Holzverbindungen umfassen verschiedene Arten, Druck, Zug und seitliche Einwirkungen zwischen Holzelementen zu übertragen. Der Text stellt Druck- und Zugverbindungen, Zapfen, Versätze, Laschen, Klebeverbindungen und Knotenplatten dar.
1. Druckverbindung
Wenn die Stirnfläche eines Elements die Stirnfläche eines anderen Elements berührt und die Verbindung gegen seitliches Verschieben gesichert ist, oder wenn die Stirnfläche eines Elements ein längs verlaufendes Element berührt, genügt es, Dübel zur Verhinderung seitlicher Verschiebungen an den Anschlussflächen einzusetzen oder außen Laschen anzunageln. Werden kleine Zapfen verwendet, sollten die Löcher, in die sie eingreifen, von den Druckflächen abgezogen werden (Abb. 1 und 2). Deshalb werden die vertikalen Pfosten von Fachwerkkonstruktionen—insbesondere wenn sie schmaler als die Gurte sind—mit ihrer gesamten Fläche etwa 2 cm tief in den Gurt eingelassen und durch das Annageln von Holzstücken mit dreieckigem Querschnitt gesichert (Abb. 3).
Abbildungen 1–3. Druckverbindungen zwischen Holzelementen.
Wird die zulässige Druckbeanspruchung quer zur Faser überschritten, werden Hartholzstücke oder C-Profile aus Stahl eingesetzt (Abb. 4). Ebenso kann die Druckfläche einzelner Stützen durch das Einsetzen eines Fußes vergrößert werden (Abb. 5). Abbildung 6 zeigt den Anschluss einer Vertikalen an massive Kranzsegmente, deren Fortsetzung sich darüber befindet. Um eine gewisse Steifigkeit der Verbindung zu erzielen, müssen T-förmige Stahlbänder angebracht werden. Werden Pfosten aus Rundholz oder Schnittholz verlängert und treten an ihrer Verbindung Beanspruchungen durch Biegung oder Knicken auf, müssen diese Beanspruchungen durch seitlich angebrachte Holz- oder Stahllaschen unter Verwendung von Nägeln oder Bolzen aufgenommen werden.
Abbildungen 4–6. Verstärkungen und Verlängerungen von Druckverbindungen.
Häufig ist es zweckmäßig, die Verbindung mit einer Rohrhülse abzudecken. Um ein gegenseitiges Eindrücken der Fasern an der Verbindung zu verhindern, wird vor dem Aufsetzen des oberen Teils des Pfostens eine Schicht halbfeuchten, gut verdichteten Zementmörtels aufgebracht. Verlaufen die Elemente waagerecht oder treffen sie in einem Winkel aufeinander, sollten sie mit Laschen oder Flachstahlbändern gegen Verschieben und mit eingepassten winkelförmigen Holzklötzen gegen Verdrehen gesichert werden (Abb. 8 und 9). Für die Verbindung von Schwellen an Gerüsten werden doppelte, mit Bolzen befestigte Holzlaschen verwendet. Eine solche Konstruktion kann auch Biegemomente aufnehmen (Abb. 10). Ein gerades beziehungsweise schräges Blatt wird verwendet, wenn die Verbindung unterstützt ist und für eine einzelne Auflagerung der Elemente nicht genügend Platz vorhanden ist (zum Beispiel beim Anschluss von Pfetten über Dachbindern) (Abb. 11 und 12). Um größere Zugkräfte übertragen zu können, werden manchmal Dübel zwischen die Berührungsflächen eingesetzt.
Abbildungen 7–11. Verbindungen, Laschen und Blattstöße.
2. Zapfen
Ein Zapfen dient ausschließlich dazu, die gegenseitige Lage zweier Holzelemente zu sichern. Bei der Montage muss er die Elemente in ihrer Position halten. Abbildung 13 zeigt die Verbindung von Vertikal- und Diagonalstäben mit doppelten Gerüstgurten. Unter Schraubenkopf und Mutter werden Unterlegplatten mit Abmessungen von 8/8 bis 10/10 cm und einer Dicke von 8–10 mm gelegt. Die Bolzen sollten bis zur Ausnutzung ihrer Zugfestigkeit im Schaft angezogen werden, damit durch den starken Druck möglichst große Reibungskräfte auf die Berührungsflächen der Elemente übertragen werden. Auf diese Weise entstehen steife Knoten.
