EP2642043A1 - Ebenes flächiges Holzverbundelement - Google Patents

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EP2642043A1
EP2642043A1 EP13001303.0A EP13001303A EP2642043A1 EP 2642043 A1 EP2642043 A1 EP 2642043A1 EP 13001303 A EP13001303 A EP 13001303A EP 2642043 A1 EP2642043 A1 EP 2642043A1
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wood
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bending stress
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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/12—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of solid wood
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/02—Load-carrying floor structures formed substantially of prefabricated units
    • E04B5/12—Load-carrying floor structures formed substantially of prefabricated units with wooden beams
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/12—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of wood, e.g. with reinforcements, with tensioning members
    • E04C3/122—Laminated

Definitions

  • the invention relates to a bending load to claim, flat planar composite wood element.
  • Wood composite elements according to the invention are very advantageous to use as a load-bearing ceiling in residential construction.
  • the CA 2128845 A1 shows a plate made as a cross laminated timber.
  • Three layers of approximately equal thickness boards each having a rectangular cross-sectional area are glued together, wherein in each camp, the boards with their narrow lateral surface sides abut each other, the boards of the upper and in the lower layer are aligned the same and normal in the middle position.
  • low quality wood can be used than on the visible outer layers.
  • the annual rings of the boards are aligned parallel to the short lateral surface sides of the boards and thus normal to the plane of the plate formed together.
  • Adjacent boards of the visible side are preferably formed by dividing a thicker board, wherein the exposed during sharing surfaces of both boards are arranged mirror-image to each other.
  • the plate is as good producible, beautiful and relatively distortion-free furniture plate well usable. Against bending stress around normal to the longitudinal direction of the boards of the outer layers lying axes, the plate is useful good. For particularly high bending stresses or as a load-bearing ceiling element, the plate is less suitable and not provided.
  • the WO 2008113890 A1 shows a, for example, as a load-bearing ceiling element in housing usable, flat wood composite element, which is made as glued laminated timber. It consists of glued together, parallel aligned boards with rectangular cross-sectional area. The boards are glued together on their larger lateral surface sides. The annual rings in the boards are largely parallel to the large cross-sectional dimensions of the boards and thus almost normal aligned with the plane of the formed from the boards flat wood composite element. The individual boards are sawn from the zones of round wood spaced from the core. Branch and other defects are cut out of the boards and the faultless sections are glued together by a finger joint.
  • the wood composite element is arranged as a horizontal surface, typically as a load-bearing ceiling, wherein it is supported on the longitudinal ends of the boards.
  • the bending plane is vertical, parallel to the larger cross-sectional orientation of the boards.
  • the wood composite element is significantly better against failure due to excessive shear stress than if the annual rings were aligned horizontally.
  • This simple design allows relatively low height of supporting ceiling surface elements.
  • the thickness of the surface element is equal to the width of the boards used. Since boards can only be obtained in large quantities without difficulty up to a certain width, the strength of the wood composite elements that can be mass produced in this way is disruptively limited for many applications. In some places, it is also visually disturbing that the horizontal surfaces consist of many narrow stripes.
  • An object underlying the invention is that of the WO 2008113890 A1 known, to be bent on claiming sheet-like composite wood element so that it can be used for ceilings with more widely spaced outriggers.
  • Another object is to provide a high-quality by its usability wood composite element, in which woodcut product, which is obtained in a sawmill and gluelam works, but so far hardly usable high quality, can be used meaningfully.
  • FIG. 1 illustrated flat wood composite element consists of three layers glued together boards 1, 2, 3, which are also glued together.
  • the upper and lower boards 1, 3 are aligned parallel to each other.
  • the boards 2, which form a liner, are normally aligned.
  • the sheet-like composite wood element is used in such a way that the main bending stress takes place about bending axes which are parallel to the plane of the wood composite element and normal to the longitudinal directions of the upper and lower boards 1, 3, wherein the upper side of the boards 1, the pressure side of the bending curve and the lower boards 3 the train side.
  • this bending stress occurs when the surface Wood composite element is arranged horizontally and rests only with the longitudinal ends of the boards 3 to a support.
