DE19952903A1

DE19952903A1 - Holzbauteil für Gebäude oder Bauwerke

Info

Publication number: DE19952903A1
Application number: DE1999152903
Authority: DE
Inventors: Wolfram Klingsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: DE19952903B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Holzbauteil für Gebäude oder Bauwerke. Hierbei sind in das Holz des Holzbauteiles Armierungselemente derart eingebettet, dass diese Armierungselemente wenigstens einen für Brandeinwirkung gefährdeten Abschnitt einer Oberfläche des Holzbauteiles flächig von innen überdecken, wobei die Armierungsteile 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.

Description

Die Erfindung betrifft ein Holzbauteil für Gebäude oder Bauwerke, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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 besonde rer Beachtung. Das Brandverhalten von Holzbauteilen wird im Wesentli chen bestimmt durch die sogenannte Abbrandrate. Diese gibt den pro gressiven Querschnittsverlust an. Durch diesen Querschnittsverlust ver kleinert 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. Temperaturbe dingte Festigkeitsänderungen des Holzes haben im Vergleich dazu nur eine untergeordnete Bedeutung.

Aus der DE 43 27 280 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer speziel len, brandschutztechnisch optimierten Spanplatte bestehend aus Holz spänen, Leim und dem brandschutztechnisch aktiven Material Vermikulit bekannt. Letzteres dient im Stand der Technik als Bestandteil von spezi ellen 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.

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 Viel zahl von Zusatzkomponenten und Verbrennung hemmende Chemikalien benötigen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Holzbauteil der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welches die obenge nannten Nachteile beseitigt und eine höhere Widerstandsfähigkeit gegen Brandeinwirkung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Holzbauteil der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in das Holz des Holz bauteiles Armierungselemente derart eingebettet sind, dass diese Armie rungselemente wenigstens einen für Brandeinwirkung gefährdeten Ab schnitt einer Oberfläche des Holzbauteiles flächig von innen überdecken, wobei die Armierungsteile derart thermisch stabil ausgebildet sind, dass sie typischen Brandtemperaturen thermisch widerstehen und derart me chanisch stabil ausgebildet sind, dass sie bei Brandeinwirkung auf das Holz sich thermisch bedingt ergebende Zwängungen im Holz aufnehmen. Der Begriff "flächig" bedeutet hierbei nicht notwendigerweise, dass die Armierungselemente eine geschlossene Fläche ausbilden, sondern ledig lich, dass die Armierungselemente eine Fläche bzw. Ebene im Holz defi nieren.

Dies hat den Vorteil, dass die sich bei Brandeinwirkung auf das Holzbau teil an dessen Oberfläche bildende Holzkohleschicht mechanisch stabili siert 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 Oberflä che 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 erlei det. Im Ergebnis wird ein verbessertes Brandverhalten und ein höhere Feuerwiderstandsdauer der so behandelten Holzbauteile im Vergleich zu herkömmlichen Holzbauteilen erzielt.

Vorzugsweise Weitergestaltungen der Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 beschrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Armierungselemente aus Fasern oder Gewebe unter Verwendung von Metall, Glas, Karbon und/oder Kunststoff oder anderen geeigneten Stoffen gebildet.

Zweckmäßigerweise erstrecken sich die Armierungselemente in wenig stens einer Ebene unterhalb der Oberfläche des Holzbauteiles im We sentlichen parallel zu dieser. Hierbei sind die Armierungselemente im Holzbauteil insbesondere einaxial, zweiaxial oder mehraxial angeordnet. Beispielsweise sind die Armierungselemente achsorientiert oder in ihrer Orientierung statistisch verteilt im Holzbauteil eingelagert.

Das Holzbauteil umfasst beispielsweise brettschichtverleimte Hölzer, wo bei die Armierungselemente in wenigstens einer Verleimungsschicht, ins besondere in wenigstens einer oberflächennahen Verleimungsschicht, der brettschichtverleimten Hölzer angeordnet sind. In wenigstens einer Ver leimungsschicht der brettschichtverleimten Hölzer ist eine einaxial orien tierte Faserbewehrung oder eine zweiaxial orientierte Netzbewehrung ein gefügt 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 weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird ein Gewebe mit mehr als mehraxialer Anordnung der Armierungs elemente vorgesehen. Eine Optimierung im Hinblick auf Armierung ledig lich der oberflächennahen Verleimungsschichten ist zweckmäßig.

Bei Holzbauteilen in Form von aus Kleinpartikeln gepressten Holzwerk stoffen sind entsprechende Faserabschnitte in eine Ausgangsmischung eingebracht und führen dann zu einer homogen verteilten Armierung des Gesamtmaterials mit statistisch verteilter Faser-Orientierung.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der beigefügt Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur im Querschnitt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Holzbauteiles.

