Nikolai Dipl.-Forstw. Simon Dr. rer. nat. der Universität. Mitarbeiter. MPA Uni Stuttgart tätig. MPA Stuttgart. v.

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1 Brettschichtholz aus Eiche Aicher Simon Dr. rer. nat. Leiter der Abteilung Holzkonstruktionen MPA Universität Stuttgart Pfaffenwaldring 4b Stuttgartt uni-stuttgart.de v. Ruckteschell Nikolai Dipl.-Forstw. Wissenschaftlicher Mitarbeiter MPA Universität Stuttgartt Pfaffenwaldring 4bb mpa.uni-stuttgart.de Simon Aicher, geboren 1953, absolvierte das werkstoffwissenschaftliche Studium Holzwirtschaft an der Universität Ham- der burg, vertiefte Bauingenieurwesen ann TU München und promovierte am Institut für Holzphysik der Universität Hamburg. Er ist seit 1989 an der MPA Universität Stuttgart, zunächst als wissen- schaftlicher Mitarbeiter, ab 1994 stellver- Holzwerkstoffe und seit 2005 Leiterr der tretender Leiter des Referates Holzbau, Abteilung Holzkonstruktionen. Nikolai v. v Ruckteschell, geboren 1980, studierte Forstwissenschaft an der Universität Freiburg. F Err ist seit 2009 an der MPA Uni Stuttgart tätig. Zusammenfassung In dem Beitrag werden einführend einige Gründe erläutert, warum w Brettschichtholz aus Eiche nicht nur irgendein weiteres Holzbauprodukt darstellt, sondern durchauss auf größere Nachfra- ge treffen sollte. Es folgen sodann Ausführungenn zur Artenvielfalt des Rohstoffs Eichenholz, zu einigen mechanisch-technologischh wichtigen Eigenschaften und zur heutigen Festig- keitseinstufung von Eiche als Bauholz. Es wird sodann über Ursachenn der im Allgemeinen n problematischen Verklebung von Eichenholz gesprochen. Den D Kern der Arbeit stellt sodannn eine detaillierte Beschreibung und Erläuterung von VIGAM Brettschichtholz aus Eiche dar, welches das vor kurzem als erste allgemein bauaufsichtlich für tragende Zwecke zugelassene e Eichen-Bauprodukt darstellt. Zur Veranschaulichung der mechanischm hen Leistungsfähigkeit des neuen Werkstoffs sowie der Anforderungen an die Brettlamellen wird das spezielle Ei- chenbrettschichtholz mit dem Leistungs- und Anforderung sprofil vomm Brettschichtholz aus Nadelholz der zukünftig höchsten tabellierten europäischen BSH-FestigB gkeitsklasse GL32c zu- folge DIN 1052 und FprEN14080 verglichen. 145

2 2. Stuttgarter Holzbau-Symposium 1. Einleitung Eichenholz wird auch von nicht holzfachlich ausgewiesenen Personen auch des Bauwesens meist mit anderen Attributen belegt, wie Fichtenholz, das heute nahezu ausschließlich für ingenieurmäßig bemessene industriell hergestellte Holzbauteile wie keilgezinktes Vollholz, Brettschichtholz und Brettsperrholz verwendet wird. Eiche ist zufolge allgemeiner Einschätzung fest, robust, witterungsbeständig und jahrhundertelang dauerhaft. Der Zimmerer, Treppenbauer, Holzfachmann und Hersteller von Fensterbauteilen stimmt dieser Bewertung jedoch nur eingeschränkt bzw. ergänzend zu, dahingehend, dass die Ästigkeit und Faserabweichung von Eichen(bau)holz im Allgemeinen nur eine vergleichsweise geringe Ausnutzung der prinzipiell sehr hohen Eigenschaften des fehlerfreien Werkstoffs erlauben. Die Farbe, die Oberflächentextur, d.h. die optische und haptische Ästhetik von Eichenholz sind hingegen durchweg unbestritten und haben die Nachfrage nach dem Werkstoff seitens privater und öffentlicher Nutzer, Planer und Architekten in den letzten Jahren auf ein hohes, architekturgetriebenes Level gehoben. Eichenholz ist jedoch infolge der genannten wuchsbedingten Ungänzen als Vollholz nicht wirtschaftlich für Fensterbauteile, Pfosten-Riegel-Bauteile (Querschnittsabmessungen ca. 50 mm x 80 mm bis 80 mm x 360 mm) oder noch größere Querschnitte verwendbar. Die genannten Produkte können ausschließlich durch Verklebung von i.d.r. keilgezinkten Lamellen hergestellt werden. Klassische verleimte Eichenholz-Fensterkanteln unter Verwendung von nicht für den tragenden Bereich zugelassenen D3- und D4- Klebstoffen auf PVAc-Basis werden seit