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„FV Bau Prüfungsausarbeitung Holzbau mündlich“

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pcfreak
Beschreibung:
Holzbau im vierten Semester an der Technischen Universität in Graz
Tags:
tu, graz, uebungen, pruefungn, loesung
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ausgearbeiteter Fragenkatalog

Holzbau mündlich
WS 2004/2005
Generell ist festzuhalten, dass das Prüfungsklima ausgesprochen angenehm ist und Herr Prof. Schickhofer nicht drauf aus ist, schlechte Noten zu verteilen (im Gegenteil!). Tip: Zur Prüfungseinsichtnahme gehen und sich die eigenen Fehler anzusehen, da sich die Prüfung in erster Linie um die im schriftlichen Teil gemachten Fehler dreht, und erst dann theoretische Themen aus dem Teil A des Skriptums behandelt werden. Wichtige Themen: Sortierung, Knicklängen, Johnson-Theorem (Stabdübel), Festigkeitskennwerte von Kleinproben und Proben in Bauteilgröße Wir hoffen Dir mit diesem ausgearbeiteten Fragenkatalog für Deine bevorstehende Prüfung die nötigen Anhaltspunkte geben zu können und wünschen Dir Viel Glück und Alles Gute!

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1. Beschreiben Sie das System und die Wirkungsweise des ,de l'Orme'schen Verbundbalkens'. (A.1/3 Abb. 1.1) einzelne (bogenförmige) Holzstücke (hochkant), die durch Nägel (nachgiebiger Verbund) zu einem Bogenträger geformt wurden Spannweiten bis 50m möglich; geringerer Materialverbrauch als bei alten Dachkonstruktionen

2.Beschreiben Sie das System und die Wirkungsweise des ,Emy'schen Bohlenbinders'. liegende, durch Spannbolzen und Spannzangen (Erhöhung der Reibung zw. den Bohlen) miteinander verbundene Holzbohlen ,,Brettlbinder"

weniger Verschnitt (keine Ausrundungen); liegende Bretter lassen sich leichter biegen

3.Wo liegen die Unterschiede zwischen dem ,de l'Orme'schen Verbundbalken' und dem ,Emy'schen Bohlenbinder'? siehe Fragen 1 und 2.

4.Nennen Sie die wesentlichsten Entwicklungsschritte betreffend Brettschichtholz. Weiterentwicklung des Emy'schen Bohlenbinders (Herstellung des Verbundes durch Leim) Anfang: Wiebeking 1809 bei Brücke zu Altenmarkt: Leimholzquerschnitt als Bogen Erste Brettschichtholzkonstruktion: Versammlungshalle King-Edward-College in Southampton 1860 Otto Hetzer: entwickelt Holzleimbau zur Anwendungsreife und erwarb 1906 Patent

5.Welche Funktionen des Waldes sind im österreichischen Forstgesetz 1975 verankert? o o o o Nutzfunktion Schutzfunktion Wohlfahrtswirkung (Klima, Wasserhaushalt, Luft) Erholungswirkung

6.Von wem und wann wurde der Begriff ,Nachhaltigkeit' geprägt? Nachhaltigkeit nach Carlowitz: dem Wald wird nicht mehr Holz entnommen, als wieder nachwächst (in Österreich werden derzeit nur 60% des jährlichen Zuwachses genutzt) nachhaltige Entwicklung: Deckung der Bedürfnisse der heutigen Generation, ohne die Möglichkeiten der nachfolgenden Generationen einzuschränken

7.Was bedeutet ,Nachhaltigkeit' in der Forstwirtschaft? siehe Frage 6

8.Nennen Sie die wichtigsten Baumarten in den österreichischen Ertragswäldern (inkl. %). natürliche Waldgrenze: ca. 1900m Seehöhe (in den Kalkalpen rund 200m tiefer) Baumgrenze ca. 300m über der Grenze des geschlossenen Waldes

Bergregionen: Nadelbäume Ebene, Hügelland: Laubbäume

Fichte: 58% Kiefer: 6% Lärche: 5% 41209.doc Seite 2 von 33

Tanne: 3% Rotbuche: 11% Eiche: 2% andere Nadelbäume bzw. Laubbäume: 1% bzw. 14%

¾ Nadelbäume, ¼ Laubbäume

9.Nennen Sie die Bauteile eines Baumes und beschreiben Sie die biologischen und mechanischen Aufgaben. Wurzeln: Verankerung sowie Wasser- und Nährstoffaufnahme Sprossachsen (Stamm und Äste): Wasser- und Nährstofftransport, Stützung sowie Richtungskorrektur (Funktionen Festigung, Speicherung und Leitung) o Wasser- und Nährstofftransport im Splintholz die in der Photosynthese erzeugten Kohlenhydrate (Assimilate) werden im Bast in den Boden transportiert o o dienen dem Wachstum des Baumes

o

Blätter möglichst unbeschattet ins Licht zu strecken Speicherung der überzähligen Assimilate im Stamm

Blätter: Licht- und CO2-Aufnahme, Windwiderstand o o Laubbäume: flächiges Erscheinungsbild Nadelbäume: nadelförmig bzw. schuppig Photosynthese: Zuckeraufbau (Hexose) aus dem CO2 der Luft und H2O mit Hilfe von Lichtenergie große Sonnenkollektorfläche der Blätter erforderlich

o

10.Beschreiben Sie den Vorgang der Photosynthese. siehe Frage 9. Lichtenergie wird vom Chlorophyll absorbiert 6CO2 + 6H2O C6H12O6 +6O2

11.Welche Funktionen hat das Holz des Baumes zu erfüllen? Festigung, Speicherung, Wasserleitung Der Baum muss mit minimalem Materialaufwand für Stamm und Äste möglichst viel Licht ernten. Bei zuwenig Licht verkümmert er, bei zu viel Materialverbrauch wird er von seinen sparsamen Nachbarn in den Schatten gestellt und ebenfalls verkümmern. Beim Wettlauf um das Licht darf jedoch die Standsicherheit nicht vernachlässigt werden.

12.Was verstehen Sie unter dem ,Axiom der konstanten Spannungen' bzw. dem ,Axiom der Materialausnutzung'?

konstanten

Axiom der konst. Spannung: im zeitlichen Mittel wirkt auf die Baumoberfläche überall die gleiche Spannung Axiom der konst. Materialausnutzung: Quotient aus Spannung und Festigkeit unbelastete Bereiche

(Materialverschwendung) und überbelastete Bereiche (vorzeitiges Versagen) werden vermieden minimaler Materialeinsatz wird angestrebt, Kambium wirkt als Regulator

13.Der Stamm eines Baumes wird vorwiegend durch das Eigengewicht und den Wind belastet. Beschreiben Sie die daraus entstehende Spannungsverteilung im Querschnitt. siehe A.2/14f Abb. 2.3 und 2.4 41209.doc Seite 3 von 33

14.Was sind Wachstumsspannungen und was bewirken diese im Stammquerschnitt? eingespannter Kragarm mit Kraftangriff aus allen Himmelsrichtungen Querschnitt Holz: zellenförmiges Material mit verhältnismäßig dünnen Zellwänden (Fehlerfreies Holz: Druckfestigkeit nur halb so groß wie Zugfestigkeit) Wachstumsspannungen: Erhöhung der Zugspannungen sowie Verringerung der Druckspannungen in den Randfasern (A.2/14f Abb. 2.4) Axiale Zugvorspannung: Verkürzung der Holzzelle Ausdehnung in radialer und tangentialer Richtung Beulen unter Druckbelastung symmetrischer, kreisförmiger

Eigenspannungen in radialer und tangentialer Richtung tangentiale Druckvorspannung: Verhinderung der Längsrissbildung am stehenden Stamm im Stamminnern tangentiale Zugspannung (Spannungsgleichgewicht)

15.Warum muss ein Stamm ,abholzig' sein? Abnahme des Stammdurchmessers mit zunehmender Stammhöhe Biegespannung nimmt zur Wurzel hin zu (Axiom der konst. Spannungen) dickerer Stammdurchmesser im Wurzelbereich erforderlich

16.Erläutern

Sie

das

,biomechanische

Holzmodell'.

Welche

Aussagen

betreffend

die

mechanischen

Eigenschaften von Holz sind daraus möglich?(A.2/17 Abb. 2.5): Das druckfeste und spröde Lignin bildet ein Umhüllungsrohr, in dem die Gefäße sowie das zugfeste und elastische Cellulose eingebettet ist. Dieser Holzkörper ist durch die Holzstahlen ,,querarmiert" (Verhinderung des Ausknickens der Holzfasern) o Festigkeit und Steifigkeit in Faserrichtung am größten (allerdings unterschiedliche Eigenschaften bei Zug- und Druckbelastung aufgrund der Aufgabenteilung zw. Cellulose und Lignin) o o in radialer Richtung stark abhängig von Dichte und Größe der Holzstahlen in tangentialer Richtung am Geringsten, da jede ,,Armierung" fehlt

Richtungsabhängigkeit mit drei senkrecht aufeinander stehenden Symmetrieebenen: Orthotropie o o o axiale Richtung: Zugfestigkeit mehr als doppelt so groß wie die Druckfestigkeit radiale Richtung: Druckfestigkeiten deutlich höher als Zugfestigkeiten tangentiale Richtung: tangentiale Zugfestigkeit auf Grund des Fehlens jeglicher Armierung deutlich geringer als radiale Zugfestigkeit; Unterschied zw. Druck- und Zugfestigkeit größer als Radial (Armierung durch Holzstrahlen)

17.Welche Aufgaben hat die so genannte ,Kambiumschichte' im Stammquerschnitt zu erfüllen? Kambium (zw. Rinde und Holz, nur mikroskopisch erkennbar): ringförmige Bildungsschicht scheidet

nach innen Holzzellen (Xylem) und nach außen Rindenzellen (Phloem) ab. Rindenzuwachs dabei deutlich geringer als Holzzuwachs. holzbildende Schicht (Kambium) ist Regulator für die Einhaltung von Axiom der konst. Materialausnutzung (anlegen von zus. Material bzw. Erhöhung der Festigkeit durch besseres oder angepassteres Material (z.B.: Zug- und Druckholz)

18.Nennen Sie die fünf Strukturebenen im Holz. molekulare Ebene Nanoebene 41209.doc Seite 4 von 33

Mikroebene (Zellebene) Makroebene (Brettebene) Stammebene

19.Benennen Sie die drei Hauptschnittrichtungen des Holzes. Wie sind diese anhand eines eingeschnittenen
Brettes erkennbar? (A.2/21 Abb. 3.2): Querschnitt (Hirnschnitt): Schnittführung senkrecht zur Stammachse Einblick in den anatomischen Bau einer Holzart Radialschnitt (Spiegelschnitt): Schnittführung parallel zur Stammachse und nahezu parallel zu den Holzstahlen gestreifte Textur, angeschnittene Gefäße sind als Rillen erkennbar vermittelt den umfassendsten

Tangentialschnitt (Fladerschnitt): Schnittführung parallel zur Stammachse und quer zu den Holzstrahlen Jahresringe erscheinen fladerförmig

20.Aus welchen chemischen Bestandteilen besteht Holz (inkl. %-Verteilung)? 50% Kohlenstoff (C), 44% Sauerstoff (O), 6% Wasserstoff (H), 0,2 ­ 0,3% Aschegehalt (Mineralstoffe) und <0,1% Stickstoff (N) Die unterschiedlichen Holzeigenschaften werden nicht vom Prozentsatz der chem. Elemente, sondern von den unterschiedlichen chem. und physikalischen Bindungen der Elemente bewirkt

21.Benennen Sie die makromolekularen Zellwandkomponenten und erläutern Sie die Hauptfunktionen dieser Bestandteile. Holz ist ein Verbundmaterial aus den makromolekularen Zellwandkomponenten Cellulose (Aufnahme der mech. (Zug-)Kräfte), Hemicellulosen (Kittsubstanz und Flexibilisatoren), Lignin (Kittsubstanz, Aufnahme der Druckkräfte) und Pektine (Kittsubstanz) und den anteilsmäßig wesentlich weniger vorkommenden niedermolekularen akzessorischen Bestandteilen (Holzinhaltsstoffe, die die chem., physikalischen und biologischen Eigenschaften bestimmen; z.B.: Lichtbeständigkeit, Brennbarkeit, Dauerhaftigkeit, Geruch)

22.Wie würden Sie die Analogie zwischen Holz und Faser-Kunststoff-Verbunden beschreiben? (A.2/27) Bewehrung: Bei Kunststoffen Glasfasern und Kohlefasern, beim Holz Cellulosefasern (ca. 50% Faservolumenanteil)

23.Wie ist eine Zellwand aufgebaut? Aus welchen Bestandteilen setzt sie sich zusammen? (A.2/28) Zellwand: besteht aus mehreren Lamellen von Cellulosefibrillen in einer Ligninmatrix, die durch die Hemicellulose miteinander vernetzt und verklebt sind Bestandteile der Zellwand: Mittellamelle (hoher Lignifizierungsgrad hohe Druckfestigkeit), Primärwand

und dreischichtige Sekundärwand (größter Anteil an der Zellwand, Celluloseanteil ca. 94%, äußere Sekundärwand: Fibrillenwinkel 50° ­ 80° zur Zellenlängsachse, zentrale Sekundärwand: Fibrillenwinkel 10° - 30° zur Zellenlängsachse, innere Sekundärwand: Fibrillenwinkel 60° - 90° zur Zellenlängsachse (A.2/28 Abb. 3.6) Der Mikrofibrillenwinkel der zentralen Sekundärwand hat einen entscheidenden Einfluss auf die mechanischen und teilweise auch auf die bruchmechanischen Eigenschaften: mit steigendem

Fibrillenwinkel sinken E-Modul längs, Zugfestigkeit und Streckgrenze, es steigen die max. mögliche longitudinale Dehnung, die Kerbzugfestigkeit und die spezifische Bruchenergie

24.Nennen Sie die unterschiedlichen Gewebetypen bei Nadel- und Laubholz. (A.2/33 Tab. 3.3) 41209.doc Seite 5 von 33

