Aussteifung von Holzkonstruktionen durch dünne Plattenwerkstoffe

Kooperationspartner
Labor für Holztechnik FH Hildesheim,
Fa. Pavatex,
Fa. Baukmeier Holzbau,
Fa. Baufritz
Geldgeber
Bauministerium für Bauforschung
Laufzeit
Juli 2000 bis März 2002

Ausgangssituation

Im Holzhausbau ist es gängige Praxis, Dächer, Decken und Wände durch großformatige Platten aus Holz- und Gipswerkstoffen zu beplanken. Neben ihrer raumabschließenden Funktion in Form einer möglichst ebenen Oberfläche leisten diese Platten einen Beitrag

  • zum Feuchteschutz,
  • zum Wärmeschutz und zur Luftdichtigkeit,
  • zum Schallschutz,
  • zum Brandschutz,
  • zur Aussteifung des Gebäudes und
  • zur Lastabtragung von Einbauten.

Üblicherweise werden diese Platten heute mit Dicken d >= 12,0 mm ausgeführt, da dadurch sichergestellt wird, daß weitestgehend sämtliche Anforderungen der Summe der aufgezählten Aufgaben erfüllt werden. Es gibt aber Anwendungsgebiete für Platten, für die eigentlich nur ein Teil der Anforderungen erfüllt werden muß. Ein solches Anwendungsgebiet ist die äußere Beplankung von Dächern und Wänden dann, wenn an die Ebenheit ihrer Oberfläche keine Anforderungen gestellt werden, weil sie von weiter außenliegenden Schichten (Dachpfannen, Holzverschalung etc.) verdeckt wird, und an ihr keine Einbauten befestigt werden müssen. Dann ist zu vermuten, und erste Versuchsergebnisse haben dies eindrucksvoll bestätigt, daß auch wesentlich dünnere und damit wirtschaftlichere Platten verwendet werden könnten, deren Eigenschaften genau auf die begrenzten Anforderungen dieses Anwendungsgebietes abgestimmt sind.

Gemeint sind hier dünne Holzwerkstoffplatten, z.B. Hartfaserplatten, von wenigen Millimetern Dicke. Solche Platten werden seit vielen Jahrzehnten im wesentlichen für den Möbelbau hergestellt. Sie werden aber auch schon jetzt z.B. als Unterdach in Gebäuden eingesetzt. Neben ihrer bisherigen Bedeutung als raumabschließende Schicht, wie sie bei Verwendung als wasserabweisendes aber relativ diffusionsoffenes Unterdach vorliegt, haben dünne Plattenwerkstoffe zusätzliche Bedeutung, wenn sie als äußere und eventuell auch innere Beplankung für Holztafeln verwendet werden, die mit losen Dämmstoffen z.B. Zellulose, Holzspäne, Schafwolle etc. ausgedämmt werden.

Zusätzlich zu den wichtigen Aufgaben

  • wasserableitende Schicht,
  • diffusionsoffene Schicht,
  • Einhausung zum Einbau loser Dämmstoffe

kann sich ein weiterer besonders wirtschaftlicher Nutzen dadurch einstellen, daß diese dünnen Plattenwerkstoffe statisch zur Gebäudeaussteifung herangezogen werden. Dadurch kann auf den kostenintensiven Einbau von Windrispen und Streben, mit ihren aufwendigen Anschlüssen an das Rahmentragwerk, verzichtet werden.

Die Verwendung von Plattenwerkstoffen als tragende und aussteifende Bauteile von Holzkonstruktionen ist in DIN 1052 Teil 1 und 3 geregelt. Sie dürfen statisch als Platte und Scheibe wirken. Für die Wirkung als Platte, die die senkrecht zu ihrer Ebene wirkenden Beanspruchung in die Rippen weiterleitet, können die hier gemeinten dünnen Platten nicht herangezogen werden. In Kombination mit den Rippen können sie aber als Scheibe Beanspruchungen in ihrer Ebene übertragen. Die DIN 1052 unterscheidet zwischen Dach-, Decken- und Wandscheiben, wie in Abb. 1 dargestellt.

Windaussteifung eines Gebäudes mit Dach-, Decken- und Wandscheiben
Abb. 1: Windaussteifung eines Gebäudes mit Dach-, Decken- und Wandscheiben

Scheibenkonstruktionen bestehen im allgemeinen aus Vollholzrippen, Dachsparren, Deckenbalken oder Wandstielen als Unterkonstruktion, auf denen die Platten als Beplankung ein- oder beidseitig mit Nägeln, Klammern oder Schrauben befestigt sind. Die Berechnung und Ausführung von aussteifenden Scheiben sind in DIN 1052 T1 in den Abschnitten 10 und 11 geregelt. Dort werden jedoch Mindestdicken der Beplankung gefordert, die die Verwendung von dünnen Platten selbst für das zuvor beschriebene Anwendungsgebiet mit reduzierten Anforderungen ausschließen. Bauphysikalische Aspekte werden hierbei mit einbezogen und bei den Randbedingungen mit berücksichtigt.