langem von diversen Herstellern produziert. Der schleifende Übergang von Fenstern mittlerer Größe mit statisch nicht nachzuweisenden Fensterrahmen / Laibungen zu geschoßhohen Verglasungen mit teilweise geschoßübergreifenden Pfosten-Riegel-Konstruktionen führte in den letzten Jahren häufiger zu baurechtlichen Problemen. Diese gestalten sich derart, dass häufig zu späten Zeitpunkten, u.a. von Prüfingenieuren, ingenieurmäßige Tragfähigkeitsnachweise für verklebte Eichenholzquerschnitte in Verbindung mit bis dato nicht existierenden Eignungsnachweisen zum Kleben derartiger Produkte gemäß DIN 1052 [4] eingefordert wurden. Im Zusammenhang hiermit war die MPA Universität Stuttgart in den letzten ca. 5 Jahren mehrfach versuchstechnisch und gutachtlich in Zustimmungen im Einzelfall seitens der Obersten Bauaufsichtsbehörden der Länder für nicht geregelte verklebte Eichen-BSH-Bauteile eingebunden. In allen derart realisierten Objekten wurden u.a. nachweislich einzuhaltende, fremdüberwachte Nutzungsklasse 1 Klimaszenarios zugrunde gelegt. Zur Vermeidung der teilweise sehr aufwändigen Zustimmungsverfahren im Einzelfall wurden von mehreren Antragstellern Wünsche betreffend allgemein verwendbarer Verwendbarkeitsnachweise in Form deutscher oder europäischer Technischer Zulassungen an die MPA Universität Stuttgart herangetragen. Im Folgenden wird nach einführenden Bemerkungen zum Werkstoff Eichenholz und zu Eiche-Verklebungsaspekten im Allgemeinen über Einzelheiten des ersten in Deutschland auf der Grundlage von Arbeiten der MPA Universität Stuttgart allgemein bauaufsichtlich zugelassenen Eichenbrettschichtholzes VIGAM berichtet. 2. Werkstoff Eichenholz 2.1 Artenvielfalt und Vorkommen Die für den Nichtfachmann umgangssprachlich eindeutige Begriffsdefinition Eiche bzw. 146

3 Brettschichtholz aus Eiche Eichenholz bedarf im Hinblick auf biologische Fakten und bautechnische Aspekte bzw. Anforderungen zumindest einiger Differenzierungen. Eichen (Quercus) repräsentieren eine artenreiche (ca. 500) Gattung der Pflanzenfamilie der Fagaceae (Buchengewächse). Die Gattung Quercus ist in zwei Untergattungen aufgegliedert, von denen eine die gleichnamige Untergattung Quercus ist, die in eine Reihe von Sektionen untergliedert ist. Für die technische Holzverwendung sind insbesondere die Sektionen der Weißeichen und der Roteichen wichtig. (Anmerkung: Die für die Korkgewinnung verwendete Eichenart (Quercus suber) ist der Sektion der immergrünen Zerreichen zugeordnet). Die Gruppe der amerikanischen Weiß-Eichenarten mit technologisch, verklebungstechnisch teilweise deutlich abweichenden Eigenschaften, wird im Weiteren nicht betrachtet. Aus der Sektion der Weiß-Eichen in Europa von zentraler Bedeutung sind die beiden Arten Quercus petraea (Traubeneiche) sowie Quercus robur (Stieleiche). Da die holzanatomischen sowie die physikalisch-mechanisch-technologischen Eigenschaften von Stiel- und Traubeneiche weit(est)gehend übereinstimmend, werden beide Arten technisch durchweg zu einer Artengruppe zusammengefasst und in Europa im Handel sowie in Normen unter dem Begriff Eiche geführt. Im Gegensatz dazu werden die Weiß-Eichen aus Amerika als Weiß-Eichen bezeichnet und die der Sektion der Roteichen zugehörige Art Quercus rubra (= Roteiche) als Roteiche wird als Roteiche bezeichnet. Eichen sind zusammen mit Buchen die bestandsmäßig dominierenden Laubholzarten in Europa. Die größten Eichen-Vorkommen befinden sich in Frankreich (rd. 28 % der Waldfläche); in Deutschland liegt der Anteil von Eichen an der Gesamtwaldfläche zufolge Bundesforstinventur bei 9,6 %. 