbar geringer Holzbautradition setzt sich der Baustoff sukzessive durch.

Bild 1-10: Bibliothek Vennesla (N)

Die Durchgängigkeit der CAD/CAMbasierenden Planung in Kombination mit innovativen Produkten führt zu immer neuen Ansätzen in der Holzarchitektur.

Erst aufgrund von Entwicklungen der letzten drei Jahrzehnte kann man eine Revitalisierung des Holzbaus beobachten. In den europäischen Wäldern steht deutlich mehr Holz zur Verfügung, als in der Wirtschaft Verwendung findet. Aktuelle Förderprogramme verschiedener Länder sowie der Europäischen Union versuchen, die Attraktivität zu erhöhen. Die Besinnung auf die Qualitäten dieses natürlichen Baustoffes, ökologische Aspekte und der Wunsch nach natürlichen, regenerativen heimischen Baustoffen führten zu einem Aufschwung der Holzindustrie. Zwar hat bei vielen Planern längst ein Umdenken eingesetzt, dennoch ist der Imagewandel in der breiten Bevölkerung ein zäher Prozess. Diese Ressentiments haben verschiedene Ursprünge, die in der Ausführungsqualität bestimmter Bauten und der geschichtlich gewachsenen Angst vor dem Feuer in Dörfern und Städten liegen. Die hochwertig handwerklich erstellten, jedoch aufwändigen traditionellen Systeme Blockbau, Fachwerk- bzw. Ständerbau wie auch die in Angloamerika eingesetzten Timber-Frame-Bauweisen haben schon vor längerer Zeit ihre Bedeutung weitgehend eingebüßt oder sind nur noch vereinzelt anzutreffen. Der moderne Holzbau entfernt sich immer weiter von den traditionellen Bauformen, ohne sich an die Vorteile der jeweiligen Systeme zu erinnern.

8 | Holzarchitektur

Typologien und Systeme, Werkzeuge der Planung

1|2

„Schneller, höher, stärker“ ist der Leitspruch der modernen Olympischen Spiele. Auf die Entwicklung im Holzbau umgelegt müsste es „schneller, höher, weiter“ heißen, wie das olympische Motto auch im deutschen Sprachgebrauch verwendet wird. „Schneller“ für den immer größeren Vorfertigungsgrad im Holzbau und die damit verbundenen kürzeren Bauzeiten, „höher“ für die immer größer werdende Geschoßanzahl von Holzbauten und „weiter“ für die immer größer werdenden Spannweiten von Hallen, die ein hölzernes Tragwerk erhalten. Der Holzbau kämpft gegen das Image des ärmlichen, mit bauphysikalischen Problemen behafteten, ländlichen Baustoffs, der im urbanen Kontext keine Berechtigung erfährt, aus diesen Gründen bedarf es hoher Anstrengungen aller Beteiligten, will man dem Baustoff Holz einen größeren Marktanteil sichern. Nach Festlegung der städtebaulichen Einbettung (Erschließung, Dichte, Belichtung, Höhe usw.) und der inneren Organisation des Gebäudes (Raumprogramm, Organisation, System, Funktion, Form) und organisatorischer Aspekte wie Barrierefreiheit, Brandschutz, Fluchtwege sind technische Aspekte wie Statik, thermische Bauphysik maßgebend für die Wahl des Bausystems. Faktoren wie ein enger Zeitplan oder sehr begrenzte Platzverhältnisse auf dem Bauplatz bedingen möglicherweise einen erhöhten Vorfertigungsgrad. Die vielfältigen Möglichkeiten, die der Holzbau bietet, stellen für den im Holzbau unerfahrenen Planer die größte Herausforderung dar. Aus dem vorhandenen Angebot an Konstruktionstypen und -systemen die „richtige“ Lösung für die gestellte Bauaufgabe herauszufinden, ist entscheidend für den Verlauf des weiteren Projekts. Bild 1-11: Passivhaus Wien 2005 – Holzrahmenbau (A)

„Natürlich“ mit Holz Lehm und Schafwolle gebaut, eines der ersten Passivhäuser in Wien.

Dabei sollte die Entscheidung für die Ausführung eines Projektes in Holz sehr früh fallen, um das ganze Spektrum der Vorzüge dieses Baustoffs auch nutzen zu können. Holzkonstruktionen optimieren und somit die wirtschaftlich beste Lösung finden, kann man jedoch nur, wenn man den Entwurf früh „in Holz denkt“, also auf die Eigenschaften des Baustoffs und seiner Produkte eingeht.

Typologien und Systeme, Werkzeuge der Planung | 9

Das bedeutet eine frühe Einbeziehung der Tragwerksplanung und der Planung für die technische Gebäudeausrüstung. Es ist der Systemgedanke, der die Struktur von Holzbauten immer schon determiniert. Schon die traditionellen Bauweisen haben sich als Systeme entwickelt. Heute geplante Bauten müssen aufgrund ihrer größeren Volumina und Höhe wesentlich komplexere konstruktive, funktionale und vor allem auch fertigungstechnische Anforderungen erfüllen, umso mehr ist das System gefordert. Sondiert man den aktuellen Markt und analysiert die gebauten Projekte vom Einfamilienhaus über den Wohnbau, zu Kindergarten, Bildungsbauten von der Volkschule bis zu universitären Einrichtungen bzw. sonstigen öffentlichen und halböffentliche Bauten, so ist festzustellen, dass im Wesentlichen bei den unterschiedlichen Tragsystemen und somit bei den eigentlichen HoIzbausystemen eine Neuorientierung erkennbar ist. Die gebräuchlichsten Systeme basieren auf den Grundtypen: Rahmenbau, Skelettbau, Massivholzbau. Die historisch gewachsenen Systeme wie der Blockbau, der Fachwerkbau oder der Ständerbau sowie die amerikanischen Timber-Frame-Bauweisen sind hingegen entweder gar nicht mehr oder nur in Nischen eingesetzt. Die konzeptionelle Planung eines Baus, und somit die Wahl des Systems, wird weitgehend durch die Lastabtragung beeinflusst. Einerseits wird Holz wie bei den klassischen Konstruktionen als stabförmiger Bauteil verwendet, der meistens durch Stahlverbindungsmittel zu einem Skelett gefügt wird (punktuelle Lastabtragung). Andererseits findet man mehrschichtige kreuzweise aus Brettern verleimte und verpresste Plattenwerkstoffe (Massivbau), die in Dimensionen produziert werden können, die durch ihre Größe nur den Transport zur Baustelle als limitierenden Faktor haben. Diese Platten ermöglichen, durch ihre speziellen Eigenschaften als flächiger und massiver Baustoff, für den Baustoff Holz ein völlig neues Tragverhalten sowie bauphysikalische Möglichkeiten. Zusammen mit dem klassischen Rahmenbau sind dies Elemente der linearen Lastabtragung. In der Planung sollte man sich für eines der beiden Systeme entscheiden. Konzepte, in denen sowohl lineare als auch punktuelle Abtragungen vorkommen, das heißt das Durchbrechen der einmal gewählten Ordnung, sind nur im Falle spezieller Situationen empfehlenswert. Bild 1-12: Restaurant Katamaran Rust (A)

10 | Holzarchitektur

Transparenz, offene Räume, eine Kombination, für die der Holzskelettbau wie geschaffen ist.

Gesamtsysteme werden in Bezug auf ihre Bestandteile – Wände, Decken und Dächer – in Bauteilsysteme gegliedert. Dabei können Bauteilsysteme ein Gesamtsystem bilden oder miteinander kombiniert werden, wobei der Bezug zum Gesamtsystem nicht verloren geht. Den Rahmenbau wie den Massivholzbau kann man als geschlossenes System bezeichnen, da alle Einzelelemente des Bauwerks gleichartig sind, ähnlich verhält es sich bei den historisch gewachsenen Systemen Block- und Fachwerkbau. Gerade der Rahmenbau und der Massivbau werden, da sie im Wesentlichen ähnlich wirken, bei modernen Holzbauten oft kombiniert. Beim Skelettbau sind solche Kombinationen systemimplizit, will man das stabförmige Tragwerk durch eine Hülle aus Holz ergänzen. Restaurant Katamaran Rust (A) Der Holzskelettbau ermöglicht die Erlebbarkeit des Panoramas, des Schilfgürtels, der Segelboote und nicht zuletzt des Sees. Eine transparente Holz-Stahl-Konstruktion mit einem weit auskragenden Flachdach schützt und ermöglicht zugleich maximale Rundumsicht wie auf einem Bootsdeck. Das Hauptgebäude steht auf duktilen Pfählen mit einer Stahlbetonplatte, Terrassen und Stege lagern auf Holzpfählen. Die Konstruktion des Gebäudes ist ein stahlverstärktes (Aussteifung, Knoten) Holzskelett. Die Innenwände und opaken Außenwände sind Holzrahmenelemente, die mit Lärchenfassadentafeln verkleidet sind. Das Gebäude beherbergt das Restaurant mit den zugehörigen Nebenräumen und zwei Wintergärten. Das Obergeschoß beinhaltet eine kleine Bar mit Technikraum und weitere Sitzplätze. Beide Bereiche sind getrennt nutzbar (Wettbewerb 1. Preis 2008). Systemkombinationen dienen dabei nicht dem Selbstzweck, sondern werden zur Optimierung des Gesamtsystems eingesetzt. Dies kann mit der Produktion, mit Kosten, mit bauphysikalischen Verbesserungen, Statik, Brand- und Schallschutzanforderungen, Flächenoptimierung oder auch den Kombinationen aus den angeführten Anforderungen in Zusammenhang stehen. Der Sektor Einfamilienhaus und Fertighaus ist seit den Achtzigerjahren des vorigen Jahrhunderts eine Domäne des Holzbaus.

Holzbau im urbanen Kontext ist längst keine Ausnahme mehr, wie viele Projekte in europäischen Städten beweisen.

Bild 1-13: Wohnbau Wagramer Straße, Wien 2013 (A)

Typologien und Systeme, Werkzeuge der Planung | 11

Der Einsatz von Holz im mehrgeschoßigen Wohnbau, Schulbau und Bürobau, den Typologien, die den größten Anteil am verbauten Volumen besitzen, wird unter anderem durch die stetige Entwicklung der Halbzeuge und die damit verbundene Verbesserung der Gesamtperformance von Holzbauten ermöglicht. Die neu entwickelten Baukonzepte, mit Vorfertigung, schnellerer Montage durch industriell hergestellte Halbzeuge, sind erst durch den bewussteren Umgang mit Holz im Zuge der Ökologiebewegung möglich geworden. Wohnbau Wagramer Straße Wien Die Tragkonstruktion stellt auf beeindruckende Weise die Möglichkeiten des Holzbaues im langen Riegel des siebengeschoßigen Baukörpers dar. Die drei Treppenhauskerne übernehmen die Gesamtaussteifung des hohen Gebäuderiegels und die Abtragung der Erdbebenlasten. Sie bestehen wie der Sockel aus Betonfertigteilen. Zwischen den Aussteifungskernen wurden die Wohnungen auf sechs Geschoßen als vorgefertigter Holzbau errichtet. Die Decken sind als vorgefertigte HBV-Elemente (Holzbetonverbund) konzipiert, wobei sich die Vorzüge der beiden Baumaterialien, mit den bekannten Vorfertigungsmöglichkeiten des Holzbaues, kombinieren. Der Verbundbaustoff aus Holz und Beton ergibt ein sehr effizientes Biegetragsystem für eine Spannweite von 6,25 m. Bild 1-14: Wohnbau Wagramer Straße, Wien 2013 (A)

Die tragenden Wohnungstrennwandelemente und die nicht tragenden Außenwandelemente in Massivholzbauweise ermöglichen ebenfalls einen hohen Grad der Vorfertigung. Beim niedrigen Bauteil wurden aufgrund der geringeren Deckenspannweiten die Decken in reiner Massivholzbauweise ausgeführt. Nur die oberen Geschoße werden über mineralische Laubengänge erschlossen. Die Decken sind als Durchlaufsysteme konzipiert, welche auf den Wohnungstrennwänden und den stirnseitigen Außenwänden aufliegen. Für eine maximale Reduktion der Setzungen und eine optimale Aussteifung der Baukörper wurde für die tragenden Innenwände und Außenwände eine Brettsperrholzkonstruktion gewählt. Einerseits ist es der hohe bauklimatische Standard (behagliches Raumklima) und andererseits der hohe Vorfertigungsgrad (Witterungsunabhängigkeit) und die kurze Bauzeit (geringe Baustellengemeinkosten), die für den Holzbau im urbanen Kontext sprechen. Projektdaten:  Standort: 1220 Wien, Wagramer Straße 151—155  Architekten: Schluder Architektur ZT GmbH / Hagmüller Architekten

12 | Holzarchitektur

    

Tragwerksplanung: RWT Plus ZT GmbH Bauträgerwettbewerb: Fertigstellung Februar 2013 Heizwärmebedarf: 27,65 kWh/m²a Endenergiebedarf: 58,66 kWh/m²a Energiesysteme: Fernwärme

Die voranschreitende Professionalisierung durch Kostensicherheit und Termintreue hilft dem Holzbau, sich am Markt zu etablieren. Architekten und Planer schaffen es zudem, mit dem Baustoff ein hohes Maß an architektonischer Qualität umzusetzen.

Erscheinungsbild und Wahrnehmung

1|3

Der Baustoff Holz wird im aktuellen Baugeschehen auf verschiedene Arten eingesetzt und kann demnach unterschiedlich wahrgenommen werden. Das „reine Holzgebäude“ zeigt das Material innen und außen, die Tragstruktur ist möglicherweise sichtbar, jedenfalls lesbar, der Werkstoff ist präsent, außen wie innen. Die Gestaltung wird vom Werkstoff dominiert. Viele hervorragende Beispiele beweisen, dass es möglich ist, Holz für sehr viele Bereiche eines Gebäudes einzusetzen. Ein gelungenes Beispiel ist das in Vorarlberg errichtete: Gemeindezentrum St. Gerold (A) Das Vorarlberger Architektenteam Andreas Cukrowicz und Anton Nachbaur-Sturm entwickelte für die im Biosphärenpark Großes Walsertal gelegene Gemeinde ein ausgeklügeltes nachhaltiges Gesamtkonzept in Bezug auf Gestaltung, Organisation und Ökologie. Der kompakt an den Hang gesetzte Baukörper fügt sich harmonisch in die ländliche Umgebung ein. Der lokal verfügbare, konsequent eingesetzte Baustoff Holz bildet sowohl Tragkonstruktion als auch Innenausbau.

Holzbaukunst aus Vorarlberg besticht nicht nur durch seine historischen Bauernhäuser, eine lange Tradition, die in moderne Architektur umgesetzt weltweit Beachtung findet.

Bild 1-15: Gemeindezentrum St. Gerold (A)

Holz sorgt auch in Form der rauen Weißtannenschalung für das äußere Erscheinungsbild des Gebäudes. Der viergeschoßige Solitär beherbergt die Funktionen des neuen Gemeindezentrums, die Bereiche Kindergarten, Kinderspielgruppe, Dorfladen, Mehrzweckraum und Gemeindeverwaltung. Sie werden vertikal über vier Geschoße gestapelt und orientieren sich nach der Frequenz der Benutzer beziehungsweise aus der Zuordnung der

Erscheinungsbild und Wahrnehmung | 13

Außenräume. Nur die geländeberührenden Stützwände sind aus Stahlbeton, sonst besteht der Bau aus Massivholz, großteils aus gemeindeeigenen Wäldern und komplett unbehandelt verarbeitet. An den Oberflächen außen wie innen dominieren Weißtanne und Eiche, konstruktive Elemente wie die Rahmenbauwand, die Verstärkungen aus Brettschichtholz und die gedübelte Brettstapeldecke sind in Fichtenholz errichtet. „Der kompakte Baukörper ist als Passivhaus konzipiert und energietechnisch nahezu autark. Das Gebäude gilt als Musterbeispiel zu den Themen Ökologie, Nachhaltigkeit und heimische Wertschöpfung“ (CN-Architekten), Wettbewerb 2007, 1. Preis, Fertigstellung 2009. Wenn der Baustoff zwar im Gebäude eingesetzt, jedoch nicht unbedingt sichtbar für den Nutzer, also auch nicht wahrnehmbar ist, bleibt der Werkstoff Holz anonym. Es gibt viele Gründe, wie wirtschaftliche, ökologische oder Gründe der Zeitökonomie, Holz auf diese Weise einzusetzen. Man baut mit Holz, ohne es jedoch zu „zelebrieren“. Diese Sichtweise birgt zwar die Gefahr der Austauschbarkeit, da gerade die sinnlichen Aspekte des Einsatzes von Holz emotional ansprechen, auf diese Weise den Nutzer berühren, verfehlt jedoch nicht den eigentlichen Zweck, den Einsatz von Holz als Baustoff. Ein historisches Beispiel für diesen Einsatz ist das Gründerzeithaus, bei dem fast alle horizontalen Bauteile, also Decken und Dächer aus Holz sind, jedoch nicht als solche wahrgenommen werden. Ein Beispiel für diese Herangehensweise ist das: Kinderbetreuungszentrum Maria Enzersdorf (A) Durch die Ausformulierung der Baukörper werden mittels Verschneidung mit den Freiflächen Bereiche geschaffen, die den unterschiedlichen Bedürfnissen des Tageszyklus Rechnung tragen. Die äußere Form und die Ausrichtung der Baukörper ergeben sich aus den inneren Funktionen (Raumprogramm und Funktionsabläufe), den äußeren und inneren Blickbeziehungen, der Belichtung (Sonne) bzw. den Himmelsrichtungen und dem umgebenden Gelände. Bild 1-16: Kinderbetreuungszentrum Maria Enzersdorf (A)

Das Kinderbetreuungszentrum bestehend aus den neu zu errichtenden Gebäudeteilen (zwölf Klassen Volksschule, vier Hortgruppen und sechs Kindergartengruppen) sowie dem technisch sanierten Turnsaalbereich und der integrierten alten Volksschule ist in seiner Funktion als Gesamtanlage konzipiert. Um einen ungestörten Betrieb zu gewährleisten und eine einfache Projektabwicklung in Etappen (Bebauung bis Besiedelung) zu ermöglichen, wurden Baukörper als funktionsbezogene Elemente entwickelt. Das zwei- bis dreigeschoßige Gebäude ist nach den Vorgaben

14 | Holzarchitektur

Kindergärten, Schulen und Wohnbau sind die Gebäudekategorien mit dem größten Potenzial für den Baustoff Holz.

des Wettbewerbs ein Passivhaus in Holz-Mischbauweise. Die erdberührenden Teile sowie ein Großteil der Zwischendecken sind in Ortbeton ausgeführt, die Außenwände sind Holzrahmenbauwände, Trennwände im Inneren teilweise aus Brettsperrholz, wie die gesamte Dachfläche. In Summe wurden in etwa 800 Kubikmeter Holz verbaut. Architekten: ARGE MAGKIlliz (Aichholzer, Klein, Schlömer Peters Wögrath), Fertigstellung 2011. Den Effekt des „Ansprechens der Sinne“ nutzen Planer, wenn sie Holz als oberflächliches „reines Gestaltungselement“ für Fassaden, Innenverkleidungen oder Fußböden einsetzen. Diese Bauten besitzen eine konventionelle Baustruktur, umgeben sich mit einem „hölzernen“ Image und nutzen so die Vorteile des Werkstoffs, ohne ihn konstruktiv einzusetzen. Bild 1-17: Kinderbetreuungszentrum Maria Enzersdorf (A)

Wie auch immer mit dem Baumaterial Holz umgegangen wird, so hilft jede dieser Einsatzarten, den Baustoff stärker zu etablieren und das schlechte Image, das im letzten Jahrhundert entstand, abzuschütteln. Die Argumente, die für den Einsatz von Holz als konstruktives und wahrnehmbares Baumaterial sprechen, liegen jedoch auch bei Produktion und Montage.

Vorfertigung und Serienfertigung

1|4

Holz ist ein leichter Baustoff und dadurch transportfreundlich. Da große Elemente leicht manipuliert werden können, eignet sich der Holzbau zur Vorfertigung mit einem hohen Vorfertigungsgrad. Dies ergibt in der Folge eine hohe Qualität der Ausführung, da der Großteil der Produktion in witterungsgeschützten Hallen erfolgt. Die leichte Bearbeitbarkeit dient der Ökonomie durch schnellere Produktion und Manipulation. Der Holzbau hat sich geschichtlich „planend-konstruktiv“ entwickelt, begünstigt also ein hohes Maß an Vorplanung, gepaart mit einem hohen Maß

Vorfertigung und Serienfertigung | 15

an Vorfertigung, man könnte von einer „Tradition in der Vorfertigung“ sprechen (siehe Kapitel 8). Als Vorfertigung oder als Fertigung im Werk bezeichnet man das Zusammenfügen einzelner Teile und Schichten zu einem ganzen Bauteil in gewerblichen Produktionshallen. Bild 1-18: Hotel Ammerwald / Reutte (A)

Die Fertigungstiefe oder der Vorfertigungsgrad bezeichnet, wie weit eine solche Methode betrieben wird. Vorfertigung ist im Holzbau „systemimplizit“. Holz ist durch sein geringes Gewicht gepaart mit hohen Festigkeiten und der leichten Bearbeitbarkeit der Baustoff für Vorfertigung. Es wurde bei allen Holzbausystemen eine, wenn auch zum Teil bescheidene, Vorfertigung betrieben. Beispiele sind der Fachwerkbau und die nordamerikanischen Systeme. Halbzeuge werden vorbearbeitet (abgebunden) und auf die Baustelle geliefert, wo dann in kurzer Zeit die Tragkonstruktion errichtet wird. Die teilweise automatisierte Fertigung in der Halle erhöht nicht nur die Qualitätsstandards, sondern reduziert auch Schnittstellen und die Bauzeit, was wiederum zu größerer Termin- und Kostensicherheit führt. Ein weiteres Beispiel für Effizienz durch Vorfertigung im Holzbau ist die: Wohnbebauung Reininghaus Süd, Graz (A) Im Südwesten von Graz entsteht ein neuer Stadtteil, ein Vorzeigeprojekt in vielerlei Hinsicht, da er als einer der ersten energieautark werden soll. Wenig verwunderlich, dass hier auch die ersten fünfgeschoßigen Holz-Wohnbauten der Steiermark im Plus-Energie-Bauweise entstanden sind. Die zwölf Punkthäuser sind in teilweise sichtbar gelassenen Brettsperrholzelementen und lehmverputzten Wänden in Passivhausstandard errichtet. Der Heizwärmebedarf (HWB) der Wohnungen liegt bei ca. 10 kWh/m2 und Jahr, und ist somit bis zu 90 % geringer als bei herkömmlichen Gebäuden. Dieser sehr niedrige Heizwärmebedarf wird durch eine bautechnisch und energetisch optimierte Gebäudehülle (hochwärmegedämmte Außenhülle,

16 | Holzarchitektur

Durch Vorfertigung konnte die Bauzeit wesentlich reduziert werden. Die Boxen sind mit Installationen, Sanitäreinrichtungen und Möblierung im Werk versehen, Brettsperrholzplatten bilden die Konstruktion, die innen auch in den Nasszellen die fertige Oberfläche bildet.

3-Scheibenisolierverglasungen etc.) und durch eine kontrollierte Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung (Komfortlüftung) erreicht. Die aus Brandschutzgründen in Stahlbeton ausgeführten Treppenhauskerne werden zur Aussteifung mitgenützt. Die Wände sind aus Gründen des Brandschutzes zum Teil mit Gipsplatten beplankt. In Verbindung mit der gewählten Holzkonstruktion sorgt der Lehmputz durch seine temperaturund feuchteregulierende Eigenschaft für ein besonders behagliches und gesundes Raumklima. Die zwölf Punkthäuser des Plusenergieverbundes [256] liegen im südlichen Teil der Liegenschaft und sind durch einen multifunktionalen, zweigeschoßigen Büro- und Geschäftskomplex von der Peter-RoseggerStraße abgeschirmt. Die Lösung für den Plusenergieverbund basiert auf einer Kombination aus Effizienzmaßnahmen, Eigenversorgung, Synergien der „Punkthäuser“ untereinander und Synergien mit dem vorgelagerten Büro- und Geschäftskomplex. Durch diese Verbindung – Gebäude mit minimiertem Energiebedarf (Passivhausstandard), die Verwendung energieeffizienter Haustechnik sowie der Heiz- bzw. Kühlenergieproduktion am Grundstück (Geothermie mit Wärmepumpen, Solarthermie) und dem Zusammenschluss zu einem Energieverbund – kann eine (Plus-)Energiebilanz erreicht werden, bei der per anno mehr Energie erzeugt, als verbraucht wird.

Nicht nur energetische Aspekte, auch die Baustoffwahl spielte bei der „ökologischen Optimierung“ dieses Projekts eine Rolle.

Bild 1-19: Wohnbebauung Reininghaus Süd, Graz (A)

Projektdaten:  Standort: 8010 Graz, Peter-Rosegger-Straße  Fertigstellung Frühjahr 2014  Bauherr: Aktiv Klimahaus Süd GmbH  Nussmüller Architekten ZT GmbH (Architektur & Generalplanung)

Vorfertigung und Serienfertigung | 17

 AEE INTEC Institut für Nachhaltige Technologien (Energiekonzept, wissenschaftliche Projektleitung Forschungsprojekt +ERS)  TBH Ingenieur GmbH (HKLSE Planung)  rosenfelder & höfler consulting engineers Gmbh & Co KG (Bauphysik)  TU Graz (Institut für Städtebau und Arbeitsgruppe Nachhaltigkeitsbewertung des Instituts für Materialprüfung und Baustofftechnologie mit angeschlossener TVFA: wiss. Projektleitung, Nachhaltigkeitsprojektbegleitung und Nachhaltigkeitszertifizierung TQB)  Gütesiegel Total Quality Building (TQB) der Österreichischen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (ÖGNB): 869 Punkte (Kapitel 11)  Klima:aktiv Zertifizierung: 910 Punkte Serienfertigung ermöglicht wirtschaftliches Bauen, doch industrielle Serienfertigung wie in der Automobilindustrie gibt es bis dato in Österreich nur bei Halbzeugen. Das sind Elemente, die dann in Gewerbebetrieben weiterbearbeitet und assembliert werden um später auf der Baustelle zu einem Gebäude gefügt zu werden. Diese Standardisierung der Bauelemente lässt durch unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten eine differenziertere Planung und verschiedenste Nutzungen zu. Betrachtet man den Markt, ist festzustellen, dass es heute wenige Systeme gibt, die unabhängig von konkreten Bauaufgaben seriell produziert werden. Bild 1-20: Wohnbebauung Reininghaus Süd, Graz (A)

Der Wunsch nach individueller Gestaltung scheint den Vorgaben der Serie zuwiderzulaufen. Auch sind die Struktur der österreichischen Betriebe wie auch die relativ kleinen Bauaufgaben nicht geeignet, kontinuierlich in Serie zu produzieren. Es sind Projekte gemeint, die auf die Serienfertigung von vorgegebenen Grundrisstypen, also ganzen Raumzellen abzielen. Im Gegensatz dazu entwickelt sich der Bereich der produktebezogenen Systeme rasant weiter. Diese kleinformatigen Wand- und Deckenteile werden in großen Serien produziert. Die meisten Verarbeiter haben sich jedoch auf eine elementweise objektbezogene Fertigung eingestellt. Die steuerbare Gebäudequalität in Planung und Ausführung derartiger Bauvorhaben geht mit einer besonders gut vorhersagbaren NachhaltigkeitsQualität einher, beispielsweise durch den Nachweis mit Gebäudezertifikaten (siehe Beispiele im Kapitel 11). Wissenschaft und Forschung sind in diesem Bereich noch lange nicht am Ende. Aber schon heute ist unumstritten, dass diese Entwicklungen im Holzbau den Planern neue architektonische Möglichkeiten eröffnen und zugleich veränderte Gestaltungsprinzipen verlangen werden – Potenziale, die es auszuschöpfen gilt.

18 | Holzarchitektur

Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2

Holz ist ein natürlich gewachsener, organischer und inhomogener Werkstoff, der sich von anderen Baustoffen in vielerlei Hinsicht maßgeblich unterscheidet. Diese Unterschiede stehen nicht nur mit der Gattung bzw. der Baumart (Holzart) und der biologischen Systematik in Zusammenhang, sondern sind auch von physikalischen und mechanischen Eigenschaften sowie von Umwelteinflüssen während des Wachstums abhängig. So haben beispielweise das Tempo des Wachstums, Bodenbeschaffenheiten, klimatische Umgebungen sowie geografische Lage wesentlichen Einfluss auf die spätere Holzstruktur und die damit verbundenen Verwendungsmöglichkeiten als Baustoff. Neben einer Vielzahl von speziellen Eigenschaften sind in Bezug auf das Bauwesen bzw. die Auswirkungen darauf insbesondere die hygroskopische Beschaffenheit sowie die Anisotropie von Holz zu erwähnen. Als Naturprodukt weist Holz Schwankungen in allen seinen Eigenschaften auf, die bei der Anwendung durch entsprechende Sicherheiten abgefedert und berücksichtigt werden müssen. Die nachfolgenden Abschnitte behandeln die grundlegende Struktur sowie die wesentlichen Eigenschaften des Werkstoffes Holz mit Fokus auf den Einsatz im statisch-konstruktiven Hochbau. Nicht oder nur bedingt erfasst sind Parameter und Anwendungsmöglichkeiten, die außerhalb dieses Einsatzbereichs liegen, insbesondere sind dies zum Beispiel Wasserbau, Treppen- und Möbelbau, Fensterkonstruktionen oder Fußböden. [56]

Aufbau und Struktur des (Bau-)Holzes

2|1

Rohstofflieferant Wald

2|1|1

In der Natur ist der Baum das beste Beispiel für eine Stütze, um die Lasten in konzentrierter Weise aufzunehmen und unter Wirkung von Normalkräften und Momenten zum Fundament weiterzuleiten. Dort entsteht dann durch die Wurzeln eine Verteilung der Spannungen, bis der Boden imstande ist, die Sohlpressungen aufzunehmen. Abbildung 2-01: die Statik des Baumes [20]

Bereits aus der natürlichen Form des Baumes lässt sich die Eignung als Baustoff ableiten. Des Weiteren bilden sich beim lebenden Baum im Hinblick auf seine tragende Struktur stets effiziente Querschnitte ab, ein ebenso effizientes Konstruieren eines Tragwerks kann sich auch an diesem Aufbau orientieren. Die in Tabelle 2-01 dargestellten Kurzbezeichnungen beinhalten die Holzbezeichnungen entsprechend den unterschiedlichen Normen.

Aufbau und Struktur des (Bau-)Holzes | 19

Tabelle 2-01: Holzarten (Bauholz) – Kurzzeichen [121][153][212] Benennung Nadelholz Fichte Kiefer Tanne Lärche (europäische) Laubholz Eiche (europäische) Buche

DIN 4076 NH FI KI TA LA LH EI BU

ÖNORM B 4100-1 NH FI KI TA LA LH EI BU

ÖNORM EN 13556 PCAB PNSY ABAL LAER QXCE FASY

Makroskopische Struktur, Wuchseigenschaften, Anisotropie Holz hat aufgrund der natürlich gewachsenen Struktur eine ausgeprägte Anisotropie. Dies bedeutet, dass die Eigenschaften von den gewachsenen anatomischen Hauptrichtungen abhängig sind. Bei diesen (Abbildung 2-02) wird zwischen Querschnitt (Hirnholzschnitt), Tangentialschnitt (Fladerschnitt) und Radialschnitt (Spiegelschnitt) unterschieden. Planer und Verarbeiter müssen daher bei ihren Betrachtungen stets in Längsrichtung (Tangential-/ Radialschnitt) und Querrichtung (Hirnholzschnitt) unterscheiden. Während der Querschnitt stets senkrecht zur Stammachse liegt, verlaufen Tangentialschnitt und Radialschnitt parallel zur Stammachse. Der Tangentialschnitt liegt tangential zu den Jahrringen, weshalb diese meist als bogenförmige Linien erscheinen, die Holzstrahlen werden rechtwinkelig durchschnitten. Der Radialschnitt verläuft entlang des Radius der Stammscheibe, die Jahrringe zeichnen sich meist als parallele Linien ab. Da die Holzstrahlen quer aufgeschnitten sind, erscheinen diese oft als Flecken oder verlaufende Streifen. [56] Abbildung 2-02: Stammscheibe, Schnitte und Bezeichnung der Richtungen [1]

Betrachtet man einen geschnittenen Baumstamm (Abbildung 2-02), kann zwischen mehreren tangentialen Schichten und Strukturen unterschieden werden. Die Rinde besteht aus Bast (innerer, saftführender Rindenteil) und Borke (äußere Rinde). Nach dem Ablösen der Rinde kommt der eigentliche Holzkörper zum Vorschein. Zwischen Rinde und Holzkörper befindet sich das Kambium – dieses baut im jährlichen Zyklus nach außen hin die Rinde ab und nach innen hin den eigentlichen Holzkörper auf. Dieser jährliche Zuwachs wird als Jahrring, die zyklischen Zuwächse in ihrer Gesamtheit werden als sekundäres Dickenwachstum bezeichnet. Bei Nadelhölzern und manchen (ringporigen) Laubhölzern lässt sich hier eine Unterscheidung zwischen Früh- und Spätholz erkennen. [98]

20 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|1|2

Das Frühholz ist meist durch größere Zellhohlräume und damit verbundenem hellerem Erscheinungsbild gegenüber dem Spätholz charakterisiert. Die jährlichen Zuwächse führen zu einem konzentrischen Erscheinungsbild einer typischen Stammscheibe. Je nach Standortverhältnissen kann diese Holzzunahme unterschiedlich stark ausgebildet sein. In der Mitte befindet sich das sogenannte Mark, oftmals als „Kernröhre“ oder „Markröhre“ bezeichnet. Das Mark ist in seiner Zellstruktur anders aufgebaut als das Holz und wird mit dem Längenwachstum des Baumes stets weitergebildet, sodass eine durchgehende Röhre entsteht. Die Markröhre ist für die Weiterverarbeitung des Holzes ungeeignet und wird deshalb in der Regel herausgeschnitten (z. B. Bezeichnung von Kanthölzern „kernfrei“). Betrachtet man den Holzkörper in seinem gesamten Querschnitt, so kann zwischen dem äußeren Teil, dem Splint, der noch lebende Speicherzellen beinhaltet, und dem inneren Teil, dem Kern (völlig abgestorben), unterschieden werden. Da der Kern kein Wasser leitet, ist dieser im lebenden Baum wesentlich trockener als der Splint und erfüllt im Wesentlichen nur Aufgaben der Festigkeit. Je nach Ausbildung des Kerns kann zwischen verschiedenen Typen unterschieden werden. Abbildung 2-03: Arten der Kernausbildung im Stammquerschnitt [98]

Kernholz EI KI LA NB

Kernreifholz RU ES

Reifholz BB BU FI LI TA

Splintholz AH BI ER HB

Durch die Einlagerung von sogenannten Kernstoffen (Harze, Gummi, Gerbstoffe, Farbstoffe) erscheint das Kernholz dunkler als der Splint. Gleichzeitig ist der Kernbereich nennenswert härter, schwerer, fester, dauerhafter und meist resistenter gegen Schädlingsbefall – oftmals aber auch schwieriger zu imprägnieren. Hat der Kern die Farbe des Splints und ist nur durch Unterschiede in der Feuchtigkeit charakterisiert, spricht man von Reifholz. Optische Unterschiede sind am Stammquerschnitt des frisch gefällten Baums deutlich erkennbar. Unter bestimmten Voraussetzungen kann sich die seltene Form Kernreifholzbäume oder Farbkernholz ausprägen. Bildet sich der Kern erst sehr spät oder nicht aus, spricht man von Splintholz, welches über den gesamten Querschnitt in etwa gleiche Farbe und gleichen Feuchtigkeitsgehalt aufweist. In allen Hölzern finden sich Äste mit unterschiedlichem Durchmesser. Diese können fest verwachsen oder vom Holz umschlossen, sogenannte Durchfalläste oder Totäste, sein.

Mikroskopische Struktur

2|1|3

Die Anisotropie des Holzes wird bei vergrößerter Betrachtung besonders deutlich. Weiters zeigen sich auch unter dem Mikroskop deutliche Unterschiede in der Struktur zwischen Nadel- und Laubholz. Zwar ist der typische Holzaufbau sowohl beim Nadel- als auch beim Laubholz durch röhrenförmige, längliche Zellen charakterisiert, bei detaillierter Betrachtung zeigen sich jedoch deutliche Unterschiede. Grundsätzlich kann zwischen vier Haupttypen der Zellanordnung unterschieden werden, dies wird im Querschnitt deutlich erkennbar.

