Träger: Teil 1

Einsatzbereiche, Ausführungsarten, Brettschichtholzträger

Träger dienen im Holzbau oft als lineares Auflager von Decken- oder Dachelementen und geben die Lasten meist an punktuelle Auflager (Stützen) weiter. Sie sind entweder systematische Teile des Tragwerks, wenn es sich um einen Skelettbau handelt. Häufig ersetzen einzelne Träger aber auch Wände an Stellen, an denen Öffnungen oder Raumzusammenhänge nötig sind.

Gallerie

Für geringe Lasten und Spannweiten können Träger aus KVH (Konstruktionsvollholz) bestehen, während sehr hohe und leistungsfähige Vollholztäger aus BSH (Brettschichtholz) oder Furnierschichtholz hergestellt werden können. Ober- und Untergurt von BSH-Trägern werden oft aus Holz höherer Festigkeitsklassen oder selten auch aus Laubholz (Buche/Esche) ausgeführt.

Analog zu Tragwerken aus Beton oder Stahl bilden Träger im Holzbau sehr unterschiedliche Geometrien aus. Kastenträger aus Vollholz oder Holzwerkstoffplatten (z.B. Furnierschichtholz) sind ebenso üblich wie Stegträger mit beispielsweise Stegen aus Holzwerkstoffplatten und Ober- und Untergurten aus Vollholz oder BSH.

Fachwerkträger oder unterspannte Träger werden häufig als Holz-Stahl-Hybridkonstruktion ausgeführt, wobei die zugbelasteten Teile aus Stahl bestehen, denn deren Knotenverbindungen (Lasteinleitung) ist aufwändig. Fachwerkträger werden im Holzbau daher oftmals mit Druckdiagonalen ausgeführt, denn Druckkräfte lassen sich über Kontaktstöße von Hirnholzflächen in der Regel sehr gut übertragen.

BSH-Träger
Geradlinige Brettschichtholzträger (BSH-Träger) können mit Spannweiten bis 60 Meter hergestellt werden. Dies ist möglich, da mithilfe der Keilzinkentechnologie die Verlängerung von technisch getrockneten Brettlamellen zu Endlosbrettern machbar ist und anschließend im Pressbett viele Endlosbretter flächenverklebt und übereinandergeschichtet zu hohen Trägern verbaut werden können.

Parallelträger sind die wirtschaftlichste Form der Trägerherstellung aus Nadelholz. Trägerquerschnitte sind grundsätzlich biege- und querkraftbeansprucht. Da für Holz das Hookesche Gesetz für linear elastisches Tragverhalten Gültigkeit hat, ist die Spannung im Querschnitt proportional zur Dehnung des Querschnitts. Bei Biegeverformungen ist die Querschnittsschwerachse dehnungslos und damit auch die Biegespannung Null. Die Biegespannung steigt linear von der Querschnittsschwerachse zu den Trägerrändern hin an. Beim im Holzbau typischerweise hergestellten Rechteckquerschnitt sind damit die Trägerränder am höchsten und, dem absoluten Wert nach, gleichhoch auf Zug bzw. Druck beansprucht.

Da die Zugbeanspruchbarkeit bei Holz geringer ist als die Druckbeanspruchbarkeit, wird bei reiner Biegebeanspruchung der Zugrand eines BSH-Trägers bemessungsrelevant. Die Querkraftbemessung kann getrennt von der Biegebemessung durchgeführt werden. Sie ist in der Querschnittsschwerachse zu führen, da dort die höchsten Schubspannungen entstehen. Für übliche Belastungen auf weitgespannten Dachträgern ist für die Querkraftabtragung ein rechteckiger Vollquerschnitt nicht nötig. Der Querschnitt könnte ressourcenschonend, ähnlich den HE-Trägern im Stahlbau, mit dicken „Flanschen“ und dünnem „Steg“ ausgebildet werden. Die Fertigungsverfahren im Ingenieurholzbau mit CNC-Technologie erlauben uns zukünftig auch Querschnitte jenseits der Rechteckquerschnitte wirtschaftlich herzustellen.

Nachweis der Durchbiegung
Bei weitgespannten Tragwerken ist grundsätzlich neben den Spannungsnachweisen immer auch der Nachweis der Durchbiegung zu führen. Die Begrenzung der Trägerdurchbiegung wird durch die Biegesteifigkeit (EI = Elastizitätsmodul (E) * Trägheitsmoment (I) des Querschnitts) definiert. Der E-Modul von BSH aus Nadelholz liegt zwischen 11.000 und 13.000 N/mm², der E-Modul von BauBuche (Buchenfurnierschichtholz) bei 16.800 N/mm². Sowohl für Nadelholz als auch für BauBuche ist der E-Modul mäßig gegenüber z.B. Stahl (200.000 N/mm²).

Um große Verformungen zu vermeiden, muss bei Biegeträgern das Trägheitsmoment groß sein. Mit der Querschnittsbreite (b) und der Querschnittshöhe (h) berechnet sich das Trägheitsmoment von Rechteckquerschnitten zu: I = b * h³/12. Der Wert des Trägheitsmomentes steigt daher nur effektiv durch hohe Querschnitte. Außerdem kriecht Holz. Beides, mäßiger E-Modul und Kriechen, erfordert bei weit gespannten Biegeträgern aus Holz grundsätzlich eine Bauteilüberhöhung. Da bei der Herstellung von BSH-Trägern die Einzellamellen vor dem Verkleben leicht formbar sind, können mit relativ geringem Aufwand überhöhte Bauteile im Pressbett hergestellt werden. Gekrümmte Bauteile können mit diesem Verfahren auch ganz bewusst bei z.B. Bogentragwerken kostengünstig hergestellt werden.