2.2 Grundlegende Eigenschaften Eichenholz (q. petrae und q. robur) zeichnet sich durch eine Reihe von speziellen Eigenschaften aus. Eichenholz besitzt einen hohen Anteil von Inhaltsstoffen, insbesondere Gerbstoffen und war damit jahrhundertelang der Ausgangsstoff für die Gerbmittelgewinnung. Der sehr hohe Gerbstoffanteil von rd. 3 % - 13 % im Kernholz, der deutlich vom Baumalter und Wuchsbestand abhängt, verleiht dem Holz des Weiteren eine hohe natürliche Dauerhaftigkeit gegenüber Befall durch pflanzliche Schädlinge, d.h. holzzerstörende Pilze (Dauerhaftigkeitsklasse 2 nach DIN EN 350-2:1994 [1]), womit sich das Holz wie kaum eine andere europäische Holzart, abgesehen von Robinie, für eine größere Bewitterungsrobustheit auszeichnet. Die Rohdichte 12 von Eichenholz liegt nach DIN 68364:2003 [2] im Mittel bei 710 kg/m³. In [3] ist (hier umgerechnet auf 12 % Holzfeuchte) eine Schwankungsbreite und ein Mittelwert der Rohdichten von 420 kg/m³ bis 940 kg/m³ bzw. von 670 kg/m³ angegeben. Die Schwind- Quelleigenschaften von Eichenholz entsprechen mit Werten von rt = 0,24 %; r = 0,18 %, t = 0,36 %, bezogen auf jeweils 1 % Holzfeuchteänderung nahezu vollständig den Werten von Fichtenholz. Die Festigkeiten von fehlerfreiem Eichenholz liegen vergleichsweise hoch. So haben z. B. die Biege- und Zugfestigkeit parallel zur Faserrichtung bei 12 % Holzfeuchte nach DIN [2] Werte von 95 N/mm² bzw. 110 N/mm². Nach [3] liegen die Festigkeiten von Eiche bei Biegung und Zug in den Bereichen [in N/mm²] von bzw Die sehr hohe prinzipielle Leistungsfähigkeit von Eichenholz wird jedoch auf der Größen- und Verwendungsskala von Bauholz durch ausgeprägte Ästigkeiten und Faserabweichungen drastisch reduziert (siehe nachfolgend). 147

4 2. Stuttgarter Holzbau-Symposium Nach DIN 1052:2008 [4] kann Eiche europäischer Herkunft ausschließlich basierend auf der Sortierklasse LS10 nach DIN :2008 [5] der Laubholzfestigkeitsklasse D30 nach DIN EN 338:2010 [6] zugeordnet werden. Auf europäischer Normungsebene kann gemäß DIN EN 1912:2012 [9] ausschließlich LS-10 Eiche mit deutscher Herkunft der Festigkeitsklasse D30 zugeordnet werden. Die Laubholz-Festigkeitsklasse D30 ist wie die Nadelholz- Festigkeitsklasse C30 durch eine charakteristische Hochkant-Biegefestigkeit von f m,k = 30 N/mm 2 und u. a. durch eine charakteristische Zugfestigkeit von f t,0,k = 18 N/mm 2 charakterisiert. Die Einstufungen basieren wesentlich auf den Untersuchungen in [10]. 3. Verklebungseigenschaften von Eiche Die Verklebung von Eichenholz ist in Folge mehrerer Gründe nicht unproblematisch und es bedarf eines umfassenden Knowhows bezüglich des Werkstoffes, der Bearbeitungstechnologien und der Verklebungsaspekte um langfristig beständige Klebefugen zu erzielen. Die Verklebungseigenschaften von Eichenholz, die im Vergleich zu Nadelhölzern, insbesondere solcher ohne Farbkern, z.b. Fichte, wesentlich problematischer sind, werden im Wesentlichen durch vier Faktoren bestimmt: i) höhere Rohdichte (vgl. Abschnitt 2), ii) mehrfach höherer Extraktgehalt insbesondere von hydrolisierbaren Gerbstoffen, iii) höherer Säuregehalt und iv) signifikant höherer Schubmodul in der Radial-Tangential-Wuchsebene. Die Thematik der Eichenholzverklebung wurde in der Vergangenheit in einigen Untersuchungen bearbeitet, u.a. in [11], [12], [13], [14], [15]. Die an der MPA Universität Stuttgart durchgeführten Untersuchungen [15] umfassten sowohl Bauteilversuche als auch, vorgeschaltet, umfassende vergleichende Klebstoffeignungsuntersuchungen (Längszugscherversuche, Druck Blockscherprüfungen sowie Delaminierungsversuche) mit insgesamt 12 unterschiedlichen Klebstoffen aus 5 verschiedenen Klebstofffamilien. Hierbei wurden in weitgehend reproduzierbarer Weise erheblichste Unterschiede hinsichtlich der Eignung verschiedener Klebstoffe festgestellt. Die Versuche zeigten einerseits, dass es grundsätzlich möglich ist, beständige Verklebungen zu erzielen, welche auch den Anforderungen der DIN EN 386:2002 [16] an Nadelholzverklebungen, die deutlich unproblematischer sind, genügen. Das Verklebungsergebnis ist neben der Oberflächenbearbeitung primär von dem verwendeten Klebstoffprodukt abhängig. Die Klebstofffamilie bzw. gruppe (PRF/MUF/PU/EP/EPI) scheint dagegen, übereinstimmend mit Feststellungen