  • the boards 1 extend over the majority of the thickness of the flat composite wood element. They are at the discussed bending stress on pressure and considerably stressed on shear. Compressive stress and shear stress are parallel to the longitudinal direction of the boards 3. The shear stress "tends” to move upper and lower higher areas of the boards 3 against each other in the longitudinal direction of the boards 3.
  • the annual rings 1.1 (or the areas formed by the annual rings) of the upper boards 1 are substantially normal to the plane at which greatest shear stress occurs. This is equivalent to saying that the annual rings 1.1 are substantially parallel to the plane within which the main bending deformation takes place. As a result, the annual rings wear as best as possible against failure due to shearing stress.
  • the cross-sectional area of the boards 1 in the direction normal to the plane of the wood composite element is several times greater than in the direction parallel thereto.
  • the direction of the annual rings deviates from the direction of the larger cross-sectional dimensions of the boards 1 by not more than 30 °. But positive effects are also possible already detectable if this angle is not greater than 45 °.
  • the parallel to the axis of the expected bending cross-sectional dimension of the boards in the boards on the tension side is preferably larger than the boards on the pressure side.
  • the lower boards 3 are made of wood of higher stiffness (that is, wood with higher modulus of elasticity) than the middle and upper boards 2, 1. If they have high rigidity, they can be made thinner (that is, lower in height) with which the blanket can be made relatively thin with sufficient rigidity. In addition, the boards are then available in a relatively large width, which is desirable for optical reasons.
  • the boards 2 of the middle layer can be made relatively thin and they can have the least strength of the three types of boards 1, 2, 3.
  • the lower boards 3 are made of beech, the middle boards 2 pine or spruce for relatively low strength class and the upper boards 1 pine or spruce with medium strength.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein durch Biegebelastung zu beanspruchendes, ebenes flächiges Holzverbundelement, welches aus drei miteinander verleimten Lagen von miteinander verleimten Brettern (1, 2, 3) besteht, wobei die Bretter (1, 3) der beiden äußeren Lagen normal zur Achse der zu erwartenden Biegebeanspruchung ausgerichtet sind und die Bretter (2) der Zwischenlage parallel zu dieser Achse. Jene Außenlage, welche an der Druckseite der zu erwartenden Biegebeanspruchung liegt, ist dicker als jene Außenlage, welche zugseitig liegt. Die Jahresringe (1.1) der Bretter (1) der druckseitigen Außenlage liegen zur Ebene der zu erwartenden Biegebeanspruchung in einem spitzeren Winkel als 45°.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein durch Biegebelastung zu beanspruchendes, ebenes flächiges Holzverbundelement.
  • Erfindungsgemäße Holzverbundelemente sind sehr vorteilhaft als tragende Decke im Wohnbau einzusetzen.
  • Die CA 2128845 A1 zeigt eine als Brettsperrholz hergestellte Platte. Drei Lagen etwa gleich starker Bretter mit jeweils rechteckiger Querschnittsfläche sind miteinander verleimt, wobei in jeder Lager die Bretter mit ihren schmalen Mantelflächenseiten aneinander anliegen, wobei die Bretter der oberen und in der unteren Lage gleich ausgerichtet sind und in der mittleren Lage normal dazu. In der mittleren Lage kann Holz mit geringer Qualität verwendet werden als an den sichtbaren Außenlagen. Bevorzugt sind die Jahresringe der Bretter parallel zu den kurzen Mantelflächenseiten der Bretter und damit normal zur Ebene der gemeinsam gebildeten Platte ausgerichtet. Benachbarte Bretter der Sichtseite sind bevorzugt durch Teilen eines dickeren Brettes gebildet, wobei die beim Teilen freigelegten Flächen beider Bretter spiegelbildartig zueinander angeordnet werden. Die Platte ist als günstig herstellbare, schöne und relativ verzugsfreie Möbelplatte gut verwendbar. Gegen Biegebeanspruchung um zur Längsrichtung der Bretter der Außenlagen normal liegende Achsen ist die Platte brauchbar gut. Für besonders hohe Biegebeanspruchungen oder als tragendes Deckenelement ist die Platte wenig geeignet und auch nicht vorgesehen.