Aufbau und Struktur des (Bau-)Holzes | 21

Abbildung 2-04: Aufteilung der Holzarten gemäß ihrer Zellstruktur [98]

NADELHOLZ

LAUBHOLZ

mit/ohne Harzkanäle

ringporig

halbringporig

zerstreutporig

FI TA KI LA DG

EI ES RO RU EK

NB (KB)

BU AH BI LI ER

Zur Wasserleitung bei Laubhölzern dienen die sogenannten Gefäße, auch Tracheen oder Poren. Bei Nadelhölzern fehlen diese Gefäße und die Wasserleitung erfolgt durch die Tracheiden – langestreckte, zu Strängen vereinigte und allseits geschlossene Zellen. Die Querverbindungen bzw. Aussparungen zwischen benachbarten Gefäßen (Zellen) des Nadelholzes entstehen durch sogenannte Tüpfel und haben auch wesentlichen Einfluss auf die spätere Imprägnierbarkeit (siehe 2|4|3|2). Abbildung 2-05: mikroskopische Struktur des Nadelholzes [1]

1

Spätholz

2

Frühholz

3

Holzstrahl

4

Harzkanal

5

Hoftüpfel

6

Jahrring

Sowohl bei Laub- als auch bei Nadelhölzern finden sich zwischen den Gefäßen (Zellen) in radialer Richtung – von der Rinde gegen das Mark – sogenannte Holzstrahlen, auch als Markstrahlen bezeichnet. Sie dienen vorwiegend zur Stoffspeicherung und -leitung in radialer Richtung. Der Faserverlauf beeinflusst die Festigkeit des Holzes sehr wesentlich. In der direkten Umgebung von Ästen werden die Holzfasern umgelenkt, wodurch sich örtlich teils nennenswerte Festigkeitsverluste ergeben können. Die Frühholztracheiden bilden beim Nadelholz den wesentlichen Bestandteil des Leitgewebes, die Spätholztracheiden – dies sind lange dickwandige Zellen – das Festigungsgewebe. Bestimmte Nadelhölzer haben zusätzlich auch Harzkanäle, die in horizontaler und vertikaler Richtung verlaufen. Laubholz besitzt im Vergleich zu Nadelholz eine deutlich heterogenere Struktur. Die Elemente zur

22 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

Festigung der Struktur bei Laubhölzern sind die Holzfasern – langestreckte, faserförmige Zellen mit dickeren oder dünneren Wänden. Abbildung 2-06: Hoftüpfel im Frühholz Fichte, Radialschnitt REM-Aufnahme [1] 1

Torus

2

Porus

3

Zellwand

4

Mittellamelle

5

Harzkanal

6

Hoftüpfel

Wie in Abbildung 2-04 erkennbar wird je nach Anordnung und Durchmesser der Gefäße beim Laubholz zwischen ringporigen, zerstreutporigen und halbringporigen Laubhölzern unterschieden. Bei ringporigen Laubhölzern ist eine Sammlung der Anordnung von Frühholzgefäßen entlang der Jahrringgrenze zu erkennen. Zerstreutporige Hölzer sind vor allem durch gleichmäßige Verteilung der Poren über den gesamten Jahrring charakterisiert. Seltener findet man halbringporige Laubhölzer (z. B. Kirsche, Walnuss), bei denen die Gefäße mit großem Durchmesser zwar vermehrt entlang der Jahrringgrenze, teils aber auch über den gesamten Querschnitt verteilt zu finden sind. Abbildung 2-07: mikroskopische Struktur ringporiges Laubholz [1] 1

Trachee (Gefäß)

2

Libriformfasern

3

Holzstrahl

4

Jahrring

5

Spätholztrachee

Abbildung 2-08: mikroskopische Struktur zerstreutporiges Laubholz [1]

1

Trachee (Gefäß)

2

Libriform

3

Holzstrahl

4

Jahrringgrenze

Aufbau und Struktur des (Bau-)Holzes | 23

Chemischer Aufbau von Holz

2|1|4

Die Zusammensetzung des Holzes besteht im Wesentlichen aus Zellulose (40– 50 % Zellwandsubstanz), Hemizellulose (20–25 %) und Lignin (20–30 %, Kittsubstanz). Weiters finden sich noch sogenannte Holzinhaltsstoffe (1–2 %), welche vor allem Farbe, Geruch und natürliche Dauerhaftigkeit beeinflussen. Die Zellulose, sie besteht aus Glukosemolekülen, die sich zu Fäden zusammenlagern, ist hygroskopisch und bildet das Grundelement der gebildeten Fibrillen. Durch die Vernetzung der Fibrillen in unterschiedlicher Richtung zueinander entsteht die Zellwand. In den Zwischenräumen sind Hemizellulose, Lignin und Pektinstoffe eingelagert. [1] Abbildung 2-09: Aufbau einer Holzzelle, Fibrille [1]

ML Mittellamelle P

Primärwand

S1 Sekundärwand 1 S2 Sekundärwand 2 S3 Sekundärwand 3

Heimische Hölzer für den konstruktiven Hochbau

2|1|5

Für Regelanwendungen im Bauwesen haben sich vor allem Baumarten bzw. Holzarten der Tabelle 2-01 und der Tabelle 2-03 etabliert. Tabelle 2-02: Laubhölzer [1][20] Buche (BU) (Fagus sylvatica)

Baumbeschreibung

große rundliche Baumkrone; glatte, dünne, hellgraue Rinde; Blätter oval und ganzrandig Unterscheidung in Rotbuche und Hainbuche/Weißbuche

Eiche (EI) (Quercus robur)

Verwendung

Möbel; Sperrholz – auch für tragende Strukturen, Furnier, Parkett

Baumbeschreibung

Verwendung

ausladende, unregelmäßige Krone; dunkelgraue Rinde; Blattrand charakteristisch gewellt

widerstandsfähiges Holz (ggü. Witterung); für beanspruchte Außenbauteile, Möbel, Furnier, Parkett, Bottiche (chem. Beständigkeit), Schiffsbau, Holzdübel

24 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

Tabelle 2-03: Nadelhölzer [1][20] Fichte (FI) (Picea abies)

Tanne (TA) (Abies alba)

Kiefer (KI) (Pinus sylvestris)

Lärche (LA) (Larix decidua)

Baumbeschreibung

Verwendung

schlanker, pyramidenförmiger Wuchs mit meist herabhängenden Ästen; hängende Zapfen; rotbraun-graue Rinde; Nadeln sind spitz (Fichte sticht)

universell verwendbar im Bauwesen, Innenausbau, für Verpackung, Holzwerkstoffe, Fenster, Möbelbau, Musikinstrumentbau (Resonanzholz)

Baumbeschreibung

Verwendung

in der Jugend spitzkegelförmig, im Alter schirmförmig (Storchennest); stehende Zapfen; weißlich-graue Rinde; Nadeln sind flach und an der Spitze eingekerbt, zwei Wachsstreifen an der Unterseite (Tannenwachs)

universell verwendbar im Bauwesen, Innenausbau, für Verpackung, Holzwerkstoffe, Fenster, Möbelbau

Baumbeschreibung

Verwendung

gerader, säulenförmiger Stamm, in der Jugend konische, später pyramidenartig ausladende bis schirmartige Krone

universell verwendbar im Bauwesen, Innenausbau, für Verpackung, Holzwerkstoffe, Möbelbau, Fußböden

Baumbeschreibung

Verwendung

einziger Nadelbaum, der im Herbst widerstandsfähiges Holz (ggü. die Nadeln abwirft; Witterung); für beanspruchte stumpfkegelförmiger Wuchs; Außenbauteile (Brückenbau); aufwärts gebogene Astspitzen; Möbel, Fußboden; Bottiche (chem. mehrere mittellange, weiche Beständigkeit) Nadeln sitzen auf einem Kurztrieb

Eigenschaften von Holz – Holzphysik

2|2

Grundlegende (physikalische) Eigenschaften

2|2|1

Dichte (Rohdichte)

2|2|1|1

Als Dichte wird das Verhältnis zwischen Masse und Volumen bezeichnet. Beim Holz wird das Volumen inklusive aller Hohlräume (z. B. zwischen den Zellen) gemessen. Die so ermittelte Rohdichte ist wesentlich von der Holzfeuchte, also von der Menge des eingelagerten Wassers, abhängig. Deshalb ist es essenziell, bei Angabe der Rohdichte stets die Feuchtigkeit – z. B. in Klammer oder als Index – anzuführen. Bei üblichen Klimaverhältnissen (20 °C / 65 % LF) stellen sich bei heimischen Hölzern Holzfeuchtigkeiten von ca. 12 % ein. Die Rohdichte

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 25

der üblicherweise verwendeten Nadelhölzer liegt bei der genannten Holzfeuchtigkeit in der Regel zwischen (12) = 430 – 600 kg/m³, die der oft verwendeten heimischen Laubhölzer mit ca. (12) = 700 kg/m³ etwas höher. Rohdichte:

(w) (0) mw Vw

Reindichte:

Darrdichte:

m (w)  w Vw

(0) 

m(0) V(0)



m(0) V( Zellwand)

Rohdichte (mit Holzfeuchtigkeit in Klammer angegeben) Darrdichte – Rohdichte bei 0 % Holzfeuchtigkeit Masse (bei Holzfeuchtigkeit w) Volumen (bei Holzfeuchtigkeit w)

 1590 kg / m³

(2-01)

kg/m³ kg/m³ kg m³

Die elastomechanischen Eigenschaften des Holzes stehen in starkem Zusammenhang mit der Rohdichte – in der Regel hat dichteres Holz auch eine höhere Festigkeit –, weshalb diesem Wert in der Baubranche besondere Bedeutung zukommt. Tabelle 2-04: Holzart, Rohdichte gemäß ÖNORM B 3012 [142] Mittelwerte (12) Grenzwerte (12)

Fichte (FI) 441 330–680

Tanne (TA) 441 350–750

Kiefer (KI) 399 340–510

Lärche (LA) 583 440–850

Buche (BU) 712 540–910

Eiche (EI) 702 430–960

Die Rohdichte bei absolutem Fehlen von Wasser, also bei 0 % Holzfeuchtigkeit, wird als Darrdichte bezeichnet. Die Reindichte ist bei allen Holzarten nahezu gleich und kann mit einem Mittelwert von ca. 1590 kg/m³ angegeben werden.

Temperaturdehnung

2|2|1|2

Die geringen Temperaturdehnungen des Holzes werden durch die meist gleichzeitig auftretenden Quell- und Schwindvorgänge bei Änderungen der Feuchtigkeit kompensiert. Üblicherweise kann auf den Nachweis der Temperaturdehnung verzichtet werden, sofern dies bei größeren Bauteilen von Relevanz wäre, kann der Ansatz T nach Tabelle 2-05 gewählt werden. [56] Tabelle 2-05: Temperaturdehnzahlen von Holz [56] Holzart T,0 Nadelholz 3 bis 6  10-6 Laubholz 5 bis 10  10-6 Temperaturdehnzahl in Faserrichtung T,0 Temperaturdehnzahl normal zur Faserrichtung T,90

T,90 30 bis 60  10-6 40 bis 50  10-6 m/mK m/mK

Wärmeleitfähigkeit Aufgrund der beschriebenen porigen Struktur des Holzes besitzt dieses eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eignet sich daher gut für Niedrigenergie- und Passivhausbauten, schlanke, dennoch dämmende Bauelemente sowie wärmebrückenfreie Konstruktionen. Die Wärmeleitfähigkeit ist in axialer Richtung etwa doppelt so groß wie radial/tangential und steigt mit zunehmender Holzfeuchtigkeit. In einschlägiger Literatur bzw. in Normen sind bei Nadelhölzern Werte von ca.  = 0,11 bis 0,15 W/mK, bei Laubhölzern ca.  = 0,17 bis 0,20 W/mK angegeben (siehe Kapitel 3|1). Gegenwärtig gibt es einschlägige Forschungsuntersuchungen, die geringere Werte in Aussicht stellen.

26 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|2|1|3

Brennbarkeit

2|2|1|4

Holz ist brennbar. Je nach Beschaffenheit und Art des Einbaus bestehen jedoch gewisse Unterschiede in der Bewertung und den Möglichkeiten des Einsatzes in Bezug auf das Bauwesen. In Kapitel 3|4 wird auf diese Thematik, insbesondere auf Brennbarkeit, Brandverhalten und Abbrand, daher vertieft eingegangen.

Elastomechanische Eigenschaften

2|2|2

Festigkeit

2|2|2|1

Die Festigkeit des Holzes und des veredelten Holzwerkstoffs ist insbesondere abhängig von der Holzart, den Wuchseigenschaften, wie zum Beispiel Rohdichte, Jahrringbreite und Astigkeit, der Holzfeuchte, dem Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung sowie der Lasteinwirkungsdauer. Naturgemäß ist bei Werkstoffen mit vielen verschiedenen Einflussfaktoren bezüglich ihrer elastomechanischen Eigenschaften grundsätzlich mit einer großen Streuung der Kennwerte zu rechnen. Auf diesen Umstand wird durch eine in der Normung geregelte Festigkeitssortierung sowie eine separierte Betrachtung gemäß Einbausituation – z. B. Betrachtung nach Kraft-Faserwinkel – Rechnung getragen. Bei Zugbeanspruchung ist ein weitgehend sprödes Bruchversagen zu erwarten, bei Druck und Biegung stellen sich hingegen plastische Versagenssituationen ein. Zufolge der Anisotropie sind die Festigkeiten quer zur Faser nennenswert geringer als in Faserrichtung. Die Festigkeiten sinken bei sehr hohen Umgebungstemperaturen, für übliche Nutzungssituationen kann dies im Regelfall jedoch vernachlässigt werden. Bei der Zugfestigkeit werden in der Regel die höchsten Festigkeiten erzielt – astfreie, einheimische Holzarten weisen Werte von ca. 120 N/mm² aus. Quer zur Faser ist die Beanspruchbarkeit auf Zug um ein Vielfaches geringer. Auf die entsprechende Sicherheit gegen Querzugversagen, z. B. bei Ausklinkungen oder nahe am Auflager eng angeordneter Verbindungsmittel, ist daher besonders zu achten. Der Astanteil hat in der Praxis nennenswerten Einfluss auf die Zugfestigkeit. Während bei Druckbeanspruchung der – in der Regel festere – Ast kaum negative Auswirkungen beim Tragverhalten nach sich zieht, kann der Ast bei Zugbeanspruchung als Loch bzw. als Querschnittsminderung interpretiert werden. Biegung – also die Kombination aus Zug und Druck – zeigt ebenso plastisches Bruchverhalten (siehe 6|4).

Elastizitäts- und Schubmodul, Kriechverhalten

2|2|2|2

Der Elastizitätsmodul (E-Modul) beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung und Dehnung eines Werkstoffs und hat die Einheit der Spannung. Je größer der Widerstand des Materials gegenüber der elastischen Verformung zufolge Krafteinwirkung, desto höher der Wert des E-Moduls. Neben dem EModul ist auch der Schubmodul (G-Modul) von Relevanz, der bei Torsion oder Scherspannungen Auskunft über die linear-elastische Verformung eines Bauteils zufolge Scherkraft gibt (Anwendungsfall z. B. aussteifende Wände). Wie bei allen anderen Materialeigenschaften zeigt sich auch beim E-Modul ein ausgeprägtes anisotropisches Verhalten, die Kennwerte quer zur Faser sind deutlich geringer als in axsialer Richtung. Grundsätzlich nehmen die Verformungen bei zunehmender Holzfeuchtigkeit zu, dies ist beim Tragwerksnachweis nach Eurocode 5 in einer Abminderung der Elastizitätsbzw. Schubmodulen bereits berücksichtigt (siehe 6|4).

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 27

Bei langfristiger, besonders bei andauernder hoher Belastung sinken die Festigkeiten. Holz unterliegt also wie andere Materialien einem Kriechvorgang. Als Kriechen bezeichnet man die plastische Verformung unter konstanter Last. Fichte hat beispielsweise unter ständiger Last nur ca. 60 % der Biegefestigkeit gegenüber Kurzbeanspruchung. Auch dies wird bei den gemäß Norm geführten Tragwerksnachweisen berücksichtigt, beziehungsweise kann das Ausmaß der Kriechverformungen im Zuge der Berechnung nach Eurocode abgeschätzt werden.

Zusammenstellung elastomechanische Eigenschaften

2|2|2|3

In Tabelle 2-06 finden sich physikalische Kennwerte von gängigen heimischen Holzarten. Diese sind nicht zu verwechseln mit den Angaben im Eurocode 5 (vergleiche Abschnitt 6|4), in welchem für den Nachweis der Tragfähigkeit bereits entsprechende Reserven berücksichtigt sind. Tabelle 2-06: physikalische Kennwerte von im Hochbau gängigen Holzarten [1] Festigkeit [N/mm2] DruckZug    Fichte 40 5,8 80 2,7 Tanne 40 – 80 2,3 Nadelholz Kiefer 45 7,7 100 3,0 Lärche 48 6,0–7,5 105 2,3 Eiche 55–65 11,0 90 4,0 Laubholz Buche 60 9,0 135 7,0 Holzart

BiegeB 68 68 80 93 94–110 120

elast. Eigenschaften [N/mm2] E-Modul Schubmodul GLR GLT E E rad E tang 11000 800 450 600 650 11000 – 450 – – 11000 1000 500 – 680 12000 – – – – 13000 – 1000 1150 800 14000 2280 1160 1640 1080

Feuchtetechnische Eigenschaften und ihr Einfluss

2|2|3

Aufgrund seiner Beschaffenheit kann Holz auch nach Schlägerung und Verarbeitung Feuchtigkeit aufnehmen und wieder abgeben. Neben der Aufnahme bei direkter Bewässerung kann Holz auch der umgebenden Luft das Wasser entziehen. Die Feuchtigkeit des Holzes kann sich also je nach den Umgebungsbedingungen unterschiedlich gestalten und bildet gleichzeitig eine der wichtigsten Kenngrößen. Neben den Einflüssen auf Festigkeit, Verformungsverhalten, Masse und Abmessungen steht auch die Dauerhaftigkeit bzw. Langlebigkeit der Konstruktion mit der Feuchtigkeit in direktem Zusammenhang. Unter Holzfeuchtigkeit versteht man grundsätzlich diejenige Menge Wasser, die sich in den Zellwänden und Zellhohlräumen befindet. Der Feuchtegehalt des im Holz enthaltenen Wassers wird ausgedrückt als Prozentsatz der Masse des darrtrockenen Holzes. Bei anderen Baustoffen auch als Masse-% (M-%) ausgedrückt, im Holzbau vereinfacht als Prozent (%) angegeben.

Wassersättigung, Fasersättigung, Darrzustand Grundsätzlich werden fünf Feuchtigkeitsbereiche beim Holz unterschieden. Wassersättigung Bei Wassersättigung sind sämtliche Hohlräume im Holz, also die Hohlräume zwischen der Zellwand und die Zellwand selbst, mit Wasser gefüllt. Bereich zwischen Wasser- und Fasersättigung Die Trocknung beginnt mit der Abgabe des freien Wassers von den Zellhohlräumen, die Zellwände bleiben zunächst gesättigt. In der Regel ist das der Bereich, der beispielsweise bei stehenden Bäumen auftritt. Oberhalb des

28 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|2|3|1

Fasersättigungsbereiches findet vorerst keine Änderung des Volumens bei geänderten Feuchtigkeitsverhältnissen innerhalb des Holzes statt. Fasersättigung Der Punkt, in dem sich in den Hohlräumen kein freies Wasser befindet, die Zellwände bzw. Fasern jedoch noch gesättigt sind, wird als Fasersättigungsbereich bezeichnet und liegt meist im Bereich von w = 30 %. Der Kern hat einen anderen Fasersättigungsbereich als der Splint, da Kerninhaltsstoffe Raum für einzulagerndes Wasser blockieren und da die Desorptions- und Adoptionskurve zwischen Splint und Kern unterschiedlich ist. Bereich zwischen Fasersättigung und Darrzustand Bei weiterem Abtrocknen geben die Zellwände ihre Feuchtigkeit ab, es kommt zu einer Verkleinerung des Volumens, dem Schwinden des Holzes. Unterhalb der Fasersättigung ist der übliche Einsatzbereich als Werkstoff. Darrzustand Bei absolutem Fehlen von Wasser, also einer Holzfeuchtigkeit von w = 0 % wird von sogenanntem Darrzustand gesprochen. Es befindet sich weder in den Zellhohlräumen noch in den Zellwänden Wasser. Dieser Zustand dient nur als Bezugsgröße, in eingebautem Zustand kommt dieser Zustand aufgrund des hygroskopischen Gleichgewichts nicht vor. Abbildung 2-10: Wassersättigung, Fasersättigung und Darrzustand [1]

Wassersättigung

Fasersättigung

Darrzustand

Tabelle 2-07: Fasersättigungsbereiche verschiedener Holzarten Holzart

Holzfeuchte w [%]

zerstreutporiges Laubholz (z. B. Buche, Ahorn, Erle, Linde, Pappel, Birke …); Splint von verkernten Laubhölzern

32–35 %

Nadelhölzer ohne Farbkern (Fichte, Tanne …)

30–34 %

Nadelhölzer mit Farbkern (Kiefer, Lärche, Zirbe …); ringporiges Laubholz mit Farbkern (Eiche, Esche …)

22–24 %

Hygroskopisches Gleichgewicht

2|2|3|2

Die Holzausgleichsfeuchtigkeit oder sogenannte Gleichgewichtsfeuchte w(gl) steht im Wesentlichen mit der Temperatur sowie der Luftfeuchtigkeit der Umgebung in Zusammenhang. Eine kurzfristige oberflächliche Befeuchtung betrifft auch nur eine oberflächliche Änderung der Holzfeuchtigkeit. [56] Bei genauer Betrachtung kann dieser Zusammenhang für jede Holzart eigens dargestellt werden, vereinfacht ist dieser gemittelt für heimische Holzarten in Abbildung 2-11 dargestellt. Bei Änderung der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur ändern sich daher mit der Holzfeuchtigkeit auch die Masse, Abmessungen, Festigkeit und Verformbarkeit. Daher ist es stets essenziell, bereits beim Einbau das Holz seinen Umgebungsbedingungen anzupassen.

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 29

Abbildung 2-11: Loughborough-Diagramm gemittelt für heimische Holzarten

Luftfeuchtigkeit und Holzfeuchtigkeit im Fasersättigungsbereich

2|2|3|3

Holz verändert sein Volumen – quillt und schwindet – ungefähr im Bereich zwischen 25 und 80 % relativer Luftfeuchtigkeit. Durch Applikation von Beschichtungen kann der Prozess der Adsorption (Wasseraufnahme) und der Desorption (Wasserabgabe) und somit auch das Quellen und Schwinden verzögert werden. In Bezug auf die Holzfeuchtigkeit bildet sich bei Wasseraufnahme und Wasserabgabe meist ein Unterschied von 1,5 bis 2,0 % in der Holzfeuchtigkeit, die sogenannte Hysterese, aus. [97] Abbildung 2-12: Hysterese bei Wasseraufnahme und Wasserabgabe [97]

Natürliche Dauerhaftigkeit Unter natürlicher Dauerhaftigkeit versteht man die Resistenz einer Holzart gegen Witterungseinflüsse und damit verbundenen Schädlingsbefall durch Pilze, Insekten oder Meerwasser. Die natürliche Dauerhaftigkeit ist zwischen Kern und Splint sehr unterschiedlich. Die meisten Holzarten haben zum eigenen Schutz natürliche Inhaltsstoffe mit Abwehrwirkung gegen Pilze und Insekten, insbesondere im Kernholz, eingelagert. Generell ist daher Kernholz als deutlich dauerhafter als Splintholz anzusehen, weshalb auch beim gezielten Einsatz von sehr dauerhaftem Holz (z. B. Robinie für Lawinenverbauten) der Splint imprägniert werden sollte.

30 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|2|3|4

Tabelle 2-08: Dauerhaftigkeitsklassen gemäß ÖNORM EN 350-2 [177] Dauerhaftigkeitsklasse 1 2 3 4 5

Beschreibung sehr dauerhaft dauerhaft mäßig dauerhaft wenig dauerhaft nicht dauerhaft

Beispiele - Holzart Tropenhölzer, z. B. Bongossi Robinie (Klasse 1-2), Eiche Nuss Lärche (Klasse 3-4), Kiefer (Klasse 3-4), Fichte, Tanne Ahorn, Birke, Buche

Durch Wahl der richtigen Holzart, idealerweise in Kombination mit baulichem, das heißt konstruktivem Holzschutz, kann auf chemischen Holzschutz weitestgehend verzichtet werden.

Schwinden und Quellen

2|2|4

Unterhalb des Fasersättigungsbereichs kommt es bei Änderungen der Holzfeuchtigkeit auch zu Änderungen des Holzvolumens. Bei Feuchtigkeitszunahme erfolgt eine Vergrößerung – das Holz quillt, bei Feuchtigkeitsabnahme zu einer Verkleinerung – das Holz schwindet. Die Formänderung zufolge geänderter Feuchtigkeitsverhältnisse ist im Wesentlichen abhängig von Holzart, Faserverlauf und betroffenem Bereich (Kern- oder Splintholz). Während diese Quellund Schwindverformungen in Faserrichtung ausgesprochen gering sind – ca. 0,01 % je 1 % Holzfeuchte –, sind diese in radialer und tangentialer Richtung stärker ausgeprägt. Näherungsweise kann von einem Verhältnis axial zu radial zu tangential von ca. 1:10:20 gesprochen werden. Der Grund für die unterschiedlichen Quell- und Schwindmaße in Abhängigkeit der Holzrichtung ist im Fibrillenwinkel zu suchen. Je flacher der Winkel der Fibrillen zur axialen Richtung, desto größer ist das Schwindmaß entlang der Längsachse der Zellen. Aufgrund der unterschiedlich ausgeprägten Quell- und Schwindmaße kommt es auch zu Spannungen im Holzquerschnitt, die Verdrehungen oder Risse nach sich ziehen können. Ohne funktionierenden Oberflächenschutz passt sich Holz stets an die umliegenden Umweltbedingungen an, sodass die Quell- und Schwindvorgänge nie zum Stillstand kommen.

Gesamtschwindmaß d 

R / T  d  w

d R/T d w w(t) w(gl) w(FSB)

w(FSB) 100

2|2|4|1 w  w(t)  w(gl)

(2-02)

Dimensionsänderung Schwindmaß zur Berücksichtigung der Schnittrichtung R = radial, T = tangential (Werte aus Fachliteratur) Dimension des Bauteils Differenz der Holzfeuchtigkeit Holzfeuchtigkeit zum Zeitpunkt t vor Feuchtigkeitsänderung Gleichgewichtsfeuchtigkeit Holzfeuchtigkeit im Fasersättigungsbereich (etwa 30 %)

mm – mm % % % %

Das Gesamtschwindmaß beschreibt die Dimensionsänderung in einer Schnittrichtung bei einer bestimmten Änderung der Holzfeuchtigkeit. Die in Formel (202) angeführte Beziehung ist für die praktische Anwendung geeignet und setzt einen linearen Zusammenhang zwischen Schwind- bzw. Quellmaß und Holzfeuchtigkeit voraus. Tabelle 2-09: Schwindmaß radial/tangential in % [98] Richtung radial tangential

Fichte (FI) 3,6 7,8

Tanne (TA) 3,8 7,6

Kiefer (KI) 4,0 7,7

Lärche (LA) 3,3 7,8

Buche (BU) 5,8 11,8

Eiche (EI) 4,3 8,9

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 31

Beispiel 2-01: Schwindverkürzung Holzfußboden bezogen auf Brettbreite Holzfußboden: Buche, Brettbreite 120 mm; Raumklima: 25 °C, rel. Luftfeuchte 24 % Holzorientierung: liegende Jahrringe (entspricht Tangentialrichtung) angedachte Verlegefeuchtigkeit w(t) = 11 % (2 %) w(gl) gemäß Loughborough-Diagramm (Abbildung 2-11): w(gl) = 5 % Schwindmaß (tangential): T = 11,8 (Tabelle 2-09) 11,8  120  6 w  11 5  6 % d   2,8 mm 30  100

Differenzielles Schwind- und Quellmaß

2|2|4|2

Unter dem differenziellen Schwind- und Quellmaß q ist die prozentuelle Änderung der Abmessung je 1 % Holzfeuchteänderung in dem für die praktische Anwendung wichtigen Bereich der relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 35 und 80 % zu verstehen.

q lF lT l0 wF wT

lF  lT  100 l0  (wF w T )

(2-03)

Dimension bei 85 % rel. Luftfeuchtigkeit, 20 °C (feucht) Dimension bei 35 % rel. Luftfeuchtigkeit, 20 °C (trocken) Dimension bei 0 % Holzfeuchtigkeit (nach Darrtrocknung) Holzfeuchtigkeit bei 85 % rel. Luftfeuchtigkeit, 20 °C (feucht) Holzfeuchtigkeit bei 35 % rel. Luftfeuchtigkeit, 20 °C (trocken)

mm mm mm % %

Tabelle 2-10: differenzielles Schwind-/Quellmaß gängiger heimischer Holzarten in % [98] Richtung radial tangential

Fichte (FI) 0,19 0,39

Tanne (TA) 0,14 0,28

Kiefer (KI) 0,19 0,36

Lärche (LA) 0,14 0,30

Buche (BU) 0,20 0,41

Dimensionsstabilisierende Maßnahmen

2|2|4|3

Zufolge der beschriebenen Schwind- und Quellvorgänge verkleinert bzw. vergrößert sich der Holzquerschnitt, eine unangenehme Eigenschaft, die zu Rissen an der Holzoberfläche führen kann (optische Mängel). Das Holz wird daher vor dem Einbau in der Regel getrocknet (Trockenkammer). Reine Schwindrisse sind statisch nicht von Bedeutung und als optischer Mangel zu werten. Dem Umstand der Rissbildung begegnet man durch die Vorkehrung von Entlastungsnuten (bei Brettern, Rundhölzern oder Kanthölzern) oder aber durch dimensionsstabilisierende Maßnahmen. Abbildung 2-13: Schwindverformung – Schwindrisse – Entlastungsnuten

Schwindverformungen – Schwindrisse

Entlastungsnuten

Entlastungsnuten Durch Entlastungsnuten können potenzielle Schwindrisse gezielt vorweggenommen werden. Oft findet man diese Variante bei Nut-FederSichtschalungen (z. B. Trapezprofil). Oberflächenbehandlung – Überzug Durch das Aufbringen einer mehr oder weniger feuchtigkeitsdichten Schichte kann die Feuchtigkeitszu- bzw. abnahme gebremst werden. Allerdings handelt es sich nur um eine temporäre Maßnahme. Des Weiteren wird

32 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

Eiche (EI) 0,16 0,36

die Diffusionsfähigkeit des Holzbauteils dadurch ebenso beeinflusst. Klassische Anwendung ist das Streichen von Holzfassaden, Dickschichtlasuren bei Fenstern oder Versiegelungen bei Fußböden. Mechanische Methode – absperrende Wirkung Durch kreuzweises Verleimen mehrerer Lagen zueinander kann entlang der damit entstandenen Fläche das Schwindmaß auf bis zu 10 % der ursprünglichen Größe reduziert werden. Anwendungsbeispiele sind Sperrholz oder Brettsperrholz. Imprägnieren Neben einer Verbesserung der Festigkeitswerte kann ein Imprägnieren mit Kunststoffen auch eine nennenswerte Verbesserung bezüglich der Quellund Schwindverformungen für die Praxis bedeuten. Meist kommen Harze zur Anwendung, die unter Strahlung, Wärme und Druck zum Aushärten gebracht werden. Eine oftmals im Bauwesen angetroffene Anwendung sind melaminharzimprägnierte Fassadenplatten. Weiters ist ein Imprägnieren mit alternativen Produkten, z. B. Maisstärke oder Extrakten von Blättern, Rinde und Nadeln, möglich. Die dimensionsstabilisierende Wirkung ist jedoch gegenüber den Kunststoffen deutlich geringer. Hitzebehandlung Nach einer thermischen Behandlung bei ca. 200 °C steigert sich nicht nur die Resistenz für den Pilzabbau, auch eine Dimensionsstabilisierung verbessert sich ca. um 60 bis 70 %. Daraus leitet sich eine gängige Anwendung für Terrassendielen für den Außenbereich, das Thermoholz, ab.

Bestimmung der Holzfeuchte

2|2|5

Darrverfahren

2|2|5|1

Das Darrverfahren ist das genaueste Verfahren ohne Beschränkung des Messbereiches. Der Feuchtigkeitsgehalt w eines Prüfkörpers wird, als Prozentsatz der Masse, nach der Darrmethode gemäß Formel (2-04) bestimmt. Dazu wird die Probe gewogen und anschließend im Darrschrank bei 103  2 °C getrocknet. Es wird angenommen, dass Massekonstanz erreicht ist, wenn der Masseverlust zwischen zwei, im Abstand von sechs Stunden, nachfolgenden Wiegungen gleich oder geringer ist als 0,5 % der Masse des Prüfkörpers. Nach Abkühlung im Exsikkator ist dies so rasch abzuwiegen, dass die Zunahme des Feuchtegehalts nicht mehr als 0,1 % beträgt.

w w m(w) m(0)

m(w)  m(0)  100 m(0) Holzfeuchtigkeit Masse der feuchten Probe vor Darrtrocknung Masse der darrgetrockneten Probe – 0 % Holzfeuchtigkeit

(2-04) % g g

Elektrische Messung

2|2|5|2

Dielektrische Messung (nicht zerstörend) Dieses Messverfahren basiert indirekt auf der Bestimmung der Dielektrizitätskonstante. Es wird die Kapazität eines hochfrequenten, elektrischen Feldes gemessen, welches das Material zerstörungsfrei durchdringt. Die Messung erfolgt meist durch Auflegen eines Kugel-Messgerätes. Je nach Feuchtigkeit im Baustoff ergeben sich unterschiedliche

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 33

Kapazitätswerte. Da dieses Verfahren bei mineralischen Baustoffen, z. B. Putze, Mauerwerk, Stahlbeton, sehr oft angewandt wird, findet sich dieses in der Praxis auch oft für Befundungen von Holz oder Holzwerkstoffen. Da je nach Holzart, örtlicher Beschaffenheit der Messstelle sowie der lokalen Zellstruktur allerdings erhebliche Schwankungsbreiten vorliegen, ist dieses Verfahren allenfalls für qualitative und vergleichende Messungen direkt an der Oberfläche geeignet – so kann z. B. grundlegend festgestellt werden, dass es zum gleichen Zeitpunkt auf Stelle A feuchter oder trockener ist als auf Stelle B. Für quantitative oder zeitversetzte Messungen wird dieses Verfahren nicht empfohlen. Messung mit Einschlagelektroden Sondenmessgeräte mit integrierten Elektroden werden in das Holz eingeschlagen und der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden gemessen. Da der Abstand der Elektroden durch das Gerät fixiert ist und sich die Leitfähigkeit des Holzes mit dem Wassergehalt ändert, kann auf diese Weise auf die Holzfeuchtigkeit rückgeschlossen werden. Der Wert entspricht der maximal vorhandenen Feuchtigkeit, unabhängig davon, ob diese an der Oberfläche oder in der Tiefe vorhanden ist. Deshalb sind Geräte am Markt, bei denen die Elektroden im oberen Bereich isoliert sind – die Messung daher nur im Bereich der Spitzen der Einschlagelektroden stattfindet und Verfälschungen zufolge Oberflächeneinflüssen damit egalisiert werden. Zu beachten ist, dass der Zusammenhang zwischen elektrischem Widerstand und Feuchtegehalt nur zwischen 7 und 28 % gut korreliert und daher das Verfahren nur in dieser Bandbreite angewandt werden sollte. Die Messergebnisse sind insbesondere von Holzart, Faserrichtung (Differenz ca. 0,2 %), Temperatur und Salzen (z. B. Holzschutzmittel, Holzinhaltsstoffe) abhängig. Die Messgenauigkeit innerhalb des zulässigen Bereichs bewegt sich bei ca. 1,5 %. Abbildung 2-14: elektrische Feuchtemessungen

dielektrische Messung

Messung mit Einschlagelektroden

Sonstige Carbitbombe (Estrich) Ein Holzstück und ein CaC2-Würfel lagern zusammen in einer Stahlflasche. Das Wasser des Holzes reagiert mit dem CaC2-Würfel und erzeugt je nach Feuchtegehalt unterschiedlich hohen Druck in der Flasche. Aus dem abgelesenen Druck schließt man auf die entsprechende Holzfeuchte [97]. Farbindikator Die Messung der Feuchtigkeit erfolgt durch ein Papier, welches sich verfärbt. Aufgrund der hohen Ungenauigkeiten wird dieses Verfahren für Holz kaum angewendet.

34 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|2|5|3

Extraktionsverfahren Bei diesem Verfahren, welches seine praktische Anwendung im Labor findet, wird Wasser durch ein Lösemittel (z. B. Toluol) gelöst und damit der Feuchtegehalt ermittelt. Infrarot Dieses Verfahren ermittelt die Feuchtigkeit an der Oberfläche, hat aber im Holzbau nur untergeordnete Bedeutung.

Werkstoffprüfungen

2|2|6

Grundsätzlich ist bezüglich der festigkeitstechnischen Materialeigenschaften zu unterscheiden, ob es sich um eine statische, vorwiegend ruhende oder um eine dynamische, also schlagartige oder wechselnde Beanspruchung handelt.

Druckfestigkeit

2|2|6|1

Wie in Abbildung 2-16 erkennbar, erfolgt der Bruch zufolge Druckbeanspruchung plastisch. Die Fasern verschieben sich bei axialer Druckbeanspruchung ineinander beziehungsweise die Wände der Tracheiden oder Tracheen knicken aus. Abbildung 2-15: Probekörper Druck längs/quer zur Faser – DIN 52185 [172]

Abbildung 2-16: Bruchbilder bei Druckbeanspruchung [1]

axiale Richtung

axiale Richtung

radiale Richtung

tangentiale Richtung

Bei Druckbeanspruchung quer zur Faserrichtung zeigt sich neben deutlich geringeren Kennwerten auch eine Verdichtung der dünnwandigeren Frühholzstruktur und danach der Spätholzstruktur. Es kommt zu keinem eigentlichen Bruch, sondern zu einem Quetschen des Holzes – das Gefüge des Holzes wird verdichtet. Aufgrund des Versagensbildes wird oftmals beim Grenzwert der Festigkeit von der sogenannten Quetschgrenze gesprochen. Wird Druck in tangentialer Richtung ausgeübt, deformieren sich Früh- und Spätholz einigermaßen gleichzeitig, meist entsteht dadurch ein Riss an der Jahrringgrenze.

