Holzbaukonstruktion
Holzbaukonstruktionen bieten eine nachhaltige und umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Bauweisen und Materialien
Holz bietet Architekten und Baufachleuten eine hohe Anpassungsfähigkeit und zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten. Moderne Holzbautechniken, wie kreuzverleimtes Holz und Holzrahmenbau, garantieren Langlebigkeit, eine lange Lebensdauer und hervorragende Wärmedämmung. Die Werksvorfertigung von holzbasierten Strukturelementen gewährleistet Präzision und Effizienz, was zu Zeit- und Kosteneinsparungen bei der Montage vor Ort führt.
Holzbaukonstruktion in der heutigen Zeit
Im konstruktiven Holzbau überschneiden sich die Aufgaben manchmal mit denen der Zimmerer, wenn es um Aufgaben des Bauingenieurwesens geht. Reine Holzkonstruktionen sind heutzutage selten. Stattdessen gibt es Kombinationen aus verschiedenen holzbasierten Entwürfen und oft Hybride, bei denen Holz mit anderen Materialien wie Beton oder verschiedenen Metallen verschmilzt. Dies deutet darauf hin, dass der Planer speziell Konstruktionen ausschließlich aus Holz wünscht. Zimmerer könnten Wände und Säulen anfertigen, vertikale Elemente, die das Gewicht von Dächern, Balken und Böden tragen und gleichzeitig die Struktur verstärken. Grundlegend für den Holzbau sind horizontale Strukturen wie Böden, Dächer und ihre Stützen. Das Design und die Stile dieser Strukturen werden von ihrer Funktion beeinflusst, die als Grundlage für statische Berechnungen und das nachfolgende strukturelle Design dient. Man könnte es auch anders ausdrücken: Die Änderung oder vollständige Ersetzung von Komponenten in solchen Entwürfen ist ohne die Unterstützung eines Bauingenieurs undenkbar. Holz in Kombination mit anderen Materialien in Hybridlösungen zu verwenden, ermöglicht es Holz zu:
normativen Anforderungen wie,
an die Bauphysik,
an den Brandschutz,
an die Anforderungen der Statik,
an den Schallschutz usw.
ebenfalls gerecht zu werden. Gerechterweise hat Holz auch seine Vorteile. Zum Beispiel sollte man an Rahmenbauwände denken, die aufgrund ihrer effizienten Materialnutzung und schlanken Konstruktion für Außenwände geeignet sind. Oft werden sie mit Massivholz- oder Holz-Beton-Verbunddecken sowie verschiedenen Arten von Innenwänden kombiniert. Letztere bieten aufgrund ihres Gewichts und der Abwesenheit von Hohlräumen hervorragenden Brandschutz, Schalldämmung und Vibrationsfestigkeit.
Die derzeitige Holzbaukonstruktionsentwicklung ist hauptsächlich geprägt durch:
Industrielle Vorfertigung von Holzkonstruktions-Baugruppen.
Kombinieren verschiedener Holzkonstruktionen
Kombinieren von flächigen mit stabförmigen Teilen der Tragwerke
Hybride Konstruktionen Holz im Verbund mit anderen Baumaterialien (Beton, Metall…)
Die Statik von Bauholzkonstruktionen
Tertiärtragwerk (Bild: SWG Produktion Schraubenwerk Gaisbach, Waldenburg)
Es ist klar, dass es die Aufgabe des Bauingenieurs ist, die technischen Mechanikanforderungen für Holzkonstruktionen durch Berechnungen zu erfüllen, wie bei jedem anderen Baustoff. Bei Tragwerken mit großer Spannweite ist neben allen anderen Spannungsprüfungen immer eine Durchbiegungsprüfung erforderlich. Dieser Standard stammt aus der Baunetz-Quelle in Berlin.
Die Durchbiegung des Balkens wird durch die Biegesteifigkeit begrenzt, beschrieben durch die Formel EI (Elastizitätsmodul (E) multipliziert mit dem Trägheitsmoment (I) des Querschnitts). Der Elastizitätsmodul von BSH-Weichholz liegt zwischen 11.000 und 13.000 N/mm², während der von Buche (laminiertes Buchenfurnierholz) 16.800 N/mm² beträgt. Sowohl Buche als auch Weichholz haben einen moderaten Elastizitätsmodul, insbesondere im Vergleich zu Stahl, der bei 200.000 N/mm² liegt.
Um signifikante Verformungen zu vermeiden, müssen Biegebalken ein großes Trägheitsmoment aufweisen. Mit der Querschnittsbreite (b) und -höhe (h) wird das Trägheitsmoment für rechteckige Querschnitte mit der Formel berechnet: I = b * h³/12. Dementsprechend steigt der Wert des Trägheitsmoments wirklich mit größeren Querschnitten. Außerdem neigt Holz dazu, sich zu verziehen. Aufgrund des moderaten Elastizitätsmoduls und dieser Verformung müssen Komponenten bei Biegebalken aus Holz mit großer Spannweite häufig erhöht werden. Es ist relativ einfach, einzelne Lamellen vor dem Verkleben zu formen, um Leimholzbalken herzustellen, wodurch erhöhte Komponenten leicht hergestellt werden können. Mit dieser Methode können auch kostengünstig gebogene Komponenten hergestellt werden, wie sie beispielsweise bei Bogenstrukturen zu sehen sind.
Bauordnungsrechtliche Grundlagen
Der Musterbauordnung (MBO) ist nicht ausschließlich für den Holzbau bestimmt, auch wenn er in diesem Zusammenhang speziell erwähnt wird. Im Allgemeinen werden die Musterbauvorschriften von der Bauministerkonferenz formuliert. Der Inhalt der Musterbauordnung (MBO) wird kontinuierlich von der Bauministerkonferenz diskutiert und bei Bedarf aktualisiert, was sie für die Bundesländer gesetzlich vorschreibt. Obwohl jeder Staat seine eigene MBO hat, sind sie weitgehend ähnlich.
In der Musterbauordnung sind auch festgelegt:
die Anforderungen an das Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen im §26 (2),
die Gebäudeeinteilung in Gebäudeklassen (GK) 1 - 5.
Und die MBO stellt den Bezug zur Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an hochfeuerhemmende Bauteile in Holzbauweise -M-HFHHolzR her.
hoch feuerhemmend sein müssen,
allseitig eine brandschutztechnisch wirksame Begleitung aus nicht brennbaren Baustoffen haben müssen und
deren Dämmstoffe nur aus nicht brennbaren Baustoffen bestehen dürfen.
Durch die MBO werden Gebäude gemäß den jeweiligen brandschutztechnischen Anforderungen und der Anforderungen an die Standsicherheit in fünf Gebäudeklassen eingeteilt.
Die Zuordnung zu einer Gebäudeklasse ist abhängig von:
der Gebäudehöhe,
der Anzahl der Nutzeinheiten
und deren Größe.
Gebäude in (ausschließlicher) Holzbauweise sind in der Gebäudeklasse 4 möglich, wenn
ausschließlich nichtbrennbare Dämmstoffe verwendet werden
und wenn alle Bauteile eine brandschutztechnisch wirksame Beplankung aufweisen.
