Merkblatt Holzbaukonstruktionen

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1 Merkblatt Holzbaukonstruktionen Einleitung: Ziel Das vorliegende Dokument "Merkblatt für Holzbaukonstruktionen" wurde von Prof. Dr. C. Sigrist der Fachhochschule in Biel erarbeitet und dient den Planenden aus den Gebieten Tragwerk und Architektur als Hilfsmittel für die Projektierung von Holztragwerken. Das Merkblatt soll aufzeigen, welche Punkte bei der Planung von zukünftigen Holzbau-Konstruktionen zu beachten und wo Zusatzinformationen zu finden sind. Gleichzeitig sollen die Beauftragten zur Prüfung des Einsatzes der Holzbauweise ermuntert werden. Die Projektierenden finden im Anhang 1 eine Zusammenfassung der bei der Projektierung von Holztragwerken speziell zu prüfenden Punkte und möglichen Literaturstellen. Das Dokument ersetzt in keinem Fall die gültigen Normen und Vorschriften und erhebt auch keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 1 von 12

2 Einleitung: Ziel und Zweck Allgemein Allgemeine Bedingungen für Bauwerke in Holzbauweise Architekten- und Ingenieurteam Einwirkungen Anforderungen ans Bauwerk Entwurf eines Holztragwerks Ingenieurholzbau Traditioneller Holzbau und Holzhausbau Materialwahl und Materialeinsatz Besondere Massnahmen bei Bauwerken in Holzbauweise Brandschutz Schallschutz und Bauphysik Dauerhaftigkeit Beachtung besonderer Holzeigenschaften Holzfeuchte Holz auf Druck senkrecht zur Faser beansprucht Holz auf Zug senkrecht zur Faser beansprucht Gewährleistung der Gebrauchstauglichkeit Primärliteratur Zusammenfassung Merkblatt für Holzbaukonstruktionen Allgemeine Bedingungen für Bauwerke in Holzbauweise Architekten- und Ingenieurteam Einwirkungen Anforderungen an das Bauwerk Entwurf eines Holztragwerks Materialwahl und Materialeinsatz Besondere Massnahmen bei Bauwerken in Holzbauweise Beachtung besonderer Holzeigenschaften Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 2 von 12

3 Allgemein 1.1 Allgemeine Bedingungen für Bauwerke in Holzbauweise Die Anwendung der aktuellen Normen der Normenreihe SIA 260 bis 267, insbesondere die Norm SIA 265:2003 und die Norm SIA 265/1:2009 (im Speziellen bei der Verwendung von Holzwerkstoffen) ist zwingend. Hintergründe zu den für den Holzbau relevanten Normenwerken sind in den SIA Dokumentationen D 0181 (Grundlagen der Projektierung von Tragwerken, Einwirkungen auf Tragwerke), D 0185 (Holzbau, [2]) und D 0235 (Holzbau - Ergänzende Festlegungen [4]) der SIA zu finden. Bemessungsbeispiele zu gängigen Aufgabenstellungen unter Verwendung von Holz und Holzwerkstoffen sind in den SIA Dokumentationen D 0195 [3] und D 0235 [4] abgehandelt. Der kantonsspezifische Fachordner "Holzbau BE/SO" ( umfasst 11 Themenkreise, vom Argumentarium für das Holz bis zur Submission und Planung von Bauwerken in Holzbauweise. 1.2 Architekten- und Ingenieurteam Das Planer-Team muss die für den (Ingenieur-)Holzbau erforderliche Qualifikation, Erfahrung und Fachkompetenz nachweisen können. Referenzen zu (Ingenieur-)Holzbauprojekten im Speziellen und ein Leistungsausweis im Bereich Holzbau allgemein sind auszuweisen und das Projektteam ist entsprechend zusammenzustellen. Expertise im Bereich Holz kann regional oder auch überregional gefunden werden. Die Seiten der Lignum ( und von Holzbau Schweiz ( bieten entsprechende Hilfe. Das Departement Architektur, Holz und Bau, AHB der Berner Fachhochschule, BFH ( weist als schweizweit führendes Institut in allen für das Holz relevanten Aspekten Expertisen auf, dies sowohl in tragenden als auch in konstruktiven Bereichen. Bei spezifischen Anfragen können anerkannte Experten antworten oder die erforderlichen Kontakte zu anderen Spezialisten vermitteln. 