Tragfähigkeit mechanischer und geklebter Verbindungsmittel in Buchenfurnierschichtholz

Buchenfurnierschichtholz (Buchen‐FSH) steht seit 2013 dem Ingenieurholzbau als tragender zugelassener Holzwerkstoff zur Verfügung. Gegenüber dem üblicherweise verwendeten Brettschichtholz aus Nadelholz weist Buchen‐FSH eine
dreimal so hohe Zugfestigkeit von ft,0,k = 73 N/mm2 (vgl. ETA‐14/0354) auf. Damit ist Buchen‐FSH der ideale Werkstoff, um weitgespannte und gleichzeitig filigrane Tragwerke aus Holz zu realisieren. Besonders Fachwerkträger stellen für diesen Anwendungszweck eine leistungsfähige, architektonisch ansprechende und ressourcenschonende
Konstruktionsvariante dar. ... mehrAllerdings ist durch die bauaufsichtlichen Regelungen eine materialgerechte Bemessung der notwendigen Verbindungen in Buchen‐FSH bisher nicht möglich.

Basierend auf den innerhalb dieser Arbeit durchgeführten experimentellen Untersuchungen wurden jetzt Bemessungs‐ und Konstruktionsgrundlagen für eine wirtschaftliche Dimensionierung der Verbindungen geschaffen. Der Fokus wurde
dabei auf axial beanspruchte Schrauben und eingeklebte Gewindestangen gelegt. Bereits bei der Verwendung in Konstruktionen aus Nadelholz zeichnen sich diese durch ihre hohe Tragfähigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringen notwendigen Bauteilmaßen aus.

Neben der axialen Beanspruchung wurde auch die Tragfähigkeit bei lateraler Beanspruchung untersucht und die zur Bemessung notwendigen Kennwerte für Verbindungen mit Schrauben und Rillennägeln hergeleitet. Die zur Konstruktion
notwendigen Verbindungsmittel‐ und Randabstände konnten nicht abschließend ermittelt werden. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um ein duktiles Versagen und gleichzeitiges Ausnutzen der ermittelten Tragreserven zu ermöglichen.

Zur Verifizierung des Trag‐ und Verformungsverhaltens der untersuchten Verbindungsmittel, auch im Vergleich zu üblicherweise im Holzbau verwendeten Stabdübelverbindungen, wurden Versuche an vollständigen Fachwerkträgern durchgeführt. Insbesondere der Einsatz von eingeklebten Gewindestangen führte zu einer deutlichen Steigerung der Steifigkeit und somit zu einer geringeren Durchbiegung des Gesamtsystems.

Aufbauend auf den Trägerversuchen konnte eine neue Prüfmethode zur Ermittlung des Trag‐ und Verformungsverhaltens innerhalb eines Knotens entwickelt werden. Der komplexe Spannungszustand innerhalb der Knotenpunkte kann somit
einfacher untersucht und durch eine höhere Anzahl an Prüfkörper wirtschaftlich verifiziert werden.

Laminated veneer lumber made of beech (Beech‐LVL) is a new wood‐based material and approved for the use in timber constructions since 2013. Beech‐LVL shows a tensile strength of ft,0,k = 73 N / mm2 (see ETA‐14/0354), three times as
high as for glulam made of softwood. Due to the strength properties Beech‐LVL is an ideal material for the realization of slender and wide‐span timber structures. Trusses represent an efficient, architecturally appealing and resource‐saving
design for this kind of application. So far, it was not possible to design the required connections exploiting the material properties of Beech‐LVL because of building regulations.
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In this study, the design and construction principles for economic connections based on experimental investigations are created with the focus on axially loaded screws and glued‐in rods. This type of connection already showed to be suitable in structures made of softwood due to their high load carrying capacity, stiffness and possible small spacing and edge distances.

In addition to the axial load, the lateral load‐carrying capacities were examined as well as characteristic values for screws and ringed shank nails were derived. However, the required spacing and edge distances for the construction of the
joints could not be finally determined. Further investigations are necessary to achieve ductile failure modes and exploit the determined load reserves.

To verify the load carrying capacities and deformation behaviour of the investigated fasteners, tests on full‐scale trusses in comparison to commonly used dowel connections were performed. The use of glued‐in rods showed a significant
increase of the stiffness of the joints and thus a decrease of the global deflection of the truss.

Based on these tests, a new test method was developed to determine the loadcarrying and deformation behaviour within a truss joint. Hence, the complex state of stresses within the nodes joints can be examined more easily and verified economically by a higher number of test specimens.