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 35

Zugfestigkeit

2|2|6|2

Der Bruch bei Zug erfolgt grundsätzlich spröde. Die Kennwerte sind wie bei Druck quer zur Faser deutlich geringer als bei Druck in Längsrichtung. Neben Holz wird die Querzugprüfung auch oft bei Holzwerkstoffen (z. B. Spanplatten) angewandt um die Qualität der Verklebung zu prüfen. Abbildung 2-17: Probekörper Druck längs/quer zur Faser – DIN 52188 [173]

Längszug

Querzug

Spalten

Biegefestigkeit

2|2|6|3

Die Biegefestigkeit ist in Bezug auf die konstruktive Verwendung einer der wichtigsten Kennwerte. Beim Test im Labor verschiebt sich die Spannungsnullline bei zunehmender Belastung grundsätzlich in Richtung Zugzone. Bei konstantem Steigern der Beanspruchung kommt es beim fehlerfreien Querschnitt zunächst zu einem Bruch in der Zugzone, da die Biegespannung die Zugspannung übersteigt. Auch wenn dies nicht exakt der bei der Prüfung vorgefundenen Charakteristik entspricht, wird beim Tragwerksnachweis auf Biegung grundsätzlich eine lineare Spannungsverteilung innerhalb des Querschnitts angenommen. Abbildung 2-18: Prüfanordnung Biegefestigkeit

l ls F

Länge Prüfkörper Stützweite Prüfkraft

mm mm N

Scherfestigkeit Die Scherfestigkeit ist derjenige Widerstand, den ein Körper der Verschiebung zweier aneinanderliegenden Flächen entgegensetzt. Es wirken zwei gegenläufig zueinander gerichtete Kräftepaare. Naturgemäß gibt es bei Holz aufgrund der drei Schnittebenen auch drei Scherebenen. Für die Praxis von Relevanz, z. B. bei einem „Versatz“ als Verbindungsmittel, ist meist die Scherfestigkeit entlang der Faserrichtung. Scheren normal zur Faserrichtung erlaubt deutlich höhere Beanspruchung, praktisches Anwendungsgebiet ist beispielsweise die Holzdübelverbindung.

36 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|2|6|4

Abbildung 2-19: Scherversuch

Nagel- und Schraubenausziehwiderstand

2|2|6|5

Der Ausziehwiderstand von Nägeln und Schrauben beschreibt diejenige Kraft, die zum Ausziehen von stiftförmigen Verbindungsmitteln (z. B. Nagel oder Schraube) aus dem Holz notwendig ist. Die Höhe der Kraft ist vor allem vom Material und von der Bauart des Verbindungsmittels sowie auch wesentlich vom Winkel zur Faserrichtung abhängig. Abbildung 2-20: Ausziehwiderstand

rechtwinkelig zur Faser

schräg zur Faser

Verklebungen – Eignung von Klebeverbindungen

2|2|6|6

Durch die Entwicklung der Klebetechnologie samt ihren Verbindungen hat sich im Holzbau ein maßgeblicher Technologiesprung ergeben. Beispielsweise können für die Verwendung von konstruktiven Holzbauteilen gewachsene Fehlstellen aus einem Brett herausgeschnitten und diese Trennung im Material durch Verleimung erneut verbunden werden. [56] Abbildung 2-21: Keilzinkengeometrie und Leimsystem Brettschichtholz

l lt t 

Zinkenlänge Zinkenspiel Zinkenteilung Flankenwinkel

mm mm mm °

Klebeverbindungen sind hinsichtlich Materialverwendung und Kraftübertragung sehr effizient, müssen aber auch, da Fehler in der Verklebung schwer detektiert werden können, mit hoher Sorgfalt hergestellt werden. Daher sind gegenüber anderen Verbindungen hohe Standards in der Qualitätssicherung gefordert. Nur zertifizierte Unternehmen dürfen statisch-konstruktive

Eigenschaften von Holz – Holzphysik | 37

Leimverbindungen ausführen, Anforderungen an Personal, verwendetes Material und Ausstattung sowie Eigen- und Fremdüberwachung sind geregelt. Für die Verleimung entlang der Achsrichtung haben sich keilgezinkte Stöße etabliert. Diese werden verwendet, um einerseits die Bauteillänge erhöhen zu können, andererseits um beispielsweise die bei einer Holzlamelle ausgeschnittenen Fehlstellen (z. B. große Äste, Risse) wieder zu verbinden. Bei den Lamellen werden an der Stirnseite Zinken ausgefräst, die gegengleich zueinander passen und ineinander verleimt werden. Um höhere Querschnitte zu schaffen, erfolgt eine zusätzliche flächige Verleimung der einzelnen gehobelten Lamellen – der sogenannte Brettschichtholzträger entsteht.

Holztrocknung

2|3

Die wesentlichen Gründe für die Holztrocknung sind: - Erhöhung der natürlichen Dauerhaftigkeit: Durch geringere Holzfeuchtigkeit wird holzzerstörenden Organismen die Lebensgrundlage entzogen - Dimensionsstabilisierung: Annäherung der Holzfeuchtigkeit nach dem Schlägern auf die trockenere Endfeuchte / Holzausgleichsfeuchtigkeit bei eingebautem Zustand - Reduktion des Gewichts für Transport - Erhöhung der Adhäsion bei Verklebungen - Erhöhung der Festigkeit - Bilden einer besseren Grundlage zur Oberflächenbehandlung (z. B. Streichen)

Natürliche Trocknung / Lufttrocknung Die natürliche Holztrocknung setzt bereits nach der Fällung des Baumes ein. Wird die Krone nach der Schlägerung am gefällten Baum belassen, erfolgt die Austrocknung über die Transpiration wesentlich rascher, allerdings kommt es auch zu höherer Rissbildung. Der wesentliche Nachteil der Trocknung besteht darin, dass ohne technische Hilfsmittel kein Einfluss auf die Trocknung genommen werden kann. Beispiel 2-02: Lagerungen – natürliche Holztrocknung

Splint- und Kernholz trocken mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, unterhalb des Fasersättigungsbereiches geht die Holztrocknung wesentlich langsamer vor sich als oberhalb desselben. Bei Trocknung im Freien können im Jahresmittel Holzausgleichsfeuchtigkeiten von ca. 15 % (unter Dach) erreicht werden. Dies bildet einen weiteren Nachteil der Lufttrocknung – für gewisse Anwendungsgebiete, beispielsweise Parkettboden oder Holzbauteile für vorgefertigte

38 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|3|1

Fertigteilelemente, kann die notwendige Gebrauchsfeuchtigkeit nicht erreicht werden. Weiters bleibt aufgrund der langen Trocknungsdauer auch Kapital lange gebunden. Naturgemäß ist der Trocknungsablauf abhängig vom Umgebungsklima und der Art der Lagerung. Anhand der gängigsten Lagerformen wird dies erkennbar. Beim Weitstapel werden die einzelnen Bretter so gelagert, dass diese weitgehend luftumspült bleiben. Der Engstapel benötigt zwar weniger Lagerfläche, allerdings sind die Hölzer im Wesentlichen nur in Querrichtung belüftet.

Technische Trocknung

2|3|2

Im Gegensatz zur natürlichen Trocknung stellt die technische Holztrocknung eine zeitlich abschätzbare und genauer planbare Variante dar. Technische Holztrocknung ist aber auch eine hohe Kunst, ein sehr komplexes Thema – hat aber auch hohes wirtschaftliches Potenzial, da diese oft einen nicht zu unterschätzenden Kostenfaktor in der Holzproduktion darstellt. Grundsätzlich kann zwischen folgenden Möglichkeiten der technischen Trocknung unterschieden werden:  Verdunstungstrocknung/Konvektionstrocknung  Infrarottrocknung  Vakuumtrocknung  Hochfrequenztrocknung  Verdampfungstrocknung/Hochtemperaturtrocknung  chemische Methoden  Gefriertrocknung In Bezug auf die verwendeten Materialien für Anwendungen im konstruktiven Holzbau sind in unseren Breiten meist aus ökonomischen Überlegungen die Konvektionstrockenanlagen am meisten verbreitet. Die Vakuumtrocknung findet bei schwer zu trocknenden Hölzern aufgrund ihrer gleichmäßigen Wirkung über den Holzquerschnitt oder aber bei der Anforderung an schnelle Trocknungsprozesse ihre Anwendung. Die anderen Möglichkeiten werden im großen Stil selten verwendet. Die wichtigsten Einflussfaktoren für die Trocknung sind dabei:  Holzart  Anfangsfeuchte – Holzfeuchtigkeit zu Beginn der Trocknung  Temperatur  Luftgeschwindigkeit  relative Luftfeuchtigkeit  Kammerbauart

Grundprinzipien der Konvektionstrocknung

2|3|2|1

Konvektionstrocknung basiert auf dem Prinzip der Ablufttrocknung durch Zufuhr von angewärmter, trockener Frischluft, die den Hölzern die Feuchtigkeit entzieht. Durch die Steuerung von Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit und Luftzirkulation wird der Trocknungsprozess geregelt. Die Wasserbewegung darf nicht zu schnell erfolgen, da die Spannungen innerhalb des Holzquerschnitts zu groß werden und in weiterer Folge zu Rissen führen. Eine zu langsame Trocknung führt zum Stillstand des Entfeuchtungsprozesses – das sogenannte Feuchtegefälle im Holzquerschnitt zwischen innen und außen sollte ausgewogen sein. Die gesamte Trocknungszeit setzt sich aus

Holztrocknung | 39

Anwärmzeit (Za), Trocknungszeit (Z) und Konditionierungszeit (Zk) zusammen. Die Anwärmzeit ist die Phase bis zum Erreichen der Kammertemperatur. Es erfolgt keine Trocknung, die relative Luftfeuchtigkeit wird hochgehalten, damit an der Oberfläche möglichst keine Risse entstehen. Stets erfolgt eine Messung der Feucht- und Trockentemperatur sowie der relativen Luftfeuchtigkeit durch Psychrometer. Abbildung 2-22: Schema Konvektionstrocknungsanlage und Trocknungsphasen [97]

Die Länge der Trockenzeit wird über die relative Luftfeuchte, die Temperatur und die Ventilatorgeschwindigkeit bestimmt. Während der Trockenzeit erfolgt eine laufende Vergrößerung der psychrometrischen Differenz, um die relative Luftfeuchtigkeit zu senken. Durch Einschlagelektroden wird permanent die Holzfeuchtigkeit gemessen. Parallel sollten diese elektronischen Werte sowie Spannungen im Holzquerschnitt in regelmäßigen Abständen bestimmt und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen bei drohenden Trocknungsschäden durchgeführt werden. Während der Konditionierungszeit wird versucht, die Feuchteverteilung über den Querschnitt der Hölzer auszugleichen. In der Regel geschieht dies durch eine Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit bei gleichzeitiger Senkung der Temperatur, um den Außenzonen wieder etwas Feuchtigkeit zuzuführen.

Trocknungsfehler Vor der Trocknung ist die Feuchtigkeit im Holzquerschnitt einigermaßen regelmäßig verteilt. Da die Zuführung des geänderten Umgebungsklimas auf den Holzquerschnitt von außen erfolgt und bei zu schneller Änderung damit hohe Spannungen im Querschnitt, also in weiterer Folge Trocknungsschäden entstehen können, gilt die grundsätzliche Anforderung, sehr homogen und mit genügend Zeit zu trocknen. Zu welchen Schäden es während des Trocknungsablaufs kommen kann und wie sich die Feuchtigkeitsverhältnisse und Spannungen während der Trocknung im Querschnitt ändern, zeigt die Abbildung 2-23 in Form eines Ablaufdiagramms. Neben den allgemeinen Trocknungsfehlern (Abbildung 2-23) erfordert die Gefahr des Tüpfelverschlusses besondere Erwähnung. Zufolge der Druckänderung innerhalb des Zellvolumens kann sich der Hoftüpfel (Abbildung 2-06) verschließen. Der Torus legt sich dabei an den Porus an und die wesentlichen Querverbindungen zwischen den Holzzellen werden dadurch verschlossen. Der Durchfluss ist dadurch wesentlich beeinträchtigt und die Tränkbarkeit bzw. Imprägnierfähigkeit maßgeblich negativ beeinflusst. Grundsätzlich ist dies zwar kein irreversibler Vorgang, manche Holzarten, allem voran die Fichte, sind

40 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|3|2|2

jedoch nach einmaligem Tüpfelverschluss kaum oder nur mehr oberflächlich zu imprägnieren. Abbildung 2-23: Trocknungsfehler und ihre Ursache – Ablaufdiagramm [99] frisches Holz – Querschnitt

Feuchtegradient Zugspannung in Außenzone

falls zu scharf weitergetrocknet - Schäden Oberflächenrisse

plastische Überdehnung Außenzone

Spannungsumkehr Zugspannung innen

Verschalung innen

Innenrisse

Verwerfen

Kollaps

 Holzfeuchte über Fasersättigung  unter Fasersättigung  Zugspannungen Druckspannungen + plastische Überdehnung

Tabelle 2-11: Gebrauchsfeuchtigkeiten für Weiterverarbeitung oder Einbau [99] Einsatzbereich/Verwendung

Bauteil

empfohlene Holzfeuchtigkeit

für Weiterverarbeitung bzw. Behandlung Hobeln Leimen

Schalungen Schiffböden Holzleimbau Platten

Anstrich Imprägnieren empfohlene Einbauholzfeuchtigkeit Dachstühle unbeplankt Holzteile, die ganz oder teilweise von Mauerwerk umschlossen sind, verkleidete Konstruktionshölzer Holzbauteile für vorgefertigte Elemente sichtbare Holzkonstruktionen Treppen Holz im Freien Holzbalkone Holz-Außenverkleidungen Unterkonstruktion für Profilholzverkleidungen Fenster, Außentüren Innenausbauarbeiten Holz-Innenverkleidungen Blindböden Holzfußböden Möbel

allgemein Wechseldruckverfahren

10–14 % 7–11 % 7–15 %, je nach Anwendung 40 mm

Abhängig von der Einbausituation ergeben sich weitere Bezeichnungen, so kann beispielsweise eine Bohle als Zange verbaut werden, Kantholz z. B. als Sparren, Pfette oder Tram bzw. Holzbalken Verwendung finden. Die Sortierung des Holzes erfolgt nach dem Einsatzgebiet. Die Art der Sortierung ist somit von der vom Bauteil zu erfüllenden Funktion abhängig. In der Holzwirtschaft gibt es daher unterschiedliche Sortierverfahren – vom gefällten Baum bis zur Schnittware.

Einteilung und Sortierung von Holz

2|5|2

Rundholz

2|5|2|1

Bei Rundholz bzw. Rohholz wird gemäß den österreichischen Holzhandelsusancen eine Sortierung nach handelsüblichen Dimensionen und dabei wiederum eine Einteilung in Qualitätsklassen getroffen, wobei die Sortierung von der Holzart abhängig ist. Neben Kriterien, die auch Schnittholz betreffen, wie z. B. Äste, Harzgallen, Risse, finden sich bei der Rundholzsortierung auch weitere Parameter für die Einteilung wie z. B. Rindeneinwüchse, Splintholzanteil, Krümmung oder Drehung des Stammes. Die Sortierung kann visuell oder automatisiert (z. B. Zeilenkameras) erfolgen. Güteklasse A Dazu zählt alles Rundholz mit überdurchschnittlicher oder ausgezeichneter Qualität. Kleine, den Gebrauchswert nicht beeinträchtigende Schäden und Fehler sind gestattet. Güteklasse B Dazu gehören Stämme mit mittlerer bis überdurchschnittlicher Qualität ohne Anspruch auf mängelfreies Holz, die nicht mehr zur Güteklasse A zu zählen sind und keine größeren Fehler aufweisen. So sind Abholzigkeit, Astigkeit, Drehwuchs, Buchs, Ringschäle, Kernrisse, Insekten, Verfärbung, Harzgallen oder Krümmung in gewissem Rahmen zulässig. Güteklasse C Dazu zählt Rundholz mit mittlerer bis unterdurchschnittlicher Qualität. Dies betrifft Gütemerkmale, bei welchen die für Güteklasse B zulässigen Fehler bzw. deren Ausmaß überschritten wird, dabei aber die Verwertbarkeit als Sägerundholz nicht ausgeschlossen ist. Güteklasse CX Rundholz minderer Qualität, das für den Sägeeinschnitt geeignet ist und Merkmale aufweist, die in der Güteklasse C nicht zulässig sind.

Nomenklatur, Einteilung und Sortierung | 49

Braunbloche sind Stämme, bei denen die Beschaffenheit der Mantelfläche mindestens der Güteklasse B entspricht, die jedoch nagelfeste Braun- oder Rotfäule (Hartbräune) aufweisen, unbedeutende Weichfaulstellen werden toleriert. Hoblerbloche sind solche Schwachbloche, die gesund, gerade und vollholzig sind und bei denen nur kleine festverwachsene Äste, die nicht gehäuft auftreten, zulässig sind. Buchs zulässig wie Güteklasse B. Ausschuss ist Rundholz, das Fehler aufweist, die auch in der Güteklasse C nicht mehr zulässig sind. Wenn sich mehrere in der Güteklasse C an sich zulässige Fehler häufen oder andere Fehler auftreten, die die Verwertbarkeit in Frage stellen, ist dieser ebenfalls Ausschuss. [101]

Schnittholz gemäß der Festigkeit

2|5|2|2

Mit der Einführung der Güteklassen für Holz durch die Holzsortierung ist dem angewandten Holzbau ein Instrument gegeben, das die bessere Ausnutzung von Holz und somit die Wahl kleinerer Querschnitte ermöglicht. Die Sortierung, die anfänglich als visuelle Festigkeitssortierung durch optische Überprüfung auf Holzfehler an Schnitthölzern erfolgte, wird zunehmend durch die maschinelle Sortierung ersetzt. Sortiermerkmale sind insbesondere Anzahl, Ansammlung und Größe der Äste, Faserneigung, die Existenz einer Markröhre, die Jahrringbreite sowie das Vorhandensein bzw. die Größe einer Baumkante. Aber auch Krümmungen, Verfärbungen, sogenanntes Druckholz, Insektenfraß (Frischholzinsekten), mechanische Schäden, Rindeneinschluss und ungewöhnliche Holzfeuchte können Einfluss auf die Sortierklasse haben. Die maschinelle Sortierung von Schnittholz nach der Festigkeit erfolgt nach dem Prinzip, bestimmte Holzeigenschaften (wie E-Modul, Rohdichte, Astigkeit etc.) zerstörungsfrei zu ermitteln und somit einen Rückschluss auf die tatsächliche Festigkeit zu erlangen. Durch objektive und maschinell qualitätsgesicherte Werte können höhere Festigkeitsklassen erzielt werden und es ist eine bessere Ausnutzung des Werkstoffes Holz möglich. Mehrere, sich wesentlich unterscheidende Verfahren zur maschinellen Sortierung von Schnittholz sind bereits entwickelt und untersucht worden, befinden sich zurzeit in der Erprobung oder sind bereits im praktischen Einsatz. Biegeverfahren (Stress grading) Maschinen, die nach dem Prinzip der Biegeprüfung – Erreichen einer bestimmten Durchbiegung unter Aufbringung einer gemessenen Kraft – den Elastizitätsmodul bestimmen, sind am weitesten fortgeschritten und werden oft mit anderen Systemen kombiniert, um die Genauigkeit zu erhöhen. Durchstrahlungsverfahren Führt man eine geeignete Strahlungsquelle über ein Brett, so ist der durch das Brett fließende und in einer Ionisationskammer aufgenommene Ionisationsstrom abhängig von der Dichte des Brettes. Abbildung 2-26: Schnittholzsortierung – Biegeverfahren, Durchstrahlungsverfahren

Biegeverfahren

50 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

Durchstrahlungsverfahren

Ultraschallverfahren Bei diesem Verfahren wird der mittlere dynamische E-Modul über die Ultraschallgeschwindigkeit parallel zu den Holzfasern ermittelt. Stoßwellenverfahren Durch einen Schlag senkrecht zur Faserrichtung wird das Brett in eine Querschwingung versetzt. Aus der Frequenz dieser Schwingung lässt sich der dynamische E-Modul berechnen. Abbildung 2-27: Schnittholzsortierung – Ultraschallverfahren, Stoßwellenverfahren Messkopf

Ultraschallverfahren

Stoßwellenverfahren

Die Bestimmung der charakteristischen Festigkeitswerte erfolgt nach den Normen  ÖNORM EN 384 [179] für Rundholz (RH), Vollholz (VH), Vollholz mit besonderen Eigenschaften (VH-B), Balkenschichtholz (Duobalken, Triobalken)  ÖNORM EN 1194 [185] für Brettschichtholz (BSH)  ÖNORM EN 1058 [184] für Spansperrholz (SSP), Spanplatten und Faserplatten Die EN 338 [179] bzw. die EN 14080 [216] weisen basierend auf den bestimmten Festigkeitswerten folgende Festigkeitsklassen aus: Nadelholz  C14, C16, C18, C20, C22 für wenig beanspruchte Tragwerke  C24, C27 am Markt übliche Festigkeitsklassen  C30, C35, C40, C45, C50 für stark beanspruchte Tragwerke Laubholz  D18, D24, D30, D35, D40, D50, D60, D70 Brettschichtholz  GL 20h, GL 20c, GL 22h, GL 22c für wenig beanspruchte Tragwerke  GL 24h, GL 24c, GL 28h, GL 28c am Markt übliche Festigkeitsklassen  GL 30h, GL 30c, GL 32h, GL 32c für stark beanspruchte Tragwerke Beim Brettschichtholz ist besonders zu beachten, dass je nach Aufbau des Querschnitts – also homogenem (GL xxh) oder kombiniertem (GL xxc) Brettschichtholz – die Festigkeiten innerhalb einer Klasse nennenswert streuen können.

Schnittholz gemäß der Oberfläche

2|5|2|3

Unabhängig von einer Festigkeitssortierung müssen spezielle Anforderungen bezüglich Erscheinung, Maßhaltigkeit, Bearbeitung und Beschaffenheit der Oberfläche in Abhängigkeit des Verwendungszweckes gesondert festgelegt werden. Grundsätzlich wird bei konstruktiven Hölzern zwischen Standardqualität und Sichtqualität unterschieden. Am Markt findet sich oftmals auch die Unterscheidung in Nichtsichtqualität, Industriesichtqualität und (Wohn-) Sichtqualität. Wird in der Ausschreibung oder im Angebot nichts anderes angegeben, so ist die Ausführung der Oberflächenqualität gemäß ÖNORM B 2215 [138] einzuhalten.

Nomenklatur, Einteilung und Sortierung | 51

Tabelle 2-17: Oberflächenqualitäten von Bauschnittholz (sägerau oder gehobelt) bezogen auf die jeweilige Sichtfläche zum Zeitpunkt der Fertigstellung – ÖNORM B 2215 [138] Merkmal Baumkante Äste

Oberflächenqualität 1 (Standard-Qualität) Oberflächenqualität 2 (Sicht-Qualität) zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 nicht zulässig zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 festverwachsene Äste sind zulässig, ausgefallene Äste sind auszustoppeln zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 und einer Rissbreite bis max. 5 % Risse zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 der zugehörenden Querschnittseite Verfärbungen zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 Verfärbungen durch Bläue oder Rotstreifen, nicht zulässig Insektenbefall zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 nicht zulässig Harzgallen zulässig Harzgallen bis 5 mm  50 mm sind zulässig, größere sind auszuleisteln zulässig, sofern die Tragfähigkeit nicht Rindeneinschlüsse nicht zulässig beeinträchtigt wird Raustelle zulässig Raustellen nicht zulässig bei gehobelter Ausführung Hobelschlag zulässig Hobelschlag zulässig bis 10 mm Länge, 1 mm Tiefe

Tabelle 2-18: Oberflächenqualitäten von Bauschichtholz bezogen auf die jeweilige Sichtfläche zum Zeitpunkt der Fertigstellung – ÖNORM B 2215 [138] Merkmal Hobelqualität Äste Harzgallen Markröhre Verfärbung Insektenbefall Risse

Oberflächenqualität 1 (Industrie-Qualität) Oberflächenqualität 2 (Sicht-Qualität) Raustellen zulässig Raustellen nicht zulässig Hobelschläge zulässig Hobelschlag zulässig bis 10 mm Länge, 1 mm Tiefe festverwachsene Äste zulässig festverwachsene Äste zulässig Astlöcher zulässig ausgefallene Äste über 20 mm sind auszustoppeln zulässig Harzgallen bis 5 mm  50 mm zulässig, größere sind auszuleisteln zulässig zulässig Bläue zulässig Verfärbungen durch Bläue und/oder Rotstreif bis zu 5 % Oberfläche zulässig Rotstreif zulässig zulässig gemäß ÖNORM DIN 4074-1 nicht zulässig Risse bis zu einer Tiefe von 1/6 der Bauteilbreite (je Seite) sind zulässig. Die erforderliche statische Tragfähigkeit darf nicht beeinträchtigt werden.

Die Bearbeitung der Oberfläche kann ebenso auf unterschiedliche Art erfolgen, wobei in der Praxis meist nur die Unterscheidung sägerau, gehobelt, geschliffen von Relevanz ist. Tabelle 2-19: Oberflächenausführung – ÖNORM B 2215 [138] Oberflächenausführung Flächen behauen gebürstet gehobelt geschliffen sandgestrahlt sägerau Kanten gebrochen profiliert, gefast

Beschreibung mit Hacke, Beil, Axt oder entsprechend maschinell bearbeitetes Holz Herstellen einer reliefartigen Oberfläche entsprechend der Holzstruktur mit Bürsten Herstellen einer glatten Oberfläche mit Hobelwerkzeugen Herstellen einer glatten Oberfläche mit Schleifwerkzeugen Herstellen einer reliefartigen Oberfläche entsprechend der Holzstruktur mit Sandstrahlung Oberfläche, die durch Bearbeiten des Holzes mit Sägewerkzeugen (Kettensägen sind für Längsschnitte nicht zulässig) entstanden sind Kantenbearbeitung ohne vordefinierter Geometrie mit Abmessungen unter 4 mm Kantenbearbeitung eines vormals scharfkantigen Holzquerschnittes mit vordefinierter Geometrie

Holz und Holzwerkstoffe Holz wird sowohl handwerklich, vorwiegend als Bauholz, aber auch veredelt bzw. industriell gefertigt als Holzwerkstoff eingesetzt. Durch die am Markt erhältlichen, technologisch erstklassigen Produkte wird ein hoher Vorfertigungsgrad bei gleichzeitig hohen Fertigungsqualitäten erzielt. Durch gezielte Wahl der Materialien, zugeschnitten auf den jeweiligen Verwendungszweck, allem voran der für spezielle Einsatzzwecke optimierten Holzwerkstoffe, werden Konstruktionen zunehmend vereinfacht und können maßgeschneidert hergestellt werden. Das breite Spektrum der gängigsten Holzprodukte und Holzwerkstoffe ist in Abbildung 2-28 dargestellt.

52 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|6

Abbildung 2-28: grundlegende Einteilung von Holz und Holzwerkstoffen festigkeitssortiertes Bauholz keilgezinktes Konstruktionsvollholz (KVH) konstruktive Vollholzprodukte

Lamellenholz (Duo- und Triobalken) Brettschichtholz (BSH) Sonstige

Produkte vorwiegend für die Primärkonstruktion

Brettsperrholz (BSP) Lagenwerkstoffe Funierschichtholz Furnierstreifenholz Spanwerkstoffe Doppelstegträger Hobelware konstruktive Vollholzprodukte Massivholz breitenverleimt Mehrschichtplatten Lagenwerkstoffe Sperrholz

Produkte vorwiegend zur Aussteifung/Beplankung

OSB Spanwerkstoffe Spanplatte Holzfaserplatte Faserwerkstoffe Holz-Wärmedämmverbundsystem Holz-Holz Holz-Holzwerkstoff

konstruktive Hybridbaustoffe Holz-Beton Holz-Stahl

Produkte vorwiegend für die Primärkonstruktion

2|6|1

Festigkeitssortiertes Bauholz (MH)

2|6|1|1

Als festigkeitssortiertes Bauholz wird Schnittholz (ohne Keilzinken) bezeichnet, das durch Einschneiden oder Profilieren von Rundholz im Sägewerk für tragende Zwecke gewonnen wird. Zur Verwendung für Bauzwecke muss Vollholz nach einem visuellen oder maschinellen Sortierverfahren gemäß ÖNORM EN 14081-1 [217] festigkeitssortiert sein. Zur Veredelung kann das Schnittholz noch weiteren Bearbeitungsstufen, z. B. technische Trocknung, Hobeln, Fasen, und weiterem Profilieren unterworfen sein. Je nach Holzart weist das Konstruktionsholz eine unterschiedliche natürliche Dauerhaftigkeit gegenüber Schädlingsbefall auf. Neben den normativen Anforderungen gibt es noch die Gütegemeinschaft „MH Massivholz Austria“ und die Gütegemeinschaft „Konstruktionsholz KVH“, die über die Norm hinausgehende Qualitätskriterien festlegen. [259] Bezeichnungen (MH) Massivholz, Kantholz, Vollholz Höhe: 8 bis 24 cm Breite: 8 bis 24 cm Längen: von 4 bis 6 m (Standard), höhere Längen möglich Festigkeitsklasse: im Regelfall C24, C27

Holz und Holzwerkstoffe | 53

Einsatzbereiche Vollholz darf für alle tragenden oder aussteifenden Konstruktionen eingesetzt werden. Tabelle 2-20: Standardquerschnitte festigkeitssortiertes Bauholz Breite [mm] 60 80 100 120

Höhe [mm] 120    

160  

200   

240  





Keilgezinktes Konstruktionsvollholz (KVH)

2|6|1|2

Konstruktionsvollholz ist ein veredeltes Bauschnittholz. Durch gezielte Wahl des Einschnittes und durch technische Trocknung wird eine hohe Formstabilität erreicht und die Rissbildung minimiert. Zusätzliche und gegenüber ÖNORM DIN 4074-1 [170] verschärfte Sortierkriterien tragen dazu bei, ein hohes Maß an Funktionstauglichkeit sowie hochwertige Oberflächen für die sichtbare Anwendung zu gewährleisten. [259] Tabelle 2-21: Standardquerschnitte für Konstruktionsvollholz Breite [mm] 60 80 100 120

120    

140  

Höhe [mm] 160 180   

200    

240   

Höhe: 10 bis 28 cm Breite: 6 bis 24 cm Längen: 13 m (Standard, der im Handel etabliert ist) Festigkeitsklasse: im Regelfall C24 Typen Je nach Verwendungszweck werden zwei Sortimente hergestellt, die sich im Wesentlichen in der Oberflächenbeschaffenheit voneinander unterscheiden. KVH-SI für sichtbare Konstruktionen KVH-NSI für nicht sichtbare Konstruktionen Überwachungszeichen Konstruktionsvollholz kann auf freiwilliger Basis ein eigenes Überwachungszeichen führen. Grundlage dieses Zeichens KVHa ist eine ständige Eigenüberwachung und eine regelmäßige Fremdüberwachung durch eine unabhängige Materialprüfanstalt. Einsatzbereiche Konstruktionsvollholz darf für alle tragenden oder aussteifenden Konstruktionen eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Formstabilität und der niedrigen Holzfeuchte ist KVH besonders für den Holzhausbau geeignet.

Balkenschichtholz Balkenschichtholz besteht aus Lamellen, die derselben Festigkeitsklasse oder herstellerspezifischen Festigkeitsklasse angehören und miteinander verklebt sind. Balkenschichthölzer können aus bis zu 5 Lamellen mit einer Dicke von größer 45 bis 85 mm bestehen, wobei ein Gesamtquerschnitt des Balkens von 280  280 mm nicht überschritten werden darf. Die Lamellen der Balkenschichthölzer werden entweder visuell nach den Kantholzkriterien oder

54 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|6|1|3

maschinell sortiert und den C-Klassen zugeordnet. Die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften der Balkenschichthölzer sind somit ebenso durch Normen erfasst. [259] Bezeichnungen Balkenschichtholz, Duobalken, Triobalken, Quattrobalken Übliche Dimensionen Höhe: bis 24 cm Breite: 8 bis 20 cm Längen: von 3 bis 16 m Festigkeitsklasse: im Regelfall C24, C27 Fertigung: Werksfertigung nach Konstruktionsplan Einsatzbereiche Balkenschichtholz wird insbesondere in Bereichen mit hoher Anforderung an die Oberfläche bei gleichzeitigem Wahren der Vollholzoptik (z. B. Sichttramdecken) verwendet.

Brettschichtholz (BSH)

2|6|1|4

Brettschichtholz besteht aus verklebten, getrockneten Brettlamellen aus Nadelholz mit Lamellendicken von 3,2 cm für gekrümmte Bauteile und in der Regel 4 cm für stabförmige BSH-Träger. Die Lamellen können durch Sortierung schichtweise aufgebaut werden. Bezeichnungen (BSH) Brettschichtholz (umgangssprachlich oft Leimbinder, Leimholz, Leimbalken) Übliche Dimensionen Höhe: beliebig bis 250 cm, gestaffelt nach Lamellendicke Breite: 8 bis 20 cm (selten 22 cm) – in 2 cm-Abstufungen Längen: von 5 bis 40 m (Transport begrenzt die Länge) Radius: Mindestradius abhängig von der Lamellendicke d Brettschichtholzklasse: im Regelfall GL 24h und GL 28h, ggf. GL 24c, GL 28h, GL 32h, GL 32c und noch weitere Festigkeitsklassen Einsatzbereiche Brettschichtholz sind flexible und moderne Bauelemente des Holzbaues. BSH kann in allen Bereichen eingesetzt werden, aus statischen Gründen, aus Gründen der Formstabilität, aus optischen Gründen oder wegen der möglichen Länge bzw. der Haltbarkeit der Bauteile. Neben geraden Bauteilen sind Formen mit variablen Querschnitten und/oder Krümmungen möglich. Brettschichtholz wird oft im Elementbau eingesetzt. Das Bauen in Elementen ist durch das geringe Gewicht ein großer Vorteil für Stahl-HolzKonstruktionen. Brettschichtholz BSH – Aufbautypen Die zulässige Biegespannung von BSH ist aufgrund der herstellungsbedingten Homogenität etwa 5 bis 10 % höher als bei sortiertem Bauholz gleicher Festigkeitsklasse. Die Lamellen werden vorsortiert, sodass in BSHQualität unter Ausnutzung der höheren Spannungen einer höheren Festigkeitsklasse nachfolgende Querschnittstypen herstellbar sind. Die Klassifizierung der Bretter für die Herstellung von Brettschichtholz nach charakteristischen Zugkenngrößen (Sortierung nach T-Klassen) ist zulässig.

Holz und Holzwerkstoffe | 55

Je nach T-Klasse werden dabei im Querschnitt Lamellen mit unterschiedlicher Zugfestigkeit verleimt – T11 steht für eine Lamelle mit 11 N/mm² charakteristischer Zugfestigkeit. Die charakteristische Zugfestigkeit der Keilzinkverbindung muss höher sein – z. B. bei T11 16 N/mm². Abbildung 2-29: mögliche Querschnittsaufbauten mit Brettern der T-Klasse [101]

GL 24h

GL 24c

GL 24c

symmetrisch

unsymmetrisch

GL 28h

GL 28c

GL 28c

symmetrisch

unsymmetrisch

Kreuzholzbalken (Kreuzholz, Kreuzbalken)

2|6|1|5

Kreuzholz besteht aus vier viertelholzähnlichen, faserparallel miteinander verklebten Segmenten aus Nadelholz. Dabei wird die Außenseite der Rundholzsegmente nach innen gewendet, sodass innerhalb des Rechteckquerschnittes eine zentrische, über die gesamte Länge durchlaufende Röhre entsteht. Der Grund für diese Art der Verleimung ist, auch kleine Durchmesser einer Verwendung als konstruktiven Vollholzwerkstoff zuführen zu können. Im Vergleich zu anderen stabförmigen Vollholzprodukten ist diese Variante allerdings gegenwärtig nicht sehr verbreitet.

