ZUKUNFT H O L Z

Statusbericht zum aktuellen Stand der Verwendung von Holz und Holzprodukten im Bauwesen und Evaluierung künftiger Entwicklungspotentiale

Auszug bestehend aus: Kapitel 13 – Planung, Holzbauweisen

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN INHALTSVERZEICHNIS

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN INHALTSVERZEICHNIS

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Planung, Holzbauweisen Inhaltsverzeichnis

13.1 Planung

13.2

Gedanken zur Situation des Holzbaus

S. 1059

EDV-Planungshilfen und Schnittstellen

S. 1067

Digitaler Holzbau - Komplexe Formen in Holz

S. 1071

Konstruktiver Holzbau auf dem Weg vom Handwerk zum Industriellen Prozess

S. 1077

Holzbauweisen, Holzbausysteme Holzbausysteme und Bauweisen

S. 1081

Mischbauweise

S. 1087

Eigenschaften von Leichtbauweisen

S. 1099

Brettstapel (BST)

S. 1103

Brettsperrholz (BSP)

S. 1109

Konstruieren mit Brettsperrholz

S. 1115

Dübelholz

S. 1125

TWOODS-Bauelemente

S. 1131

Vorteile und Ausführung des massiven Holzbaus

S. 1137

HIB-Bausystem

S. 1147

Palisadio

S. 1151

Bionisches Bausystem in Holz bzw. Holz-Beton-Verbundbauweise

S. 1155

Klimatische Verhältnisse in Kriechkellern

S. 1165

Fachwerkträger

S. 1171

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN EINLEITUNG

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Planung, Holzbauweisen Einleitung

Holz - In kaum einen anderen Baustoff wird mehr Hoffnung auf die Lösung vielfältiger Probleme des Bauens gelegt, kein Material hat ähnliches

Systemen, Produkten oder Detaillösungen zu klären und in einem Informationssystem zugänglich zu machen. Aufgabe der politisch Verantwortli-

Ansehen in Bezug auf die immer vehementer vorgetragene Forderung nach umfassender Nach-

chen, die nicht müde werden und das nachhaltige Bauen einfordern, muss es sein, eigene Lehr-

haltigkeit. Auch die politischen Voraussetzungen sind so gut wie noch nie, denn bei vielen Zukunftsstrategien erscheinen die Themen Ökologie

stühle und Institute besonders an den Architekturfakultäten zur qualifizierten Wissensvermittlung und gezielten Forschung einzurichten.

und Nachhaltigkeit an vorderster Stelle. Tatsächlich ist der Holzbau aber heute noch gemessen an

Eine Minderheit kann sich durch außergewöhnli-

der gesamten Bauproduktion ein absolutes Nischenprodukt auch in den holzreichen Ländern Mitteleuropas. Die Vorbehalte und Ängste sind

che Produkte sowie außerordentliche Qualität bemerkbar machen. Holz wird aber allzu oft als Baustoff für Sonderbauten oder ausgefallene

nach wie vor nicht ausgeräumt. Zudem ist die gegenwärtige Stimmung im Holzbau von einem im-

Konstruktionslösungen beworben, was den Status des Nischenprodukts geradezu manifestiert.

mer härter werdenden Überlebenskampf gezeichnet, der die Aufmerksamkeit eher auf das Tagesgeschäft als auf notwendige gemeinsame An-

Dabei hat gerade Holz seine außerordentliche Berechtigung im Bereich des „normalen“ und alltäglichen Bauens.

strengungen der Branche richten lässt. Der Autor identifiziert drei bestimmende Themen Der Autor des Beitrags „Gedanken zur Situation des Holzbaus“ (Hermann Kaufmann) konstatiert weiterhin die Unüberschaubarkeit und Unstruktu-

für die Zukunft. Dies ist zum einen das „gesunde“ Bauen: Gefordert sind mit natürlichen Baustoffen konstruierte und gedämmte Objekte für

riertheit der Branche. Einzelkämpfer entwickeln neue „Systeme“, Kleinbetriebe versuchen mit

alle Bereiche des längeren Aufenthalts von Menschen, die frei von unkalkulierbaren Risiken sind.

neuen Produkten Marktanteile zu gewinnen, Bücher und Internet bieten nur wenig fundierte Information, an den Hochschulen besteht nur ver-

Zum zweiten hat der Trend zum Mischbau bereits eingesetzt: Tragstruktur Stahl oder Beton, Hülle in vorgefertigten und hochwärmegedämmten

einzelt ein dem Thema entsprechendes Lehrangebot und zudem wird die Forschung nicht unter

Fassaden-Teilsystemen. Drittens werden Bauaufgaben mit extrem kurzer Bauzeit immer häufiger.

den Holzländern Europas angestimmt, so dass ineffiziente Doppelforschung die Folge ist. Nicht einmal in den jetzt zufällig parallel laufenden

Meist handelt es sich um Bestandserweiterungen und Adaptierungen bei laufendem Betrieb. Für diese Aufgaben ist höchste Vorfertigung ebenso

Brandschutzgesetzänderungen in Deutschland, Österreich und der Schweiz wird die Chance ei-

notwendig wie einfache Montierbarkeit.

ner Koordination genutzt. Auf engstem Raum entstehen drei grundsätzlich verschiedene Brandschutzphilosophien trotz Verschmelzen der Märk-

CAD-Planung Die schnelle Verbreitung des CAD in den letzten

te. Abhilfe an dieser Situation kann nur der Aufbau einer professionellen Informationskette schaffen. Die große Herausforderung liegt darin, die Flut an

20 Jahren hat alle Bereiche des Bauens durchdrungen. Aktuelle Entwicklungen in der 3D-Planung legen die Vermutung nahe, dass wesentliche Schritte im Einsatz von Computern in der Baubranche noch bevorstehen. Sie werden sowohl die Formen der Zusammenarbeit im Bauwe-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN EINLEITUNG

sen, als auch die Möglichkeiten der Architektur weiter verändern. CAD hat aber zumindest beim alltäglichen Bauen die Formensprache und Kon-

Vom Architekturmodell zur Abbundmaschine Der Beitrag „Konstruktiver Holzbau auf dem Weg

struktion der Architektur nicht grundsätzlich verändert. Neue Wertvorstellungen im Bereich der

vom Handwerk zum industriellen Prozess“ (Andreas Übelhack) beleuchtet diese Vorgänge von der anderen Seite. Planer wünschen sich häufig

Nachhaltigkeit und des Energieverbrauchs haben da mehr Einfluss.

eine sofortige Übergabe der Plandaten aus dem 3D-Architekturmodell an die Abbundmaschine.

Der Beitrag „EDV-Planungshilfen und Schnittstellen“ (Daniel Wentzlaff) zeigt jedoch, dass die ak-

Die bisherige Erfahrung zeigt, dass dies aufgrund unterschiedlicher CAD-Standards noch nicht problemlos funktioniert. Im Rahmen technischer

tuelle Entwicklung der 3D-Planung grundsätzlich neue Möglichkeiten bietet, die auch den Holzbau betreffen. Dies sind etwa 3D-Bauteilbibliotheken, vorstellbar als virtuelle Baukästen, die es dem Planer ermöglichen, sich per „Drag and Drop“ ein Gebäude zusammenzusetzen. Während die Vorteile dieser Baukästen für den Entwurf noch zu untersuchen sind, liegen die Vorteile für die Umsetzung und Produktion auf der Hand: Bauen fängt nicht jedes Mal bei Null an, sondern nutzt standardisierte Herstellungsprozesse. Die zweite Entwicklungsrichtung der 3D-Planung hilft bei der Entwicklung individueller und räumlich hochkomplexer Strukturen. Die Möglichkeiten der Software werden dabei benutzt, um von Hand entwickelte Entwürfe abzubilden oder sogar räumliche Gebilde durch speziell manipulierte Software zu erzeugen.

