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Für was braucht man zum Bauen Bauholz?

Inhaltsverzeichnis

Welche Rolle spielt Holz für das Bauen?

Holz, das zur Errichtung von Gebäuden und Bauwerken genutzt wird, bezeichnet man als Bauholz oder Konstruktionsholz. Als Baumaterial eignet sich Holz aus vielerlei Gründen: Gute Verarbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit, Tragfähigkeit, geringe Dichte bei hoher Steifigkeit; um nur einige der Vorzüge zu nennen. Selbstredend hängen all diese Eigenschaften im Einzelnen von den verwendeten Holzanteilen (Splint- oder Kernholz), dem Holzschutz, der Verarbeitung als auch letztlich von der Art des Holzes ab.

Nach der DIN-Norm 1052 wird in Deutschland ganz klar geregelt, welche Holzarten zur Verwendung für tragende Zwecke zugelassen sind: Grundsätzlich wird unterteilt in

Laubhölzer: Teak, Buche, Eiche, Erle, Afzelia, Merbau, Keruing, uvm.

und Nadelhölzer: Tanne, Fichte, Kiefer, Douglasie, Lärche, Southern Pine, uvm.

Was versteht man unter Voll- bzw. Brettschichtholz und Holzwerkstoff?

Zwischen der Vielzahl an Bauholzprodukten werden je nach Verarbeitungsgrad, Qualitätsansprüchen, Eigenschaften und Form diverse Kategorien unterschieden:  

Vollholz

Bei Holzerzeugnissen, deren Querschnitt aus Baumstämmen herausgearbeitet und die möglicherweise spanabhebend (Hobeln, Fräsen, Bohren, etc.) weiterverarbeitet wurden, spricht man von Voll- bzw. Massivholz. Es findet bei Vollholz keine mechanisch-chemische oder mechanische Veränderung statt, wie diese bei Holzwerkstoffen und Brettschichtholz vorgenommen werden. Vollholz wird in Schnitt- und Rundholz unterschieden.

Vom klassischen Begriff des Vollholz werden sogenannte Konstruktionsvollhölzer, die in der Qualität höherwertig sind, unterschieden.

Brettschichtholz

In gleicher Faserrichtung verleimte und aus wenigstens drei Brettlagen bestehende Hölzer bezeichnet man als Brettschichtholz (BSH oder BS-Holz), auch bekannt als Leimbalken bzw. Leimholz. Brettschichthölzer werden vorwiegend bei statischer Beanspruchung, also im Ingenieurholzbau, verwendet. Als Leimbinder oder Brettschichtbinder bezeichnet man sogenannte Binder aus Brettschichtholz.

Diese und andere Kategorisierungen von Bauholz werden in zahlreichen Verordnungen geregelt, wie beispielsweise die Entsorgung von Abbruch- und Bauhölzern in der sogenannten Altholzverordnung geregelt wird.

Holzwerkstoff

Werkstofffe, die aus einzelnen Holz-Strukturelementen (zerkleinertes Holz) zusammengefügt sind, bezeichnet man als Holzwerkstoffe. Eigenschaften und Beschaffenheit des Holzwerkstoffs hängen entschieden von Form und Größe der Holzpartikel ab, die sowohl durch mechanische Verbindungen sowie ohne/mit Bindemitteln miteinander verbunden sein können.

Welche technischen Eigenschaften bringt Holz mit?

  • Härte des Holzes
  • Rohdichte des Holzes
  • Festigkeit des Holzes
  • Druckfestigkeit des Holzes

Die Härte des Holzes

Der Begriff der Härte beschreibt den Widerstand, der einem durch die Oberfläche eindringenden Gegenstandes entgegengesetzt wird. Abhängig ist die Härte von Faktoren wie

  • Anteil an Spätholz (größer → härter, niedriger → weicher)
  • Rohdichte (je größer, desto härter)
  • Faserverlauf (quer zur Faser → weicher, in Faserrichtung → härter)
  • Holzfeuchtigkeit (je geringer, desto härter)

Aufgrund der Härte teilt man Holz in Weich- und Harthölzer ein:

Weichhölzer

Im Gegensatz zu Hartholz beschreibt der Begriff Weichholz leichteres Holz. Beispiele für Weichhölzer sind: Weide, Pappel, Kiefer, Fichte, Linde, Erle, Lärche, uvm. 