in [12], keinen generellen Einfluss zu haben. Dies geht z.b. eindeutig aus dem in [15] dargelegten Leistungsvergleich zweier PRF-Klebstoffe hervor, die mit Gesamtdelaminierungsprozentsätzen von rd. 3 % bzw. rd. 90 % das beste und (zusammen mit einem Epoxidharzklebstoff) das schlechteste Ergebnis der Klebstoff-Screening Versuche ergaben. Basierend auf chemisch-technologischen Entwicklungsarbeiten der Firma Casco Adhesives, Akzo Nobel, sowie mechanisch-technologischen Untersuchungen der MPA Universität Stuttgart wurde im Jahr 2012 erstmalig eine allgemeine bauaufsichtliche Klebstoff-Zulassung Z :2012 [19] erteilt, die u.a. die Anwendbarkeit des Klebstoffs für Eichenholzverklebungen in Verbindung mit speziellen verarbeitungstechnischen und bauproduktbezogenen Randbedingungen wie Auftragsverfahren, Warte- und Presszeiten, Fugendicken bei faserparalleler Verklebung, etc. regelt. Ungeachtet der nachweislichen Eignung des zugelassenen Klebstoffs obliegt es - verstärkt im Vergleich zu Nadelvollholzverklebungen dem Hersteller der Bauprodukte durch stringente Implementierung der zulassungensgemäßen Verarbeitungsrandbedingungen die langfristige Qualität und Beständigkeit der Klebefugen sicherzustellen. 148

5 Brettschichtholz aus Eiche 4. Brettschichtholz aus Eiche gemäß allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung Z Allgemeines Der Zulassungsantragsteller bzw. inhaber der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z :2012 [20] betreffend VIGAM Brettschichtholz aus Eiche, die Firma Elaborados y Fabricados Gamiz S.A., mit Sitz in Nordspanien, Álava, ist ein traditionsreiches mittelständiges Laubholzsägewerk mit primärer Verarbeitung von Eichenholz. Hinsichtlich der Verklebung von Eichenholz weist das Unternehmen ein langjähriges Knowhow bei der Herstellung von Fensterkanteln auf und hat auch Erfahrung mit der Verklebung von Eichenholzlamellen zu größeren BSH-Querschnitten. Die nachstehend im Detail erläuterte erste allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Eichenbrettschichtholz wurde seitens des Deutschen Instituts für Bautechnik am 04. Mai 2012 erteilt. Die umfangreichen Zulassungsuntersuchungen wurden an der MPA Universität Stuttgart Abteilung Holzkonstruktionen durchgeführt. Die gutachtliche Stellungnahme stammt aus gleichem Hause. 4.2 Anforderungen an die Eichenholz-Lamellen Das für VIGAM Brettschichtholz verwendete Eichenholz muss aus den Europäischen Weiß- Eichenholzarten quercus robur (Stieleiche) und/oder quercus petraea (Traubeneiche) sein, und das Holz muss französischer Herkunft sein. Die Querschnittsabmessungen der Lamellen (b x h), dürfen maximal 160 mm x 20 mm betragen. Lamellen bis einschließlich einer Breite von 140 mm dürfen nicht schmalkantenverklebt sein. Lamellen mit Breiten im Bereich 140 mm < b 160 mm dürfen aus Einschichtplatten geschnitten werden, wobei die Herstellungsbedingungen der Einschichtplatten u. a. bezüglich der verwendbaren Lamellenbreiten, Keilzinkenabstände, etc. umfangreichen Vorgaben entsprechen müssen, die beim DIBt hinterlegt sind. Die Eiche-Lamellen dürfen in Längsrichtung im Abstand von 300 mm bis 1200 mm Keilzinkenverbindungen nach DIN 1052:2008 [4] aufweisen. Die Lamellen müssen visuell nach der deutschen Laubholz-Sortiernorm DIN [5] bezüglich LS10 (innere Lamellen) bzw. LS13 (äußere Lamellen) sortiert sein, wobei zusätzlich die nachfolgend genannten Anforderungen bezüglich Sortiermerkmalen und Festigkeiten zu erfüllen sind: i) im Falle der Sortierklasse LS10 sind abweichend von den Anforderungen der Norm DIN [5] Markröhren unzulässig und ii) im Falle der Sortierklasse LS13 ist abweichend von DIN [5] die Ästigkeit bei Einzelästen auf maximal 1/6 der Brettbreite zu beschränken. Hinsichtlich der Festigkeiten müssen die in die Sortierklassen LS10+ bzw. LS13+ eingruppierten Lamellen charakteristische Flachkant-Biegefestigkeiten f m,l,k von 38 N/mm 2 bzw. 47 N/mm 2 aufweisen, die im Rahmen der werkseigenen Produktionskontrolle regelmäßig nachzuweisen sind. Anmerkung: Das + Zeichen bei den Sortierklassen LS10+ und LS13+ steht sowohl für die zusätzlich nachzuweisenden Anforderungen an die visuellen Sortierkriterien wie für die nachzuweisenden Anforderungen an die charakteristische Lamellenbiegefestigkeit. Die in die Sortierklasse LS10+ bzw. LS13+ eingestuften Eichenholzlamellen weisen gemäß den Zulassungsuntersuchungen eine charakteristische Zugfestigkeit von f t,0,l,k von 23 N/mm 2 149

