Basics: Ideal für alle, die sich einen Überblick verschaffen möchten oder neu im Thema sind.
Unsere Häuser tragen nicht nur die vertikalen Lasten aus Schnee und Eigengewicht, sondern auch die horizontalen Belastungen aus Wind oder Erdbeben. Doch wie werden die horizontalen Lasten bei Häusern aus Holz sicher in das Fundament abgeleitet? Um diese Frage soll es in diesem Beitrag gehen. Wir fokussieren uns dabei auf die Besonderheiten der Holztafelbauweise (bestehend aus einem Holzrahmen und einer Beplankung). Der grundlegende Lastabtrag ist jedoch auch auf die Holzmassivbauweise, wie beispielsweise Brettsperrholz, übertragbar.
Die Horizontallasten werden über die Deckenscheibe in das Wandrähm eingeleitet und müssen an der Schwelle über eine Schubverankerung aufgenommen werden. Wie in Bild 1 dargestellt, führt der vorhandene Hebelarm zwischen der Lasteinleitung am Kopf und der Lagerung am Fuß der Wandscheibe zu einem Moment, das über ein vertikales Kräftepaar aufgenommen werden kann. Daraus resultiert auf der einen Seite eine Zugkraft und auf der anderen eine Druckkraft. Wichtig ist, dass der Wind in der Regel aus beiden Richtungen weht – daher muss die Zugkraft auf beiden Seiten berücksichtigt werden.
Diese Betrachtung gilt nicht nur für den Holztafelbau, sondern auch für Wandscheiben in Massivholzbauweise.
Wie berechne ich die einwirkende Zugkraft?
Bei der Ermittlung der Zugkraft wird das einwirkende Moment üblicherweise durch die Wandlänge geteilt. Maßgebend für die Aufteilung des Moments in ein Kräftepaar ist jedoch nicht die Wandlänge an sich, sondern der Abstand der kraftaufnehmenden Bauteile, also der Abstand der Zuganker. Es ist daher vorteilhaft, die Zuganker an den äußeren Rippen zu positionieren, um den maximalen Hebelarm zu nutzen. Ist dies nicht möglich, muss die Zugkraft anhand des realen Abstands zwischen den Zugankern berechnet werden.
Die Horizontalkraft am Kopf der Wandscheibe wird über Schubverbinder, die kontinuierlich an der Schwelle befestigt sind, in das darunterliegende Bauteil weitergeleitet. Die entstehende Zugkraft wird über eine Zugverankerung aufgenommen, wobei die Zuganker an den äußeren Rippen angeordnet werden.
Die Schub- und Zugkräfte werden in der Regel über Stahlblechformteile (Schub- und Zugwinkel) aufgenommen. Die zu übertragende Kraft wird dabei mittels Nägeln oder Blechschrauben von der Schwelle bzw. Rippe in eine Stahllasche eingeleitet. Von dort wird die Kraft entweder erneut über Nägel oder Blechschrauben in eine Deckenscheibe aus Holz oder über einen Betonanker bzw. eine Betonschraube in die Bodenplatte eingeleitet.
Die Tragfähigkeit oder die entsprechende Bemessungsgleichung der Stahlblechformteile (Zug- und Schubanker) findest du in der jeweiligen Zulassung (ETA) der Hersteller.
Wusstest du, warum Zuganker standardmäßig an den Rippen befestigt werden müssen?
Rippen werden in der Regel nicht oder nur konstruktiv mit der Schwelle und dem Rähm verbunden. Wird der Zuganker nicht direkt an der Rippe befestigt, müsste die Zugkraft über die Beplankung übertragen werden. Dies führt zu einer Belastung senkrecht zur Rippe (auch s_v,90 genannt), die ein Versagen der Beplankung verursachen kann, wie in Bild 2 skizziert.
Da diese Belastungsart nicht nachgewiesen wird, ist der Anschluss an die Rippe essentiell.
Schub- und Zuganker leiten die Kräfte von den oberen Geschossen sicher in das Fundament weiter. Die Ausführung der Verbindungen hängt von der Einbausituation ab, wobei zwischen Anschlüssen an Geschossübergängen und der Bodenplatte, wie in Bild 3 schematisch dargestellt, sowie zwischen Außen- (AW) und Innenwänden (IW) unterschieden wird.
An Geschossübergängen können die Kräfte direkt in die darunterliegenden Wände oder über die Deckenscheibe abgeleitet werden, sofern diese die resultierende Biegebeanspruchung aufnehmen kann. Bei Außenwänden erfolgt die Ableitung der Kräfte oft direkt über Zug- und Schubbleche in die darunterliegenden Wände, ohne die Decke zu belasten. Für Innenwände ist dies ebenfalls möglich, wenn die Decke entsprechend modifiziert wird, um die Verbindungselemente durchzuführen.
Die theoretische Planung kann von der tatsächlichen Einbausituation abweichen. Daher möchten wir im nächsten Abschnitt auf einige Fehlerquellen hinweisen.
In Bild 4 (a) ist der Schubanschluss einer Außenwand (AW) an die Beton-Bodenplatte dargestellt. Hier sind mehrere Punkte zu beachten: (1) Aus bauphysikalischen Gründen kann es vorkommen, dass die Bodenplatte nicht bündig mit der Außenkante der Wand abschließt. Dies reduziert die Randabstände des Betonankers, was zu einer verringerten Tragfähigkeit führt – sowohl bei Zug- als auch bei Schubbelastungen. (2) Unebenheiten der Bodenplatte werden häufig mit Quellmörtel und/oder einer Richtschwelle ausgeglichen, was beachtet werden muss, da der dadurch entstehende Hebelarm die Schubtragfähigkeit des Ankers verringern kann und in einigen Fällen sogar zur Unzulässigkeit des Betonankers führt.
Bild 4 (b) zeigt den Schubanschluss am Geschossübergang. Hier muss sichergestellt werden, dass die Schubkraft von der oberen Wand bis in die darunterliegende Wand sicher weitergeleitet wird. In diesem Beispiel erfolgt die Lastübertragung aus der oberen Wand über einen verklammerten OSB-Überstand in die Richtschwelle und von dort mittels Verschraubung in die darunterliegende Decke. Diese leitet die Schubkraft ebenfalls per Verschraubung in die darunterliegende Wandscheibe weiter. Besonders im Holztafelbau muss die Last oft über mehrere Fugen hinweg übertragen werden – achtet daher immer darauf, den vollständigen Lastpfad nachzuvollziehen.
Bild 4 (c) zeigt einen Zuganschluss einer Wand, bei dem die Zugkraft mittels eines Zugblechs direkt an die darunterstehende Wand weitergeleitet wird. Dabei ist besonders auf den Randabstand zum Hirnholz der Rippe zu achten und darauf, dass das Zugblech eine ausreichende Länge aufweist, um an den Rippen angeschlossen zu werden. Im Gegensatz dazu wird im Beispiel von Bild 4 (d) die Zugkraft in die Decke eingeleitet. In diesem Fall muss sichergestellt werden, dass die Decke selbst die Last abtragen kann (auch wenn dies meist nicht maßgebend wird) und diese auch an die darunterliegenden Wände weiterleiten kann. Bei Holzbalkendecken, die häufig mit einem Schwalbenschwanz an den Randbalken befestigt sind, müssen bei fehlender Auflast zusätzlich zugfeste Verbindungsmittel angeordnet werden, und der Randbalken muss in der Lage sein, die Zuglast an die darunterliegende Wandscheibe zu übertragen.
