Forschung

Das Holzkompetenzzentrum Trier entwickelt konstruktive, energetische und bauphysikalische Aspekte des modernen Holzbaus weiter. Forschungsleistungen und Ausbildungskonzept dienen dem Ziel, den Baustoff Holz im Bereich leistungsfähiger Hybridkonstruktionen besser zu verankern, sowie Personal mit den hierzu notwendigen technischen Fertigkeiten auszustatten.

Forschungsschwerpunkte sind neuartige Verbindungssysteme als innenliegende und außenliegende Verbindungsknoten, sowie die Verwendung von Rundholz im modernen Ingenieurholzbau. Weitere Forschungsfelder sind Holz-Beton-Hybridbauweisen, CAD/CAM Konzepte und die Einbindung parametrischer Entwurfswerkzeuge in den Holzbau.

Auftragsgegenstand ist die Begleitung eines bei CLTECH am 31.03.2023 durchgeführten Versuchs an einem durch CLTECH gefertigten Fachwerkbinder von 33,92 m Länge und einer Bauhöhe von 2,60 m. Die Gurte bestehen aus GL 28 h, die senkrechten Druckstreben aus lediglich von Bast und Rinde befreitem Eichenholz mit d~240-280 mm. Die Zugdiagonalen bestehen aus Rundstahl unterschiedlicher Güte gemäß statischer Erfordernis und sind durch Ober- und Untergurt durchgesteckt. Der Träger soll für die Erweiterungsbauten der Produktion CLTECH als Hallenträger eingesetzt werden. HKT stellt die statische Berechnung des Versuchsträgers sowie die erforderliche Prüf- und Meßeinrichtung und berät den AG (CLTECH) aufgrund des Versuchsergebnisses bei der Herstellung serienmäßig herzustellender Träger gleicher Bauart.

Seit Ende 2019 läuft das Forschungsprojekt „Eichenschwachholz“  als Verbundvorhaben in Zusammenarbeit mit der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden- Württemberg, sowie dem Institute of Innovative Structures der HS Mainz. Als weiterer Verbundpartner ist die FAWF Rheinland-Pfalz in Trippstadt angeschlossen. Die Projektkoordination erfolgt über die HS Trier.

Dabei handelt es sich um ein Förderprojekt des Bundes zum Erhalt und Ausbau des CO₂-Minderungspotenzials von Wald und Holz sowie der Anpassung der Wälder an den Klimawandel (Förderrichtlinie Waldklimafonds). Gegenstand des Vorhabens ist die Schaffung einer Verwendungsmöglichkeit von bislang ungenutztem, geringwertigem Laubschwachholz. Dazu werden neue Verfahren erprobt mit denen das Holz, trotz fehlender Standardmaße und Geometrien, für eine höherwertige Nutzung im Bausektor eingesetzt werden kann. Um das zu erreichen soll eine neue Prozesskette entwickelt und untersucht werden, bei der ausgehend vom vorrätigen Holz, die Konstruktion von Bauwerken flexibel an das jeweilige Holzangebot angepasst wird. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die Festigkeitsprüfung solcher Sortimente und daraus hervorgehend die Entwicklung eines Hallentragwerks aus Laubschwachholz.

Ein Bericht über das Projekt kann bei FNR gelesen werden: Zum Bericht

Obere Reihe: Polter / Sortierung / Ultraschallmessung

Zweite Reihe: Feuchtemessung / Beobachtung des Trockenverhaltens und der Rissbildung / Travi (Krümmung)

Dritte Reihe: Biegeversuch / Travi / Biegeversuch

Letzte Reihe: Digitale Stammanalyse / Vorentwurf Halle / Prototyp

Holz-Beton-Hybridwände. Projektziel ist, bisher minderwertig genutztes Schwachholz (Laubholz und Nadelholz) durch die Entwicklung neuer flächenhafter Bauelemente in Holz-Hybridbauweise für eine zeitgemäße Anwendung in der Architektur verwendbar zu machen. Damit erfahren derartige Sortimente ein ökonomisches und ökologisches „Upgrading“ und tragen so zu der im Koalitionsvertrag RLP vereinbarten erhöhten stofflichen Nutzung von Holz bei.

Dazu soll bisher nur als Industrie- oder Palettenholz verwertetes Schwachholz so weiterverarbeitet werden, dass möglichst wenig Prozessenergie zur Herstellung der Holz-Hybridwände aufgewendet werden muss. Es sollen Flächenelemente entwickelt werden, die im Hinblick auf die Anforderungen des Geschossbaus zur Ausführung von tragenden und nichttragenden Wänden und raumabschließenden Fassadenelementen führen können. Gleichzeitig sollen bauphysikalische Anforderungen wie klimaregulierende, wärmedämmende, wärmespeichernde, brandhemmende und schalldämmende Eigenschaften berücksichtigt und untersucht werden. Diese Eigenschaften lassen sich in Kombination mit Lehm, Recyclingbeton oder anderen mineralischen Baustoffen erzielen, wobei hier möglichst auf vorhandene Standardrezepturen zurückgegriffen werden soll. Vorgeschlagen werden Schichten, welche die stehenden (dicht an dicht, bzw. Stabkirchenprinzip), geschosshohen und besäumten Stämme bauphysikalisch sinnvoll ergänzen. Die entwickelten Holz-Hybridwände werden anschließend in einer Tastversuchsreihe bauphysikalisch untersucht.