Leitgewebe: Frühholztracheiden (Dünnwandig, Nadelholz) und Gefäße (Tracheen, Laubholz) Speichergewebe: Parenchymzellen (Nadel- und Laubholz) Festigungsgewebe: Spätholztracheiden (dickwandig, Nadelholz), Holzfasern (Libriformfasern, Laubholz) Exkretgewebe: Epithelzellen (Nadel- und Laubholz) Sondergewebe: Druckholztracheiden (Nadelholz) bzw. Zugholzfasern (Laubholz)

25.Welche Zelltypen bilden das Nadelholzgewebe? Unterscheiden Sie dabei in die radiale und die axiale
Richtung. Wann werden die jeweiligen Zelltypen gebildet und welche Funktionen haben sie zu erfüllen? (A.2/34 Abb. 3.11) Grundsätzlich 2 Zelltypen: Tracheiden und Parenchymzellen Nadelholzaufbau: entwicklungsgeschichtlich älter als Laubhölzer o Wasserleitung: axiale Früholztracheiden (Bildung einfacher, regelmäßiger Holzaufbau nach der Vegetationsruhe,

unmittelbar

dünnwandig und weitporig) und radiale Holzstrahltracheiden o Festigung: axiale Spätholztracheiden (Bildung unmittelbar vor der Vegetationsruhe, dickwandig und engporig) o Nährstoffspeicherung: axiale Längsparenchym (kommt spärlich bzw. überhaupt nicht vor, dünnwandig und strangartig) und radiale Holzstrahlparenchym o Harzausscheidung: axiale und radiale Epithelzellen (parenchymatische Zellen, überwiegend im Spätholz); Harz wirkt antiseptisch und dient den Nadelbäumen vor allem der Abschottung von Wunden gegen den Befall durch Pilze und Insekten

26.Nennen Sie die drei Laubholzhauptgruppen (Porigkeit) und ordnen Sie entsprechende Laubholzarten zu. (A.2/39 Tab. 3.6) ringporig (deutliche Jahresringgrenze): Eiche, Esche, Robinie, Edelkastanie halbringporig (noch klar erkennbare Jahresringgrenze): Kirschbaum, Nussbaum zerstreutporig (undeutliche Jahresringgrenze): Rotbuche, Pappel, Birke, Rosskastanie

27.Welche Elemente des Stammes sind mit bloßem Auge im Querschnitt ersichtlich? Rinde: Außenrinde (Borke) und Innenrinde (Bast) Kambium: nur mikroskopisch erkennbar Jahresringe Holzstrahlen Holz: Splint- und Kernholz, Markröhre o juveniles und adultes Holz: In den ersten Wachstumsjahren produziert der Baum so genanntes juveniles Holz, das im Zentrum des Stammes in unmittelbarer Nähe der Markröhre liegt. Die Eigenschaften des juvenilen Holzes ändern sich dabei von Jahresring zu Jahresring deutlich. Während der Übergangszeit vom fünften bis zum 20. Wachstumsjahr verbessern sich die Holzeigenschaften und werden im sogenannten adulten Holz ungefähr ab dem 20. Wachstumsjahr relativ konstant. Das juvenile Holz ist in der Regel durch breitere Jahressringe gekennzeichnet.

o

Splintholz:

heller,

verfügt

über

lebende,

physiologisch

aktive

Holzzellen;

dient

der

Wasserleitung und Speicherung; wenig dauerhaft und Insekten o

empfindlich gegen holzzersetzende Pilze

Kernholz: innere Zone des Holzes; verfügt über keine lebenden Zellen mehr; in der Regel dunkler, trockener, schwerer, härter, dauerhafter und oft schwieriger imprägnierbar; erfüllt

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nur noch die Festigkeitsfunktion und ist somit für die Standsicherheit des Baumes verantwortlich

28.Erklären Sie den Unterschied zwischen juvenilem und adultem Holz. Wie unterscheiden sich diese in ihren Eigenschaften? siehe Frage 27.

29.Nennen Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen Splint- und Kernholz. siehe Frage 27.

30.Was ist der Unterschied zwischen obligatorischem und fakultativem Farbkern und bei welchen Holzarten kommen diese vor? (A.2/43) obligatorische Farbkernbildung (Kernholz): o o o o erfolgt in jedem Falle in hohem Alter Farbkerngrenzen folgen den Jahresringen Kiefer, Lärche, Eiche, Robinie

fakultative Farbkernbildung (Kernholz): o o o erfolgt nur unter bestimmten Voraussetzungen unregelmäßige Querschnittsform Rotbuche, Esche, Birke

31.Was verstehen Sie unter dem Begriff ,Reaktionsholz'? Was sind die Aufgaben des Reaktionsholzes und welche Unterschiede existieren zwischen Laub- und Nadelholz? Ist ein aktives Richtgewebe, mit dem der Baum seine Form aktiv verändert. Aus der Normalstellung gebrachte Baumteile (Stamm, Äste) werden durch exzentrisches Dickenwachstum wieder in die Ausgangslage zurückgebracht (Aufrichten geneigter Stämme, Aufrechterhalten des arttypischen

Astwinkels, Richtungswachstum bei Ausbildung eines Ersatz-Höhentriebes nach Entwipfelung). Laubholz: Ausbildung von Zugholz (i.d.R. nur mikroskopisch erkennbar; Farbe weiß bis silbrig; wollig rau) Nadelholz: Ausbildung von Druckholz (rötlich-braun; hart und spröde)

32.Erklären Sie den Begriff ,prozentuale Holzfeuchte'? Kann eine p. H. > 100% auftreten? (A.3/3) Im Holz beträgt der Porenanteil 50 ­ 60% große innere Oberfläche

Die Holzfeuchte beeinflusst praktisch alle mechanischen und technologischen Eigenschaften des Holzes Maßhaltigkeit, nat. Holzschutz gegenüber pflanzlichen und tierischen Schädlingen

prozentuale Holzfeuchte: Quotient aus der Masse des in der Holzprobe enthaltenen Wassers und der Masse der wasserfreien (darrtrockenen) Holzprobe. z.B.: Splintholz von Nadelhölzern: 120 ­ 150% pH

33.Nennen Sie die wesentlichen Verfahren zur Bestimmung der Holzfeuchte. (A.3/5f) direkte HFB: Entzug der gesamten Feuchte o großer Zeitbedarf

Darrmethode: Trocknung bei 103° +/- 2° in Wärmeschrank bis Gewichtskonstanz o messtechnisch sehr einfach und preiswert

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o o o o o indirekte HFB: o o

zeitaufwändig (20 ­ 60h) sorgfältiges Arbeiten erforderlich Zerstörung des Probenmaterials therm. Zersetzung beginnt bereits bei der vorgeschriebenen Temperatur eingeschränkte Genauigkeit durch akzessorische Holzinhaltsstoffe

Wasserdampfdruck über dem Holz in Verbindung mit dem Feuchtegleichgewicht elektrische Leitfähigkeit o Leitfähigkeits- oder Widerstandsmessverfahren: der el. Widerstand des Holzes steigt mit abnehmender Holzfeuchte; Abhängig von der Schnittrichtung, Holzart und der

Holztemperatur; Messergebnis wird durch feuchteste Holzschicht bestimmt Messbereich beginn bei ca. 5% Holzfeuchte bis 22% beträgt die Messungenauigkeit ca. 1,5% Holzfeuchte über 22% bis zu hygroskopischen Bereich ca. 2,0 ­ 2,5% Holzfeuchte über hygroskopischen Bereich kann die Holzfeuchte nicht mehr verlässich gemessen werden o dielektrische (kapazitive) Messverfahren: Mittelung des Messergebisses; Einsatz in der Spanfeuchtemessung o o Reflexion, Absorption oder Transmission elektromagnetischer Strahlung Abschwächung von auftreffenden Elementarteilchen (Radioaktivität)

34.Nennen

Sie

die

Vor-

und

Nachteile

der

,Darrmethode'

und

des

,Leitfähigkeits-

oder

Widerstandsmessverfahrens'? Wo kommen diese Methoden bzw. Verfahren zum Einsatz? siehe Frage 33.

35.Was versteht man unter Adsorption und Desorption? (A.3/7) Holz (=hygroskoisch) ist bestrebt, mit bzw. seinem ­abgabe Umgebungsklima (Desorption) ein Gleichgewicht bei dem durch der

Wasserdampfaufnahme

(Adsorption)

herzustellen,

Wasserdampfteildruck über der Holzoberfläche dem Teildruck der umgebenden Luft entspricht. Das Holzfeuchtegleichgewicht ist für Adsorption und Desorption unterschiedlich

36.Was verstehen Sie unter dem Begriff ,Fasersättigung' und in welchem Holzfeuchtebereich liegt diese? Fasersättigung(-sfeuchte): jener Holzfeuchtegehalt, bei dem alle Zellwände (d.h. das gesamte

Kapillarsystem in den Zellwänden) voll mit Wasser gesättigt ist. Ist die Holzfeuchte größer als die Fasersättigungsfeuchte, befindet sich das Wasser als so genanntes freies Wasser in den Zelllumina. Änderungen des Feuchtegehaltes in diesem Bereich beeinflussen die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Holzes nur noch geringfügig. Bei Holzfeuchten unterhalb der Fasersättigung wird Wasser als sogenanntes gebundenes Wasser nur von den Zellwänden aufgenommen bzw. abgegeben. In diesem Bereich hat das eingelagerte Wasser einen entscheidenden Einfluss auf die physikalischen und mechanischen Holzeigenschaften. Die Fasersättigungsfeuchte ist holzartenabhängig (sinkt mit steigender Rohdichte; ca. 24 ­ 32%)

37.Erklären Sie die Begriffe ,Schwinden' und ,Quellen'. Womit stehen diese in unmittelbarem Zusammenhang?
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Aufnahme und Abgabe von Wasser Bei Feuchteaufnahme unterhalb

Volumenänderung des Fasersättigungsbereiches findet durch Einlagerung der

Wassermoleküle in die intermicellaren und interfibrillaren Hohlräume ein Ausdehnen der Zellwand und damit ein Quellen statt. Bei Erreichen des Fasersättigungsbereichs ist dieser Vorgang weitgehend beendet. Schwind- und Quellmaße sind richtungsabhängig: t ~ 1,66r und t ~ 23l Längsschwindmaß: 0,4% Radialschwindmaß: 4,3% Tangentialschwindmaß: 8,3% siehe auch Frage 36.

38.Was versteht man unter dem ,linearen Quellmaß' und worauf ist dieses zu beziehen? Lineares Quellmaß (bestimmte Richtung): Längenänderung bei Zunahme der Holzfeuchte in Relation zu der Referenzlänge in darrgetrocknetem Zustand

mit steigender Rohdichte nimmt das Quellmaß zu, da im Holz ein höherer Zellwandanteil und damit eine größere innere Oberfläche vorhanden ist.

39.Was versteht man unter dem ,linearen Schwindmaß' und worauf ist dieses zu beziehen? Lineares Schwindmaß (bestimmte Richtung): Längenänderung bei Abnahme der Holzfeuchte in Relation zu der Referenzlänge in nassem Zustand.

40.Geben Sie durchschnittliche differentielle Quellmaße für unterschiedliche Holzarten bekannt. Fichte und Kiefer: 0,19 radial; 0,36 tangential Lärche: 0,14 radial; 0,30 tangential Rotbuche: 0,20 radial; 0,41 tangential Eiche: 0,18 radial; 0,34 tangential

41.Was ist beim Einbau von Holzbauteilen in Bezug auf die Holzfeuchte zu beachten? Entscheidend für die Herstellung bzw. Verarbeitung von Holzerzeugnissen sind die mittleren klimatischen Verhältnisse beim späteren Gebrauch. Das Holz sollte bei der Be- und Verarbeitung ungefähr den Feuchtegehalt haben, der sich am Einsatzort als mittlere Ausgleichsfeuchte in Abhängigkeit von Temperatur und rel. Luftfeuchte im Material einstellt.

Bauholz: 12 ­ 18% Holzfeuchte Fensterholz: 12 ­ 15% Holzfeuchte Möbel: 10 ­ 12% Holzfeuchte

42.Welche ,Dichten' kennen Sie und wie unterscheiden sich diese? Rohdichte: Quotient aus Masse und dem äußeren Volumen bei einem definierten Feuchtegehalt. Darrdichte: Quotient aus Masse und dem äußeren Volumen des darrtrockenen Holzes Normal-Rohdichte: bei 20°C und 65% relativer Luftfeuchte (=Normklima); die Holzfeuchte beträgt dann 12 ­ 14% Reindichte: Quotient aus Masse des darrtrockenen Holzes und dem Volumen der Zellwand ( reinen Zellwandstruktur; für beinahe alle Holzarten ident mit 1500 kg/m³) Dichte der

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43.Welche Einflussgrößen auf die Rohdichte kennen Sie? o o o Holzart: Verhältnis Zellwand zu Porenanteil Wuchs- und Standortbedingungen sowie soziologische Stellung des Baumes im Bestand Jahrringbreite (bei Nadelholz tendenziell eine Abnahme der Rohdichte mit zunehmender Jahresringbreite, bei Laubhölzern abhängig von der Porigkeit) bzw. Früh- und Spätholzanteil o Rohdichteverteilung im Stamm: bei Nadelholz Anstieg der Rohdichte vom Mark zum Splint; auch Änderung der Rohdichte in Stammlängsrichtung (Rohdichte sinkt mit zunehmender Stammhöhe); Astholz (sehr enge Jahresringe): höhere Rohdichte; Wurzelholz geringere Rohdichte als Stammholz o Feuchtigkeit

44.Wie kann die Rohdichte bestimmt werden? für allgemeine Eigenschaftsuntersuchungen von Holzarten müssen min. 5 Jahresringe bzw. Zuwachszonen im Prüfquerschnitt liegen (Spätholz: Dichte ca. 1000 kg/m³, Frühholz: Dichte ca. 300 kg/m³)

Massenbestimmung mit Hilfe einer Analysewaage Volumenbestimmung mit Hilfe einer o o stereometrischen Berechnung Berechnung nach dem Verdrängungsverfahren

45.Diskutieren Sie die Unterschiede zwischen ,fehlerfreiem Holz' und ,Holz in Bauteilgröße'. (A.4/4ff) zB.: Zugfestigkeit Cellulosefaser: 8000N/mm², 100N/mm² für fehlerfreies Holz, 10N/mm² für Holz in Bauteilgröße Holz: mech. Eigenschaften werden maßgeblich durch Störstrukturen und die dadurch verursachten beträchtlichen Streuungen beeinflusst.

