Im modernen Holzbau bieten filigrane Konstruktionen die Möglichkeit, Raumpotenziale optimal auszuschöpfen. Schlanke, tragende Bauteile wie Stützen, Pfeiler und Wände stellen aber bei der Ableitung hoher Druckkräfte eine Herausforderung dar. Die Auflagerverstärkung mit Vollgewindeschrauben kann hier eine effektive wie materialsparende Lösung sein.
Sebastian Müßigmann, Anwendungsberater bei Heco | be
Sowohl im Neubau als auch in der Altbausanierung sind sichtbare Holzkonstruktionen mit schlanken Querschnitten beliebte Gestaltungsmittel. Allerdings können schmal dimensionierte Träger mit Druckbeanspruchungen quer zur Faser problematisch werden, da Holz in diese Richtung nur eine geringe Festigkeit aufweist. Um dieses Defizit auszugleichen, können Planer und Zimmerer auf größere Querschnitte zurückgreifen oder die querdruckbeanspruchten Bauteile verstärken. Zur Druckverstärkung stehen verschiedene konstruktive Maßnahmen zur Verfügung, wie etwa aufgenagelte Stahlplatten, eingeklebte Buchenholzdübel und Gewindestangen oder selbstbohrende Vollgewindeschrauben.
Während die drei erstgenannten Mittel einen höheren Arbeitsaufwand erfordern, lassen sich Vollgewindeschrauben einfach ins Holz eindrehen und schaffen über das Gewinde eine wirkungsvolle Übertragung der Druckkräfte in das Holz. Eine besonders effektive und gleichzeitig optisch ansprechende Form der Druckverstärkung ist die Auflagerverstärkung.
Lasteinleitung über kleine Auflagerfläche
Die Auflagerverstärkung bewirkt, dass Lasten in den mit Vollgewindeschrauben verstärkten, druckbeanspruchten Träger eingeleitet werden. Hierfür setzt der Zimmerer eine sehr filigran ausführbare Druckverteilungsplatte zwischen der vertikalen Holzstütze (Stirnholz) und dem darüber liegenden, horizontalen Bauteil (Querfaser). Es ist wichtig, die Stelle der Last-einleitung präzise auszubilden und die erforderlichen Vollgewindeschrauben optimal auf der Lasteinleitungsfläche zu verteilen.
Daher empfiehlt sich vor der Verstärkung mit Hilfe eines Bemessungsprogramms wie zum Beispiel der HCS 3.0 von Heco die erforderliche Schraubenmenge, die Abmessung der Schrauben sowie deren Anordnung im Auflagerpunkt des Tragbalkens zu ermitteln.
Für die Auflagerverstärkung liegen zum Beispiel ein Träger/Deckenbalken mit einer Größe von 140/200 mm sowie ein schmal dimensioniertes Auflagerbauteil von 100/140 mm vor (zum Beispiel unter dem Träger eine quer laufende Leichtbauwand mit integrierter, tragender Stütze). Der Anwender gibt in der Systemeingabe des Programms die Abmessungen der Konstruktion ein und geht dabei von einer Druckverteilungsplatte aus, die im dargestellten Beispiel eine Stärke von 10 mm aufweist und so groß wie die Stirnfläche der Stütze ist. Für die Auflagerverstärkung berechnet die HCS 3.0 zwei Vollgewindeschrauben des Typs Heco-Topix-CC in der Abmessung 8,5 x 190 mm. Die Befestigung der Druckverteilungsplatte am Auflagerbauteil geschieht konstruktiv. Die beiden Topix-CC-Vollgewindeschrauben reichen aus, um bei ständiger Last von 17,8 kN beziehungsweise bei einer veränderlichen Last von 30 kN den Auflagerdruck auf das Holz von 133,54% im unverstärkten Zustand auf 99,82% zu reduzieren.
Zu Beginn der Montage erfolgt die Markierung der Auflager und der Schraubenanordnung am Tragbalken. Danach werden die Schrauben mit der ermittelten Abmessung unter 90° zur Faserrichtung des Holzes in den Träger eingedreht. Wichtig hierbei ist, den Zylinderkopf der Vollgewindeschrauben vollständig, aber nicht zu tief und damit oberflächenbündig im Träger zu versenken. Die richtige Platzierung der Schrauben im Tragbalken verhindert schließlich, dass sich die Stütze unter zu hoher Last in den Querträger eindrückt. Die Druckverteilungsplatten wiederum unterbinden das Eindringen der zylindrischen Schraubenköpfe in das Stirnholz der Stütze. Zu diesem Zweck werden sie im nächsten Schritt querschnittsgroß an den Stirnseiten der Stützen montiert. Der Träger kann nun auf die stirnseitig mit der Stahlplatte versehene Holzstütze gelegt werden, wobei die Verschieblichkeit der Bauteile untereinander beachtet werden sollte.
Traglaststeigerung mit optischen Vorzügen
Die Auflagerverstärkung bietet die Möglichkeit, mit Vollgewindeschrauben die Tragfähigkeit eines querdruckbeanspruchten Trägers deutlich zu steigern. Der kleine Zylinderkopf der Schraube nimmt die Auflagerlast an der Holzoberfläche auf, die schließlich über die gesamte Gewindelänge in das Innere des horizontalen Bauteils geleitet wird. Dort verteilen die Gewindegänge die Last auf eine große Fläche. Da Topix-CC hohe Lasten ableiten kann, sind unter ihrer Verwendung schmale Holzbreiten und damit ein filigraner Aufbau möglich. Demnach bedürfen große Auflagerkräfte keiner übergroßen Auflagerfläche. Die Schrauben werden unsichtbar im Holz versenkt, woraus sich weitere optische und brandschutztechnische Vorteile ergeben. Anhand der Berechnung mit der HCS 3.0 sind zudem optimale Querschnitte und Materialeinsätze gewährleistet. Damit bieten Holzschrauben mit durchgehendem Gewinde wie Topix-CC eine einfache und ansprechende Form zur Druckverstärkung.
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