Brettsperrholz (BSP) Brettsperrholz (BSP) wird aus mindestens drei kreuzweise übereinandergelegten und miteinander verklebten, seltener auch verdübelten, festigkeitssortierten Brettern hergestellt. Die Einzelbretter, welche in ihrer Längssachse wie beim Brettschichtholz eine Keilzinkenverbindung aufweisen, können auch seitlich verleimt sein, wodurch eine geschlossene Decklage erzeugt wird. Es handelt sich dabei hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeit um ein hochwertiges Sägeprodukt. Abbildung 2-30: Brettsperrholz

Brettsperrholzplatten haben auch eine bevorzugte Spannrichtung, worauf bereits bei der Planung Rücksicht genommen werden sollte. Es wird dadurch die statisch-konstruktive Tragwirkung optimiert. In der Ausrichtung der Decklage wird unterschieden: DQ Decklage quer zur Plattenrichtung DL Decklage längs zur Plattenrichtung Je nach optischer Anforderung an die Oberfläche kann bei den Herstellern zwischen Sichtqualität (SI), Industriesichtqualität (ISI) und Nichtsichtqualität (NSI) unterschieden werden. Grundsätzlich wird festigkeitsortiertes Holz der Klasse C24 verwendet, vereinzelt sind C16-Bretter zulässig. Die Bemessung erfolgt unter dem Aspekt von nachgiebig verbundenen Querschnitten. Vereinfacht kann deshalb zum Zwecke der Vordimensionierung mit einem

56 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|6|1|6

reduzierten, verglichenem Vollholzquerschnitt nach Angaben des Herstellers gerechnet werden. Produktbezeichnung Kreuzlagenholz (KLH), X-Lam, Cross-Laminated Timber (CLT), MM crosslam Verwendung Für die Ausführung als Wand oder Decke werden im konventionellen Hausbau im Wesentlichen nur Brettsperrholzelemente verwendet. Türen und Fenster, Deckendurchbrüche oder Schlitze können mit üblichen Holzbearbeitungsgeräten realisiert werden. Die Platten sind konstruktiv ohne weitere Maßnahmen als starre Scheiben berechenbar. Die Einsatzmöglichkeit erstreckt sich vom Einfamilienhaus bis hin zum mehrgeschoßigen Wohnbau, aber auch Büro- und Industriegebäude oder Brücken können mit diesen Komponenten ausgeführt werden. Übliche Handelsformen und Dimensionen Breiten: 2,40 m / 2,50 m / 2,73 m / 2,95 m Längen: bis 16,50 m Aufbau: 3-, 5-, 7-schichtig oder mehr Schichten je nach statischem Erfordernis Lieferdicken: DQ 3s: 57, 72, 94, 120 mm 5s: 95, 125, 158 mm DL 3s: 60, 78, 90, 95, 108, 120 mm 5s: 95, 117, 125, 140, 145, 162, 182, 200 mm 7s: 201, 226 mm 7ss: 208, 230, 248 mm

Furnierschichtholz

2|6|1|7

Furnierschichtholz (Laminated Veneer Lumber, LVL) wird aus Furnieren mit bis zu 6 mm Dicke, welche miteinander mehr oder weniger faserparallel verleimt werden, zum stab- oder plattenförmigem Werkstoff hergestellt. Furnierschichtholz wird als tragendes und aussteifendes Element verwendet – je nach statischer Anforderung kann die Orientierung der einzelnen Lagen optimiert werden. [259] Verwendung Durch hohe Festigkeiten vor allem im konstruktiven Bereich und Ingenieurholzbau. Platten mit ausschließlich längslaufenden Furnieren werden vor allem bei überspannenden Konstruktionen (z. B. Fachwerke, Hallen, Sparren), kreuzweise verleimte Platten vor allem zum Zwecke der Aussteifung verwendet. Weiters ist LVL gut imprägnierbar, kann daher auch bei hoher zu erwartender Beanspruchung durch holzzerstörende Organismen oder in Bereichen mit erhöhter Bewitterung verwendet werden. Aufgrund der guten Imprägnierbarkeit von Furnierschichtholz kann dieses Material auch bei fungizider, insektizider und klimatischer Beanspruchung eingesetzt werden. Übliche Handelsformen und Dimensionen Breiten: bis 2,5 m Längen: bis 26,0 m Nutzungsklassen Trockenbereich (LVL/1), Feuchtbereich (LVL/2) sowie Außenbereich in Kombination mit Beschichtung (LVL/3)

Holz und Holzwerkstoffe | 57

Spanwerkstoffe

2|6|1|8

Furnierstreifenholz (Parallam PSL) Das Furnierstreifenholz (Parallel Strand Lumber PSL) besteht aus ca. 2,5 m langen und rund 16 mm breiten sowie ca. 3 mm dicken, parallel zur Balkenachsenlänge ausgerichteten, miteinander verleimten Schälfurnierstreifen. Diese festigkeitssortierten Furnierstreifen werden allseitig beleimt, parallel zur Balkenlängskante, längenversetzt gebündelt und in einer Durchlaufpresse mit Druck und Mikrowellen zu einem endlosen Balkenquerschnitt verklebt. [259] Übliche Handelsformen und Dimensionen Breiten: 4 bis 28 cm Dicke: 4 bis 48,3 cm Längen: bis 20,0 m Doppelstegträger (TJI) Dies sind stabförmige Holzwerkstoffe, bei denen zwei Gurte mit einem dazwischenliegenden Steg verklebt werden. Die Gurte bestehen aus festigkeitssortiertem Bauholz, Brettschichtholz oder Furnierschichtholz. Die Stege sind meist aus OSB-Platten oder harten Holzfaserplatten gefertigt. Ebenso ist am Markt auch eine mit Dämmung ausgefachte Variante erhältlich. Optional, z. B. bei Durchlaufträgern im Bereich der Auflager oder bei Durchdringungen, kann der Bereich zwischen den Gurten durch Aufdoppelungen verstärkt werden. [259] Spanstreifenholz Spanstreifenholz (Laminated Strand Lumber, LSL) plattenförmiger Holzwerkstoff aus großen, längsorientierten Pappelholzspänen. Aufgrund des hohen Leimanteils ist es nur bedingt witterungsbeständig und für den Einsatz bei direkter Bewitterung nicht geeignet. Je nachdem, ob die Späne in Längsrichtung oder in Längs- und Querrichtung orientiert sind, leitet sich der Einsatz als stabförmiger oder als plattenförmiger Baustoff ab. [151] [259] Übliche Handelsformen und Dimensionen Dicke: 32 bis 89 mm Breiten: bis 2,438 m Längen: bis 10,76 m

Produkte vorwiegend zur Aussteifung und Beplankung

2|6|2

Hobelware

2|6|2|1

Hobelware ist die übergeordnete Bezeichnung für Profilbretter und Profilleisten aus Nadel- oder Laubholz mit einer Dicke zwischen 9,5 und 40 mm. Grundsätzlich werden diese nicht für tragende Zwecke herangezogen, ihr Einsatz ist beispielsweise als Verkleidung oder Beplankung im Innen- und Außenbereich oder als Rohstoff für andere veredelte Holzprodukte zu finden. Abhängig von der Holzart besteht eine unterschiedliche natürliche Dauerhaftigkeit, die Langlebigkeit kann mit vorbeugenden Holzschutzmitteln erhöht werden, ersetzt jedoch keinesfalls den baulichen bzw. konstruktiven Holzschutz. Essenziell in Bezug auf den Einsatz ist der Umstand, dass die Hobelware mit der richtigen Gebrauchsfeuchtigkeit für den jeweiligen Einsatzzweck verbaut wird. [259]

58 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

Massivholzplatte breitenverleimt

2|6|2|2

Einzelne parallel angeordnete, gehobelte Stäbe bzw. Bretter der gleichen Holzart werden zu einer massiven, fugendichten Platte verleimt. Aufgrund des Quell- und Schwindverhaltens findet sich die Anwendung vor allem im Innenbereich. Übliche Handelsformen und Dimensionen Dicke: 14 bis 52 mm (üblich 18, 27 und 42 mm) Breite: 121 cm Länge: 400 bis 500 cm

Mehrschichtplatten

2|6|2|3

Massivholzplatten, die aus mehreren kreuzweise verleimten Lagen bestehen, werden als Mehrschichtplatten bzw. als Dreischicht- oder Fünfschichtplatten oder aber auch übergeordnet als Massivholzplatten bezeichnet. Durch die 90° zueinander verdrehten Mittellagen wird eine absperrende Wirkung erzeugt. Mehrschichtplatten sind daher im Vergleich zu breitenverleimten Massivholzplatten dimensionsstabiler und Änderungen der Gesamtabmessungen bei unterschiedlichen klimatischen Verhältnissen deutlich geringer. Die Platten sind orthogonal formatiert zugeschnitten – entweder rechtwinkeliger Abschnitt (stumpfer Stoß) oder mit Nut-/Feder-Profil. [259] Übliche Handelsformen und Dimensionen Dicke: 19 bis 27 mm, vereinzelt auch dünner/dicker Typische Plattenmaße: 62,5  250 cm und 125  250 cm (Nut/Feder) 102,5  500 cm, 102,5  505 cm, 12 5 500 cm, 205  400 cm, 205  500 cm, 205  505 cm Maße bei Nut-/Feder-Platten begrenzt Anzahl der Schichten: meist 3, vereinzelt auch 5-schichtige Platten

Sperrholz

2|6|2|4

Sperrholzplatten werden aus mindestens drei Furnieren zusammengesetzt, sodass die Faserrichtung benachbarter Schichten einen Winkel von 90° zueinander aufweist. Die Decklagen weisen stets die gleiche Faserrichtung auf. Birke, Buche und Pappel sind die am häufigsten verwendeten Holzarten, insbesondere im nordamerikanischen Raum finden sich oft Nadelhölzer wie Douglasie oder Kiefer. Je nach Art der Verklebung kann die Anwendung im Innen- und im Außenbereich erfolgen, die Notwendigkeit des chemischen Holzschutzes ist stets zu prüfen. [1][151]

OSB-Platten (Oriented Strand Board)

2|6|2|5

OSB-Platten (Oriented Strand Board) sind mehrschichtige Grobspanplatten, die aus langen, schlanken Holzspänen (Strands) unter Verwendung eines Bindemittels hergestellt werden. Die Strands der Decklagen sind grundsätzlich längsorientiert, die der Mittellagen zufällig angeordnet. Je nach Längen-/ Breitenverhältnis der Strands ändert sich das Tragwerksverhalten entlang der Plattenachse. Die Bandbreite der Kennwerte, insbesondere die der Festigkeit, ist im Vergleich zu anderen Holzwerkstoffen relativ groß. In der Praxis ist durch gutes Qualitätsmanagement deshalb darauf zu achten, dass die in der Planung angesetzten Kennwerte auch in der Umsetzung eingehalten werden. [1] [151]

Holz und Holzwerkstoffe | 59

Übliche Handelsformen und Dimensionen Dicke: 8 bis 40 mm Breite: 60,7 bis 250 cm Länge: 250 bis 500 cm

Spanplatte

2|6|2|6

Spanplatten werden aus verschieden großen miteinander durch Bindemittel verbundenen Holzspänen hergestellt. Grundsätzlich sind Spanplatten dreischichtig aufgebaut – an den Außenseiten finden sich feinere, im Inneren gröbere Holzspäne. Die feinen Holzspäne liegen vorzugsweise parallel zur Plattenebene, sind in dieser aber weitgehend regellos orientiert. Bei der Herstellung können Bindemittel, z. B. Hydrophobierungs- oder Pilzschutzmittel, beigefügt werden. Eine Sonderform bildet die zementgebundene Spanplatte das Bindemittel ist mineralisch (z. B. Portlandzement). Abhängig von Dichte, Aufbau und Additiven der Platte kann der Einsatz zum Schall- oder Wärmeschutz oder aber als nichttragendes, aussteifendes oder tragendes Element erfolgen. [1] [151] Übliche Handelsformen und Dimensionen Dicke: 6 bis 40 mm Breite: 207 cm Länge: 280 cm / 561 cm Plattentypen P4-Platte: tragende Zwecke, Nutzungsklasse 1 P5-Platte: tragende Zwecke, feucht, Nutzungsklasse 1 u. 2 P6-Platte: tragende Zwecke, trocken, hochbelastbar Nutzungsklasse 1 P7-Platte: tragende Zwecke, feucht, hochbelastbar, Nutzungsklasse 1 u. 2 PZ-geb. Spanplatte: trocken, feucht, außen, Nutzungsklasse 1, 2 u. 3

Holzfaserplatte Faserplatten sind aus Lignozellulosefasern hergestellte Plattenwerkstoffe mit unterschiedlicher Dichte. Die Herstellung kann im Nassverfahren unter hoher Feuchtigkeitsumgebung oder im Trockenverfahren durchgeführt werden. Im Nassverfahren findet sich an der Rückseite ein signifikanter Siebabdruck (meist bei Hartfaserplatte). Die Bindung erfolgt großteils durch Verfilzung der Fasern und Bindemittel. Durch Zusätze können die Eigenschaften der Platte, z. B. Hydrophobierung, Pilzschutz, Feuerschutz, geändert werden. [151] Harte Holzfaserplatte Dichte: ≥900 kg/m³ Dicke: ≤8 mm Hohe Biegefähigkeit (Biegeradius bis zu 25 cm) Mitteldichte Holzfaserplatte (MDF) Unterscheidung in: HDF (hochdichte Faserplatten) ≥800 kg/m³ leichte MDF ≤650 kg/m³ ultraleichte MDF ≤550 kg/m³ Eine Sonderform der MDF ist die diffusionsoffene Faserplatte. Aufgrund der wasserführenden Funktion bei gleichzeitiger Diffusionsoffenheit eignet sich ihr Einsatz vor allem bei Unterdächern als Ersatz für Schalung und

60 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|6|2|7

Schalungsbahn. Durch eine umseitige Nut-/Federprofilierung wird die Verlegung erleichtert und ein sogenannter „fliegender Stoß“ ist möglich. Dicke: 13 mm, 15 mm, 16 mm (2 bis 45 mm möglich) Breite: 62,5 bis 125 cm Länge: 250 bis 280 cm Mittelharte Holzfaserplatte Dicke: 5 bis 16 mm Breite: 122 cm Länge: 244 cm Poröse Holzfaserplatte Die poröse (auch weiche) Holzfaserplatte findet ihren Einsatz als Schall- und Dämmschutzplatte. Wie bei den anderen Faserplatten können durch Zusätze bestimme Eigenschaften verbessert werden. Dichte: 230 bis 400 kg/m³ Dicke: 6 bis 80 mm Breite: 60 bis 170 cm Länge: 170 bis 260 cm

Holzweichfaser-Putzträgerplatte

2|6|3

In den letzten Jahren haben sich nicht hinterlüftete Vollwärmeschutzfassaden bzw. Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) aus Holzwerkstoffen etabliert. Die dafür verwendeten Holzweichfaserplatten sind im Nass- oder Trockenverfahren hergestellte hydrophobierte Holzfaserdämmplatten. Essenziell ist, dass es sich bei diesem Holzwerkstoff stets um Systemzulassungen handelt – das bedeutet, dass nur aufeinander abgestimmte Komponenten (Dämmstoff, Putzschichten, Anstriche, Befestigungsmittel) verwendet werden dürfen. [57] Übliche Handelsformen und Dimensionen Dichte: 160 bis 270 kg/m³ Wärmeleitfähigkeit: 0,042 bis 0,052 W/m²K Dicke: 40 bis 200 mm Breite: 60 bis 170 cm Länge: 170 bis 260 cm

Sonstige gängige Baustoffe für den Holzbau

2|7

Neben den klassischen Holzwerkstoffen sollen nachfolgend auch Baustoffe Erwähnung finden, die aufgrund ihres breiten Einsatzes in der Holzbauweise ihre Berechtigung in der Praxis behaupten konnten.

Dämmstoffe

2|7|1

Im Bauwesen findet sich eine Fülle an verschiedenen Dämmstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften. In vorliegendem Buch soll nicht der komplette Umfang der unterschiedlichen Dämmstoffe wiedergegeben werden, sondern nur die im Holzbau etablierten, das heißt vor allem weiche Dämmstoffe.

Holzfaserdämmstoffe

2|7|1|1

Dies sind Dämmstoffe, welche zu einem Großteil aus Holzfasern bestehen. Die Fasern werden vorwiegend aus den Restholzanteilen von Nadelhölzern gewonnen, sind gegebenenfalls unter Beimengungen von Bindemitteln oder

Sonstige gängige Baustoffe für den Holzbau | 61

Additiven zu Platten oder Rollen für die Wärme- oder Schalldämmung verarbeitet. In der Herstellung wird zwischen Nass- und Trockenverfahren unterschieden. [259]

Mineralwolle

2|7|1|2

Aus einzelnen mineralischen Fäden – Stein, Schlacke oder Glas – werden mit großem Hohlraumanteil und damit verbundener, hoher Dämmwirkung wollartige Rollen oder Platten erzeugt. In direktem Zusammenhang mit der Rohdichte der fertigen Dämmung können unterschiedliche Steifigkeiten oder Wärmeleitfähigkeiten beim Endprodukt erzeugt werden. Der Einsatz erfolgt zur Wärme- und Schalldämmung sowie als Schallabsorber- und Trittschalldämmplatten. [259]

Zellulosedämmstoff

2|7|1|3

Zellulosedämmung, meist aus Altpapier hergestellt, findet sich am Markt in Form von Platten, wird aber meist mit speziellen Geräten in Hohlräume, z. B. zwischen Sparren oder in Wand-/Deckenelemente, eingeblasen. Sie eignet sich als Wärme- und Schalldämmung. Die Dichte beim Einblasvorgang kann reguliert und damit können die Dämmeigenschaften angepasst werden. Da der Einbau auf der Baustelle erfolgt, sind jedenfalls die Verarbeitungsrichtlinien des jeweiligen Herstellers – insbesondere für den Einbau – genauestens zu beachten. [259]

Bekleidungsstoffe

2|7|2

Aus optischen und/oder bauphysikalischen Gründen, z. B. Brandschutz, werden Bauteile bzw. Bauelemente oftmals beplankt oder verkleidet. Hier kommen meist mineralische Produkte zum Einsatz.

Gipskartonplatte Gipskartonplatten (auch Gipsplatten) bestehen aus Gips, welcher mit Karton ummantelt und zu einer Platte geformt wird. Dieser sogenannte Trockenputz wird auf eine Unterkonstruktion geschraubt. Anschließend werden die Bereiche der Schraubenköpfe und Stöße der Platten verspachtelt, um eine geschlossene Sichtseite zu erzeugen. Gips enthält chemisch gebundenes Wasser, welches bei starker Erwärmung (z. B. Feuer) als Wasserdampf frei wird, wodurch sich eine gute Eignung als Brandschutzverkleidung ableitet. Aufgrund der geringen Feuchtebeständigkeit von Gips sind die Platten nur für Innenbereiche geeignet. In Feuchträumen sind eigene (imprägnierte) Feuchtraumplatten anzuwenden. Gemäß dem Anwendungsgebiet unterscheidet man  GKB: Gipskartonplatten ohne besondere Anforderung  GKF: Gipskartonplatten mit Brandschutzanforderung  GKFI bzw. GKBI: Feuchtraumplatten (imprägniert) mit/ohne Brandschutzanforderung Stets zu beachten sind die Angaben des Herstellers bzw. seiner geprüften Systemaufbauten sowie die zugehörigen Verarbeitungsrichtlinien.

62 | Holztechnologie – Baustoffe und Produkte

2|7|2|1

Gipsfaserplatte

2|7|2|2

Die Rohstoffe Gips und Zellulosefasern werden unter Beigabe von Wasser ohne weitere Bindemittel unter hohem Druck zu sogenannten Gipsfaserplatten verpresst. Die Anwendung kann als Trockenbau-Beplankung in allen nicht bewitterten Bereichen auf der Wand, der Decke, dem Dach und dem Boden (z. B. als Trockenestrich) erfolgen. [259]

Zementgebundene, bewehrte Leichtbetonplatte

2|7|2|3

Dies sind zementgebundene Bauplatten, welche durch Einbau von unterschiedlichen Zuschlagstoffen, beispielsweise Blähton oder RecyclingGlasschaumgranulat eine geringere Rohdichte (ca. 1000 kg/m³) als vergleichbare Plattenwerkstoffe aufweisen. Durch eine beidseitige alkaliresistente Armierung werden hohe Festigkeitswerte erreicht. Zufolge der Hydrophobierung, also einer Verhinderung der Feuchtigkeitsaufnahme, leitet sich der oftmalige Einsatz in Feucht- und Nassräumen ab. Im Außenbereich können zementgebundene, bewehrte Leichtbetonplatten als Putzträger verwendet werden. [259]

Holzwolle-Leichtbauplatte (HWL)

2|7|2|4

Diese Platten werden aus Holzwolle und mineralischen Bindemitteln (Zement, Magnesit) hergestellt. Ihr Einsatz erfolgt meist als Schall- und Brandschutzplatte sowie als Putzträger im Innen- und Außenbereich. Wird die Holzwolle-Leichtbauplatte bereits in der Herstellung mit anderen Dämmstoffen (z. B. Steinwolle) kombiniert, spricht man von sogenannten HolzwolleSchichtplatten. [1]

Folien/Abdichtungen

2|7|3

Grundsätzlich ist aus bauphysikalischer Sicht zwischen innenliegenden und außenliegenden Folien zu unterscheiden. Innenliegenden Folien kommt meist die Funktion einer Dampfsperre oder Dampfbremse zu, außenliegende Folien, z. B. die Schalungsbahn eines Unterdaches, haben meist abdichtende Funktion oder dienen als notentwässernde Ebene. Bei Holzfassaden werden diffusionsoffene Folien meist auch als winddichtendes Element im Wand- bzw. Deckenaufbau oder beispielsweise bei Dächern als Niederschlagsabdichtung während der Bauphase eingesetzt. Insbesondere bei der Verwendung als bauprovisorische Abdichtung ist darauf zu achten, dass keine zu lange Bewitterung stattfindet, da die UV-Strahlung der Folie schaden könnte. Die Herstellerangaben sind insbesondere in Bezug auf die maximal zulässige Bewitterung zu beachten.

Dampfbremse

2|7|3|1

Als Dampfbremse bezeichnet man diejenige, meist folienartige, Bauteilschicht innerhalb eines Bauteils, die das Diffundieren von Wasserdampf in die Wärmedämmung einschränkt oder verhindert, um schädliches Kondensat im Bauteil abzuwenden. [1] Aktuelle Weiterentwicklung der klassischen Dampfbremse sind sogenannte feuchteadaptive oder feuchtevariable Produkte. In derartigen Dampfbremsen passt sich der Diffusionswiderstand der relativen Luftfeuchtigkeit der

Sonstige gängige Baustoffe für den Holzbau | 63

Umgebung – somit dem Jahreszyklus – an. Im Winter kann zufolge höheren sdWerts weniger Feuchtigkeit eindringen, im Sommer zufolge niedrigeren sdWerts etwaig angesammelte Feuchtigkeit entweichen.

Diffusionsoffene Folie

2|7|3|2

Liegt die wasserdampf-diffusionsäquivalente Luftschichtdicke bei sd10 m; außen Holzwerkstoff bzw. Holz inklusive Wetterschutz sd-Wert 15° sd-Wert innen >10 m



Warmdächer mit außenliegender Wärmedämmschicht sd-Wert innen >90 m



Umkehrdächer (extrudiertes Polystyrol)

Glaserverfahren Das in ÖNORM B 8110-2 [159] genormte Glaserverfahren ist ein Werkzeug zur Beurteilung des Feuchteverhaltens von Bauteilen. Das einfache grafische Verfahren wurde 1959 zur Verdeutlichung der Diffusionsströme in Kühlraumwänden entwickelt [48]. Das genormte Verfahren kann allerdings Feuchtetransportphänomene wie kapillaren Wassertransport, konvektiven Feuchtetransport sowie Wärme- und Feuchtespeichervorgänge in einzelnen Materialschichten oder feuchteabhängige Materialkennwerte nicht abbilden. Aufgrund dieser starken Vereinfachung kann das Glaserverfahren nicht zur realistischen Vorhersage des Bauteilverhaltens herangezogen werden. Bei Bauteilen mit äußeren Bauteilschichten mit hohen sd-Werten und Bauteilen mit feuchteadaptiven Dampfbremsen kann das Verfahren nicht angewendet werden. Außerdem stellt es lediglich dann ein geeignetes Verfahren dar, wenn Diffusionsvorgänge überwiegen. In den Holzschutznormen wurde eine sogenannte Trocknungsreserve, welche das Verdunstungspotenzial eines Bauteils abzüglich der Kondensatmenge darstellt, eingeführt. Damit sollen außerplanmäßige Durchfeuchtungen Berücksichtigung finden. In ÖNORM B 3802-2 [149] wird eine Trocknungsreserve von mindestens 250 g/m² bei einem Nachweis nach ÖNORM B 8110-2 [159] festgelegt.

80 | Bauphysik

3|2|4|2

Hygrothermische Simulation

3|2|4|3

Die hygrothermische Simulation (z. B. wufi) ermöglicht eine realitätsnahe Abbildung der wärme- und feuchtetechnischen Vorgänge unter Berücksichtigung der maßgeblichen Randbedingungen. Die Transport- und Speichermechanismen sowie die Grenzen des Verfahrens sind in ÖNORM EN 15026 [247] und in erweiterter Form im WTA-Merkblatt 6-2 [120] beschrieben. Die Bemessung mithilfe der hygrothermischen Simulation ist in der Regel für alle Bauteile geeignet. Wenn der Nachweis nach dem Glaserverfahren nicht möglich ist, muss dieser mittels hygrothermischer Simulation erfolgen.

Baupraktische Empfehlungen bei diffusionsoffenen Konstruktionen

3|2|5

Grundsätzlich sind fehlertolerante Konstruktionen vorzuziehen und die nachfolgenden Regeln einzuhalten. Es wird empfohlen, die in Tabelle 3-05 angeführten sd-Wert-Verhältnisse bei Holzkonstruktionen einzuhalten. Tabelle 3-05: sd-Werte für nachweisfreie Holzbauteile sd-Wert außen ≤0,3 m 0,3 m ≤ sde ≤ 4,0 m

sd-Wert innen ≥2,0 m 4  sde

Maßnahmen bei Konstruktionen mit außenseitig hohen sd-Werten

3|2|6

Bei Konstruktionen mit außenseitig hohen sd-Werten (z. B. Flachdächer), wobei auch sd-Werte um die 20 m in diesem Zusammenhang als zu hoch anzusehen sind, ist eine sommerliche Umkehrdiffusion und somit eine Rücktrocknung unbedingt erforderlich. Ein Nachweis nach dem Glaserverfahren ist bei diesen Konstruktionen nicht zulässig.

Planungsfehler „Dicht-dicht“-Aufbau

3|2|6|1

Da das Glaserverfahren keinen Feuchteeintrag aufgrund von Konvektionserscheinungen durch Leckagen in der luftdichten Ebene berücksichtigt, könnten auch für Aufbauten mit beidseitig hohen sd-Werten positive Nachweise errechnet werden. In der praktischen Umsetzung ist allerdings immer mit leichten Luftundichtheiten und somit zusätzlichen Feuchteeinträgen zu rechnen. Die so eingedrungene Feuchtigkeit kann bei „Dicht-dicht“-Aufbauten nicht mehr austrocknen und es ist mit Bauschäden zu rechnen. Holzkonstruktionen mit beidseitig diffusionsdichten Baustoffen entsprechen aus diesem Grund nicht dem Stand der Technik bei Holzkonstruktionen. Es sind generell Konstruktionen mit entsprechendem Austrocknungspotenzial vorzusehen. In den letzten Jahren wurden sogenannte feuchteadaptive Dampfbremsen entwickelt. Diese haben die Eigenschaft, dass sie bei geringen mittleren Luftfeuchtigkeiten einen höheren sd-Wert aufweisen. Bei hohen relativen Luftfeuchtigkeiten verringert sich der sd-Wert in den Bereich von diffusionsoffenen Produkten. Bei richtigem Einsatz können diese Produkte Sicherheitsreserven der Holzbauteile darstellen. Im Winter ist in der Regel an der Dampfbremse eine geringe Luftfeuchtigkeit vorhanden, wodurch eine dampfbremsende Wirkung vorherrscht. Im Sommer kommt es bei hohen Temperaturen auf der Dachoberfläche zu einer Feuchteumverteilung im Element, wodurch höhere Luftfeuchtigkeiten an der Dampfbremse vorherrschen. Dadurch verringert sich der sd-Wert und die Elemente können in

Feuchteschutz | 81

den Innenraum abtrocknen. Die Produkte bzw. deren Einsatz sind somit vom Innenklima und den Temperaturen am Dach abhängig. Bei Nutzungen mit hohen mittleren Luftfeuchtigkeiten während des Winters und bei Konstruktionen mit geringen Temperaturen am Dach während des Sommers funktionieren die Aufbauten nicht bzw. nur eingeschränkt. Da sich bei vollständig beschatteten, bekiesten und begrünten Dächern bzw. Dachbereichen, aber auch hellen Dachoberflächen geringere Temperaturen im Sommer einstellen und somit nur eine eingeschränkte Rücktrocknung vorliegt, werden bei diesen Dächern Zusatzdämmungen empfohlen. Abbildung 3-06: Abhängigkeit der sd-Werte am Markt erhältlicher feuchteadaptiver Dampfbremsen von der anliegenden mittleren rel. Luftfeuchtigkeit (Herstellerangaben) [91]

Einflussfaktoren

3|2|6|2

Die Einflussfaktoren hinsichtlich des Feuchtehaushaltes eines Flachdaches stellen somit die sd-Werte der inneren und äußeren Bekleidungen und Folien, der solare Absorptionsgrad (abhängig von der Farbe) der Dachbahn, das Innenklima, die Luftdichtheitsklasse, das Außenklima und der Beschattungszeitraum dar. Planer und Ausführende können die Materialkennwerte beeinflussen. Dem Nutzer sind allerdings die Zusammenhänge einer Änderung des Innenklimas bzw. einer späteren Beschattung z. B. in Form einer nachträglichen Montage von PV-Modulen (Photovoltaik-Module) darzustellen. In zwei, im Jahr 2009 abgeschlossenen Forschungsprojekten wurden die Grenzen der sommerlichen Rücktrocknung beim Einsatz von feuchteadaptiven Dampfbremsen mess- und simulationstechnisch untersucht [90] [96]. Aus den Forschungsarbeiten der Holzforschung Austria entstand eine Planungsbroschüre mit Konstruktionsvorschlägen für nachweisfreie flachgeneigte Dachkonstruktionen [91], welche eine Möglichkeit der Nachweisführung darstellt.

Nachweispyramide Das feuchtetechnische Verhalten von feuchteadaptiven Dampfbremsen kann mit dem Glaserverfahren nicht abgebildet werden. Es ergeben sich, in Abhängigkeit von den Randbedingungen, die in Abbildung 3-07 angeführten Nachweismöglichkeiten. „Goldene“ Regeln für ein nachweisfreies Flachdach Sofern die als Konsens der Referenten des Kongresses „Holzschutz und Bauphysik“ am 10. und 11. Februar 2011[37] publizierten 7 „goldenen“ Regeln eingehalten werden, ist kein weiterer Nachweis erforderlich. Die Grundlage hierfür stellen die Ergebnisse der eingangs angeführten

82 | Bauphysik

3|2|6|3

Forschungsprojekte sowie langjährige Simulationserfahrung dar. Der Punkt 5 wurde entsprechend den Ergebnissen eines Forschungsvorhabens der Holzforschung Austria präzisiert. Abbildung 3-07: Nachweispyramide hygrothermische Simulation

HFAPlanungsbroschüre

7 goldene Regeln für ein nachweisfreies Flachdach Tabelle 3-06: 7 goldene Regeln für ein nachweisbares Flachdach (bei normalem Wohnklima nach ÖNORM EN 15026 [247] bzw. WTA Merkblatt 6-2 [120]) 1 2 3 4 5 6 7

Gefälle ≥3 % vor bzw. ≥2 % nach Verformung Oberfläche dunkel (Strahlungsabsorption a ≥80 %), unverschattet keine Deckschichten (Bekiesung, Gründach, Terrassenbeläge) feuchtevariable Dampfbremse keine unkontrollierbaren Hohlräume auf der kalten Seite der Dämmschicht (wobei eine durchgehende nicht belüftete Luftschicht mit einer Mindestdicke von 6 cm vorteilhaft ist) geprüfte Luftdichtheit vor dem Schließen des Aufbaus die Holzfeuchten von Tragwerk und Schalung (u ≤15 ±3 M-%) bzw. Holzwerkstoffbeplankung (u ≤12 ±3 M-%) dokumentieren

Planungsbroschüre „Flachgeneigte Dächer aus Holz“ Sofern die sieben „goldenen" Regeln aufgrund z. B. temporärer Verschattung, höherer Feuchtelast, geringerer Strahlungsabsorption nicht eingehalten werden können, können Konstruktionen der Planungsbroschüre [91] gewählt werden. In der Broschüre werden nachweisfreie vollgedämmte Foliendächer in Abhängigkeit von der Luftdichtheitsklasse, des Beschattungsgrades und des Innenklimas mit unterschiedlichen innenseitigen sd-Werten und Absorptionsgraden der Dachbahn aufgelistet. Als Grundlage wurden hygrothermische Simulationen, welche anhand von Messergebnissen des mehrjährigen Forschungsprojektes validiert wurden, durchgeführt. Die Ergebnisse können für ganz Österreich herangezogen werden. Objektspezifische hygrothermische Simulation Sollten bei einem Objekt die Randbedingungen nicht den Vorgaben der Planungsbroschüre entsprechen, z. B. längere Beschattungsintervalle, so können objektspezifische hygrothermische Simulationen auf Basis einer objektbezogenen Beschattungsanalyse, durchgeführt werden. Hierzu wird mithilfe eines speziellen Spiegels vor Ort eine 360°-Fotografie erstellt, welche mittels dazugehöriger Software entzerrt wird. Die Umgebung kann auch stützend auf Bebauungsplänen nachgebildet werden, wodurch eine Betrachtung vor Ort nicht erforderlich wird. Über geografische Koordinaten kann dann für jeden Standort die Sonnenbahn ermittelt und in das Panoramafoto oder die Umgebungsnachbildung eingefügt werden. Alle Objekte, die sich daraufhin im Bereich der Sonnenbahn abzeichnen, werfen

Feuchteschutz | 83

zu gewissen Tages- und Jahreszeiten einen Schatten auf den betreffenden Standort. Die so gewonnenen solaren Einstrahldaten können schließlich für die Wärme- und Feuchtesimulationen angesetzt werden.

Schall

3|3

Schall ist definiert als mechanische Schwingungen, die sich in elastischen Medien durch Schwingung der Masseteilchen um ihre Ruhelage ausbreiten, wodurch Verdichtungen und Verdünnungen im Medium entstehen. Während sich Schallwellen in Luft nur als sogenannte Longitudinalwellen ausbreiten (Verdichtungen in Ausbreitungsrichtung), tritt Schall in festen Körpern in den unterschiedlichsten Wellenformen auf. Dabei sind vor allem die Transversalbzw. Rayleighwellen, bei welchen Schubspannungen durch Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung entstehen, und die Biegewellen zu erwähnen, die auf Biegebewegungen und die damit verbundene Kompression und Expansion in Ausbreitungsrichtung zurückzuführen sind. Biegewellen haben bauakustisch die größte Bedeutung, da sie eine hohe Luftschallabstrahlung aufweisen.

Schallschutz

3|3|1

Als Lärm wird störender Schall bezeichnet, der verschiedene Ursachen haben und sogar gesundheitsschädlich sein kann. Die Aufgabe der Bauphysik besteht nun darin, durch die Schalldämmung diesen unerwünschten Schall auf ein erträgliches Maß zu reduzieren. Dies setzt entsprechende Kenntnisse über die schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen, die physikalische Natur und den relevanten Frequenzbereich des Schalls voraus. Abbildung 3-08: relevante Frequenzbereiche in der Bauakustik BAUAKUSTISCH ERWEITERT HÖRBEREICH VIBRATION 0

20

50

100

Frequenzbereich in Hz

3150

5000

20000

Die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs ist allerdings frequenzabhängig. Die höchste Sensibilität weist das Gehör bei etwa 4000 Hz auf. Gegen tiefere und höhere Frequenzen nimmt die Empfindlichkeit stark ab, weshalb für das gleiche Lautstärkeempfinden bei sehr tiefen bzw. sehr hohen Frequenzen ein Vielfaches des Schalldruckpegels erforderlich ist. Die Kurven gleicher Lautstärke verdeutlichen diesen Zusammenhang. - Unzureichender Schallschutz und Beeinträchtigung durch Lärm kann negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben. - Die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs ist frequenzabhängig, wobei das Gehör die höchste Sensibilität bei etwa 4000 Hz aufweist. - Da das menschliche Ohr die Lautstärke nicht linear zum Schalldruck wahrnimmt, wird der Schalldruckpegel proportional zum dekadischen Logarithmus des Schalldruckes definiert. - Pegelverdopplung bzw. zwei Schallquellen mit gleichem Emissionspegel führen zu einer Erhöhung um 3 dB (50 dB + 50 dB = 53 dB).

84 | Bauphysik

- Eine Erhöhung um 10 dB wird von 10 Schallquellen mit gleichem Pegel verursacht (50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB + 50 dB = 60 dB). - Schallübertragung durch flankierende Bauteile berücksichtigen, gegebenenfalls sind Entkoppelungen bzw. elastische Zwischenschichten zu verwenden.  Es liegt für den Holzbau eine Vielzahl an geprüften Lösungen vor (z. B. www.dataholz.com). Abbildung 3-09: Kurven gleicher Lautstärke [6]

Grundlagen der Akustik

3|3|1|1

Aufgrund der außergewöhnlichen akustischen Eigenschaften des menschlichen Ohres und der begrenzten Darstellungsmöglichkeit auf Papier von Wertebereichen, die mehrere Zehnerpotenzen umfassen, werden Schalldrücke üblicherweise für ihre Darstellung nach Gleichung (3-21) in Pegel umgerechnet.

L  10  log L p p0

p2

(3-21)

p2o

Schallpegel Schalldruck Hörschwelle

dB Pa Pa

Der Schalldruckbereich ist, im Vergleich zum atmosphärischen Druck von ca. 100 kPa, eine extrem kleine Druckschwankung, die in den Größenordnungen der Hörschwelle mit 20 μPa und der Schmerzgrenze mit ca. 20 Pa zu finden ist. Diese Pegeldarstellung hat zur Folge, dass Schallereignisse nicht mehr einfach addiert werden können, sondern vor der Addition in Schalldrücke nach Beispiel 3-08 umgerechnet werden müssen. Dabei ist Lges der Schallpegel in dB und pges der Schalldruck in Pa, jeweils resultierend aus beiden Schallquellen. Beispiel 3-08: Schallpegeladdition 100 dB + 100 dB ≠ 200 dB, sondern:

100    100  p2ges   10 Lges  10log 2  10log 210  10log1010  10log2     p0     100 dB + 100 dB = 103 dB Pegelverdopplung bzw. zwei Schallquellen mit gleichem Emissionspegel führen zu einer Erhöhung um 3 dB.

Schall | 85

Bewertung der Bauakustik

3|3|1|2

Die Schalldämmung von Bauteilen wird über den interessierenden Frequenzbereich bestimmt. Für eine vereinfachte Darstellung erfolgt eine Bewertung, was zu einem Ergebnis in Form eines Einzahlwertes führt. Diese Einzahlbewertung wird nach ÖNORM EN ISO 717-1 [229] für den Luftschall und ÖNORM EN ISO 717-2 [230] für den Trittschall durchgeführt. Dabei wird eine Bezugskurve so lange verschoben, bis die Über- bzw. Unterschreitungen durch die Messkurve im Mittel 2 dB pro Terz bzw. in Summe maximal 32 dB betragen. Der Wert der verschobenen Bezugskurve bei 500 Hz gibt den gesuchten Einzahlwert an (siehe Abbildung 3-10). Der Frequenzbereich, in dem sich die ungünstigen Abweichungen befinden, deutet auf den jeweiligen Schwachpunkt der Konstruktion hin. Sogenannte Spektrumanpassungswerte (C, Ctr, Ci etc.) ergänzen den Informationsgehalt der Einzahlangaben durch abweichende Bewertungskurven und zum Teil Frequenzbereiche und ermöglichen so zusätzliche Aussagen zum Pegelverlauf über die Frequenz und präzisere Aussagen zu Stärken und Schwächen der Konstruktion. Das Ergebnis der Bewertung ist ein Einzahlwert mit Spektrumsanpassungswerte(n) in Klammer, die dem Einzahlwert hinzugezählt werden. Der akustische Parameter selbst signalisiert (im Gegensatz zum Frequenzverlauf) durch ein tiefgestelltes w (eng. weighted), dass es sich um ein bewertetes Ergebnis handelt. Beispiel: Rw (C, Ctr) = 45 (0,2) dB Im Beispiel ist das bewertete Schalldämm-Maß 45 dB, der Spektrumsanpassungswert C = 0 dB, Rw + C ist daher ebenfalls 45 dB, der Spektrumsanpassungswert Ctr beträgt 2 dB, Rw + Ctr ist daher 43 dB. Abbildung 3-10: von R zu Rw und L zu Lw– Vorgang der Einzahlbewertung des bewerteten Schalldämm-Maßes und des bewerteten Trittschallpegels [30]

Schalldämm-Maß

Trittschallpegel

Luftschall Grundsätzlich kann ein Bauteil durch Luft- bzw. Körperschall angeregt werden, was in angrenzenden Räumen zu Abstrahlung von Luftschall führt. Bei der Luftschalldämmung erfolgt die Anregung des Bauteils durch Luftschallwellen. Angegeben wird sie durch das Schalldämm-Maß R. Dieses ist definiert als der zehnfache dekadische Logarithmus der auftreffenden Schallleistung P1 zur abgestrahlten Schallleistung P2.