Abbildungen 12–15. Blattstöße, Zapfen und Sparrenverbindungen.
Liegen die Dachsparren nicht auf einer Firstpfette auf, werden sie mit einer Gabel oder einem Zapfen mit durchgehendem Schlitz verbunden (Abb. 14). In einzelnen Fällen sind Zapfen einer Biegung quer zu ihrer Richtung ausgesetzt, zum Beispiel als mittlerer Zapfen an Querhölzern von Zwischendeckenkonstruktionen (Abb. 15). Die Wände um das Zapfenloch müssen in einer geeigneten Dicke belassen werden, um ein Aufspalten des Holzes zu vermeiden.
3. Versatz
Ein Versatz dient zur Herstellung einer festen Verbindung, die den Druck schräg zusammentreffender Stäbe aufnehmen kann. Die übliche Konstruktion ist der Stirnversatz, dessen Körper a-b den Außenwinkel halbiert, während der Winkel bac gewöhnlich größer als 90° ist (Abb. 16). Auf diese Weise entstehen die günstigsten Spannungszustände für den Diagonalstab und die Schwelle. Werte für a:
a ≤ 50°, Versatztiefe t = 0,25h
a ≥ 60°, Versatztiefe t = 0,17h
Zwischen den Winkeln 50° und 60° wird linear interpoliert. Ist a kleiner als 50°, wird die Ausnutzung des Stabquerschnitts besser, wenn ein Doppelversatz verwendet wird (Abb. 17). Das Misstrauen gegenüber dieser Verbindungsart ist gerechtfertigt, weil die erforderliche Fertigungsgenauigkeit nur selten erreicht wird.
Abbildung 16. Geometrie eines Stirnversatzes.
Die Schubspannungen auf der Fläche a-e sollten bei Nadelholz 900 kPa nicht überschreiten. Die Mindestlänge des stirnseitigen Überstands sollte 15 cm betragen. Ist die Länge begrenzt, wird ein Mittelversatz beziehungsweise Hinterversatz verwendet. Durch das Drehen der Stäbe, örtliche Quetschungen und den Schwindvorgang des Holzes kann es vorkommen, dass die Kraft nur auf die Stirnfläche des Versatzes übertragen wird, während sich die Verbindung an der Rückseite öffnet; die Folge ist eine exzentrische Belastung des Diagonalstabs. Dies tritt bei einer Verbindung mit Mittelversatz am wenigsten auf, da sie annähernd wie ein Gelenk wirkt und beim Drehen des Stabs die Entstehung einer großen Exzentrizität verhindert. Beim Hinterversatz besteht die Gefahr, dass der Zahn abgeschert wird (insbesondere bei Rissen infolge des Schwindens des Holzes), sodass der Diagonalstab abrutscht.
Abbildungen 17–20. Varianten von Versätzen und eines Schrägzapfens.
Um zu tiefe Versätze zu vermeiden, werden seitliche Verstärkungen und Einlagen hinzugefügt (Abb. 19). Außerdem wird ein Teil der Kraft neben dem Versatz über an beiden Seiten angenagelte Laschen übertragen; dadurch erhält der Knoten eine gewisse Steifigkeit gegenüber seitlichen Kräften. Ein Dreifachversatz ist nicht zu empfehlen, da eine gleichmäßige und gleichzeitige Kraftübertragung über drei Stirnflächen ausgeschlossen ist.
4. Schrägzapfen
Gegenüber einem Versatz hat der Schrägzapfen (Abb. 20) den Vorteil, dass die Verbindung gegenüber seitlichen Einwirkungen eine größere Steifigkeit aufweist. Andererseits sprechen die schwierigere Herstellung, die verringerte Tragfähigkeit und die erhöhte Verformbarkeit, insbesondere bei großen Anschlusswinkeln, nicht für seine Verwendung.
5. Zugverbindung
Zur Abdeckung zugbeanspruchter Verbindungsköpfe werden Laschen aus Holz oder Stahl verwendet; Letztere sind meist teurer, aber wegen ihres besseren Aussehens und der erhöhten Sicherheit bei großen Kräften geeigneter. Abbildung 21 zeigt die Verbindung eines doppelten Zugstabs, ausgeführt mit drei Holzlaschen und Dübeln in den Anschlüssen.
Abbildung 21. Zugverbindung mit Holzlaschen und Dübeln.