Netzwerke zwischen Planern, Ausführenden und Herstellern, bei denen die Schnittstellen klar definiert sind, ergeben sich hingegen große Einsparpotenziale. Die Notwendigkeit einer aus der Branche hinausreichenden Kommunikation ergibt sich auch aus der zunehmenden Zweiteilung der Holzbaubetriebe: Hier Unternehmen, die industriell oder halbindustriell Holzbauelemente herstellen, dort Zimmereien, die sich dort bedienen. Es erweist sich aber nicht als ausreichend, nur Bauprodukte herzustellen, sondern es müssen Lösungen für alle am Bau Beteiligten angeboten werden. Durch die Vielzahl an Produkten und Materialien sowie die immer komplexeren Vorschriften und Normen sind Planer nicht mehr in der Lage, alle Belange

Alle neuen CAD-Lösungen führen zu Verände-

des Bauens gleichermaßen zu beherrschen. Sie sind daher mehr als je zuvor auf Informationen von Fachplanern und Fachfirmen angewiesen.

rungen in der Praxis der Koordination am Bau als auch im Entwurf selbst. Davon ist natürlich auch der Holzbau betroffen, vor allem die Forschung

Holzbausysteme Eine umfassende Darstellung über die Typologie

und Anwendung im Bereich der computergestützten Produktion und die Einbindung der Materialeigenschaften in den Entwurfsprozess. Ob der Holzbau seine Stellung im Gesamtgefüge behalten und ausbauen kann, hängt entscheidend von seiner technischen Anpassungsfähigkeit auf diesem Gebiet ab.

der derzeit gebräuchlichen Holzbauweisen und Systeme liefert der Beitrag „Holzbausysteme und Bauweisen“ (Institut für Holzbau). Daneben zeigt der Beitrag „Mischbauweise“ (Ludger Dederich, Anja Niemeier) das noch nicht umfassend erschlossene Potenzial der Kombination von Holzbauteilen mit mineralischen und auch Metallbauweisen auf. Die heute häufig anzutreffende Mischung von Bauweisen unterschiedlicher Materialien innerhalb eines Gebäudes verfolgt das Ziel,

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die jeweiligen Stärken der Baustoffe auszunutzen und entsprechende Schwächen auszugleichen. Die Eigenschaften ergänzen sich und bieten funktionale, konstruktive sowie ökonomische Vorteile. Dabei kommt Holz als einem der gebräuchlichs-

che bereit und in der Lage entsprechende Projekte umzusetzen. Holzleichtbauweise In modernen Leichtbauweisen wie dem Holzbau

überlagern sich synergetisch die Prinzipien des

ten Baustoffe eine wichtige Rolle zu.

Materialleichtbaus, des Strukturleichtbaus und des Systemleichtbaus. Die zielgerichtete Anwen-

Das europäische Ausland nutzt die vielfältigen

dung erzeugt im mechanischen und bauphysikalischen Verhalten hochleistungsfähige Systeme. Grundsätzliche Überlegungen stellt hierzu der

Möglichkeiten schon wesentlich länger und intensiver in dem Wissen, dass Holz bei Projekten in Mischbauweise besondere Qualitäten einbringen kann. In vielen Fällen übernehmen Holzelemente die Aufgabe einer multifunktionalen Außenhülle,

Beitrag „Eigenschaften von Leichtbauweisen“ (Karsten Tichelmann) an.

während Baustoffe wie Mauerwerk, Beton oder Stahl tragende Funktionen im Inneren des Ge-

Bei den im Bauwesen alltäglicheren Dimensionen sowie den Konstruktionen kleiner Abmessungen

bäudes haben. Leichte Außenwandkonstruktionen aus Holz besitzen durch ihre niedrige Wärmeleitfähigkeit sehr viel bessere Voraussetzungen

bedeutet der Einsatz von Leichtbauweisen zunächst eine Ersparnis an eingesetzter Masse, was

zur Dämmung als Bauteile aus anderen Materialien, was in der Konsequenz ökonomische Vorteile bedingt. Diese Holzelemente erlauben eine sehr hohe Vorfertigung und damit industrialisierte Herstellungsprozesse, die bis zur Montage von Bauteilen mit kompletter Vorinstallation und fertigen Oberflächen reichen. Damit sind deutlich kürzere Bauzeiten mit den daraus resultierenden zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteilen zu erzielen. Selbstverständlich sind die genannten Marktchancen auch im Zusammenhang mit der Entwicklung des Baumarktes insgesamt zu sehen. Dennoch kann man annehmen, dass der Einsatz dieser Bauweise in den genannten Segmenten weiter wachsen wird. Dies gilt angesichts zunehmender Anforderungen insbesondere an die bauphysikalischen Eigenschaften der Gebäude – an erster Stelle sind immer wieder das Raumklima und der geringe Energiebedarf zu nennen. Dazu bedarf es aber noch intensiver Anstrengungen, die vorhandenen Kompetenzen auf Seiten der ausführenden Unternehmen auszubauen. Zurzeit sind nur wenige Unternehmen der Holzbaubran-

zumeist mit einer Ersparnis an eingesetzter Energie einhergeht. Beiden Gesichtspunkten wurde bisher keine hohe Bedeutung zugewiesen. Dies wird sich im Rahmen der immer wichtiger werdenden ökonomischen und ökologischen Gesamtbilanzierungen ändern. Wand-, Dach- und Deckenscheiben in Holzbauweise sind bevorzugt Leichtbausysteme, deren einheitliches Merkmal die optimierte Zuordnung von Werkstoffen darstellt. Plattenbekleidungen übernehmen in diesen Konstruktionen vorrangig raumabschließende, brandschutztechnische, bauakustische und klimaregulierende Funktionen. Die Konstruktion und die Fügung von Bauteilen in Holzleichtbauweisen ist relativ einfach, ihr Tragund Funktionsverhalten und die Reaktion bei statischer, dynamischer und klimatischer Beanspruchung allerdings sehr komplex. Flächige Elemente aus Massivholz Die Beiträge „Brettstapel (BST)“ und „Brettsperr-

holz (BSP)“ (Peter Mestek) nehmen sich den mit diesen Begriffen verbundenen Bauweisen an. Flächenhafte Elemente aus Massivholz sind in den vergangenen Jahren vermehrt zur Anwendung

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN EINLEITUNG

gekommen und haben das Potential, insbesondere im sich entwickelnden mehrgeschossigen Holzbau eine bestimmende Rolle zu spielen.

Brettschichtholz, häufig in der Form des Satteldachträgers mit gekrümmtem Untergurt.

Brettstapelelemente sind aus Einzelbrettern zu-

Fachwerkträger aus Brettschichtholz im sichtbaren Bereich werden daher nur unter der Voraus-

sammengefügte Bauteile. Die Einzelbretter werden dabei hochkant nebeneinander gestellt und entweder verklebt oder mechanisch durch Nägel,

setzung effizienter, ästhetisch ansprechender Knotenverbindungen, einfacher und schneller Herstellung auf der Baustelle, einfacher Bemes-

Schrauben, Klammern oder auch Hartholzdübel miteinander verbunden. Die so entstandenen Ele-

sung der Verbindungen und besserer Ausnutzung der Holzquerschnitte erfolgreich sein. Der Autor

mente können sowohl als Decken- oder Wandelemente eingesetzt werden. Brettstapelkonstruktionen finden vor allem im Wohnhausbau An-

des Beitrags „Fachwerkträger“ (Hans Joachim Blaß) weist nach, dass sich diese Voraussetzungen mit Fachwerkträgern erreichen lassen, deren

wendung.

Gurte aus BS-Holz und deren Füllstäbe aus Brettsperrholz bestehen. Als Verbindungsmittel wer-

Brettsperrhölzer werden auch als mehrschichtige Massivholzplatten oder einfach als Mehrschichtplatten bezeichnet. Der Aufbau derartiger Plat-

den Gewindestangen mit einem Holzschraubengewinde verwendet, die von mehreren Herstellern zur Querbewehrung von BS-Holz angeboten

tenwerkstoffe ist sehr vielfältig. Sie bestehen aus mindestens drei kreuzweise (rechtwinklig) mitein-

werden.

ander verklebten Brettlagen aus Nadelholz.

