Werkstoff¶

Ein Werkstoff ist das Material, aus dem ein Bauteil besteht — etwa Vollholz, eine verleimte Holzplatte oder Stahl —, jeweils mit eigenen Eigenschaften wie Faserrichtung und Festigkeit.

Prosa-Definition¶

Ein Werkstoff ist ein abstrakter Oberbegriff für die materialphysikalische Klasse, aus der ein Element der App-Ontologie besteht, die durch eine Anisotropie-Charakterisierung (Faserrichtungs-Modus), eine Produktkennzeichnung nach den einschlägigen Werkstoffnormen und gegebenenfalls eine ausgezeichnete Plattendicken-Achse beschrieben ist und die in einer der vier konkreten Holzwerkstoff-Subklassen axiales Holz, Mehrlagenholz, gerichteter Plattenwerkstoff oder isotroper Plattenwerkstoff beziehungsweise in der fünften Subklasse Werkstoff Stahl (für Verbindungsmittel, Verbinder und Verstärkungselemente) instanziiert wird.

Mathematische Definition¶

Sei

𝓜𝓜:= { HART, STRUKTURIERT, SCHWACH, KEINE } die Menge der Faserrichtungs-Modi,
𝓟 die Menge der zulässigen Produktkennzeichnungen (siehe produktkennzeichnung),
S² ⊂ ℝ³ die Einheitssphäre (siehe einheitsvektor),
𝓐:= S² ⊎ {⊥} die Menge der zulässigen Plattendicken-Achsen (Vektor oder „nicht gesetzt").

Dann ist ein Werkstoff das Tupel

W:= (faserrichtungs_modus, produktkennzeichnung, plattendicken_achse?,
      ⟨subklassen-spezifische Felder⟩)

mit den Pflichtkomponenten

faserrichtungs_modus ∈ 𝓜𝓜 (bestimmt das Pflichtfeld-Profil der konkreten Subklasse),
produktkennzeichnung ∈ 𝓟 (CE / DIN 4074 / EN 14080 / EN 14081 / EN 14374 / EN 16351 / EN 312 / EN 622 / EN 300 / EN 636, je nach Subklasse),

und der Optionalkomponente

plattendicken_achse? ∈ 𝓐 (Pflicht bei Plattenwerkstoffen; ⊥ bei axialem Holz).

Der Werkstoff ist abstrakt: Werkstoff selbst ist nicht instanziierbar, sondern bezeichnet die Vereinigung der fünf konkreten Subklassen-Mengen

𝓦:= 𝓐𝓗 ⊎ 𝓜𝓛 ⊎ 𝓖𝓟 ⊎ 𝓘𝓟 ⊎ 𝓦𝓢𝓽

mit

𝓐𝓗 = Menge der axialen Hölzer (siehe axiales_holz),
𝓜𝓛 = Menge der Mehrlagenhölzer (siehe mehrlagenholz),
𝓖𝓟 = Menge der gerichteten Plattenwerkstoffe (siehe gerichteter_plattenwerkstoff),
𝓘𝓟 = Menge der isotropen Plattenwerkstoffe (siehe isotroper_plattenwerkstoff),
𝓦𝓢𝓽 = Menge der Stahl-Werkstoffe (siehe werkstoff_stahl, für Verbindungsmittel, Verbinder und Verstärkungselemente).

Die Subklassen sind durch ihren Faserrichtungs-Modus charakterisiert:

∀ w ∈ 𝓐𝓗: faserrichtungs_modus(w) = HART
∀ w ∈ 𝓜𝓛: faserrichtungs_modus(w) = STRUKTURIERT
∀ w ∈ 𝓖𝓟: faserrichtungs_modus(w) = SCHWACH
∀ w ∈ 𝓘𝓟: faserrichtungs_modus(w) = KEINE
∀ w ∈ 𝓦𝓢𝓽: faserrichtungs_modus(w) = KEINE

Die fünf Mengen sind paarweise disjunkt und ihre Vereinigung deckt 𝓦 ab. Der Modus KEINE wird sowohl von 𝓘𝓟 als auch von 𝓦𝓢𝓽 getragen (siehe faserrichtungs_modus); die Disjunktheit zwischen 𝓘𝓟 und 𝓦𝓢𝓽 wird durch die sealed-Subklassen-Identität gewährleistet, nicht durch den Modus.