86 | Bauphysik

3|3|2

R  10 log R P1 P2

P1 dB P2

(3-22)

Schalldämm-Maß auftreffende Schallleistung abgestrahlte Schallleistung

dB W W

Das Schalldämm-Maß R ist diejenige Größe, die auch zur Beschreibung der Schalldämm-Eigenschaften von Bauteilen herangezogen wird. Für die Beschreibung der Schalldämmung am Bau werden noch weitere Größen verwendet, welche auch noch eine Schallübertragung über Nebenwege beinhalten. Das Schalldämm-Maß R wird auf die Bauteilfläche S normiert und weist im Falle mit Strich darauf hin, dass es sich um ein Bauschalldämm-Maß (R‘) handelt, in dem auch die Nebenwegsübertragung inkludiert ist. Die österreichischen Normanforderungen für Innenbauteile werden für die Bausituation im Gebäude über die bewertete Standard-Schallpegeldifferenz DnT,w definiert, welche auf eine Bezugsnachhallzeit T0 für Wohnungen im Empfangsraum von 0,5 s normiert wird. Dies entspricht am ehesten den Gegebenheiten in Wohnräumen und wird daher gegenüber der auf eine Bezugsabsorptionsfläche von 10 m² bezogene bewertete Norm-Schallpegeldifferenz Dn,w präferiert.

DnT  L S  LE  10 log DnT Ls LE T T0

T dB T0

(3-23)

Standard-Schallpegeldifferenz Schallpegel im Senderaum Schallpegel im Empfangsraum Nachhallzeit Bezugsnachhallzeit, i. Allg. 0,5 s

dB dB dB s s

Tabelle 3-07: bauakustische Kenngrößen Luftschall – Anwendung und Normierung S Bauteil Rw Gebäude R´w Rw bewertetes Schalldämm-Maß R’w bewertetes Bauschalldämm-Maß Dn,w bewertete Norm-Schallpegeldifferenz DnT,w bewertete Standard-Schallpegeldifferenz S Fläche des Trennbauteils T Nachhallzeit T0 Bezugsnachhallzeit, i. Allg. 0,5 s A äquivalente Schallabsorptionsfläche A0 Bezugsabsorptionsfläche, i. Allg. 10 m²

T/T0

A/A0

DnT,w

Dn,w dB dB dB dB m2 s s m2 m2

Diese bauakustischen Kenngrößen, auch Deskriptoren genannt, können auch ineinander umgerechnet werden, da sie über die Raumgeometrie, unter Zugrundelegung der „Sabin‘schen Formel“, zusammenhängen.

T  0,163  T A V

V A

Nachhallzeit äquivalente Schallabsorptionsfläche Raumvolumen

(3-24) s m2 m3

Einen Sonderfall stellt das bewertete resultierende Bauschalldämm-Maß R’res,w dar. Angewendet wird es auf Außenbauteile, unter Berücksichtigung der Flächenanteile und der Schalldämm-Maße der Einzelkomponenten, wie etwa

Schall | 87

Wände und Fenster. Es ist in Abhängigkeit vom standortbezogenen und gegebenenfalls bauteillagebezogenen Außenlärmpegel, getrennt für Tag und Nacht zu dimensionieren.

1 R´res,w  10 log   Sg  R’res,w Sg Si R’i



Si

i

Ri  10 10

   

bewertetes resultierendes Bauschalldämm-Maß Gesamtfläche aller Bauteile Fläche der Einzelbauteile Bauschalldämm-Maß der Einzelbauteile

(3-25) dB m2 m2 dB

Luftschalldämmung einschaliger, mineralischer, massiver Bauteile

3|3|2|1

Die Luftschalldämmung einschaliger, mineralischer, massiver Bauteile folgt dem in Abbildung 3-11 dargestellten Frequenzverlauf, aus dem drei unterschiedliche charakteristische Abschnitte erkennbar sind. Abbildung 3-11: charakteristische Abschnitte der Luftschalldämmung einschaliger Bauteile [6]

fn fg

Platteneigenfrequenzen Koinzidenz-Grenzfrequenz

Hz Hz

Die Eigenresonanzen der Bauteile spielen in der Praxis nur eine untergeordnete Rolle, da sie aufgrund der in Gebäuden üblichen Raumabmessungen nur bei sehr tiefen Frequenzen zu finden sind. Schon vor mehr als 100 Jahren wurde erkannt, dass mit steigender Masse des Bauteils dessen Schalldämmung zunimmt. Diese Zunahme wird mit der sogenannten Masseformel definiert und bedeutet eine Zunahme des Schalldämm-Maßes um 6 dB sowohl bei Frequenzerhöhung um eine Oktave (ein Frequenzintervall von 1:2) als auch bei Verdopplung der Masse. Vereinfachte und für die Praxis gut geeignete Varianten dieser Formel sind in der ÖNORM B 8115-4 [167] (Gleichung (3-26)) und der ÖNORM EN 12354-1 [200] (Gleichung (3-27)) zu finden. Vorsicht ist bei deren Anwendung im Massivholzbau geboten, da alle vereinfachten Masseformeln für deren Geltung mindestflächenbezogene Masse erfordern. So gilt Gleichung (3-26) für eine flächenbezogene Masse m´ zwischen 100 und 700 kg/m² und Gleichung (3-27) für eine flächenbezogene Masse über 150 kg/m².

Rw  32,4  log m´26 Rw m´

bewertetes Schalldämm-Maß flächenbezogene Masse

R w  37,5  log m´42

88 | Bauphysik

(3-26) dB kg/m² (3-27)

Bei Verwendung der Gleichung (3-27) entsprechend der ÖNORM EN 12354-1 [200] liegt man eher auf der sicheren Seite [30]. Prinzipiell erzeugt der auf eine Platte auftreffende Luftschall auf der Platte erzwungene Biegewellen. Gleicht nun die Wellenlänge der vom Luftschallfeld erzwungenen Biegewellen jener der freien Biegewellen der Platte, ist sie also koinzident, so kommt es zu einer Kopplung der Wellenfelder. Abbildung 3-12: Koinzidenz

0 B

Wellenlänge des Luftschallfeldes Wellenlänge der Biegewelle der Platte

m m

Dies führt zu einer Resonanz, die eine geringere Schalldämmung zur Folge hat. Demnach versteht man unter Koinzidenz die zeitliche und räumliche Übereinstimmung der Wellenform auf der Platte und in der Luft vor der Platte. Dabei ist zu beachten, dass die Geschwindigkeit der Biegewellen frequenzabhängig ist, was wiederum dazu führt, dass Koinzidenz erst ab einer gewissen Koinzidenz-Grenzfrequenz auftritt. Die Stärke des Einbruches der Schalldämmung bei der Koinzidenzfrequenz wird in der Praxis durch den Verlustfaktor begrenzt, wodurch sich üblicherweise nur ein horizontales Plateau im Frequenzverlauf ausbildet. Im Frequenzbereich über der Koinzidenzfrequenz steigt die Schalldämmung wieder mit den bekannten 6 dB pro Oktave an.

Luftschalldämmung einschaliger, massiver, aber leichter Bauteile

3|3|2|2

Massivholzkonstruktionen stellen nun insofern eine Besonderheit dar, als sie weder den schweren, massiven Bauteilen noch den leichten, mehrschaligen zugerechnet werden können. Während bei schweren, massiven Bauteilen die schallschutztechnischen Anforderungen über deren Masse und beim Holzrahmenbau mit biegeweichen Beplankungen erfüllt werden, stellen Massivholzplatten weder eine biegeweiche noch eine biegesteife Konstruktion dar [36]. Abbildung 3-13: berechnetes Schalldämm-Maß von fugenlosen Massivholzplatten in Abhängigkeit von deren Stärke [36]

Wie bereits erläutert, kommt es zu einem Einbruch der Schalldämmung rund um die Koinzidenzfrequenz. Diese ist bei schweren Bauteilen im sehr tiefen und

Schall | 89

bei leichten mehrschaligen Bauteilen im sehr hohen Frequenzbereich zu finden. In beiden Fällen außerhalb des bauakustisch wichtigen Frequenzspektrums. Wie in Abbildung 3-13 ersichtlich, liegt die Koinzidenz bei üblichen Konstruktionsstärken in Massivholzbauweise im Bereich von 250 bis 500 Hz und somit genau im praxisrelevanten Frequenzbereich. Eine Tatsache, auf die bei der Planung des gesamten Bauteilaufbaus besondere Rücksicht genommen werden muss.

Luftschalldämmung mehrschaliger, leichter Bauteile

3|3|2|3

Eine mehrschalige Konstruktion (z. B. Holzrahmenbau) stellt ein Schwingungssystem von zwei oder mehreren Massen dar, die mit einer Feder, welche durch die dynamische Steifigkeit s’ charakterisiert wird, verbunden sind. Als Feder wirken dabei Hohlräume oder elastische Zwischenschichten. Ein wesentlicher Faktor für die Schalldämmung einer derartigen Konstruktion ist die Kopplung der Schalen. Je geringer die Kopplung, umso weniger Energie kann von einer Schale auf die andere übertragen werden und umso höher ist die Schalldämmung der Gesamtkonstruktion. Abbildung 18 zeigt den typischen Frequenzverlauf des Schalldämm-Maßes von mehrschaligen Bauteilen mit den drei charakteristischen Abschnitten. Abbildung 3-14: Schalldämm-Maß zweischaliger Bauteile [6]

f0 f

Masse-Feder-Resonanz oder Eigenfrequenz Eigenfrequenzen des Luftzwischenraumes

Hz Hz

Derartige Systeme weisen eine Resonanzfrequenz mit einer maximalen Amplitude, welche durch die Masse, die Feder, den Abstand zwischen den Massen und die Reibung (Dämpfung) bestimmt wird, auf. Im Bereich dieser Resonanzfrequenz tritt eine massive Verschlechterung der Schalldämmung auf. Dies hat zur Folge, dass im tiefen Frequenzbereich die Schalldämmung sogar unter jene einer Einfachwand gleicher Masse fällt. Oberhalb der Feder-MasseResonanz nimmt die Schalldämmung zu.

f0  75  m ds

1 m  ds

(3-28) kg/m2 m

flächenbezogene Masse einer Schalenseite Abstand der beiden Schalen

Beispiel 3-09: Berechnungsbeispiel zu Masse-Feder-Resonanz Schalenabstand ds [m] Dicke [mm] 0,05 12,5 0,10 2 12,5

90 | Bauphysik

Gipskartonplatte Rohdichte  [kg/m³] 800 800

m [kg/m²] 10 20

Resonanzfrequenz f0 [Hz] 106 53

Die Gleichung (3-28) zeigt, dass sich bei Holzrahmenbauteilen grundsätzlich folgende Materialeigenschaften der Bekleidungen auf die aus der Masse-FederResonanz resultierende Schalldämmung auswirken. Tabelle 3-08: Einfluss der Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems (f0) auf die Schalldämmung bei Holzrahmenbauteilen Eigenschaft hoch gering hoch gering

Dichte Schalenabstand

Resonanzfrequenz f0 tief hoch tief hoch

Auswirkung + – + –

Bei höheren Frequenzen treten Hohlraumresonanzen auf, die auf stehende Wellen im Hohlraum zurückzuführen sind und ebenfalls die Schalldämmung verringern. Deren Einfluss ist bei Ausdämmung des Hohlraumes mit schallabsorbierendem Material (fasriger Dämmstoff) jedoch gering [6]. Bei mehrschaligen Bauteilen tritt der Spuranpassungseffekt (Koinzidenz) aufgrund der wesentlich geringeren Biegesteifigkeit der gängigen Beplankungsmaterialien erst bei höheren Frequenzen auf. Aufgrund der üblicherweise bereits recht hohen Schalldämmung mehrschaliger, leichter Bauteile in diesem Frequenzbereich zeigt der Einbruch der Schalldämmung rund um die Koinzidenz-Grenzfrequenz fg gewöhnlich keine großen Auswirkungen auf das Gesamtergebnis.

1  fg  64   d E dyn fg d  Edyn

(3-29)

Koinzidenz-Grenzfrequenz Dicke der Platte Dichte der Platte dynamisches Biegeelastizitätsmodul

Hz m kg/m3 MN/m2

Beispiel 3-10: Berechnungsbeispiel zu Koinzidenz-Grenzfrequenz (fg) Material

Dicke [mm]

Gipskartonplatte Gipsfaserplatte

12,5 12,5

Materialeigenschaften dynamischer Rohdichte  Biege-E-Modul [kg/m³] 800 2800 1150 3800

KoinzidenzGrenzfrequenz fg [Hz] 2737 2817

Die Gleichung (3-29) zeigt, dass sich bei Holzrahmenbauteilen grundsätzlich folgende Materialeigenschaften der Bekleidungen auf die aus der KoinzidenzGrenzfrequenz resultierende Schalldämmung auswirken. Tabelle 3-09: Einfluss der Koinzidenz-Grenzfrequenz (fg) auf die Schalldämmung bei Holzrahmenbauteilen Eigenschaft Dicke der Platte dyn. Biege-EModul Dichte

dünn dick gering (weiche Platte) hoch (harte Platte) hoch gering

Koinzidenz-Grenzfrequenz fg Auswirkung hoch + tief hoch + tief hoch + tief -

Als biegeweiche Schalen zur Herstellung von zweischaligen Bauteilen oder von Vorsatzschalen gelten laut ÖNORM B 8115-4 [167] meist plattenförmige Elemente mit einer Koinzidenz-Grenzfrequenz fg > 2500 Hz. Typische Werte für den dynamischen Biege-Elastizitätsmodul und Rohdichte gängiger Beplankungen zeigt Tabelle 3-10.

Schall | 91

Tabelle 3-10: technische Daten üblicher Beplankungsmaterialien Material Gipskartonplatten Gipsfaserplatten Leichtbetonbauplatte (z. B. Powerpanel H2O) Leichtbetonbauplatte (z. B. Powerpanel HD)

dynamischer Biege-Elastizitätsmodul [MN/m²] 2800 3800 5500 4500 500

Rohdichte [kg/m³] 800 1150 50 1000 1000

Tabelle 3-11: Beispiele für biegeweiche Schalen nach ÖNORM B 8115-4 [167] Material Stahlblechplatten Gipskartonplatten Gipsfaserplatten Faserzementplatten Holzspanplatten Sperrholzplatten Glas Holzwolle-Dämmplatten mit Verputz Verputzschichten

Biegeweich bei maximaler Stärke von [mm] 2 15 15 6 20 5 4 Putzstärke max. 15 mm 25

Vorsatzschalen zur akustischen Verbesserung von Bauteilen

3|3|2|4

Die angeführten Eigenschaften von Leichtkonstruktionen, beruhend auf dem Feder-Masse-Prinzip, führen dazu, dass Bauteile mit derartigen Konstruktionen in Form von elastischen Vorsatzschalen akustisch verbessert werden. Sie bestehen aus einer möglichst biegeweichen Beplankung (Masse), einer möglichst geringen Kopplung (Feder) mit dem Grundbauteil und einer Hohlraumbedämpfung aus faserigem Dämmstoff. In Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (vor allem Abstand, Koppelung und Masse) ergibt sich eine unterschiedliche Resonanzfrequenz f0, bei der die Vorsatzschale zu wirken beginnt (Abbildung 3-14). Je tiefer diese ist, umso größer ist der von der Verbesserung betroffene Frequenzbereich. Wirksame Maßnahmen zur Verringerung der Resonanzfrequenz sind die Erhöhung der schwingenden Masse und die Vergrößerung deren Abstandes. Der Ausführung von Vorsatzschalen mit sehr tiefen Resonanzfrequenzen (unter 50 Hz) sind baupraktische Grenzen gesetzt. Aus diesem Grund kann es bei der Anwendung von Vorsatzschalen, trotz Verbesserung der bewerteten Einzahlangabe, für den Frequenzbereich unterhalb der Resonanz zu höheren Schallpegeln kommen [39]. Generell ist bezüglich Vorsatzschalen darauf hinzuweisen, dass deren schalltechnische Verbesserung von der akustischen Qualität des Grundbauteils abhängig ist. Wobei die Einzahlangabe hier wohl als Richtwert dienen kann (je geringer Rw des Grundbauteils, umso größer die Verbesserung), vor allem aber Konstruktionen mit Defiziten im hohen Frequenzbereich verbessert werden. Holzrahmenbauteile weisen generell gute Schalldämmungen im hohen Frequenzbereich mit einem Anstieg von 12 dB pro Oktave (Abbildung 3-14) gegenüber nur 6 dB pro Oktave (Abbildung 3-11) bei Massivbauteilen auf. Versucht man nun, einen Leichtbauteil mit einer Vorsatzschale zu verbessern, so muss berücksichtigt werden, dass Verbesserungen, da schon von einem höheren Niveau ausgegangen wird, geringer ausfallen werden.

Holzbau und tiefe Frequenzen Wie bereits erwähnt, wird die Wirksamkeit der Schalldämmung von baupraktisch üblichen Leichtkonstruktionen physikalisch limitiert. Dennoch

92 | Bauphysik

3|3|2|5

wurden verschiedene Ansätze zur tieffrequenten Optimierung untersucht. Seit Jahren auf dem Markt sind als Hohlkastenelemente ausgebildete HolzFertigdeckensysteme, die in den Hohlräumen auf ihre Resonanzfrequenz abgestimmte Dämpfungselemente (Kalksandsteine auf Trittschalldämmplatten) aufweisen. Messungen der Holzforschung Austria, durchgeführt im Rahmen des Forschungsprojekts „Urbanes Bauen in Holz- und Holzmischbauweise“, zeigen hier eine beachtliche Wirksamkeit dieser Rohdeckensysteme im Vergleich zur unbedämpften Ausführung. Untersuchungen wurden auch von Rabold an der FH Rosenheim durchgeführt [74]. Hier wird anhand einer Gebäudetrennwand in Holzrahmenbauweise durch Halbierung des Ständerrasters und Vergrößerung der Trennfugenbreite demonstriert, wie sich die Schalldämmung im tiefen Frequenzbereich verbessert. Beide Maßnahmen zusammen führten zu einer signifikanten Erhöhung der Schalldämmung unter 100 Hz, allerdings auch zu einer Verringerung des Schalldämm-Maßes R‘ um 2 dB.

Körperschall

3|3|3

Körperschall wird in einem Bauteil durch mechanische Anregung induziert. Auch Körperschall wird im Empfangsraum als Luftschall abgestrahlt. Der Trittschall stellt eine Sonderform des Körperschalls dar, der durch das Begehen des Bauteils sowie durch wohnübliche Nutzung, wie etwa Möbelrücken, hervorgerufen wird. Im Gegensatz zur Luftschalldämmung wird hier von einer definierten Trittschallanregung (durch das Normhammerwerk) ausgegangen und nicht eine Schallpegeldifferenz, sondern ein maximaler Schallpegel im Empfangsraum L2 festgelegt. Angegeben wird die Trittschalldämmung eines Bauteils durch den auf die Bezugsabsorptionsfläche bezogenen Norm-Trittschallpegel. Die Bausituation wird auch hier durch einen Strich indiziert, was erkennen lässt, dass es sich um einen Trittschallpegel in situ handelt. Die Normanforderungen werden über den bewerteten Standard-Trittschallpegel L’nT,w (Gleichung 3-29) definiert, welcher sich ebenso wie die Standard-Schallpegeldifferenz auf die Bezugsnachhallzeit T0 bezieht.

L´nT  L E  10  log L´nT LE T T0

T T0

(3-30)

Standard-Trittschallpegel in situ Schallpegel im Empfangsraum Nachhallzeit Bezugsnachhallzeit, i. Allg. 0,5 s

dB dB s s

Tabelle 3-12: bauakustische Kenngrößen Trittschall – Anwendung und Normierung S Bauteil Gebäude Ln,w L´nT,w S T T0 A A0

T/T0

A/A0 Ln,w

LnT,w bewerteter Norm-Trittschallpegel bewerteter Standard-Trittschallpegel Fläche des Trennbauteils Nachhallzeit Bezugsnachhallzeit, i. Allg . 0,5 s äquivalente Schallabsorptionsfläche Bezugsabsorptionsfläche, i. Allg . 10 m²

dB dB m2 s s m2 m2

Schall | 93

Reduktion von Körperschall

3|3|3|1

Im Wesentlichen wird versucht, die Einleitung von Trittschall in die Konstruktion, die Weiterleitung und die Abstrahlung als Luftschall zu verhindern bzw. zu minimieren. Konstruktiv wird die Einleitung von Trittschall im Gebäude üblicherweise durch entsprechende Deckenauflagen, wie etwa einen schwimmenden Estrich, und die Weiterleitung durch Unstetigkeiten in Material und Bauform, wie etwa die Lagerung auf elastischen Zwischenschichten, und durch den Einbau von Dämpfungsschichten unterbunden. Die Abstrahlung in den Empfangsraum kann durch Vorsatzschalen bzw. generell durch biegeweiche Beplankungen verringert werden. Abbildung 3-15: Reduktion von Körperschall Estrich TSD-Platte Schüttung

Einleitung Dämpfung

Rohdecke elastische Zwischenschicht

Unstetigkeit und Dämpfung

Wand mit biegeweicher Beplankung

Abstrahlung

Schwimmender Estrich Die Dämmwirkung eines Estrichs wird dadurch definiert, dass der NormTrittschallpegel Ln,w einer Decke frequenzabhängig, einmal ohne und einmal mit Estrich gemessen wird, wobei die Differenz als Verbesserung bzw. Trittschallminderung bezeichnet wird. Bewertet über den Frequenzbereich von 100 bis 3150 Hz ergibt sich daraus die bewertete Trittschallminderung. Unmittelbar auf die Decke aufgebrachte Estriche bringen keine nennenswerte Verbesserung des Trittschallschutzes. Erst in Kombination mit einer weichfedernden Dämmschicht (Masse-Feder-Masse-System) wird eine große Dämmwirkung erreicht [10]. Die Dämmung beginnt oberhalb der Resonanzfrequenz f0 des Estrichs, die sich für sehr schwere Rohdecken nach Gleichung (3-31) berechnet. Für Estriche auf Holzdecken gilt dieser ideale Zusammenhang nicht mehr, da in diesem Fall die flächenbezogene Masse der Rohdecke oft geringer ist als die schwingende Masse des Estrichs m’1. Die Resonanzfrequenz ist demnach nach Gleichung (3-32) unter Berücksichtigung der flächenbezogenen Masse der Rohdecke m’2 zu berechnen.

f0  160  f0 s´ m´

s´ m`1

Resonanzfrequenz dynamische Steifigkeit der Trittschalldämmung flächenbezogene Masse

(3-31) Hz MN/m3 kg/m2

 1 1    f0  160  s`  m`1 m`2  m´1 m´2

flächenbezogene Masse Estrich flächenbezogene Masse Rohdecke

94 | Bauphysik

(3-32) kg/m2 kg/m2

Da die Resonanzfrequenz möglichst gering sein sollte, muss die dynamische Steifigkeit der Trittschalldämmung möglichst gering sein bzw. die Massen m´1 und m´2 möglichst groß. Dämpfung Bei der Körperschalldämpfung wird die Körperschallenergie möglichst nahe der Quelle in Wärme umgewandelt. Dies geschieht durch Materialien mit hoher innerer Dämpfung oder Reibung an Kontaktflächen und wird durch den Verlustfaktor charakterisiert. Dämpfende Schichten stellen in den üblichen Holzdeckenkonstruktionen neben der Trittschalldämmung des schwimmenden Estrichs vor allem die hauptsächlich zur Erhöhung der Rohdeckenmasse eingesetzten Splittschüttungen dar. Körperschall wird vom angeregten schwimmenden Estrich in die Schüttung abgestrahlt und dort in Wärme umgewandelt. Aus diesem Grund werden bei Holzdeckenkonstruktionen bevorzugt ungebundene Schüttungen ausgeführt, da bei diesen, aufgrund der höheren Dämpfung gegenüber gebundenen Schüttungen, geringere Trittschallpegel gemessen werden. Bei Holzbalkendecken erfolgt die Bedämpfung des Gefachs durch schallabsorbierende Stoffe, wie etwa Mineralwolle. Diese sollten einen längenbezogenen Strömungswiderstand r in der Größenordnung von 3 ≥ r ≥ 35 kPa s/m2 [18] aufweisen. Schallenergie wird auch im Estrich selbst absorbiert, wobei Gussasphaltund Trockenestriche eine höhere innere Dämpfung aufweisen als Zementestriche. Dadurch erreichen Gussasphaltestriche bei gleicher Masse und Trittschalldämmplatte bessere Trittschalldämmung. Zementestriche lassen sich aufgrund ihrer höheren Steifigkeit jedoch auf weicheren Trittschalldämmplatten einsetzen, wodurch bessere Ergebnisse erreichbar sind [53]. Kombination von Dämmung und Dämpfung In der Praxis ist die Kombination von Dämmung und Dämpfung am wirksamsten. Vor allem im Bereich von Resonanzfrequenzen bewirkt eine Erhöhung des Verlustfaktors eine Körperschallpegelminderung. Liegen im angeregten Frequenzbereich keine Resonanzen, lässt sich durch zusätzliche Dämpfung keine Verbesserung erzielen, da die Körperschallpegel nur von Masse oder Steife bestimmt sind [10]. In der Praxis bedeutet dies die Anordnung von elastischen Zwischenschichten und eine zusätzliche Dämpfung in Form einer Beschüttung im Bereich, in dem durch Mehrfachreflexionen die höchste Energiedichte herrscht, zwischen schwimmendem Estrich und Rohdecke.

Anforderungen

3|3|4

Die schallschutztechnischen Anforderungen an Außen– und Trennbauteile werden in der OIB-Richtline 5 [111] und in der ÖNORM B 8115-2 [165] geregelt. Zusätzlich werden in der ÖNORM B 8115-5 [168] freiwillige Schallschutzklassen angeführt. Sofern im jeweiligen Bundesland die OIB-Richtline 5 (noch) nicht übernommen wurde, sind auch die Anforderungen gemäß entsprechender Bauordnung bzw. Bautechnikverordnung zu beachten.

Anforderungen an Außenbauteile

3|3|4|1

Die Anforderungen an Außenbauteile sind entsprechend dem standortbezogenen und bauteillagebezogenen Außenlärmpegel zu ermitteln.

Schall | 95

Grundsätzlich ist ein bewertetes resultierendes Bauschalldämm-Maß R´res,w von mindestens 33 dB und ein bewertetes Schalldämm-Maß Rw der opaken Bauteile von mindestens 43 dB einzuhalten. Das bewertete Schalldämm-Maß Rw der opaken Außenbauteile muss jeweils um mindestens 5 dB höher sein als das jeweils erforderliche bewertete resultierende Bauschalldämm-Maß R´res,w der Außenbauteile. Das resultierende Schalldämm-Maß wird vom „schwächsten“ Bauteil der Außenfläche bestimmt, welches in der Regel das Fenster darstellt. Der Einfluss eines durchschnittlichen Fensters kann nicht mehr kompensiert werden. Der Fensterflächenanteil spielt in diesem Zusammenhang auch eine wesentliche Rolle. Gerade bei Fassaden mit einer hohen Außenlärmbelastung ist aus diesem Grund der Fensterflächenanteil kritisch zu betrachten und die Raumaufteilung zu berücksichtigen. Tabelle 3-13: Anforderungen an das bewertete resultierende Bauschalldämm-Maß R´res,w für Wohngebäude, -heime, Hotels, Schulen, Kindergärten, Krankenhäuser, Kurgebäude u.dgl. – OIB-Richtlinie 5 [111] maßgeblicher Außenlärmpegel [dB] Tag Nacht 51–60 41–50 61–70 51–60 71–80 61–70

bewertetes resultierendes Bauschalldämm-Maß R´ res,w [dB] 38 38,5 + 0,5 dB je Erhöhung des maßgeblichen Außenlärmpegels um 1 dB 44 + 1 dB je Erhöhung des maßgeblichen Außenlärmpegels um 1 dB

Bei Verwaltungs- und Bürogebäuden gelten um 5 dB geringere Anforderungen für das erforderliche bewertete resultierende Bauschalldämm-Maß R´res,w als in Tabelle 3-13 angeführt. Bei Decken und Wänden gegen Durchfahrten und Garagen ist ein bewertetes Bauschalldämm-Maß R´w von mindestens 60 dB erforderlich. Gebäudetrennwände müssen ein bewertetes Bauschalldämm-Maß von mindestens 52 dB je Wand aufweisen.

Anforderungen an Innenbauteile

3|3|4|2

Die Anforderungen an Innenbauteile werden in Tabelle 3-14 und Tabelle 3-15 angeführt. Tabelle 3-14: Anforderungen an die bewertete Standard-Schallpegeldifferenz Dnt,w innerhalb von Gebäuden – OIBRichtlinie 5 [111]

Aufenthaltsräume aus Räumen anderer Nutzungseinheiten und allgemein zugängliche Bereiche Hotel-, Klassen-, Krankenzimmer oder Wohnräume in Heimen aus Räumen derselben Kategorie Hotel-, Klassen-, Krankenzimmer oder Wohnräume in Heimen aus allgemein zugänglichen Bereichen zu Nebenräumen aus Räumen anderer Nutzungseinheiten und allgemein zugängliche Bereiche zu Hotel-, Klassen-, Krankenzimmern oder Wohnräumen in Heimen aus Nebenräumen

DnT,w ohne Verbindung durch Türen [dB]

DnT,w mit Verbindung durch Türen [dB]

55

50

55

50

55

38

50

35

50

35

Tabelle 3-15: Anforderungen an den bewerteten Standard-Trittschallpegel L´nt,w in Gebäuden – OIB-Richtlinie 5 [111] L´nT,w zu Aufenthaltsräumen [dB] aus Räumen angrenzender Nutzungseinheiten (Wohnungen, Schulen, Kindergärten, Krankenhäuser, Hotels, Heime, Verwaltungs- und Bürogebäude und vergleichbare Nutzungen sowie aus allgemein zugänglichen Terrassen, Dachgärten, Balkonen, Loggien und Dachböden) aus allgemein zugänglichen Bereichen (z. B. Treppenhäuser, Laubengänge) aus nutzbaren Terrassen, Dachgärten, Balkone, Loggien und Dachböden

96 | Bauphysik

48 50 53

Zu Nebenräumen kann der bewertete Standard-Trittschallpegel um 5 dB erhöht werden.

Baupraktische Regeln

3|3|5

Im folgenden Abschnitt werden baupraktische Empfehlungen aus diversen Untersuchungen zur Verbesserung der schalltechnischen Eigenschaften angeführt.

Außenwände

3|3|5|1

Wärmedämmverbundsystem Die Wahl des Dämmstoffes des Wärmedämmverbundsystems hat einen wesentlichen Einfluss auf die schallschutztechnischen Qualitäten der Außenwand. Entscheidend sind die dynamische Steifigkeit und die Rohdichte der Dämmplatten sowie die Rohdichte und Dicke des Putzes. Es ist davon auszugehen, dass Wärmedämmverbundsysteme aus Polystyrol zu einer Verschlechterung der Schalldämmung führen. Dies gilt, wie Labormessungen gezeigt haben, nicht für Systeme aus elastifiziertem EPS. Der Einfluss der Putzträgerplatten des Außenwärmedämm-Verbundsystems (WDVS) auf das bewertete Schalldämm-Maß wurde von [71] untersucht. Es kamen Fassaden-Polystyrol (EPS-F), elastifiziertes Polystyrol (EPS-FS), Holzwolle-Leichtbauplatten (WW-PT) und Holzweichfaserplatten (WF-PPTh) zum Einsatz. Es zeigte sich, dass mit Holzweichfaser- und HolzwolleLeichtbauplatten bei ansonsten gleichem Konstruktionsaufbau Verbesserungen zwischen 6 dB und 8 dB gegenüber WDVS mit Polystyrol erzielt werden konnten. Bei Berücksichtigung der Spektrumsanpassungswerte Ctr verringert sich die Verbesserung auf 2 dB bis 5 dB. Zusätzlich mussten bei den Untersuchungen mit EPS-F als Putzträgerplatten bei ein und demselben Konstruktionsaufbau Streuungen von bis zu 10 dB festgestellt werden. Dies wurde auf große Unterschiede in der dynamischen Steifigkeit der Produkte zurückgeführt. Abbildung 3-16: Einfluss der Befestigung der Latten der Unterkonstruktion und der Installationsebene auf das Schalldämm-Maß [71]

in einer Ebene

Lattung um 90° versetzt

Rw = 42 dB

Rw = 45 dB

Lattung um 90° und UK um 10 cm versetzt Rw = 49 dB

Vorgehängte Fassadensysteme Durch konstruktive Optimierung kann das Schalldämm-Maß der Konstruktionen weiter verbessert werden. Die Berücksichtigung, dass die

Schall | 97

Unterkonstruktion der Fassade sowie die Lattung der Installationsebene nicht in einer Ebene mit den Stehern der Holzrahmenkonstruktion liegen, führt zu Verbesserungen des Schalldämm-Maßes von bis zu 7 dB. Das Trennen der Lattung von der Holzrahmenkonstruktion durch Einlegen eines Schaumstoffstreifens bzw. eines Neoprenbandes bewirkt lediglich eine Verbesserung des Schalldämm-Maßes von 1 dB [71]. Voraussetzungen für eine Befestigung der Unterkonstruktion in die äußere Bekleidung des Holzrahmens sind:  zusätzliche Befestigung der Lattung in die Kopf- und Fußschwelle und statischer Nachweis  Verringerung des Befestigungsmittelabstandes und statischer Nachweis Alternativ zur Befestigung der Unterkonstruktion in die Beplankung wird die Verwendung einer horizontalen Lattung (Befestigung in Steher) und einer Konterlattung vorgeschlagen. Zusätzlich ermöglicht eine freistehende gedämmte Vorsatzschale als Installationsebene weitere Verbesserungen der bauakustischen Eigenschaften der Außenwand. Gefachdämmstoff Faserdämmstoffe haben sich aufgrund des fugenfreien und hohlraumfreien Einbaus sowie der positiven Eigenschaften auf den Schallschutz als Gefachdämmstoff etabliert. Von den eingebauten Dämmstoffen, welche als Hohlraumdämpfung Verwendung finden sollen, wird ein längenbezogener Strömungswiderstand r von ≥5 kPas/m² gefordert. Basierend auf Untersuchungen von [18] werden alle Faserdämmstoffe mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand von 3 kPas/m² ≤ r ≤ 35 kPas/m² bauakustisch als gleichwertig eingestuft. Darunter können neben Mineralfaserdämmstoffen, Zellulose- und Holzfaserdämmstoffen auch Schafwolle und Flachs eingereiht werden. Bei Zellulosedämmstoffplatten mit einem längenbezogenen Strömungswiderstand r von 80 kPas/m² verschlechtert sich entsprechend Messungen von [18] das Luftschalldämm-Maß gegenüber Mineralfaserdämmungen um 4 dB. Diese Dämmungen wirken eher als geschlossene Schale und nicht als Hohlraumdämpfung. Bei Verwendung von Polystyrol im Gefach erfolgt eine Verschlechterung um 9 dB. Polystyrol sollte sowohl aus akustischen als auch aus brandschutztechnischen und verarbeitungstechnischen (Fugenausbildung) Gründen in Gefachen nicht eingesetzt werden. Innenbekleidung/Installationsebene Die Innbekleidung dient der Herstellung der Innenoberfläche und hat brand- und schalltechnische sowie gegebenenfalls aussteifende Funktionen zu erfüllen. Hierfür hat sich bei der Holzrahmenbauweise die Verwendung von Gipskarton- bzw. Gipsfaserplatten etabliert. Diese werden mit Dicken von maximal 15 mm als biegeweiche Schalen bezeichnet. Anstelle von dickeren Platten sollten zur schallschutztechnischen Optimierung die Platten mehrlagig verlegt werden. Schwere biegeweiche Platten („dünn, weich und schwer“) verringern die Resonanzfrequenz f0 und erhöhen die Koinzidenz-Grenzfrequenz fg, wodurch die Schalldämmung des Bauteils verbessert wird. Eine entkoppelte Vorsatzschale verbessert den Schallschutz zusätzlich und kann gleichzeitig als Installationsebene verwendet werden. Die luftdichte Ebene (OSB, Dampfbremse) wird in diesem Fall durch nachträgliche Installationen nicht durchdrungen.

98 | Bauphysik

Trennwände

3|3|5|2

Aus schallschutztechnischen Gründen sind zweischalige Konstruktionen zu bevorzugen, wobei der Zwischenraum durchgehend mit Mineralwolledämmung auszufüllen ist. Einschalige Konstruktionen benötigen auf beiden Seiten vollständig entkoppelte Vorsatzschalen.