Ziele des Vorhabens

Auf die bisher durchgeführten theoretischen und praktischen Untersuchungen über die aussteifende Wirkung von Wand-, Decken- und Dachscheiben, insbesondere denen von Schulze et al. und Kessel et al., soll dieses Forschungsvorhaben aufbauen. Dabei sind die konstruktiven Randbedingungen, die sich aus der Herstellung und Montage von Scheiben ergeben, zu berücksichtigen. Bauphysikalische und damit auch fungizide Aspekte werden hierbei mit einbezogen.

Es soll der Nachweis erbracht werden, daß Wohngebäude auch mit dünnen Plattenwerkstoffen ausgesteift werden können und solche Scheiben einen vollwertigen Ersatz für die Windverbände darstellen. Bei der Ausführung der Scheiben muß unterschieden werden in Scheiben mit und ohne schwebende Beplankungsstöße.

In Kleinversuchen soll nach EN 383 die Lochleibungsfestigkeit der dünnen Platten (Hartfaserplatte und mittelharte Faserplatte) und die erforderlichen Randabstände der Verbindungsmittel bestimmt werden.

Mit den Erkenntnissen der Kleinversuche soll an Elementen mit den Abmessungen a x b = 2,50 x 5,00 m2 die statische Wirkung und insbesondere das Beulverhalten der dünnen Platten untersucht werden. Die Abmessungen der Rahmenhölzer und die Anordnung der Verbindungsmittel sowie der Druckriegel wird nach Abschluß der Kleinversuche in Absprache mit dem projektbegleitenden Ausschuß festgelegt werden.

Auf der Grundlage der Versuchsergebnisse soll ein genaueres und ein vereinfachtes Bemessungskonzept für Scheiben mit dünnen Platten (mit und ohne schwebende Beplankungsstöße) entwickelt werden.

Bezug des Vorhabens zu förderpolitischen Zielen

Harte und mittelharte Holzfaserplatten lassen sich durch

  • starkes Verpressen von verholzten Fasern (bei der harten Holzfaserplatte, HFH),
  • Verpressen von verholzten Fasern (bei der mittelharten Holzfaserplatte, HFM)

im Naßverfahren ohne Zusatz von Bindemitteln oder Klebstoffen herstellen, wobei die Bindung auf der Verfilzung der Faser sowie deren eigener Verklebungsfähigkeit beruht. Bei vermehrter Verwendung dieser Platten ergibt sich eine Möglichkeit, den Formaldehydgehalt geplanter Gebäude weiter zu senken. Der Zusammenhang zum integrierten Umweltschutz wird erkennbar, wenn man bedenkt, daß herkömmlich verwendete Plattenwerkstoffe wie OSB-Flachpreßplatte, Spanplatte oder Funiersperrholzplatte einen Klebstoff zu ihrer Herstellung benötigen (z.B.: Phenolharzleime, PMDI-Leime, Harnstoffharze, Phenolharze, Resorzinharze etc). Eine am Institut für Holzphysik und mechanische Technologie des Holzes (Universität Hamburg; A. Frühwald) durchgeführte ökobilanz der Spanplattenproduktion hat ergeben, daß der Energieeinsatz bei dieser Bilanzierung eine besondere Rolle spielt. Der vergleichsweise hohe Energieaufwand für die Bindemittel von 30% bis 50% des gesamten Energieaufwandes für die Spanplattenproduktion fällt besonders auf. Dieser Anteil würde bei der Herstellung von Holzfaserplatten erst gar nicht entstehen und damit läßt sich eine ökologisch bessere Bilanz erwarten.

Ein weiterer wirtschaftlicher und energiepolitischer Aspekt, die Faserplatte in den oben beschriebenen Bereichen einzusetzen, ist das geringe Preisniveau der Platte. Dieses setzt sich aus dem kleinen Energieverbrauch bei der Herstellung und aus dem verwendeten Rohstoff zusammen. Als Rohstoff können auch in bezug auf die Tragfähigkeit von VH minderwertige Hölzer und Holzreste verarbeitet werden. Es entsteht somit aus einem Abfallprodukt ein an der Lastabtragung beteiligtes, statisch höchst effizientes und preiswertes Bauprodukt.

Die Erforschung des Tragverhaltens dünner Platten aus Holzwerkstoffen in aussteifenden Scheibenkonstruktionen ist daher erforderlich. Hierfür sind Versuche und rechnerische Untersuchungen notwendig.

pdf Aussteifung von Holzkonstruktionen durch duenne Plattenwerkstoffe.pdf

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