46.Worauf begründen sich im wesentlichen die Unterschiede zwischen ,fehlerfreien Kleinproben' und ,Proben in Bauteilgröße'? (A.4/9) genetische Merkmale der Holzart wachstumsbedingte Randbedingungen (Strukturstörungen): o o o o o o Bodenbeschaffenheit Verfügbarkeit von Wasser und Mineralstoffen klimatische Gegebenheiten Dauer der Vegetationsperiode Dichte des Bestandes soziologische Stellung des Baumes im Bestand

produktionsbedingte Randbedingungen (Verarbeitungsmerkmale): o Einschnitt in den natürlich optimierten Baumstamm in prismatische Körper (Anschneiden von Holzfasern Die Einbußen in den mechanischen Kenngrößen eines Rundholzes zu einem vergleichbaren Schnittholz können dabei eine Größenordnung von 1,5 : 1 annehmen! Zusätzlich streuen die mechanischen Kennwerte von Schnittholz zumeist deutlich stärker als jene des Rundholzes

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47.Geben Sie Größenordnungen von Festigkeitskenngrößen für Kleinproben und Proben in Bauteilabmessung bekannt. (A.4/7) Wert von Kleinproben zu Proben in Bauteilabmessung Biegefestigkeit: 68N/mm² (37N/mm²) Zugfestigkeit in Faserrichtung: 80N/mm² (30N/mm²) Druckfestigkeit in Faserrichtung: 40N/mm² (32N/mm²)

48.Welche Wuchsmerkmale ­ Strukturstörungen ­ von Schnittholz kennen Sie? Welche beeinflussen im besonderen Maße die Festigkeit? (A.4/8) Astigkeit, Schrägfasrigkeit, Reaktionsholz, Überwallung, Harzstellen, mech. Schädigungen Einfluss auf die Festigkeit Jahresringbild bzw. ­bildung, Harztaschen, biolog. Schädigung durch Pilze etc., Risse auf die Festigkeit Splint und Kern, Verformungen kein Einfluss auf die Festigkeit geringer Einfluss großer

49.Zeichnen Sie ein Spannungs-Dehnungsdiagramm für ,fehlerfreies Holz' für den Druck- und Zugbereich. Diskutieren Sie das Diagramm. (A.4/10f) siehe A.4/10 Abb. 2.1

o o o
o

linearer Zusammenhang zw. Spannung und Dehnung in den weniger belasteten Bereichen sowohl im Zug- als auch im Druckbereich Proportionalitätsgrenze: Zugbereich linear elastisches Verhalten (Hook'sches Gesetz)

sprödes Verhalten (geringe Bruchdehnung von 0,6 ­

1,7%); Proportionalitätsgrenze ~ Bruchgrenze Proportionalitätsgrenze: Druckbereich duktiles Verhalten (Zuwachs an Dehnung ist größer

als Spannungszuwachs); Proportionalitätsgrenze ~ 0,7 x Bruchgrenze Verhältnis Zugfestigkeit zu Druckfestigkeit ~ 2:1

Für den Baustoff Holz ist er E-Modul bei einer Beanspruchung auf Zug und Druck nicht gleich groß! Auf der Druckseite tritt stets ein kleinerer E-Modul auf, als auf der Zugseite. für praktische Berechnung wird

diese Tatsache außer Acht gelassen, und mit einem mittleren E-Modul gerechnet

50.Welche Faktoren beeinflussen die Festigkeit von ,fehlerfreiem Holz'? (A.4/13ff) o Richtung bzw. die Art der Krafteinleitung (längs, normal, schräg, Zug- bzw. Druckbeanspruchung, Biegung, Schub, Abscheren, Torsion): o Druckfestigkeit: abhängig von Jahresringlage (parallel bzw. normal) und der Art der Druckbeanspruchung (ganze Fläche belastet, Schwellen- bzw. Stempeldruck) o o o o o o o Knickfestigkeit Zugfestigkeit Biegefestigkeit Schubfestigkeit (aus der Querkraft) Scherfestigkeit (in und parallel zur Faser) Torsionsfestigkeit

Winkel zw. Lasteinwirkungs- und Faserrichtung: mit zunehmender Abweichung von der Faserrichtung nehmen die Festigkeiten steil ab

o o

Holzart Rohdichte:

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o

je dichter das Holz, desto größer die einzelnen Festigkeiten (gilt für Kleinproben, für Bauteilproben nicht mehr ganz)

o

Nadelholz: Zusammenhang zw. Jahresringbreite und Rohdichte

bei fallender

Jahresringbreite (größer werdendem Spätholzanteil) steigt die Rohdichte und damit die Festigkeit o o Laubholz: ringporig: Rohdichte steigt mit breiter werdenden Jahresringen

Holzfeuchte (maßgebend!): Festigkeitseigenschaften nehmen mit steigender Holzfeuchte ab (Holzgefüge wird durch Quellen gelockert)

o

Größe bzw. Längen-zu-Höhen-Verhältnis: Festigkeit nimmt bei größer werdenen Volumen ab (Größeneffekt)

o o

Geschwindigkeit der Lastaufbringung (statisch, dynamisch) Dauer der Lasteinwirkung (Kurzzeit- bzw. Langzeitfestigkeit): Langzeitfestigkeit ~50-60% der Kurzzeitfestigkeit (visko-elastisches Material)

o o

Prüfkonfiguration Temperatur: Festigkeitseigenschaften fallen bei Temperaturbeanspruchung wesentlich ab

51.Nennen Sie Festigkeitskenngrößen von ,Holz in Bauteilgröße'. Unterscheiden Sie diese in Beanspruchungen ,IN' und ,QUER' zur Faserrichtung. Welche weisen im Versagensfall ein ,sprödes' und welche ein ,duktiles' Verhalten auf? (A.4/13, A.4/23f) Anisotropie (Richtungsabhängigkeit der Festigkeitswerte) in drei senkrecht zueinander stehenden Ebenen orthotroper Werkstoff

o
o

in Faserrichtung: i.A. erreichen die Festigkeiten und Steifigkeiten auf Grund der nat. Optimierung am stehenden Baum die höchsten Werte ist für primäre Lastabtragung heranzuziehen

quer zur Faser: die mechanischen Eigenschaften liegen deutlich unter jenen in Faserlängsrichtung (Eigenschaften in radialer und tangentialer Richtung werden zusammengefasst)

in Faserrichtung:

o

Im Unterschied zu den hohen Zugfestigkeiten bei fehlerfreien Kleinproben beeinflussen bei bauteilgroßen Prüfkörpern die Merkmale Schrägfasrigkeit und Astigkeit die Zugfestigkeit in einer stark abmindernden Weise mit großen Streuungen. Spröde, zumeist ohne Vorankündigung auftretende Versagensform (bruchverursachend: Astigkeit lokale Schrägfasrigkeit)

o

Im Gegensatz zur Zugfestigkeit wirken sich Äste bei einer Beanspruchung auf Druck nicht direkt festigkeitsmindernd aus, wobei auch hier die Faserabweichungen bruchbegünstigend sein können. Es tritt ein lokales Knicken von Holzfasern auf, welches sich in Form einer sog. Druckfalte zeigt (Bruchankündigung). Bei Druckbeanspruchungen kann von einer gutmütigen duktilen

Versagensform gesprochen werden (nur geringe Streuung) quer zur Faser: o Durch die Belastung quer zur Faser kommt es bei entsprechenden Eindrückungen im Bereich der Krafteinleitung zu einem Quetschen und Abscheren von Fasern. Die Belastung führt aber auch zu einer Beanspruchung des Probekörpers in der zur Beanspruchungsrichtung orthogonalen Richtung des Querschnitts. Die dabei entstehenden Querzugspannungen führen letztendlich zu einem Versagen des Probekörpers. Die Querdruckfestigkeit ist abgesehen von lokal auftretenden und zu begrenzenden Eindrückungen eine durchaus sichere Beanspruchungsform mit duktilem Versagen, welche auch planmäßig genutzt werden kann.

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o

Wie bei Zug in Faserrichtung zeigt Holz auch bei einer Querzugbeanspruchung ein ausgeprägtes sprödes Bruchverhalten mit großen Streuungen der Querzugfestigkeitskennwerte. Zudem wirken sich festigkeitsbeeinflussende wachstumsbedingte Merkmale jeglicher Art ­ insbesondere Risse, Ringschäle, Harzkanäle, etc ­ gravierend auf die Festigkeitskenngröße ft,90,k aus.

o

Schubbeanspruchung quer zur Faser (Rollschub) tritt insbesondere bei mehrschichtig orthogonal verklebten Holzwerkstoffen aufgrund der unterschiedlichen Festigkeitskenngrößen von Holz in Faserlängs- und -querrichtung auf. Die typische Versagensform des Abrollens der Längslagen über den querorientierten Holzschichten tritt insbesondere bei biegebeanspruchten Brettsperrholzplatten augenscheinlich zu Tage. Im Last-Verschiebungs-Diagramm zeigt sich nach einem linear elastischen Verhalten ein eindeutig plastisches Verhalten bis zum endgültigen Bruch. Beim Konstruieren mit Holz kann die Rollschubfestigkeit planmäßig genutzt werden. Die ansetzbaren Festigkeitswerte sind gering, jedoch weist das Verhalten genügend Duktilität auf.

o

Abscherfestigkeit: prinzipiell gleich der Schubfestigkeit in Faserrichtung

Festigkeiten für Biegung und Schub (aus Querkraft):

o

Ähnlich

der

Zugfestigkeit

(reine

Normalkraftbeanspruchung)

zeigt

sich

bei

einer

Biegebeanspruchung in der Regel ein Versagen in der zugbeanspruchten Zone des Querschnittes (angeschnittene Astbereiche Last-Verschiebungs-Diagramm zeigt einen lokalen und globalen Faserneigungen). Das linear-elastischen Zusammenhang bis zum

plötzlichen Bruch des Trägers (sprödbruchartiges Versagen). Das Biegedruckpotenzial ist in dieser Phase in der Regel noch nicht voll ausgeschöpft. o Bei der Biegedruckfestigkeit stellt sich im Vergleich zur reinen Druckfestigkeit (reine Normalkraft) ein ähnlich duktiles Verhalten ein (Druckfalten). Ein Versagen in der Druckzone kann in der Regel nur bei Vorhandensein einer qualitativ hochwertigen Zugzone erfolgen, da auf Grund der zuvor genannten Zugund Druckversagensmechanismen zu einem

Trägerversagen in der Druckzone oft ein Biegezugversagen hinzukommt. Bei Versagen zufolge der Biegedruckfestigkeit muss die Zugzone möglichst frei von

zugfestigkeitsmindernden Merkmalen sein. Das Last-Verschiebungs-Diagramm zeigt zu Beginn einen linear-elastischen Verlauf, ehe dieses in einen nicht-linearen plastischen Bereich übergeht (Bruch nach Bildung von Druckfalten). o Die Ermittlung der Schubspannungen zufolge Biegung aus Querkraft erfolgt nach den bekannten Regeln der technischen Biegetheorie. Obwohl die üblicherweise verwendeten Querschnitte als ,,dickwandig" einzustufen sind, verwendet man den Zusammenhang welcher streng genommen nur für dünnwandige Querschnitt gültig ist und einen parabelförmigen Verlauf über die Querschnitthöhe aufweist. (plötzlicher Bruch (Sprödbruch) auf Grund gegenseitigem Verschieben der beiden Bruchteile in etwa Querschnittsmitte)

52.Welche richtungsabhängigen E-Modul- und G-Modul-Kenngrößen kennen Sie? (A.4/12) Für den Baustoff Holz ist er E-Modul bei einer Beanspruchung auf Zug und Druck nicht gleich groß! Auf der Druckseite tritt stets ein kleinerer E-Modul auf, als auf der Zugseite. für praktische Berechnung wird

diese Tatsache außer Acht gelassen, und mit einem mittleren E-Modul gerechnet

Zusammenfassen von Kennwerten in radialer und tangentialer Richtung (quer) E-Modul: radial, tangential und längs 41209.doc Seite 13 von 33

G-modul: längs-tangential, radial-längs, radial-tangential (A.4/35)

Das Verhältnis zw. E-Modul in Längsrichtung und dem G-Modul beträgt für Holz 20:1 (vgl. Stahl: 2,5:1) Aus diesem Verhältnis folgt, dass bei Verformungsberechnungen für den Baustoff Holz die

Schubnachgiebigkeit einen großen Einfluss ergibt und somit bei den Berechnungen nicht vernachlässigt werden darf!

53.Nennen Sie das Verhältnis zwischen den E-Modul-Kenngrößen tangential : radial : längs. ET : ER : EL = 1 : 1,7 : 20 bzw. 13 (Nadel- bzw. Laubholz)

54.Welche G-Modul-Kenngrößen kennen Sie und welche Verhältniszahlen stellen sich ein? GLR : GLT = 1 bzw. 1,3 : 1 (Nadel- bzw. Laubholz) GRT (Rollschub) = 1/10 GLT bzw. 1/40 GLT (Nadel- bzw. Laubholz)

55.Welche Faktoren beeinflussen die elastischen Eigenschaften von ,fehlerfreiem Holz'? (A.4/37) o Richtung bzw. die Art der Krafteinleitung (längs, normal, schräg, Zug- bzw. Druckbeanspruchung, Biegung, Schub, Abscheren, Torsion): wie für Festigkeitskennwert o o o o o Winkel zw. Lasteinwirkungs- und Faserrichtung: wie für Festigkeitskennwerte Holzart Rohdichte: mit steigender Rohdichte steigen E- und G-Modul Holzfeuchte: mit zunehmender Holzfeuchte fallen E- und G-Modul Geschwindigkeit der Lastaufbringung (statisch, dynamisch) Dauer der Lasteinwirkung: mit zunehmender Dauer nehmen die visko-elastischen Eigenschaften des Holzes ab o o Prüfkonfiguration Temperatur: Abnehmen bei steigender Temperatur Kriechen

o

56.Wie viele unabhängige ,echte' Materialkonstanten benötigt man für ein ,anisotropes', ,monoklines' und ,orthotropes' Materialverhalten? (A.4/48 Tab. 5.7) 57.Nennen Sie die wichtigsten Strukturmerkmale von Bauholz bzw. ,Holz in Bauteilgröße'. (A.5/5)

o

Astigkeit: wichtigste Strukturmerkmal von Schnittholz in Bezug auf die Auswirkungen auf die mechanischen Kenngrößen.

