Holz Bau

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Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14

Bauen mit Holz Holz, der erste Rohstoff des Menschen und in besonderer Weise eng mit der Menschheitsgeschichte verbunden, wurde seit den Anfängen menschlicher Entwicklung bis heute als konstruktiver Baustoff und Energieträger genutzt.Der Naturstoff Holz ist auch für das 21. Jahrhundert im Hinblick auf die Reduzierung des Treibhauseffektes bedeutungsvoll, stammt er doch aus der umweltfreundlichsten Fabrik - dem Wald - ein unverzichtbares Ökosystem zur Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagen des Menschen. Heute besitzen wir eine Unzahl von Baustoffen - was spricht deshalb für oder gegen den Holzbau?

Vorteile: 1. Ästhetik (natürlich, warm) 2. G roße Spannweiten durch geringes Gewicht 3. V ielfältige Verarbeitungs- und Gestaltungsmöglichkeiten 4. Gute bauphysikalische Eigenschaften 5. Geringe Bauzeit 6. Ökonomie 7. Ökologie: nachwachsender Rohstoff, fällt dezental an, einfache Entsorgung oder Wiederverwendung. Nachteile: 1. Volumenveränderung in Abhängigkeit von Feuchtegehalt und Temperatur 2. Brennbar 3. Zerstörung durch Pilzbefall bei ­a ndauernder zu hoher Eigenfeuchte.

Peter Zumthor, Klangkörper Schweiz Hannover, Expo 2000

Verbindung altes Blockhaus, neuer Anbau Peter Zumtor, Gugalun Haus, Graubünden, 1994

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Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14

Entwicklung des Holzbaus Der Holzbau ist so alt, wie die Menschheitsgeschichte. Archäologische Urformen finden wir auch heute noch bei Völkern in fernen, von der Zivilisation abgeschnittenen Gegenden, bestätigt. Frühe Formen Das Tragsystem der Frühbauten des Holzbaus (Pfahlbauhütten und Pfostenbauten) bilden in den Boden eingespannte Tragsäulen. Daneben existierte der Blockhausbau, dessen Tragstruktur - horizontal übereinander liegende Holzstämme, an den Ecken schubfest miteinander verbunden - hat sich bis heute unverändert erhalten (statt der oben und unten abgeflachten Holzstämme, sind es heute mehr oder weniger starke Bohlen mit Nut und Feder).

Pfahlhütte in Malaysien

Pfahlhüttenbau

Eckverbindung Blockbauweise

Blockbauweise Verschiedene Ausführungen

Die „Urhütte“ Essai sur l`architecture, Abbé Laugier, 1753

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Massivholz

Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14

Die Konstruktion von Holzbauten, insbesondere das Zusammenfügen der einzelnen Elemente, erfordert eine besondere Kenntnis über das unterschiedliche Festigkeitsverhalten des Baustoffes Holz bei entsprechenden Belastungszuständen. Diese Unterschiede der Festigkeit haben ihre Ursache in der Faserstruktur des Holzes. In Abhängigkeit von der Belastungsrichtung beträgt beispielsweise die zulässige Festigkeit der bei uns verwendeten Bauhölzer der Güteklasse II:

Fichte

Zusammenhang zwischen Dichte und Biegefestigkeit von Holz. Werte aus DIN 68 364 1. parallel zur Faser: 0,8 - 1 KN/cm2 (Druck/Zug) 2. senkrecht zur Faser: 0,2 KN/cm2 (Druck) 0,005 KN/cm2 (Zug) Bei Belastung schräg zur Faser, abhängig vom Winkel: 0,2 - 1 KN/cm2 (Druck) 3. t angentiale Belastung (Abscheren): 0,09 KN/cm2

Lärche

Darüber hinaus hängen die Festigkeiten selbstverständlich auch von der Holzart ab und entsprechen weitgehend deren Rohdichte.

