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Die Erfindung betrifft ein Holzbauteil für Gebäude oder Bauwerke, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem Feuer in Gebäuden oder an Bauwerken mit Holzbauteilen sind letztere einer schädigenden Einwirkung des Feuers gegenüber besonders sensibel und bedürfen bei der Bauplanung und Bauausführung besonderer Beachtung. Das Brandverhalten von Holzbauteilen wird im Wesentlichen bestimmt durch die sogenannte Abbrandrate. Diese gibt den progressiven Querschnittsverlust an. Durch diesen Querschnittsverlust verkleinert sich ein tragfähiger Restquerschnitt des Holzes zunehmend, bis schließlich auf das Holzbauteil einwirkende Lasten von diesem nicht mehr getragen werden können und es zum Einsturz kommt. Temperaturbedingte Festigkeitsänderungen des Holzes haben im Vergleich dazu nur eine untergeordnete Bedeutung.
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Aus der
DE 43 27 280 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer speziellen, brandschutztechnisch optimierten Spanplatte bestehend aus Holzspänen, Leim und dem brandschutztechnisch aktiven Material Vermikulit bekannt. Letzteres dient im Stand der Technik als Bestandteil von speziellen Brandschutzplatten für eine Isolierung von Stahlbauteilen u. ä. oder als Brandschutz-Putz für Stahl- und Betonbauteile. Dieses Verfahren ist einerseits teuer und aufwendig und andererseits nur bei Holzbauteilen anwendbar, welche aus Holzspänen gepresst werden, da in aus massiven Holzteilen bzw. -brettern bestehenden Holzbauteilen nichts eingemischt werden kann.
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Ferner sind aus der
DE 43 27 280 A1 sowie aus der
DE 34 23 700 C2 oberflächlich an Stahlbauteilen angebrachte Isolierschichten bekannt, welche eine thermische Einwirkung des Feuers für eine vorgegebene Zeit verzögern, Diese Isolierschichten sind jedoch aufwendig, da sie eine Vielzahl von Zusatzkomponenten und Verbrennung hemmende Chemikalien benötigen.
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Die
US-PS 5,625,996 A zeigt ein Holzbauteil für Gebäude oder Bauwerke, wobei in das Holz des Holzbauteils Armierungselemente eingebettet sind und wobei diese Armierungselemente wenigstens einen für Brandeinwirkung gefährdeten Abschnitt einer Oberfläche des Holzbauteils flächig von innen überdecken.
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Aus der
WO 96/03276 ist ein Holzstrukturkörper zur Aufnahme hoher Belastungskräfte über eine Spannweite bekannt, die mehrere Holzteile, welche miteinander zur Bildung einer einheitlichen Holzstruktur verklebt sind, und eine Verstärkungsplatte mit einer Hauptoberfläche mit einer Vielzahl von Verstärkungsfasern, die in eine Harzhülle eingebettet sind, aufweist, wobei ein Zelluloseoberflächenmaterial mit der Hauptoberfläche der Platte durch einen Kleber verbunden ist und dass die Hauptoberfläche der Platte an der Holzstruktur und einem Bereich hoher Spannung durch einen anderen Kleber angeklebt ist, so dass das Zelluloseoberflächenmaterial zwischen der Harzhülle und einer Hauptoberfläche wenigstens eines Holzteils der Holzstruktur sandwichartig angeordnet ist und die Holzstruktur eine Vielzahl durch Klebstoff verbundener Laminatschichten einschließlich einer äußeren Laminatschicht aufweist und dass die Hauptoberfläche der Platte an der äußeren Oberfläche einer äußeren Laminatschicht angeklebt ist:
Die
EP 0 050 164 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus zusammengesetztem Holzmaterial, wobei dieses Verfahren die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen von länglichen Holzspänen, deren Faserrichtung sich im Wesentlichen parallel zu ihrer Längsachse erstreckt,
- b) Einteilen der Späne derart, dass die verwendeten eine mittlere Länge vom 1,27 cm bis 8,89 cm ein Verhältnis von mittlerer Länge zu mittlerer Breite von 4:1 bis 10:1 und eine mittlere Dicke von 0,274 mm bis 1,27 mm aufweisen,
- c) Vermischen eines Binders mit den Holzspänen, so dass der Binder die Späne berührt,
- d) Bilden einer geschichteten Matte aus der sich ergebenden Mischung, wobei wenigstens der Hauptteil der Holzspäne so ausgerichtet ist, dass deren Längsachsen im allgemeinen parallel zu der Längsachse des Bauteils verlaufen, welches aus der Matte geformt werden soll, und
- e) Aufbringen eines ausreichenden Druckes auf die Matte, um die Holzspäne miteinander zu verbinden und das Bauteil zu bilden, wobei