6 2. Stuttgarter Holzbau-Symposium bzw. 28 N/mm 2 auf, vgl. Tabelle 1. Die genannten charakteristischen Zugfestigkeitswerte wurden mit Zugversuchen an jeweils 100 Proben mit zwei unterschiedlichen Probenbreiten von 100 mm und 140 mm nachgewiesen. In Tabelle 1 sind zu Vergleichszwecken auch Festigkeitswerte der Nadelholz C-Festigkeitsklassen nach EN 338 [6] sowie der Nadelholz T- Brettlamellen-Klassen gemäß FprEN 14080:2012 [18] aufgeführt. Wie ersichtlich führt die Eiche-Laubholzfestigkeitsklasse LS13+ zu einer Brettlamellen- Zugfestigkeitsklasse T28, die eine geringfügig höhere charakteristische Zugfestigkeit von 28 N/mm 2 im Vergleich zur bislang höchsten maschinell sortierbaren Nadelholz C-Festigkeitsklasse C45 aufweist. Die Eiche LS10+ Sortierklasse liegt mit f t,0,l,k = 23 N/mm 2 bezüglich der tabellierten C- und T-Klassen etwas unterhalb der Festigkeitsklassen C40 bzw. T24. Die Keilzinkenfestigkeiten der gestoßenen LS10+ und LS13+ Lamellen sind im Rahmen der WPK mittels 4-Punkt-Flachkantbiegung bzgl. der in Tabelle 1 aufgeführten charakteristischen Keilzinkenbiegefestigkeiten nachzuweisen. Tabelle 1: Anforderungen an die Sortierklassen und an die charakteristische Biege- und Zugfestigkeit der Lamellen sowie die charakteristische Biegefestigkeit der Keilzinkenverbindungen (in N/mm 2 ) für VIGAM Brettschichtholz aus Eiche gemäß Z Position der Lamellen äußere Lamellen > h/6 je Seite innere Lamellen Sortier bzw. Festigkeitsklasse LS13+ C45 T28 Lamellen-Zugfestigkeit f t,0,l,k f m,l,k Keilzinken-Biegefestigkeit f m,j,k 51 49,8 1) 51,2 1) Sortier- bzw. Festigkeitsklasse LS10+ C40 T24 Lamellen-Zugfestigkeit f t,0,l,k ) maximal möglicher Anforderungswert nach [18]: f m,j,k = 1,4 * f t,0,l,k ) Anforderungswert nach [4]: Tabelle H1 Anforderungen an VIGAM Eiche BSH- Lamellen (charakteristische Festigkeiten in N/mm²) Lamellen-Biegefestigkeit Lamellen-Biegefestigkeit Keilzinken-Biegefestigkeit 3) bei homogenem BSH GL32h nach [18], Tabelle 3 4) bei kombiniertem BSH GL32c nach [18], Tabelle 2 VIGAM Eiche BSH- Lamellen Vergleichswerte für Nadelholzlamellen nach EN 338 [6] und 1194 [17] nach FprEN [18] f m,l,k f m,j,k ) 41 3) bzw. 44 4) Wie ersichtlich liegt der Anforderungswert an die charakteristische Keilzinkenbiegefestigkeit der Sortierklasse LS13+ mit f m,j,k = 51 N/mm 2 um 4 N/mm 2 über dem charakteristischen (Anforderungs-)Biegefestigkeitswert f m,l,k ungezinkter Lamellen. Diese Differenz entspricht ziemlich genau dem in FprEN 14080:2012 [18] spezifizierten off-set. Im Vergleich zu den heute gültigen Keilzinken-Biegefestigkeitsanforderungen für Nadelholzlamellen nach EN 1194:1999 [17], wonach sich f m,j,k 8 + 1,4 28 = 47,2 N/mm 2 ergibt, liegt der hier erforderliche Wert deutlich höher. Bei dem Vergleich der Keilzinkenbiegefestigkeits-Anforderungswerte der beiden Sortierklassen LS10+ und LS13+ fällt auf, dass der Anforderungswert der niedrigeren Sortierklasse LS10+ mit f m,j,k = 49 N/mm 2 nur wenig unterhalb des Anforderungswertes für die höhere Sortierklasse LS13+ mit 24 % höherer charakteristischer Biegefestigkeit der ungezinkten Lamellen liegt. Diese Festlegung spiegelt den Sachverhalt, dass sich das LS13+ und LS10+ Lamellenmaterial im Wesentlichen bezüglich der Ästigkeit unterscheidet, während in den defekt- 150