Jahrring Buche

Holzstrahl im Querschnitt Holzstrahl im Radialschnitt Rinde Radialschnitt

Stammabschnitt Eiche

Querschnitt Borke Bast Spätholz Frühholz Splint Tangentialschnitt

Isometrie Hauptschnittebenen, Lärchenholz

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Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14

Feuchte Als hygroskopischer Stoff verändert Holz seinen Feuchtegehalt mit Auswirkung auf Beständigkeit und Verarbeitung.

Verziehen von Kanthölzern beim Trocknen

Trockenes Holz absolut trocken, Zellen und Hohlräume sind wasserfrei, kommt praktisch im Baubereich nicht vor

0%

Gleichgewichtsfeuchte bei allseitig geschlossenen Bauwerken mit Heizung nach DIN 1052

9 % (+-3 %)

Gleichgewichtsfeuchte bei allseitig geschlossenen Bauwerken ohne Heizung nach DIN 1052

12 % (+-3 %)

Gleichgewichtsfeuchte im Normalklima (20 °C, 65 % rel. Luftfeuchte)

12 %

Gleichgewichtsfeuchte bei überdeckten, offenen Bauwerken nach DIN 1052

15 % (+-3 %)

Gleichgewichtsfeuchte bei allseitig der Witterung ausgesetzten Bauteilen nach DIN 1052

18 % (+-6 %)

Verziehen von Brettern beim Trocknen

Schnittarten für Kanthölzer und Latten

Grenzwert für Pilzwachstum, d. h. unterhalb dieses Wertes besteht keine Gefahr des Pilzbefalls nach DIN 68365

20 %

Oberer Grenzwert für die Bezeichnung „trocken“ nach DIN 4074

20 %

Fasersättigungspunkt, d. h. Gleichgewichtsfeuchte bei 100 % relativer Luftfeuchte

28-32 %

Oberer Grenzwert für die Bezeichnung „halbtrocken“ für Querschnitte bis 200 CM2

30 %

Oberer Grenzwert für die Bezeichnung „halbtrocken“ für Querschnitte von über 200 CM2

35 %

Frisches Holz bei Querschnitte bis 200 CM2

über 30 %

Frisches Holz bei Querschnitten über 200 CM2

über 35 %

Durch Feuchteveränderung wird gleichzeitig eine Volumenveränderung hervorgerufen, deren Ursache in der chemischen Bindung des Wassers in den Fasern zu suchen ist. Das maximale Schwindmaß von der Fasersättigung bis zum völligen Trocknen beträgt: 1. in Längsrichtung zur Faser 0,1 - 0,4 % 2. radial zur Faser 3 - 5 % 3. tangential zur Faser 5 - 10 %  Schnittarten für Bretter

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Holzwerkstoffe

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Durch die oben genannte richtungsbezogene Volumenveränderung ist massives Holz nur in sehr begrenzter Flächenausdehnung möglich. Das Bestreben, großflächige Bauteile aus Holz zu schaffen, führte zur Entwicklung moderner Holzwerkstoffe. Durch kreuzweises Verleimen bzw. Verpressen von Brettern, Furnierstreifen, Spänen werden die feuchtebedingten Längenänderungen gemindert und vor allem richtungsneutral.

Schichtholzplatten aus Nadelholz

Spanplatten

Zementgebundene Flachpressplatten

Kunstharzgebundene Holzwerkstoffe: Schichtholzplatten aus Nadelholz Bau-Furniersperrholz BFV Furnierschichtholz FSH, Furnierstreifenholz PSL OSB-Flachpressplatten Spanplatten Harte Holzfaserplatten Mittelharte Holzfaserplatten Weiche Holzfaserplatten Mineralisch gebundene Holzwerkstoffe: Zementgebundene Flachpressplatten Gipsgebundene Flachpressplatten Gipskartonplatten HWL (Holzwolle-Leichtbau)-Platten Kunstharzgebundene Holzprimärträger: Brettschichtholz

Bau-Furniersperrholz BFV

Harte Holzfaserplatten

Gipsgebundene Flachpressplatten

Furnierschichtholz FSH

Mittelharte Holzfaserplatten

Gipskartonplatten

OSB-Flachpressplatten

Weiche Holzfaserplatten

HWL (Holzwolle Leichtbau)-Platten

Brettschichtholz

Fachwerkbau

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Mit der Trennung des hölzernen Tragwerkes vom Boden durch einen Sockel beginnt die eigentliche Entwicklung des Fachwerkbaus: 1. z weigeschossiger Ständerbau mit einem Tragsystem aus geschosshohen durchgehenden Ständern. 2. z weigeschossiger Ständerbau mit aufgesetzem ­Stockwerk (3-geschossig). 3. dreigeschossiger Stockwerksbau mit geringer ­Auskragung.