Das Ausmaß der Auswirkungen hängt dabei von folgenden Faktoren ab:

o

Größe des Astes: Wesentlich für die mechanischen Auswirkungen ist das Verhältnis der Astgröße in Bezug auf die Querschnittsabmessungen. Näherungsweise können Äste dabei als natürliche ,,Verlustflächen" im Querschnitt interpretiert werden

(,,Holznettoquerschnitt").

o

Typ des Astes: je nach Lage des Astes im Querschnitt verschiedene Asttypen im Schnittholz Kantenäste je nach Belastungsart unterschiedliche Auswirkungen (Insbesondere führen wegen der Kerbwirkung zu bedeutenden Einflüssen auf die

mechanischen Kenngrößen.

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o

Abstand der Äste in Längsrichtung (,,Astansammlung"): Äste treten in Nadelholzbäumen i. A. in sog. ,,Astquirln" auf. Das sind rund 50 cm bis 80 cm entfernte Bereiche in denen die Äste in konzentrierter Form in radialer Richtung austreten. Durch den Einschnitt werden die Äste in sog. ,,Astansammlungen" im Schnittholz freigelegt. Durch die Konzentration wird der tragfähige Nettoquerschnitt stark herabgesetzt.

o

Zustand der Äste (fest verwachsen, nicht verwachsen, lose, durchgefallen): abhängig vom Alter des Baumes bzw. dessen Stammdurchmesser und ­ für das Schnittholz ­ von dessen Lage im Querschnitt abhängig. verwachsene Äste große Einflussnahme

o

Aststörzone (,,lokale Faserneigung"): nähere Umgebung von Ästen relevant, in der beim Einschnitt die natürlich optimierte Struktur der Holzfasern durchtrennt wird und so zu beträchtlichen Festigkeitsverlusten (verminderte Kräfteumlagerungsmöglichkeit) führt. Wegen der strom-linienförmigen Umschließung der Äste treten am Schnittholz auch z. T. starke Faserabweichungen (,,lokale Faserabweichung") auf.

o

Drehwuchs bzw. Faserneigung: spiralförmige Windung der nach oben wachsenden Holzfasern (standortabhängig); über den Querschnitt variabel: im Markbereich stark linksläufig, äußere Randschichten flach rechtsläufig

o

Jahrringbreite bzw. Wachstum: Übergang vom Früh- zum Spätholz kontinuierlich, vom Spätholz zum Frühholz deutlich ausgeprägter. Jahresringbreite korrelliert sehr stark mit der Frühholzbreite (Spätholzbreite bleibt rel. konstant)

o

Juveniles (jugendliches) Holz: i.d.R. breitere Jahresringe Reaktionsholz (Folge von exzentr. Beanspruchung des Baumes): Diese können aus einseitigen Belastungsverhältnissen des angreifenden Windes an frei stehenden Bäumen, Hangrutschungen, durch Schneebelastung und aus sonstigen Einwirkungen herrühren. Je nach Holzart bildet sich ,,Druckholz" (ugs.: ,,Buchs"), beim Nadelholz oder ,,Zugholz" beim Laubholz durch einen auf der Mikroebene veränderten Aufbau aus ( sprödes Bruchversagen).

o

o

Schwindrisse (immer in radialer Richtung): durch Trocknung bzw. bereits am stehenden Baum möglich; Schnittholz aus der Kernzone kaum ohne Schwindrissbildung möglich!!!

o

sonstige Wachstumsunregelmäßigkeiten: o o o Abholzigkeit: verjüngende Form des Baumstammes (1 bis 2 cm/m Stammlänge) Krummschaftigkeit: Abweichung von der ideal geraden Stammachse ungleichmäßige Lichtverhältnisse Jahresringbreiten: durch exzentrische Belastung bzw. einseitige

58.Erklären Sie das Merkmal ,Drehwuchs' bzw. ,Faserabweichung'. (A.5/10) spiralförmige Windung der nach oben wachsenden Holzfasern (standortabhängig); über den Querschnitt variabel: im Markbereich stark linksläufig, äußere Randschichten flach rechtsläufig Faserabweichung ,,Stromlininenprofil"

59.Beschreiben Sie den ,Verbundquerschnitt' Jahrring. (A.5/13) Bäume legen während der Wachstumsperiode jährlich eine Schicht in radialer Stammrichtung zu. Diese Zuwachszonen bestehen bei Nadelholz i. Allg. aus einer Schicht dünnwandiger, weitporiger Holzzellen (Frühholz: Wasser- und Nährstofftransport) sowie einer Schicht dickwandiger, engporiger Holzzellen (Verfestigung und Versteifung), die am Ende der Wachstumsperiode entstehen.

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Der Übergang vom sog. ,,Frühholz" (ca. 300kg/m³) zum ,,Spätholz" (ca. 1000 kg/m³) ist dabei kontinuierlich, jener vom ,,Spätholz" zum ,,Frühholz" deutlich ausgeprägter (Abb. 1.13). Die Summe der Breiten der Spätholz- und Frühholzschichte eines Jahres wird als ,,Jahrringbreite bezeichnet.

60.Was verstehen Sie unter ,juvenilem Holz'? (A.5/16) In den ersten Wachstumsjahren produziert der Baum so genanntes juveniles Holz, das im Zentrum des Stammes in unmittelbarer Nähe der Markröhre liegt. Die Eigenschaften des juvenilen Holzes ändern sich dabei von Jahresring zu Jahresring deutlich. Während der Übergangszeit vom fünften bis zum 20. Wachstumsjahr verbessern sich die Holzeigenschaften und werden im sogenannten adulten Holz ungefähr ab dem 20. Wachstumsjahr relativ konstant. Das juvenile Holz ist in der Regel durch breitere Jahressringe gekennzeichnet.

61.Wie entstehen Schwindrisse, wie und wo treten diese in Erscheinung? Durch welche Maßnahmen kann das Auftreten von Schwindrissen nahezu vermieden werden? (A.5/19) Schwindrisse werden durch die Trocknung am Rund- und Schnittholz oder auch bereits am stehenden Baum erzeugt. Sie treten stets in radialer Richtung auf. Deren Größe und Ausdehnungen am Schnittholz können durch das verwendete Trocknungsverfahren (natürliche Trocknung, künstliche Trocknung) beeinflusst werden. Schnittholz aus der Kernzone kann kaum ohne Schwindrissbildung gewonnen werden. Trockenrisse im ,,üblichen Maße" beeinträchtigen das Festigkeitsverhalten nur sehr unbedeutend.

62.Definieren Sie den Begriff ,Sortierung'. Erklären Sie anhand einer Dichtefunktion die Auswirkungen eines Sortierprozesses. (A.5/31) Für eine sichere und zuverlässige Bemessung von Bauwerken und Bauteilen aus Holz müssen die maßgebenden Kennwerte mit ausreichender Zuverlässigkeit bekannt sein. Weil die mechanischen Eigenschaften von Holz sowohl über den Querschnitt, als auch entlang der Längsachse eine beträchtliche Streuung aufweisen, das Verhältnis des schwächsten zum größten Kennwertes von unsortiertem, d. h. nicht speziell ausgewähltem Schnittholz kann dabei bis zum Faktor 1 : 10 reichen, würde dies für den unsortierten Baustoff Holz einen großen Wettbewerbsnachteil gegenüber anderen Baumaterialien bedeuten. Holz ist daher vor seiner Verwendung in tragender Funktion zu sortieren.

Unter ,,Sortieren" versteht man das Aufteilen der ursprünglichen Menge in Teilmengen in der Weise, dass ein Homogenisieren von mechanischen und physikalischen Eigenschaften nach definierten Gütekriterien und/oder Dimensionen zu marktüblichen Sortimenten und Produktkategorien stattfindet.

63.Was möchte man bezüglich der Eigenschaften von Bauholz durch den Sortierprozess erreichen? (A.5/31) Durch den Sortierprozess sollen folgende Eigenschaften erreicht werden: o o Bildung von Klassen mit abgestuften und zuverlässig erreichbaren Kennwerten (Trennschärfe) geringere Streuung der Kennwerte innerhalb dieser Klassen gegenüber dem unsortierten Ausgangsmaterial (Homogenisierung)

64.Nach welchen Kriterien kann Bauholz sortiert werden? (A.5/32)

o

der Tragfähigkeit (Festigkeit und/oder Steifigkeit): Die Klassenbildung erfolgt nach den mechanischen Kenngrößen Festigkeit und/ oder Steifigkeit (E-Modul).

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o

der Erscheinung (oberflächenspezifische bzw. ästhetische Gesichtspunkte): Will man Holz vorwiegend als sichtbaren Baustoff, wie z.B. im Möbelbau, für Fenster und Türen, für Fußböden und für Verschalungen etc. einsetzen, treten die Anforderungen an die Festigkeit/Steifigkeit in den Hintergrund. Der dominierende Faktor bei dieser Art der Sortierung sind visuelle, ästhetische Kriterien, wie gleichmäßige Farbgebung, harmonische Texturen usw.

o

verwendungsabhängigen Anforderungen (Rissefreiheit, Formstabilität): Beispielsweise kommt es bei beplankten, also nicht sichbaren Bauteilen in Tafelbauweise für kleinere Bauaufgaben in erster Linie auf die Formstabilität an.

65.Welche augenscheinlich erfassbaren Merkmale werden bei einer visuellen Sortierung berücksichtigt? (A.5/36) Für Nadelschnittholz sind das im Wesentlichen: o o o o o die Äste die Faserneigung die Jahrringbreite die Waldkante evt. die Lage im Stamm (juveniles Holz)

Das Messprinzip besteht dabei in der Tatsache, dass zwischen der Ausprägung eines visuell erfassbaren Sortiermerkmales des Schnittholzes (z.B. der Größe der Äste) ein mehr oder weniger stark ausgeprägter Zusammenhang mit den mechanischen Kennwerten besteht. Durch Versuche an bauteilgroßen Schnitthölzern bzw. durch Erfahrungswerte wurden Grenzwerte für diese Merkmale festgelegt und normiert.

Die visuelle Sortierung weist folgende Vorteile auf: o o o o Die Sortiervorschriften bestehen aus einfach zu erlernenden und anwendbaren Regeln Eine Umsetzung ist ohne Messeinrichtungen oder apparative Hilfsmittel möglich Bei sorgfältiger Durchführung sind, in Relation zum Aufwand, gute Sortierergebnisse erzielbar Eine Überprüfung der Sortierung ist auch im eingebauten Zustand in einfacher Weise möglich

Als Nachteile der visuellen Sortierung können angeführt werden: o nur bedingt reproduzierbar auf Grund der subjektiven Entscheidung des Sortierpersonals eintönigen Arbeit, konzentrationsabhängig begrenzte Leistungsfähigkeit

o
o

Die visuelle Kosten ist relativ personalkostenintensiv Höherwertige Schnittholzsortimente können durch eine visuelle Sortierung nicht ausreichend sicher klassifiziert werden Potenzial des Holzes kann nicht zur Gänze ausgenutzt werden nicht alle Einflüsse und Wechselwirkungen der Sortierparaschlechteste Sortierparameter bestimmt die Klasse

o o

einfach zu haltenden Sortierregeln meter können berücksichtigt werden

66.Was verstehen Sie unter dem Begriff der ,maschinellen Sortierung'? Was sind die Vor- und Nachteile dieses Sortierprozesses? (A.5/37) Bei der maschinellen Sortierung können zusätzlich zu den visuell erfassbaren Merkmalen auch solche Merkmale der Holzstruktur in die Sortierung eingebracht werden, die dem Augenschein nicht zugänglich sind, wie z.B. der E ­ Modul oder die Rohdichte. Diese Merkmale werden von einer entsprechenden Sortiereinheit erfasst und zerstörungsfrei ermittelt. Als wichtigstes ,,indirektes" Sortiermerkmal ist dabei

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der E ­ Modul zu nennen, weil dessen Zusammenhang mit der Festigkeit gegenüber anderen Sortiermerkmalen am stärksten ausgeprägt ist.

Die Vorteile der maschinellen Sortierung sind:

o
o

effektivere Zuordnung in die einzelnen Sortierklassen zelnen Klassen höhere Homogenität

kleinerer Variationskoeffizient in den ein-

Zuverlässigkeit steigt

reproduzier- und dokumentierbare Sortierung Potential des Holzes kann sowohl ökonomisch (weniger Ausschuss) als auch qualitativ besser genutzt werden höhere Sortierklassen

o
o

höhere Leistungsfähigkeit (bis zu 300 lfm/min).

Als Nachteil der maschinellen Sortierung sind anzuführen: o o beträchtlicher finanzieller Aufwand (Anschaffung und widerkehrende Kontrollen) Sortierergebnis, insbesondere im eingebauten Zustand kann nur mittels apparativer Hilfsmittel nachvollzogen bzw. kontrolliert werden (,,black ­ box ­ System"). o geschultes Personal für die Bedienung

67.Welche physikalischen Effekte werden bei maschinellen Sortierverfahren genutzt? (A.5/39) o o o o o statische Biegeprüfung (Prüflastverfahren, Schalldetektion) dynamische Biegeprüfung (Spannungswellen, Ultraschallwellen) Röntgenstrahlen, Mikrowellen, optische Verfahren Penetrationsverfahren (Eindringverfahren) Härteprüfungen (Rückprall)

68.Erklären Sie das Prinzip einer masch. Sortieranlage auf der Grundlage des (statischen) Biegeverfahrens. Was ist vorgegeben, was wird gemessen und was kann daraus ermittelt werden? (A.5/40) Das zu sortierende Schnittholz durchläuft einen aus mindestens drei Rollen bestehenden Rollengang und wird durch eine, mit Druckmessdosen ausgestattete Rolle durchgebogen. An dieser Rolle wird dabei die für eine definierte Durchbiegung f erforderliche Rückstellkraft F gemessen. Daraus lässt sich unter Berücksichtigung der Holzabmessungen (Breite und Dicke) und dem Abstand der feststehenden Rollen (zwischen 600 mm und 1200 mm) der statische E-Modul bestimmen.