1.3 Einwirkungen Die Einwirkungen sind nach der Norm SIA 261 und SIA 261/1 zu ermitteln. Die Korrektheit der Lastannahmen ist zu überprüfen. Neben den üblichen Einwirkungen auf das Tragwerk sind bei Holzbauten insbesondere der Brand und klimatische Einwirkungen zu berücksichtigen. Obwohl Holzbauten in Bezug auf Erdbeben ein eher gutmütiges Tragverhalten (Verformungskapazität, Energiedissipation) aufweisen, verlangt dieser Lastfall besondere Aufmerksamkeit. Beim Einsatz von Massivholzplatten in Decke, Wand und Dach ändern sich gegenüber der "traditionellen" Holz-Ständer-Bauweise oder der Holz-Skelett- Bauweise die Steifigkeiten und die Eigenlast des Tragwerks erheblich, so dass ab 4 Geschossen der Lastfall Erdbeben massgebend werden kann. 1.4 Anforderungen ans Bauwerk Im Rahmen der Projektierung sind die gestellten Anforderungen ans Bauwerk zu erfüllen und verschiedene Dokumente vorzubereiten resp. zu erstellen wie Nutzungsvereinbarung, Projektbasis, Kontrollplan, Überwachungs- und Unterhaltsplan. Diese sind nicht spezifisch für den Werkstoff Holz, sondern beinhalten generelles Ingenieurwissen. Sie sind aber ein wesentlicher Bestandteil eines Projektes in Holz. Da es sich beim Werkstoff Holz um ein sprödes Material handelt (eine gewisse Duktilität kann nur in den Anschlüssen und Verbindungen erreicht werden), sind Zuverlässigkeit und Robustheit des Tragwerkes besonders zu betrachten und die Systemwahl und Statik der Holzkonstruktion gemäss der Norm SIA 265 auf das Tragverhalten im Grenzzustand der Tragsicherheit zu überprüfen. Die Logik des Tragwerks und die Zweckmässigkeit der Tragwerk- und Materialkonzepte sowie eine materialgerechte Konstruktion stehen bei allen Holzkonstruktionen im Vordergrund. Die Grenzen der Machbarkeit im Sinn von "Was geht noch - was geht nicht mehr" liegen im Holzbau nahe zusammen. Aus diesem Grund ist es unabdingbar, dass schon in der Entwurfsphase ein Holzbauingenieur beigezogen wird. Die Umsetzung der architektonischen Idee sollte nicht auf Kosten eines ungünstigen Materialeinsatzes oder einer nicht dauerhaften Lösung erfolgen. In diesem Sinne ist neben Ingenieurwissen auch die konstruktive Kompetenz gefragt, die auch durch spezialisierte Holzbauunternehmungen eingebracht werden kann. Die konstruktive Qualität des Projekts steht immer im Vordergrund, entsprechende Massnahmen zur Qualitätssicherung sind aufzustellen und umzusetzen. Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 3 von 12

4 Projekte mit Innovationsgehalt sind prinzipiell zu begrüssen. Die Machbarkeit und Gebrauchstauglichkeit sind in solchen Fällen aber speziell nachzuweisen, mit beteiligten Holzbauunternehmungen zu überprüfen sowie die Zuverlässigkeit der eingesetzten Materialien zu dokumentieren. Neuerung können theoretisch oder über Versuche nachgewiesen werden. In diesem Fall ist es ratsam, entsprechende Untersuchungen oder Prüfungen zur Validierung an anerkannten Prüfinstituten (z.b. zeitlich und bezüglich der Kosten zu definieren und im Projektablauf rechtzeitig vorzusehen. 1.5 Entwurf eines Holztragwerks Ingenieurholzbau Mehrgeschossige Holzbauten (vier oder mehr Geschosse) können aufgrund der Ausbildung der Tragwerke, der auftretenden Lasten und der Aussteifungskonzepte ebenfalls dem Ingenieurholzbau zugeordnet werden. Ein Tragwerk gliedert sich in Abhängigkeit des Rasters, der Binderabstände und der Spannweiten in kleinere Bauteile mit kurzen Spannweiten und in grössere Bauteile mit entsprechend grösseren Spannweiten. Erfahrungswerte zu Bauhöhen in Abhängigkeit der Spannweiten können beispielsweise in den Holzbautabellen [7] gefunden werden. Die hierarchische Organisation eines Tragwerks in Holzbauweise [5], [6] in Haupt- und Nebentragsysteme und die dazugehörigen, statischen Systeme sind wesentliche Randbedingungen, die zu einem guten und dauerhaften Tragverhalten der Konstruktion führen. Die Art und Weise, wie die horizontalen und vertikalen Lasten von der Struktur übernommen, über verschiedene Bauteile weitergeleitet und schlussendlich in die Fundamente eingeleitet werden, ist genau zu studieren und unmissverständlich durch den Holzingenieur festzulegen. Angaben zur Entwicklung von Tragwerken sind im Holzbautaschenbuch [7] zu finden. In Bezug auf den (Ingenieur-) Holzbau sind zudem folgende Punkte speziell zu beachten: konzentrierte, punktuelle Auflagerreaktionen können bei schlechtem Baugrund sinnvoll sein, führen zu einem weiten Raster und demzufolge zu mächtigen Tragwerken. verteilte Auflagerreaktionen führen bei engem Raster zu feingliedrigen Tragwerken Einspannmomente können im Holzbau nur mit grossem, baulichem Aufwand übernommen werden und sollten vermieden werden. Bei schlanken, stabförmigen Konstruktionen sind Stabilitätsprobleme speziell zu beachten: Knicken bei schlanken Stützen und