Bausystem im Erdbebenfall Das HIB-System ist eine Elementbauweise für

Über beide Bauweisen liegen bereits entsprechende Erkenntnisse zum Tragverhalten sowie zur Ausbildung einfacher Ausführungen vor. Eine

Wände. Dank Vorfertigung, geringem Gewicht der Elemente sowie einfacher Montage kann bereits im Rohbau der Bauherr einen hohen Anteil

systematische Aufarbeitung schon vorgegebener Lösungen steht jedoch noch aus.

Eigenleistung erbringen. Bei dem System werden Holzelemente, bestehend aus zwei parallel ange-

Aufgelöste Fachwerkträger Der aufgelöste Fachwerkträger weist im Vergleich

ordneten Platten sowie in der Mitte angebrachten Stegen, auf der Baustelle ineinander gesteckt und mit Klammern verbunden. Die Verbindung

zu Vollwandträgern aus BS-Holz einige Vorteile auf. Schubspannungen in den Querschnitten, die

der Beplankungsmaterialien mit den Stegen erfolgt durch ein Nut- und Feder-Prinzip. Das

wegen der vergleichsweise geringen Schubfestigkeit des BS-Holzes zunehmend für die Bemessung von Vollwandträgern mit kurzer Spannweite oder

Grundelement ist je nach gewünschtem Dämmstandard in verschiedenen Wanddicken erhältlich. In den Hohlräumen lassen sich die Dämmung und

von Satteldachträgern maßgebend werden, sind für das globale Gleichgewicht eines Fachwerkträ-

teilweise die Installationen unterbringen.

gers nicht erforderlich. Obwohl der Fachwerkträger mit Stäben aus Vollholz und Nagelplattenverbindungen sehr erfolgreich im nicht sichtbaren

Der Beitrag „HIB-Bauweise“ (Dieter Junker) geht insbesondere der Frage nach, wie sich die Bauweise im Fall von Erdbeben verhält. Das Erdbe-

Bereich eingesetzt wird, sind sichtbare Fachwerkkonstruktionen in diesem Bereich vergleichsweise

benverhalten einer Bauweise hängt vornehmlich von den verwendeten Verbindungsmitteln ab.

selten. Hier dominiert der Vollwandträger aus

Schlanke Verbindungsmittel verformen sich leich-

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ter als gedrungene Verbindungsmittel und sind daher beim Entwurf von Tragwerken für erdbebengefährdete Gebiete vorzuziehen. Das HIB-

Kriechkellerkonstruktionen, die seit Jahrzehnten in Nordamerika, Schottland, den Niederlanden und vor allem in Skandinavien eine weite Verbrei-

System erscheint hier vorteilhaft, da die einzelnen Elemente durch Klammern in den horizontalen

tung aufweisen und dort zum allgemeinen Baustandard zählen, bieten in Kombination mit Holz-

Fugen verbunden sind und zudem aus einzelnen Bausteinen bestehen, die sich bei starker horizontaler Belastung gegeneinander verkanten und ab-

bodenplatten für Zweck- und Wohnungsbauten neue und innovative Möglichkeiten. Untersuchungen im Rahmen eine Forschungsvorhabens

stützen können.

ergaben, dass unter Einhaltung der konstruktiver Randbedingungen Kriechkellerkonstruktionen in

Im Rahmen eines Forschungsvorhabens über erdbeben- und sturmsichere Wandelemente wurden die Eigenschaften der Wände bei starken hori-

Verbindung mit Holzbodenplatten auch unter deutschen Klimarandbedingungen erstellt werden können. Für den Holzbau ist somit eine wei-

zontalen Einwirkungen – also aus Erdbebenlasten – geprüft. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen

tere Gründungsvariante entstanden, die für Zweck- und Wohnungsbauten zahlreiche Vorteile

bescheinigten der HIB-Bauweise ein absolut gutmütiges Verhalten. Das System lässt sich nach der deutschen Erdbebennorm DIN 4149 in die Dukti-

bietet und für klein- und mittelständische Unternehmen die Wertschöpfung im Bereich des Holzbaus erhöhen kann.

litätsklasse 3 einordnen. Kriechkellerkonstruktionen Übliche Gründungsvarianten für Gebäude in

Rückgriff auf die Natur Der Beitrag „Bionisches Bausystem in Holz- bzw.

Holz-Beton-Verbundbauweise“ (Dieter Oligmül-

Holzbauweise sind neben der Gründung über Kellern und Stahlbetonbodenplatten auch aufgeständerte Konstruktionen auf Pfählen, Punkt-

ler) beschreibt eine Forschungsarbeit, bei dem mit Hilfe des Bionischen Bausystems ein Verbundsystem zur Serienreife entwickelt werden soll, das

und Streifenfundamenten. Die im Holzhausbau verbreitetste Gründungsvariante mit Stahlbeton-

die Realisierung zehngeschossiger Bauwerke als Alternative zum Massivbau ermöglicht. Ein großer

bodenplatte zeigt jedoch besonders in Kombination mit energetisch hocheffizienten Holzbaukonstruktionen vermehrt Nachteile. Alternativ da-

Vorteil des Bionischen Bausystems in Holz- bzw. Holz-Beton-Verbundbauweise liegt darin, dass zum überwiegenden Teil nachwachsende Roh-

zu entstanden Konstruktionen mit Holzbodenplatten auf umlaufenden, belüfteten Streifenfun-

stoffe zur Verwendung kommen und somit der Energiebedarf schon beim Herstellungsprozess

damenten, so genannten Kriechkellern oder auf Stahlträgern über Punktfundamenten. Diesen Lösungen nimmt sich der Beitrag „Klimatische Ver-

wesentlich reduziert ist.

hältnisse in Kriechkellern – Anwendung in Verbindung mit Holzbodenplatten“ (Norman Wer-

sucht das Bausystem natürliche Prinzipien und Lösungen zu analysieren und in die vorgestellte

ther, Stefan Winter) an.

Konstruktion zu übertragen.

Dem bionischen Grundgedanken folgend ver-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

13.1 Planung Gedanken zur Situation des Holzbaus

Hermann Kaufmann 1 Allgemein Die Idee, mit Holz dem ältesten Baumaterial zu

bauen, hat nach wie vor etwas Faszinierendes. Ein Baustoff, der praktisch vor der Haustür wächst, der wie kaum ein anderer in vielfältiger Weise verwendbar ist, von der Konstruktion bis zum Möbel, der schon seit Jahrhunderten seine Eignung beweist und der für viele Menschen mit äußerst angenehmen Assoziationen verbunden ist. In kaum einen anderen Baustoff wird mehr Hoffnung auf die Lösung vielfältiger Probleme des Bauens gelegt, kein Material hat ähnliches Ansehen in Bezug auf die immer vehementer werdende Forderung nach umfassender Nachhaltigkeit. Tatsächlich hat sich in den letzten Jahren das Interesse für Holzbau stark gesteigert. Das zeigt sich einerseits in der Anzahl der einschlägigen Publikationen und Berichte andererseits sind einige interessante und spannende Holzarchitekturen entstanden, die zeigen, welch vielfältige Möglichkeiten der moderne Holzbau bietet. Auch die politischen Voraussetzungen sind so gut wie noch nie, denn bei vielen Zukunftsstrategien erscheinen die Themen Ökologie sowie Nachhaltigkeit an vorderer Stelle, damit verbunden auch die

notwendigen zukunftsgerichteten gemeinsamen Anstrengungen der Branche. Diese stellt sich alles andere als überschaubar oder strukturiert dar. Eine große Zahl an Pionieren und Einzelkämpfern, verstreut in kleinen und größeren Holzbaunationen, entwickeln alle möglichen „Systeme“. Kleinbetriebe versuchen, durch neue Produkte Marktanteile zu gewinnen, die weniger mittelständigen Holzbaufirmen sind derzeit nicht in der Lage, die notwendigen Lobbys effizient zu platzieren. Das hohe kreative Potential verpufft angesichts der internen Zersplitterung und Konkurrenzierung. Dementsprechend diffus zeigt sich auch die Informationsstrategie. Wer sich in der komplexen Materie technisch vertiefen will, findet nur wenige fundierte aktuelle Informationen, veraltete und gegenseitig „inspirierte“ Bücher und Broschüren mit widersprechenden Informationen verwirren eher, als dass sie geprüftes und aktuelles Wissen vermitteln. Ebensolche Erfahrungen macht derjenige, der versucht, übers Internet an qualifizierte Informationen heranzukommen. Meist ist der Wissensgehalt klein im Vergleich zur aufgewendeten Suchzeit.

