Mechanische Verbindungen

Insbesondere im Ingenieurholzbau, aber nicht nur dort, spielen mechanische Verbindungen eine wesentliche Rolle. Deren Wirksamkeit bzw. Tragfähigkeit lässt sich rechnerisch nachweisen. Vor allem sind das stab- bzw. stiftförmige Verbindungsmittel aus Metall wie Nägel und Klammern, Schrauben, Stabdübel und Bolzen. Stabförmige Verbindungsmittel kommen auch im Zusammenhang mit Stahlblechen zum Einsatz; darüberhinaus gibt es Dübel besonderer Bauart wie Ring- und Scheibendübel.

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Eigenschaften
Stabförmige Verbindungsmittel sind auf Abscheren bzw. Herausziehen beansprucht. Nägel haben eine vergleichsweise geringe Tragfähigkeit, Stabdübel hingegen eine hohe. Da sie zu den nachgiebigen Verbindungen gehören, ist eine Verformung des Holzes oder Holzwerkstoffs, aber auch eine Verformung des Dübels oder Nagels möglich (Biegeverformung). Metallische Verbindungsmittel müssen vor Korrosion geschützt sein. Dies geschieht durch Zinkbeschichtung oder eine Ausführung in nichtrostendem Stahl.

Anordnung und Bemessung
Die Anordnung der mechanischen Verbindungsmittel hat für die Tragfähigkeit der Konstruktion eine große Bedeutung. Eine zur Stabachse asymmetrische Anordnung ist mit einer zusätzlichen Beanspruchung verbunden. Die Position eines Verbindungsmittels wird bisweilen vorgebohrt; wenn das nicht der Fall ist, müssen die Abstände der Metallstifte untereinander und zum Rand größer sein. Durch das Eintreiben bzw. Eindrehen entstehen Querzugbeanspruchungen, die zu einer Aufspaltung des Holzes führen können. Die höchste Lochleibungsfestigkeit hat es in Faserrichtung – mit zunehmendem Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung sinkt diese. Die Bemessung stiftförmiger Verbindungsmittel erfolgt anhand der sogenannten Johansen-Theorie (nach K.W. Johansen, 1949, Grundlage für das Berechnungsmodell im Eurocode 5 / EN 1995).

Nägel

Die Bandbreite der für den Holzbau verfügbaren Nägel ist groß. Unterschieden werden glatte oder profilierte Schäfte (Sondernägel). Nägel (auch als „runde Drahtstifte” bezeichnet) mit glattem Schaft haben Durchmesser zwischen 1,8 und 8 mm. Es gibt auch Nägel mit quadratischem oder rechteckigen Querschnitt, ein runder Querschnitt aber hat die höchste Tragfähigkeit. Beim Nagelkopf wird zwischen flacher Form, Senk- oder Scheibenkopf unterschieden. Für den Nagel gilt eine Mindesteinschlagtiefe, für das Holz eine Mindestdicke. Die Nagelköpfe sollten mit der Oberfläche bündig sein. Durch Vorbohren (über die gesamte Nagellänge) lässt sich die Spaltgefahr des Holzes reduzieren und die Tragfähigkeit erhöhen (Richtwert für die Bohrung: 0,6 bis 0,8 x d). Nägel sollten im rechten Winkel zur Faserrichtung eingeschlagen werden.

Nagelplatten

Stahlblech-Holz-Nagelverbindungen kommen zum Beispiel bei Fachwerkträgern zum Einsatz. Sie erzeugen eine hohe Tragkraft und Steifigkeit. Die Nagelplatten sind 0,94 bis 2,0 mm stark, die Durchmesser der Bohrlöcher in den Blechen sind gleich bzw. um einen Millimeter größer als die Stiftdurchmesser.

Stabdübel und Bolzen

Bei der Verbindung von Holzelementen durch zylindrische Stahlstäbe wie Stabdübel oder Bolzen sind diese vor allem auf Abscheren beansprucht, bei Bolzen ist auch eine Übertragung von Zugkräften möglich. Stabdübel haben einen glatten Schaft und werden in vorgebohrte Löcher eingetrieben. Bei Stabdübeln gibt es weder Kopf noch Mutter, bei Bolzen schon. Sie haben ein Teilgewinde; auf einer Seite befindet sich der Kopf, durch eine Unterlegscheibe vom Holzbauteil getrennt, auf der anderen Seite die Mutter, ebenfalls mit Unterlegscheibe. Die Durchmesser variieren von 6 bis 30 mm.

Kombination verschiedener Verbindungsmittel
Knotenpunkte im Ingenieurholzbau lassen sich beispielsweise mit eingeschlitzten Blechen und selbstbohrenden Stabdübeln herstellen (s. Abb. 5). Es gibt zahlreiche Varianten von Verbindungen durch flächige, stab- und ringförmige Stahlbauteile, aber auch kombinierte Verbindungselemente aus Holz und Stahl. Im modernen Ingenieurholzbau werden zudem diverse Verbindungsmittel mit Klebetechnik kombiniert.

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