Fachwerkgurten, Kippen bei hohen und schmalen BSH- Trägern sowie Rahmenecken, Beulen bei I-Trägern und Kastenträgern sowie bei Scheiben unter Berücksichtigung der vorliegenden Lagerbedingungen. Zur Gebäudestabilisierung und zur Gewährleistung der Brandschutzanforderungen bieten bei mehrgeschossigen Bauten Gebäudekerne in Betonbauweise gute Lösungsansätze. Die unterschiedlichen Setzungsmasse von Holz- und Betonkonstruktion oder Auswirkungen bei deren Koppelung sind besonders zu beachten. Die Einschätzung der Wirksamkeit von Holzscheiben zur Abtragung der Horizontallasten stellt besondere Anforderungen an den Planer und muss durch einen Holzbauingenieur erfolgen Traditioneller Holzbau und Holzhausbau Das Tragwerk setzt sich im Allgemeinen aus Systemen zusammen, die in Decke, Wand und Dach angeordnet sind. Im traditionellen Holzhausbau werden Deckensysteme meist als Balkenlage, Wandsysteme als Pfosten-Riegel-Konstruktion und Dachsysteme als Sparren-Pfetten-Konstruktion ausgeführt. Die heute für den Holzhausbau üblichen Bausysteme sind z.b. in [9] dargestellt. Für den modernen Holzhausbau liegt eine Vielzahl von Systemen zur Auswahl vor. Diese wurden von innovativen Unternehmungen entwickelt, werden heute als "Paket" angeboten und beinhalten neben bewährten, standardisierten Detaillösungen und zweckmässigen Anschlüssen auch Angaben zu Vorfertigung und Montage. Neben komplexen Lösungen für Flachdächer und deren Anschlüsse zu den Wandsystemen liegt auch die konstruktive Umsetzung von Anschlüssen zu Fenstern, Türen, Beschattungselementen etc. vor. Anbieter des schweizerischen Verbands geprüfter Qualitätshäuser VGQ ( bieten zusätzliche Qualitätsstandards. Die dadurch verfügbaren Decken, Wand- und Dachsysteme sind auch in anderen Anwendungen und für verschiedenste energetische Anforderungen mit entsprechenden Anpassungen einsetzbar. Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 4 von 12

5 1.6 Materialwahl und Materialeinsatz Bei Holz und HWS handelt es sich prinzipiell um ökologische Produkte, meist hergestellt aus einer lokal verfügbaren Ressource mit vielfältiger Anwendbarkeit. Die Produktpalette für den tragenden und nicht tragenden Einsatz ist riesig und verschiedenste Produktnormen sind einzuhalten. Produktdeklarationen (Labels, Zertifikate, etc.) weisen insbesondere bei Beschaffung aus Übersee die Umweltverträglichkeit nach. Gegebenenfalls ist die Möglichkeit einer Wiederverwendbarkeit der Baustoffe (Recycling), eine allfällige Kaskadennutzung vor der finalen Energiegewinnung oder der Entsorgung in Betracht zu ziehen und zu studieren. Beim statischen Einsatz sind die Werkstoffe nach festigkeitsrelevanten Kriterien auszuwählen. Beim konstruktiven Einsatz von Holz und HWS stehen eher Aspekte der Ästhetik oder der Dauerhaftigkeit im Vordergrund. Im Allgemeinen müssen für die Produktion und den Einsatz von Holz und HWS die relevanten Normen gemäss der Norm SIA 265/1:2009 (siehe auch D 0235 [4]) eingehalten werden. Dem Materialentscheid und der Materialbeschaffung geht eine detaillierte Evaluation vor. Die Verfügbarkeit der Materialien (Holzarten, Abmessungen, Festigkeitsklassen / Qualität) ist fallweise abzuklären. Folgenden Punkten ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken: Für Vollholz und BSH gelten die Vorgaben der Norm SIA 265:2003. BSH muss gemäss den Richtlinien des SFH ( hergestellt werden oder eine EC Markierung aufweisen. Nicht zertifizierte Produkte sind nicht zugelassen. Die in der Schweiz zertifizierten BSH-Hersteller sind auch im Register der SFH-RLkonformen Brettschichtholz-Produzenten des SIA ( aufgeführt. Für BSH gelten folgende übliche Abmessungen: BSH B=200 und h=1600mm (Sonderhöhen und Blockverleimungen von Trägern sind möglich, jedoch kostenintensiv), Längen > 30m sind je nach Transport- und Montagebedingungen in Absprache mit dem Hersteller möglich. Bei weit gespannten Tragwerken ergibt sich die Nachfrage nach hochfesten und leistungsfähigen Materialien. Die Verwendung von BSH der Festigkeiten GL32 und GL36 setzt aber besondere Massnahmen voraus (maschinelle Sortierung der Bretter, damit die hohen Festigkeiten garantiert werden können. Die Verfügbarkeit von BSH dieser Festigkeit ist abzuklären und zu sichern. Solch hochfestes