Ingenieurholzbau-Dachstühle sind deutlich materialeffizienter, wirtschaftlicher und leistungsfähiger als traditionelle zimmermannsmäßige Konstruktionen. Ein wesentlicher Fortschritt ist der Einsatz von Brettschichtholz-Produkten (BSH) und Verbundträgern, die aus unterschiedlichen Querschnitten und Spezialprofilen zusammengesetzt und in der Regel verleimt oder mechanisch verbunden sind. Ein weiterer grundlegender Aspekt ihrer Effizienz ist die Präzisionskonstruktion, bei der jede Bauteildimension und jeder Anschluss durch detaillierte statische Berechnungen bestimmt wird, was eine maßgeschneiderte Planung jedes Elements sicherstellt. Die Verbindungen im Ingenieurholzbau werden mit Bolzen oder speziell entwickelten Holzverbindern ausgeführt, wodurch traditionelle zimmermannsmäßige Holzverbindungen, die die Tragfähigkeit beeinträchtigen könnten, vermieden werden.
Die charakteristischen Verbindungen von Ingenieurholzkonstruktionen und Dachstühlen gliedern sich wie folgt:
Bolzenverbindungen werden zur Verlängerung von Stößen bei druck- oder zugbeanspruchten Balken sowie zur Verbindung verschiedener Elemente mittels Laschenverbindungen eingesetzt. In diesen Fällen dienen die Bolzenschäfte und die Lochleibung als lastübertragende Flächen. Die Passbolzen bzw. Gewindebolzen werden mit Unterlegscheiben und Muttern fixiert.
Dübelverbindungen mit besonderen Holzverschraubungen werden typischerweise für den Stoß von Druck- oder Zugtrimmen verwendet. Die Lastübertragung erfolgt über gleichmäßig beabstandete oder einzelne Hartholzdübel. Die Elemente werden mit Passbolzen zusammengespannt.
Bei Verbindungen mit Metalleinlagen werden die Hartholzeinlagen durch Einpressdübel (z. B. Ringdübel, Scheibendübel oder Krokodildübel) oder andere Stahlprofil-Einsätze ersetzt.
Nagelverbindungen werden im Allgemeinen zur Befestigung von Brettern oder Bohlen verwendet. Ähnlich wie Bolzen können sie in unterschiedlichen Anordnungen und mehrreihig ausgeführt werden.
Nagelplatten können niveaugleiche Elemente gleicher Dicke miteinander verbinden. Sie werden in der Regel beidseitig aufgepresst, sodass mehrere Elemente miteinander verbunden werden können.
Zwei- und Dreiwege-Verbinder sind präzise geformte Metallbauteile, die auf spezifische Holzprofile und Anschlusswinkel abgestimmt sind. Rechtwinklige Anschlüsse können mit Balkenschuhen, Flachverbindern, Winkelverbindern oder Stützenfüßen ausgeführt werden. Diese Mehrzweckverbinder können auch für Stöße oder zur Verankerung geneigter Bauteile (z. B. Sparren) verwendet werden. Für diese Verbinder können Kammnägel, Holzschrauben oder Passbolzen verwendet werden.
Wo erforderlich, können Leimverbindungen vor Ort eingesetzt werden, um beispielsweise Balken aufzuhoehen oder Stöße mit Laschen auszuführen. Solche Verbindungen können durch die Kombination mit anderen Verfahren (z. B. Schlitzbleche, Dübel oder Passbolzen) zusätzlich verstärkt werden.
1. Ingenieurholzbau-Dachstühle
Ingenieurmäßige Tragwerke oder Binder nutzen zwei Arten der Anordnung:
a) weitgespannte (großteilige) Anordnung,
b) engschrittige Anordnung.
a) Weitgespannte Anordnung: Ingenieurholzkonstruktionen (z. B. Fachwerkträger) werden entlang der Hauptachsen in Abständen von jeweils 3–5 Sparrenfeldern positioniert. Pfetten erfüllen hierbei zwei Funktionen: die Längsaussteifung und die Sparrenauflagerung.
Der Binder im Beispiel besteht aus Bohlen, die mit Laschen und folgenden Verbindungen zusammengefügt sind:
- Die Binderknotenpunkte werden mit Passbolzen und Holz-Distanzstücken ausgeführt, die die Bohlen zusammenspannen.
- Die fertig montierten Binder werden mit Zweiwege-Verbindern auf dem Ringbalken und der Fußpfette verankert.
- Die zusätzlichen Pfetten werden mit Passbolzen oder Winkelverbindern an den Bindern befestigt.
- Die Sparren werden in ähnlicher Weise fixiert.
b) Engschrittige Anordnung: Die Holzrahmen oder Binder bilden das vollständige Sparrendach. Zu diesem Zweck werden sie im Sparrenabstand mit Rastern von 90–140 Zentimetern aufgestellt. Typische Verbindungen zeigt dieses Beispiel:
- Die Fußpfetten werden mit Ankerbolzen auf dem Ringbalken des Gebäudes (oder der Deckenkonstruktion) verankert.
- Die Binder oder Rahmen werden mit zugfesten Stahlwinkeln (Winkelverbindern) gesichert. Zur Befestigung der Bauteile werden selbstbohrende Holzschrauben verwendet.
