Fachwerkträger aus Holz für Spannweiten bis zu 100 Metern

Im Projekt »Fanabu« haben Forschende ein umfassendes Konzept für die Planung und Herstellung von Fachwerkträgern aus Nadelbrettschichtholz und Buchenfurnierschichtholz entwickelt, die über beeindruckende Spannweiten von bis zu 100 Metern verfügen, sich aber dennoch in kleinen und mittleren Betrieben fertigen lassen.

„Fachwerkträger stellen durch ihre aufgelöste Konstruktionsweise eine materialsparende Möglichkeit dar, Messehallen, Hangars, Produktions- oder Lagerhallen zu überspannen“, erklärt Projektleiter Dr.-Ing. Matthias Frese vom Fachbereich Holzbau und Baukonstruktion des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). „Diese Konstruktionen lassen sich durch den Einsatz von Buchenfurnierschichtholz in Kombination mit Nadelbrettschichtholz optimieren.“

Gemeinsam mit Praxispartner Holzbau Bruno Kaiser GmbH entwickelten die Karlsruher Wissenschaftler ein Fachwerkträger-Konzept für Spannweiten von bis zu 100 Metern, dessen Bauteile sich ohne spezielle Produktionsanlagen zuschneiden und mit üblichen Handwerkszeugen montieren lassen. Damit erschlossen die Projektbeteiligten nicht nur eine weitere Verwendungsmöglichkeit für Buchenholz: Das Fanabu-Fachwerkträger-Konzept ermöglicht überdies nun auch kleinen und mittleren Unternehmen den Einstieg in die Produktion weitgespannter Tragwerke.

Emissionsfreie Klebstoffe auf Biobasis für tragende Holzwerkstoffe

Alternative zu herkömmlichen Fachwerkträgern

Weitgespannte Fachwerkträger in Holz- und Holz-Stahl-Hybridbauweisen finden vor allem bei Spannweiten ab 30 Metern Verwendung. Die stabförmigen Bauteile der Fachwerkträger bestehen üblicherweise aus Brettschichtholz oder Furnierschichthölzern, zugbeanspruchte Bauteile aus Stahl. Für Anschlüsse kommen bisher Stahlbleche mit Stabdübeln und Passbolzen zum Einsatz. Die Verbindungen in Fachwerkträgern werden mit Metalldübeln, Bolzen und Nägeln oder Nagelplatten aus Stahlblech mit ausgestanzten stiftförmigen Verbindungsmitteln realisiert.

Hybridträger aus Nadelholz im Kernbereich und Buchenfurnierschichtholz in den Randbereichen sind sowohl für Biege- als auch für Querdruckbeanspruchung optimierte stabförmige Bauteile. In Fachwerkträgern bieten sie eine sinnvolle Alternative zu Nadelbrettschichtholz und auch zu Stahl.

Erstmals biobasierte Aerogele hergestellt

Durch umfassende Forschung optimiert

Im Rahmen des Fanabu-Projekts wurden symmetrische Trägerstrukturen verwendet, die mit fallenden Zugdiagonalen und vertikalen Druckstäben konstruiert sind. Dabei werden Hybridträger eingesetzt, die im Kernbereich aus Nadelholz und in den Randbereichen aus Buchenfurnierschichtholz bestehen. Diese Kombination ermöglicht die Verwendung von stabförmigen Bauteilen, die sowohl für Biege- als auch für Querdruckbeanspruchung optimiert sind.

Die Experten führten Versuche durch, um die Belastbarkeit der einzelnen Bauteile und Anschlusspunkte des Fachwerkträgers zu analysieren. Mithilfe von Berechnungen und Simulationen wurden die Auswirkungen von Zug-, Druck- und Biegemomenten untersucht und die Rotationssteifigkeit verschiedener Anschlussverbindungen mit unterschiedlichen Schraubentypen geprüft. Zusätzlich wurden Verstärkungsmethoden für die Anschlüsse und Bauteile unter Querdruckbelastung entwickelt.

Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden Bemessungsansätze und Konstruktionsempfehlungen für die Trägerkonstruktionen abgeleitet. Die Ergebnisse wurden anhand von drei maßstabsgetreu produzierten Fachwerkträgern mit einer Länge von etwa 12 Metern beim Praxispartner validiert.

Textilbeton mit nachhaltiger Naturfaser-Bewehrung

Konkurrenz zu Vollwandträgern

„Unsere Untersuchungen zeigen, dass mit Hybridträgern aus Buchenfurnier- und Nadelbrettschichtholz mit selbstbohrenden Holzschrauben wirtschaftliche und zugleich hochtragfähige Fachwerkstrukturen von bis zu 100 Metern Spannweite aufgebaut werden können“, resümiert Projektleiter Frese.

Kommt das Fertigungskonzept bei geringeren Spannweiten von 30 bis 50 Metern zum Einsatz, wie sie derzeit bei Sport – oder Lagerhallen praxisrelevant sind, könnten die Fachwerkträger sogar mit den bisher eingesetzten Vollwandträgern konkurrieren. Deren Herstellung ist zwar weniger zeitintensiv. Doch die Fachwerkträger bieten neben geringerem Materialverbrauch die Option, den entstandenen Dachraum zusätzlich zu nutzen, etwa als Büro- oder Abstellfläche.

„Mit steigenden Materialkosten wird der Fachwerkträger auch bei kürzeren Spannweiten gegenüber dem Vollwandträger konkurrenzfähig werden“, ist Doktorand Sebastian Egner überzeugt, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Projekt mitarbeitete.

Zum Abschlussbericht des Verbundvorhabens Fanabu »