7 Brettschichtholz aus Eiche freien keilgezinkten Bereichen weitestgehend vergleichbares defektfreies Holz vorliegt. In diesem Sinne unterscheiden sich auch die charakteristischen astfreien Rohdichten der beiden Lamellen-Sortierklassen LS10+ und LS13+ mit ρ k = 665 kg/m³ bzw. ρ k = 680 kg/m³ nur gering. 4.3 Querschnittsabmessungen und aufbau VIGAM Brettschichtholz muss aus mindestens vier flachseitig miteinander verklebten Lamellen aufgebaut sein. In Verbindung mit der Regeldicke der Lamellen von 20 mm beträgt die zulassungsgemäß nicht explizit festgelegte Mindesthöhe damit rd. 80 mm. Maximal darf die Querschnittshöhe h = 400 mm betragen. Die Querschnittsbreite muss im Bereich 50 mm b 160 mm liegen. Die durch das Herstellverfahren limitierte Bauteillänge darf maximal 12 m betragen. Universal-Keilzinkenverbindungen und Durchbrüche sind bei VIGAM- BSH unzulässig. Der Aufbau von VIGAM-Eiche-BSH ist durchweg symmetrisch kombiniert, d. h. die äußeren und inneren Lamellen gehören unterschiedlichen Sortier- bzw. Festigkeitsklassen an. Die äußeren höherfesten Lamellen der Sortierklasse LS13+ müssen jeweils mindestens 1/6 der Trägerhöhe H, jedoch mindestens zwei Lamellen umfassen. Die inneren Lamellen müssen mindestens der Sortierklasse LS10+ genügen. 4.4 Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichte-Rechenwerte von VIGAM-Eiche-BSH Die auf der Basis umfangreicher Lamellen- und Bauteil-Untersuchungen in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z [20] festgeschriebenen charakteristischen Rechenwerte sind in Tabelle 2 zusammengestellt. In der Tabelle sind zu Vergleichszwecken mit Brettschichtholz aus Nadelholz die Rechenwerte der BSH-Festigkeitsklasse GL32c nach DIN 1052:2008 [4], DIN EN 1194 [17] und FprEN [18] aufgeführt. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, liegt die charakteristische Biegefestigkeit mit f m,g,k = 33,5 N/mm 2 nominell etwas höher als bei BSH der Festigkeitsklasse GL32c aus Nadelholz mit f m,g,k = 32 N/mm 2 gemäß allen relevanten Normen. Berücksichtigt man jedoch den bei NH-BSH gemäß DIN EN :2010 [8], Abschn. 3.3, ansetzbaren Höhenfaktor k h = min 1,1;(600/h) 0,1, so ergibt sich für h = 400 mm (= größte zulässige Höhe von VIGAM-Eiche BSH mit k h = (600/400) 0,1 = 1,04 ein GL32c-Vergleichswert der nur marginal um rd. 0,5 % unter der charakteristischen Biegefestigkeit von VIGAM-BSH aus Eiche liegt. (Anmerkung: Für das betrachtete Eichen-BSH gilt, wie in Fußnote a zu Tabelle 2 ausgeführt, ebenfalls ein Größenfaktor mit geänderten Werten für die Bezugshöhe und den Höhenexponenten, jedoch mit gleicher Deckelung auf maximal 1,1. Der Höchstwert von VIGAM-Eiche- BSH kann hiernach bis zu einer Querschnittshöhe von maximal h = 200 mm mit f m,g,k = 1,1 x 33,5 = 36,9 N/mm 2 angesetzt werden). Bei der Zugfestigkeit parallel und rechtwinklig zur Faserrichtung liegen bei VIGAM-Eiche- BSH Erhöhungen des charakteristischen Festigkeitsniveaus um 18 % bzw. 20 % gegenüber NH-BSH GL 32c vor. Im Gegensatz zu den sehr geringen bzw. moderaten Leistungssteigerungen bei Biegung und Zug gegenüber GL 32c aus Nadelholz ergeben sich bei den Druckfestigkeiten parallel und rechtwinklig zur Faserrichtung jedoch erhebliche Erhöhungen. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass sich die Rechenwerte der charakteristischen Druckfestigkeit parallel zur Faserrichtung bei VIGAM-Eiche-BSH in Abhängigkeit einer Verwendung der Bauteile in der Nk 1 und 151

8 2. Stuttgarter Holzbau-Symposium Nk 2 deutlich unterscheiden. Dieser Sachverhalt spiegelt den im Vergleich zu den Zug- und Biegeeigenschaften deutlich größeren Einfluss der Holzfeuchte auf die Druckfestigkeit wieder. Der für die Nk 1 gültige charakteristische (Basis-)Druckfestigkeitswert parallel zur Faserrichtung liegt bei VIGAM Eiche-BSH mit f c,0,g,k = 45 N/mm 2 gegenüber GL32c aus Nadelholz um den Faktor 45/24,5 = 1,84 höher. Die hohe charakteristische Druckfestigkeit führt - auch in Verbindung mit einem gegenüber NH-BSH der Klasse GL32c um 7 % höheren Elastizitätsmodul von N/mm 2 zu einem sehr hohen