Werkstoff Holz im konstruktiven Holzbau
Holz ist ein leistungsfähiger und vielseitig einsetzbarer Baustoff für tragende Konstruktionen. Je nach Holzart, Herstellung und Festigkeitsklasse unterscheiden sich die mechanischen Eigenschaften und damit auch die möglichen Einsatzbereiche.
Für die Bemessung im konstruktiven Holzbau werden insbesondere Vollholz aus Nadelholz, Vollholz aus Laubholz sowie Brettschichtholz (BSH) eingesetzt. Die charakteristischen Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte werden über die jeweiligen Festigkeitsklassen beschrieben und bilden die Grundlage für die Bemessung nach Eurocode 5.
Auf dieser Seite werden die wichtigsten Holzarten und Festigkeitsklassen sowie deren charakteristische Kennwerte übersichtlich dargestellt. Zusätzlich werden die Nutzungsklassen und der Modifikationsbeiwert kmod erläutert.
Auf dieser Seite
→ Welches Holz eignet sich für welchen Einsatz?
→ Kennwerte von Nadelholz
→ Kennwerte von Laubholz
→ Kennwerte von Brettschichtholz
→ Nutzungsklassen NKL
→ Modifikationsbeiwert kmod und Verformungsbeiwert kdef
→ Klassen der Lasteinwirkungsdauer (KLED)
Welches Holz eignet sich für welchen Einsatz?
Die Wahl des Holzwerkstoffs richtet sich unter anderem nach der erforderlichen Festigkeit, der Spannweite, den Abmessungen des Bauteils und den konstruktiven Anforderungen. Für den konstruktiven Holzbau kommen dabei insbesondere Vollholz aus Nadel- und Laubholz sowie Brettschichtholz zum Einsatz.
| Holzwerkstoff | Typischer Einsatz | Besondere Eigenschaften |
|---|---|---|
| Vollholz – Nadelholz (C) | Sparren, Balken, Stützen und andere tragende Bauteile im klassischen Holzbau | Guter Kompromiss aus Festigkeit, Gewicht und Wirtschaftlichkeit. Im konstruktiven Holzbau sehr weit verbreitet. |
| Vollholz – Laubholz (D) | Höher beanspruchte Bauteile sowie spezielle konstruktive oder gestalterische Anwendungen | Je nach Holzart und Festigkeitsklasse können höhere Festigkeiten und Steifigkeiten als bei Nadelholz erreicht werden. |
| Brettschichtholz (BSH – GL) | Größere Träger, Pfetten, Stützen und Bauteile mit größeren Spannweiten | Große Querschnitte und Längen sind möglich. Durch den schichtweisen Aufbau können maßhaltige und leistungsfähige Bauteile hergestellt werden. |
Die genannten Einsatzbereiche dienen als Orientierung. Die konkrete Wahl des Holzwerkstoffs und der Festigkeitsklasse ist anhand der statischen, konstruktiven und bauphysikalischen Anforderungen des jeweiligen Bauteils zu treffen.
Kennwerte von Nadelholz
Nadelholz wird nach DIN EN 338 in verschiedene Festigkeitsklassen eingeteilt. Für den konstruktiven Holzbau sind insbesondere die Klassen C16 bis C40 relevant. Die Bezeichnung „C“ steht dabei für Nadelholz.
| Beanspruchung | Richtung / Kennwert | C16 | C24 | C30 | C35 | C40 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Biegung | fm,k – Biegefestigkeit [N/mm²] | 16 | 24 | 30 | 35 | 40 |
| Zug | parallel zur Faser – ft,0,k [N/mm²] | 10 | 14 | 18 | 21 | 24 |
| rechtwinklig zur Faser – ft,90,k [N/mm²] | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | |
| Druck | parallel zur Faser – fc,0,k [N/mm²] | 17 | 21 | 23 | 25 | 26 |
| rechtwinklig zur Faser – fc,90,k [N/mm²] | 2,2 | 2,5 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | |
| Schub, Torsion | fv,k – Schubfestigkeit [N/mm²] | 3,2 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
| Rollschub | fR,k – Rollschubfestigkeit [N/mm²] | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| Steifigkeitskennwerte | ||||||
|
Elastizitäts- modul |
parallel zur Faser – E0,mean [N/mm²] | 8.000 | 11.000 | 12.000 | 13.000 | 14.000 |
| rechtwinklig zur Faser – E90,mean [N/mm²] | 270 | 370 | 400 | 430 | 470 | |
| Schubmodul | Gmean [N/mm²] | 500 | 690 | 750 | 810 | 880 |
| E-Modul | parallel zur Faser – E0,05 [N/mm²] | 5.400 | 7.400 | 8.000 | 8.700 | 9.400 |
| Schubmodul | G0,05 [N/mm²] | 333 | 460 | 500 | 540 | 587 |
| Rohdichtekennwerte | ||||||
| Rohdichte | ρk [kg/m³] | 310 | 350 | 380 | 400 | 420 |
Die hellblau markierten Festigkeitsklassen C24 und C30 gehören zu den häufig verwendeten Festigkeitsklassen im konstruktiven Holzbau.