Hoffnung auf den Baustoff Holz. Eigentlich beste Voraussetzungen für einen freudigen Blick in die Zukunft müsste man meinen. Tatsächlich ist Holzbau heute noch ein absolutes Nischenprodukt auch in den holzreichen Ländern Mitteleuropas gemessen an der gesamten Bauproduktion. Die Vorbehalte und Ängste sind nach wie vor nicht ausgeräumt, die Imagekorrektur ist trotz großer Anstrengung der Verbände noch

Abb. 1: Gemeindezentrum Ludesch

nicht gelungen. Zudem ist die gegenwärtigen Stimmung im Holzbau gezeichnet von der allge-

für die Architektur gelegt wird, nämlich an den Universitäten und Fachhochschulen, besteht nur vereinzelt ein qualifiziertes und der Komplexität

meinen wirtschaftlichen Lage. Der immer härter werdende Überlebenskampf lenkt die Aufmerksamkeit eher auf das Tagesgeschäft als auf die

Dort, wo eigentlich der Grundstein des Wissens

des Themas entsprechendes Lehrangebot. Allzu oft ist die baustoffspezifische Wissensvermittlung

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

den Ingenieursfakultäten übertragen und sehr technokratisch und vermag Architekten kaum zu motivieren.

stehen. Vielmehr ist erkennbar, dass die qualifizierte Auseinandersetzung mit einem ganzheitlichen Ansatz formal oft überzeugt und abseits

Die Holzforschung vermittelt ein sehr zersplitter-

von modischen Formalismen und effekthaschenden Aufdringlichkeiten sich gibt. Es gibt sie, die

tes Bild. Zwar gibt es Anstrengungen und Strukturen zur Koordination der nationalen Forschungen, aber es ist bis jetzt noch keine Idee vorhan-

Vorzeigeprojekte, die Beweise, dass Holz ein universell einsetzbarer Baustoff ist. Doch was muss geschehen, dass auch eine adäquate Breite er-

den, die Holzländer Europas dazu zu bringen, sich abzustimmen und die derzeitigen Doppel-

reicht wird?

gleisigkeiten zu verhindern, um die knappen Mittel auch effizienter zu nutzen. Natürlich gilt dies auch für den gesamten Bereich der Bauteil- und

Die größte Anstrengung muss die Holzbranche umgehend in den Aufbau einer professionellen Informationskette legen. Die allgemein zugängli-

Baustoffprüfung und der grenzüberschreitenden Anerkennung der Ergebnisse. Nicht einmal in den

che Bereitstellung von Wissen ist heute im Computerzeitalter nicht mehr das Problem, vielmehr

jetzt zufällig in Deutschland, Schweiz und Österreich parallel laufenden Brandschutzgesetzänderungen wäre jemanden in den Sinn gekommen,

liegt die große Herausforderung darin, die Flut an Systemen, Produkten, Detaillösungen etc. zu prüfen, zu klären und eingeordnet in ein systemati-

die Chance zu nutzen und sich zu koordinieren. Vielmehr entstehen jetzt auf engstem Raum drei

siertes Informationssystem zugänglich zu machen. Eine Aufgabe, die nur im Schulterschluss

grundsätzlich verschiedene Brandschutzphilosophien trotz zunehmendem Verschmelzen der Märkte - man glaubt es kaum.

der maßgeblichen Firmen, Institute und Verbände zu bewältigen ist und dementsprechende Mittel und Kapazitäten erfordert. Dabei ist die Klärung

Angesichts dieser schwierigen Situation ist es

des Begriffes „System“ vorzunehmen. Heute wird vieles im Holzbau als System bezeichnet, was

kaum verwunderlich, dass die Holzarchitektur quantitativ gesehen eine Nische geblieben ist. Eine handvoll Architekten arbeiten konsequent an

aber nicht das erfüllen kann, was hinter dem Wort wirklich steht. Vorsicht ist angebracht und als „System“ sollten wirklich nur die umfassen-

der Weiterentwicklung und haben damit auch durchaus Erfolge und Aufmerksamkeit, die Mehr-

den und systematisierten Bau- und Konstruktionsfügungstechniken bezeichnet werden. Eine

zahl der Planenden aber scheuen sich vor einer Auseinandersetzung, was aufgrund des oben erwähnten nicht verwunderlich ist.

Definition könnte wie folgt vorgenommen werden: -

klassische Einteilung der Holzbaumethoden: Ständerbau, Tafelbau, Blockbau, Rahmenbau

Dabei ist jedoch auffallend, dass trotz der geringen Holzarchitekturdichte durchaus eine hohe Qualität entstanden ist. Diese zeichnet sich zumeist in der Komplexität der Lösung aus, das heißt in der Verarbeitung und Vernetzung zahlreicher relevanter Themen des Bauens (Beispiel: Schule Klaus). So ist es fast selbstverständlich geworden, dass sowohl die Nachhaltigkeit als auch der Bauprozess nicht in Widerspruch zur Ästhetik

Holzbaumethoden:

-

-

Holzbausystem: umfassendes und in allen Einzelheiten aufeinander abgestimmtes Bausystem zur Errichtung eines Holzsystembaus Tragsysteme, Holzkonstruktionssysteme: Beschreibung der Konstruktionsarten „Tischsystem, ...... „

wie

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

Teilsysteme: Wandsysteme Trennwandsysteme – Außenwandsystem

einfordern, muss es sein, an den Hochschulen die dafür notwendigen Strukturen zu ermöglichen, das heißt, Schaffung von eigenen Lehrstühlen

Deckensysteme Dachsysteme

und Instituten an den Architekturfakultäten und Hochschulen zur qualifizierten Wissensvermitt-

Bauelemente: Hohlkastenelemente, Lignatur, Brettstapelelemente etc.

lung und gezielter Forschung. Es fehlt nicht am Interesse der jungen Generation, die aufgewachsen ist mit den Themen der Ökologie und Nach-

Dringend notwendig ist es, die wichtigsten Sys-

haltigkeit und die endlich wissen will, wie diese im Bau umsetzbar sind, es fehlt auch nicht an der

teme am Markt zu erfassen und in enger Absprache mit den Anbietern Systematisierungen und Vereinheitlichungen vorzunehmen, um Über-

Überzeugung der Verantwortlichen, dass diese Themen für die bauliche Zukunft wichtig sind, es fehlt schlichtweg an den konkreten Maßnahmen

schaubarkeit und Transparenz herzustellen. Zudem wäre eine solch konzentrierte Anstrengung

und Finanzierungen.

der Anlass für umfassenden Informations- und Erfahrungsaustausch innerhalb der Branche und vielleicht ein weiterer Schritt zur gemeinsamen

Forschung und Entwicklung wird gerade in Zeiten wirtschaftlicher Stagnation von allen politischen Parteien gefordert, die finanziellen Ressourcen

Präsenz.

auch den Möglichkeiten entsprechend bereitgestellt. Auch ist die Notwendigkeit der Holzfor-

-

-

schung anerkannt, und es stehen dafür nicht unbeträchtliche Mittel zur Verfügung. Die Notwendigkeit nationaler Koordination wird wahrgenommen, obwohl oft unverständliche interne Differenzen und Eitelkeiten immer wieder zu Doppelgleisigkeiten führen. International aber wäre noch viel zu tun, damit die knappen Mittel effizienter eingesetzt werden könnten. Hier besteAbb. 2: Haus Natter-Kapfer, Lauterach

hen kaum Anstrengungen zur Koordination oder zu einer Bündelung der Energien sowie zur sinn-