  • Die WO 2008113890 A1 zeigt ein beispielsweise als tragendes Deckenelement im Wohnbau einsetzbares, flächiges Holzverbundelement, welches als Brettschichtholz hergestellt ist. Es besteht aus miteinander verleimten, parallel zueinander ausgerichteten Brettern mit rechteckiger Querschnittsfläche. Die Bretter sind an ihren größeren Mantelflächenseiten miteinander verleimt. Die Jahresringe in den Brettern sind weitgehend parallel zu den großen Querschnittsabmessungen der Bretter und damit annähernd normal zur Ebene des aus den Brettern gebildeten flächigen Holzverbundelementes ausgerichtet. Die einzelnen Bretter sind aus den vom Kern beabstandeten Zonen von Rundholz gesägt. Ast- und sonstige Fehlerstellen sind aus den Brettern herausgeschnitten und die fehlerfreien Teilstücke sind stirnseitig durch eine Keilzinkung miteinander verleimt. Bestimmungsgemäß wird das Holzverbundelement als horizontale Fläche, typischerweise als tragende Decke angeordnet, wobei es an den Längsenden der Bretter abgestützt ist. Die Biegeebene liegt vertikal, parallel zur größeren Querschnittsausrichtung der Bretter. Indem die Jahresringe etwa parallel zu dieser Ebene liegen, ist das Holzverbundelement gegen Versagen durch zu hohe Scherbeanspruchung deutlich besser als wenn die Jahresringe horizontal ausgerichtet wären. Diese einfache Bauweise ermöglicht relativ geringe Bauhöhe von tragenden Deckenflächenelementen. Die Stärke des Flächenelementes ist gleich der Breite der verwendeten Bretter. Da Bretter nur bis zu einer gewissen Breite in großer Menge problemlos erhältlich sind, ist die Stärke der damit massenhaft herstellbaren Holzverbundelemente für viele Anwendungen störend begrenzt. Mancherorts stört auch optisch, dass die horizontalen Oberflächen aus sehr vielen schmalen Streifen gebildet sind.
  • Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, das aus der WO 2008113890 A1 bekannte, auf Biegung zu beanspruchende flächige Holzverbundelement so weiterzuentwickeln, dass es für Decken mit weiter beabstandeten Abstützungen verwendbar wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein durch seine Nutzbarkeit hochwertiges Holzverbundelement zu schaffen, in welchem Holzschnittware, welche in einem Säge- und Leimholzwerk anfällt, bislang aber kaum hochwertig nutzbar ist, sinnvoll genutzt werden kann.
  • Zum Lösen der Aufgabe wird davon ausgegangen, ein flächiges, bestimmungsgemäß auf Biegung zu beanspruchendes Holzverbundelement aus drei Lagen Brettern aufzubauen, wobei in jeder Lage die Bretter parallel zueinander ausgerichtet und aneinander anliegend angeordnet sind, wobei die Bretter der beiden äußeren Lagen normal zur Achse der zu erwartenden Biegebeanspruchung ausgerichtet sind und die Bretter der Zwischenlage parallel zu dieser Achse und wobei die Jahresringe der Bretter der Außenlage an der Druckseite im Wesentlichen eher normal zur Achse der zu erwartenden Biegebeanspruchung ausgerichtet liegen als parallel dazu. Erfindungsgemäß wird als Verbesserung dazu weiters vorgeschlagen, jene Außenlage, welche an der Druckseite der zu erwartenden Biegebeanspruchung liegt, dicker auszuführen als jene Außenlage, welche an der Zugseite der zu erwartenden Biegebeanspruchung liegt.
  • Aus Gründen der Höhenoptimierung ist es vorteilhaft, die Bretter an der Druckseite stärker auszuführen als jene an der Zugseite, da sich der Werkstoff Holz bedingt durch den anisotropen Faseraufbau bei Biegebelastung ähnlich verhält, als hätte er an der Druckseite einen niedrigeren Elastizitätsmodul als an der Zugseite.
    • Fig. 1: zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Holzverbundelement in Schrägrissansicht.