69.Erklären Sie das Grundprinzip des Prüflastverfahrens. Worin liegen die Vor- und Nachteile? (A.5/42) Bei diesem Verfahren wird das zu sortierende Schnittholz einer Vorbelastung ausgesetzt. Diese Vorbelastung kann als Druck-, Zug- oder Biegebelastung aufgebracht werden. Bricht die Probe bei einer vorgegebenen Belastung nicht, so kann das geprüfte Schnittholz als lastabtragendes Bauteil verwendet werden. Statistisch gesehen werden damit also jene Hölzer ausgesondert, die am unteren ,,Schwanz" der Summenhäufigkeitsverteilung liegen und den maßgebenden 5%-Fraktil­Kennwert der Festigkeit erheblich beeinflussen. Dadurch wird insbesondere die Standardabweichung vermindert, wodurch es wiederum zu einer Homogenisierung der mechanischen Eigenschaften der betrachteten Charge kommt. Als wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist die mögliche Vorschädigung des Schnittholzes durch die Vorbelastung anzuführen.

70.Auf welchen Prinzipien beruhen Schwingungsverfahren zur maschinellen Sortierung von Bauholz? Was ist ein dynamischer E-Modul? (A.5/43)

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Der ,,dynamischen E-Modul" weist einen guten Zusammenhang mit dem statischen E-Modul auf (R > 0,9). Bei der Ultraschalllaufzeitmessung wird die Laufzeit einer Schallwelle durch das zu sortierende Holz gemessen, bei der Messung mittels Spannungswellen wird das zu untersuchende Schnittholz durch einen mechanischen Stoß zum Schwingen angeregt, die Eigenfrequenzen ermittelt und daraus der dynamische E-Modul bestimmt.

o

Ultraschalllaufzeitmessung: seitlichen Abmessungen des Probekörpers klein im Verhältnis zur Wellenlänge, ergibt sich E = x v² (dynamischer E-Modul). Wegen der sehr kurzen, stoßartigen Schwingungsanregung ist der dyn. E-Modul rund 5 bis 10 % größer als der stat. E-Modul.

o

Spannungswellen: Schwingungsanregung des zu sortierenden Brettes durch einen mechanischen Stoß Erzeugung von Spannungswellen, die sich durch den zu untersuchenden Prüfkörper

ausbreiten. Je nach Richtung des anregenden Stoßes wird das Brett so zu Längs-, Biege- oder auch zu Torsionsschwingungen gezwungen sich die ,,Eigenschwingung" ein. Durch nach kurzer Zeit (gedämpfte Schwingung) stellt Aufzeichnen dieser Eigenfrequenz, Messen der

geometrischen Größen ­ Breite, Dicke und Länge ­ und Ermittlung der Rohdichte kann aus diesen Parametern der dynamische E-Modul bestimmt werden.

71.Nennen Sie die wichtigsten Normen auf europäischer und nationaler Ebene in Bezug auf die Festigkeitssortierung von Bauholz für tragende Zwecke. (A.5/62) Bestimmungen zur Festigkeitssortierung von Bauholz für tragende Zwecke sind im europäischen Normenwerk in den Normen EN 14081-1, EN 14081-2 und EN 14081-3 verankert. Ein System von Festigkeitsklassen für Vollholz ist durch die EN 338 gegeben. Die Zuordnung der derzeit geltenden nationalen visuellen Sortierklassen zu den europäischen Festigkeitsklassen gemäß EN 338 regelt EN 1912. o EN 14081-1: ,,Holzbauwerke ­ Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt; Teil 1: Allgemeine Anforderungen" o o o o Regelung der visuelle und die maschinellen Sortierung Anforderung an die Sortiermaschine, werkseigene Produktionskontrolle Produktkennzeichnung

EN 14081-2: ,,Holzbauwerke ­ Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt; Teil 2: maschinelle Sortierung ­ zus. Anforderungen an die Erstprüfung" o o ausgabekontrolliertes System: periodische Kontrolle des Produktes maschinell-kontrolliertes System: Eichung der Sortiermaschine

o

EN 14081-3: ,,Holzbauwerke ­ Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt; Teil 3: maschinelle Sortierung ­ zus. Anforderungen an die werkseigene Produktionskontrolle"

o

EN 14081-4: ,,Holzbauwerke ­ Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt; Teil 4: maschinelle Sortierung ­ Einstellung von Sortiermaschinen für maschinenkontrollierte Systeme"

o

EN 1912: ,,Bauholz ­ Festigkeitsklassen; Zuordnung von visuellen Sortierklassen und Holzarten" o Diese europäische Norm gibt visuelle Festigkeitsklassen, Arten und Herkunft von Bauholz an und legt die Festigkeitsklassen nach EN 338 fest, denen sie zugeordnet sind.

o

EN 338: ,,Bauholz für tragende Zwecke ­ Festigkeitsklassen". Diese Norm legt ein System von Festigkeitsklassen für den Gebrauch von Bauholz für tragende Zwecke fest. Definiert sind zwölf

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Festigkeitsklassen (C14 bis C40) für Nadelholz, sowie sechs Festigkeitsklassen (D30 bis D70) für Laubholz. Sie gibt charakteristische Werte der Festigkeit, der Steifigkeit und der Rohdichte für diese definierten Festigkeitsklassen an. Weiterer Bestandteil dieser Norm ist die Regelung der Zuordnung von Holzgrundgesamtheiten, dass sind Kombinationen von Holzart, Herkunft und Sortierklasse zu den in dieser Norm definierten Festigkeitsklassen.

72.In der ON DIN 4074-1 sind Sortierklassen geregelt. Wie viele gibt es und benennen Sie diese? (A.5/66) ,,Sortierung von Nadelholz nach der Tragfähigkeit ­ Nadelschnittholz" In DIN 4074-1 sind die Anforderungen und Kriterien an die visuelle und maschinelle Sortierung festgelegt. o Nach visuell feststellbaren Merkmalen die Sortierklassen: o o o o S 7 Schnittholz mit geringer Tragfähigkeit S 10 Schnittholz mit üblicher Tragfähigkeit S 13 Schnittholz mit überdurchschnittlicher Tragfähigkeit

Nach maschinell zu ermittelnden Eigenschaften und zusätzlichen visuellen Sortiermerkmalen die Sortierklassen: o o o o MS 7 Schnittholz mit geringer Tragfähigkeit MS 10 Schnittholz mit üblicher Tragfähigkeit MS 13 Schnittholz mit überdurchschnittlicher Tragfähigkeit MS 17 Schnittholz mit besonders hoher Tragfähigkeit

73.Was verstehen Sie unter dem Begriff des ,Kriechens'? Wie wird das Kriechen von Bauteilen in der Nachweisführung berücksichtigt? (A.5/76 und A.5/83) Darunter versteht man die zeitliche Zunahme einer Verformung unter einer ständig wirkenden Belastung (konstante Spannung). Berücksichtigung des ,,Kriechens" in der Bemessung mittels Deformationsbeiwert kdef Die Annahme eines linear viskoelastischen Materialverhaltens von Holz und Holzwerkstoffen bei Spannungen unter 1/3 der Kurzzeitfestigkeit ist eine der wesentlichsten Annahmen der

Bemessungsmethoden des EC5 zur Berücksichtigung der auftretenden Kriechverformungen. Der Anteil der Kriechverformungen an der Gesamtverformung kann nach EC5 berechnet werden, indem die elastische Anfangsverformung mit dem Faktor kdef multipliziert wird (siehe Kapitel ,,Gebrauchstauglichkeit"). Bei dieser Abschätzung der Kriechverformungen wird lediglich die Belastungsdauer (quasi ­ ständig) in Kombination mit der Holzfeuchte (Nutzungsklasse der Konstruktion) berücksichtigt.

Viskoelastisches Verhalten: Zustand eines Körpers, der sowohl elastisch, als auch fließfähig (nimmt bei Verformung eine Spannung auf, die von der Verformungsgeschwindigkeit abhängt)

74.Nennen Sie die wichtigsten Einflussparameter auf das Kriechverhalten von Holz und Holzwerkstoffen. (A.5/78) Die Kriechverformung von Vollholz wird sehr stark durch den Winkel zwischen Last- und Faserrichtung beeinflusst. weitere Einflussfaktoren o Einfluss der Belastungsdauer: Die Größe einer Kriechverformung hängt wesentlich von der Lasteinwirkungsdauer ab. Zu Beginn einer Belastung ist eine rasche Zunahme der Verformung gegeben (Mikrobrüche).

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o

Einfluss

der

Holzfeuchte:

Mit

zunehmender

Holzfeuchte

sind

in

der

Regel

höhere

Kriechverformung verbunden (Holzfeuchtewechsel hat ebenfalls einen großen Einfluss aufgrund der Überlagung von Schwinden und Quellen). o o Einfluss Belastungsgrad: je höher die Spannung, desto kürzer die Zeit bis zum Versagenseintritt. Einfluss der Temperatur: Mit steigender Temperatur nehmen die elastischen Steifigkeits- und Festigkeitskenngrößen ab. o Einfluss der Klebstoffe: Vor allem bei Holzwerkstoffen mit hohem Klebstoffanteil (OSB, Faserplatten) wirkt sich der Klebstoff deutlich auf das Kriechverhalten aus.

75.Erklären Sie den Volumeneffekt. Über welche Faktoren kann dieser in der Nachweisführung berücksichtigt werden? (A.5/95) Vergleicht man Festigkeiten von Prüfserien aus Holz, wie z.B. die Biege-, Zug-, Druck- oder Schubfestigkeit mit gleicher Holzqualität aber unterschiedlichen Abmessungen bzw. Volumina so wird man feststellen, dass diese für ein und die selbe Holzart und Festigkeitsklasse unterschiedliche quantitative Ausprägungen aufweisen. Die Festigkeitskenngrößen von Probekörper mit größerem Volumen sind geringer als solche mit kleinerem Volumen (statistisch verteilte Diskontinuitäten und Risse in den verschiedenen Strukturhierarchieebenen des Holzes (Nano ­ Mikro ­ Makro) sowie deren unterschiedliche Auswirkungen auf den zum Bruch führenden Mechanismus) ,,Größeneffekt" ksize, kh, kvol

76.Welcher Effekt ­ in Form von zwei Ausprägungen ­ kann durch den so genannten Systembeiwert in der Nachweisführung berücksichtigt werden? (A.5/111) Der Systembeiwert ksys ermöglicht eine Erhöhung von Festigkeitskennwerten bei bestimmten Last- und Bauteilsituationen. Diese Erhöhung kann durch eine lastverteilende Systemwirkung bzw. durch die spezielle Anordnung und Verbindung einzelner gleichartiger Elemente begründet werden.

Die Systemwirkung kann dabei auf zwei Arten erfolgen: o Systemwirkung durch Querverteilung der Einwirkungen (lastverteilendes System): o zB: HolzbalkendeckeDie Decke wird als Tragwerk behandelt, das aus gleichartigen Komponenten mit gleichem gegenseitigen Abstand (Holzbalken), welche durch ein lastverteilendes System (z.B. Beplankung an der Oberseite) miteinander verbunden sind. Erfolgt nun eine Beanspruchung durch eine Einzellast auf dieses Tragwerk wird das lastverteilende System einen Teil der Last zu den benachbarten Bauteilen weiterleiten und somit das der Belastung am nächsten liegende Element entlasten. o Statistische Systemeffekte: o Werden zwei oder mehrere Elemente durch eine starre oder nachgiebige Verbindung zu einem statisch gemeinsam wirkenden Bauteil verbunden, tritt auch hier ein Systemeffekt auf. In diesem Fall handelt es sich um einen statistischen Systemeffekt bei dem es zu einem ,,Ausgleich" der Materialkennwerte kommt. Es ist unwahrscheinlich, dass beim Aneinanderfügen nebeneinander mehrerer zu liegen Einzelkomponenten kommen. Vielmehr die jeweils ,,schlechten" solche mit Elemente ,,niederen"

werden

Materialkennwerten mit solchen ,,höherer" verbunden. Fällt ein Element aus, entzieht es sich mehr oder weniger seiner Aufgabe der Lastabtragung und die Belastung wird auf die benachbarten Elemente umgelagert. Man kann also sagen, dass sich die Elemente untereinander ,,solidarisch" verhalten. 41209.doc Seite 21 von 33

o

Bei Nagelverbindung (elast. Verbund) Umlagerung nur eingeschränkt möglich

77.Wie verhält sich der Baustoff Holz im Brandfall? Welche Einflussfaktoren bestimmen das Brandverhalten von Holz? (A.5/124) Aufgrund seines organischen Aufbaues ist Holz brennbar. Der Werkstoff Holz setzt sich aus den Bestandteilen Cellulose (45 %), Hemicellulose (20 %) und Lignin (35 %) zusammen, welche chemisch gesehen wiederum aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff bestehen. Lediglich Asche und Wasser stellen die nichtbrennbaren Bestandteile von Holz dar. Bei der Erwärmung von Holz setzt eine thermische Zersetzung der Holzsubstanz ein, wobei Holzkohle und brennbare Gase gebildet werden. Obwohl Holz brennt, weist es im Brandfall ein günstiges Verhalten auf, da die entstehende Holzkohle eine natürliche Wärmedämmschicht (,,Pyrolyseschicht") bildet und das ungeschädigte Holz vor einem weiteren Temperaturanstieg und damit vor Festigkeitsverlusten schützt. Das Verhalten von Holz im Brandfall wird zudem maßgeblich von der Art des Holzes, von der Gestalt (Abmessungen), dem Verbund mit anderen Stoffen (Beschichtungen), der Verwendung (Nutzungsklasse), den Verbindungsmitteln und deren Verarbeitungstechnik und den unterschiedlichen Brandbedingungen wie Sauerstoffzufuhr, Luftströmung und Wärmebestrahlung beeinflusst. Charakteristisch für das Verhalten von Holz unter Brandeinwirkung sind die Entflammbarkeit (Entzündbarkeit) und die Abbrandgeschwindigkeit. Weiters beginnt sich im Temperaturbereich von rund 300 °C eine Holzkohleschicht zu bilden, die eine Verringerung der Abbrandgeschwindigkeit bewirkt, da die Kohleschicht die Wärmeleitfähigkeit reduziert. Parallel dazu nimmt die Bildung brennbarer Gase stark ab.