Material sollte gezielt zum Einsatz an hochbelasteten Stellen eines Bauteils (Untergurt Fachwerk, hochbelastete Diagonale) eingesetzt werden und kann zu sinnvollen Lösungen führen. Bei reiner Biegung ist die Möglichkeit einer leicht grösseren Bauhöhe prüfen. Massivholzplatten (auch unter der Bezeichnung Brettsperrholz BSP bekannt) werden in der Schweiz und im nahen Ausland produziert und weisen ein grosses Zukunftspotential auf. Die Festigkeitseigenschaften sind vom Eingangsmaterial, dem Aufbau und der Belastungsrichtung abhängig und sind nicht in den Normen verankert. Für den Einsatz solcher Produkte sind die Angaben der Hersteller anzufordern. Die Abmessungen von Massivholzplatten betragen etwa L< 20 m, B< 3m. Für Furniersperrholz gelten ähnliche Überlegungen wie für Massivholzplatten. Die Abmessungen der Platten betragen üblicherweise L< 12 m, B< 1.8 m. Weitere HWS wie Sperrholz, Faserplatten, Spanplatten etc. sind gemäss den Vorgaben der Norm SIA 265/1:2009 zu behandeln. Oft liegen für diese HWS Zulassungen oder "Technical Approvals" vor, welche den Einsatz von geprüften oder zugelassenen Baustoffen und Bauteilen aus solchen Baustoffen klar regeln. Plattenmasse für Standard HWS betragen üblicherweise 6-10m Länge und maximale Breiten von etwa 2.4 m. Materialkombinationen von Holz und Holzwerkstoffen, Holz im Verbund mit Baustoffen wie Beton, Stahl, Glas, Faserwerkstoffen etc. geben dem Holz einen grossen Mehrwert und interessante Einsatzmöglichkeiten. Die Lignum ( bietet einschlägige Literatur zur Anwendung von Holz und HWS sowohl für den Ingenieurholzbau als auch für den traditionelleren Holzbau an. 1.7 Besondere Massnahmen bei Bauwerken in Holzbauweise Brandschutz Holz wird immer mehr auch in mehrgeschossigen Bauten eingesetzt. Dem Brandschutz ist dabei besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da es sich bei Holz und Holzwerkstoffen um brennbare Materialien handelt. In Zusammenarbeit mit den kantonalen Behörden (VKF, Gebäudeversicherung, siehe Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 5 von 12

6 auch Brandschutz-vorschriften VKF: sind für das Objekt geeignete Brandschutzkonzepte unter Berücksichtigung von Schutzzielen und abgestimmten Massnahmen zu erstellen. Das Brandschutzkonzept muss vor Baubeginn vorliegen. Projekte von fünf- und sechsgeschossigen Bauten mit Holztragwerken sind durch einen anerkannten Fachingenieur / Brandschutzspezialisten zu begleiten. Es besteht die Möglichkeit, ein Standardkonzept zu übernehmen oder ein objektbezogenes Konzept mit gleicher Sicherheitsqualität zu erstellen. Fluchtwege, Brandabschnitte, die Bekleidung der Bauteile (Gipsfaserplatten, Blech, usw.) sowie die Detaillösungen sind für die definierten Anforderungen auszulegen. Tragwerke sind derart zu bemessen, damit im Brandfall ihre Standsicherheit erhalten bleiben. Brandabschnittbildende Bauteile verhindern während einer definierten Zeit eine Brandausbreitung zum nächsten Brandabschnitt. Tragende und brandabschnittbildende Bauteile sind nachzuweisen oder es sind zugelassene Bauteile zu verwenden. Um die Planung zu vereinfachen, wurden verschiede vom VKF anerkannte Dokumentationen von der Lignum zu diesem Thema [14], [15], [16], [17] erarbeitet. Auch die Holzfassade muss den Brandschutzanforderungen gehorchen. Entsprechende Konzepte sind mit der Brandschutzbehörde auszuarbeiten. Holz-Aussenwandbekleidungen bis 8 Geschosse sind in den meisten Fällen möglich, aber nur zulässig, wenn sie die Brandausbreitung über mehrere Geschosse nicht begünstigen und entsprechende Massnahmen (öffnungslose Fassade, Begrenzung der Holzfläche, Sprinklervollschutz, etc.) getroffen werden Schallschutz und Bauphysik Der Schallschutz [18] und die Bauphysik stellen besonders hohe Anforderungen an die Planung und Ausführung von Bauten aus Holz. Holz und Holzwerkstoffe sind im Vergleich zu Stahl und Beton leichte Baustoffe mit limitierten Abmessungen. Die Schwingungsanfälligkeit von leichten Deckensystemen ist mit diesen Randbedingungen eng verknüpft. Bauphysikalische Anforderungen, Anforderungen seitens der Fertigung und Montage, die Fertigstellung des Innenausbaus und der Fassade führen zu vielschichtigen Elementen. Den Verbindungen dieser Elemente ist besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da sie im Hinblick auf den Schallschutz und die Bauphysik Schwachstellen darstellen. Der Schichtaufbau (korrekte Abfolge und unterschiedliche Absperrwirkung der Schichten von innen nach aussen), die Eigenschaften der eingesetzten Schichten (Dämmeigenschaften, Speicherkapazität) beeinflussen wesentlich den sommerlichen und winterlichen Wärmeschutz und sorgen für eine Feuchteregulierung und ein optimales Klima im Gebäude. "Standardlösungen" sind im Holzbau immer noch die Ausnahme, Expertenwissen ist in Bezug auf diese Themen besonders gefragt, da wenige Planungshilfen verfügbar sind Dauerhaftigkeit Die Dauerhaftigkeit von Holzkonstruktionen ist mit geeigneten konstruktiven Massnahmen, einer korrekten Materialwahl, durch werkstofftechnische Massnahmen und allenfalls durch geeignete Oberflächenbehandlung zu gewährleisten. Die korrekte Umsetzung der geplanten Massnahmen ist bei der Bauausführung sicherzustellen. Planungshilfen sind in [10], [12] zu finden. Mittels Unterhaltsplänen und präzisen Vorschriften zur periodischen Zustandserfassung und zu den auszuführenden, wiederkehrenden Unterhaltsarbeiten kann die Dauerhaftigkeit gewährleistet werden. 1.8 Beachtung besonderer Holzeigenschaften Holzfeuchte Holz ist ein anisotroper Werkstoff, der anfällig auf Feuchte- und Zeiteinflüsse ist. Dieses Verhalten verlangt spezielle Massnahmen bei der Berechnung und Bemessungen von Tragwerken und bei der Ausarbeitung von Anschlussdetails. Dies setzt ein gutes Materialverständnis und die Zusammenarbeit mit einem Holzbauingenieur oder einem kundigen Holzbauer voraus. Holz und HWS sind anfällig auf Feuchtebefall. Tragwerke / Bauteile, die vor Witterung geschützt sind und sich in geheizten Räumen befinden (Feuchteklasse 1, Holzfeuchte unter 12 %) sind unproblematisch und verhalten sich langfristig gut. Vor Witterung geschütztes Holz im Aussenbereich (Feuchteklasse 2, Holzfeuchte unter 20 %) weist ebenfalls ein gutes Verhalten auf, falls kein stehendes Wasser vorliegt und die Möglichkeit der Austrocknung dank konstruktiver Massnahmen sichergestellt werden kann. Der Witterung direkt ausgesetztes Holz oder Holz, das im Wasser steht (Feuchteklasse 3, Holzfeuchte über 20 %), ist zu vermeiden. Eine erhöhte Holzfeuchte (Feuchteklasse 2 oder 3) kann zu Verfärbungen, Pilzbefall oder übermässigen Deformationen führen. Langzeitdeformationen von Holz und HWS infolge Kriechen sind im feuchten Klima Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 6 von 12

7 wesentlich grösser als wenn das Holz trocken eingebaut (oder auf die zu erwartende Holzfeuchte vorkonditioniert ist) und trocken gehalten wird. Eine höhere Holzfeuchte bewirkt zudem eine Reduktion von Festigkeit und Steifigkeit in den Feuchteklassen 2 und 3 (siehe auch SIA 265). Feuchteänderungen haben weiter einen grossen Einfluss auf Schwinden und Quellen, welches zur Rissbildung im Holz oder im Fall von Schwindbehinderung zu Zwängungen führt. Die korrekte Erfassung solcher Dimensionsänderungen setzt ein gutes Materialverständnis voraus. Ein ungewollter Feuchteeintritt in die Konstruktion oder Teile der Konstruktion sind zu vermeiden. In speziellen Fällen kann bei Nutzungsänderungen oder baulichen Massnahmen wie zum Beispiel beim nachträglichen Schliessen eines Bauwerks das Zusammenspiel von Temperatur und Feuchte gestört werden. Das Raumklima ändert sich, da die ursprünglich vorgesehene Lüftung / Belüftung des Tragwerks unter Umständen nicht mehr funktioniert, was möglicherweise zu einer Erhöhung der Holzfeuchte führt. Besonders anfällig für Feuchteprobleme sind Tragwerke in Eishallen, Schwimmhallen oder Lagerhallen für organische Güter. Die Gebäudehülle und insbesondere die Fassaden sind die Visitenkarte eines jeden Bauwerks. Die Materialwahl und die Materialbeschaffung sind rechtzeitig anzugehen und die natürliche Dauerhaftigkeit nach Lignum Richtlinie [10] sind im Hinblick auf eine langfristige Dauerhaftigkeit zu beachten. Eine Bemusterung oder Bewitterungsversuche können wesentliche Kriterien für die Materialwahl liefern. Gleichzeitig gilt es, eine allfällige Behandlung des Fassadenmaterials wie Vorbehandlung, Imprägnieren, Anstrich, Abdeckung oder eine künstliche Alterung der Oberfläche festzulegen. Die