wenigstens 90% der Holzspäne in der angegebenen Weise ausgerichtet sind und die Holzspäne eine mittlere Länge von 2,54 cm bis 5,08 cm und eine mittlere Dicke von 0,38 mm bis 0,635 mm aufweisen und die mittlere Breite der Holzspäne 0,254 cm bis 1,27 cm beträgt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Holzbauteil der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die obengenannten Nachteile beseitigt und eine insbesondere höhere Widerstandsfähigkeit gegen Brandeinwirkung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Holzbauteil der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
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Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Armierungselemente so angeordnet sind, dass die sich bei Brandeinwirkung auf das Holzbauteil an dessen Oberfläche bildende Holzkohleschicht mechanisch stabilisiert wird, indem in der oberflächennahen Verleimungsschicht die Armierungselemente derart angeordnet und mitverleimt sind, dass sich diese in einer Ebene befinden, welche der Oberfläche des Holzbauteiles folgt und parallel zur Oberfläche verläuft, wobei das Holzbauteil mehrere miteinander verleimte Brettschichten mit jeweiligen Verleimungsschichten umfasst, und die Armierungselemente derart thermisch stabil ausgebildet sind, dass sie typischen Brandtemperaturen thermisch widerstehen und derart mechanisch stabil ausgebildet sind, dass sie bei Brandeinwirkung auf das Holz sich thermisch bedingt ergebende Zwängungen im Holz aufnehmen.
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Der Begriff ”flächig” im Oberbegriff bedeutet hierbei nicht notwendigerweise, dass die Armierungselemente eine geschlossene Fläche ausbilden, sondern lediglich, dass die Armierungselemente eine Fläche bzw. Ebene im Holz definieren.
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Dies hat den Vorteil, dass die sich bei Brandeinwirkung auf das Holzbauteil an dessen Oberfläche bildende Holzkohleschicht mechanisch stabilisiert wird und so eine höhere Dicke erzielen kann. Mit anderen Worten wird ein Dickenverlust der Holzkohleschicht während der Brandeinwirkung verhindert, so dass sich bei Brandeinwirkung diese thermisch isolierende, schützende Holzkohleschicht deutlich dicker ausbildet. Dies führt dazu, dass bei einer ausreichenden Schichtdicke der Holzkohle auf der Oberfläche des Holzbauteiles die Temperatur in der Grenzschicht Holzkohle-Holz unterhalb der pyrolytischen Zersetzungstemperatur von Holz liegt und der Holz-Abbrand damit gestoppt ist. Es kommt zu einem nahezu stationären Zustand, bei dem das Holz trotz weiter einwirkender Brandbeanspruchung praktisch kaum mehr Querschnitts- und damit Tragfähigkeitsverluste erleidet. Im Ergebnis wird ein verbessertes Brandverhalten und ein höhere Feuerwiderstandsdauer der so behandelten Holzbauteile im Vergleich zu herkömmlichen Holzbauteilen erzielt.
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Erfindungsgemäß erstrecken sich die Armierungselemente in einer Ebene unterhalb der Oberfläche des Holzbauteiles parallel zu dieser.
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Hierbei sind zweckmäßigerweise die Armierungselemente im Holzbauteil insbesondere einaxial, zweiaxial oder mehraxial angeordnet. Beispielsweise sind die Armierungselemente achsorientiert oder in ihrer Orientierung statistisch verteilt im Holzbauteil eingelagert.
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Das Holzbauteil umfasst erfindungsgemäß brettschichtverleimte Hölzer, wobei die Armierungselemente in der oberflächennahen Verleimungsschicht der brettschichtverleimten Hölzer angeordnet sind.
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In wenigstens einer Verleimungsschicht der brettschichtverleimten Hölzer ist eine einaxial orientierte Faserbewehrung oder eine zweiaxial orientierte Netzbewehrung eingefügt und mitverleimt. Unter einaxial sind dabei z. B. parallele Fasern zu verstehen, während unter zweiaxial z. B. ein Gewebe mit nicht parallelen Fasern zu verstehen ist. Insbesondere sind hier zueinander senkrechte Faserrichtungen vorzusehen. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Gewebe mit mehr als einaxialer also mit mehraxialer Anordnung der Armierungselemente vorgesehen. Eine Optimierung im Hinblick auf Armierung lediglich der oberflächennahen Verleimungsschichten ist zweckmäßig.