Es gibt wenige Hochschulen, die für Holz eine qualifizierte und engagierte Wissensvermittlung

vollen Aufteilung der Forschungskompetenzen. Angesichts der in allen Ländern ähnlichen Problemstellungen ist nicht einzusehen, dass in meh-

anbieten. Meistens ist diese überfrachtet mit nicht mehr aktuellen Inhalten und zu technokra-

reren europäischen Ländern gleichzeitig zu denselben Themen geforscht wird oder auch diesel-

tisch angelegt, womit die Motivation für den Baustoff nicht gefördert wird. Ein Grund, dass der Holzbau die wichtigsten Motoren, nämlich

ben Systeme an verschiedenen Orten auf Zulassung geprüft werden müssen.

die Architekten, die ja im entscheidenden Stadium eines Projektes die Weichenstellungen maßgeblich beeinflussen, verliert. Aufgabe der poli-

Dass ein erkennbarer Durchbruch des Holzbaues keine Utopie ist, zeigt eine kleine Region in Österreich. Vorarlberg mit 380.000 Einwohnern hat es

tisch Verantwortlichen, die nicht müde werden und in Ihren Äußerungen das nachhaltige Bauen

immerhin geschafft, dass 20 % aller Bauten in Holz ausgeführt werden, Tendenz steigend. Dar-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

aus lassen sich Strategien ableiten, was getan werden muss, um eine ähnliche Situation für die gesamte Bauszene zu erreichen.

hohen Qualitätsstandard und für fortschrittlichste Fertigungs- und Baumethoden. Dabei muss aber auch klar sein, dass einerseits ehrli-

- Die nach wie vor vorhandenen und eher sich verhärtenden Fronten zwischen Architekten

che Preisgestaltung, anderseits klare Leistungs- und Qualitätsvereinbarungen Grundla-

und Ausführenden sind einzureißen. Beide Gruppen sind aufeinander angewiesen, um gute und überzeugende Objekte unter wirt-

gen für eine fruchtbare Zusammenarbeit sind. Leider schaut es im Bauwesen derzeit ganz anders aus.

schaftlich hohem Konkurrenzdruck zu entwickeln. Die oft allzu hohen gegenseitigen Er-

- Holz wird allzu oft beworben als Baustoff für Sonderbauten oder ausgefallene Konstrukti-

wartungshaltungen, die meist Hauptgrund für das Scheitern der Kooperationen sind, sind abzubauen, jede Seite muss offen und unvor-

onslösungen, was den Status des Nischenprodukts geradezu manifestiert. Dabei hat gerade Holz seine außerordentliche Berechtigung im

eingenommen in den Dialog einsteigen und die Qualitäten des anderen akzeptieren. Allzu

Bereich des normalen und alltäglichen Bauens, was von zahlreichen ausgeführten Projekten

oft hört man von der im Allgemeinen konservativen Handwerkerseite Kritik an der von den Architekten oft geforderten Modernität des

belegt wird. Es muss also gelingen, die Qualitäten für das „Normale“ zu transportieren, für qualitativ hochwertige, dennoch einfache und

Holzbaues und ortet Unverständnis und Ressentiments. Die Architektenseite klagt demge-

wirtschaftliche Lösungen. Gerade in diesem Bereich besteht die Möglichkeit, durch Stan-

genüber über mangelndes Verständnis und Offenheit, vermag aber oft nicht durch Fachwissen zu überzeugen sondern versteckt sich

dardisierungen auch die Kosten zu senken.

allzu schnell hinter akademischer und künstlerischer Arroganz. Erst wenn der Architekt technische Kompetenz beweist und der Zimmermann bereit ist, sich mit neuer und ungewohnter Architektur anzufreunden und diese als Chance für ein notwendiges neues Image sieht, kann fruchtbare Kooperation entstehen. Erst die gegenseitige Unterstützung schafft die notwendige Geschlossenheit, um am Markt erfolgreich zu sein. - Eine Minderheit kann sich durch außergewöhnliche Produkte sowie außerordentliche Qualität bemerkbar machen. Die außergewöhnlichen Produkte entstehen nur im Schulterschluss mit guten Architekten, die in der Lage sind, ökologisch überzeugende Konzepte sowie nachhaltige Errichtungs- und Entsorgungsstrategien zu entwickeln und zusammen mit engagierten Ausführenden umzusetzen. Diese wiederum sind verantwortlich für den

Abb. 3: Kaufmann Holz AG, Reuthe

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

2 Wohin entwickelt sich der Holzbau Betrachtet man die bautechnische Entwicklung

der letzten 100 Jahre, so ist festzustellen, dass die Tendenz zur immer komplexeren Vorfertigung erkennbar ist. Schon den historischen Zimmerleuten war Vorfertigung durch Abbund der Konstruktion geläufig. Heute eröffnen neue Transporttechniken ungeahnte Möglichkeiten. Die Entwicklung schreitet rasant zu immer komplexeren Prefabrikationstechniken. Dabei geschieht dies derzeit nicht in großen Fabriken oder Unternehmen, sondern in den Abbundhallen der kleinen und mittelständischen Betriebe. Das hat den großen Vorteil, dass dadurch ein hoher Grad an Individualität möglich bleibt, eine durchaus für die

Bauteilmaßen und standardisierten Bauelementen. Heute sind ähnliche Entwicklungen im Gang und es wird sich erneut zeigen, ob durch Massenproduktion von Bauteilen, welche das Bauen verbilligen, auch die notwendige Flexibilität und Architekturqualität geschaffen werden kann, die auch für ein erfolgreiches Bestehen am Markt Voraussetzung sind. Der Gedanke ist nach wie vor faszinierend. Ob aber auch der notwendige Markt dafür aufgebaut werden kann, wird das große Risiko bleiben. Es hängt entscheidend von der Wirtschaftlichkeit ab, denn in diesem Segment ist der Preis die alles entscheidende Komponente.

Entwicklung der Architektur wichtige Komponente. Vom Architekten geplant, vom Zimmermann als Generalunternehmen vorgefertigt und errichtet – heute keine Seltenheit mehr. Das wird auch in Zukunft ein erfolgreiches Modell bleiben, denn damit kann der Bereich des individuellen Bauens professionell abgedeckt werden. Um aber konkurrenzfähig zu bleiben ist es unumgänglich, durch gewisse Standardisierungen die Effizienz zu steigern. Dies wird in diesem Fall in Form von systematisierten Detaillösungen und Fügeprinzipien geschehen, also nicht durch fixe Maßordnungen

Abb. 4: Wohnanlage Spinnereistraße, Hard

der einzelnen Elemente. Somit bleibt der Vorteil der geometrischen Flexibilität, der in zahlreichen Bauaufgaben wichtig ist. In diesem Segment ist

Der Geschosswohnbau ist in den letzten Jahren zur großen Herausforderung für die Holzbauer

ein absolut hoher Qualitätsstandard notwendig, denn die hier angesprochenen Kunden geben dafür auch mehr Geld aus. Zudem tut sich hier ein breites Betätigungsfeld für Architekten auf, denn eine synergetische Kooperation mit dem Unternehmen schafft neue Märkte, die dem Architekten bis jetzt verwehrt waren. Für das standardisierte Bauen mit der Zielsetzung höchstmöglicher Wirtschaftlichkeit hat es in der Holzbaugeschichte bereits diverse Lösungen gegeben, wie z.B. das General Paneel System von Konrad Wachsmann, ein Bausystem mit fixierten

geworden. Zahlreiche Beispiele und Projekte sind entstanden, Prototypen, die mehr oder weniger erfolgreich waren und etliche Projekte belegen die Sinnhaftigkeit des Holzbaues für diese Bauaufgabe. Moderne Brandschutzregelungen ermöglichen je nach Land bis zu fünf oder sechs Geschosse, die Baugeschwindigkeit sowie der ökologische Ansatz sind die Motoren für zukünftige Entwicklungsanstrengungen. Der Anfang ist gemacht, welche Baumethoden sich durchsetzen werden ist noch nicht klar. Vieles spricht gerade aufgrund des Brandschutzes sowie der Reduktion von Anschlussdetails und Schichten für eine ver-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