Kennwerte von Laubholz
Laubholz wird nach DIN EN 338 in verschiedene Festigkeitsklassen eingeteilt. Für den konstruktiven Holzbau sind insbesondere die Klassen D30 bis D60 relevant. Die Bezeichnung „D“ steht dabei für Laubholz.
| Beanspruchung | Richtung / Kennwert | D30 | D35 | D40 | D60 |
|---|---|---|---|---|---|
| Biegung | fm,k – Biegefestigkeit [N/mm²] | 30 | 35 | 40 | 60 |
| Zug | parallel zur Faser – ft,0,k [N/mm²] | 18 | 21 | 24 | 36 |
| rechtwinklig zur Faser – ft,90,k [N/mm²] | 0,6 | 0,6 | 0,6 | 0,6 | |
| Druck | parallel zur Faser – fc,0,k [N/mm²] | 23 | 25 | 26 | 32 |
| rechtwinklig zur Faser – fc,90,k [N/mm²] | 8,0 | 8,1 | 8,3 | 10,5 | |
| Schub, Torsion | fv,k – Schubfestigkeit [N/mm²] | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,5 |
| Rollschub | fR,k – Rollschubfestigkeit [N/mm²] | – | – | – | – |
| Steifigkeitskennwerte | |||||
|
Elastizitäts- modul |
parallel zur Faser – E0,mean [N/mm²] | 11.000 | 12.000 | 13.000 | 17.000 |
| rechtwinklig zur Faser – E90,mean [N/mm²] | 730 | 800 | 860 | 1.130 | |
| Schubmodul | Gmean [N/mm²] | 690 | 750 | 810 | 1.060 |
| E-Modul | parallel zur Faser – E0,05 [N/mm²] | 9.200 | 10.100 | 10.900 | 14.300 |
| Schubmodul | G0,05 [N/mm²] | 460 | 500 | 540 | 707 |
| Rohdichtekennwerte | |||||
| Rohdichte | ρk [kg/m³] | 530 | 540 | 550 | 700 |
Die hellblau markierten Festigkeitsklassen D30 und D40 gehören zu den häufig verwendeten Festigkeitsklassen im konstruktiven Holzbau.
Kennwerte von Brettschichtholz
Brettschichtholz (BSH) wird nach DIN EN 14080 in verschiedene Festigkeitsklassen eingeteilt. Die Klassen werden durch die Bezeichnungen GL24, GL28 und GL30 sowie die Zusatzkennungen h und c unterschieden.
Das h steht für homogenes Brettschichtholz. Hier werden Lamellen gleicher Festigkeitsklasse über den gesamten Querschnitt verwendet.
Beim c steht die Bezeichnung für kombiniertes Brettschichtholz. Dabei werden für die hoch beanspruchten äußeren Bereiche höherfeste Lamellen verwendet, während im weniger beanspruchten inneren Bereich Lamellen geringerer Festigkeit eingesetzt werden können. Dadurch können bei gleicher Gesamtfestigkeitsklasse unterschiedliche Kennwerte für homogenes und kombiniertes Brettschichtholz entstehen.