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Bei Holzbauteilen in Form von aus Kleinpartikeln gepressten Holzwerkstoffen sind entsprechende Faserabschnitte in eine Ausgangsmischung eingebracht und führen dann zu einer homogen verteilten Armierung des Gesamtmaterials mit statistisch verteilter Faser-Orientierung.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur im Querschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Holzbauteiles.
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Die in der einzigen Figur dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Holzbauteiles 100 umfasst mehrere, miteinander verleimte Brettschichten 10 mit jeweiligen Verleimungsschichten 12 und einer Oberfläche 14. in der oberflächennahen Verleimungsschicht 12 sind Armierungselemente 16 derart angeordnet und mitverleimt, dass diese sich in der Ebene befinden, welche der Oberfläche 14 des Holzbauteiles 100 folgt und parallel zur Oberfläche 14 verläuft. In der einzigen Figur sind die Dicke der Brettschichten 10 und die Dicke der Verleimungsschichten 12 nicht maßstabsgetreu dargestellt.
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Der Wirkmechanismus, welcher zu einer Verbesserung der brandtechnischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Holzbauteiles 100 führt, stellt sich wie folgt dar: In einem Temperaturbereich zwischen 200°C bis 300°C findet eine pyrolytische Zersetzung von Holz statt und es bildet sich eine Holzkohleschicht. Diese Holzkohleschicht ist ein sehr guter Isolator, der den Abbrand erheblich verzögert. Die hohe Isolierwirkung dieser Holzkohle-Oberflächenschicht läßt sich daran erkennen, dass innerhalb dieser Schicht von ca. 20 mm Dicke die Temperatur des nicht verkohlten Holzes von maximal 200°C bis zur Brandtemperatur von über 1000°C ansteigt. Proportional zu diesem steilen Temperaturgradienten innerhalb dieser dünnen Schicht bildet sich dementsprechend ein ähnlich verlaufender Gradient thermischer Dehnungen aus. Diese können nicht zwängungsfrei aufgenommen werden, wodurch sich in der das Holz schützenden Holzkohleschicht Risse bilden. Infolge dieser Rissbildungen wird der Dickenzuwachs der Holzkohleschicht dadurch begrenzt, dass im Oberflächenbereich ständig Holzkohleteile herausbrechen. Dieser Mechanismus führt dazu, dass sich eine näherungsweise immer gleich dicke, schützende Holzkohleschicht bildet und sich eine näherungsweise konstante Abbrandrate einstellt. Die Holzkohleschicht verlangsamt zwar den Abbrand, kann diesen jedoch aus den o. g. Gründen nicht vollständig stoppen.
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An diesem Punkt setzt die erfindungsgemäße Ausbildung des Holzbauteiles 100 an. Durch die in das Holzbauteil 100 eingebetteten Armierungselemente 16 wird die Holzkohleschicht statisch stabilisiert. Erreicht nämlich der Abbrand des Holzbauteiles 100 von der Oberfläche 14 ausgehend eine entsprechende Tiefe in das Holzbauteil 100 hinein, liegt die erfindungsgemäß vorgesehene Brandschutzarmierung 16 innerhalb der Holzkohleschicht. Die Brandschutzarmierung 16 weist dabei eine ausreichende thermische Stabilität wie auch eine ausreichende statische Belastbarkeit auf, um sowohl den hohen Brandtemperaturen zu widerstehen als auch die thermisch bedingten Zwängungen innerhalb der Holzkohleschicht aufzunehmen. Das Schwinden der Holzkohleschicht ist im Wesentlichen gestoppt. Sobald dann die Holzkohleschicht eine entsprechende Dicke aufweist, ergibt sich an einer der Brandeinwirkung abgewandten Seite der Holzkohleschicht, angrenzend an noch unverbranntes Holz, eine Temperatur unterhalb der pyrolytischen Umwandlungstemperatur von Holz, so dass ein weiterer Abbrand des Holzbauteiles 100 trotz weiterer Brandeinwirkung gestoppt ist. Der Querschnitt und die Tragfähigkeit des Holzbauteiles 100 bleibt somit auch bei längerer Brandeinwirkung ausreichend hoch, um ein Einstürzen im Bereich des Holzbauteiles 100 zu verhindern, so dass ggf. genügend Zeit verbleibt, damit sich Personen aus einem brennenden Gebäude oder Bauwerk retten können oder um Personen durch Hilfsmaßnahmen von außen zu befreien, welche nicht mehr aus eigener Kraft das Gebäude oder Bauwerk verlassen können. Auch Feuerlöschmaßnahmen gestalten sich einfacherer, wenn das Gebäude oder Bauwerk nicht einstürzt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Holzbauteil
- 10
- Brettschicht
- 12
- Verleimungsschicht
- 14
- Oberfläche
- 16
- Armierungselement