Trenndecken

3|3|5|3

Gehbelag Teppiche führen in der Regel zu einer hohen Trittschallminderung. Entsprechend ÖNORM B 8115-2 [165] dürfen Teppiche, Teppichböden, Matten und dergleichen in der Nachweisführung nicht berücksichtigt werden. Zu berücksichtigen sind lediglich in dauerhafter Art und Weise aufgebrachte Gehbeläge wie Estriche, Klebeparkett und Fliesenbelag. Für Hotels, Heime und Balkone ist es zulässig, die Anforderungen durch ständig vorhandene Gehbeläge, wie z. B. Spannteppich, aufgeklebte Textilbeläge, Kunststoffböden und Linoleum, zu erfüllen. Bei harten Gehbelägen ist zu achten, dass diese nicht starr an Wänden, Türzargen, Rohrleitungen etc. anschließen. Bei Verlegung von keramischen Bodenfliesen ist hierbei eine Trennung durch eine elastische Dichtungsmasse durchzuführen. Bei Klebeparketten ist zu achten, dass keine Klebemasse in die Randfuge des Estrichs eindringt, da diese ebenfalls eine Schallbrücke darstellen kann. Estrich Zur Verbesserung des Schallschutzes im tiefen Frequenzbereich kann eine Erhöhung der Dicke des Zementestrichs von 50 auf maximal 80 mm beitragen. Alternativ können Trockenestriche auf Trittschalldämmplatten eingesetzt werden, welche allerdings eine geringere Trittschallverbesserung bei den Holzdecken erzielen. Neben der fehlenden Baufeuchte stellen die geringen Aufbauhöhen einen Vorteil dar. Bei Trockenestrichsystemen bzw. Doppelbodensystemen wird häufig die bewertete Trittschallminderung Lw für den Fußboden angeführt. In der Regel beziehen sich die angeführten Kennwerte auf Prüfungen an mineralischen Decken. Die Ergebnisse können nicht direkt für den Holzbau übernommen werden. Aus diesem Grund hat [64] für Holzdecken bewertete Trittschallminderungen Lt,w (Holzbalkendecke) bzw. Ltv,w (Massivholzdecke) von 14 unterschiedlichen Fußbodenaufbauten publiziert. Estriche sind schwimmend zu verlegen, das heißt, dass der Estrich auf einer durchgehenden, nicht beschädigten Trennfolie auf einer Trittschalldämmplatte aufliegt und es keine direkte Verbindung mit z. B. Wänden, Stützen, Installationsleitungen oder Türöffnungen bzw. -stöcken gibt. Mangelhafte Detailausführungen durch derartige Verbindungen können den Trittschallschutz um bis zu 20 dB verschlechtern. Schallbrücken können auch durch Sesselleisten oder Einbauten von Duschen und Badewannen entstehen. Trittschalldämmung Die eingebauten Trittschalldämmungen müssen eine möglichst geringe dynamische Steifigkeit s´ aufweisen. Bei Nassestrichen können Produkte mit s´ ≤ 10 MN/m³ eingesetzt werden. Labormessungen zeigten, dass sich der bewertete Norm-Trittschallpegel Ln,w von 53 dB auf 46 dB durch den Einsatz

Schall | 99

einer Trittschalldämmung mit einer dynamischen Steifigkeit von 10 MN/m³ anstelle von 35 MN/m³ verbessern kann. Trittschalldämmungen aus Mineralwolle weisen wesentlich geringere dynamische Steifigkeiten auf als jene auf Polystyrolbasis und sind aus diesem Grund im Holzbau vorzuziehen. Laut Köhnke [60] ergeben sich um 3 bis 4 dB bessere Trittschallpegel beim Einsatz von Mineralwolle anstelle von Polystyrol. Die Dämmstoffdicke darf gemäß ÖNORM B 8115-4 [167] durch Einbauten, z. B. durch Rohre, nicht auf weniger als 15 mm vermindert werden, sofern nicht das Rohr selbst eine geeignete Ummantelung aufweist. Vor Aufbringen des schwimmenden Estrichs ist sicherzustellen, dass die Dämmstoffschicht lückenlos verlegt und unbeschädigt ist. Bei Trockenestrichen sind grundsätzlich Trittschalldämmungen mit höheren dynamischen Steifigkeiten (ab ca. 20 MN/m³) erforderlich. Entsprechende Mineralwolle-Trittschalldämmungen sind bei Trockenestrichen nur bis maximal 200 kg/m² Nutzlast freigegeben. Details können den geprüften Systemlösungen der Anbieter entnommen werden. Schüttung Die Schüttung dient grundsätzlich als Ausgleichsschicht für die Leitungsführung. Für den Schallschutz von Holzdecken ist das Einbringen der zusätzlichen Masse, welche im Falle einer losen Schüttung auch dämpfend wirkt, entscheidend. Polystyrolbeton als Ausgleichsschicht ist für den Holzbau aufgrund der geringen Rohdichte (ca. 450 kg/m³) nicht geeignet. Es werden aus diesen Gründen ungebundene (lose) Splittschüttungen mit einer Mindestdichte von 1300 kg/m³ und einer Mindestdicke von 4 cm im Holzbau eingesetzt. In der Vergangenheit kam es bei diversen Objekten immer wieder zu Diskussionen mit den Estrichlegern hinsichtlich der Verarbeitbarkeit von losen Schüttungen. Es können auch lose Schüttungen zur Pumpbarkeit mit Wasser versetzt werden. Bei entsprechender Berücksichtigung des Bauablaufes kommt es zu keinen Problemen, wie realisierte Objekte bestätigen. Diese Objekte können auch als Eignungsnachweis für den Einsatz von ungebundenen Schüttungen gesehen werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, durch den Einsatz von Kartonwaben die lose Schüttung „formgebunden“ bzw. elastisch gebundene Schüttungen einzubringen. Abgehängte Untersicht Als Bekleidung bei Unterdecken werden im Holzbau in der Regel Gipsplatten oder Gipsfaserplatten eingesetzt. Eine mit einer Lattung direkt auf einer Sichttramdecke befestigte Unterdecke kann eine Verbesserung von bis zu 15 dB bringen. Durch die Verwendung einer Federschiene erhöht sich bei der Holzbalkendecke die Verbesserung auf bis zu 25 dB, während sie bei einer Massivholzdecke aufgrund des geringen Abstandes zwischen Rohdecke und Unterdecke 4 dB beträgt [53]. Es wird eine entkoppelte Befestigung mittels Federschiene bzw. Schwingbügel der Unterdecke empfohlen. Dabei ist allerdings die Befestigung entscheidend, siehe Abbildung 3-17. Eine starre Verbindung verschlechtert den Schallschutz dieser Maßnahme erheblich. Diverse Untersuchungen an Holzrahmendecken haben gezeigt, dass die Verwendung von Federschienen anstelle von Schwingbügeln zu wesentlich besseren Trittschalleigenschaften der Decken führt [71][64]. Frei gespannte Unterdecken ermöglichen die besten

100 | Bauphysik

schallschutztechnischen Eigenschaften. Doppelte, biegeweiche Bekleidungen (z. B. 2  12,5 mm) sind einer dickeren Gipsplatte (z. B. 25 mm) unbedingt vorzuziehen. Dickere Gipsplatten führen, trotz einem Mehr an Masse, aufgrund ihrer höheren Biegesteifigkeit zu schlechteren Ergebnissen. Im Gegensatz zur Holzmassivbauweise kann bei der Rahmenbauweise, sofern an der Unterseite der Träme eine Sparschalung angebracht wird, der Hohlraum zur Untersicht auch nicht gedämmt ausgeführt werden. Mit üblich dimensionierten Abhängungen kann eine Verbesserung im mittleren Frequenzbereich erzielt werden. Um durch die Abhängung auch im tiefen Frequenzbereich wesentliche Verbesserungen zu erzielen, wären Abhängungshöhen von ca. 20 cm und gleichzeitig eine Erhöhung der schwingenden Masse (zusätzliche Gipsplatte) erforderlich. Abbildung 3-17: schematische Darstellung der Befestigung einer entkoppelten Abhängung [53]

Brandschutz

3|4

Die Gewährleistung des Brandschutzes bei Verwendung brennbarer Bauweisen wird noch immer von Teilen der Bevölkerung als nicht oder nur schwer umsetzbar gesehen. Zu groß ist die entwicklungsgeschichtlich geprägte Angst vor Feuer bzw. das kollektive Gedächtnis historischer Brandkatastrophen. So stellten großflächige Feuerkatastrophen über Jahrhunderte eine Gefahr, vor allem in den Städten, dar. Wenn heute über diese Katastrophen gesprochen wird, so werden die knappe Bebauung innerhalb der Befestigungsanlagen, der sorglose Umgang mit offenem Feuer, die fehlenden bzw. einfachen brandbekämpfenden Maßnahmen und die brennbaren Dachdeckungen, die wesentliche Gründe für die Entstehung und rasche Ausbreitung der Brände darstellten, kaum berücksichtigt. Von Seiten der Regierenden wurden Schritt für Schritt Vorgaben hinsichtlich des vorbeugenden Brandschutzes erstellt, um die Ursachen der Brandentstehung auszuschalten. Die ersten gesetzlichen Anforderungen gehen in Wien auf den Beginn des 14. Jahrhunderts mit der Forderung des Baus von nicht brennbaren Kaminen zurück. Ab 1432 wurde die halbjährliche Amtsbeschau durch Rauchfangkehrer eingefordert. Die Notwendigkeit von Forderungen hinsichtlich des bekämpfenden Brandschutzes wurde lange Zeit nicht erkannt. So wurde beispielsweise in Wien erst in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts mit den vier „Feuerknechten“ und der Zentralisierung der Löschgeräte der Grundstein für die Berufsfeuerwehr gelegt. Heute gewährleisten bauliche, organisatorische und anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen brandschutztechnisch sichere Gebäude. 

Brandtote sind in der Regel Rauchtote. Brandmelder sichern Menschenleben (lt. OIB-Richtlinie 2 [105] in allen Aufenthaltsräumen ausgenommen Küchen gefordert).

Brandschutz | 101



Gefahr der Toxizität der Verbrennungsprodukte durch Einrichtungsgegenstände (mobile Brandlast), insbesondere durch Matratzen, Sofa, Vorhänge etc., gegeben. 1 kg Schaumgummi verraucht eine 100-m²-Wohnung in ca. 6 Minuten [38].



Es ist kein Zusammenhang zwischen Bauweise und Anzahl der Brandtoten gegeben [47].



Die nicht brennbare Bauweise ist brandschutztechnisch nicht sicherer.



Eine Vielzahl an geprüften Holzbaulösungen ist vorhanden (z. B. www.dataholz.com).



Mangelhafte Anschlüsse und Durchdringungen stellen, unabhängig von der Bauweise, eine Gefahr dar.

Brandphasen

3|4|1

Ein Brand kann grundsätzlich in zwei Phasen unterteilt werden (Abbildung 318). In der Entstehungsbrandphase kommt es zu langsamen, geringen Temperaturanstiegen. Die Phase kann in Zünd- und Schwelbrandphase unterteilt werden, hier ist das Brandverhalten der eingesetzten Bekleidungen und Beläge (Baustoffverhalten) entscheidend, da dieses zur Brandweiterleitung beitragen kann. Zum Zeitpunkt des sogenannten „flash overs“ kommt es zu einem sprunghaften Temperaturanstieg. Sämtliche brennbaren Stoffe und Gase im Brandraum entzünden sich schlagartig. Mit einem „flash over“ muss zwischen sieben und fünfzehn Minuten nach Brandentstehung gerechnet werden, wobei er von den Brandlasten und den Ventilationsbedingungen abhängt. Bei Naturbrandversuchen wurden unter „optimalen“ Bedingungen auch schon „flash over“ nach 30 Sekunden erzeugt. Ab diesem Zeitpunkt spricht man von einem vollentwickelten Brand, der sich in die Erwärmungs- und die Abkühlphase einteilen lässt. In dieser Phase spricht man vom Bauteilverhalten. Es werden Anforderungen an den Feuerwiderstand der Bauteile gestellt. Abbildung 3-18: Brandphasen Entstehungsbrand

voll entwickelter Brand

Brandphasen Zündphase

Brandrisiken

Zündquellen Entflammbarkeit

Schwellbrandphase

Erwärmungsphase

Abkühlphase

Flammenausbreitung Brandausbreitung durch Bauteilversagen Wärmeentwicklung Verlust Raumabschluss und Tragfähigkeit

Eine Vermischung der Anforderungen beispielsweise R 30 oder A2 bedeutet, dass ein brennbarer Bauteil einen Feuerwiderstand von 30 Minuten aufweisen muss, während an einen nicht brennbaren Bauteil keine Anforderungen an den

102 | Bauphysik

Feuerwiderstand gestellt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Schutzziele entsprechend der in Abbildung 3-18 dargestellten Brandphasen ist diese Anforderung nicht zielführend.

Brandverhalten von Baustoffen

3|4|2

Wesentliche Eigenschaften zur Beurteilung von Baustoffen hinsichtlich des Brandverhaltens stellen die Entzündbarkeit, die Brennbarkeit, die Flammenausbreitung, die Rauchentwicklung sowie die Abbrandgeschwindigkeit dar. Da diese Eigenschaften von unzähligen Faktoren abhängen, werden zur Vergleichbarkeit des Brandverhaltens der einzelnen Baustoffe standardisierte Prüfungen durchgeführt. In Österreich erfolgte in der Vergangenheit die Einteilung der Baustoffe hinsichtlich ihrer Brennbarkeit gemäß ÖNORM B 3800-1 [145] in die beiden Brennbarkeitsklassen A (nicht brennbar) und B (brennbar), welche noch weiter unterteilt wurden. Tabelle 3-16: Einteilung der Brennbarkeit gemäß ÖNORM B 3800-1 [145] (zurückgezogen am 01.07.2004) Brennbarkeit nicht brennbar schwer brennbar normal brennbar leicht brennbar

A B1 B2 B3

Qualmbildung Q1 Q2 Q3

schwach qualmend normal qualmend stark qualmend

Tropfverhalten Tr1 Tr2 Tr3

nicht tropfend tropfend zündend tropfend

Die Norm wurde für Bauprodukte zurückgezogen und durch die ÖNORM EN 13501-1 [210] ersetzt, wobei in diversen Bundesgesetzen noch auf die Brennbarkeitsklassen nach ÖNORM B 3800-1 [145] verwiesen wird. Tabelle 3-17: Brennbarkeitsklassen nach ÖNORM EN 13501-1 [210] A1, A2 B, C, D, E, F

nicht brennbar (kein Beitrag zum Brand) brennbar

Tabelle 3-18: Brandnebenerscheinungen nach ÖNORM EN 13501-1 [210] Rauchentwicklung (SMOGRA ≤30 m2/s2)

s1

Rauchentwicklungsrate gering

s2

Rauchentwicklungsrate normal (SMOGRA ≤180 m2/s2)

s3

Rauchentwicklungsrate hoch

(SMOGRA >180 m2/s2)

brennendes Abtropfen/Abfallen d0

kein brennendes Abtropfen/Abfallen

d1

kein fortdauerndes brennendes Abtropfen/Abfallen

d2

brennendes Abtropfen/Abfallen

Eine Zuordnung der früheren österreichischen Klassen zu den europäischen Klassen und umgekehrt ist aufgrund der unterschiedlichen Prüfmethoden nicht zulässig. Um den dadurch erforderlichen Prüf- und Klassifizierungsaufwand zu reduzieren, besteht seitens der Europäischen Kommission die Möglichkeit, für Baustoffe mit bekanntem Brandverhalten und definierten Materialeigenschaften Klassifizierungen ohne zusätzliche Prüfungen (classification without further testing, cwft) durchzuführen. In Übereinstimmung mit der Entscheidung der Europäischen Kommission 2003/43/EC ist Konstruktionsholz zur Verwendung als Wand-, Decken-, Dach- oder Sonderbauteile der Euroklasse D-s2-d0 nach ÖNORM EN 13501-1 [210] zuzuordnen. Eine Zusammenfassung für Holz und Holzwerkstoffe kann unter www.holzforschung.at und die vollständige Auflistung unter www.eur-

Brandschutz | 103

lex.europa.eu abgerufen werden. Tabelle 3-19 zeigt exemplarisch das Brandverhalten ausgewählter Baustoffe. Brennbare Baustoffe werden zur Klassifizierung des Brandverhaltens nach dem sogenannten SBI-Test der ÖNORM EN 13823 [213] geprüft. Für die Prüfung wird als Brandszenario ein in einer Raumecke stehender Papierkorb oder dergleichen angesehen. Bei der Prüfung werden die Produkte in einer Ecksituation unter den endgültigen Einbaubedingungen („end use conditions“) mit Anordnung eines Dreieckflächenbrenners geprüft. Für die Klassifizierung werden der größte Anstieg der Wärmefreisetzungsrate während des Versuches (FIGRA-Index in W/s), die gesamte, während des Versuches freigesetzte Wärmemenge (THR600s in MJ), die größte Geschwindigkeit der Rauchentwicklung (SMOGRA-Index in m²/s²), die gesamte Menge der Rauchfreisetzung (TSP600s in m²) sowie das Herabfallen brennender Teile und Tropfen herangezogen. Weiters sind für die Klassifizierung Untersuchungen zur Entzündbarkeit der Baustoffe die ÖNORM EN ISO 11925-2 [236] zur Ermittlung der Verbrennungswärme bzw. Nichtbrennbarkeitsprüfungen die ÖNORM EN ISO 1182 [231] erforderlich. Tabelle 3-19: Brandverhalten ausgewählter Baustoffe Baustoff

Produktnorm

Steinwolle ÖNORM EN 13162 [202] Gipskartonplatte ÖNORM EN 520 [181] Gipsfaserplatte ÖNORM EN 15283-2 [220] Glaswolle ÖNORM EN 13162 [202] magnesitgebundene Holzwolle-Dämmplatte ÖNORM EN 13168 [206] zementgebundene Spanplatte ÖNORM EN 634-2 [183] Konstruktionsvollholz ÖNORM EN 15497 [221] Brettschichtholz ÖNORM EN 14080 [216] Brettsperrholz pr EN 16351 [227] MDF ÖNORM EN 622-5 [182] OSB ÖNORM EN 300 [174] Spanplatte ÖNORM EN 312 [175] expandierter Polystyrolschaum (EPS) ÖNORM EN 13163 [203] 1) abhängig vom Bindemittel der Mineralwolle bzw. Faseranteil bei Gipsfaserplatten

Brandverhalten A1/A21)-s1, d0 A2-s1, d0 A1/A21)-s1, d0 A1/A21)-s1, d0 B-s1, d0 B-s1, d0 D-s2, d0 D-s2, d0 D-s2, d0 D-s2, d0 D-s2, d0 D-s2, d0 E-s2, d0

Abbrand von Holz Der Holzbau stellt sich trotz der Tatsache, dass es sich um einen brennbaren Baustoff handelt, nicht als unsicherer heraus. Denn Holz brennt kontrollierbar; jeder Feuerwiderstand kann erreicht werden. Brandschutztechnische Risiken, wie Anschlüsse und Durchdringungen, wurden umfassend untersucht und entsprechende Nachweise und Detaillösungen liegen vor. Zündtemperatur Die Entzündungstemperatur des Holzes ist neben der Rohdichte, der Holzart und Feuchte von der Abmessung sowie von der Erwärmungsdauer abhängig. Grundsätzlich liegt die Zündtemperatur zwischen 280 und 340 °C, diese kann bei Temperatureinwirkungen von 10 bis 30 Stunden auf ca. 120 bis 140 °C absinken. Kohleschicht Im Zuge der Verbrennung bildet sich am Holz eine wärmedämmende Kohleschicht, welche die Temperaturen im inneren des Holzes gering hält und den Abbrand verzögert.

104 | Bauphysik

3|4|3

Abbrandraten gemäß ÖNORM EN 1995-1-2 [196]

3|4|3|1

ÖNORM EN 1995-1-2 [196] unterscheidet im Gegensatz zu den Abbrandraten der zurückgezogenen ÖNORM B 3800-4 [146] zwischen dem Bemessungswert der eindimensionalen Abbrandrate 0 und der ideellen Abbrandrate n. Bei einem einseitigen Abbrand, wie beispielsweise bei einer Massivholzdecke, wird 0 herangezogen. Bei Balken bzw. Stützen wird durch die Verwendung von n die Abbrandrate erhöht und somit werden Effekte der Eckausrundung bzw. Einflüsse von Rissen berücksichtigt. Bei Holzwerkstoffen gelten die angeführten Abbrandraten für eine charakteristische Rohdichte von 450 kg/m³ und einer Plattendicke von 20 mm. Für Werkstoffe mit abweichenden Rohdichten bzw. dünneren Platten können die Werte umgerechnet werden. Tabelle 3-20: Bemessungswerte der Abbrandraten 0 und n gemäß ÖNORM EN 1995-1-2 [196] Material 0 [mm/min] n Nadelholz und Buche Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥290 kg/m3 0,65 Vollholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥290 kg/m3 0,65 Laubholz Vollholz oder Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥290 kg/m3 0,65 Vollholz oder Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥480 kg/m3 0,50 Furnierschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥480 kg/m3 0,65 Platten Holzbekleidung 0,901) Sperrholz 1,001) Holzwerkstoffplatten außer Sperrholz 0,901) 1) Die Werte gelten für eine charakteristische Rohdichte von 450 kg/m3 und eine Werkstoffdicke von 20 mm.

Abbrandrate für Brettsperrholz

[mm/min] 0,70 0,80 0,70 0,55 0,70 – – –

3|4|3|2

Der Bemessungswert der Abbrandrate aus Nadelholz beträgt nach ÖNORM EN 1995-1-2 [196] 0,65 mm/min. Dieser Wert kann für die Decklagen verwendet werden. Aufgrund des Temperatureinflusses kann es bei PolyurethanKlebstoffen zu einem Erweichen der Klebstofffuge kommen, wodurch sich die Kohleschicht kleinstrukturiert ablöst. In weiterer Folge kommt es bis zur Ausbildung einer Kohleschicht von ca. 25 mm der nächsten brandbeanspruchten Lage zu einem doppelt so hohen Abbrand [45]. Im Rahmen von experimentellen Untersuchungen konnten diese Abbrandraten bestätigt werden [86]. Die in Tabelle 3-21 angeführten Bemessungswerte der Abbrandrate wurden experimentell anhand von belasteten Großbrandversuchen ermittelt [86] und sind für die Berechnungen heranzuziehen. Sofern abweichende Bemessungswerte, die auch durch Großbrandversuche ermittelt wurden, vorliegen, können diese für die Berechnung verwendet werden. Durch Kleinbrandversuche ermittelte Abbrandraten sind nicht mit Werten, welche durch Großbrandversuche ermittelt wurden, vergleichbar. Tabelle 3-21: Bemessungswerte der Abbrandraten 0 für Brettsperrholzelemente in Abhängigkeit von der Verklebung der einzelnen Lagen Lage Decklage weitere Lagen weitere Lagen weitere Lagen weitere Lagen

Bauteil Abfall Kohleschicht der Decklage 0 Wand, Decke bzw. Dach – Decke bzw. Dach ja Decke bzw. Dach nein Wand ja Wand nein

[mm/min] 0,65 1,30 0,80 0,90 0,70

Brandschutz | 105

Abbildung 3-19: Darstellung der Abbrandtiefe in Abhängigkeit von der Zeit für tch = tf und einer Abbrandtiefe von 25 mm zum Zeitpunkt ta – ÖNORM EN 1995-1-2 [196]

1 2 2a 2b

Verlauf für während der Branddauer ungeschützte Bauteile mit der ideellen Abbrandrate βn (oder β0 ) Verlauf für anfänglich geschützte Bauteile nach dem Versagen der Brandschutzbekleidung nach dem Abfall der Brandschutzbekleidung, Beginn des Abbrandes mit erhöhten Werten nach Überschreiten der Abbrandtiefe von 25 mm reduziert sich die Abbrandrate auf die Werte der Tabelle in der ÖNORM EN 1995-1-2

Varianten der Dimensionierung durch Beplankung Bei Oberflächen von anfänglich vor Brandeinwirkung geschützten Balken und Stützen sind der Beginn des Abbrandes hinter der Beplankung tch und die Versagenszeit der Beplankung tf entscheidend. Bei Holzwerkstoffplatten und Gipskartonplatten Typ A und H gemäß ÖNORM EN 520 [181] bzw. GKB nach ÖNORM B 3410 [199] wird die Versagenszeit mit dem Beginn des Abbrandes der Holzkonstruktion gleichgesetzt. Die Norm führt für die einzelnen Brandschutzbekleidungen Formeln zur Berechnung von tch an. Nach dem Beginn des Abbrandes und dem laut Norm gleichgesetzten Abfall der Beplankung erfolgt aufgrund der noch nicht ausgebildeten Holzkohleschicht bis zu dem Zeitpunkt, wo diese 25 mm beträgt, ein erhöhter (lt. Norm doppelt so hoher) Abbrand. Bei Gipskartonplatten Typ F gemäß ÖNORM EN 520 [181] bzw. GKF nach ÖNORM B 3410 [199] erfolgt ab dem Beginn des Abbrandes bis zum Versagen der Brandschutzbekleidung ein verminderter Abbrand, anschließend bis zur Ausbildung der 25 mm dicken Kohleschicht ein verdoppelter und anschließend der konstante Abbrand (Abbildung 3-20). Für die Versagenszeitpunkte von GKF-Platten liegen aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften und der Abhängigkeit der Befestigung keine Berechnungsmodelle vor. Die Werte sind aus Prüfungen nachzuweisen. Für den Planer bedeutet dies, entweder die Konstruktionen zu prüfen oder auf die konservativeren Annahmen für GKB-Platten zurückzugreifen. Für die Bemessung der mechanischen Eigenschaften bietet ÖNORM EN 19951-2 [196] zwei Möglichkeiten zur Auswahl. Die Methode mit reduziertem Querschnitt und die Methode der reduzierten Eigenschaften. In Österreich wurde in den nationalen Festlegungen in der ÖNORM B 1995-1-2 [196] die Methode mit reduziertem Querschnitt als Nachweisverfahren festgelegt. Dabei wird der wirksame Restquerschnitt durch die Reduzierung des entsprechend der Abbrandrate bestimmten ideellen Restquerschnittes um bis zu 7 mm ermittelt.

106 | Bauphysik

3|4|3|3

Es wird dabei angenommen, dass in dieser Grenzschicht keine Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften vorliegen, während für den wirksamen Restholzquerschnitt unverminderte Eigenschaften angenommen werden. Abbildung 3-20: Darstellung der Abbrandtiefe in Abhängigkeit der Zeit für tf > tch gemäß ÖNORM EN 1995-1-2 [196]

1 2 2a 2b 2c

Verlauf für während der Branddauer ungeschützte Bauteile mit der ideellen Abbrandrate βn (oder β0 ) Verlauf für anfänglich geschützte Bauteile, bei denen der Abbrand vor dem Versagen der Brandschutzbekleidung beginnt der Abbrand beginnt bei tch mit einer abgeminderten Rate, solange die Brandschutzbekleidung noch intakt ist nach Abfall der Brandschutzbekleidung beginnt der Abbrand mit erhöhter Rate nach Überschreiten der Abbrandtiefe von 25 mm reduziert sich die Abbrandrate auf die Werte der Tabelle in der ÖNORM EN 1995-1-2

Feuerwiderstand

3|4|4

Die Anforderungen an den Feuerwiderstand werden immer an den gesamten Bauteil gestellt. Eine Gipsbekleidung kann, für sich alleine betrachtet, in der Regel keinen ausreichenden Brandschutz erfüllen. Bei den Feuerwiderstandsklassen REI kann, im Gegensatz zu den früheren Brandwiderständen (F-Klassen), zwischen tragenden und/oder brandabschnittsbildenden Bauteilen unterschieden werden. Tabelle 3-22: Leistungseigenschaften (Auswahl) – ÖNORM EN 13501-2 [211] R E I W M C S tt

Tragfähigkeit Raumabschluss Wärmedämmung Strahlung Widerstand gegen mechanische Beanspruchung selbstschließende Eigenschaft Rauchdichtheit Klassifizierungsperioden in Minuten

Die Klassifizierung der Bauteile ist damit wie folgt darzustellen: R

E

I

W

tt

–

M

C

S

Tabelle 3-23: Beispiele für die Bezeichnungen zum Feuerwiderstand Bezeichnung R 30, R 60, R 90

Anforderung tragender Bauteil

EI 30, EI 60, EI 90

raumabschließender, wärmedämmender Bauteil

REI 30, REI 60, REI 90

tragender und raumabschließender wärmedämmender Bauteil

Bauteilbeispiel Stütze, Wand, Träger nichttragende Trennbauteile, Schachtwände, Abschottungen, Verglasungen tragender Trennbauteil

Brandschutz | 107

Zur Nachweisführung können Klassifizierungsberichte gemäß ÖNORM EN 13501-2 [211] auf Basis von Prüfungen des Feuerwiderstandes gemäß der ÖNORMenreihen EN 1364 bzw. EN 1365 herangezogen werden. Es besteht für Holzbauteile auch die Möglichkeit, Berechnungen nach ÖNORM EN 1995-1-2 [196], in Kombination mit den jeweiligen nationalen Anwendungsdokumenten, durchzuführen. Berechnungsbeispiele für Holzbauteile können [115] bzw. [83] entnommen werden.

Fassaden Bei Fassadenbränden sind unterschiedliche Entstehungsursachen zu betrachten, z. B. innerhalb eines Gebäudes mit einer Öffnung nach außen (Brandüberschlag durch „flash over“) bzw. ein Brand außerhalb eines Gebäudes unmittelbar vor der Fassade oder eines benachbarten Gebäudes (Brandweiterleitung). Bei einem Brand an einer Fassade ab der Gebäudeklasse 4 ist dabei das definierte Schutzziel zu beachten. Die Untersuchung des Brandverhaltens von Fassaden unter der Annahme eines Fensterausbrandes stellt gleichermaßen eine Untersuchung der Brennbarkeit sowie des Feuerwiderstandes dar und wird gemäß ÖNORM B 3800-5 [147] geprüft. Mit den Behörden wurde folgendes Schutzziel definiert: „Das baurechtliche Brandschutzziel an der Gebäudeaußenwand muss darin bestehen, eine Brandausbreitung über mehr als ein Geschoß oberhalb der Brandausbruchstelle zu verhindern. Eine Gefährdung der Flüchtenden und Rettungskräfte durch großflächig abstürzende Fassadenteile ist auszuschließen.“ Abbildung 3-21: Schutzziele bei Fassadenbränden

108 | Bauphysik

3|4|5

Gebäudephysik

4

Die mit der Zusammensetzung der einzelnen Bauteile zu einem Ganzen, dem Gebäude, entstehenden neuen physikalischen Zusammenhänge und Bedingungen betreffen neben dem thermischen Komfort die Energieeffizienz, den Schutz vor sommerlicher Überwärmung, die Luftdichtheit Gebäudehülle sowie den Schall- und Brandschutz. Die im vorliegenden Kapitel angeführten Inhalte zur Gebäudephysik wurden an diverse Publikationen [82][84][85][89] [88] angelehnt.

Wärmeschutz

4|1

Ziel des Wärmeschutzes ist es, den Energieverbrauch zur Aufrechterhaltung der thermischen Behaglichkeit in einem Gebäude gering zu halten sowie die Innenoberflächen der Außenbauteile möglichst nahe an die Raumtemperatur zu bringen, um diese vor Schimmelbefall und Kondensat zu schützen.

Winterlicher Wärmeschutz

4|1|1

Hinsichtlich des winterlichen Wärmeschutzes und der Berechnungen für Gebäude gibt es keinen wesentlichen Einfluss der Bauweise auf die Nachweisführung. Aus diesem Grund wird für die Berechnung und auch die Begriffsbestimmungen zu Heizwärmebedarf, Heizenergiebedarf, Endenergiebedarf, Primärenergiebedarf, Gesamtenergieeffizienz-Faktor sowie Kühlenergiebedarf auf Band 1/1: „Bauphysik – Erweiterung 1. Energieeinsparung und Wärmeschutz, Energieausweis – Gesamtenergieeffizienz“ [27] verwiesen.

Luft- und Winddichtheit

4|1|2

Als qualitätssichernde Maßnahme zur Verringerung der unkontrollierten Lüftungswärmeverluste wurde das sogenannte Blower-Door-Verfahren eingeführt. Dabei wird ein Ventilator z. B. in die Eingangstür eingebaut und ein konstanter Unter- bzw. Überdruck erzeugt. Der zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen Wohnraum und Außenklima durch den Ventilator geförderte Volumenstrom entspricht der durch Leckagen in der luftdichten Gebäudehülle strömenden Luft. Als Anforderung hat sich der Luftwechsel bei einem Differenzdruck von 50 Pa etabliert.

n50  V V n50

V V

(4-01) Volumenstrom bei einer Druckdifferenz von 50 Pa Nettovolumen des Gebäudes Luftwechselrate bei einer Druckdifferenz von 50 Pa

m3/h m3 h-1

OIB-Richtlinie 6 [112] fordert, dass bei Gebäuden (Neubauten) ohne Lüftungsanlage die Luftwechselrate bei einem Differenzdruck von 50 Pa (n50Wert) den Wert 3,0 h-1 und bei Gebäuden mit mechanisch betriebener Lüftungsanlage den Wert 1,5 h-1 nicht überschreitet. Diese Werte sind bei Wohngebäuden mit einer Brutto-Grundfläche von mehr als 400 m² für jede Wohneinheit einzuhalten. Diese wohnungsweise Anforderung, die beispielsweise in Deutschland und der Schweiz nicht gefordert wird, stellt vor allem in

Wärmeschutz | 109

Bezug auf die haustechnischen Versorgungsleitungen und deren luftdichte Ausbildung eine große Herausforderung dar. Im Rahmen einer Blower-Door-Messung ist neben einer Unterdruck- und einer Überdruckmessung eine Leckageortung erforderlich. Im Zuge der Leckageortung können unter Zuhilfenahme von Thermografiekameras, Anemometer, Räucherstäbchen, Nebelmaschinen und dergleichen mehr die Leckagen quantifiziert und veranschaulicht werden. Die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Darstellung einer Leckage als Kriterium zur Qualitätssicherung bzw. Bewertung einer Leckage im Hinblick auf einen möglichen Feuchteschaden ist aus der in Kapitel 3|2 angeführten Unterscheidung in Wärme- und Feuchteleckagen nicht möglich. Die Strömungsgeschwindigkeit ohne Kenntnisse des Bauteilaufbaus und des Luftstrompfades durch denselben sagt nichts über eine mögliche Schädigung des Bauteils aus. Eine alleinige Visualisierung von Leckagen z. B. in Form von Thermografieaufnahmen ohne begründete, fundierte Aussage zum Schädigungspotenzial ist unbrauchbar. Abbildung 4-01: typische Luftströme bei Blower-Door-Messungen (Unterdruck)

Sommertauglichkeit

4|1|3

Zur Erfüllung der Sommertauglichkeit von Räumen bzw. Gebäuden müssen der Energieeintrag, die Lüftung und die speicherwirksame Masse der Bauweise aufeinander abgestimmt werden. Die alleinige Betrachtung der speicherwirksamen Masse der Bauweise ist, wie Untersuchungen im bauphysikalischen Versuchsgebäude der Holzforschung Austria unter realen Bedingungen im Rahmen von HFA-TiMBER [82] ergaben, nicht zielführend.

Luftwechselrate Eine unterschiedliche Luftwechselrate zwischen geöffneten und gekippten Fenstern sowie geschlossenen Fenstern mit Lüftungsanlage hat einen Einfluss von bis zu 13 K auf die operative Temperatur. Der Volumenstrom einer energieeffizienten Lüftungsanlage reicht für eine wirksame Nachtlüftung alleine nicht aus. Aus diesem Grund ist auch in Objekten mit Lüftungsanlage sicherzustellen, dass während der Sommermonate die Fenster entsprechend geöffnet werden können, die Nutzer sind entsprechend zu informieren. Die Nachtlüftung stellt die einzige Möglichkeit dar, Wärmeenergie aus dem Raum

110 | Gebäudephysik

4|1|3|1

und der Konstruktion, bedingt durch die Abhängigkeit des Luftvolumenstromes von der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen, zu bekommen. Gerade der Einbruch- und der Witterungsschutz im Besonderen bei Nichtwohngebäuden stellen die größten Hindernisse für die Nutzung einer effizienten Nachtlüftung dar. Ein weiteres Hindernis für eine effiziente Wärmeenergieabfuhr durch Nachtlüftung kann der mangelnde Schallschutz bei geöffneten Fenstern im Wohnbau besonders bei Schlafräumen darstellen. Insekten- und Pollenschutzgitter verringern in Relation zur Flächenverminderung bei geöffneten Fenstern den jeweiligen Volumenstrom. Tabelle 4-01: Richtwerte Luftvolumenströme, Einzelraum geöffnete Balkontür, bei T 5 bzw. 10 K Konfiguration Balkontüre (2,16 m²) – offen Balkontüre (2,16 m²) – offen, Insektenschutz Balkontüre (2,16 m²) – offen, Pollenschutz Balkontüre (2,16 m²) – gekippt

Luftvolumenstrom V' in m 3/h bei T=5 K 973 686 58 77

Luftvolumenstrom V' in m 3/h bei T=10 K 1376 970 82 109

Aus bauphysikalischer Sicht sollten Fenster nur geöffnet werden, wenn die Außentemperatur unter jener des Innenraumes liegt. Ein „Dauerkippen“ über den gesamten Tag sollte vermieden werden. Der hygienische Luftwechsel ist natürlich durch Stoßlüften sicherzustellen. Querlüftungsmöglichkeiten dienen der Erhöhung des Luftvolumenstromes für die Wärmeenergieabfuhr aus dem Raum bzw. Gebäude. Da der Luftvolumenstrom unter anderem von der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen abhängt, ist eine entsprechende Öffnungsfläche vorzusehen. Befinden sich alle Lüftungsöffnungen in einer Fassadenfläche, kann eine Erhöhung des Luftvolumenstromes z. B. durch Temperaturdifferenzen zwischen Gebäudeaußenseite und Gebäudeinnenseite nicht genutzt werden. Die Untersuchungen des Luftaustausches im Forschungsgebäude haben gezeigt, dass sich die einströmende Luft zwischen zwei Außenfenstern, die in unterschiedlichen Stockwerken liegen, jeweils unterhalb der Oberkante des Fensters verteilt. Dadurch ergibt sich ein „Luftstrom“ von der Eintritts- durch die Zwischen- bis zur Austrittsöffnung (Abbildung 4-02). Die Luft innerhalb dieses Stromes wird sehr gut, die Luft in den Bereichen daneben weniger gut ausgetauscht. Die Luft in Bereichen über der Fensteroberkante wird gar nicht getauscht. Abhilfe schaffen sehr hoch im Raum situierte Fenster (z. B. in Form einer Galerie), die für eine entsprechende Luftbewegung und den damit verbundenen Luftaustausch sorgen. Abbildung 4-02: qualitative Darstellung des Luftaustauschs in Einfamilienhäusern

ohne Galerielüftung

mit Galerielüftung

Wärmeschutz | 111

Solare Einträge, Sonnenschutz

4|1|3|2

Die Art des Sonnenschutzeses kann auf die operative Temperatur einen Einfluss von bis zu 9 K aufweisen. Die Fenstergeometrie ist dabei für den solaren Eintrag verantwortlich, große Fensterflächen bringen viel solaren Eintrag. Die Orientierung der Fenster bestimmt die tageszeitliche Verteilung des solaren Eintrages, ost- und westorientierte Fenster haben während der Sommermonate einen hohen solaren Eintrag durch die tiefstehende Sonne am Morgen bzw. Abend. Bei ähnlicher Sonnenschutzsituation erreichen Räume mit westorientierten Fenstern die höchste operative Raumtemperatur. Ein zusätzliches Kriterium für Fenster ist das Verhältnis öffenbarer zu fixer Verglasung. Während die fixe Verglasung nur einen Beitrag zur solaren Einstrahlung und dem damit verbundenen Wärmeeintrag liefert, besitzt das öffenbare Fenster auch einen Beitrag zum Luftvolumenstrom. Die Begrenzung der solaren Lasten erfolgt über die Wahl von geeigneten Sonnenschutzeinrichtungen, die der inneren Lasten kann durch Beschränkung der im Raum anwesenden Personen erfolgen. Das größte Reduktionspotenzial im Rauminneren liegt in der Verminderung der Geräte bzw. der Einsatz von stromsparenden Geräten. Bei der Wahl eines geeigneten Beschattungssystems können die Systeme nach Auswirkung auf die operative Raumtemperatur gereiht werden. Außenliegender vor zwischenliegendem vor innenliegendem Sonnenschutz. Sofern aufgrund der Witterungseinflüsse ein außenliegender Sonnenschutz nicht realisiert werden kann, wird ein zwischenliegender empfohlen.