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 einer oberflächennahen Verleimungsschicht 12 sind Armierungselemente 16 derart angeordnet und mitverleimt, dass die se sich im Wesentlichen in einer Ebene befinden, welche der Oberfläche 14 des Holzbauteiles 100 folgt bzw. parallel zur Oberfläche 14 verläuft. In der einzigen Figur sind die Dicke der Brettschichten 10 und die Dicke der Verleimungsschichten 12 nicht maßstabsgetreu dargestellt.

Der Wirkmechanismus, welcher zu einer Verbesserung der brandtechni schen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Holzbauteiles 100 führt stellt sich wie folgt dar: In einem Temperaturbereich zwischen 200° 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 Holz kohle-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 Holz kohleschicht Risse bilden. Infolge dieser Rissbildungen wird der Dicken zuwachs der Holzkohleschicht dadurch begrenzt, dass im Oberflächenbe reich ständig Holzkohleteile herausbrechen. Dieser Mechanismus führt dazu, dass sich eine näherungsweise immer gleich dicke, schützende Holzkohleschicht bildet und sich eine näherungsweise konstante Ab brandrate einstellt. Die Holzkohleschicht verlangsamt zwar den Abbrand, kann diesen jedoch aus den o. g. Gründen nicht vollständig stoppen.

An diesem Punkt setzt die erfindungsgemäße Ausbildung des Holzbau teiles 100 an. Durch die in das Holzbauteil 100 eingebetteten Armierungs elemente 16 wird die Holzkohleschicht statisch stabilisiert. Erreicht näm lich der Abbrand des Holzbauteiles 100 von der Oberfläche 14 ausgehend eine entsprechende Tiefe in das Holzbauteil 100 hinein, liegt die erfin dungsgemäß vorgesehene Brandschutzarmierung 16 innerhalb der Holz kohleschicht. Die Brandschutzarmierung 16 weist dabei eine ausreichen de thermische Stabilität wie auch eine ausreichende statische Belastbar keit auf, um sowohl den hohen Brandtemperaturen zu widerstehen als auch die thermisch bedingten Zwängungen innerhalb der Holzkohle schicht aufzunehmen. Das Schwinden der Holzkohleschicht ist im We sentlichen gestoppt. Sobald dann die Holzkohleschicht eine entsprechen de 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 ausrei chend hoch, um ein Einstürzen im Bereich des Holzbauteiles 100 zu ver hindern, so dass ggf. genügend Zeit verbleibt, damit sich Personen aus einem brennenden Gebäude oder Bauwerk retten können oder um Per sonen 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.

BEZUGSZEICHENLISTE

100

Holzbauteil

10

Brettschicht

12

Verleimungsschicht

14

Oberfläche

16

Armierungselement

Claims

1. Holzbauteil (100) für Gebäude oder Bauwerke, dadurch gekennzeichnet, dass in das Holz des Holzbauteiles (100) Armierungselemente (16) der art eingebettet sind, dass diese Armierungselemente (16) wenig stens einen für Brandeinwirkung gefährdeten Abschnitt einer Ober fläche (14) des Holzbauteiles (100) flächig von innen überdecken, wobei die Armierungsteile (16) derart thermisch stabil ausgebildet sind, dass sie typischen Brandtemperaturen thermisch widerstehen und derart mechanisch stabil ausgebildet sind, dass sie bei Brand einwirkung auf das Holz sich thermisch bedingt ergebende Zwän gungen im Holz aufnehmen.

2. Holzbauteil (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (16) aus Fasern oder Gewebe gebildet sind.

3. Holzbauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (16) aus Metall, Glas, Karbon und/oder Kunststoff oder anderen geeigneten Stoffen gebildet sind.

4. Holzbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Armierungselemente (16) in wenigstens einer Ebene un terhalb der Oberfläche (14) des Holzbauteiles (100) im Wesentli chen parallel zu dieser erstrecken.

5. Holzbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (16) im Holzbauteil einaxial, zweiaxial oder mehraxial angeordnet sind.

6. Holzbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (16) achsorientiert oder in ihrer Orientie rung statistisch verteilt im Holzbauteil (100) eingelagert sind.

7. Holzbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses brettschichtverleimte Hölzer (10) umfasst.

8. Holzbauteil (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierungselemente (16) in wenigstens einer Verleimungs schicht (12), insbesondere in wenigstens einer oberflächennahen Verleimungsschicht (12), der brettschichtverleimten Hölzer (10) an geordnet sind.

9. Holzbauteil (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Verleimungsschicht (12) der brettschichtver leimten Hölzer (10) eine einaxial orientierte Faserbewehrung oder eine zweiaxial orientierte Netzbewehrung eingefügt und mitverleimt ist.

10. Holzbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus Kleinpartikeln gepresste Holzwerkstoffe umfasst.

11. Holzbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Faserabschnitte in eine Ausgangsmischung der Kleinpartikel eingebracht und homogen verteilt sind.