Harthölzer

Bei Hartholz handelt es sich um festes, schweres Holz, das durch seine enge Gefäßstruktur und seinen hohen Anteil an Fasern gekennzeichnet ist. Dicht, hart und schwer sind die sogenannten Harthölzer nicht zuletzt aufgrund ihres meist langsamen Wachstums. Harthölzer sind beispielsweise: Kirschbaum, Ahorn, Eiche, Esche, Buche, Nussbaum, Teak, uvm. Die Härte des Holzes ist ausschlaggebend für den Grad der Bearbeitbarkeit.



Rohdichte von Bauholz

Mit der Rohdichte, auch Darrdichte genannt, wird das Verhältnis von Volumen (inkl. Porenräume) und Masse ins Verhältnis gesetzt und in kg/m³ bzw. g/cm³ angegeben.

Abhängig ist die Rohdichte des Holzes von folgenden Faktoren:

  • Zellgröße (Anteil Zellhohlraum zu Zellwand)
  • Holzart
  • Ausbildung der Jahresringe
  • Anteil von Reif-, Splint- und Kernholz

Die Werte der Rohdichte einzelner Holzarten differieren enorm. Bei europäischen Hölzern kommt die Buche auf 750 kg/m³, die Tanne immerhin noch auf 450 kg/m³ Rohdichte. Intnernational betrachtet, weist Pockholz die mit Abstand größte Rohdichte von 1.300 kg/m³ auf.

Exkurs Die durchschnittliche Rohdichte von trockenem Holz, also mit 0% Holzfeuchte, bezeichnet man als die sogenannte Darrdichte. Es werden die durchschnittlichen Rohdichte-Werte zugrunde gelegt, da diese  zwischen den einzelnen Bereichen im Holz (bspw. Zugholz, Druckholz) sowie zwischen den einzelnen Jahresringen (Zuwachszonen) teils stark schwankt. Zu Schwankungen kommt es auch aufgrund des Anteils von Früh- und Spätholz, den Wuchsbedingungen sowie der Unterschiede der einzelnen Holzarten.

Festigkeit des Holzes

Am meisten beeinflusst wird die Festigkeit von Holz durch folgende Faktoren:

  • Anteil an Kernholz und Spätholz
  • Rohdichte
  • Holzfeuchte

Der Begriff der Festigkeit beschreibt den inneren Widerstand eines Köpers aufgrund externer Krafteinwirkung.

Druckfestigkeit

Quer zur Faser des Holzes ist die Druckfestigkeit wesentlich geringer als in Faserrichtung. Die Fasern werden bei Belastungen quer zur Faser eng zusammengedrückt und lassen sich daraufhin vergleichsweise einfach aus ihrem Verbund herauslösen. Im Gerüstbau (Unterlagen aus Kanthölzern, Bohlen), bei Dachkonstruktionen oder im Schalungsbau (Stützen) wird Holz auf Druck beansprucht.

Welche technischen Eigenschaften bestehen hinsichtlich äußerer Einwirkung?

  • Zugfestigkeit
  • Biegezugfestigkeit
  • Eslastizität
  • Scher- und Schubfestigkeit

Zugfestigkeit von Bauholz

In Faserrichtung ist die Zugfestigkeit wesentlich größer als quer zur Faser. Der unzureichende Verbund der Fasern untereinander ist mitunter ein erheblicher Nachteil, kommt es zu Belastungen quer zur Faser. Bei der Verwendung für Dachkonstruktionen ist die Zugfestigkeit von elementarer Bedeutung.