Bauweise

4|1|3|3

Installationsebenen verringern bei jeder Bauweise die Wärmekapazität. Bei der Holzmassivbauweise liegt die Verringerung bei rund 50 % und bei der Holzrahmenbauweise zwischen 20 und 30 % Wärmekapazität der Massivholzwand beträgt ca. 70 % der Hochlochziegelwand. Abkürzung Gipsständer GKF IE Massiv OSB Rahmen

Bauteil bzw. Bauweise Gipsständerwand Gipskartonfeuerschutzplatte Installationsebene Massivholzbauweise „oriented strand board“ (Holzwerkstoffplatte) Holzrahmenbauweise

Abbildung 4-03: Einflüsse der Bauweise bzw. der Innenbeplankungen auf die Wärmekapazität von Außenwänden

112 | Gebäudephysik

Die Wärmekapazität erhöht sich um ca. 70 % durch eine doppelte Gipsbeplankung bei einer Holzrahmeninnenwand. Die Massivholzwand hat eine ca. doppelt so hohe Wärmekapazität als die einfach beplankte Holzrahmenwand. Abbildung 4-04: Einflüsse der Bauweise bzw. der Beplankungen auf die Wärmekapazität von Innenwänden

Abbildung 4-05: Einfluss des Estrichs auf die Wärmekapazität von Decken

Durch einen Nassestrich anstelle eines Trockenestrichs erhöht sich die Wärmekapazität zwischen 150 und 200 %. Abbildung 4-06: Einfluss der Untersicht auf die Wärmekapazität von Massivholzdecken

Durch eine einfach beplankte Abhängung halbiert sich bei einer Massivholzdecke die Wärmekapazität. Es hat sich aber gezeigt, dass die Bauweise in der Summe im Vergleich zu solarem Wärmeeintrag und Lüftung einen geringen Einfluss auf die operative Temperatur aufweist. Der Temperaturunterschied der operativen Raumtemperatur liegt infolge der Bauweise zwischen 1 und 2 K [82]. Außenbauteile mit einem hohen solaren Absorptionsgrad erzielen eine höhere Innenoberflächentemperatur. Die Wirkung der Farbe hängt von der Orientierung des Bauteils, der Lage zur Sonne und der Dämmeigenschaften des Aufbaues ab. Aufbauten mit guten U-Werten halten die Innenoberflächentemperaturen im Inneren gering. Positiv auf das Sommerverhalten wirken sich Dämmstoffe mit hoher Rohdichte und spezifischer Wärmekapazität aus. Auch der Einfluss der Orientierung auf die Innenoberflächentemperaturen ist bei hochwärmegedämmten Aufbauten geringer. Durch die solare Wärmestrahlung durch die Fenster und eine entsprechende Nachtlüftung verliert die Phasenverschiebung als Bewertungskriterium an Bedeutung. Beim Einsatz von Phase Change Materials (PCM) ist auf eine entsprechende Auskühlmöglichkeit im Sommer zu achten. PCM wirken als Wärmepuffer, sprich, die aufgeladene Wärmeenergie muss auch abgegeben werden können. Je nach Bauteil und Baustoff kann das entweder einseitig oder beidseitig über Nachtlüftung erfolgen. Die Wahl der Phasenwechseltemperatur (Übergang von z. B. fest auf flüssig) ist abhängig vom Einsatzbereich und der Umgebungstemperatur. Die Phasenwechseltemperatur der Baustoffe muss sich am

Wärmeschutz | 113

Außenklima des Objektes orientieren, damit beim Einsatz im Sommer auch wirklich Wärme abgeführt werden kann.

Fensterdiagramme

4|1|3|4

Um die komplexen Zusammenhänge zwischen Raum und Fenster besser verstehen und nachvollziehen zu können, wurde auf Basis von Simulationen eine Reihe von Varianten durchgerechnet. Dabei konnte die Wirkung der einzelnen Parameter (Fenstergröße, Fensteröffnung, Beschattung, Raumgröße, Bauweise) auf die operative Raumtemperatur sichtbar gemacht und daraus ein Planungshilfsmittel in Form eines Diagrammes erstellt werden, mit dem sich erste Abschätzungen für die Fenstergeometrie und die Beschattung von Einfamilienhäusern durchführen lassen. Bei den klimatischen Außenbedingungen wurden ein periodischer Temperaturzustand und der Strahlungszustand für einen Hochsommertag angesetzt. Damit ein möglichst breites Spektrum an Klimazonen für Österreich abgebildet werden kann, wurden stellvertretend zwei klimatische Bereiche als Randbedingung angesetzt. Dabei wurde ein Bereich für städtische Regionen mit NAT13: 23 °C gewählt (z. B. Wien [W], Korneuburg [Nö], Klagenfurt [K]). Der zweite Bereich bildet ländliche Regionen in höheren Lagen mit NAT13: 20 °C ab (z. B. Reifling [St], Annaberg [Sbg], Ötz [T]). Zur Abbildung unterschiedlicher Nutzerverhalten wurden auf Basis einer umfangreichen Nutzerbefragung die beiden Fälle „FAM“ (Familie) und „DINK“ (Double Income No Kids) generiert. Bei den „DINKs“ waren zwei Erwachsene, die beide berufstätig sind, die betrachteten Nutzer. Für das Muster „FAM“ stand eine vierköpfige Familie Modell, bei der ein Elternteil berufstätig ist und der andere Elternteil zwei Kinder zu Hause betreut. Der genaue Einsatz von Lüftung und Beschattung findet sich in Tabelle 4-02. Tabelle 4-02: Zeitplan und Nutzermuster, DINK – FAM Zeit 00:00-1:00 01:00-2:00 02:00-3:00 03:00-4:00 04:00-5:00 05:00-6:00 06:00-7:00 07:00-8:00 08:00-9:00 09:00-10:00 10:00-11:00 11:00-12:00 12:00-13:00 13:00-14:00 14:00-15:00 15:00-16:00 16:00-17:00 17:00-18:00 18:00-19:00 19:00-20:00 20:00-21:00 21:00-22:00 22:00-23:00 23:00-24:00

Personen 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw.

DINK Beschattung

Lüftung Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster

aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw. 2 Erw.

Fenster Fenster Fenster Fenster

Personen 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 1 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki. 2 Erw. / 2 Ki.

FAM Beschattung

Als Referenz wurde ein „Wohnungsraum“ als System aus drei Innenwänden und einer Außenwand festgelegt, wobei der Raum anhand der Außenwand je nach Himmelsrichtung ausgerichtet wurde.

114 | Gebäudephysik

Lüftung Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster Fenster

aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv aktiv

Fenster Fenster Fenster Fenster

Tabelle 4-03: Referenzobjekte – Überblick der Objektparameter Netto-Grundrissfläche Netto-Außenwandfläche Netto-Innenwandfläche

14,85 m² 12,38 m² 27,38 m²

Die Abbildung 4-07 bis Abbildung 4-10 zeigen die Abhängigkeit der operativen Raumtemperatur unter den angeführten Parametern. Dabei soll der Einfluss des Fensters auf die solare Einstrahlung und den daraus resultierenden Wärmeeintrag genauer betrachtet werden. Die Abbildungen zeigen eine Verknüpfung vom Verhältnis der Netto-Außenwandfläche zur Glasfläche des Fensters und des Gesamtenergiedurchlassgrades inklusive Sonnenschutz (gtotal). Die Unterteilung von gtotal erfolgt nach ÖNORM B 8110-3 [160] in stark, mittel und schwach lichtdurchlässig (hellgraue, mittelgraue bzw. schwarze Felder). In Bereichen außerhalb dieser Bereiche wurde die operative Temperaturkurve mit den Nachbarbereichen verbunden. Die Diagrammkurven zeigen die zwei angeführten Nutzungsfälle sowie die Orientierung von Außenwand und Fenster. Da der Nutzungsfall „FAM“ durch den höheren Wärmeeintrag im Raum ein höheres Temperaturniveau der operativen Temperatur hervorruft, wurde dieser Fall in den Diagrammen bevorzugt behandelt. Der markierte Bereich links der Kurve „West_FAM“ stellt den Bereich, in dem die operative Raumtemperatur Top ≤ 27 °C beträgt, dar und ist auch sinngemäß auf die anderen Kurven übertragbar. Aus diesem Zusammenhang lässt sich für den dargestellten Wohnraum mit den ungünstigeren Aufbauten (siehe Tabelle 4-04) mit öffenbarer Balkontür (A = 2,40 m²) bzw. Normfenster (A = 1,82 m²) sowie einer in der Größe variierten Fixverglasung mit Außenklimabedingung „periodischer Tag, NAT13 = 23 °C“ die operative Raumtemperatur ablesen. Weiters wurden auch die Außenklimabedingungen in Form des periodischen Tages mit NAT13 = 20 °C untersucht. Tabelle 4-04: Aufbauten (Holzrahmenbauweise, Decke mit Zementestrich) Aufbautyp DE 4 – Decke

AW 4 – Außenwand

IW 3 – Innenwand

Material Belag/Holz Zementestrich TDP (Glaswolle) Schüttung OSB-Platte KVH (80/240, alle 62,5 cm) / Luft KVH (80/240, alle 62,5 cm) / Glaswolle Lattung (50/40, alle 30 cm) / Glaswolle GKF-Platte 2  GKF-Platte Lattung (50/40, alle 30 cm) / Glaswolle OSB-Platte KVH (60/240, alle 62,5 cm) / Glaswolle MDF-Platte GKF-Platte KVH (60/100, alle 62,5 cm) / Luft KVH (60/100, alle 62,5 cm) / Glaswolle GKF-Platte

Dicke [mm] 10,0 60,0 30,0 50,0 22,0 100,0 140,0 22,0 12,5 25,0 40,0 15,0 240,0 15,0 12,5 50,0 50,0 12,5

Cw [Wh/m²K]

27,01 (Boden) 4,31 (Decke)

8,31

3,83

Die Kurven z. B. „West_FAM“ zeigen die operative Temperatur mit (T = 27 °C) für die Konfiguration (Balkontüre–öffenbar / Fixverglasung–variabel) an. Die Kurve „West_DINK“ liefert günstigere Werte für Top. Durch den geringeren Wärmeeintrag verursacht durch innere Lasten können die solaren Einträge durch Erhöhung der Fensterfläche größer werden, damit Top noch immer unter 27 °C liegt. Damit das Kriterium Top < 27 °C (Abbildung 4-07) für die Nutzung „FAM“ bei westorientierten Fenstern für die NAT13-Temperatur von 20 °C eingehalten wird, darf der Anteil der Glasfläche an der Außenwandfläche zwischen 30 und

Wärmeschutz | 115

40 % betragen. Bei der Nutzung „DINK“ darf bei westorientierten Fenstern der Anteil der Glasfläche bezogen auf die Außenwandfläche zwischen 40 und 75 % liegen. Für nord- bzw. südorientierte Räume darf das Maximum an Glasfläche 90 % bei schwach lichtdurchlässigen Sonnenschutzeinrichtungen betragen. Je nach Orientierung der Räume darf das Minimum bei ungünstigen Sonnenschutzeinrichtungen 55 % (Südausrichtung) bzw. 75 % (Nordausrichtung) betragen. Der Einfluss der Sonne auf westorientierte Bauteile ist stärker als auf südorientierte. Abbildung 4-07: Zusammenhang Glasfläche–Beschattung, Balkontüre–öffenbar / Fixverglasung–variabel, NAT13 = 20 °C

Abbildung 4-08: Zusammenhang Glasfläche–Beschattung, Balkontüre–öffenbar / Fixverglasung–variabel, NAT13 = 23 °C

Im Fall NAT13 = 23 °C (Abbildung 4-08) wird das Kriterium Top < 27 °C für die Nutzung „FAM“ bei westorientierten Fenstern eingehalten bei einem Verhältnis von Glasfläche zu Außenwandfläche zwischen 15 und 25 %. Bei der Nutzung „DINK“ darf der Anteil der Glasfläche bezogen auf die Außenwandfläche bei westorientierten Fenstern zwischen 25 und 50 % liegen. Für nord- bzw. südorientierte Räume darf das Maximum an Glasfläche um die 60 % bei schwach lichtdurchlässigen Sonnenschutzeinrichtungen betragen. Je nach Orientierung der Räume darf das Minimum bei ungünstigen Sonnenschutzeinrichtungen zwischen 35 % (Südausrichtung) und 50 % (Nordausrichtung) liegen. Damit das Kriterium Top < 27 °C (Abbildung 4-09) für die Nutzung „FAM“ bei westorientierten Fenstern (öffenbares Normfenster/Fixverglasung) für die NAT13-Temperatur von 20 °C eingehalten wird, darf der Anteil der Glasfläche an der Außenwandfläche zwischen 25 und 35 % liegen. Bei der Nutzung „DINK“

116 | Gebäudephysik

darf der Anteil der Glasfläche bezogen auf die Außenwandfläche zwischen 35 und 70 % liegen. Für nord- bzw. südorientierte Räume darf das Maximum an Glasfläche um die 90 % bei schwach lichtdurchlässigen Sonnenschutzeinrichtungen betragen. Je nach Orientierung der Räume darf das Minimum bei ungünstigen Sonnenschutzeinrichtungen 50 % (Südausrichtung) bzw. 70 % (Nordausrichtung) betragen. Der Einfluss der Sonne auf westorientierte Bauteile ist ebenfalls stärker als auf südorientierte. Abbildung 4-09: Zusammenhang Glasfläche–Beschattung, Normfenster–öffenbar / Fixverglasung–variabel, NAT13 = 20 °C

Abbildung 4-10: Zusammenhang Glasfläche–Beschattung, Normfenster–öffenbar / Fixverglasung–variabel, NAT13 = 23 °C

Im Fall NAT13 = 23 °C (Abbildung 4-10) wird das Kriterium Top < 27 °C für die Nutzung „FAM“ bei westorientierten Fenstern eingehalten bei einem Verhältnis von Glasfläche zu Außenwandfläche um die 20 %. Bei der Nutzung „DINK“ darf der Anteil der Glasfläche bezogen auf die Außenwandfläche bei westorientierten Fenstern zwischen 25 und 45 % liegen. Für nord- bzw. südorientierte Räume darf das Maximum an Glasfläche um die 60 % bei schwach lichtdurchlässigen Sonnenschutzeinrichtungen betragen. Je nach Orientierung der Räume darf das Minimum bei ungünstigen Sonnenschutzeinrichtungen zwischen 35 % (Südausrichtung) und 45 % (Nordausrichtung) liegen. Die vorliegenden Diagramme wurden nur für außenliegende Sonnenschutzeinrichtungen berechnet. Grund dafür waren Mess- und Simulationsergebnisse für die operative Temperatur, die mit anderen Sonnenschutzsystemen Werte über 27 °C ergaben. Die vorliegenden Kurven stellen eine einfache und

Wärmeschutz | 117

einzigartige Möglichkeit dar für die Abschätzung der Fensterfläche bezogen auf den Gesamtenergiedurchlassgrad (gtotal). Ein ähnliches Planungswerkzeug für die einfache Abschätzung von sommertauglichen Raumgrößen und -volumina in Abhängigkeit der Nutzung, Orientierung, Umgebungsklima kann leider nicht generalisiert erstellt werden. Eine Parameteruntersuchung für die Optimierung von sommertauglichen Räumen ist mit dem Berechnungstool der Holzforschung Austria möglich.

Schallschutz – Flankenübertragung Die Schallübertragung zwischen zwei Räumen erfolgt über den Trennbauteil und über die Flanken. Im Falle der Geschoßdecke liegen Nebenwege vor allem in Form der flankierenden Wände, aber auch als indirekte Schallübertragung über Luftschall-Nebenwege wie etwa Kabelkanäle vor. Dabei wird die Direktschallübertragung mit D und d und die Flankenschallübertragung mit F und f bezeichnet, wobei Groß- und Kleinbuchstaben auf Sende- und Empfangsseite hinweisen. Abbildung 4-11: Wege der Schallübertragung zwischen zwei Räumen

Dabei ist es nicht unüblich, dass die flankierenden Bauteile einen gleich hohen bzw. sogar höheren Schallpegel abstrahlen als der Trennbauteil. Wie sich gezeigt hat, ist die Schalldämmung in ausschließlich aus Massivholzbauteilen konstruierten Gebäuden im Vergleich zur Holztafelbauweise oder mineralischen Massivbauweise niedrig, wenn keine Maßnahmen gegen die Flankenübertragung ausgeführt werden [68]. Die Flankenübertragung kann entweder durch vollständige Entkopplung (sofern statisch möglich) oder durch die Anordnung von elastischen Zwischenschichten verringert werden. Die alleinige Unterbrechung der innenliegenden Beplankung ist für eine vollständige Entkopplung nicht ausreichend. Diesbezüglich ist sogar dem außenliegenden Vollwärmeschutz Beachtung zu schenken. Die rege Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der Schall-Längsleitung in den letzten Jahrzehnten hat zu einem allgemein akzeptierten Berechnungsmodell nach ÖNORM EN 12354-1 [200] für die Vorherbestimmung des Schallschutzes zwischen Räumen geführt. Diese Berechnungsmethode ist für Leichtbaukonstruktionen (z. B. Konstruktionen in Holzrahmenbauweise oder Gipskartonständerwände) derzeit allerdings nur eingeschränkt geeignet. Weber und Scholl sehen die Übereinstimmung von Rechenmodell und Messung aufgrund ihrer Untersuchung der Stoßstellendämmung von Leichtbauwänden aus Metallständerprofilen und Gipskartonplatten als unbefriedigend an [94]. Bei Leichtbauteilen entstehen aufgrund der hohen inneren Dämpfung keine diffusen Körperschallfelder, weshalb direkte Messungen der Stoßstellendämmung nicht einwandfrei möglich sind. Das Berechnungsverfahren nach ÖNORM EN 12354-1 [200] ist daher hinreichend genau nur für mineralische massive Konstruktionen und mit Abstrichen für Massivholzkonstruktionen

118 | Gebäudephysik

4|2

anwendbar [77]. Resultierend aus der europäischen COST-Action FP 0702 wurden bei der Euronoise 2012 in Prag Erweiterungen für die akustische Prognose von Leichtbauteilen nach ÖNORM EN 12354-1 [200] von Schoenwald, Mahn und Guigou-Carter vorgestellt. Vorschläge, die derzeit aber noch nicht Eingang in die europäische Normung gefunden haben und über die noch kein Konsens besteht.

Durchlaufende Decken

4|2|1

Bei Durchlaufdecken ist zur Entkoppelung zwischen unterschiedlichen Nutzungseinheiten immer eine Abhängung erforderlich. Abbildung 4-12: Schallübertragung bei Durchlaufdecken

hohe Schallübertragung

reduzierte Schallübertragung reduzierte Schallübertragung Vorsatzschale an Decke getrennte Decken

Aus schallschutztechnischer Sicht gelten die in Tabelle 4-05 angeführten Grundsätze bei Auflager von Trenndecken in Massivholzbauweise, bei Wänden in Holzmassivbauweise sowie bei Stützen. Bei Massivholzdecken auf Holzrahmenbauweise wird trotz des geringeren Einflusses auf die Flankenübertragung empfohlen, die Regeln zu übernehmen. Details und Kennwerte für unterschiedliche (Trenn-)Lager können [84] entnommen werden. Die Erfahrung zeigte, dass bei der Kombination von Holzrahmendecken (abgehängte Untersichten notwendig) mit Holzrahmenwänden keine Lager erforderlich sind. Während bei Innenwandauflagern keine zusätzlichen bauphysikalischen Anforderungen gestellt werden, sind bei Trenn- und Außenwänden zusätzliche Anforderungen an den Brandschutz und die Luftdichtheit sicherzustellen. Die Verschraubung der Elemente muss kraftschlüssig erfolgen. Werden Bauteile mit gemeinsamer, mittels elastischer Zwischenschicht bedämpfter Stoßstelle, kraftschlüssig verbunden, so wird die Wirksamkeit eines effizienten Baulagers massiv reduziert [41]. Abhilfe schaffen hier akustisch optimierte Verbindungsmittel, die mit einer oder mehreren elastischen Schichten ausgestattet sind. Schall- und Schwingungsmessungen zeigen, dass die durch unbedämpfte Winkel oder Schrauben hervorgerufene Verschlechterung durch akustisch optimierte Befestigungsmittel wieder weitgehend egalisiert wurde [40]. Beispiel 4-01: akustisch optimierte Befestigungsmittel

Schallschutz – Flankenübertragung | 119

Im Falle von Brandschutzbekleidungen sind diese passgenau zu verarbeiten. Anschlussdetails können der ÖNORM B 2330 [140] entnommen werden. Zur Gewährleistung der Luftdichtheit sind Abdichtungsmaßnahmen der Anschlussfuge, wie z. B. Abkleben der Fugen, Einlage von Dichtungen, erforderlich. Tabelle 4-05: konstruktive Grundsätze hinsichtlich des Erfordernisses elastischer Lager bei Trenndecken in Kombination mit Holzrahmenwänden Bei Holzrahmendecken und Holzrahmenwänden sowie bei abgehängter Untersicht der Decke und entkoppelten Vorsatzschalen sind keine elastischen Lager erforderlich.

Bei abgehängter Untersicht an der Decke und keinen entkoppelten Vorsatzschalen an den Wänden werden sowohl oberhalb als auch unterhalb der Decke elastische Lager empfohlen.

Bei Brettsperrholzdecken mit Holzuntersicht (ohne abgehängte Untersicht) und entkoppelten Vorsatzschalen an den Wänden werden oberhalb der Decke elastische Lager empfohlen.

Bei Trenn- und Außenwänden gelten zusätzliche Anforderungen an den Brandschutz und die Luftdichtheit. Die Verschraubung der Elemente muss kraftschlüssig erfolgen. Im Falle von Brandschutzbekleidungen sind diese passgenau zu verarbeiten.

Brandschutz

4|3

Zur Sicherstellung der geforderten Schutzziele ist nicht das Brandverhalten einer Bauweise, sondern sind die konstruktiven Ausführungen der Bauteile, deren Anschlüsse und Durchdringungen beispielsweise in Form von haustechnischen Installationen, entscheidend.

Anforderungen Die OIB-Richtlinien wurden 2007 erstmals veröffentlicht und 2015 wurde die zweite Überarbeitung durch die Generalversammlung beschlossen. Die Erklärung einer rechtlichen Verbindlichkeit der OIB-Richtlinien obliegt den einzelnen Bundesländern, wodurch es zu zeitlichen Verschiebungen des Inkrafttretens und der Anforderungen kommen kann. Grafische Darstellungen der Anforderungen an das Brandverhalten und den Feuerwiderstand der OIBRichtlinie 2 können [80] entnommen werden.

120 | Gebäudephysik

4|3|1

Tabelle 4-06: allgemeine Anforderungen an das Brandverhalten – OIB RL2 [105] Gebäudeklassen (GK) 1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2

1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.1.1 2.1.2

2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.1.1 3.1.2

3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 4 4.1 4.2 5 5.1 5.1.1 5.1.2

5.2

GK 1

GK 2

GK 3

GK 4

GK 5 ≤6 >6 oberirdische oberirdische Geschoße Geschoße

Fassaden Außenwand-Wärmeputzverbundsysteme E D D C-d1 Fassadensysteme, vorgehängte hinterlüftete, belüftete oder nicht hinterlüftete Gesamtsystem oder E D-d1 D-d1 B-d1 1) Einzelkomponenten  Außenschicht E D D A2-d1 2)  Unterkonstruktion stabförmig / E/E D/D D / A2 D / A2 punktförmig  Dämmschicht bzw. Wärmedämmung E D D sonstige Außenwandbekleidungen E D-d1 D-d1 B-d1 4) oder -beläge Gebäudetrennfugenmaterial E E E A2 Geländerfüllungen bei Balkonen, Loggien u. — — — B 4) dgl. Gänge und Treppen jeweils außerhalb von Wohnungen: Bekleidungen und Beläge sowie abgehängte Wandbekleidungen 5) Gesamtsystem oder — D D C Einzelkomponenten  Außenschicht — D D C 4)  Unterkonstruktion — D D A2 4)  Dämmschicht bzw. Wärmedämmung — C C C abgehängte Decken — D-d0 D-d0 C-s1, d0 Wand- und Deckenbeläge — D-d0 D-d0 C-s1, d0 Bodenbeläge — Dfl Dfl Cfl-s1 6) Treppenhäuser: Bekleidungen und Beläge sowie angehängte Decken Wandbekleidungen 5) Gesamtsystem oder — D C B Einzelkomponenten  Außenschicht — D C 4) B  Unterkonstruktion — D A2 4) A2 4)  Dämmschicht bzw. Wärmedämmung — C C A2 abgehängte Decken — D-s1, d0 C-s1, d0 B-s1, d0 Wand- und Deckenbeläge — D-s1, d0 C-s1, d0 B-s1, d0 Bodenbeläge in Treppenhäusern gemäß Tabelle 2a, 2b — Dfl-s1 Cfl-s1 Bfl-s1 in Treppenhäusern gemäß Tabelle 3 — Dfl-s1 Cfl-s1 6) Cfl-s1 Dächer mit einer Neigung ≤60° Dacheindeckung bzw. Bedachung 7) BROOF (t1) BROOF (t1) BROOF (t1) BROOF (t1) Dämmschicht bzw. Wärmedämmung in der E E E B 9) Dachkonstruktion nicht ausgebaute Dachräume Bekleidungen (Fußbodenkonstruktionen) Gesamtsystem oder — E D D Einzelkomponenten  Außenschicht — C C B  Dämmschicht bzw. Wärmedämmung — E E B 9) Bodenbeläge — Efl Dfl Cfl-s1 11)

C-d1

C-d1

B-d1 1) A2-d1

2)

B-d1 A2-d1 3)

D / A2

C / A2

B-d1 4)

B-d1

A2

A2

B 4)

B

Decken B

B

B A2 4) A2 B-s1, d0 B-s1, d0 Cfl-s1

B A2 4) A2 B-s1, d0 B-s1, d0 Cfl-s1

A2

A2

A2 A2 4) A2 A2-s1, d0 A2-s1, d0

A2 A2 4) A2 A2-s1, d0 A2-s1, d0

A2fl-s1 Bfl-s1

A2fl-s1 A2fl-s1

BROOF (t1) 8)

BROOF (t1) 8)

B

10)

B 10)

B

B

B B 10) Bfl-s1 11)

B B 10) Bfl-s1 11)

1) 2) 3) 4) 5)

Es sind auch Holz und Holzwerkstoffe in D zulässig, wenn das Gesamtsystem die Klasse D-d0 erfüllt. Bei einer Dämmschicht/Wärmedämmung in A2 ist eine Außenschicht in B-d1 oder aus Holz und Holzwerkstoffen in D zulässig. Bei einer Dämmschicht/Wärmedämmung in A2 ist eine Außenschicht in B-d1 zulässig. Es sind auch Holz und Holzwerkstoffe in D zulässig. Fehlen in Gängen und Treppenhäusern Wand- bzw. Deckenbeläge, gelten für die Bekleidung (als Gesamtsystem) bzw. die Außenschicht der Bekleidung die Anforderungen für Wand- bzw. Deckenbeläge gemäß Zeile 2.3 bzw. 3.3. 6 Laubhölzer (z. B. Eiche, Rotbuche, Esche) mit einer Mindestdicke von 15 mm sind zulässig. 7) Bei Dächern mit einer Neigung 500 kg/m3

selbstbohrende Holzschraube mit Teil- oder Vollgewinde

keine Bohrspitze d = 3 – 10 mm

d = 6 – 12 mm

d = 16 mm

(Nenndurchmesser = Gewindeaußendurchmesser)

(Nenndurchmesser = Gewindeaußendurchmesser)

(Nenndurchmesser = Gewindeaußendurchmesser)

l = 16 mm bis 400 mm l = 80 mm bis 600 mm l 800 N/mm2 fu,k >500 N/mm2 vorwiegend auf Herausziehen und zur Querzug- bzw. Querzugverstärkung Querdruckverstärkung Vorbohrung mit dGK bei Vorbohren auf kein Vorbohren erforderlich spaltgefährdeten Hölzern Kerndurchmesser (12 mm)

Abbildung 5-28: auf Herausziehen beanspruchte Vollgewindeschraube

152 | Konstruktionen des Holzbaus

Bohrspitze

selbstbohrende Schraubenstage (ähnlich einer Gewindestange, jedoch mit selbstschneidendem Gewinde)

Abbildung 5-29: Ausknicken von Holzschrauben bei Beanspruchung auf Hineindrücken

Nägel Nägel in lastabtragender Nagelverbindung werden vorwiegend auf Abscheren (rechtwinkelig zu Nagellängsachse), je nach Eignung aber auch auf Herausziehen (in Richtung der Nagelachse) beansprucht. Die Nägel werden im Allgemeinen flächenhaft angeordnet und ermöglichen wegen ihres duktilen Verhaltens eine gute Lastverteilung. In der Regel sind in jeder, für eine Kraftübertragung herangezogenen, Fuge ein- oder mehrschnittige Nagelverbindungen mit mindestens zwei Nägeln erforderlich. Die Tragfähigkeit eines Nagels bei der Beanspruchung rechtwinkelig zur Nagelachse ist von der Lochleibungsfestigkeit des Holzes und von der Biegefestigkeit des Nagels abhängig. Beispiel 5-15: Nägel und Klammern

Klammern Klammern bestehen aus verzinktem (mindestens 50 g/m²) oder mit Rostschutzfarbe bestrichenem 1,2–2,0 mm dickem Draht, der mittels maschinellen Nagelungsgeräts zumindest mit der Holzoberfläche bündig bzw. bis maximal 2 mm in diese eingetrieben wird. Die Tragfähigkeit ist mit zwei dünnen Nägeln zu vergleichen, die auf Abscheren oder Herausziehen beansprucht werden. Klammern werden bei der Befestigung von Schalungen, Lattungen und bei Wandelementen im Holztafelbau verwendet. Eingeklebte Gewindestangen Eingeklebte Stahlstangen werden insbesondere für örtliche Verstärkungsmaßnahmen zur Vermeidung bzw. Stabilisierung von Rissen (z. B. bei Quer-

Fügetechnik | 153

zugbeanspruchung im Trägerbereich oder bei Ausklinkungen im Auflagerbereich) verwendet. Ein Einsatz ist auch zur örtlichen Einleitung großer Kräfte, zur Ausbildung von eingespannten Stützen, als Schubverstärkungen, zur Stoßausbildung (biegesteifer Stoß), zur Ausbildung von Rahmenecken, zur Herstellung von steifen Anschlüssen bei Knotenpunkten von Fachwerksträgern oder auch zur Realisierung von Holz-Beton-Verbundelementen möglich. Die Vorzüge dieser Verbindungstechnik liegen in der Möglichkeit der Einleitung großer Einzelkräfte an Holzkonstruktionen. Vorwiegend werden eingeklebte Stahlstangen als axial beanspruchte Verbindungselemente eingesetzt. Beispiel 5-16: Gewindestangen

Flächenhaft wirkende Verbindungsmittel

5|4|2|2

Stahlblech, Formteiler und Systemverbinder Diese kommen im Allgemeinen in Kombination mit diversen stiftförmigen Verbindungsmitteln (Nägeln, Schrauben, Schrauben-Bolzen etc.) zum Einsatz. Beispiel 5-17: Stahlblechformteile, Systemverbinder und Nagelplatten

Nagelplattensysteme Nagelplatten sind mit ausgestanzten Nägeln versehene 1–2 mm dicke Stahlbleche. Die nagel- und krallenförmigen Ausstanzungen werden dabei mithilfe entsprechender Pressen in die Holzoberfläche eingebracht. Der Arbeitsaufwand ist daher gegenüber der herkömmlichen Nagelbauweise erheblich reduziert. Mit diesem Verbindungsmitteltyp lassen sich sehr effizient Zug- und Druckanschlüsse einteiliger Holzquerschnitte herstellen.

Klebeverbindungen Bei der Klebeverbindung handelt es sich grundsätzlich um eine flächenhafte Verbindung zweier Holzteile. In Bezug auf die Flächengröße und auf die Ausführungsart, insbesondere aber auch auf die Bauteilform lassen sich die Klebeverbindungen sinnvoll unterteilen in:

154 | Konstruktionen des Holzbaus

5|4|2|3

Punktförmige Verklebungen Diese lassen sich im modernen Holzbau hauptsächlich bei der Verbindung stabförmiger Holzbauteile realisieren. Als Beispiel dafür können die Schäftung und die Keilzinkung von einzelnen Brettern genannt werden. Linienförmige Verklebung Von linienförmigen Klebeverbindungen kann dann gesprochen werden, wenn die Klebeflächenbreite gegenüber der Länge der Verbindung sehr gering ist. Als Anwendungsbeispiele können die Verklebung von Einzellamellen zu Brettschichtholzquerschnitten, die Gurt-Stahl-Verklebungen bei I-Querschnitten und die Universalzinkenstöße bei flächigen Holzprodukten genannt werden. Flächenförmige Verklebung Bei flächenförmigen Verklebungen handelt es sich um Klebeflächen, deren Breiten-Längen-Verhältnis größere Werte annimmt. Als Beispiele können hier die Blockverklebungen ganzer Brettschichtholzquerschnitte und Einzellagenverklebungen bei der Herstellung von Brettsperrholzplatten angegeben werden. Eine weitere Einteilungsmöglichkeit bietet sich nach der Art der Verbindung.  Keilzinkenstöße  Überlappungen  Schäftungen Schraubpressleimung Diese stellt eine Sonderform im Hinblick auf die Aufbringung des Pressdruckes dar, der nicht wie üblich mittels Pressen erzielt, sondern mit einer entsprechenden Anordnung von auf Zug beanspruchten Holzbauschrauben erzeugt wird. Grundsätzlich kann eine Schraubpressleimung auch vor Ort durchgeführt werden, es ist jedoch darauf zu achten, dass die entsprechend der Zulassung erforderlichen Randparameter eingehalten werden.