stärkte Verwendung von Massivholzplatten, welche mit zunehmender Nachfrage billiger werden. Hier ist der Weg auch offen für Betonverbundkonstruktionen bei welchen die Möglichkeiten der Vorfertigung gerade in der Entwicklungsphase stehen. Eines wird aber für diese Bauaufgabe notwendig sein nämlich die Spezialisierung einzelner Betriebe. Zu komplex sind die bauphysikalischen, brandschutztechnischen und ausführungstechnischen Anforderungen und somit das Risiko für kleine Unternehmen. Für die Architekten eröffnet sich hier ein überaus interessantes Arbeitsfeld mit neuen Gestaltungsmöglichkeiten. Äußerst interessante Beispiele von hoher architektonischer Qualität sind im Bereich des öffentlichen Bauens entstanden. Motoren und Initiatoren waren meist Städte oder Gemeinden mit einem besonderes ausgeprägten Bewusstsein für Umweltschutz und Nachhaltigkeit, die schon bei Wettbewerbsausschreibungen Hinweise für diese Themen formulierten, und Lösungsvorschläge einforderten. Hier zeigt sich deutlich die Vielfalt an konstruktiven und gestalterischen Möglichkeiten des Holzbaues sowie dessen ökologische Kapazität. Unbestritten sind diese Themen auch in Zukunft wichtig und aktuell, die Nachfrage wird wachsen womit sich interessantes Aktionsfeld besonders für die Architekten eröffnet. Die Komplexität dieser Aufgaben erfordert aber ein Team von Spezialisten mit den notwendigen Erfahrungen, derzeit eine noch rare und kleine Gruppe. Es wird also alles davon abhängen, ob es gelingt, genügend Brainpower zu entwickeln, eine wie vor erwähnte entscheidende Herausforderung, der sich sowohl die Branche als auch die Öffentlichkeit stellen muss. Große Spannweiten und Konstruktionen sind seit je her die wichtigsten und interessantesten Anwendungsfelder für Holz. Angefangen von den historischen Brücken und Dachstühlen über die

Abb. 5: Sutterlüty-Markt, Weiler ersten „Hetzerkonstruktionen“ bis zu den spektakulären Hallenbauten der Moderne sind Beispiele mit überraschender Eleganz und Schönheit entstanden. Derzeit klagt die Branche über akuten Auftragsmangel und über ruinösen Preiskampf besonders im Industriebau. Der Ruf nach einfachen und standardisierten Konstruktionen also nach konkurrenzfähigen Lösungen ist unüberhörbar. Das dürfte eines der zentralen Themen der zukünftigen Entwicklung des Holzbaus werden. Eine äußerst interessante Aufgabe für Ingenieur und Architekten in enger Kooperation mit den Firmen. Nur scheint derzeit das Verhältnis getrübt. Diverse Firmen versuchen eigene Systeme auf den Markt zu bringen mit dementsprechender Architekturqualität oder versuchen, die Architekten aus laufenden Projekten hinauszudrängen, da sie oft mit Recht allzu banale Lösungsvorschläge nicht akzeptieren. Im Gegenzug ist die Bereitschaft von Architekten und Ingenieuren nicht immer vorhanden, wirtschaftlich vernünftige Lösungen gemeinsam zu entwickeln, allzu oft siegen persönliche Eitelkeiten über prag

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

matische Lösungen. Zugegeben, eine Gratwanderung, aber auch in diesem Bereich wird nur die Kooperation erfolgreich sein. Eine Geschlossen-

mit sehr pragmatischen Themen gepaart mit engagierten architektonischen Formulierungen könnte Bauten entstehen lassen, die durchaus an

heit der größeren Betriebe oder Betriebszusammenschlüsse für Forschung und Entwicklung so-

die Qualitäten des anonymen historischen Bauens heranreichen, mit der dort gezeigten Selbstver-

wie schlagkräftiges Marketing scheint überlebensnotwendig, ebenso die intensive Entwicklung von neuen Hallensystemen und leistungsfä-

ständlichkeit und Prägnanz. Möglicherweise wird dafür die Massivholzbauweise die geeigneten Baumethode liefern, welche bereits von diversen

higen Bauelementen.

Herstellern in zahlreichen Varianten angeboten wird, die aber mitten in der Entwicklungsphase steckt. Besonders die Kombination dieser mit natürlichen und leistungsfähigen Wärmedämmmaterialien ist eine wichtige Aufgabe für Forschung und Entwicklung. Lösungsansätze sind ebenfalls einfache „schichtenarme“ Tafelbausysteme gepaart mit „gesunden Isolierungen“. 3.2 Mischbau Bereits eingesetzt hat ein verstärkter Trend zum

Mischbau. Tragstruktur Stahl oder Beton, Hülle in vorgefertigten und hochwärmegedämmten Fassaden - Teilsystemen. Relativ geringe Wandstär-

Abb. 6: Wohnanlage Ölzbündt, Dornbirn 3 Drei bestimmende Themen für den zukünftigen Holzbau

ken trotz hohen Wärmedämmeigenschaften, schnelle Montage durch hohen Vorfertigungsgrad sowie die ökologischen Qualitäten dieser Bauweise sind die Gründe für die vermehrte Nachfrage. Somit werden auch im Holzbau Ent-

3.1 Gesundes Bauen Der Wunsch nach „gesunden“ Bauten ist mitt-

wicklungen für „intelligente“ Fassadensysteme ein vordringliches Thema, wobei besonderes Augenmerk darauf zu verwenden ist, dass die um-

lerweile immer öfters zu hören. Gefordert werden mit natürlichen Baustoffen konstruierte und

weltgerechte Entsorgbarkeit gewährleistet bleibt. Das muss der entscheidende Vorteil gegenüber

gedämmte Objekte, frei von unkalkulierbaren Risiken durch chemische Substanzen und elektromagnetische Beeinflussungen, für alle Bereiche

anderen Systemen bleiben, um am Markt bestehen zu können. Es wird Holz also auch in Bereiche vordringen, die bis dato dafür verschlossen

des längeren Aufenthaltes von Menschen, also Wohnen und Arbeiten. Die Rückbesinnung auf

waren. Beispielsweise für Bauten auch über mehr als vier oder fünf Geschosse, öffentliche Bauten

die baubiologischen Vorzüge unserer historischen Bauten mit verbesserten bauphysikalischen und energetischen Qualitäten ist eine Herausforde-

größeren Maßstabes und für zahlreiche Bauaufgaben im städtischen Umfeld. In Kombination mit vorgefertigten Massivbaukonstruktionssystemen

rung und zugleich große Chance für den zukünftigen Holzbau. Die dabei notwendige Befassung

ist eine durchaus interessante bautechnologische und architektonische Zukunft zu erwarten.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG GEDANKEN ZUR SITUATION DES HOLZBAUS

3.3 Bauen mit extrem kurzer Bauzeit Bauaufgaben mit extrem kurzer Bauzeit werden

immer häufiger. Meist handelt es sich um Bestandserweiterungen und Adaptierungen bei laufendem Betrieb mit kurzen Betriebsunterbrechungsmöglichkeiten oder um Saisonbetriebe oder solche mit hohen Störanfälligkeiten. Es ist für diese Aufgaben höchste Vorfertigung notwendig, ebenso einfache Montierbarkeit. Holz eignet sich ganz besonders dafür - es gibt bereits ausgeführte Beispiele, die das aufzeigen. Eine konsequente Weiterentwicklung ist jedoch notwendig, sowohl im Holzbau als auch bei anderen Gewerken wie beispielsweise bei der Haustechnik, um den Grad der Vorfertigung zu maximieren. Je nach Bauaufgabe werden sich entweder ein hochentwickelter Tafelbau oder der Raumzellenbau durchsetzen.

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG EDV- PLANUNGSHILFEN UND SCHNITTSTELLEN

13.1 Planung EDV- Planungshilfen und Schnittstellen

Daniel Wentzlaff 1 Einleitung Das Bild vom Haus aus Holz - Der Einfluss von

Computer Aided Design (CAD) Programmen auf das Bauen mit Holz. Ein junger Architekt kann sich heute kaum mehr vorstellen, wie man ein Gebäude von Hand zeichnet. Die schnelle Verbreitung des CAD innerhalb der letzten 20 Jahre hat alle Bereiche des Bauens durchdrungen und aktuelle Entwicklungen in der 3D Planung legen die Vermutung nahe, dass uns wesentliche Schritte im Einsatz von Computern in der Baubranche noch bevorstehen. Sie werden sowohl die Formen der Zusammenarbeit im Bauwesen, als auch die Möglichkeiten der Architektur weiter verändern, vermutlich stärker, als wir es bisher erlebt haben.