Sowohl Tragfähigkeit als auch die Steifigkeit (kser) von eingeklebten Verbindern (Stahlstäbe, Stahlbleche) werden mit Hilfe der Vergusstechnologie um bis zu 80% gegenüber den unvergossenen Stahlverbindern (Inlays) gesteigert. Die Duktilität des Stahlverbinders, sowie ein plastisches Entfestigungsverhalten bleiben erhalten.

Das Ziel unserer Forschung und Entwicklung ist, heimische Holzarten mit möglichst geringer Verarbeitungstiefe durch High-tech Ingenieurmethoden für den modernen Holzbau zur Verfügung zu stellen. Hierbei spielen neuartige Verbindungssysteme als innenliegende und außenliegende Verbindungsknoten eine wichtige Rolle. In Verbindung mit CAD/CAM Konzepte und die Einbindung parametrischer Entwurfswerkzeuge in den Holzbau können Tragwerke flexibel entwickelt werden. Der Außenknoten wird entweder durch 3D-Druck/Frästeil mit Formenbau und Guss oder als Guss mit verlorener Schalung hergestellt. Die zu verbindenden Querschnitte können durch den Knoten mit einfachen Kappschnitte versehen werden und somit kann (materialschonend) auf komplexen Abbund verzichtet werden.

Für ein konkretes Bauprojekt suchte ein Aufraggeber nach Möglichkeiten, weitgespannte Deckenkonstruktionen mit geringer statischer Höhe in Holz-Beton-Verbundbauweise zu realisieren. Holz-Beton-Verbunddecken sind nach dem bisherigen Stand der Technik ab Spannweiten von 6,00 m problematisch, da sie ggf. die nach DIN EN 1995-1-1 Abs. 7.3 geforderten Durchbiegungskriterien, bzw. das Eigenfrequenzkriterium > 8 Hz nicht wirtschaftlich erfüllen. Die vom Auftraggeber neu entwickelten schlanken Deckenelemente sollen die Wirtschaftlichkeit von Holz-Beton-Verbundbecken auf bis zu 14,00 m Spannweite (Einfeldsystem) steigern.

Zwei vorgespannte Holz-Beton-Verbundträger wurden in Vierpunkt-Biegeversuchen untersucht. Ein Träger besitzt eine Länge von 9,47 m und ist 2,5 t schwer. Die von der Firma entwickelten Bauteile wurden hinsichtlich der Durchbiegung  und ihres Schwingungsverhaltens untersucht. Dazu wurden die Träger mit steigenden Laststufen bis zur einen max. Last von 22 t belastet. Zum Einsatz kamen die im Februar 2017 im Eigenbau angeschafften Prüfrahmen und Hydraulikpressen, welche eine solche Last bewerkstelligen können. Die Versuche wurden hinsichtlich der eingesetzten Mess-Software in der Anfangsphase vom Versuchsingenieur des Baustofflabors der HS-Mainz begleitet. Die Verformungen der beiden Träger lagen innerhalb der errechneten Toleranzen, das Schwingungsverhalten lag über den für den Holzbau kritschen Wert von > 8 Hz.

Die Fa. Steffen Holzbau errichtet in Remich derzeit 9 Reihenhäuser in Brettsperrholzbauweise. Im Projekt Schalluntersuchungen für die Firma Steffen Holzbau/LUX zur Feststellung des Dämmeffektes der Schalldämmstreifen unter den Brettsperrholzwänden dauern an. Mit Fortschreiten des Baus folgen die Schalluntersuchungen schrittweise. Damit wird ein im Holzbau stets problematischer Aspekt des hohen Schallschutzes untersucht und gemeinsam mit der Fa. Steffen Holzbau nach Verbesserungslösungen gesucht. Der Abschluss der Untersuchungen wird mit Fertigstellung der Reihenhausanlage erfolgen.

Laborleiter:

Prof. Dr. techn. Wieland Becker

Institut/Forschungseinrichtung/ Schwerpunkt:

Holz, Ingenieurholzbau, CADCAM-Prozesse im Holzbau. Schwerpunkte: Entwicklung innovativer Verbindungstechnologien, Werkstoffverbunde Holz, Innovative Bauweisen mit Rundholz.

Labor:

Prüfhalle Föhren, 200 kN Biegeprüfrahmen, 4000 kN Druckprüfrahmen, Datenlogger zur Verformungsanalyse, Prüfdurchführungen nach DINEN 408, zerstörende und zerstörungsfreie Festigkeitsuntersuchungen von Holz.

Ausstattungsgegenstände:

Zwick+Roell Druck- und Biegeprüfrahmen Prüfgerät zur zerstörungsfreien Bestimmung von Festigkeit und E-Modul Holz (Ultraschall-Laufzeit-Methode), hydraulische Pressen, Kraftmesseinrichtungen Zug und Druck bis 200 kN, HBM-Messtechnik, Hallenausstattung zur Durchführung von größeren Bauteilversuchen, Temperaturkammer.