Biegezugfestigkeit

Die Unregelmäßigkeiten des Holzwuchses beeinflussen die Biegezugfestigkeit am meisten. Die größten Schwachstellen für die Biegezugfestigkeit bedeuten die sogenannten Astigkeiten. Überall dort, wo beispielsweise Holzstützen (Schalungsbau), Holzbalken als Deckenbalken oder Bretter und Bohlen (Gerüstbau) auf Stauchung/Biegung beansprucht werden, ergeben sich derartige Belastungsfälle.



Elastizität

Mit dem Begriff der Elastizität wird die Fähigkeit von Holz beschrieben, in seine Ausgangsform zurückzufinden, nachdem es einer Be- und darauf folgenden Entlastung ausgesetzt war. Sprich: Wurde es aufgrund eines Sturmes in eine Himmelsrichtung geneigt, kehrt es in seine Ausgangsposition zurück, lässt der Wind nach. Mit einer hohen Rohdichte nimmt die Elastizität zu, wobei sie bei steigendem Feuchtigkeitsgehalt abnimmt.



Scher- und Schubfestigkeit (in N/mm² oder MN/m²)

Den Widerstand, den ein Gegenstand tangentialen Scherkräften entgegensetzt, nennt man Scherfestigkeit. Der Widerstand, den ein Gegenstand/Werkstoff dem „Abscheren“ entgegensetzt, nennt man Schubfestigkeit. Hölzer ohne Risse werden in ihrer Schubfestigkeit gemäß EN 408 angegeben. Sowohl die Scher- als auch die Schubfestigkeit von Holz ist gering. Dennoch ist es grundsätzlich ratsam, eine ausreichend bemessene Vorholzlänge bzw. Scherfläche „zu lassen“. Das Holz wird bei diversen Holzverbindungen, wie beispielsweise der Hakenblattverbindung, in der genannten Form beansprucht.

Welche positiven Eigenschaften werden Bauholz zugeschrieben?

  • Brandverhalten
  • Fasersättigungspunkt
  • Dauerhaftigkeit
  • Hygroskopie
  • Wärmedämmung

Brandverhalten

Bei der Wahl der Baustoffe spielt deren Brandverhalten eine essenzielle Rolle. So schneiden großdimensionierte Holzbauteile (Stützen, Balken) überraschenderweise in vielen Fällen hinsichtlich ihres Brandverhaltens besser ab als vergleichbare Bauteile aus Baustahl (Stahlstützen, Stahlträger). Diese positive Eigenschaft des Bauholzes kann sogar noch verstärkt werden, indem die Holzbauteile mit einem Flammschutzmittel imprägniert werden.  

Eine gar brandhemmende Wirkung mit Bauholz in Verbindung zu bringen, scheint auf den ersten Blick unrealistisch. Ein paar Eigenschaften wie die schlechte Wärmeleitfähigkeit, keine Verformung aufgrund hoher Temperaturen und der im Holz kontinuierliche und nur langsame Anstieg der Temperatur machen deutlich, wie geeignet Holz für die Verwendung als Bauholz aufgrund dieser Eigenschaften ist.

Fasersättigungspunkt

In den Zellwänden wie auch den Zellhohlräumen eines (noch) lebenden Baumes befindet sich Wasser. Das Wasser aus den Zellhohlräumen wird als „freies Wasser“ bezeichnet, welches nach dem Schlagen des Baumes verdunstet. Weder das Volumen des Holzes noch das Zellvolumen werden davon beeinträchtigt. Diesen Umstand nennt man den Fasersättigungspunkt. An diesem Punkt sind nur noch die Zellwände mit Wasser gesättigt, sämtliches „freie Wasser“ ist bereits verdunstet und der Fasersättigungspunkt liegt bei etwa 30 Prozent. Es kommt zeitgleich zu einer Form- und einer Volumenveränderung, wird das noch in den Zellwänden gebundene Wasser abgegeben. In allen drei Dimensionen verändert das Holz seine Abmessungen; man sagt auch: Es schrumpft bzw. schwindet.



