Bemessung geklebter Verbindungen im Holzbau

Freie Formen sind in der Holzbau-Architektur ein Trend. Traditionelle Verbindungen bieten dafür keine optimale Lösung. Sie stören oft den Gesamteindruck der Bauwerke und genügen den Anforderungen hinsichtlich struktureller Effizienz nicht. Geklebte Verbindungen sind aus architektonischer Sicht eine gute Alternative. Sie weisen in der Regel höhere Tragfähigkeiten und Steifigkeiten auf als Anschlüsse mit mechanischen Verbindungselementen. Sollen geklebte Verbindungen in der Praxis künftig breitere Anwendung finden, braucht es Methoden, welche die Tragfähigkeit und Steifigkeit zuverlässig vorhersagen.

Holz hat gute mechanische und thermische Eigenschaften. Gleichzeitig entstehen durch den natürlichen Wuchs Schwächen (Äste, Schrägfasrigkeit, etc). Diese führen zu einer grossen Streuung der mechanischen Eigenschaften und wirken sich für Holzbauteile als tragende Elemente im konstruktiven Bereich negativ aus. Für einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Einsatz von Holz als Baumaterial ist es deshalb notwendig, seine Eigenschaften bestmöglich zu beschreiben.

Das neu entwickelte Bemessungskonzept für geklebte Anschlüsse im Holzbau sollte alle klassischen Lastfälle abdecken. Dazu gehören statische Kurzzeit-, Dauer-, Schwingungs- und Klimalasten. Die Forschenden bewerteten die gesamte Informationskette für die Bemessung von Holzverbindungen neu. Dabei betrachteten sie Materialkennwerte und Berechnungsansätze auf der Ebene der eingesetzten Materialien (Holz- und Klebstoffe), der Anschlüsse und der Gestaltung durch Praktiker.

Die Entwicklung neuer Klebverbindungen wird eine andere Formensprache im Holzbau ermöglichen – entweder als reine Holz- oder auch in gemischten Hybrid-Systemen (Holz mit Stahl und/oder Beton). Die erfolgreiche Entwicklung und Umsetzung des Design-Tools leistet einen wichtigen Beitrag, den Holzanteil im Bau zu erhöhen und die Wettbewerbsfähigkeit und die ökologische Bilanz der Schweizer Bauwirtschaft zu verbessern.

Mit den Resultaten der experimentellen Untersuchungen liessen sich Korrelationen zwischen E-Modul, Festigkeit und Bruchdehnung festlegen. Zudem konnte man den Volumeneffekt (infolge der variablen Länge) für diese Eigenschaften beurteilen.

Neben den experimentellen Versuchen analysierte man das Tragverhalten von verklebten Holz-Holz-Verbindungen mit unterschiedlichen numerischen Untersuchungen . Wobei der Fokus auf der Steifigkeit, Tragfähigkeit und Duktilität lag. Einflussparameter waren die Geometrie der Verbindung (Überlappungslänge), die Holzart (Fichte und Buche) und der Klebstoff. Drei unterschiedliche Klebstoffarten (Epoxy, Polyurethane und Acrylharz) untersuchte man numerisch. Acrylharz erwies sich dabei als Klebstoff mit dem grössten Potential für eine duktile Verbindung. Er wurde deshalb weiter umfassend analysiert. Die Resultate der Zugversuche an verklebten Holz-Holz-Verbindungen mit Epoxy und Acrylharz, die von den numerischen Simulationen gut abgebildet wurden, zeigten die höhere Duktilität der mit Acrylharz verklebten Verbindung.

Design tool for adhesively bonded timber joints