Trägerroste

Funktionsprinzipien und Einsatzbereiche

Trägerroste tragen Lasten zweiachsig ab und entsprechen im Normalfall orthogonal zueinander angeordneten Trägerscharen. Damit bilden Trägerroste flächige Biegetragwerke über die Plattenlänge (L) und Plattenbreite (B). Von Plattentragwerken ist bekannt, dass eine flächige Lastabtragung nur in einem engen Bereich von 1 < L/B < 1,5 entsteht. Ist L/B > 1,5 trägt ein solches Flächentragwerk bemessungsrelevant einachsig über die kurze Spannrichtung.

Gallerie

Auf Trägerroste übertragen, sind bei randparallelen Trägern die Trägerscharen über die lange Spannrichtung bildgebend, aber nicht tragend. Es entsteht mit L/B > 1,5 das bei Biegetragsystemen bekannte Hauptträger-Nebenträger-System mit engem Hauptträgerraster. Trägerroste kommen daher als Tragwerksentwurf sinnvoll bei annähernd quadratischen Grundrissen in Frage. Wichtig ist, dass die Biegesteifigkeiten der beiden Trägerscharen im Grenzfall des quadratischen Grundrisses auch gleich sind, da die Flächenlast halbiert auf beide Trägerscharen aufgeteilt wird. Das lässt sich am einfachsten erreichen, wenn die beiden Trägerscharen mit gleichem Querschnitt tektonisch aufeinandergeschichtet werden – eine von Julius Natterer Ende der 1980er-Jahre entwickelte Trägerrostvariante, und ein zur Vermeidung komplexer Verbindungen im Holzbau sinnvolles Vorgehen.

Sollen die Trägerscharen in einer Ebene verlaufen und aufwändige, also kostenintensive Stahlverbindungen für biegesteife Kreuzungspunkte vermieden werden, sind an den Kreuzungsstellen der Träger durch Entfernen von äußeren Querschnittsteilen Ausklinkungen bis jeweils zur Querschnittsschwerachse vorzunehmen. Das bedeutet, dass die zur Bemessung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Träger erforderliche Querschnittshöhe bei Trägerrosten aus Holz verdoppelt werden muss. Werden Spannweiten mit L/B > 1,5 architektonisch gefordert, entsteht die Tragstruktur eines Trägerrostes nur dann, wenn das orthogonale Grundrissraster verlassen wird und rautenförmige Roste so gebildet werden, dass die jeweiligen gleichgerichteten Trägerscharen schräg über die kurze Raumrichtung spannen.

Autoren: Jürgen Graf, Reiner Klopfer

Fachwissen zum Thema

Brettschichtholz (BSH) besteht aus beliebig vielen, festigkeitssortierten Brettlamellen mit maximal 45 mm Dicke, die faserparallel zu Trägern verklebt sind.

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Dachträger aus Brettschichtholz kommen im Hallenbau häufig zum Einsatz.

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Träger allgemein und aus Brettschichtholz

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.

Für eine wirtschaftlich erfolgreiche Abwicklung (wenige Änderungen) sind bereits in der Vorplanungsphase spezifische Inhalte des Holzbaus zu berücksichtigen, die die Konstruktion und die Herstellung der Elemente betreffen (Abb.: Firmensitz Flexim in Berlin-Marzahn, ZRS Architekten Ingenieure, 2017).

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Planungsprozesse

Warum braucht der Holzbau einen anderen Planungsprozess?

Für eine wirtschaftlich erfolgreiche Abwicklung sind bereits in der Vorplanungsphase spezifische Inhalte des Holzbaus zu berücksichtigen, die die Konstruktion und die Herstellung der Elemente betreffen.

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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?

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Fachwerkträger und unterspannte Träger

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.

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.

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.

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

Nachhaltiger Gewerbebau

Ökologisch und wirtschaftlich: Neue Möglichkeiten im Objekt- und Gewerbebau mit konstruktiven geklebten Vollholzprodukten.

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