Zugehörigkeit zu Element: Jedes Element E ∈ 𝓔 (siehe element) trägt genau einen Werkstoff w(E) ∈ 𝓦 als Pflichtfeld.

Wohldefiniertheit¶

Existenz: Für jeden konkreten Holzwerkstoff am Markt lässt sich der Faserrichtungs-Modus eindeutig bestimmen. Die vier Holzwerkstoff- Subklassen decken alle in EC5 / SIA 265 / EN 13986 zugelassenen Holzwerkstoffe ab; die fünfte Subklasse werkstoff_stahl deckt die für den Holzbau relevanten Stahl-Elemente (Verbindungsmittel, Verbinder, Verstärkungselemente) ab.
Eindeutigkeit der Klassifikation: Jeder konkrete Werkstoff fällt in genau eine der fünf Subklassen. Die Disjunktheit wird bei den Holzwerkstoffen durch die paarweise disjunkten Modi HART, STRUKTURIERT, SCHWACH, KEINE getragen; die zusätzliche Disjunktheit zwischen isotroper_plattenwerkstoff und werkstoff_stahl (beide tragen Modus KEINE) wird durch die sealed-Subklassen-Identität getragen (siehe faserrichtungs_modus).
Abstrakt, nicht instanziierbar: Werkstoff selbst hat keine Konstruktoren in der Domänen-Schicht. Jede Instanz ist notwendigerweise einer der fünf Subklassen zugeordnet.
Disjunktheit der Subklassen: 𝓐𝓗, 𝓜𝓛, 𝓖𝓟, 𝓘𝓟, 𝓦𝓢𝓽 sind paarweise disjunkt. Die Klassifikation eines konkreten Werkstoffs in eine der fünf Mengen ist eine Werkstoff-Eigenschaft, die aus der Produktnorm (CE-Kennzeichnung) ableitbar ist und nicht konstruktionsseitig variiert.
Konsistenz Modus ↔ Plattendicken-Achse:
Bei Modus HART (axiales Holz) ist plattendicken_achse = ⊥ (kein Plattenwerkstoff).
Bei Modi STRUKTURIERT, SCHWACH ist plattendicken_achse ∈ S² Pflicht (Plattenwerkstoffe mit Faserrichtungs-Annotation haben eine ausgezeichnete Plattendicken-Achse).
Bei Modus KEINE hängt der Pflichtcharakter von der Subklasse ab: isotroper_plattenwerkstoff führt plattendicken_achse ∈ S² als Pflicht; werkstoff_stahl führt plattendicken_achse = ⊥ (Stahl ist kein Plattenwerkstoff).
Nicht-Zirkularität: Die Definition verwendet ausschließlich die Primitive vektor, einheitsvektor, produktkennzeichnung, toleranzen und den abstrakten Typ Faserrichtungs-Modus. Sie verweist nicht auf Subklassen in ihrer eigenen Definition, sondern grenzt sich nur extensional zu deren Vereinigung 𝓦 ab.

Erläuterung (nicht normativ)¶

Anisotropie-Charakterisierung¶

Holz im engeren Sinn ist orthotrop mit drei Hauptrichtungen:

L (Longitudinal): parallel zur Stammachse, parallel zur Faserlängsachse.
R (Radial): radial vom Markstrahl nach außen.
T (Tangential): tangential zu den Jahrringen.

Vollständige orthotrope Beschreibung benötigt 9 unabhängige elastische Konstanten (3 E-Moduln, 3 Schubmoduln, 3 Querkontraktions- zahlen). Im Ingenieurholzbau wird typisch transversale Isotropie unterstellt (R ≈ T, Reduktion auf 5 unabhängige Konstanten); diese Annahme ist Grundlage der EC5-Bemessungsformeln.

