Fa­ser­ver­bund­kunst­stof­fe im Holz­bau

Für ein Entwicklungsprojekt im konstruktiven Holzbau prüfte die Zürcher Hochschule der angewandten Wissenschaften (ZHAW) die Tragfähigkeit von Passbolzenverbindungen mit Faserverbundkunststoff-Laschen als Alternative zu den konventionellen Stahl­laschen. Viele Argumente sprechen für diese neuartige Knotenausbildung: Die Composites lassen sich einfach mittels Handmaschinen auf der Baustelle bearbeiten und weisen gleiche Tragfähigkeiten wie Stahl auf.

Ihre bauphysikalischen Kennwerte ermöglichen eine bessere Materialpaarung mit Holz: Beispielsweise ist die Wärmeleitfähigkeit von Holz, bis 0.4 W/mK, und glas­faserverstärktem Kunststoff (GFK), bis 0.55 W/mK, relativ ähnlich, während sie bei Stahl deutlich höher ­liegt (mindestens 25 W/mK). Ebenfalls sehr gut ist die Beständigkeit gegenüber Chemikalien.

Erster Schritt zum Composite-Tragwerk

An Belastungsversuchen im Massstab 1:1 wurde die Tragfähigkeit von Stabdübelverbindungen mit Composite-Laschen geprüft. Dabei versagte in allen untersuchten Konstellationen und unter verschiedensten Umweltein­flüs­sen der Holzquerschnitt, jedoch ­nicht das Composite. Darunter waren Brandversuche, Zugversuche unter Temperaturen von –28°C oder +60°C, mit wassergesättigten Hölzern oder künstlich beschädigten Platten.

Auch Zeitstandversuche und Ermüdungsversuche mit 30 % der Bruchlast und 2 Mio. Lastwechsel kamen zum selben Schluss. Die verwendeten Laschen hatten eine mittlere Zug­festigkeit von 273 N/mm² und Lochleibungsfestigkeiten im Fall eines Einzeldübels von 436 N/mm². 

Noch stehen Planern ­keine Richtlinien für den Einsatz von FVK zur Verfügung. Die Versuche zeigen aber, dass die Nachweise ­der Holzbaunorm SIA 265 für Pass­bolzen­verbindungen erfüllt werden. Längerfristig können Elemente aus GFK im Holzbau eine clevere Ergänzung zu Stahlverbindungen sein. ­Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden auch Schraub- und Nagelverbindungen für die Konstruktion ganzer hybrider Holz-Composite-Tragwerke entwickelt, in denen Composites als Konstruktions- und als Gestaltungsmittel dienen.