Befestigung der Fassadenelemente ist unter Berücksichtigung der Montagemöglichkeiten zu bestimmen, Ersatz- und Reparaturmöglichkeiten sind vorzusehen. Besondere Aufmerksamkeit ist den Fassadenöffnungen (Fenster, Türen) zu schenken Holz auf Druck senkrecht zur Faser beansprucht Holz sollte parallel zur Faser beansprucht werden, um das beste Tragverhalten des Baustoffs zu nutzen. Holz, welches auf Druck senkrecht zur Faser belastet wird (Auflagerbereich, Schichtung von Querholz), erfährt grosse elastische Deformationen, welchen sich zusätzliche Deformationen infolge Kriechen überlagern. Bei Überbelastung erfolgen Quetschungen und eine beträchtliche Einschränkung der Gebrauchstauglichkeit Holz auf Zug senkrecht zur Faser beansprucht Holz, welches senkrecht zur Faserrichtung auf Zug belastet wird, weist ohne spezifische Massnahmen praktisch keine Festigkeit auf. Solche Spannungen (Querzugspannungen) treten bei gekrümmten Trägern mit konstantem Querschnitt (Bogenträger), bei Satteldachträgern mit geradem oder gekrümmtem Untergurt und bei Fischbauchträgern auf. Lokal kann das Holz im Bereich von Verbindungen (Momentenverbindungen, angehängten Lasten) oder bei einem kontinuierlichen Lasteintrag auf der Trägerunterseite (Anschluss Nebenträger / Hauptträger) ebenfalls senkrecht zur Faserrichtung belastet werden. Zugbeanspruchungen senk-recht zur Faserrichtungen führen zur Rissbildung, zu einer Beeinträchtigung oder gar zum Verlust der Tragfähigkeit. 1.9 Gewährleistung der Gebrauchstauglichkeit Die Anforderungen der Normen sind wie für alle Baustoffe einzuhalten. Die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit betreffen die Funktionstüchtigkeit des Bauwerks (Verformungen), den Komfort der Personen, die das Bauwerk nutzen (Schwingungen) und das Aussehen des Bauwerks. Besondere Aufmerksamkeit im Fall von Holzkonstruktionen verlangen Holzdecken (Schwingungen), die Berücksichtigung der Kriechverformungen und geringe Steifigkeiten von Holz und HWS bei Beanspruchungen senkrecht zur Faserrichtung sowie die Minimierung von Holzfeuchtebewegungen, was im Allgemeinen eine Vorkonditionierung des Holzes voraussetzt. Die Dauerhaftigkeit ist über die gesamte Nutzungsdauer sicherzustellen und wird in erster Linie durch konzeptionelle, konstruktive sowie material- und verarbeitungstechnische Massnahmen erreicht. Der konstruktive Holzschutz und die konstruktive Durchbildung von Anschlussdetails und Knotenausbildung und die Anordnung von Dehnfugen bei grossformatigen Bauteilen bürgen für eine langzeitige Dauerhaftigkeit der Bauteile und des Tragwerks. Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 7 von 12

8 1.10 Primärliteratur Die Normen der Reihe SIA 260 SIA 267 werden an dieser Stelle nicht gesondert aufgeführt. [1] Construction en bois, Natterer, Sandoz, Rey, Traité de Génie Civil, EPFL, Volume 13, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes [2] Dokumentation D 0185, Holzbau, Einführung in die Norm SIA 265, SIA 2003 [3] Dokumentation D 0195, Holzbau, Bemessungsbeispiele zur Norm SIA 265, Lignum 2003 [4] Dokumentation D 0235, Holzbau - Ergänzende Festlegungen, Bauteile aus Holz-Werkstoffen - Bemessungskonzept und Beispiele, Lignum 2010 [5] Holzbau Atlas 1, Götz, Moor, Möhler, Natterer, 1978 [6] Holzbau Atlas 2, Natterer, Herzog, Volz, 1991 [7] Holzbautabellen HBT1, Lignum, 2005 [8] Holzbau Taschenbuch, R. Halász, C. Scheer, Band 1: Grundlagen, Entwurf und Konstruktion (Ernst und Sohn, Berlin), 1986 [9] Kolb, J.: Holzbau mit System, 2007, Zürich, Lignum [10] Lignatec 01/1995, Holzschutz im Bauwesen, Zürich, Lignum [11] Lignatec 01/1996, Holz, ein ökologischer Rohstoff, Zürich, Lignum [12] Lignatec 08/1999, Fassadenverkleidungen aus unbehandeltem Holz, Zürich, Lignum [13] Lignatec 13/2001, Oberflächenschutz von Holzfassaden, Zürich, Lignum [14] Lignatec 2001, Holz und Brandschutz, Zürich, Lignum [15] Lignatec 2005, Bauten in Holz - Brandschutzanforderungen, Zürich, Lignum [16] Lignatec 2005, Bauten in Holz - Brandschutzanforderungen, Zürich, Lignum [17] Lignatec 2005, Bauten in Holz - Feuerwiderstandsdauer 30 und 60 Minuten, Zürich, Lignum [18] Lignatec 2008, Schallschutz von Decken, Zürich, Lignum [19] Lignatec 2008, Erdbebengerechtes Entwerfen und Konstruieren von mehrgeschossigen Holzbauten, Zürich, Lignum [20] Lignatec 2008, Schallschutz von Decken, Zürich, Lignum [21] VKF: Brandschutzvorschriften: VKF. Sammelordner A + B, Bern, Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 8 von 12