„Faserrichtung" im strengen physikalischen Sinn ist die L-Richtung. Festigkeit und Steifigkeit parallel zur Faser sind um Faktor 8 bis 30 höher als rechtwinklig zur Faser; die Faserrichtung ist daher direkte Bemessungseingabe (Hankinson-Formel, Lochleibungs- festigkeit f_h,α,k, Mindestabstände der Verbindungsmittel).

Vier Faserrichtungs-Modi¶

Modus	Subklasse	Pflichtfeld im Datenmodell
HART	`axiales_holz`	1 Vektor `faserrichtung`
STRUKTURIERT	`mehrlagenholz`	Lagenstruktur ≥ 3 Lagen + Haupttragrichtung
SCHWACH	`gerichteter_plattenwerkstoff`	1 Vektor `plattenlaengsrichtung`
KEINE	`isotroper_plattenwerkstoff`	nur `plattendicken_achse` (Plattenebene-Isotropie)
KEINE	`werkstoff_stahl`	weder `plattendicken_achse` noch Faserrichtung (3D-Isotropie)

Diese Klassifikation ist die strukturelle Grundlage der Werkstoff-Hierarchie und konsistent mit:

EC5-Bemessungslogik: Hankinson-Formel ist nur für HART wohldefiniert; bei STRUKTURIERT je Lage; bei SCHWACH abgeschwächt; bei KEINE nicht erforderlich.
EC5-Tabellen: führen für KEINE-Werkstoffe eine einzige Festigkeit pro Beanspruchungsart in der Plattenebene; für SCHWACH-Werkstoffe (OSB) f_m,0 und f_m,90; für STRUKTURIERT pro Lage; für HART parallel/senkrecht plus Hankinson.
Produktnormen: EN 14080 (BSH), EN 14081 (Bauholz), EN 14374 (LVL), EN 16351 (CLT), EN 636 (Sperrholz), EN 300 (OSB), EN 312 (Spanplatte), EN 622 (Faserplatten/MDF/HDF) sind je Werkstoffklasse spezifisch.

Werkstoff vs. Element¶

Werkstoff ist Eigenschaft eines Elements, nicht das Element selbst. Ein Sparren ist ein Bauteil (Element-Subklasse) aus einem Werkstoff (typisch axiales Holz, Festigkeitsklasse C24). Eine Vollgewindeschraube ist ein Verbindungsmittel (Element- Subklasse) aus einem Werkstoff (Stahl, später eigener Eintrag). Die Trennung Element-Hierarchie ↔ Werkstoff-Hierarchie ist orthogonal und folgt dem IFC-Modell (IfcMaterial als Property von IfcElement).

Werkstoff vs. Produktkennzeichnung¶

Werkstoff identifiziert die Klasse (axiales Holz, Festigkeitsklasse C24), Produktkennzeichnung identifiziert die Charge eines konkreten gelieferten Produkts (CE-Kennzeichen mit Hersteller, Werkscharge, Lieferdatum). Beide sind orthogonal: zwei Bauteile aus derselben Werkstoffklasse können verschiedene Produktkennzeichnungen tragen.