Stahllaschen werden befestigt: nur mit rechnerisch bemessenen Bolzen; mit Dübeln und Bolzen (Abb. 22); mit Dübeln, die durch Nieten oder Schweißen mit den Stahllaschen verbunden sind; oder mit Holzschrauben. Jedes Holzelement der Verbindung wird einzeln nach der entsprechenden Schablone gebohrt. Die Genauigkeit manuellen Bohrens ist nicht ausreichend.
Abbildungen 22–23. Stahllaschen und schräge Blattstöße.
Für geklebte Konstruktionen können gewöhnliche Laschen nicht verwendet werden. Hier kommen in erster Linie Verbindungen mit schrägem Blattstoß infrage. Bei den zu verbindenden Elementen sollte das Verhältnis zwischen der Höhe der Abschrägung und der Länge, über die sich die Schräge erstreckt, mindestens 1:5 bis 1:8 betragen. Ferner ist es erforderlich, für die Querschnitte der zu verbindenden Elemente möglichst kleine Abmessungen zu wählen.
Abbildung 24. Keilförmige Abschrägungen von Holzelementen.
Abbildung 23 zeigt zwei Montageverbindungen, die mit einem schrägen Blattstoß ausgeführt sind. Der zum Kleben erforderliche Druck wird durch Bolzen erzeugt. Es werden auch Verbindungen mit keilförmigen Abschrägungen (Keilzinkenverbindungen, Abb. 24) verwendet.
Abbildung 25 zeigt eine Verbindung zwischen einem doppelten Diagonalstab und einem ebenfalls doppelten Gurt (die Elemente liegen in denselben Ebenen), mit seitlichen Verstärkungen und Einlagen. Für die Verbindung zwischen den zusätzlichen Teilen und dem Gurt (Belastung schräg zur Faser) ist eine größere Anzahl von Dübeln erforderlich als für die Verbindung zwischen ihnen und der Diagonalen. Damit die Dübel untergebracht werden können, muss die Breite der hinzugefügten Teile größer sein als die Breite des Füllstabs. Füllstäbe von Holzkonstruktionen werden gewöhnlich unmittelbar mit den Gurten verbunden.
6. Kreuzung
Abbildungen 25–26. Verbindung eines Diagonalstabs und Kreuzung mit einem Gurt.
Zugstäbe (meist doppelt) werden beim Kreuzen mit einem Gurt unmittelbar verbunden. Die Stäbe werden so weit ausgeklinkt, dass sie ihre Kräfte senkrecht oder schräg (durch einen Versatz) auf den Gurt übertragen (Abb. 26). Ebenso kann ein massiver Zugstab in den Raum zwischen einem doppelten Gurt eingebaut werden. Eine Kreuzung als unmittelbare Verbindung zwischen Elementen kann nur bei einer kleinen Kraft angewendet werden, für deren Aufnahme die Stäbe aus konstruktiven Gründen meist überdimensioniert sind. Es ist darauf zu achten, dass die Stäbe vollkommen scharfe Kanten haben.
7. Verbindungen von Elementen mit Knotenplatten
Treffen in einem Knoten mehrere Stäbe zusammen oder knicken die Gurte einer Fachwerkkonstruktion stark ab, werden nach dem Vorbild der Knotenbleche von Stahlkonstruktionen Knotenplatten verwendet; hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit sind sie nicht immer zu empfehlen. Stahlknotenplatten werden zusammen mit runden Stahldübeln von 20 mm Dicke und 80 mm Länge für schwer belastete Brücken mit großen Spannweiten und geringer Konstruktionshöhe verwendet, die sich sonst unter dem Einfluss der fortschreitenden Holztrocknung stark durchbiegen. Häufig werden Knotenplatten aus Sperrholz verwendet.
Neben den hier aufgeführten Verbindungen für Holzelemente gibt es noch eine große Zahl von Verbindungen, die Zimmerleute ausschließlich von Hand herstellen: Überblattungen, Einpassungen, „karmom“ und andere. Bei diesen „handwerklichen“ Verbindungen ist das Bestreben erkennbar, nach Möglichkeit auch Zugkräfte aufzunehmen, um ein Auseinanderweichen der Elemente zu vermeiden. Werden solche Verbindungen rechnerisch geprüft, zeigt sich, dass die Kräfte, die selbst im günstigsten Fall aufgenommen werden können, sehr gering sind. Zimmermannsverbindungen, die oft sehr durchdacht ausgeführt sind und ein hohes Maß an handwerklichem Können erfordern, sind heute in vielen Fällen nicht mehr geeignet.