| Beanspruchung | Richtung / Kennwert | GL24h | GL24c | GL28h | GL28c | GL30h | GL30c |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Biegung | fm,y,k – Biegefestigkeit [N/mm²] | 24 | 24 | 28 | 28 | 30 | 30 |
| fm,z,k – Biegefestigkeit [N/mm²] | 28,8 | 24 | 33,6 | 28 | 36 | 30 | |
| Zug | parallel zur Faser – ft,0,k [N/mm²] | 19,2 | 17 | 22,3 | 19,5 | 24 | 19,5 |
| rechtwinklig zur Faser – ft,90,k [N/mm²] | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | |
| Druck | parallel zur Faser – fc,0,k [N/mm²] | 24 | 21,5 | 28 | 24 | 30 | 24,5 |
| rechtwinklig zur Faser – fc,90,k [N/mm²] | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | |
| Schub | fv,k – Schubfestigkeit [N/mm²] | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
| fR,k – Rollschubfestigkeit [N/mm²] | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | |
| Steifigkeitskennwerte | |||||||
|
Elastizitäts- modul |
parallel zur Faser – E0,mean [N/mm²] | 11.500 | 11.000 | 12.600 | 12.500 | 13.600 | 13.000 |
| rechtwinklig zur Faser – E90,mean [N/mm²] | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | |
| Schubmodul | Gmean [N/mm²] | 650 | 650 | 650 | 650 | 650 | 650 |
| E-Modul | parallel zur Faser – E0,05 [N/mm²] | 9.600 | 9.100 | 10.500 | 10.400 | 11.300 | 10.800 |
| Schubmodul | G0,05 [N/mm²] | 540 | 540 | 540 | 540 | 540 | 540 |
| Rohdichtekennwerte | |||||||
| Rohdichte | ρk [kg/m³] | 385 | 365 | 425 | 390 | 430 | 390 |
Die hellblau markierte Festigkeitsklasse GL24h gehört zu den häufig verwendeten Festigkeitsklassen im konstruktiven Holzbau.
Nutzungsklassen NKL
Die Nutzungsklasse beschreibt die klimatischen Bedingungen, denen ein Holzbauteil während seiner Nutzung ausgesetzt ist. Sie ist unter anderem für die Wahl des Modifikationsbeiwerts kmod maßgebend.
| NKL | Typische Umgebung | Relative Luftfeuchte | Gleichgewichtsfeuchte |
|---|---|---|---|
| 1 | beheizte Innenräume |
< 65 % nur wenige Wochen pro Jahr darüber |
5–15 % |
| 2 | überdachte, nicht geschlossene Bereiche |
< 85 % nur wenige Wochen pro Jahr darüber |
10–20 % |
| 3 | Außenbereich / direkte Bewitterung | > 85 % | 12–24 % |
Die Angaben zur relativen Luftfeuchte beziehen sich auf 20 °C.
Die Nutzungsklasse beeinflusst insbesondere den Modifikationsbeiwert kmod und damit den Bemessungswert der Festigkeit.
Modifikations- und Verformungsbeiwerte
Der Modifikationsbeiwert kmod berücksichtigt die Nutzungsklasse und die Dauer der Lasteinwirkung. Der Verformungsbeiwert kdef wird zur Berücksichtigung des Kriechens bei der Ermittlung von Verformungen verwendet.
Modifikationsbeiwert kmod
| Nutzungsklasse | Ständig | Lang | Mittel | Kurz | Sehr kurz |
|---|---|---|---|---|---|
| NKL 1 | 0,60 | 0,70 | 0,80 | 0,90 | 1,10 |
| NKL 2 | 0,60 | 0,70 | 0,80 | 0,90 | 1,10 |
| NKL 3 | 0,50 | 0,55 | 0,65 | 0,70 | 0,90 |
Verformungsbeiwert kdef
| Nutzungsklasse | kdef |
|---|---|
| NKL 1 | 0,60 |
| NKL 2 | 0,80 |
| NKL 3 | 2,00 |
Die Werte gelten für Vollholz und Brettschichtholz.
Klassen der Lasteinwirkungsdauer (KLED)
Die Lasteinwirkungsdauer beeinflusst den Modifikationsbeiwert kmod. Die Einwirkungen werden entsprechend ihrer typischen Dauer einer Klasse der Lasteinwirkungsdauer (KLED) zugeordnet.
| KLED |
Akkumulierte Dauer der charakteristischen Lasteinwirkung |
Beispiele für Einwirkungen |
|---|---|---|
| Ständig | > 10 Jahre | Eigenlasten |
| Lang | 6 Monate – 10 Jahre | Fabriken, Werkstätten, Ställe, Lager- und Abstellflächen |
| Mittel | 1 Woche – 6 Monate | Wohn- und Aufenthaltsräume, Büroflächen, Verkaufsräume, Verkehrs- und Parkflächen für leichte Fahrzeuge, Schnee bei Geländehöhe > 1.000 m ü. NN |
| Kurz | < 1 Woche | Versammlungsräume, Treppen und Treppenpodeste, Balkone, Horizontallasten auf Geländer und Absperrungen, Schnee bei Geländehöhe ≤ 1.000 m ü. NN |
| Sehr kurz | < 1 Minute | Anpralllasten und außergewöhnliche Einwirkungen |
Wind: Windlasten werden der KLED „kurz / sehr kurz“ zugeordnet. Für die Ermittlung von kmod darf der Mittelwert der Werte für „kurz“ und „sehr kurz“ verwendet werden.