Mit parallel oder rechtwinklig zur Faserrichtung in Brettschichtholz eingeklebten profilierten Stahlstäben können auf kleiner Fläche grosse Kräfte in Holzbauteile eingeleitet werden. Meistens werden dabei Stahlstangen in Form von Gewindestangen mit metrischem Gewinde verwendet. Diese werden mit einem speziell für diese Anwendung entwickelten Klebstoff (vorwiegend 2-Komponenten-Epoxydharze sowie PUR-Klebstoffe) ins Holz eingeklebt.
Zusammen mit Herrn Professor Ernst Gehri forscht und entwickelt der Brettschichtholzhersteller neue Holzbau AG, CH-Lungern, seit Ende der 1990er-Jahren im Bereich eingeklebter Gewindestangen. Unter dem Markennamen „GSA-Technologie“ sind dabei die verschiedensten Anschlussteile entstanden, die erfolgreich in diversen Holztragwerken eingesetzt werden. Um die GSA®-Technologie (GSA = Gewinde-Stangen-Anker) auch ausserhalb der Schweiz erleichtert einzusetzen, hat die neue Holzbau AG zusammen mit dem Klebstoffhersteller Astorit AG, CH-Einsiedeln, eine allgemein bauaufsichtliche Zulassung des 2K-EP Klebstoff GSA-Harz und GSA-Härter für das Einkleben von Stahlstäben in Holzbaustoffe beantragt und Ende des Jahres 2012 erhalten (Z-9.1-778). Gegenüber der DIN 1052-2008-12 bzw. dem nationalen Anhang DIN EN 1995-1-1/NA können mit der Zulassung deutlich höhere Leistungen mit eingeklebten Ankern erreicht werden.
Duktil ins Holz geklebt
Verbindungen mit eingeklebten Gewindestangen zählen zu den leistungsfähigsten Verbindungsmitteln im modernen Ingenieurholzbau. Wie bei allen anderen Verbindungsmitteln müssen dabei sämtliche Komponenten, wie Stahlstab, BSH, Klebstoff sowie geometrische Parameter (Rand- und Achsabstände, etc.) optimal aufeinander abgestimmt werden. Um optimale Anschlüsse zu erhalten, gilt es gewisse Regeln und Voraussetzungen zu erfüllen:
Die Verbindung muss so ausgelegt werden, dass im Bruchzustand die Stahlstangen (duktil) versagen und das spröde Versagen des Holzes (Schubbruch in der Klebefuge) oder des Klebstoffes (Kohäsions- und Adhäsionsbruch) ausgeschlossen bleiben. Bei Zugverbindungen mit mehreren gleichzeitig wirkenden Stäben ist die notwendige gleichmässige Kraftverteilung auf die einzelnen Stäbe nur bei ausreichender Duktilität des Einzelstabanschlusses erreichbar.
Für leistungsfähige Verbindungen müssen die (zu) grossen Rand- und Achsabstände der DIN 1052 des DIN EN 1995-1-1/NA und deutlich verkleinert werden. Sind diese Rand- und Achsabstände zu gross, können auf den Holzquerschnitt nur wenige Stangen platziert werden. Der Wirkungsgrad der Verbindung bleibt somit klein. Mit einer dichteren Anordnung steigt die Gefahr des Aufspaltens. Die effektive Verankerung des Stabes muss ins Holzinnere verlegt werden. Bei der GSA®-Technologie geschieht dies durch das Abfräsen des Gewindes im vorderen Bereich. Weitere Informationen sind auch abrufbar unter GSA-Grundlagen.
Versagen am Bohrlochrand
Neben der Scherfestigkeit des Holzbaustoffes ist auch das Bruchdehnvermögen des Holzes parallel zur Faser zu berücksichtigen. Die Dehnung des Stahlstabes darf bei der Fichte 2,40 ‰ nicht überschreiten. Durch diesen Ansatz wird sowohl die Wahl der Stahlfestigkeit, aber auch die Einkleblänge beschränkt. Das Versagen geschieht im Normallfall nicht im Klebstoff, sondern am Bohrlochrand. Der berechnete Festigkeitswert bezieht sich demnach auf die Scherfestigkeit des Holzbaustoffes. Dieser kann durch die Wahl des Baustoffs (z.B. Laubholz) verändert werden. Da es sich um ein Versagen des Holzes handelt, sind die Auszugsfestigkeitswerte der jeweiligen Nutzungsklasse anzupassen. Systeme mit eingeklebten Ankern eignen sich nur beschränkt für feuchte Bauteile. Die GSA®-Technologie ist auf die Nutzungsklassen 1+2 beschränkt, wobei die Auszugswerte in FK 2 um den Faktor 0,8 abgemindert werden.
Qualitätssicherung
Im verbauten Zustand sind die Verbindungsmittel fast nicht mehr sichtbar, eine nachträgliche visuelle Kontrolle ist praktisch nicht mehr möglich. Deshalb ist eine zuverlässige Qualitätskontrolle zwingend. Dabei müssen neben dem Klebstoff (Mischverhältnis / Aushärtungsprozess) auch die Gewindestangen und das Holz (Zugfestigkeit Brett, Zugfestigkeit Keilzinkung) umfassend geprüft werden. Die Qualität der Verbindung hängt zudem in hohem Mass von der Ausführungsqualität der Bearbeitungen ab. Die Bohrlochqualität zum Beispiel hat einen entscheidenden Einfluss auf die Festigkeit. Anschlüsse mit hoher Leistung sollten durch Spezialfirmen ausgeführt werden, welche über genügend Know-how und entsprechende Erfahrung verfügen.
Mehr Anker für hohe Beanspruchung
Die Norm und auch die Zulassungen für eingeklebte Gewindestangen befassen sich ausschließlich mit dem Einzelanker. Interessant wird die Technologie der eingeklebten Anker jedoch erst, wenn viele Anker miteinander wirken, da das Gruppenverhalten für die Anschlüsse entscheidend ist. Gute Anschlüsse zeichnen sich neben niedrigen Kosten auch durch ihre Einfachheit aus. Es ist im Lauf der Jahre gelungen, verschiedene Verbindungsmittel für die unterschiedlichsten Anwendungen zu entwickeln. Es handelt sich um Teile, die durch eine Serienherstellung im Preis günstig sind und auf der Baustelle einfach nur mit wenigen Bolzen verbunden werden können.
Die GSA®-Technologie eignet sich ebenfalls für komplexe Bauteile. Angefangen bei Fachwerkträgern, über zugverstärkte Bauteile (Holzarmierung) bis hin zu Holzbetonverbund und Querzug-, Querdruck und Schubverstärkungen, überall finden sich leistungsfähige Lösungen. Im Zusammenspiel zwischen Holz, Stahl und Klebstoff ist das Holz diejenige Komponente, die besonders gepflegt werden muss. Im Vergleich mit Baustoffen wie Beton oder Stahl wird der Qualitätsprüfung des Holzes oft zu wenig Beachtung geschenkt. Dies ist gerade bei anspruchsvollen Ingenieurbauwerken jedoch dringend erforderlich. Zwar werden in der Produktion alle Verarbeitungsschritte (wie Keilzinkungen und Flächenverklebung) rigoros überprüft, jedoch nicht das Grundmaterial Holz. Ohne Wissen über das Grundmaterial sind weder gesicherte Bemessungswerte und noch viel weniger Hochleistungsbauteile und Hochleistungsanschlüsse möglich.
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