Leistungspotential für längsdruckbeanspruchte Bauteile, insbesondere Stützen, die mit Stahlbetonbauteilen bei kleineren Schlankheiten voll konkurrenzfähig sind. Die Abminderung von f c,0,g,k in der Nk 2 beträgt 1/3, womit sich f c,0,g,k (Nk 2) zu 30,2 N/mm 2 ergibt. Tabelle 2: Charakteristische Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtekennwerte für VIGAM Brettschichtholz aus Eiche gemäß [20]. Mitangegeben sind zu Vergleichszwecken die Kennwerte für Brettschichtholz aus Nadelholz der Festigkeitsklasse GL32 c gemäß deutscher und europäischer Normen in N/mm 2 Kennwerte 45 26,5 26,5 24,5 f c,90,g,k ,5 f c,0,g,k b VIGAM Brettschichtholz aus Eiche gemäß Z [16] Brettschichtholz aus Nadelholz der Festigkeitsklasse GL32c DIN DIN EN FprEN 1052: : :2012 [4] [17] [18] Biegefestigkeit a f m,g,k 33, f t,0,g,k 23 19,5 19,5 19,5 Festigkeitskennwerte Zugfestigkeit f t,90,g,k 0,6 0,5 0,45 0,5 Steifigkeitskennwerte in N/mm 2 Druckfestigkeit Schubfestigkeit f v,0,g,k 4 2,5 3,2 3,5 E 0,g,mean Elastizitätsmoduln E 0,g, E 90,g,mean E 90,g, Schubmodul G g,mean G g, Rohdichtekennwert in kg/m 3 Rohdichte ρ g,k a b Bei Flachkant-Biegebeanspruchung der Lamellen bei Trägern mit h < 400 mm darf der charakteristische Festigkeitswert mit dem Beiwert k = min 400, h ; 1,1 multipliziert werden. Bei Verwendung des Brettschichtholzes in den Umgebungsbedingungen der Nutzungsklasse 2 ist der charakteristische Wert der Druckfestigkeit um 1/3 abzumindern. Die Querdruckfestigkeit von VIGAM Eiche-BSH beträgt konservativ festgelegt f c,90,g,k = 8 N/mm 2 und damit das 3,2fache des entsprechenden NH GL32c-Wertes. Die charakteristische Schubfestigkeit liegt mit f v,0,g,k = 4 N/mm 2 nominell um das 4/3,5 = 1,14fache über dem entsprechenden Rechenwert für GL32c nach FprEN 14080:2012 [18]. Für einen zutreffenden Vergleich sind jedoch des Weiteren die für die beiden Brettschichtholztypen unterschiedlich festgelegten k cr -Werte zur Berücksichtigung von Rissen bei der Bestimmung der wirksamen Breite b ef = k cr b des BSH-Bauteils zu berücksichtigen. 152

9 Brettschichtholz aus Eiche Der k cr -Wert ist für VIGAM-BSH in Z [20] zu 1,0 festgelegt während für NH-BSH nach FprEN [18] gemäß DIN EN /NA:2010 [21] der Wert k cr = 2,5/f v,k = 2,5/3,5 = 0,71 gilt. Berücksichtigt man die genannten k cr -Festlegungen, so liegt die charakteristische Schubtragfähigkeit von VIGAM-Eiche-BSH um den Faktor 1,6 über derjenigen von NH-GL32c. Der charakteristische Rohdichte-Kennwert liegt mit r g,k = 690 kg/m 3 im Vergleich zu NH GL32c um den Faktor 690/400 = 1,73 höher. Wie ersichtlich entsprechen sich, mechanisch plausibel, die Erhöhungen der VIGAM-BSH-Druckfestigkeit parallel zur Faserrichtung und der Rohdichte von rd. 1,8 bzw. rd. 1,7 gut. 5. Zusammenfassung Brettschichtholz aus Eiche wurde in der Vergangenheit ungeachtet nicht unbeträchtlicher Verklebungsprobleme teilweise für im Sinne des Baurechts nicht tragende Zwecke und vereinzelt tragend als ungeregeltes Bauprodukt auf der Basis von Zustimmungen im Einzelfall mit streng gefassten Randbedingungen und Überwachungsregularien im Bauwesen verwendet. Im Vordergrund stand hierbei in den seltensten Fällen die hohe natürliche Dauerhaftigkeit von Europäischer und Amerikanischer Weißeiche. Die meisten Anwendungen betrafen planmäßige Klimarandbedingungen vergleichbar der Nutzungsklasse (NK) 1 und seltener der NK 2. Treibend für die Verwendung waren und sind die aus der Farbe und Maserung des Holzes resultierenden architektonischen/ästhetischen Aspekte in Verbindung mit der hohen Tragfähigkeit. Mit VIGAM-Eiche-BSH steht nunmehr erstmalig bauaufsichtlich geregelte (Z [20]), universal einsetzbare neue Brettschichtholzklasse zur Verfügung. Die eingeschränkten Querschnittsabmessungen und die Beschränkung auf die Nutzungsklassen 1 und 2 sind primär produktionstechnisch bedingt und wurden zweitens konservativ im Hinblick auf fehlende Erfahrungen des Verhaltens deutlich außerhalb der Nutzungsklasse 1 gewählt. Mit Blick auf architektonische Diversifizierungsansprüche und geänderte forstliche Rahmenbedingungen ist anzunehmen, dass Eiche-BSH, wie andere verklebte Laubholzprodukte, zunehmend spezielle Marktsegmente des konstruktiven Ingenieurholzbaus besetzen wird. Zu erwähnen ist, dass bei einem weiteren verklebten Eichen-BSH-Produkt die Erteilung einer Allgemeinen Bauaufsichtlichen Zulassung seitens des DIBt vor dem Abschluss steht. 