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2

3

Entwicklung des Fachwerkbaus

Fachwerkausfachung

Deckenbalken

Schwelle

Rähm Deckenbalken

Sturz-Riegel

Rähm

Eckstiel

Strebe

Mittelstiel

Fensterstiel

Türstiel Zwischenriegel

Brüstungsriegel Schwelle

Zwischenriegel

Schwelle Dichtung Sockel

Stockwerksbau

Fachwerkbauten Straße in Warwick, England

University of Applied Sciences Giessen Friedberg Entwerfen und Konstruieren Mittelalter bis 1470

Niederdeutsch

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Fachwerkübersicht

Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14 Neuzeit (Renaissance) 1470/1550

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Neuzeit (Renaissance) 1550/1650

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Neuzeit (Barock) 1650/1750

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Mittelalter bis 1470 Von den Grundformen ausgehend erfolgt eine Eigenentwicklung. Standsicherheitsmaßnahmen prägen das Fachwerkgefüge. 1. R athaus in Halberstadt, 1461 Enge Ständerstellung, senkrechte Ordnung. 2. Haus in Kobern, 1320 Ältester erhaltener Fachwerkbau. Bereits dreiseitig auskragend. 3. Rathaus in Esslingen. Neuzeit (Renaissence) 1470/1550 1430. Weite Ständerstellg., doppeltes Rähm, Fenster zwischen Ausriegelung. Übergangszeit 1470/1550. Dem ethnografischen Sprachgebrauch folgend werden Gebäude im Norden als „sächsisch“, in West- und Mitteldeutschland als „fränkisch“, im Süden als „alemannisch“ bezeichnet. 4. A lte Waage, Braunschweig, 1534 Senkrechte Ordnung wird beibehalten. 5. Haus in Büdingen, um 1500 Krumme Hölzer sind charakteristisch für diese Zeit. 6. R athaus in Markgröningen, 15./16. Jh. Engere Ständerstellung. Neuzeit (Renaissance) 1550/1650 Formen des Steinbaus werden übernommen. Die „Mann-Figur“ wird genutzt. Fachwerk ist vollendet. 7. Stiftsherrenhaus, Hameln, 1558. Große Fensterflächen, organische Schmuckmotive. 8. Haus in Osterspai, 1579. Mannfigur, „malerisches“ Fachwerk. 9. Haus in Mosbach, 1589. Mannfigur. Fränkischer Einfluss. Prägnantes alemannisches Gefüge wird aufgegeben.

Mitteldeutsch

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Oberdeutsch

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9

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Neuzeit (Barock) 1650/1750 Zierhölzer, Schmuckformen ohne bautechnische Bedeutung, Vereinfachung folgt. 10. Die „Wehlburg“ im Freilichtmuseum Cloppenburg Bauernhaus, 1750 Senkrechte Gefügeordnung wird beibehalten. 11. Haus in Vallendar, 1598. Schalgesimse, Schweifgiebel, Fenstererker. 12. Haus in Ebermannstadt E., 18. Jh. alem./fränk.Grenzraum, reiches Dekor.

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Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14

Skelettbau 1 Fachwerkbau Beim modernen Fachwerkbau werden neben den klassischen Holzverbindungen auch ingenieurtechnische Verbindungsmittel verwendet. Damit können die Holzquerschnitte statisch besser ausgenutzt und wirtschaftlicher bemessen werden. Durch Außenbekleidung und Hohlraumdämmung zwischen den Stielen werden bessere bauphysikalische Werte gegenüber dem historischen Fachwerk erreicht. 2 Träger auf Stütze, eingeschossig Das System Träger auf Stütze ist für 1 - 3geschossige Bauten geeignet. Da die Stützen mit durchlaufenden Trägern unterbrochen sind, ist ein geschossweiser Aufbau charakteristisch. Bei zwischengelegten Nebenträgern entsteht so eine ebengleiche Konstruktion ohne herausragende Haupt- oder Nebenträger.