Autoren: Stefan Krötsch, Jürgen Graf, Reiner Klopfer

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Holzschutz

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Visualisierung des Tragwerks für das Labor für Wasserwesen in Neubiberg (2011)

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Konstruktionselemente

Rahmen

Gegenüber einfachen BSH-Trägern sind Rahmentragwerke in der Lage, vertikale und horizontale Lasten aufzunehmen; sie eignen sich damit auch zur Aussteifung von Bauwerken.

SWG Produktion Schraubenwerk Gaisbach. 2019: Tertiärtragwerk: Pfetten im Abstand der Knotenverbindungen des Sekundärtragwerks; Sekundärtragwerk: einfeldriges Strebenfachwerk mit Pfosten, innere Streben druckbeansprucht, äußere Streben zugbeansprucht; Primärtragwerk: 82 m langes und 3,8 m hohes, zweifeldriges Pfostenfachwerk mit Druckdiagonalen und Zugpfosten. Einzelspannweiten: 42 m (L) und 40 m; statische Höhe (H) entspricht dem Abstand der Schwerachsen von Obergurt und Untergurt H = 3,52 m – H / L = 1 / 12. Querkraftnulldurchgang liegt bei ca. 40% der Feldlänge vom Endauflager entfernt.

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Konstruktionselemente

Träger: Teil 2

Fachwerkträger sind ressourcenschonend im Vergleich zu Vollwand-BSH-Trägern. Mit Spannweiten bis 60 Metern bestehen sie aus Ober- und Untergurt, Streben oder Diagonalen und Pfosten.

Trägerroste kommen als Tragwerksentwurf sinnvoll bei annähernd quadratischen Grundrissen in Frage.

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Konstruktionselemente

Trägerroste

Sinnvoll sind Trägerroste bei annähernd quadratischen Grundrissen. Die Biegesteifigkeiten der beiden Trägerscharen sollten gleich sein, da die Flächenlast halbiert wird.

Brettschichtholz ermöglicht große Spannweiten: vorgefertigte Brettschichtholzträger in einer Reithalle.

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Verbindungen

Verbindungen durch Kleben

Durch Verklebung entstehen äußerst tragfähige, formstabile Bauteile - etwa Brettschichtholzträger für große Spannweiten oder Brettsperrholzplatten für die Vorfertigung von Decken- und Wandelementen.

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Stützen

Stützen werden im Holzbau sowohl für Skelettkonstruktionen verwendet, wenn sie als systematische Teile des Tragwerks eingesetzt sind, als auch in Kombination mit flächig lastabtragenden Bauteilen, wenn punktuell Öffnungen oder Raumzusammenhänge hergestellt werden sollen (wie hier im Bild).

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Welche Funktionen übernehmen Stützen, welche Holzwerkstoffe eignen sich, und was ist beim Einbau zu beachten?

Träger: Teil 1

Dachträger aus Brettschichtholz kommen im Hallenbau häufig zum Einsatz.

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Wie bei Tragwerken aus Beton oder Stahl bilden Träger im Holzbau sehr unterschiedliche Geometrien aus. Geradlinige BSH-Träger können mit Spannweiten bis 60 Meter hergestellt werden.

Träger: Teil 2

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Rahmen

Visualisierung des Tragwerks für das Labor für Wasserwesen in Neubiberg (2011)

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Gegenüber einfachen BSH-Trägern sind Rahmentragwerke in der Lage, vertikale und horizontale Lasten aufzunehmen; sie eignen sich damit auch zur Aussteifung von Bauwerken.

Bogentragwerke

Bogenbrücke bei Lohmar Höngesberg / Kreuznaaf: Das Haupttragwerk – die beiden Bögen – besteht aus blockverleimten Brettschichtholz (BSH)-Balken (Fichte), die seitlich mit Lärchenholz verkleidet sind. Auch die beiden Vorlandbrücken sind aus blockverleimten Fichten-BSH gefertigt. Den statische Verbund zur oberseitigen Ortbetonplatte gewährleisten in das Holz eingeklebte Verbindungsmittel. Um das Bauwerk vor Witterungseinflüssen zu schützen, sind die Bögen oberseitig mit Titanzinkblechen abgedeckt und seitlich verkleidet. Exponierte Bauteile wie zum Beispiel die Hänger und das Geländer sind aus Stahl hergestellt. Der Handlauf besteht aus Accoya-BS-Holz.

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Über Stützlinien und elegante Parabelformen, gewölbte Dachkonstruktionen und Brückenbauwerke sowie das Knickverhalten von Druckstäben.

Gitterschalen

Die Multihalle in Mannheim, 1974 von Carlfried Mutschler und Frei Otto als Lattengitterschale mit einer Spannweite von 85 Metern errichtet (Aufnahme aus dem Jahr 1975)

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Sie formen das Bauwerk und zeichnen sich durch einen geringen Materialverbrauch aus, denn sie verkörpern den Kräfteverlauf. Die realisierten Beispiele beeindrucken.

Trägerroste

Trägerroste kommen als Tragwerksentwurf sinnvoll bei annähernd quadratischen Grundrissen in Frage.

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Ingenieurholzbau

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