Markt, wird versucht im Folgenden, zwei Strömungen herauszugreifen, die sich aus der Erfahrung als Architekt und Lehrer als wesentliche Tendenzen abzeichnen. 2 Die Planung mit 2D Projektionen Betrachtet man die Entwicklung der Architektur

während der letzten zwanzig Jahre, so hat das CAD bisher - zumindest in der breiten Masse Formensprache und Konstruktion der Architektur nicht grundsätzlich verändert. Andere Faktoren, etwa neue Wertvorstellungen im Bereich der Nachhaltigkeit und des Energieverbrauchs hatten mehr Einfluss. Vermutlich lag es jedoch auch daran, dass das CAD bisher im Vergleich zur Handzeichnung keine methodischen Neuerungen einführte: Die Zeichnung von Hand basierte auf der Einschränkung, dass ein durchschnittlicher Mensch

Während es eine Selbstverständlichkeit ist, dass die technischen Möglichkeiten eines Werkzeuges

nur eine begrenzte Anzahl an Zusammenhängen gleichzeitig berücksichtigen kann. Zwangsläufig

das Ergebnis der Arbeit beeinflussen, macht man sich häufig weniger bewusst, dass die praktischen

wurden komplexe Aufgaben in hierarchisch aufgebaute Ordnungssysteme zerlegt. Die Summe der kleineren Elemente ergibt dabei meist das

Möglichkeiten auch eine Rückwirkung auf die theoretische Konzeption haben. So geht beispielsweise die Vorstellung des Architekten heute beim Enwurf eines Tragwerkes aus Holz selbstverständlich davon aus, dass verleimte Binder und zusammengesetzte weiten zulassen.

Tragwerke

große

Spann-

Im Folgenden soll der Versuch gemacht werden, zu verstehen, welche möglichen Auswirkungen aktuelle Entwicklungen im Bereich der computergestützten 3D Planung auf den Entwurf haben können. Da das CAD das wichtigste Planungswerkzeug der Ingenieure und Architekten ist, treffen viele der folgenden Überlegungen zwangsläufig auf das Bauen im Allgemeinen zu. Sie werden jedoch im gleichen Maße auch auf das Bauen mit Holz Auswirkungen haben. Aus der großen Vielfalt der CAD Systeme auf dem

nächst Größere: So besteht beispielsweise das klassische Pfettendach aus vielen Hierarchieebenen. Zuoberst liegen die Dachlatten, diese liegen wiederum auf den Sparren, die Sparren auf den Pfetten und diese sind auf dem Mauerwerk abgestützt. Ein Ordnungsprinzip, das in vielen Bereichen des Lebens angewendet wird, etwa im Bereich der Stadtplanung oder bei der Führungsstruktur von größeren Firmen. Die notwendigen Abweichungen davon werden meist als Ausnahmen von der Regel gehandhabt. Die Zweidimensionale CAD Planung hat hier zwar Erleichterungen, aber keine wesentlichen Veränderungen gebracht: Die meisten Vorteile liegen in der gesteigerten Effizienz: beispielsweise der bequemere Umgang mit Wiederholungen durch Befehle wie Kopieren, das Erzeugen von Reihen

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG EDV- PLANUNGSHILFEN UND SCHNITTSTELLEN

oder das ineinander Verschachteln von Zeichnungsteilen (Referenzen, Blöcke etc.). Die wichtigste Neuerung lag wohl in den großen Vorteilen der digitalen Datenbasis für die Kommunikation: Mehrere Personen können am gleichen Plan arbeiten und Pläne per Telefonleitung verschickt werden. Da man einen Körper jedoch nach wie vor zweidimensional abbildete, war man weiterhin auf eine beherrschbare Anzahl von Schnittebenen angewiesen. Die Folge waren weiterhin

3 3D Bauteilbibliotheken Ein Teil der Softwareanbieter nutzt diese Mög-

lichkeiten für den Aufbau einer Bauteilbibliothek: Die Software passt beispielsweise alle Bestandteile des Türtyps „C“ (Rahmen, Blatt, Fries, Glaseinsatz) an, wenn man mit einfacher numerischer Eingabe die Breite ändert. Weiter schneidet die Software automatisch ein Loch in die Wand, wenn ich die Türe dort platziere, beziehungsweise verschiebt das Loch, wenn die Türe verschoben

geometrische Körper, die sich aus ebenen Flächen oder Krümmungen mit einer einfachen geometrischen Regel zusammensetzen.

wird. Ursprünglich kommt diese Anwendung aus dem Maschinenbau. Dort wird sie seit vielen Jah-

Die aktuellen Entwicklungen der 3D Planung bie-

Vermutlich wird sie sich auch in der Architektur

ten hier grundsätzlich neue Möglichkeiten. Im Folgenden sollen hier vor allem zwei Anwendungen betrachtet werden: Einerseits die Entwick-

weiter verbreiten. Insbesondere in den ersten Planungsphasen hat sie jedoch auch Nachteile: Ob-

ren eingesetzt.

lung von dreidimensionalen Baukastensystemen, die Gebäude aus Bauteilbibliotheken zusammen-

wohl immer betont wird, dass jeder Architekt seine eigene Bauteilbibliothek aufbauen kann, ist dies bei anspruchsvoller, aufgabenspezifischer

setzen können, andererseits die Handhabung komplexer Geometrien.

Planung sehr aufwändig und – zumindest zur Zeit - nur für große Büros überhaupt wirtschaftlich.

Neben der Tatsache, dass bei beiden Anwendungen die Planung nun im Raum stattfindet und

Büros mittlerer Größenordung bestätigen, dass eine Bauteilbibliothek in den ersten Planungsphasen kaum von Nutzen ist, diese aber je näher es

nicht mehr in seiner zweidimensionalen Projektion, bieten sie vor allem eine wesentliche Neuerung: Die Beziehung der einzelnen Bestandteilen

zur Realisierung kommt, eher attraktiver wird.

der Zeichnung, beispielsweise Striche, Flächen oder Körper, zueinander sind nicht zwangsläufig fest, sondern können offen gehalten werden für Veränderungen. Allgemein als „parametrisches Zeichnen“ beschrieben, erlaubt es dem Nutzer, bereits gezeichnete Bauteile durch die Veränderung von Parametern anzupassen. Eine Zeichnung besteht somit aus konstanten und variablen Parametern und wird in der Praxis oft als „intelligent“ bezeichnet. Wenn die parametrischen Funktionen ausgeschaltet werden spricht man häufig von einer „lobotomisierten“ („lobotomized“) Zeichnung.