- An den Binderknoten werden die Streben mit symmetrisch auf beiden Seiten angebrachten Nagelplatten verbunden.
- Die Windaussteifung erfolgt durch die Befestigung von Windrispenbändern in Form eines Andreaskreuzes. Bei Bedarf können die Endfelder durch Windböcke zusätzlich versteift werden.
c) Pfettendachstühle im Ingenieurholzbau: Die robusten Vollholz- oder Leimholzbinder, die in der Regel auf den Giebelwänden aufliegen, werden wie beim traditionellen Pfettendach an den Pfettenpositionen errichtet. Anschließend werden die Sparren über diese Pfetten verlegt. Die Sparrenpaare werden mittels Kehlbalken oder Zangen an den Pfetten abgehängt. Die Enden der Zangen werden mit Passbolzen an den Sparren befestigt. Die Sparren werden zusätzlich mit Holzbauschrauben oder Winkelverbindern an den Pfetten gesichert.
2. BSH-Holzhallen
Moderne Ingenieurholzkonstruktionen eignen sich ideal für den Bau kompletter Hallen, die heutigen Anforderungen entsprechen. Diese Gebäude können für viele Zwecke genutzt werden – von Industrie- und Agrarfunktionen bis hin zu öffentlichen Gebäuden für Sport oder kulturelle Aktivitäten – und werden üblicherweise aus Brettschichtholz-Trägern (BSH) errichtet. Der Vorteil von BSH liegt darin, dass es weder reißt noch sich verzieht, jedoch eine enorme Tragfähigkeit besitzt, wodurch Spannweiten von bis zu 60–70 Metern erreicht werden können. Ein weiterer Vorteil dieser Binder ist, dass sie mit variablen Querschnitten oder in gekrümmten Formen hergestellt werden können.
In unserem Beispiel stellen wir eine Holzhalle vor, deren Rahmen aus zwei Stützen bestehen, die durch einen Riegel mit variablem Querschnitt verbunden sind. Die Rahmenstützen sind mit geschweißten Stahlfüßen mit Ankerplatten auf der Bodenplatte eingespannt. Die Verbindung der doppelt ausgeführten Stützen mit variablem Querschnitt mit den Riegeln bildet biegesteife Rahmenecken mittels kreisförmig angeordneter Stabdübel und innenliegender Schlitzbleche. Im Gegensatz dazu ist der Anschluss zwischen der einteiligen Stütze und dem Riegel als gelenkiges Lager ausgeführt, unter Verwendung von innenliegenden Schlitzblechen und Passbolzen. Die Pfetten sind zwischen den Rahmen mit verdeckten Balkenschuhen befestigt. Zur Gewährleistung der Quersteifigkeit wird in der Regel im jeweils zweiten Feld ab den Giebelenden ein Stahl-Windverband in Form eines Andreaskreuzes sowohl in der Seitenwand als auch in der Dachebene installiert. An der fertigen Konstruktion werden zusätzliche Riegel mit kleinerem Querschnitt angebracht, an denen die Fassadenpaneele befestigt werden.
3. Stahlfachwerke und Stahlhallen
Alle Tragwerksformen, die aus ingenieurmäßigen Holzkontruktionen gebaut werden, können auch in Stahl ausgeführt werden. Auch stählerne Ingenieurtragwerke und deren Anschlüsse basieren auf statischen Berechnungen. Die Vorteile von Stahlkonstruktionen gegenüber Holzkonstruktionen liegen in ihrer höheren Tragfähigkeit und der erzielbaren Steifigkeit; der erforderliche Korrosionsschutz macht deren Bau und Wartung jedoch komplexer. Eine weitere Herausforderung bei Stahlkonstruktionen ist ihre weitaus höhere Anfälligkeit für thermische Ausdehnung. Stahlträger können mit einer Vielzahl von Querschnitten hergestellt werden, wie zum Beispiel:
- Kaltgewalzte Stahlprofile (Dünnwandprofile): C-, Z-, U-Profile oder Hohlprofile
- Warmgewalzte Profile: I-Träger (HEA, HEB, IPE), U- und C-Profile oder Hohlprofile
- Oder auch zusammengesetzte Profile
Verbindungen im Stahlbau sind entweder unlösbare Schweißverbindungen oder lösbare Schraubverbindungen. Die Stäbe von Stahlfachwerken werden typischerweise über Knotenbleche und Bolzen bzw. Schrauben miteinander verbunden.
Stahlhallen werden häufig aus geschweißten, biegesteifen Rahmen errichtet, deren Knotenpunkte zusätzlich durch Steifen sowie Trauf- und Firstvouten verstärkt sind. Stützen und Riegel werden meist aus I- oder H-Profilen gefertigt. Die Stützen sind über angeschweißte Fußplatten mit dem Betonfundament verschraubt. Die gebräuchlichsten Pfettenprofile sind Z- und C-Profile, die mit den starren Rahmen verschraubt werden. Schraubverbindungen werden auch zur Befestigung der Wandriegel zur Aufnahme der Fassadenpaneele sowie für die diagonalen Verbände (Windschiefen) zur Abtragung von Windkräften verwendet.