Konstruktive Gestaltung der Verbindungsmitteltechnik

5|4|3

Beim Entwurf und der konstruktiven Gestaltung der Verbindungsmitteltechnik ist insbesondere das Verhalten hinsichtlich der Tragfähigkeit, der Steifigkeit und der Duktilität zu beachten. Neben den technischen Themen, wie dem Verhalten bei dynamischer Beanspruchung oder dem Brandschutz, beeinflussen die Verbindungen auch in ganz erheblichem Maße die Herstellungs- und Montagekosten. Der richtigen Auswahl der für eine bestimmte Aufgabenstellung optimalen Verbindungsmittel kommt daher eine maßgebende Bedeutung für die wirtschaftliche Lösung im Ingenieurholzbau zu. Demzufolge ist die Anzahl der Verbindungen in einem Bauwerk möglichst gering zu halten. Beispiel 5-18: Stoß und Anschluss

Fügetechnik | 155

Durch die Verbindungsmittel werden die einzelnen Bauteile einer Holzkonstruktion zu einer statisch gemeinsam wirkenden Tragstruktur zusammengefügt. Die Verbindungsmittel können außerdem dazu dienen, Einzelteile eines Querschnittes zu einem Gesamten zu verbinden. Die Verbindungen werden prinzipiell unterschieden in Stöße und in Anschlüsse, je nachdem, ob ein tragender Bauteil oder Querschnitt weiterläuft oder die Stäbe mit unterschiedlichen Richtungen in einem Knoten zusammengefügt werden. In Abbildung 5-30 ist ein Kraftverschiebungsdiagramm („Arbeitslinie“) dargestellt, dies zeigt das prinzipielle mechanische Verhalten für ein Verbindungsmittel. Für manche Verbindungsmittel tritt bei mechanischer Beanspruchung zuerst ein sogenannter „Schlupf“ auf, das ist der von der Beanspruchung des Verbindungsmittels unabhängige Weg. Bei weiterer Laststeigerung kommt es zum Anliegen der Verbindungsmittel an der Bohrlochwand (Lochleibung), bis es satt an dieser anliegt. Im Anschluss daran stellt sich ein linearer Zusammenhang zwischen Last und Verschiebung ein. Abbildung 5-30: Arbeitslinie für das wesentliche Verhalten von Verbindungsmitteln

Ist eine Verbindung „spröde“, also mit weniger Verformungsvermögen ausgelegt, tritt nach einer bestimmten Beanspruchung der Bruch ein. Bei „duktiler“ Ausbildung (Duktilität = plastisches Verformungsvermögen) kommt es zum „Fließen“ der Verbindung, das heißt, nach Überschreiten eines bestimmten Belastungsniveaus treten größere Verschiebungen bis zum Bruch auf. Abbildung 5-31: Aufspalten des Holzes infolge von Beanspruchung durch stiftförmiges Verbindungsmittel

156 | Konstruktionen des Holzbaus

Wird die erforderliche Duktilität nicht erreicht, kann es zum Aufspalten und in weiterer Folge zum sogenannten „Reißverschlusseffekt“ kommen, das heißt, beim Versagen eines Verbindungsmittels fallen auch weitere in Faserrichtung liegende Verbindungsmittel aus. Abbildung 5-32: „Reißverschlusseffekt“ in einem einreihigen und einem zweireihigen Zuglaschenstoß

Weiters besteht die Möglichkeit zum Nettobruch, das heißt zum Bruch des umgebenden Holzkörpers der zu verbindenden Bauteile (z. B. bei „Überverbolzung“ der Verbindung), weil keine plastischen Reserven aktiviert werden können. Neben den technischen Anforderungen an eine Verbindung sind zum erfolgreichen Einsatz einer bestimmten Verbindungsmittelart auch Randbedingungen mit dem Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit wie eine rationelle Fertigung zu beachten. Um dem Gebot der Wirtschaftlichkeit zu entsprechen, sind daher möglichst wenige Verbindungen und Verbindungsmitteltypen in einer Konstruktion anzuordnen. Standardisierten Verbindungsmitteln bzw. Verbindungsmittelsystemen ist daher der Vorzug gegenüber speziell entwickelten Lösungen zu geben. Ebenso können Fertigungstoleranzen die Nachgiebigkeit und die Duktilität einer Konstruktion beeinflussen. Aus diesem Grund sind möglichst kleine Fertigungstoleranzen anzustreben. Zuverlässige Überprüfung (Qualitätssicherung) Wartungs- und Instandsetzungsmaßnahmen gewinnen im gesamten Bauwesen für die Beurteilung der Zuverlässigkeit von Bauwerken eine immer größer werdende Bedeutung. Um die Funktion einer Verbindung innerhalb eines Tragwerkes beurteilen zu können, ist es daher erforderlich, zuverlässige Überprüfungen durchzuführen. Einfacher, klarer Entwurf und Bemessung Die Auslegung der Verbindung kann den Kraftfluss und das Tragverhalten des gesamten Tragwerkes beeinflussen. Von besonderer Bedeutung für die wirtschaftliche Berechnung eines Entwurfes bzw. Verbindung ist daher die Entkoppelung der Bemessung des Bauteiles von der Auslegung der Verbindung. Durch die Verbindungen können sehr komplexe Kraftflüsse im Tragwerk entstehen. Um einerseits den Aufwand der Berechnungen in Grenzen zu halten und andererseits die Zuverlässigkeit des gesamten Tragwerkes oder der Tragstruktur zu gewährleisten, sind daher möglichst einfache und übersichtliche Bemessungsmodelle anzustreben. Anwendungen des Kraftflussprinzips auf Verbindungsmittel im Holzbau Im traditionellen Holzbau (zimmermannsmäßige Verbindungen) erfolgt die Kraftübertragung im Prinzip immer auf druckbeanspruchte Kontaktflächen, zumeist in Kombination mit Schub. Bei der Einteilung von Kräften in die auf

Fügetechnik | 157

Druck belasteten Kontaktflächen ergeben sich je nach Beanspruchungsrichtung (Druck- oder Zugverbindungen) unterschiedliche Spannungszustände innerhalb der Holzteile und damit unterschiedliche Tragwiderstände der Verbindungen. Abbildung 5-33 zeigt den Zusammenhang der Schubtragfähigkeit und die Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Kraftübertragung. In den beiden dargestellten Fällen erfolgt die Kraftübertragung in das Holz durch Druck parallel zur Faser, über die vorhandenen Kontaktflächen mit anschließender Weiterleitung über Schub. Abbildung 5-33: Schubkraftfähigkeit und Subspannungsverläufe in Abhängigkeit von der Kraftübertragung

Betrachtet man den Kraftfluss im Lasteinleitungsbereich eines stiftförmigen Verbindungsmittels, so stellen sich – unter Vernachlässigung von Reibungseinflüssen tangential zum Verbindungsmittel – radial gerichtete Lochleibungsspannungen ein. Durch eine Kraftverlegung können diese Spannungen in solche in Richtung der einwirkenden Kraft und solche in normal dazu aufgeteilt werden. Im Falle einer Kraft in Faserlängsrichtung des Holzes wird der ersten Komponente ein relativ großer Lochleibungswiderstand entgegengebracht werden, während die Komponente normal dazu das Holz auf Querzug belastet und beim Überschreiten der Querzugfestigkeiten zum Aufreißen der beanspruchten Lochwandung führt. In Abbildung 5-34 ist die Aufteilung des radialen Lochleibungsdruckes in einer Komponente in Richtung der einwirkenden Kraft und eine Komponente normal zur einwirkenden Kraft dargestellt. Abbildung 5-34: Aufteilung des radialen Lochleibungsdruckes in Komponenten

158 | Konstruktionen des Holzbaus

Betrachtet man für das stiftförmige Verbindungsmittel die Unterschiede in der Krafteinleitung getrennt nach Druck und Zug, so kann festgestellt werden:  Bei der Druckkrafteinleitung genügt zur Kraftübernahme in etwa ein Bereich entsprechend dem Bolzendurchmesser. Die in der Abbildung 535 eingezeichnete Drucksäule reicht bereits aus, um ein Gleichgewicht sicherzustellen.  Bei der Zugkrafteinleitung muss die Längsdruckkomponente über die Vorholzlänge zuerst über einen im Allgemeinen ungleichmäßigen Schubfluss auf null abgebaut werden, in den Außenbereichen des Holzstabes baut sich gleichzeitig aus Gleichgewichtsgründen eine gleich große Zugkraft auf. Die erforderliche Breite der Zugstränge ergibt sich aus den Zugeigenschaften des Holzes. Aus diesen Überlegungen resultiert auch die Festlegung von Mindestabständen längs und quer zur Beanspruchungsrichtung. Abbildung 5-35: Kraftfluss bei Druck- und Zugkrafteinleitung

Druckkrafteinleitung

Zugkrafteinleitung

Abbildung 5-36: Mindestabstände bei stabförmigen Verbindungsmitteln

Zugstoß

Eckanschluss auf Zug

schräger Anschluss auf Zug

Druckstoß

Eckanschluss auf Druck

schräger Anschluss auf Druck

Fügetechnik | 159

Zusammenfassend kann für die Konzepte zur Erreichung von leistungsfähigen Verbindungen im Holzbau Folgendes festgehalten werden: Hohe Leistungen in der Verbindung lassen sich nur durch eine Minimierung der Störungen im Kraftfluss erreichen. Am Beispiel eines Zugstoßes werden in Tabelle 5-04 drei typische Verbindungsarten hinsichtlich der Auswirkungen auf den Kraftfluss betrachtet. Tabelle 5-04: Einfluss des Kraftflusses auf das Dehnungsbild einer Verbindung Art der Kraftübertragung

Nettoholzquerschnitt AHolz,Netto

direkt – Faser zu Faser

optimaler Kraftfluss 100 %

indirekt – längs zur Faser, über Schub

 kontinuierlicher, unverminderter QS  keine geometrischen Störungen (führen zu Dehnungs- und Spannungsspitzen)  lokale Störungen durch Holzstruktur (Früh-/ Spätholz; Jahrringanordnung; Schrägfasrigkeit)

relativ günstiger Kraftfluss möglich 80 bis 85 %

indirekt – senkrecht zur Faser, über lokalen Druck längs zur Faser

 stetiger Übergang von Stab auf Holz mit geringen Dehnungsspitzen gegeben  geringe Abweichung zwischen Kraft- und Faserrichtung

ungünstiger Kraftfluss 60 bis 65 %

160 | Konstruktionen des Holzbaus

Kraftfluss

 relativ hohe Dehnungsspitzen wegen ungleichmäßiger Kraftleitung (infolge Biegung des Stabes)  große Kraftumleitung erforderlich (lokale Krafteinleitung mit Aufspaltneigung; Druck über Schub mit Umformung in Zug im Restquerschnitt)

Dehnungsbild

Bemessung von Holzbauten

6

Die Bemessung im Holzbau hat sich aus traditionellen, zimmermannsmäßigen Konstruktionen und dazugehörigen Skizzen und Zeichnungen aus der Handwerkstradition entwickelt. Sie erfolgte in einfacher Art und Weise mit den grundlegenden Elementarregeln der Statik und gestützt auf Tabellenwerke, Baukalender und die einfachen Faustformeln. Das Gefühl und die Erfahrung des Zimmermanns sowie das „Goldene Buch“ haben Konstruktionen, im Besonderen für Dachstühle, Decken und Wandsysteme, dargestellt und beschrieben. Danach wurde gearbeitet und die Erfahrungen am Objekt sowie handwerkliche Innovationen haben den Werkstoff weiterentwickelt. Die ersten Berechnungsannahmen zur Berechnung und Ausführungen von Holzbauwerken wurden in Österreich in den Fünfzigerjahren geschrieben und sind dann etwa im 10-Jahres-Rhythmus aktualisiert und erweitert worden. Die Grundlage dieser Normen war das deterministische Sicherheitskonzept mit einer globalen Sicherheit. Im Zuge der Einführung der Eurocodes, die eine Harmonisierung der Normenlandschaft der europäischen Länder zum Ziel hatte, wurde die Thematik in der Berechnung und Bemessung von Holztragwerken stärker betont und die Tabellen wurden großteils durch Berechnungsformeln abgelöst. Zusätzlich sind einige Kennwerte in den Formeln durch nationale Parameter festlegbar. Dies führte zur Einführung von nationalen Anwendungsdokumenten, den sogenannten B-Normen. Das duale System europäische Norm und zugehöriges Anwendungsdokument hat dazu geführt, dass die wesentlichen Inhalte aus den sehr umfassenden Eurocodes, Skripten und Büchern herausgefiltert wurden, mit dem Ziel, 80 % der Anwendungsfälle mit 20 % der Bemessungsformeln darstellen zu können. Auch dieses Buch verfolgt nachfolgend dieses Ziel. Die dargestellten Tabellen erleichtern eine Handbemessung, die wiederum die softwaregesteuerten Berechnungen kontrollieren soll (Plausibilitätscheck). Die Handberechnungen sollen auch zur Abschätzung der notwendigen Verbindungsmittel und Dimensionen von Bauteilen dienlich sein. Die vertiefte Softwareberechnung ergibt dann die Bestätigung der gewählten Bauteilgrößen für alle denkbaren Lastfallkombinationen. Tabelle 6-01: Bemessungs- und Konstruktionsnormen für den Holzbau Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau (konsolidierte Fassung) Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine ÖNORM B 1995-1-1 Regeln und Regeln für den Hochbau - Nationale Festlegungen zur Umsetzung der ÖNORM EN 1995-1-1, nationale Erläuterungen und nationale Ergänzungen Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – ÖNORM EN 1995-1-2 Tragwerksbemessung für den Brandfall (konsolidierte Fassung) Eurocode 5: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln ÖNORM B 1995-1-2 – Bemessung für den Brandfall – Nationale Festlegungen zu ÖNORM EN 1995-1-2, nationale Erläuterungen und nationale Ergänzungen Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 1: Grundlagen, ÖNORM EN 1998-1 Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten (konsolidierte Fassung) Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 1: Grundlagen, ÖNORM B 1998-1 Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten — Nationale Festlegungen zu ÖNORM EN 1998-1 und nationale Erläuterungen Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 3: Beurteilung und Ertüchtigung ÖNORM EN 1998-3 von Gebäuden (konsolidierte Fassung) Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben — Teil 3: Beurteilung und Ertüchtigung ÖNORM B 1998-3 von Gebäuden — Nationale Festlegungen zu ÖNORM EN 1998-3 und nationale Erläuterungen ÖNORM EN 1995-1-1

2015 06 15 [195] 2015 06 15 [132] 2011 09 01 [196] 2011 09 01 [133] 2013 06 15 [197] 2011 06 15 [134] 2013 10 01 [198] 2013 05 01 [135]

Für die Beurteilung von Tragelementen aus Holz bei Bestandsbauten ist eine angemessene, vertiefte Bestandsuntersuchung erforderlich und es sind

Bemessungsgrundlagen | 161

Befundungen an den Stellen mit erhöhter Gefährdung durch Feuchtigkeit durchzuführen. Gegebenenfalls ist auch das Ausmaß der Schädigungen festzustellen und allfällige Behandlungsmaßnahmen sind festzulegen. Zusätzlich sind Konstruktionen, die im Bestand erhalten bleiben, hinsichtlich der Funktionalität der Verbindungen zu überprüfen. Allfälligen Rissbildungen bzw. Verdrehungen ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Im Allgemeinen kann Bestandsholz, das trocken und frei von Insekten- und Pilzbefall ist, der Sortierklasse S10 bzw. C24 gemäß ÖNORM EN 338 [176] zugeordnet werden. Eine Zuordnung zu höheren Festigkeitsklassen ist nicht zu empfehlen bzw. durch ergänzende Bauteilversuche nachzuweisen. Werkstoffkennwerte bzw. Tragfähigkeitswerte können zur Abschätzung von Übertragungskräften, im Besonderen bei Verbindungsmitteln, herangezogen werden. Hierbei ist der globale Sicherheitsfaktor auf der Lasterhöhungsseite von 1,45 sowie auf der Festigkeitsseite von 0,60 zu einem globalen Sicherheitsfaktor von 2,41 zu berücksichtigen. Die üblichen Übertragungskräfte in den ÖNORMEN sind mit realen Belastungen und Beanspruchungen zu vergleichen.

Bestandsholz kann der Sortierklasse S10 bzw. C24 zugeordnet werden.

Tabelle 6-02: historische Bemessungsnormen für Holzbau ÖNORM EN 1995-1-1 ÖNORM EN 1995-1-1 ÖNORM EN 1995-1-1 ÖNORM B 1995-1-1 ÖNORM B 1995-1-1 ÖNORM B 1995-1-1 ÖNORM EN 1995-1-2 ÖNORM EN 1995-1-2 ÖNORM B 1995-1-2 ÖNORM B 1995-1-2 ÖNORM B 4100-1 ÖNORM B 4100-1 ÖNORM B 4100-1 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4100-2 ÖNORM B 4101 ÖNORM B 3800-4 ÖNORM B 3800-4 ÖNORM B 3800-4

Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau (konsolidierte Fassung) Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau - Nationale Festlegungen zur Umsetzung der ÖNORM EN 1995-1-1, nationale Erläuterungen und nationale Ergänzungen Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall (konsolidierte Fassung) Eurocode 5: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Bemessung für den Brandfall – Nationale Festlegungen, nationale Erläuterungen und nationale Ergänzungen zur ÖNORM EN 1995-1-2 Holzbau; Formelzeichen, Kurzzeichen, Sinnbilder Holzbau – Holztragwerke – Teil 1: Kurzzeichen, Symbole, Plandarstellung Berechnung und Ausführung der Tragwerke; Holzbau; Holztragwerke Holzbau; Holztragwerke Holzbau – Holztragwerke – Berechnung und Ausführung Holzbau – Holztragwerke – Teil 2: Berechnung und Ausführung Holzbau – Tragwerke des Hochbaues und verwandte Bauten Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen; Bauteile: Einreihung in die Brandwiderstandsklassen

Bemessungsgrundlagen

6|1

Anwendung des EC5 und des EC8

6|1|1

Für die Bemessung und den Entwurf von Holzbauten sind die Eurocodes 5 und 8 heranzuziehen, die sich gegenseitig ergänzen. Anwendungsbereich EC5 – Definition ÖNORM EN 1995-1-1 [195] Der Eurocode 5 gilt für die Bemessung und Konstruktion von Hochbauten und Ingenieurbauwerken aus Holz (Vollholz, gesägt, gehobelt oder als Rundholz, Brettschichtholz oder andere Bauprodukte aus Holz für tragende

162 | Bemessung von Holzbauten

2014 11 15 2009 07 01 2006 01 01 2014 11 15 2009 07 01 2006 01 01 2008 12 01 2006 10 01 2008 12 01 2006 10 01 1976 12 01 2003 01 01 2003 03 01 1951 03 16 1958 03 08 1970 03 01 1978 04 01 1981 08 01 1997 12 01 2003 09 01 2004 03 01 1976 09 01 1977 07 01 1990 03 01 2000 05 01

Zwecke, wie z. B. Furnierschichtholz) oder Holzwerkstoffen, die mit Klebstoffen oder mechanischen Verbindungsmitteln zusammengefügt sind. Anwendungsbereich EC8 – Definition ÖNORM EN 1998-1 [197] Die Reihe EN 1998 gilt für Entwurf, Bemessung und Konstruktion von Bauwerken des Hoch- und Ingenieurbaus in Erdbebengebieten. Das Ziel ist, sicherzustellen, dass bei Erdbeben menschliches Leben geschützt ist, Schäden begrenzt und wichtige Bauwerke zum Schutz der Bevölkerung funktionstüchtig bleiben. Der Abschnitt 8 der EN 1998-1 gilt für die Bemessung von Holzbauten in Erdbebengebieten.

ÖNORMEN EN 1990 – CC – Klassen

6|1|2

In Anlehnung an die ÖNORM EN 1990 [187] wurde in der ÖNORM B 1990-1 [124] im Anhang B die Behandlung der Zuverlässigkeit im Bauwesen zusammenfassend geregelt. Hier erfolgt auch die Verknüpfung der drei Zuverlässigkeitsklassen (RC = Reliability Classes) mit den Schadensfolgeklassen (CC = Consequences Classes). Tabelle 6-03: Schadensfolgeklassen gemäß ÖNORM B 1990-1 [124] Schadensfolgeklasse

Merkmale

Beispiele im Hochbau oder bei sonstigen Ingenieurbauwerken 

CC3 (= RC3)

CC2 (= RC2)

CC1 (= RC1)

hohe Folgen für Menschenleben oder sehr große wirtschaftliche, soziale  oder umweltbeeinträchtigende  Folgen   mittlere Folgen für Menschenleben, beträchtliche wirtschaftliche, soziale  oder umweltbeeinträchtigende Folgen  niedrige Folgen für Menschenleben und kleine oder vernachlässigbare  wirtschaftliche, soziale oder umweltbeeinträchtigende Folgen 

Bauwerke (oder eigenständige Bauwerkstellen) mit einem widmungsgemäßen Fassungsvermögen für mehr als 1000 Personen (wie z. B. Krankenanstalten, Einkaufszentren, Stadien, Bildungseinrichtungen) Bauwerke, die eine Energie- und Versorgungsfunktion erfüllen Bauwerke und Einrichtungen, die für den Katastrophenschutz dienen Bauwerke, die unter die SEVESO-II-Richtlinie fallen Bauwerke, die mehr als 16 oberirdische Geschoße besitzen Bauwerke, die nicht der Schadensklasse CC1 oder CC3 zuzuordnen sind Gebäude mit nicht mehr als drei oberirdischen Geschoßen und mit einem Fluchtniveau von nicht mehr als 7 m, bestehend aus höchstens fünf Wohnungen bzw. Betriebseinheiten von insgesamt nicht mehr als 400 m2 BruttoGrundfläche der oberirdischen Geschoße Reihenhäuser mit nicht mehr als drei oberirdischen Geschoßen und mit einem Fluchtniveau von nicht mehr als 7 m, bestehend aus Wohnungen bzw. Betriebseinheiten von insgesamt nicht mehr als 400 m2 Brutto-Grundfläche der oberirdischen Geschoße Landwirtschaftlich genutzte Bauwerke mit niedriger Personenfrequenz

Tabelle 6-04: Bedeutungskategorien und Versagensfolgeklassen auf Basis der Schadensfolgeklassen gemäß ÖNORM B 1990-1 [124] Schadensfolgeklasse ÖNORM B 1990-1 CC 1

Bedeutungskategorie ÖNORM EN 1998-1 I

Versagensfolgeklasse ÖNORM EN 1991-1-7 1

CC 2

II, IV1)

2a, 2b

CC 3 III, IV1) 3 1) Die Anwendung der Bedeutungskategorie IV ist in der ÖNORM EN 1998-1:2011, Tabelle 4.3 zu entnehmen, wobei die Einordnung dieser Gebäude in die Schadensfolgeklassen CC 2 oder CC 3 entsprechend ihrer Bedeutung vorzunehmen ist.

Hinsichtlich der Differenzierung der Zuverlässigkeit von Bauwerken sind die Schadensfolgeklassen (CC) näher definiert, bei denen die Auswirkungen des Versagens oder der Funktionsbeeinträchtigung eines Tragwerks betrachtet werden. Im Zusammenhang mit einem Katastrophenmanagement oder einer Risikoanalyse können die jeweiligen Schadensfolgeklassen auch abweichend von der in Tabelle 6-03 enthaltenen Klassifizierung festgelegt werden. Dies kann auch für einzelne Teile eines Tragwerks erfolgen und obliegt üblicherweise

Bemessungsgrundlagen | 163

den zuständigen Behörden, die die Baubewilligung erteilen. Die Ermittlung der Personenanzahl erfolgt in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzungskategorie. Auf Basis der nunmehr definierten Schadensfolgeklassen (CC) ist auch eine Zuordnung zu den Bedeutungskategorien (I bis IV) gemäß ÖNORM EN 1998-1 [197] sowie den Versagensfolgeklassen (1 bis 3) gemäß ÖNORM EN 1991-1-7 [194] gegeben.

ÖNORM EN 1990 – Überwachungsmaßnahmen

6|1|3

Die für die verschiedenen Zuverlässigkeitsklassen (RC) geforderten unterschiedlichen Zuverlässigkeiten können entweder durch unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte oder vorrangig durch unterschiedliche Überwachungsmaßnahmen bei der Planung (DSL) und der Ausführung (IL) erreicht werden.

Überwachungsmaßnahmen bei der Planung (DSL)

6|1|3|1

Die Differenzierung der Überwachungsmaßnahmen bei der Planung besteht in verschiedenen organisatorischen Qualitätssicherungsmaßnahmen, die kombiniert werden können. Zugehörig zu den drei Zuverlässigkeitsklassen (RC) werden auch drei Stufen für Überwachungsmaßnahmen bei der Planung (DSL = Design Supervision Levels) angegeben. Tabelle 6-05: Überwachungsmaßnahmen bei der Planung (DSL) gemäß ÖNORM B 1990-1 [124] Überwachungsmaßnahmen Mindestanforderungen an die Prüfung statischer Berechnungen, von Zeichnungen und Merkmale bei der Planung Anweisungen DSL 3 verstärkte Prüfung durch unabhängige Drittstelle: Prüfung durch eine von der Planungsstelle in Verbindung mit RC 3 Überwachung1) organisatorisch unabhängige Prüfstelle (Fremdüberwachung) DSL 2 normale Prüfung durch eine von der Planungsstelle unabhängige Prüfstelle in der eigenen in Verbindung mit RC 2 Überwachung2) Organisation (Eigenüberwachung durch eigene Prüfstelle) DSL 1 normale Eigenüberwachung: Prüfung durch die Planungsstelle selbst in Verbindung mit RC 1 Überwachung2) 1) Die verstärkte Überwachung umfasst ergänzend zur normalen Überwachung eine unabhängige Kontrollrechnung und Überprüfung der planlichen Darstellung hinsichtlich der Tragsicherheit. 2) Die normale Überwachung umfasst eine Kontrolle der Vollständigkeit der Unterlagen (statische Berechnung, Zeichnungen und Anweisungen) und eine Plausibilitätsprüfung der wesentlichen Ergebnisse hinsichtlich Tragsicherheit.

Die Differenzierung der Überwachungsmaßnahmen bei der Planung kann auch eine Klassifizierung der Planer oder Prüfer (z. B. Prüfingenieure, Prüfstatiker, Gutachter) je nach Kompetenz, Erfahrung und organisatorischer Zugehörigkeit abhängig von der Bauart, Werkstoff und Art des Tragwerks bedeuten und bis zu einer unterschiedlichen Modellierung der Einwirkungen und Widerstände nach Art und Größe reichen.

Überwachungsmaßnahmen bei der Herstellung (IL) Hinsichtlich der Bauausführung werden drei Überwachungsstufen für die Herstellung (IL = Inspection Levels) angegeben und diese wieder mit den drei Zuverlässigkeitsklassen (RC) verbunden. Tabelle 6-06: Überwachungsstufen (IL) für die Herstellung – ÖNORM B 1990-1 [124] Überwachungsstufe Merkmale Anforderungen IL 3 verstärkte Überwachung durch unabhängige Drittstelle in Verbindung mit RC 3 Überwachung (Fremdüberwachung) IL2 normale Überwachung durch Überwachungsstelle der eigenen in Verbindung mit RC 2 Überwachung Organisation IL 1 normale Eigenüberwachung in Verbindung mit RC 1 Überwachung Anmerkung: Zusammen mit den Überwachungsstufen werden Prüfpläne für Bauprodukte und die Herstellung von Bauwerken definiert. Da diese baustoffabhängig sind, werden Einzelheiten in den jeweiligen Ausführungsnormen angegeben.

164 | Bemessung von Holzbauten

6|1|3|2

Die drei Überwachungsstufen sind mit den verschiedenen Qualitätsklassen der Herstellung verknüpft und müssen durch Qualitätssicherungsmaßnahmen sichergestellt werden.

Sicherheitskonzept

6|1|4

Im semiprobabilistischen Sicherheitskonzept sind die Widerstände entsprechend der Wahrscheinlichkeit ihrer tatsächlichen Verteilungen angesetzt und den festgelegten Einwirkungen gegenübergestellt. Der Nachweis beruht auf dem Vergleich des Bemessungswertes der Einwirkungen (= Einwirkung vervielfacht mit einem Teilsicherheitsbeiwert für diese Einwirkung) mit dem Bemessungswert des Widerstands (= Materialwiderstand dividiert durch den Teilsicherheitsbeiwert des Materials). Die herangezogenen Werte der Einwirkungen bzw. der Widerstände sind die 5 %- bzw. 95 %-Fraktilwerte der unterstellten Dichtefunktionen.

Ed  Rd Ed Rd

(6-01) Bemessungswert der Einwirkung Bemessungswiderstand des Bauteils

z. B. kN z. B. kN

Grenzzustände der Tragfähigkeit sind diejenigen Zustände, die im Zusammenhang mit dem Einsturz oder anderen Formen des Tragwerksversagens die Sicherheit von Menschen gefährden können. Abbildung 6-01: Wahrscheinlichkeitsdichten von Beanspruchung und Widerstand sowie ihre gegenseitige Beeinflussung

Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit sind diejenigen Zustände, bei deren Überschreitung die festgelegten Bedingungen für die Gebrauchstauglichkeit nicht mehr erfüllt sind. Grenzzustände der Dauerhaftigkeit Tragwerke sind so zu bemessen, dass zeitabhängige Veränderungen der Eigenschaften das Verhalten des Tragwerks während der geplanten Nutzungsdauer nicht unvorhergesehen verändern. Charakteristische Werte Gekennzeichnet durch den Index k für einerseits die Belastung (Beanspruchung) E und andererseits die Festigkeit (Widerstand) R. Die charakteristischen Werte Ek und Rk sind in der Gaußverteilung (Häufigkeit) festgelegt. Sie stellen den Mittelwert innerhalb der Verteilung dar.

Bemessungsgrundlagen | 165

Bemessungswerte (Design-Werte) Gekennzeichnet durch den Index d für einerseits die Belastung (Beanspruchung) E und andererseits die Festigkeit (Widerstand) R. Durch Einbeziehung der Teilsicherheitsbeiwerte ergeben sich aus den charakteristischen Werten die Bemessungswerte. Abbildung 6-02: Bemessungsvorgang semiprobabilistisches Sicherheitskonzept

charakteristischer Wert

Ek

Rk

Bemessungswert

Ed = Ek

Rd = Rk/m

Bemessung

Ed  Rd

Einwirkungskombinationen — Bemessungswerte

6|2

Bisher wurden die Belastungen von statischen Systemen als bekannt angenommen. Jedoch ist die Berechnung der einwirkendenden Belastungen auf ein Bauteil auch ein sehr wichtiger Teil der statischen Analyse. Um eine korrekte Bemessung durchzuführen, muss daher bei diesem Schritt sorgfältig vorgegangen werden, damit die Bauteile den tatsächlichen Lastwirkungen mit ausreichender Sicherheit standhalten können. Einwirkungen können nicht nur mittels Einwirkungsart unterschieden werden, sondern auch mittels der Einwirkungsform. Im Laufe der Bemessung gewinnt die Einwirkungsform mehr an Wichtigkeit, da durch diese Kategorien unterschieden werden kann, welche Einwirkungen genau und welche nur näherungsweise errechnet werden können. Danach richtet sich auch später ein gewisser Sicherheitsfaktor. Tabelle 6-07: Einwirkungsarten und -kombinationen Einwirkung  direkte 

Beschreibung  auf ein Tragwerk einwirkende Kraft (Last) aufgezwungene oder behinderte Verformung oder Bewegung, z. B. aus Temperatur-, Feuchteänderung, ungleicher Setzung oder Erdbeben ständige Einwirkung, deren zeitliche Änderung gegenüber dem Mittelwert vernachlässigbar ist 

Beispiel  Eigenlast  Brandeinwirkung, Umweltindirekte  einwirkungen  zeitlich Eigenlast von Tragwerken, unveränderliche  von Belägen  Nutzlast, Windkraft, zeitlich veränderliche  Einwirkung, die die Voraussetzung einer ständigen Einwirkung nicht erfüllt  Schneelast  statische  Einwirkung, die keine westliche Beschleunigung des Tragwerks oder Bauteils hervorruft  Eigenlast, Schneelast  vorwiegend Nutzlast in Parkhäusern, statische und nicht ruhende Einwirkung, die jedoch als ruhend angesehen wird  ruhende  Windkraft  nicht vorwiegend ruhende oder stoßende oder sich häufig wiederholende Belastung mit Kran-, Kranbahn-, dynamische  wesentlichen Beschleunigungen oder vielfachen Beanspruchungsänderungen auf das Gabelstaplerlasten, Tragwerk bzw. Bauteil  Verkehrslasten auf Brücken dynamische Einwirkung, die durch Zuschläge oder Faktoren als statische Einwirkung quasistatisch    betrachtet wird  Einwirkung von kurzer Dauer, tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit während der Explosion, Anprall von außergewöhnliche  Nutzungsdauer nicht auf, verursacht jedoch erhebliche Schäden Fahrzeugen, Erdbeben  seismische  außergewöhnliche Einwirkung aus Erdbeben Erdbeben  ortsfeste 

Eigenlasten, ständige Lasten aus darüberliegenden Stockwerken, Vorspannung

freie 

Einwirkungen ohne Voraussetzung der örtlichen Unveränderbarkeit, z. B. Verkehrslasten Gabelstaplern, bei Brücken, wie sich bewegende Lasten bei Kranbahnen und Kranen Wind- und Schneelast 

166 | Bemessung von Holzbauten

 

Teilsicherheitsbeiwerte Einwirkung

6|2|1

Je nach der Wirkung der Einwirkung in „ungünstig“ oder „günstig“ werden dabei unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte wirksam. Tabelle 6-08: Teilsicherheitsbeiwerte für die Einwirkungen – ÖNORM EN 1990 [187] Auswirkung

Art der Einwirkung

ungünstig G,i = 1,35 Q,i = 1,50

ständig veränderlich

günstig G,i = 1,00 Q,i = 0,00

Bemessungswerte der Einwirkungen

6|2|2

Für die Festlegung der Bemessungseinwirkungen ist einerseits in Grundkombinationen und andererseits in außergewöhnliche Kombinationen und Einwirkungen für die Bemessungssituation bei Erdbeben zu unterscheiden. Für jeden kritischen Lastfall sind die Bemessungswerte der Auswirkungen der Kombination der Einwirkungen zu bestimmen, die gemäß den in ÖNORM EN 1990 [187] enthaltenen Regeln als gleichzeitig auftretend angenommen werden. Jede Einwirkungskombination sollte dabei eine dominierende Einwirkung (Leiteinwirkung) oder eine außergewöhnliche Einwirkung ausweisen. Tabelle 6-09: Kombinationsbeiwerte  – ÖNORM EN 1990 [187] Einwirkungen Nutzlasten im Hochbau Kategorie A: Wohngebäude Kategorie B: Bürogebäude Kategorie C: Versammlungsräume Kategorie D: Verkaufsflächen Kategorie E: Lagerflächen Kategorie F: Fahrzeuggewicht 30 kN Kategorie G: 30 kN 26,0 27,0 78,5

8,0 5,5 5,0 7,0 8,0 4,5 3,0–10,0 4,0 7,0–8,0 12,0 10,0 6,5

Einwirkungen | 169

Tabelle 6-12: Wichten Baustoffe (Fortsetzung) – ÖNORM B 1991-1-1 [125] Dämmstoffe Schaumglas Glas- oder Steinwolle Hartschaumstoffe Kork Estriche Blähtonestrich Zementestrich Beschüttungen Bauschutt, Hochofenschlacke, Hüttensplitt Blähton Hüttenbims Sand, Schotter, Kies Ziegelsplitt Blähglimmer (Perlit)

1,2 0,7–1,4 0,3 3,0 16,0 22,0 14,0 8,0 10,0 18,0–20,0 12,0 1,0

Tabelle 6-13: Eigengewichte von Bauteilen – Wände – ÖNORM B 1991-1-1 [125] Bauteile Wände

Nennwerte (kN/m²)

Gipskartonplatten auf Ständerkonstruktion 2  12,5 mm Plattendicke 4  15,0 mm Plattendicke Holz in Blockbauweise aus Weichholz, je cm mittlerer Dicke, ohne Verkleidungen in Ständerbauweise mit innenliegenden Gipskartonplatten (15 mm dick), Wärmedämmung und außenliegender Holzverschalung (2 cm dick)

0,35 0,75 0,06 0,60

Tabelle 6-14: Eigengewichte von Bauteilen – Decken, Fußböden – ÖNORM B 1991-1-1 [125] Bauteile Decken

Nennwerte (kN/m²)

Dippelbaumdecke Beschüttung aus Schlacke (8 cm), Holzboden, Putzträger, Verputz Beschüttung aus Schlacke (4 cm), Ziegelpflaster, Putzträger, Verputz Zuschlag für Beschüttung aus Bauschutt je cm Beschüttungsdicke Tramdecke mit Beschüttung aus Schlacke/Bauschutt (8 cm) Tramtraversendecke Ziegeldecke (Platzldecke) Fertigteildecke Stahlbetonrippendecke mit Ziegelfertigteilen (19–28 cm) Stahlbetonhohlplatten (20–40 cm)

3,00 3,35 0,04 2,00/2,30 2,50 5,00 3,50–4,00 2,50–3,85 2,60–4,55

Fußbodenaufbau trocken ( 8 cm) Sandausgleich, Trittschalldämmung, Trockenestrich, Fliesen Fußbodenaufbau massiv

0,80

Sandausgleich, Trittschalldämmung, Folie, Estrich, Belag (10 cm) mit Fußbodenheizung (12 cm)

1,60 2,00

Bei plattenförmigen Bauteilen kann die Eigenlast bezogen auf eine 1-m²-Platte als Flächenlast [kN/m²] angegeben werden. Bei Balkensystemen mit Holzbalken oder Stahlträgern als Tragwerk [kN/m] sind diese unter Berücksichtigung des Achsabstandes auf die Flächenbelastung umzurechnen.

gF  gF b, h 

bh  e Flächenlast Balkenabmessungen Wichte Balken

170 | Bemessung von Holzbauten

(6-05) kN/m² m kN/m³

Beispiel 6-01: Lastaufstellung für eine Tramdecke (Holzkonstruktion nicht sichtbar) Aufbau Anhydrit- od. Zementestrich Trennschicht Kunststoff Trittschalldämmung MW-T oder EPS Schüttung (nicht gebunden) Trennschicht Kunststoff Spannplatte Holztram Dämmstoff zwischen Holztram OSB Federschiene GKF oder Gipsfaserplatte Flächenlast Tramdecke

Abmessungen [m] 0,050 – 0,030 0,040 – 0,022 0,120  0,220/0,625 0,502  0,100/0,625 0,012 0,027 0,0125

Wichte [kN/m³] 22,0 – 1,40 18,0 – 7,0 6,0 0,7 6,5 13,0

Flächenlast [kN/m²] 1,10 – 0,04 0,72 – 0,15 0,25 0,06 0,08 0,10 0,16 2,66 kN/m²

Holzträme 12  22 cm, e = 62,5 cm

Beispiel 6-02: Lastaufstellung für eine Massivholzdecke (Holzkonstruktion nicht sichtbar) Aufbau Gipsfaserplatte-Estrichelement Trittschalldämmung Splittschüttung (gebunden) Rieselschutz Brettsperrholz Direktabhänger Dämmstoff zwischen Direktabhänger GKF oder Gipsfaserplatte Flächenlast Massivholzdecke

Abmessungen [m] 0,020 0,010 0,060 – 0,125 0,095 0,075 0,0125

Wichte [kN/m³] 11,5 1,4 18,0 – 6,0 – 0,7 13,0

Flächenlast [kN/m²] 0,23 0,01 1,08 – 0,75 0,10 0,05 0,16 2,38 kN/m²

Beispiel 6-03: Lastaufstellung für eine Decke gegen (ungedämmten) Dachraum Aufbau Vollschalung Windbremse sD