6. Literatur [1] DIN EN 350-2:1994 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten Natürliche Dauerhaftigkeit von Vollholz Teil 2: Leitfaden für die natürliche Dauerhaftigkeit und Tränkbarkeit von ausgewählten Holzarten von besonderer Bedeutung in Europa; Deutsche Fassung EN 350-2: 1994 [2] DIN 68364:2003 Kennwerte von Holzarten, Rohdichte, Elastizitätsmodul und Festigkeiten [3] Kollmann F (1982) Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe. 2te Auflage, Springer Verlag [4] DIN 1052:2008 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken - Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau [5] DIN :2008 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit - Teil 5 Laubschnittholz 153

10 2. Stuttgarter Holzbau-Symposium [6] DIN EN 338:2010 Bauholz für tragende Zwecke Festigkeitsklassen; Deutsche Fassung EN 338: 2009 [7] DIN EN 14080:2005 Holzbauwerke Brettschichtholz-Anforderungen; Deutsche Fassung EN 14080:2005 [8] DIN EN :2010 Eurocode 5: Bemessung von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeines Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN : AC: A1:2008 [9] DIN EN 1912:2012 Bauholz für tragende Zwecke Festigkeitsklassen Zuordnung von visuellen Sortierklassen und Holzarten; Deutsche Fassung EN 1912:2012 [10] Glos P, Lederer B (2000) Sortierung von Buchen- und Eichenschnittholz nach der Tragfähigkeit und Bestimmung der zugehörigen Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte. Bericht Nr , Institut für Holzforschung, Technische Universität München [11] Manbeck H B, Blankenhorn P R, Janowiak J J, Witmer Jr., R W, Labosky Jr., P. Powers, P.S. und Schramm, P.D. (1999) Northern Red Oak glued-laminated timber bridge. Journal of Bridge Engineering. 4: [12] Pitzner B, Bernasconi A, Frühwald A (2001) Verklebung einheimischer dauerhafter Holzarten zur Sicherung von Marktbereichen im Außenbau. Arbeitsbericht Nr. 2001/5 zum DGfH-Forschungsvorhaben G-1999/18; Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft [13] Buchgraber M (2002) Verklebung von Eichenholz. Holzforschung und Holzverwertung, 54(2):26-27 [14] Neumüller A, Kirchmayr H, Brandstätter M (2004) Konstruktive Verwendung von Eichenholz Zusammenfassung und Erkenntnisse für die Praxis. Arbeitsheft 6/04, proholz Austria [15] Aicher S, Stapf G (2007) Verklebte Vollholzprodukte aus Eiche im Außenbereich. Schlussbericht zum Holzabsatzfonds-Forschungsvorhaben Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart [16] DIN EN 386:2002 Brettschichtholz Leistungsanforderungen und Mindestanforderungen an die Herstellung; Deutsche Fassung EN 386: 2001 [17] DIN EN 1194:1999 Holzbauwerke Brettschichtholz Festigkeitsklassen und Bestimmung charakteristischer Werte; Deutsche Fassung EN 1194: 1999 [18] FprEN 14080:2012 Holzbauwerke Brettschichtholz und Balkenschichtholz Anforderungen (Fassung: in Englisch) [19] Z (2012) Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung betreffend Melamin- Harnstoffharz-Klebstoff GripPro TM Design für die Verklebung tragender Holzbauteile aus Nadelholz sowie aus den Laubhölzern Eiche, Buche, Birke und Kastanie Geltungsdauer: bis Antragsteller: Casco Adhesives AB [20] AbZ Z (2012) Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung betreffend VIGAM Brettschichtholz aus Eiche. Geltungsdauer: bis Antragsteller: Elaborados y Fabricados Gamiz S. A., Spanien [21] DIN EN /NA:2010 Nationaler Anhang National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau 154