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3 Träger auf gestoßener Stütze, zweigeschossig Das gleiche System, wie unter B, jedoch mit gabelförmigen Stützen, welche entsprechend stärker dimensioniert, größere vertikale Lasten aufnehmen können.

4 Zweigeschossige Stütze, eingeschobene Riegel Pfosten-Riegel-Konstruktionen besitzen durchlaufende Stützen. Da die Riegel an den Stützen unterbrochen sind, besitzen diese Systeme nicht die statisch vorteilhafte Durchlaufwirkung der Träger, somit können nur geringere Spannweiten erzielt werden. 5 Zweigeschossige Stütze, Träger als Zange Der Vorzug von Zangenkonstruktionen liegt in der schlanken Dimensionierung des Konstruktionssystems. Da die Hölzer durchlaufend an den Knotenpunkten nicht oder nur geringfügig geschwächt werden, können größere Spannweiten erzielt werden. 6 Zweiteilig durchlaufende Stütze, einteiliger Träger Auch die Konstruktion der geteilten Stütze lässt durchlaufende Träger zu und eignet sich für größere Spannweiten. Wie bei der Zangenkonstruktion werden die Hölzer an den Verbindungsknoten kaum geschwächt.

Großsiedlung Leupnitz-Neuostra aus K. Wachsmann, Holzhausbau

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Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion /14

Ständerbau, Baloon-Frame Baloon-framing ist charakterisiert durch sehr engstehende, über 2 Geschosse durchgehende Rippen mit hohen bohlenartigen Deckenträgern. Dieses System ist keine Skelettkonstruktion, da die senkrechten Hölzer nur in Verbindung mit flachen Holzwerkstoffen beplankt, statisch wirksam werden.

Rahmenbau, Plattform-Frame Plattform-framing ist hingegen geschossweise aufgebaut, besitzt auch engstehende, jedoch nur geschosshohe Rippen und erreicht seine Tragwirkung ebenfalls durch die Beplankung mit flächigen Holzwerkstoffen und ist somit aus statischer Hinsicht (wie Ballon-framing) ein Wandbausystem.

Weitere Holzbau-Systeme

Blockbau Die sehr traditionelle Blockbauweise ist die einzige Holzkonstruktion, die zum Massivbau gehört. Die Gebäudehülle besteht aus horizontal-gestapelten Holzbalken. Die Wände übernehmen zugleich verkleidende, raumabschließende und tragende Funktionen. Diese Bauseise kommt heute kaum noch zum Einsatz. Zum einen führt das extreme Arbeiten (Schwinden und Setzen) der Wand zu großen Problemen, z. B. im Bereich der Fenster. Zum anderen genügt der Dämmwert der Konstruktion nicht mehr heutigen Ansprüchen. Nicht zuletzt führt diese Bauweise zu einem hohen Materialverbrauch, ist also nur dort sinnvoll, wo Holz im Überfluss vorhanden ist.

Rahmenbau Bearth & Deplazes Wohnhaus Bearth-Candidas, Sumvitg, 1998

Blockbau Antonius Lanzinger Wohnturm, Brixlegg, 2003

Holzverbindungen

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Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion 10/14