78.Was wird unter dem Begriff der ,Abbrandgeschwindigkeit' von Holz verstanden? In welcher Größenordnung liegt diese und wovon ist diese abhängig? (A.5/127) Zunahme der abgebrannten oder verkohlten Schicht je Zeiteinheit, angegeben in mm/min. Der Abbrand von Holz setzt Wärmeenergie frei und verringert den statisch nutzbaren Querschnitt. Aus Brandversuchen liegt für Holz eine Abbrandgeschwindigkeit von 0,6 bis 1,0 mm/min vor. Das heißt nach 12 bis 16 Minuten wird eine Verkohlungstiefe von rund 10 mm erreicht. Entscheidender Faktor für eine geringe Abbrandgeschwindigkeit ist die Verkohlung der Außenzonen. Die so entstehende Holzkohleschicht bildet infolge ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit eine stark wärmedämmende Schutzschicht und verzögert so den weiteren Abbrand erheblich. Aus diesem Grunde ist es wichtig, dass diese Schutzschicht erhalten bleibt. Bei Schnittholz wirken sich Schwindrisse ungünstig aus, weil sie nicht nur die Schutzschicht zerstören können, sondern auch die beflammbare Oberfläche vergrößern. Verklebte Querschnitte weisen daher im Gegensatz zu Schnitthölzern ein günstigeres Brandverhalten auf.

Die Abbrandgeschwindigkeit von Holz wird maßgeblich von den folgenden Faktoren beeinflusst: o o o o o o o o Holzart (Jahrringbreite, Rohdichte, Porigkeit und Porenverteilung) Holzfeuchte Verhältnis Oberfläche / Volumen (Querschnittsgeometrie) Temperaturbeanspruchung Luftzirkulation (Sauerstoff-Zufuhr) Art der Beanspruchung (erhöhter Abbrand in der Biegezugzone) Zusätzliche Verformungen Sauerstoffgehalt

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o

Externe Wärmestrahlung

Holz kann ohne Vorbehandlung als "normal-brennbarer", "schwach qualmender" und "nicht tropfender" Baustoff klassifiziert werden. Lediglich mit Flammschutzmittel behandelte Hölzer und gewisse Harthölzer mit einer Dicke > 15 mm fallen in die Brennbarkeitsklasse B1 "schwer-brennbar".

79.Worin liegt der Unterschied zwischen Haupt- und Nebenerzeugnissen im Sinne der Produktion von Schnittholz? (A.5/138) Die Erzeugnisse in einem Sägewerk werden unterteilt in: o o o Haupterzeugnisse (Hauptware): z. B. Dielen, prismierte Bretter, Kanthölzer Nebenerzeugnisse (Seitenware): z. B. Seitenbretter Restprodukte: z. B. Schwarten, Spreißel, Hackschnitzel, Sägespäne, Rinde

Definition Haupterzeugnisse: die beim Einschnitt des Rundholzes gewünschten Produkte Definition Nebenerzeugnisse: Erzeugnisse, die beim Einschnitt zwangsläufig anfallen, die man zwar nicht unbedingt herstellen wollte, aber im Hinblick auf eine höhere Ausbeute mitproduziert werden (Kuppelprodukte). Meist wird die Ausbeute für die Hauptware berechnet. Jedoch ist die Kostenkalkulation aufgegliedert in die Haupterzeugnisse und die zwangsläufig anfallenden Nebenerzeugnisse schwierig. Die erzielbaren Marktpreise haben bei der Schnittholzerzeugung eine sehr große Bedeutung. Es sind vorrangig solche Sortimente zu erzeugen, die den höchsten Preis erzielen. Seitenware erzielt einen schlechten, meistens nicht einmal kostendeckenden Preis. Deshalb wird in der Regel versucht, aus einem Block ein Maximum an Hauptware zu gewinnen, indem der Querschnitt der Hauptware möglichst die Form eines in den (kreisförmigen) Stammquerschnitt eingeschriebenen Quadrates aufweist.

80.Welche Einschnittarten von Rundholz kennen Sie? Erklären Sie den Unterschied zwischen diesen Einschnittarten. (A.5/141)

o

Blockschnitt (Rundschnitt, Scharfschnitt oder Vollschnitt): Einschnitt des Rundholzes zu unbesäumten Brettern oder Bohlen in einem Gatterdurchgang oder mittels Blockbandsäge. Die sogenannte Blockware wird anschließend auf einem Doppelsäumer parallel scharfkantig besäumt oder es werden aus starken Dielen auf einer Vielblattsäge Kanthölzer erzeugt.

o

Einstieliger bzw. mehrstieliger Kantholzeinschnitt: Beim einstieligen Einschnitt wird nur ein Kantholz oder eine Schwelle aus dem Rundholz erzeugt. Werden zwei Kanthölzer oder Schwellen aus einem Rundholz erzeugt, spricht man von zweistieligem Einschnitt, sind es drei oder mehr, so liegt ein mehrstieliger Einschnitt vor.

o

Modelschnitt (auch Doppelschnitt, Vor- und Nachschnitt genannt): Einschnitt des Rundholzes in zwei Gatterdurchgängen (oder auf zwei hintereinander aufgestellten Gattern) oder mittels Blockbandsäge. Zunächst erfolgt das Abtrennen der beiden Schwarten, wobei ein ,,Model" erzeugt wird (Vorschnitt). Anschließend wird das Model um 90° gedreht und es wird im Nachschnitt zu Brettern oder Bohlen gleicher Breite (prismiertes Schnittholz) aufgeschnitten.

o

Riftschnitt bzw. Spiegelschnitt: Es handelt sich dabei um ein besonderes Einschnittverfahren für Blockbandsägen und Gatter, das in der Regel nur für ausgewähltes Starkholz zur möglichst wirtschaftlichen Gewinnung von Riftbrettern (Bretter mit stehenden Jahrringen) in Frage kommt. Bei den Spiegelschnitten ergeben sich die meisten Rifts und Halbrifts, erfordern aber sechs Gat-

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terdurchgänge (ohne Besäumen). Mit dem Halbriftschnitt lassen sich unbesäumte Rifts und Halbrifts mit zwei Gattergängen gewinnen, während der Edelriftschnitt (ein Modelschnitt) ebenfalls mit zwei Gatterdurchgängen besäumte Rifts und Halbrifts ergibt (das Mittelbrett ausgenommen).

81.Welche grundlegenden Technologien werden zur Formatierung des Rundholzes verwendet? Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile der einzelnen Systeme. (A.5/144) o Gattersägewerke o Funktionsweise: Ein Rahmen, in dem bis zu 20 Sägeblätter eingehängt sind, führt eine vertikale Pendelbewegung aus und trennt dabei den Stamm auf (Schneiden nur im Abwärtsgang des Rahmens). o o Rundholzdurchmesser: bis 65 cm, jedoch üblicherweise bis 40 cm Schnittsortimente: Bretter, Bohlen, Kanthölzer Sägeblattdicken: 1,6 bis 2,4 mm Leistung: bis rund 60 000 fm Rundholz pro Jahr (im Einschichtbetrieb) Investitionskosten: rund 180.000 bis 400.000 Vorteile: robust, einfache Instandhaltung der Werkzeuge (Sägeblätter), geringer Energieverlust, gute Ausbeute

o
o o o

o

Nachteile: Durchlass begrenzt (max. 65 cm), niedrige Sägegeschwindigkeit, begrenzte Vorschubgeschwindigkeit (rund 10 m/min bis 30 m/min), das Umstellen der Schnittbreite ist zeitintensiv, personalintensiv, vorgegebene Schnittführung

o

Bandsägentechnologie

o

Blockbandsäge: Bei der Blockbandsäge wird der Stamm auf einen Blockwagen mit 3 bis 4 Spannhaken eingespannt und zum Sägeblatt hin ausgerichtet. Der relativ schwere und robuste Blockwagen zieht den Stamm durch das Sägeblatt, wobei ein Brett oder eine Diele abgetrennt und zur weiteren Bearbeitung geführt wird. Schnittsortimente: Bretter, Bohlen, (Kanthölzer) Leistung: 4 000 bis 50 000 fm Rundholz pro Jahr (im Einschichtbetrieb) Investitionskosten: rund 150.000 bis 250.000 Vorteile: keine Dimensionseinschränkungen, variable Schnittführung, geringe Schnittverluste durch relativ dünne Sägeblätter, keine Rundholzvorsortierung in Durchmesserklassen nötig, hohe Ausbringungsleistung bei beträchtlicher

Schnittgenauigkeit und ­güte Nachteile: großer Platzbedarf, begrenzte Einschnittmenge pro Zeiteinheit, hoher maschineller und personeller Aufwand für die Instandhaltung o Trennbandsäge: Grundsätzlich unterscheidet sich die Trennbandsäge von der

Blockbandsäge dadurch, dass sie anstelle eines Laufwagens einen Walzenapparat für den Schnittguttransport hat. Außerdem hat die Trennbandsäge einen senkrechten Anschlag, der elektronisch auf die Brettstärke eingestellt werden kann. Trennbandsägen eignen sich sowohl zur Ausführung von Trennschnitten und für das Auftrennen von Schwarten als auch zum Nachschneide bzw. weiteren Auftrennen von auf dem Gatter oder einer Blockbandsäge vorgemodelten Stücken und ebenso für das Aufschneiden von schwächer dimensioniertem Rundholz (vor allem Nadelholz bis rund 30 cm). Oft werden Blockbandsäge und Trennbandsäge kombiniert. Dabei wird auf der Blockbandsäge zuerst der Block halbiert, eventuell vorher ein oder zwei Schwarten abgetrennt (Modelschnitt).

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Der halbierte Block läuft zur Trennbandsäge und wird dort weiter aufgetrennt (Nachschnitt).

o

Spanertechnologie: Rotierende Scheiben, die mit Hackmessern bestückt sind, fräsen den Rundholzstamm an einer, zwei oder vier Seiten plan. Zusätzlich zu den Hackmessern kann auch noch ein Sägeblatt zur Verbesserung der Schnittoberfläche eingesetzt werden.

o
o o o o

Holzart: vorwiegend Nadelholz Rundholzdurchmesser: bis 40 cm (teilweise bis 60 cm möglich) Schnittsortimente: Kantholz, Bretter, (Bohlen) Leistung: 55 000 bis 180 000 lfm Rundholz pro Jahr (im Einschichtbetrieb) Investitionskosten: rund 200.000 (komplette Profilieranlage rund 2 Mio. ) Vorteile: höchste Leistung bei schwächerem Rundholz, große Schnittbildflexibilität, fast nur Hackschnitzel hoher von Qualität, Schwarten kaum und oder Spreißel keine zu Sägespäne, Hackschnitzeln, direkte hohe

o

Weiterverarbeitung Schnittgenauigkeit o

Nachteile: sehr hohe Investitionen nötig, große Kapazität der Maschine erfordert hervorragende Produktionsplanung, qualifiziertes Personal für Werkzeugschärfung und Wartung nötig, begrenzter Einsatzbereich (in der Regel kein Starkholz)

o

Im Anschluß an das Spanen erfolgt meist das Profilieren. Unter Profilieren versteht man die Fertigbearbeitung der Seitenbretter. Es handelt sich beim Spanen und Profilieren nicht wie beim Sägen um einen Teilungsprozess, sondern um die Zerkleinerung von Blocksegmenten mittels Hack- und Fräsmessern. Deshalb muss die Spaner- und Profilieranlage immer mit mindestens einer weiteren Einschnittmaschine (z. B. Kreissäge, Bandsägelinie) kombiniert werden, da der eigentliche Einschnitt mit einer Spaneranlage nicht möglich ist.

82.Definieren Sie den Begriff ,Ausbeute' in Bezug auf den Einschnitt von Rundholz. (A.5/153) Die Ausbeute ist das Schnittholzvolumen bezogen auf das eingesetzte Rundholzvolumen [%] gegebenenfalls differenziert nach o o Hauptware (dem Zielprodukt) Seitenware (dem Kuppelprodukt)

Die Ausbeute ist abhängig: o o o o o vom Zopfdurchmesser des Rundholzes von der Länge des Schnittholzes (je länger das Schnittholz, desto geringer die Ausbeute), von der Stammform (je abholziger oder krummer das Rundholz, desto geringer), von den Querschnittabmessungen der Schnittware (je kleiner die Abmessungen desto <) von der Stärke der Schnittfuge (mit größer werdender Stärke der Schnittfuge sinkt sie).

Die Höhe der Ausbeute, besonders beim Haupterzeugnis, ist ausschlaggebend für das Betriebsergebnis. Um die Ausbeute zu maximieren, wird das Rundholz nach Zopfdurchmessern sortiert (Zopfsortierung).

83.Definieren Sie den Begriff ,Homogenisierung'. Welche Homogenisierungsmaßnahmen können unterschieden werden? (A.6/14) Unter Homogenisierung wird grundsätzlich das Bestreben verstanden, durch geeignete Maßnahmen die Streuung einer Holzeigenschaft zu reduzieren. 41209.doc Seite 25 von 33

Jede durch Zerlegung (z.B. Einschnitt von Rundholz zu Bretter, Schälen zu Furnieren, Zerspanen) bedingte Veränderung der natürlich gewachsenen Querschnittsform des Rohstoffes Rundholz führt zu einer Störung der natürlich optimierten Struktur des Holzes ­ insbesondere in den Stammrandzonen ­ und somit zu einer Reduktion zahlreicher mechanischer Werkstoffeigenschaften, wie z.B. der Biegefestigkeit. Je größer der Zerlegungsgrad (Brett, Furnier, Span, Faser), desto ausgeprägter zeigt sich auch die (Zer-) Störung der natürlich optimierten Holzstruktur und desto geringer sind auch die Werkstoffkenngrößen des so zerlegten Ausgangsmaterials.

