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Furnierschichtholz aus Buche für Tragwerke

 

Buchenholz dient bis anhin vor allem zur Energieerzeugung. Mit der Entwicklung neuartiger, hochwertiger und zuverlässiger Tragwerke aus Buchenfurnierschichtholz wird das Material zu einem nachhaltigen Baustoff für die Praxis.

Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Fehlerfreies Holz hat sehr gute mechanische und thermische Eigenschaften. Durch den natürlichen Wuchs entstehen aber Schwächen, die sich für Holzbauteile als tragende Elemente im konstruktiven Bereich negativ auswirken. So verringert sich dadurch die Zuverlässigkeit von Holzbauteilen. Mit dem Projekt wollten die Forschenden effiziente und zuverlässige Tragwerke auf der Basis von Buchenholz entwickeln.

Hintergrund

Langfristig muss man mit einem erhöhten Aufkommen an Laubholz und einem Rückgang an Nadelholz rechnen. Damit erhält Buchenholz eine bedeutende Rolle als forstlicher Rohstoff, der über sehr gute mechanische Materialeigenschaften verfügt. Gefragt sind deshalb innovative Ideen und neuartige Anwendungen für Buchenholz.

Ziel

Im Vordergrund des Projektes stand die Entwicklung von Fachwerken sowie Holz-Beton-Verbunddecken aus Buchenfurnierschichtholz. Dafür bestimmten die Forschenden zunächst die Materialeigenschaften genau. Dann entwickelten sie neuartige und hochwertige Verbindungen und erarbeiteten dafür die Berechnungsgrundlagen.

Bedeutung

Buchenholz verfügt über sehr gute mechanische Materialeigenschaften, wird aber bisher primär als Energieholz genutzt. Das Forschungsprojekt liefert die Grundlagen zur Anwendung von Buchenholz im Ingenieurholzbau und steigert dadurch den Absatz und die Wertschöpfung von Buchenholz.

Ergebnisse

Die entwickelte Holz-Beton-Verbunddecke besteht aus 40 bis 60 mm dicken Furnierschichtholzplatten aus Buche und einer 120 mm dicken Betonschicht. Die Buchenplatten dienen zunächst als Schalung, dann als Tragelement im Verbund mit dem Beton und bilden schliesslich die Deckenuntersicht. Den Verbund zwischen Beton und Holz gewährleisten 15 mm dicke, ins Holz gefräste Kerben. Diese lassen eine mechanische Verzahnung in Form von Betonnocken entstehen. Die analytischen und experimentellen Untersuchungen zeigten, dass sich durch eine optimale Auslegung der Verbunddecke ein zuverlässiges und duktiles Tragverhalten im Bruchzustand sicherstellen lässt. Die entwickelte Holz-Beton-Verbunddecke aus Buchenholz wurde erstmals im ETH House of Natural Resources (Zürich, Hönggerberg) umgesetzt.

Für die Fachwerke aus Buchenfurnierschichtholz wurden Stahl-Holz-Stabdübelverbindungen mit innenliegenden Stahlplatten oder Bolzenverbindungen mit aussenliegenden Stahlplatten untersucht. Die Versuche an Verbindungen und Fachwerken zeigten, dass die Verwendung von Buchenfurnierschichtholz mit Querlagen das Aufspalten des Holzes verhindert. Dadurch lässt sich ein duktiles Bruchverhalten erreichen. Die entwickelten Verbindungen erlauben grosse Verformungen, ohne dass sie kollabieren oder ihrer Traglast nachgeben. Die Tragwerke aus Buchenfurnierschichtholz leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Zuverlässigkeit, Duktilität und Robustheit von Konstruktionen im Ingenieurholzbau.

Die Projektresultate zeigen das grosse Potential und günstige Tragverhalten der Holz-Beton-Verbunddecke und der Fachwerke aus Buchenfurnierschichtholz. Die entwickelten Bemessungsgrundlagen erlauben eine experimentell abgesicherte und wirtschaftliche Anwendung von Buchenholz im Ingenieurholzbau.

Originaltitel

Reliable timber and innovative wood products for structures – Structural elements of wood and wood products made of beech

Projektleitung

  • Prof. Andrea Frangi, Institut für Baustatik und Konstruktion, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
  • Prof. Mario Fontana, Institut für Baustatik und Konstruktion, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
  • Dr. Jochen Köhler, Institut für Baustatik und Konstruktion, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
  • Dr. René Steiger, Abteilung Structural Engineering, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Dübendorf
  • Dr. Erich Hugi, Brandlabor, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Dübendorf

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Dr. Andrea Frangi Institut für Baustatik und Konstruktion
ETH Zürich
HIL D37.1
Wolfang-Pauli Strasse 15 8093 Zürich +41 44 633 26 40 frangi@ibk.baug.ethz.ch