  • Das in Fig. 1 dargestellte flächige Holzverbundelement besteht aus drei miteinander verleimten Lagen Bretter 1, 2, 3, welche auch untereinander miteinander verleimt sind. Die oberen und unteren Bretter 1, 3 sind zueinander parallel ausgerichtet. Die Bretter 2, welche Zwischenlage bilden, sind normal dazu ausgerichtet.
  • Bestimmungsgemäß wird das flächige Holzverbundelement derart eingesetzt, dass die Hauptbiegebeanspruchung um Biegeachsen stattfindet, welche parallel zu der Ebene des Holzverbundelementes und normal zu den Längsrichtungen der oberen und unteren Bretter 1, 3 liegen, wobei an den oberen Brettern 1 die Druckseite der Biegekurve liegt und an den unteren Brettern 3 die Zugseite. Typischerweise kommt es zu dieser Biegebelastung, wenn das flächige Holzverbundelement horizontal angeordnet wird und dabei nur mit den Längsenden der Bretter 3 an einer Abstützung aufliegt.
  • Die Bretter 1 erstrecken sich über den Großteil der Dicke des flächigen Holzverbundelementes. Sie sind bei der besprochenen Biegebelastung auf Druck und erheblich auch auf Scherung beansprucht. Druckspannung und Scherspannung liegen dabei parallel zur Längsrichtung der Bretter 3. Die Scherspannung "trachtet" obere und untere Höherbereiche der Bretter 3 gegeneinander in Längsrichtung der Bretter 3 zu verschieben. Wie skizziert liegen die Jahresringe 1.1 (bzw. die durch die Jahresringe gebildeten Flächen) der oberen Bretter 1 im Wesentlichen normal zu der Ebene an welcher größte Scherspannung auftritt. Das ist gleichbedeutend damit, dass die Jahresringe 1.1 im Wesentlichen parallel zu der Ebene liegen, innerhalb welcher die hauptsächliche Biegeverformung stattfindet. Dadurch tragen die Jahresringe gegen Versagen zufolge Scherbeanspruchung bestmöglich mit.
  • Bevorzugt ist die Querschnittsfläche der Bretter 1 in der zur Ebene des Holzverbundelementes normalen Richtung mehrfach größer als in der dazu parallelen Richtung. Dadurch wird es einfach, Bretter 1 so auszubilden, dass die Jahresringe überwiegend in der besagten Richtung (welche mit der Breite der Bretter 1 zusammen fällt) liegen und es wird einfach einen Verbund von Brettern zu bilden, bei denen trotz Eigenschaftsschwankungen zwischen den einzelnen Brettern und im Längsverlauf der einzelnen Bretter, weitgehend homogene und reproduzierbare Eigenschaften des Verbundes erreicht werden. Indem beim Sägen von Brettern aus einem Stamm darauf geachtet wird, dass die Jahresringe möglichst parallel zur größeren Querschnittsabmessung des Brettes liegen und indem dazu beim Sägen von Schnitt zu Schnitt die Schnittebene um 90° geschwenkt wird, erreicht man zudem eine sehr gute Holzausbeute. Bevorzugt weicht die Richtung der Jahresringe von der Richtung der größeren Querschnittsabmessungen der Bretter 1 um nicht mehr als 30° ab. Positive Effekte sind aber durchaus auch schon feststellbar, wenn dieser Winkel nicht größer als 45° beträgt.
  • Vor allem aus optischen Gründen ist die zur Achse der zu erwartenden Biegung parallele Querschnittsabmessung der Bretter bei den Brettern an der Zugseite bevorzugt größer als bei den Brettern an der Druckseite.
  • Bevorzugt bestehen die unteren Bretter 3 aus Holz von höherer Steifigkeit (also aus Holz mit höherem Elastizitätsmodul) als die mittleren und oberen Bretter 2, 1. Wenn sie hohe Steifigkeit haben, können sie dünner (also mit geringerer Höhe) ausgeführt werden, womit die Decke bei ausreichender Steifigkeit relativ dünn ausgeführt sein kann. Außerdem sind die Bretter dann gut in relativ großer Breite erhältlich, was aus optischen Gründen erwünscht ist.