Homogenisierungsmaßnahmen: o Zerlegung des Ausgangsquerschnittes (Rundholz, Vollholz) in Bretter, Furniere, Späne oder Fasern und zufällige oder gezielte Verteilung der wuchsbedingten Merkmale im daraus aufgebauten Querschnitt.

o

Reduktion der wuchsbedingten Strukturmerkmale (z. B. durch Auskappen der Einzeläste und Astansammlungen Keilzinkung) in der Längsrichtung des Brettes.

84.Nennen Sie Anwendungsbereiche von Verklebungen im Holzbau? A.6/19 Klebstoff: nichtmetallische Substanz, welche Werkstoffe durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und ihre innere Festigkeit (Kohäsion) kraftschlüssig verbinden kann, ohne das Gefüge der zu verbindenden Teile im Wesentlichen zu verändern.

starre Verklebung: Spannungsspitzen an den Überlappungsenden reißen (nicht die komplette Klebefläche trägt mit!!!)

übermäßig große Beanspruchung

elastische Verklebung: gleichmäßige Spannungsverteilung über die komplette Klebefläche steigt mit Zunahme der Klebefläche an!

Bruchkraft

Der Bruch bei Klebekonstruktionen soll nicht in der Klebefuge, sondern im angrenzenden Holz stattfinden!

Für den Ingenieur und Architekten ergeben sich durch verklebte Verbindungen eine Fülle von Möglichkeiten aus einer breiten Palette von Holzprodukten und Holzwerkstoffen zu wählen.

o
o

verklebte, stabförmige Bauteile: keine Begrenzung auf Grund der natürlichen Holzabmessungen BSH-Träger Keilzinkenverbindung

verklebte, flächenförmige Holzwerkstoffe: Platten

85.Welche Faktoren beeinflussen eine Verklebung? (A.6/25) Einfluss des Holzes auf die Verklebung: Das Holz selbst hat auf die Güte der Verklebung und auf die Wahl des Klebstoffes einen erheblichen Einfluss: o Holzart: Laubhölzer höherer Dichte schwerer zu verkleben als Nadelhölzer; ev. im Holz enthaltene Säuren o Dichte und Struktur des Holzes: Einfluss auf die Scherfestigkeit und Eindringen des Klebstoffes in das Holz o Faserrichtung: Fügeteile mit parallelen Fasern haben die höchste Scherfestigkeit (Rollschub!) Holzfeuchte: Klebstoffwahl

o

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Einfluss der Fertigung und des Klebstoffes auf die Verklebung

o
o

Oberflächenbehandlung vor der Verklebung: spanender Abtrag (Hobel) unmittelbar vor der Verklebung (Schwinden, Quellen) saubere, relativ glatte Oberfläche

Mischen der Klebstoffkomponenten: Streckmittel (Verringerung Klebstoffverbrauch), Füllstoffe (Erhöhung Warm- und Kaltwasserbeständigkeit), Härter, Beschleuniger und Modifizierungsmittel

o o

Klebstoffauftrag und Auftragsmenge: Gießen, Streichen, Spritzen oder Streuen Offene Zeit: Zeitspanne, die der Klebstoff nach dem Auftrag bis zum Fügen der Teile ohne äußere Einwirkung sich selbst überlassen ist.

o

Pressvorgang

86.Welche Klebstoffsysteme unterscheidet man im Holzbau? (A.6/30)

o o o

Polyvinylacetat-Klebstoffe (Weißleime): Polykondensationsharze:

nichttragenden Bauteile (Möbelbau etc.)

lastabtragenden Bauteile (stab- und flächenförmige Holzwerkstoffe)

physikalisch abbindende Klebstoffe: Lösungsmittel entfernt sich während des Aushärteprozesses aus der Klebefuge. o o o o PVAc-Leime (Weißleim): Möbelbau, Tischlereien, ,,Heimwerker". Lignin: Faser- und Spanplatten Holzeigene Bindemittel (Zucker): Faserplatten Historische natürliche Leime und Bindemittel: Restaurierung

o

chemisch reagierende Klebstoffe (Ein- und Zweikomponenten): Veränderung ihres molekularen Aufbau während des Reaktionsvorganges auf Basis der Polyaddition bzw. Polykondensation. o o o o o o Polyurethansysteme (PUR): BSH-Herstellung Epoxidharze: Verbundwerkstoffbau, Schiffbau Harnstoffharze (UF): Faser- und Spanplatten, Furniersperr- und schichtholz Melaminharze (MF): feuchtebeständige Klebeverbindungen Phenolharze (PF): OSB-Platten Resorzinharze (RF): Keilzinkenverbindung

87.Definieren Sie den Begriff ,Rundholz' gemäß enBR. Warum dürfen für Rundholz höhere charakteristische Festigkeitswerte angesetzt werden als für Schnittholz? (A.6/45) Als Rundholz wird Nadel- oder Laubholz bezeichnet, bei dem neben der Befreiung des Stammes von Rinde und Bast keine weiteren Veränderungen des Holzquerschnittes bzw. der Holzoberfläche zulässig sind (Ausnahme: konstruktiv erforderliche Veränderungen) Die Schädigung der Randfasern ist zu vermeiden. Aufgrund des Beibehaltens der natürlichen (ungeschädigten) Struktur, vor allem im Bezug auf die Randfasern, weist Rundholz im Vergleich zu Schnittholz höhere Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf (Erhöhung der Biege- und Zugkennwerte sowie dem Elastizitätsmodul von rund 20 % gegenüber Schnittholz).

88.Was wird allgemein unter ,Schnittholz' verstanden? (A.6/47) Unter Schnittholz werden Holzprodukte verstanden, die in ihrem Aufbau und ihrer Zusammensetzung gegenüber dem Rohstoff ,,Rundholz" (im Gegensatz zu den sog. ,,Holzwerkstoffen") nur wenig modifiziert werden (Bearbeitung parallel zur Stammachse durch die Stufen ,,Sägen" und ,,Trocknen", bzw. ,,Sägen", ,,Trocknen", ,,Hobeln" und in Sonderfällen ,,Verkleben") 41209.doc Seite 27 von 33

Holzarten: vorwiegend die einheimischen Nadelholzarten Fichte, Tanne, Kiefer und Lärche (selten Douglasie) Verwendung. Zunehmend bzw. in speziellen Fällen wird aber auch Vollholz aus einheimischen Laubhölzern (Eiche, Buche sowie Esche und Robinie) eingesetzt. Abmessungen: Die Lieferlängen sind im Allgemeinen für Latten, Bretter und Bohlen mit 4 m festgelegt (spez. 3 und 6 m).

89.Was verstehen Sie unter ,Vollholz mit besonderen Eigenschaften'? Worin liegen die Unterschiede zu herkömmlichem Vollholz (VH)? (A.6/51)

Vollholz (VH) für tragende Zwecke wird in der Regel durch stammparallelen Einschnitt oder Hobelung aus dem Rundholz gewonnen, wird eventuell auch gehobelt, weist jedoch weder Verklebung noch Keilzinkung auf. Als Vollholz mit besonderen Eigenschaften (VH-B, Konstruktionsvollholz KVH), bezeichnet man technisch getrocknete, gehobelte und festigkeitssortierte Kantholzquerschnitte, welche aus kerngetrenntem oder kernfreiem Einschnitt stammen (erhöhte Sortierungsanforderungen). Durch Keilzinkung kann eine Längenaddition erreicht werden. Zur Qualitätssicherung ist eine Eigen- und/oder Fremdüberwachung vorgesehen. Es entsteht ein verformungs- und rissarmer Vollholzquerschnitt. Hauptsächlich aus Fichte, aber auch Kiefer, Tanne und Lärche.

90.Was verstehen Sie unter Keilzinkenverbindung? (A.6/52) Die Keilzinkenverbindung ist eine Längsverbindung zweier Vollhölzer, deren Enden mit keilförmigen Zinken gleicher Teilung und gleichen Profils ineinander greifen und miteinander verklebt sind. Die Zinken können sowohl stehend als auch liegend angeordnet sein.

91.Def. Sie den Begriff ,Balkenschichtholz (DUO/TRIO)'. Wo liegen die Unterschiede zum Vollholz? (A.6/57) Bei Balkenschichtholz (DUO/TRIO) werden zwei bzw. drei Bohlen oder Kanthölzer (hauptsächlich VH-B), die vorher technisch getrocknet und festigkeitssortiert wurden, flachseitig miteinander verklebt. Dadurch entsteht ein hochwertiger, rissarmer VH-Querschnitt mit def. Eigenschaften (Längskeilzinkung möglich). Üblicherweise kommt Fichte zum Einsatz

92.Definieren Sie den Begriff ,Brettschichtholz'. (A.6/62) Verbundwerkstoff, welcher gewöhnlich aus Brettlamellen einer Holzart aufgebaut wird. Die Brettlagen werden parallel zur Faserrichtung miteinander verklebt. Für die BSH-Herstellung kommen die Nadelholzarten Fichte, Tanne, Kiefer und Lärche zum Einsatz.

93.Beschreiben Sie homogen und kombiniert aufgebaute Brettschichtholzquerschnitte. Welche möglichen Querschnittsaufbauten kennen Sie und wo würden Sie welche Aufbauten einsetzen? (A.6/65) o homogenes BSH: sämtliche Lamellen des Querschnittes entsprechen der gleichen Sortierklasse und Holzart o kombiniertes BSH: innere und äußere Lamellen unterschiedlicher Sortierklassen bzw. Holzart o o symmetrischer Querschnittsaufbau asymmetrischer Querschnittsaufbau

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Für

die

Eigenschaften

von

Brettschichtholz

sind

im

Wesentlichen

die

drei

Ausgangsfaktoren die Flächen-

Schnittholz/Brettware, Endverbindung/Keilzinkung

- Brettlamelle/,,Endloslamelle" und

verklebung von maßgebender Bedeutung. Diese Faktoren bestimmen in einem hohen Maße die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Brettschichtholz.

94.Erläutern Sie das Trägermodell für Brettschichtholz. (A.6/66) Unter ,,verwendungsbestimmt" versteht man eine beanspruchungsgerechte Sortierung der Brettware. Diese sollte darauf abzielen, die Brettkenngrößen zu ermitteln, welche die mechanischen Eigenschaften des Brettschichtholzes entscheidend beeinflussen. Basierend auf dem Stand des Wissens und der Forschung handelt es sich dabei primär um die Brettkenngrößen Zugfestigkeit und Zug-E-Modul (sog. ,,Trägermodell") (Abb. 4.7). Über diese Funktion sind in der angeführten Norm die notwendigen Festigkeitsklassen der Brettlamellen (C - Klassen) für die Herstellung der Brettschichtholzfestigkeitsklassen (GL - Klassen) angegeben. Unbe-friedigend ist in dieser Hinsicht, dass die Zugfestigkeiten in der EN 338:2002 nach wie vor von den Biege-festigkeiten abgeleitete Werte (ft,0,k = 0,6 fm,0,k ) sind und mit diesen die Funktion des Trägermodells teils nicht erfüllt werden.

95.Wie sind I-Querschnitte im Holzbau aufgebaut? Beschreiben Sie den grundsätzlichen Aufbau und die verwendeten Materialien. (A.6/73)

o o

I-Querschnitte aus Holz bzw. Holzwerkstoffen: günstiges Verhältnis von Gewicht zu Belastbarkeit sowie Maßgenauigkeit und Formstabilität Schalungsträger (Vollwand bzw. Gitterbauweise)

I-Querschnitte im Hochbau: Bei gleicher Tragfähigkeit und Spannweite bringt ein I-Querschnitt rund 40 % Volumenersparnis an Holz und Holzwerkstoffen (Eigengewicht) im Vergleich zu einem Vollholzträger mit sich. Gurte und Stege werden durch Pressverklebung zu einem I-Querschnitt verbunden. Die Gurte laufen üblicherweise parallel zueinander. Die Stöße der Gurte in Längsrichtung werden mittels einer Keilzinkenverbindung ausgebildet. Hauptanwendungsbereich sind Decken- und Dachsystemen (Geschoßträger, Sparren, Pfetten etc.) und Wandsysteme (beidseitig beplankte Rippen).

Warum kein Vollholz als Stegmaterial? Vollholz findet für Stege keine Verwendung, weil ein Vollholzquerschnitt keine ausreichende Formstabilität für den I-Querschnitte gewährleisten kann. Schwindung und Quellvorgänge kommen bei Holzwerkstoffen zwar vor, treten aber durch die meist gesperrte Struktur in Plattenebene nicht in jenen Maßen in Erscheinung, wie dies beim Vollholz der Fall ist. Die Verbindung zwischen Steg und Gurt erfolgt je nach Hersteller mittels ,,Einklebung" oder Keilzinkenverbindung.

96.Definieren Sie den Begriff ,Holzwerkstoff'. Welche Ausgangsmaterialien abhängig vom Zerlegungsgrad finden bei Holzwerkstoffen Verwendung? (A.6/82) Holzwerkstoff: Sammelbegriff für versch. Produkte, die durch Zerlegen des Holzes und anschließendes Zusammenfügen, meist unter Zugabe anderer Stoffe (z. B. Kunstharz, PU-Klebstoff, mineralische Bindemittel, etc.) entstehen. Die heute zur Verfügung stehenden flächenförmigen Holzwerkstoffe sind, abhängig vom Ausgangsmaterial - Brett, Furnier, Span, Faser - als tragende, aussteifende, nichttragende und wärme- und schalldämmende Bauprodukte einsetzbar. Besondere Bedeutung kommt jenen lastabtragenden, flächenförmigen

Holzwerkstoffen zu, die mehr oder weniger in der Lage sind, die Lasten in zwei Haupttragrichtungen (Platten- als auch Scheibentragwirkung). 41209.doc Seite 29 von 33

Die Vorteile dieser Produkte im Vergleich zu Vollholz sind: o o o o relativ große und variable Abmessungen sind möglich hohe Dimensionsstabilität geringere Streuungen der mechanischen Eigenschaften Verwendung von kostengünstigem Schwach-, Industrie-, Recycling- und Restholz

Gliederung flächenförmiger Holzwerkstoffe o o Zerlegungsgrad des Ausgangsmaterials (Brett, Furnier, Span, Faser) Orientierung bzw. Art der Anordnung (gesperrt, geschichtet) dieses Ausgangsmaterials innerhalb des betrachteten Holzwerkstoffes.