So kann es auch im umgekehrten Fall geschehen, dass Holz durch die Aufnahme von Wasser in den Zellwänden beginnt aufzuquellen. Beide Vorgänge, sowohl das Schwinden als auch das Quellen, bezeichnet man als das „Arbeiten des Holzes". Diese Vorgänge vollziehen sich jedoch lediglich unterhalb des Fasersättigungspunktes durch die Aufnahme bzw. Abgabe von Feuchtigkeit. Es findet oberhalb des Fasersättigungspunktes (über 30 Prozent Feuchtegehalt) keine Form- oder Volumenveränderung statt, da das aufgenommene Wasser lediglich in Form von „freiem Wasser“ in die Zellhohlräme abgelegt bzw. direkt aus diesen heraus abgegeben wird.

Generell lässt sich das Arbeiten von Holz nicht verhindern, durch konstruktive Maßnahmen und richtige Verarbeitung lässt sich dies jedoch minimieren. Im Vorfeld des Einbaus sollte Holz immer die Möglichkeit gegeben werden, sich am Bestimmungsort seiner Verwendung zu akklimatisieren.  



Dauerhaftigkeit

Die Inhaltsstoffe des Holzes bestimmen im Wesentlichen dessen Dauerhaftigkeit, wodurch es gegenüber äußeren Einflüssen wie beispielsweise Pilzen, Insekten oder Witterung natürliche Resistenzen bildet. Holz weist unter bestimmten Voraussetzungen eine lange Lebensdauer auf. Die Voraussetzungen, die dies ermöglichen, sind: Die Berücksichtigung des chemischen und konstruktiven Holzschutzes sowie der sachgerechte Einsatz des Holzes.



Die Unterteilung nach Resistenz gemäß DIN 68364

Tropenholz Europäisches Holz Resistenzklasse
Iroko, Teak, Western Red Cedar Edlekastanie, Akazie 1: sehr dauerhaft
Bankirai, Azobe Eiche 2: dauerhaft
Douglasie, Mahagonie, Keruing Lärche, Kiefer 3: mäßig dauerhaft
Hemlock, Southern Pine, Hickory Tanne, Fichte 4: wenig dauerhaft
  Esche, Erle, Pappel,

Birke, Ahorn
5: nicht dauerhaft

Die Unterteilung in die einzelnen Resistenzklassen erfolgt nach dem Grad der Beständigkeit des nicht geschützten Holzes wider holzzerstörenden Pilzbefalls bei Erdkontakt oder lang anhaltender großer Holzfeuchtigkeit.



Als Hygroskopie wird in der Physik und Chemie die Fähigkeit verschiedener Stoffe bezeichnet, die in der Lage sind, Umgebungs-Feuchtigkeit (aus Luftfeuchtigkeit oder in Form von Wasserdampf) zu binden. Holz ist ein hygroskopischer Baustoff, da er sich ständig der umgebenden Luftfeuchtigkeit anpasst. Bei steigender Luftfeuchtigkeit steigt auch der Feuchtigkeitsgehalt im Holz und umgekehrt. Alle wesentlichen Holzeigenschaften hängen vom Feuchtigkeitsgehalt des Werkstoffs ab, weshalb dieser Punkt besonderer Beachtung bedarf. Der Begriff der Hygroskopie leitet sich aus einigen altgriechischen Wörtern ab, die sowohl mit nass, feucht als auch mit dem Begriff anschauen ins Deutsche übersetzt werden können.

Wärmedämmung

Aufgrund seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit ist Holz ein Baustoff, der sich hervorragend zur Wärmedämmung eignet. Die so schlechte Leitfähigkeit der Wärme lässt sich im Holz auf die in den Poren eingeschlossene Luft und die porige Struktur des Stoffes zurückführen. Die Wärmeleitzahl λ gibt die Wärmeleitfähigkeit von Stoffen an. Dieser Wert liegt beispielsweise für Buchen- und Eichenholz bei 0,20 W/mK (W/mK: Watt pro Meter und Kelvin), für deutsche Nadelhölzer lediglich bei 0,13 W/mK. Mit zunehmendem Feuchtegehalt im Holz verschlechtert sich die Wärmedämmung, wobei die Wärmeleitzahl steigt. 

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