9 1.11 Zusammenfassung Merkblatt für Holzbaukonstruktionen Allgemeine Bedingungen für Bauwerke in Holzbauweise Die Anwendung der aktuellen Normen der Normenreihe SIA 260 bis 267 ist zwingend. Wesentliche Normen und Hintergrunddokumente sind: Im Speziellen bei der Verwendung von Holzwerkstoffen: Der kantonsspezifische Fachordners Holzbau BE/SO umfasst 11 Themenkreise vom Argumentarium für das Holz bis zur Submission und Planung von Bauwerken in Holzbauweise: Norm SIA 265:2003 SIA Dokumentationen D 0181 SIA Dokumentationen D 0185 SIA Dokumentationen D 0195 Norm SIA 265/1:2009 SIA Dokumentationen D 0235 ( Architekten- und Ingenieurteam Anforderungen an das Planer-Team: Expertise im Bereich Holz kann regional oder auch überregional gefunden werden: (Ingenieur)Holzbau spezifische Qualifikation Erfahrung und Fachkompetenz im Holzhausbau Referenzen zu (Ingenieur)Holzbauprojekten Leistungsausweis im Bereich Holzbau allgemein Lignum: ( Holzbau Schweiz: ( Architektur, Holz und Bau, AHB der Berner Fachhochschule ( Einwirkungen Die Einwirkungen sind nach der Norm SIA 261 und SIA 261/1 zu ermitteln. Neben den üblichen Einwirkungen auf das Tragwerk sind bei Holzbauten zu berücksichtigen: Brand klimatische Einwirkungen (Feuchteänderungen) Erdbeben Anforderungen an das Bauwerk Im Rahmen der Projektierung sind die gestellten Anforderungen ans Bauwerk zu erfüllen. Da es sich beim Werkstoff Holz um ein sprödes Material handelt (eine gewisse Duktilität kann nur in den Anschlüssen und Verbindungen erreicht werden) sind folgende Punkte zu beachten: Zuverlässigkeit und Robustheit des Tragwerkes Systemwahl und Statik Logik des Tragwerks Zweckmässigkeit der Tragwerk- und Materialkonzepte Beiziehen eines Holzbauingenieurs in der Entwurfsphase Projekte mit Innovationsgehalt sind prinzipiell zu begrüssen. Folgende Punkte sind frühzeitig zu klären: Machbarkeit und Funktionstüchtigkeit Zusammenarbeit mit beteiligten Holzbauunternehmungen Untersuchungen oder Prüfungen zur Validierung durch anerkannte Prüfinstitute ( Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 9 von 12

10 Entwurf eines Holztragwerks Ingenieurholzbau: Die hierarchische Organisation eines Tragwerks in Holzbauweise in Haupt- und Nebentragsysteme und die dazugehörigen, statischen Systeme sind wesentliche Voraussetzungen, die zu einem guten und dauerhaften Tragverhalten des Bauwerks führen (gilt auch für mehrgeschossige Holzbauten). Angaben zur Entwicklung von Tragwerken: Erfahrungswerte zu Bauhöhen in Abhängigkeit der Spannweiten: Gebäudestabilisierung: Holzbautaschenbuch, Band 1, Grundlagen, Entwurf und Konstruktion, Halasz / Scheer, 1986 Holzbautabellen HBT1, Lignum, 2005 Gebäudekerne in Betonbauweise (Setzungsmasse beachten) Holzscheiben zur Abtragung der Horizontallasten (Steifigkeiten beachten) Beiziehen eines Holzbauingenieurs Traditioneller Holzbau und Holzhausbau Tragwerke allgemein: Systeme in Decke, Wand und Dach angeordnet: Traditionelle Bauteile (Fachwerkträger, Biegeträger) Deckensysteme meist als Balkenlage Wandsysteme als Pfosten-Riegel-Konstruktion Dachsysteme als Sparren-Pfetten-Konstruktion Angaben zu Holzbausystemen: Holzbau mit System, J. Kolb, Lignum Materialwahl und Materialeinsatz Bei Holz und HWS handelt es sich prinzipiell um ökologische Produkte, meist hergestellt aus einer lokal verfügbaren Ressource mit vielfältiger Anwendbarkeit. Differenzierte Produktwahl: Statischer Einsatz: Konstruktiver Einsatz: Vollholz und BSH (Vorgaben der Norm SIA 265:2003): Hochfeste und leistungsfähigen Materialien: Massivholzplatten (auch unter der Bezeichnung Brettsperrholz BSP bekannt) und Furniersperrholz: Tragender Einsatz Nicht tragender Einsatz Einhalten verschiedener Produktnormen Werkstoffe nach festigkeitsrelevanten Kriterien auszuwählen Aspekte der Ästhetik oder der Dauerhaftigkeit stehen im Vordergrund BSH muss nach den Richtlinien des SFH hergestellt werden oder die CE Markierung aufweisen ( und Register BSH der Festigkeiten GL32 und GL36 mit Bedacht einsetzen, Verfügbarkeit und die Möglichkeit einer leicht grösseren Bauhöhe prüfen Nicht normiert Angaben zum Produkt beim Hersteller einholen HWS (Norm SIA 265/1:2009): Angaben zu Sperrholz, Faser-, Spanplatten etc. Mehrwert und interessante Einsatzmöglichkeiten bei Materialkombinationen mit Holz: Holz und Holzwerkstoffe Holz und Beton, Stahl, Glas, Faserwerkstoffen etc. einschlägige Literatur zur Anwendung von Holz und HWS bei Lignum ( Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 10 von 12