  • Die Bretter 2 der mittleren Lage können relativ dünn ausgeführt sein und sie können von den drei Arten Bretter 1, 2, 3 die geringste Festigkeit aufweisen.
  • Bei einer typischen Materialwahl bestehen die unteren Bretter 3 aus Buche, die mittleren Bretter 2 aus Kiefer oder Fichte mit dafür relativ niedriger Festigkeitsklasse und die oberen Bretter 1 aus Kiefer oder Fichte mit dafür mittlerer Festigkeit.
  • Da die unteren Bretter 3 bei der Anwendung im Wohnbau jene Fläche bilden, welche am ehesten frei liegt ist dies auch jene Fläche, welche am stärksten den Feuchtigkeits- und Temperaturschwankungen des Raumklimas ausgesetzt ist. Diesen Beanspruchungen kann hartes Laubholz, wie typischerweise Buche wesentlich besser standhalten, als die weicheren Nadelhölzer, welche dabei alsbald Risse bekommen. Besonders gut kann das Laubholz diesen Beanspruchungen standhalten, wenn es durch Drucktrocknung (auch als "Hygrodrucktrocknung" bezeichnet) behandelt ist. Beim Drucktrocknen wird auf das Holz durch daran anliegende Platten mechanischer Druck und Wärme aufgebracht, während die Umgebungsluft unter Unterdruck gehalten wird.
  • Durch den Mix aus verschiedenartigen Brettern aus welchen erfindungsgemäße Holzverbundelemente gebildet werden, sind nicht nur die besprochenen statischen Vorteile erzielbar, sondern es werden damit auch verschiedene Schnittholzqualitäten, wie sie in einem Säge- und Leimholzwerk zwangsweise anfallen, nutzbringend in ein hochwertiges, an Ort und Stelle herstellbares Produkt integrierbar.

Claims (9)

  1. Durch Biegebelastung zu beanspruchendes, ebenes flächiges Holzverbundelement, welches aus drei miteinander verleimten Lagen von miteinander verleimten Brettern (1, 2, 3) besteht, wobei in jeder Lage die Bretter (1, 2, 3) parallel zueinander ausgerichtet und aneinander anliegend angeordnet sind, wobei die Bretter (1, 3) der beiden äußeren Lagen normal zur Achse der zu erwartenden Biegebeanspruchung ausgerichtet sind und die Bretter (2) der Zwischenlage parallel zu dieser Achse, wobei die Jahresringe (1.1) im Holz jener Bretter (1), welche an der Druckseite der zu erwartenden Biegebeanspruchung liegen, zur Ebene der zu erwartenden Biegebeanspruchung in einem spitzeren Winkel als 45° liegen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die durch die Bretter (1) gebildete druckseitige äußere Lage dicker ist als die durch die Bretter (3) gebildete zugseitige äußere Lage.
  2. Holzverbundelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Jahresringe (1.1) im Holz der Bretter (1) zur Ebene der zu erwartenden Biegebeanspruchung in einem spitzeren Winkel als 30° liegen.
  3. Holzverbundelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Achse der zu erwartenden Biegung parallele Querschnittsabmessung bei den zugseitigen Brettern (3) größer ist als bei den druckseitigen Brettern (1).
  4. Holzverbundelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Bretter (1) in der zur Ebene des Holzverbundelementes normal liegenden Richtung über mehr als die Hälfte der Dicke des Holzverbundelementes erstrecken.
  5. Holzverbundelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bretter (3) an der Zugseite der zu erwartenden Biegebeanspruchung aus Holz von höherer Steifigkeit bestehen, als die Bretter (1) an der Druckseite der zu erwartenden Biegebeanspruchung.
  6. Holzverbundelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bretter (2) der mittleren Lage aus Holz von geringerer Festigkeit bestehen als die Bretter (1).
  7. Holzverbundelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bretter (3) aus einem Laubholz bestehen und die Bretter (1, 2) aus einem demgegenüber weniger steifen Nadelholz.
  8. Holzverbundelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, die Bretter (3) druckgetrocknet sind.
  9. Tragende Decke in einem Wohnhaus, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein Holzverbundelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gebildet ist.
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