Balkenstoß aufliegend Gerades Hakenblatt

Balkenstoß freiliegend Schwalbenschwanz mit Brüstung

Balkenstoß über dem Auflager Seitlich aufgelagerte Blechlaschen

Balkenstoß neben dem Auflager Gerbergelenk für Mehrfeldträger

Eckverbindung Weichschwanzeckblatt

Rechtwinkliger Anschluss Einfacher Scherzapfen

Rechtwinkliger Anschluss Stahlwinkel mit Steg

Anschluss Stütze-Riegel Stützenkopf mit Stahlschuh, Träger geschlitzt

Stützenfußausbildung, gelenkig T-Profil auf Stahlrohr verspannt

Stützenfußausbildung, eingespannt Beidseitige U-Profile

Elemente zur Aussteifung Zugstreben als Aussteifungs­mechanismus

Elemente zur Aussteifung Knotenplatte als beidseitige Verbindung

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Rahmenbau

Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion 11/14

Aus den beiden letztgenannten in Amerika entwickelten Systemen Baloon- und Platform-Frame ist der bei uns gebräuchliche Holzrahmenbau hervorgegangen. Wie bei diesen, ist der Holzrahmenbau im statischen Sinne keine Skelettkonstruktion, sondern beruht auf der Verbundwirkung von Traggerippe und Beplankungsmaterialien. Engstehende Holzrahmen, ein- oder beidseitig beplankt, bilden als Scheiben die Tragstruktur des Gebäudes. Von Tafelbau spricht man, wenn in der Fabrik vorgefertigte Rahmen, sogenannte Tafeln, eingesetzt werden. Eine der neuesten Entwicklungen ist das Bauen mit vorfabrizierten Blockholztafeln, das tragende Element ist hierbei die Platte, sie wird von den Rippen lediglich stabilisiert.

Frank Gehry Ron Davis House, Malibu, 1972

Detail Holzrahmenwand M. 1:25

Kräfteverlauf einer Wand in Holzrahmenbauweise

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Einschalige Holzrahmenwand

Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion 12/14

Aufbau Außenwand und Decke

Holzbalkendecke

Zweischalige Holzrahmenwand 1

Bekleidete Holzbalkendecke

Zweischalige Holzrahmenwand 2

Brettstapeldecke

Holz Beton Verbunddecke

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Wohnungstrennwand, einschalig

Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion 13/14

Aufbau Innenwand

Holzständerwand, nichttragend

Holzständerwand, tragend

Wohnungstrennwand, zweischalig

Installationswand

Wärmeschutz Durch die Hohlraumdämmung zwischen dem Traggerippe und entsprechender Dimensionierung der Schalendicke ist ein hoher Wärmeschutz zu erreichen. Bei Niedrigenergiehäusern sorgt eine zusätzliche außenliegende Wärmedämmschicht für eine lückenlose Dämmhülle. Schallschutz Durch die mehrschalige Anordnung von Dämmstoffen und Beplankungsmaterialien unterschiedlicher Massen erfüllt der Holzrahmenbau, trotz seiner leichten Bauweise, die Anforderung der DIN 4109.

Brandschutz Nach DIN 4102 werden die Baustoffe in folgende Baustoffklassen eingeteilt: nicht brennbare Baustoffe, A A1 ohne brennbare Anteile, A2 geringe Anteile brennbarer Baustoffe, B brennbare Baustoffe, B1 schwer entflammbar, B2 normal entflammbar, B3 leicht entflammbar. Die Brandschutzanforderungen sind bundesweit nicht einheitlich, sondern in den jeweiligen Landesbauordnungen festgelegt. In den letzten Novellierungen lässt sich eine deutliche Verbesserung zugunsten des Holzbaus feststellen, die teilweise bis zu 4geschossigen Wohngebäude in Holzbauweise zulässt.

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Innenraumwirkung

Holzbau Geschichte, Material, Konstruktion 14/14

Stützen verdeckt

Abgehängte Decke

Sichtbare Haupt- und Nebenträger

Sichtbare Nebenträger

Peter Zumthor Gugalun Haus, Graubünden, 1994

Sichtbare Haupt- und Nebenträger

Sichtbare Nebenträger

Michael Loudon Einfamilienhaus, Lochau, 1989

Sichtbare Haupt- und Nebenträger

Sichtbare Nebenträger

Peter Zumthor Caplutta Sogn Benedetg, Sumvitg, 1985-1988

Stützen im Raum

Verkleidete Nebenträger Stützen frei im Raum

Verkleidete Nebenträger