97.Definieren Sie den Begriff ,Zerlegungsgrad'. Wie verhält sich der Homogenisierungseffekt bei Zunahme des Zerlegungsgrades? (A.6/84) Unter dem Zerlegungsgrad versteht man die Größe des aufbereiteten Ausgangsmateriales. Je größer der Zerlegungsgrad, desto größer wird der Homogenisierungseffekt innerhalb des Holzwerkstoffes o o o o die Holzfaser (bzw. Holzfaserbündel) der Span das Furnier das Brett.

98.Beschreiben Sie das Verhalten ,geschichteter' (vorwiegend faserparallel) und ,gesperrter' flächenhafter Produkte. Wie unterscheiden sich geschichtet und gesperrt aufgebaute Holzwerkstoffe hinsichtlich Aufbau sowie mechanischem und physikalischem Verhalten? (A.6/84) Der Aufbau von geschichteten und insbesondere gesperrten Produkten erfolgt meist symmetrisch zur Mittelebene, um unerwünschte Verformungen (z. B. Verwölbungen) zu vermeiden.

o

Geschichtete Flächen (vorwiegend faserparallel): Die aufbereiteten Einzelteile, aus denen die Fläche zusammengesetzt ist, liegen faserparallel zu einander. Dadurch wird eine Festigkeit ähnlich dem Vollholz erreicht (ausgeprägte Festigkeit in Richtung der Fasern). Das starke Schwind- und Quellverhalten sowie geringe Querzug- und Querbiegefestigkeiten normal zur Faser bleiben jedoch erhalten stabförmiges Produkt Homogenisierung des neuen Produktes charakteristische

Festigkeiten über jenen des Vollholzes (geringere Streuung der Materialkennwerte) z.B. Langspanholz TimberStrand

o

Gesperrte Flächen (planmäßig): Ein bestimmter Anteil der aufbereiteten Einzelteile (in der Regel die Mittelschicht) liegt unter einem Winkel zu den Faserverläufen der Deckschichten. Dieser Winkel kann 90° (normal zum Faserverlauf der Deckschichten) einnehmen oder beliebig (,,random") gerichtet sein. kraftschlüssigen Verbindung der Bestandteile miteinander Schwind- und Quellverformungen

senkrecht zur Faserrichtung durch diejenigen Bestandteile, deren Faser in diese Richtung verlaufen, gesperrt (in Hauptrichtung muss ein Festigkeits- und Steifigkeitsverlust in Kauf genommen werden wesentlich formstabileres, flächiges Element Einhaltung heutiger Anforderungen an die Bauphysik (vor allem

raumabschließende Elemente

Luft- und Winddichtigkeit) einerseits einen folienfreien Wand-, Decken- und Dachaufbau erlauben,

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andererseits sind diese Flächen auch im Stande, Lasten in ihrer Ebene (vor allem aussteifende Funktion) und normal zur Ebene (Wind bei Wänden, Auflasten bei Decken und Dächern) zu übernehmen.

Die statischen Wirkungsweisen von flächenförmigen Baustoffen können wie folgt unterteilt werden: o Plattenwirkung: durch senkrecht auf die Fläche wirkende Lasten aktiviert (Biegefestigkeit bzw. -steifigkeit in den zwei Richtungen zueinander). o Scheibenwirkung: durch in der Ebene der Fläche angreifende Lasten aktiviert (hor. Lastabtragung bei Rahmensystemen).

99.Was verstehen Sie unter OSB? Aus welchem Ausgangsmaterial und wie ist dieser Holzwerkstoff aufgebaut? Worin liegen die Hauptanwendungsbereiche von OSB? Durch welche Maßnahmen können die Werkstoffkenngrößen beeinflusst werden? (A.6/104) OSB - Oriented Strand Board: Unter der Produktbezeichnung OSB (Oriented Strand Board) ist eine mit dem Ausgangsmaterial ,,Strands" (so genannte Flachspäne) symmetrisch aufgebaute, dreischichtig verklebte Holzwerkstoffplatte zu verstehen. Als Rohstoff für die Herstellung von OSB wird in Europa meist auf kostengünstiges Schwachholz (meist Nadelholz der Holzart Kiefer, überwiegend aus der Durchforstung) zurückgegriffen, welches zu 100 % verwertet wird. Der Querschnittsaufbau einer OSB-Platte lässt sich in eine Mittelschichte und zwei Deckschichten unterteilen. Der Anteil an Strands in den beiden Deckschichten reicht von rund 25 bis 70 Gewichtsprozent der insgesamt gestreuten Strandmenge. Die Hauptachse der Platte ist bestimmt durch die Orientierung der Strands in den Deckschichten. Die Deckschicht-Strands weisen Längen in Faserrichtung von 60 mm bis 150 mm, eine Breite von 10 mm bis 35 mm und eine Dicke von 0,4 mm bis 1,0 mm auf. Die Strands der OSB-Mittelschichte können entweder zufällig (,,random") oder rechtwinkelig zu den Deckschichten orientiert sein. Bei OSB hat das Rohdichteprofil einen entscheidenden Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften der Platte. Die mittlere Rohdichte von OSB liegt mit rund 500 kg/m³ bis 700 kg/m³. Eine wesentliche Eigenschaft von OSB-Produkten ist die geringe Streuung der Materialkenngrößen, wodurch ein hohes Maß an Homogenisierung gegenüber dem Rohstoff Holz gegeben ist. Der Werkstoff ist frei von Rissen und Wachstumsunregelmäßigkeiten. Die Festigkeits- und Steifigkeitskenngrößen von OSB müssen immer differenziert in Längs- und Querrichtung betrachtet werden. Die Schubkenngrößen sind in den beiden Richtungen meist ausgeglichen. Auf Grund des dreischichtigen, gekreuzten Aufbaues wird ein hohes Maß an Formstabilität in der Plattenebene. Auch das Quellen und Schwinden bei Feuchteänderung ist in der Plattenebene gering. Ähnlich wie bei den Flachpressplatten muss für OSB bei direkter Feuchteeinwirkung jedoch mit großen Dickenquellungen (abhängig vom Plattentyp 10 % bis 25 % für eine 24h-Wasserlagerung) gerechnet werden. Sowohl für OSB als auch für kunstharzgebundene Span- und Faserplatten gelten daher im Vergleich zu Vollholz deutlich geringere kmod- und wesentlich höhere kdef-Faktoren. Damit wird bei der Bemessung einerseits der geringeren Dauerstandsfestigkeit und andererseits auch den ausgeprägteren Kriechverformungen bei ständiger und quasi-ständiger Lasteinwirkung Rechnung getragen. Der Hauptanwendungsbereich für OSB-Platten liegt in der aussteifenden Beplankung für die Holzleichtbauweise (Rahmensysteme). Hierin werden sie vor allem zur Abtragung horizontaler, aber auch für die 41209.doc Seite 31 von 33

Verteilung von Einzel- und Flächenlasten eingesetzt. Weitere Verwendung findet OSB in der Verpackungsund Möbelindustrie und als Tafeln für Betonschalungssysteme.

100.Wie werden Furniere hergestellt und welches wird vorwiegend für die Herstellung von verwendet? (A.6/113) o o o Sägefurniere Messerfurniere Schälfurniere(vgl. Abb. 5.25).

Holzwerkstoffen

Die für das Bauwesen relevanten Furnier-Holzwerkstoffe werden nahezu ausschließlich aus Schälfurnieren (rationell, da größte Ausbeute und geringer Zeitbedarf) hergestellt. Bei diesem Verfahren wird der Stamm wie bei einer Drehbank zwischen zwei Backen gespannt und rotierend gegen das Messer geführt, welches pro Umdrehung der Rotationsachse um die gewünschte Furnierdicke näherrückt. Damit bei diesem sogenannten Rundschälen kein Endlosfurnier entsteht, wird der Stamm von Zeit zu Zeit der Länge nach einige Zentimeter tief eingeritzt. Dadurch fällt nach jeder Umdrehung ein Furnierblatt in der Breite des jeweiligen Stammumfanges an, das maximale Einspannmaß für die Länge der Stämme beträgt 330 cm. Die Dicke der Einzelfurniere hängt im Wesentlichen von der Holzart und der Holzqualität ab, wird aber auch durch die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes bestimmt (i.d.R. 1,5 mm bzw. 4,5 mm). Danach wird das Furnier getrocknet und geglättet, im Weiteren sortiert und in Form geschnitten.

101.Wie ist Furniersperrholz grundsätzlich aufgebaut? Was ist das Besondere an den so genannten ,MultiplexPlatten'? Nennen Sie Anwendungsbereiche von Furniersperrholz. Furnieren gleicher Dicke und Holzart sowie orthogonaler Aufbau. Die Anzahl der Lagen ist dabei ungerade, um einen symmetrischen Aufbau zu erhalten (für Formstabilität wesentlich). Bei vielschichtigen Platten (sogenannten ,,Multiplex-Platten") kann von einem in Plattenebene isotropen Werkstoff gesprochen werden, bei dem identische mechanische Kennwerte parallel und senkrecht zur Faser der Deckfurniere innerhalb der Plattenebene angenommen werden können. Anwendungsbereiche bilden einerseits Beplankungen im Bereich der Holz-Leichtbauweise (Holzrahmenbauweise), vor allem in stark belasteten Bereichen oder, wenn die Beplankung aus ästhetischen Gründen sichtbar bleiben soll, andererseits - vor allem Furniersperrhölzer mit hohen Rohdichten - zur Verstärkung von Verbindungen, insbesondere bei Druckbeanspruchungen normal zur Faser (Verringerung der Flächenpressung). Weiters werden Furniersperrhölzer als Stege für I-Querschnitte im Holzbau eingesetzt.

102.Wie ist Furnierschichtholz grundsätzlich aufgebaut? Nennen und beschreiben Sie Einsatzgebiete von Furnierschichtholz. Platten aus mehreren faserparallel verklebten Furnierschichten. Die einzelnen Fugen sind im Abstand von min. 150mm versetzt angeordnet (statische Verteilung der produktionstechnischen Schwachstellen Homogenisierungseffekt geringe Streuung der Festigkeits- und Steifigkeitswerte)

Verwendung für stabförmige Konstruktionselemente

103.Erklären Sie den grundsätzlichen Aufbau von Brettsperrholz. Wie können BSP-Elemente berechnet werden? Diskutieren Sie die Spannungsverläufe über den Querschnitt. Einzelne Lagen aus Brettern gleicher Dicke, um jeweils 90° gedreht, miteinander kraftschlüssig verklebt gesperrtes flächenförmiges Element (Anzahl der Lagen ungerade symm. Aufbau, Formstabilität)

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Das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Brettsperrholz (BSP) stellen sägeraue Bretter dar, welche vorwiegend aus den Stammrandzonen eingeschnitten werden. Diese sogenannte Brettseitenware (minderwertiges" Schnittholz) - besitzt jedoch gewöhnlich die besseren Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit. Die vierseitig gehobelten Brettlamellen können einen parallelen, profilierten oder konischen Kantenverlauf aufweisen. Der typische Aufbau einer BSP-Platte erfolgt mit zueinander in einem Winkel von 90° orientierten Brettlagen bzw. Einschichtplatten. Auch eine Orientierung der Brettlagen z.B. im Winkel von 45° ist denkbar. Der quasi starre Verbund der einzelnen Einschichtplatten erfolgt durch eine flächenhafte Verklebung.

104.Nennen Sie die Hauptanwendungsbereiche von Brettsperrholz und beschreiben Sie diese Einsatzbereiche hinsichtlich verwendete Abmessungen und Aufbauvarianten. (A.6/132) Die Größe und Form der BSP-Elemente wird durch einschränkende Vorgaben hinsichtlich Produktion, Transport und Montage bestimmt. Gegenwärtig sind ebene und einfach gekrümmte BSP-Elemente mit den Abmessungen 16,5mx3,0mx0,5m (30mx4,5mx0,5m) möglich. Mit drei- bzw. fünfschichtigen Querschnittsaufbauten sind Plattenstärken bis rund 100 (170) mm möglich. Mit einem z. B. neunschichtigen Aufbau sind Plattenstärken über 300 mm möglich. Für Fahrbahnplatten von Brücken können auch bedeutend stärkere Platten hergestellt werden. Größere Elementlängen bis rund 30 m sind durch Generalkeilzinkenstöße herstellbar.

Die Holz-Massivbauweise mit Brettsperrholz (BSP) ist geprägt durch den lastabtragenden Einsatz von massiven, mehrschichtig aufgebauten Elementen, welche in den Hauptachsen große Abmessungen gegenüber der Bauteildicke aufweisen (2D-Bauteile). Die flächenhaften BSP-Tragelemente wirken je nach Belastungssituation als Platte und/oder Scheibe. Durch den Querschnittsaufbau von BSP - gewöhnlich zueinander im rechten Winkel angeordnete Einschichtplatten (und damit der Brettlamellen) - kann ein entsprechendes Längs- und Quertragverhalten mit einem einzigen Plattenelement erzielt werden. Zufolge einer - abhängig vom Querschnittsaufbau - produzierbaren Lastverteilungskapazität ist die Einleitung von Einzellasten in jedem Punkt möglich. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von BSP zeigen sich an der BSP-Produkte- und Bauteilvariabilität. So können nicht nur großformatige Außen- und Innenwände sowie Dach- und Deckenelemente realisiert werden, sondern sowohl Stiegenläufe und Balkonplatten als auch stabförmige lastabtragende Bauteile wie Überlager, Unterzüge und Stützen. Die Breite der Brettsperrholzplatten ermöglicht geschosshohe Elemente. Der Plattenaufbau verbunden mit einer entsprechenden Dicke gewährleistet die Abtragung von vertikaler und horizontalen Lasten senkrecht und in Plattenebene unter Einhaltung der Stabilität.

41209.doc

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