Beziehungen¶

Oberbegriff: keiner. Werkstoff ist die Wurzel der Werkstoff-Hierarchie.
Subklassen (fünf Geschwister, je ein eigener Eintrag):
Axiales Holz (axiales_holz): Modus HART. Vollholz, KVH, BSH, LVL, Balkenschichtholz.
Mehrlagenholz (mehrlagenholz): Modus STRUKTURIERT. Brettsperrholz/CLT/BSP/X-LAM, Furniersperrholz, Multiplex.
Gerichteter Plattenwerkstoff (gerichteter_plattenwerkstoff): Modus SCHWACH. OSB.
Isotroper Plattenwerkstoff (isotroper_plattenwerkstoff): Modus KEINE (in Plattenebene quasi-isotrop). Spanplatte P4–P7, MDF, HDF, harte Faserplatten.
Werkstoff Stahl (werkstoff_stahl): Modus KEINE (3D-isotrop). Werkstoff von Verbindungsmitteln (Schraube, Nagel, Bolzen, Stabdübel), Verbindern (Balkenschuh, Knotenblech) und Verstärkungselementen (Vollgewindeschrauben).
Bestandteile (partitiv) eines Werkstoffs:
Faserrichtungs-Modus (faserrichtungs_modus, eigener Eintrag folgt; Aufzählungstyp): Pflicht.
Produktkennzeichnung (produktkennzeichnung): Pflicht.
Plattendicken-Achse (plattendicken_achse, eigener Eintrag folgt): bei Plattenwerkstoffen Pflicht, bei axialem Holz nicht definiert.
Verwendung:
Element (element): trägt genau einen Werkstoff als Pflichtfeld.
Bauteil (bauteil): erbt das Werkstoff-Pflichtfeld von Element; Update-Task #16 stellt das bestehende Bauteil- Werkstoff-Feld auf diese Hierarchie um.
Verbindungsmittel (verbindungsmittel): trägt typisch einen Stahl-Werkstoff (Folge-Eintrag werkstoff_stahl).
Abgrenzung:
Bauteil (bauteil): Werkstoff ist Eigenschaft, Bauteil ist Element. Werkstoff trägt keine Geometrie und keine Lage in W; Bauteil trägt beides plus einen Werkstoff.
Element (element): Element ist die App-Ontologie- Wurzel der verbauten Einzelobjekte; Werkstoff ist Eigenschaft eines Elements, kein Element.
Produktkennzeichnung (produktkennzeichnung): identifiziert die Charge eines konkreten Werkstoff-Produkts; Werkstoff identifiziert die Klasse. Beide orthogonal.
Festigkeitsklasse (festigkeitsklasse, Folgearbeit): Werkstoff-Eigenschaft (z. B. C24, GL24h, BSP-Q3); ist Bestandteil eines konkreten Werkstoffs, nicht synonym zum Werkstoff.
Faserrichtung (faserrichtung): geometrische Annotation eines Bauteils (Einheitsvektor in W); ist nicht der Werkstoff, sondern wird gemäß Werkstoff-Subklasse typisiert (HART: ein Vektor; STRUKTURIERT: lagenweise; SCHWACH: Plattenlängsrichtung; KEINE: nicht definiert).
„Material" (umgangssprachlich): in der Branche oft synonym zu „Werkstoff" verwendet, aber zu unscharf für die Ontologie. „Material" wird im Phase-1-Schema dieses Glossars nicht als Synonym geführt — vgl. abgelehnte_benennungen.
Werkstoff-Eigenschaften (E-Modul, Rohdichte, Festigkeit parallel/senkrecht): sind quantitative Attribute eines konkreten Werkstoffs, nicht der abstrakten Klasse Werkstoff. Werden in der Festigkeitsklassen-Hierarchie geführt.

Quellen¶

Primär (normativ):

DIN EN 1995-1-1:2010-12, „Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau".
SIA 265:2021, „Holzbau", Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.
DIN EN 13986:2015-06, „Holzwerkstoffe zur Verwendung im Bauwesen – Eigenschaften, Bewertung der Konformität und Kennzeichnung".
ISO 16739-1:2024, „Industry Foundation Classes (IFC) for data sharing in the construction and facility management industries — Part 1: Data schema".

Sekundär:

Niemz, P.; Sonderegger, W.: Physik des Holzes und der Holzwerkstoffe. Hanser, München 2017.
Blass, H. J.; Sandhaas, C.: Ingenieurholzbau – Grundlagen der Bemessung. KIT Scientific Publishing, Karlsruhe 2016.
Forest Products Laboratory (FPL): Wood Handbook — Wood as an Engineering Material. General Technical Report FPL-GTR-282, USDA, Madison WI 2021.
Schickhofer, G.: Forschungsarbeiten zum Brettsperrholz, TU Graz, Institut für Holzbau und Holztechnologie.
Lignum (Hrsg.): Holzbautabellen HBT. Lignum, Zürich, aktuelle Auflage.

Korpus (nicht autoritativ):

Holzbau Deutschland, Merkblatt „Begriffe und Klassifizierungen für den Holzbau" (abgerufen 2026-05-08).
ProHolz Austria, „Brettsperrholz Bemessung Band I" (abgerufen 2026-05-08).
Wikipedia, Lemma „Holzwerkstoff" (abgerufen 2026-05-08).

Quelle herunterladen¶

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