11 Besondere Massnahmen bei Bauwerken in Holzbauweise Brandschutz: Dem Brandschutz ist im Holzbau besondere Aufmerksamkeit zu schenken, da es sich bei Holz und HWS um brennbare Materialien handelt. Zusammenarbeit mit den kantonalen Behörden (VKF, Gebäudeversicherung): Brandschutzvorschriften VKF: Um die Planung zu vereinfachen, wurden zu diesem Thema verschiede vom VKF anerkannte Dokumentationen von der Lignum erarbeitet: Brandschutzkonzepte unter Berücksichtigung von Schutzzielen und abgestimmten Massnahmen erstellen Projekte von fünf- und sechsgeschossigen Bauten mit Holztragwerken möglich Holz-Aussenwandbekleidungen bis 8 Geschosse sind in den meisten Fällen möglich mit entsprechenden Massnahmen Fluchtwege und Brandabschnitte festlegen Bekleidung der Bauteile sowie die Detaillösungen für die definierten Anforderungen auslegen Planung durch einen anerkannten Fachingenieur / Brandschutzspezialisten zu begleiten tragende und brandabschnittbildende Bauteile nachweisen oder zugelassene Bauteile verwenden Lignatec 2005, Bauten in Holz - Brandschutzanforderungen Lignatec 2005, Bauten in Holz - Feuerwiderstandsdauer 30 und 60 Minuten Schallschutz und Bauphysik: Der Schallschutz und die Bauphysik stellen besonders hohe Anforderungen an die Planung und Ausführung von Bauten aus Holz. Komplizierte und vielschichtige Elemente: "Standardlösungen" sind im Holzbau immer noch die Ausnahme: Dauerhaftigkeit Bauphysikalische Anforderungen beachten Anforderungen seitens der Fertigung und Montage Abhängigkeiten zu Innenausbau und Fassade Komplexe Verbindungen = Schwachstellen Korrekte Abfolge des Schichtaufbaus beachten Unterschiedliche Absperrwirkung der Schichten Eigenschaften der eingesetzten Schichten (Dämmeigenschaften, Speicherkapazität) Expertenwissen besonders gefragt, da wenige Planungshilfen verfügbar sind Die Dauerhaftigkeit von Holzkonstruktionen wird gewährleistet durch: Konzeptionelle, konstruktive Massnahmen Material- und verarbeitungstechnische Massnahmen Eine korrekte Materialwahl Allenfalls durch geeignete Oberflächenbehandlung Die korrekte Umsetzung der geplanten Massnahmen Unterhaltspläne und Kontrollen Planungshilfen Lignum: Lignatec 01/1995, Holzschutz im Bauwesen Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 11 von 12

12 Beachtung besonderer Holzeigenschaften Holzfeuchte: Holz ist ein anisotroper Werkstoff und anfällig auf Feuchtevariationen und Zeiteinflüsse. Tragwerke / Bauteile vor Witterung schützen: Reduktion von Festigkeit und Steifigkeit: Holzfeuchten unter 12 % sind unproblematisch Gutes Verhalten bei Holzfeuchten unter 20 % falls kein stehendes Wasser vorliegt Austrocknung dank konstruktiver Massnahmen Der Witterung direkt ausgesetztes Holz vermeiden Holz auf die zu erwartende Holzfeuchte vorkonditionieren Erhöhte Holzfeuchte kann zu Verfärbungen oder Pilzbefall führen Besonders anfällig für Feuchteprobleme: Tragwerke in Eishallen, Schwimmhallen Bei Holzfeuchten über 12 % Feuchteänderungen haben einen grossen Einfluss auf Schwinden und Quellen Bei Nutzungsänderungen oder Modifizierung der Gebäudehülle Änderung des Raumklimas beachten Holz senkrecht zur Faser beansprucht: Holz sollte parallel zur Faser beansprucht werden (bestes Tragverhalten). Beanspruchung auf Querdruck: Beanspruchung auf Querzug: Querzugspannungen treten auf bei: Grosse elastische Deformationen Zusätzliche Deformationen infolge Kriechen Holz, welches senkrecht zur Faserrichtung auf Zug belastet wird, weist ohne spezifische Massnahmen praktisch keine Festigkeit auf Gekrümmten Trägern (Bogenträger) Satteldachträgern Fischbauchträgern Lokal im Bereich von Verbindungen Angehängten Lasten Bei einem kontinuierlichen Lasteintrag auf der Trägerunterseite Prozessverantwortung: Bruno Rankwiler Seite: 12 von 12