Abb. 1: Drahtmodell des Kräfteverlaufs Sehr wirtschaftlich wird die Idee des Baukastens hingegen, wenn man sich bewusst auf weinige Bestandteile und deren vorhersehbare Kombination beschränkt. Beispiele für Anwendungen sind etwa der internetbasierte Küchenkauf bei IKEA oder Softwarepakete für zukünftige Eigenheim-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG EDV- PLANUNGSHILFEN UND SCHNITTSTELLEN

besitzer die in Baumärkten ausliegen. Virtuelle Baukästen die es jedem Laien ermöglichen, sich mit Drag and Drop sein Traumhaus zusammenzu-

unvorhersehbare Kettenreaktionen aus. Die Planung solcher Strukturen wäre in der 2D Projektion, dem klassischen Grundriss und Schnitt gar

setzen. Wenn man den generellen Schwund an Marktanteilen der Architekten am Einfamilien-

nicht möglich und ist auch im 3D wegen der Anzahl an geometrischen Abhängigkeiten nur mit

hausmarkt und der Realisierung von Zweckbauten betrachtet, handelt es sich hier um eine Entwicklung, die Architekten durchaus wachsam ver-

der Unterstützung von maßgeschneiderten Zusatzanwendungen der Software machbar. Will man beispielsweise die Aufteilung einer frei ge-

folgen sollten.

krümmten Fläche für eine Elementfassade im Hinblick auf Feldgröße, Zuschnitt der einzelnen

Aus der Sicht des Entwurfs bleibt jedoch der Makel, dass die Bibliothek das Spektrum der Lösungsmöglichkeiten vorwegnimmt und somit den

Elemente und Form der Fläche optimieren, so kommen speziell geschriebene kleine Zusatzprogramme zur Anwendung, die diese Parameter

Spielraum einschränkt. Unser Bild vom Gebäude als maßgeschneiderte, von einem Architektenin-

untersuchen. Eine Aufgabe, die von Hand gar nicht möglich wäre. Bemerkenswert ist hierbei,

dividuum entworfene Lösung will sich damit nicht ganz vereinbaren lassen. Während die Vorteile in der Entwurfsphase also noch zu untersuchen

dass das CAD Programm vom Benutzer selbst an seine Bedürfnisse angepasst werden kann.

sind, liegen die Vorteile in der Umsetzung und Produktion auf der Hand: Bauen fängt nicht jedes Mal bei Null an, sondern nutzt standardisierte Herstellungsprozesse. 4 3D Planung Die zweite Entwicklungsrichtung nutzt die Mög-

lichkeiten für die Entwicklung einzigartiger und räumlich hochkomplexer Strukturen. Die Mög-

Abb. 2: Glasfassade mit Sonnenschutz

lichkeiten der CAD Software werden dabei entweder dazu benutzt, von Hand entwickelte Entwürfe abzubilden, oder räumliche Gebilde durch speziell manipulierte Software zu erzeugen. Jüngste, gebaute Beispiele zeigen, dass mittlerweile ein großes Maß an räumlicher Komplexität auch praktisch umgesetzt werden kann. Die Formensprache der Gebäude unterscheidet sich dabei – anderes als bei den Anwendungen der Bauteilbibliotheken - grundsätzlich von den bisher

Abb. 3: Stahlbau

bekannten Formen der Architektur. Es werden beispielsweise räumliche Systeme entworfen, die ohne erkennbare Regel und ohne die oben ge-

Grundsätzlich von der Planung her möglich, set-

nannten Hierarchien auskommen: Jedes der hunderten von Teilen steht zu den anderen Teilen in

Gebäudes kompatible CAD-Hilfsmittel einsetzt. Dies ist heute in der Baubranche noch nicht der Fall. Einzelne Zweige der Bauindustrie, beispiels-

einer Beziehung, die Änderung eines Teiles löst

zen diese Entwürfe in der Realisierung jedoch voraus, dass die ganze Herstellungskette eines

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG EDV- PLANUNGSHILFEN UND SCHNITTSTELLEN

weise im Fassadenbau oder im konstruktiven Holz- und Stahlbau, können zwar bereits heute direkt ab dreidimensionalen CAD Daten fertigen.

wichtiger Baustein in dieser Kette. Seine Materialeigenschaften machen ihn jedoch auch in vielfältigster Weise abhängig von der Einbindung in

In der Koordination der Gewerke bestehen jedoch – zumindest nach unserer Erfahrung - noch

das komplexe Gefüge des Bauwesens. So kann heute weder ein Dach noch eine Wand oder ein

Defizite: So kann beispielsweise bei der gleichen frei geformten Glasfassade die Koordination der Sprinkleranlage mit der Fassadenbeleuchtung,

Boden nur aus Holz bestehen. CAD Lösungen sind das wichtigste Instrument der Koordination aller Beteiligten am Bau und die oben beschrie-

den Verkabelungen für die Öffnungsflügel, den Regenrinnen und den Wasserabläufen große

benen Entwicklungen werden zu Veränderungen sowohl in der Praxis der Koordination am Bau als

Probleme aufwerfen, weil sowohl die beteiligten Fachplaner als auch die Unternehmer nicht über die notwendigen CAD Instrumente und das

auch im Entwurf selbst führen. Es wird die Zukunft des Holzes beim Bauen wesentlich mit beeinflussen, ob es seine Bedeutung im Gesamtge-

Know-how verfügen. Bereits innerhalb einer Arbeitsgattung bestehen oft Lücken in der Informa-

füge des Bauens behalten und ausbauen kann. Dazu gehört sowohl die Forschung und Anwen-

tionsvermittlung vom Entwurf über die Koordination mit Vorgänger- und Folgegewerken zur Werkstattplanung, zur Vorfabrikation, Montage

dung im Bereich der computergestützten Produktion, als auch die Einbindung der Materialeigenschaften in den Entwurfsprozess. Nicht zuletzt

und Qualitätssicherung auf der Baustelle. Ähnlich schwierig sind aktuell noch die Verhältnisse in-

wird sich mit den neuen Möglichkeiten der CAD Planung auch das Bild vom Holzhaus verändern.

nerhalb der Planung: Nur wenige Planer verfügen über die Ressourcen den Kräfteverlauf in der Statik, die thermische Bewegungen der Luft, das Raumklima oder das dynamische Verhalten des Regenwassers auf der Oberfläche in aufwendigen Rechenprogrammen im 3D zu simulieren. 5 Zukunft Holz Unabhängig von der Frage, ob solche hochkom-

plizierten Geometrien bei Gebäuden sinnvoll sind, werden wir in Zukunft ohnehin die Fähigkeit brauchen hochkomplexe, vernetzte räumliche

Abb. 4: Innere Verglasungen

Systeme zu analysieren und zu leiten. Dies verlangen beispielsweise die weltweit vernetzten Wirtschaftsstrukturen im Zusammenhang mit der Umweltschutzproblematik und der Mobilität. Auch in der Planung unseres Lebensraumes wird es immer weniger Bereiche geben, wo das Aufteilen eines Problems in kleine Teilprobleme zu angemessenen Lösungen führt. Der Werkstoff Holz ist auf Grund seines natürlichen Vorkommens und seiner Nachhaltigkeit ein

Abb.

5:

Holzoberflächen

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG DIGITALER HOLZBAU – KOMPLEXE FORMEN IN HOLZ

13.1 Planung Digitaler Holzbau – Komplexe Formen in Holz

Fabian Scheurer, Hanno Stehling 1 Einleitung und Beispiele In der zeitgenössischen Architektur gibt es einen zunehmenden Trend hin zu komplexen Geometrien, sog. „Freien Formen“. Durch die wachsenden Fähigkeiten der entsprechenden CAD-Programme unterstützt und sicherlich zum Teil auch

Abb. 1: Entwurf des Centre Pompidou in Metz

mit verursacht, ist es Entwerfern heute möglich,

(Quelle: www.centrepompidou-metz.fr )

die Zwänge orthogonaler Systeme und herkömmlicher Typologien wie Wand und Decke zu verlas-

weils zwei Träger verlaufen parallel und sind

sen und sich „frei“ im Raum zu bewegen.

durch Schubbretter verbunden. An den Schnittpunkten treffen sich so jeweils vier Träger, die mit

Spätestens beim Schritt von der virtuellen in die

einer Dolle verbunden sind. Gefertigt wurden die

gebaute Realität aber endet diese Freiheit, und

Träger aus Brettschichtholz-Rohlingen, die bei

die eingangs erwähnte Komplexität tritt in den

Holzbau Amann (D, Weilheim-Bannholz) auf ei-

Vordergrund: Doppelt gekrümmte Flächen lassen

nem 5-Achs-CNC-Zentrum auf das präzise Maß

sich in zweidimensionalen Abbildungen nur un-

gefräst wurden. Für Fertigung und Transport

zureichend darstellen, zudem müssen in vielen

mussten die bis zu 85 Meter langen Binder in

Fällen die Produktionsmethoden und Bauabläufe

insgesamt fast 1.800 individuelle Einzelsegmente

erst entwickelt werden, da es keinen etablierten

unterteilt und über 7.000 Aussparungen für Dol-

Standard gibt, auf den zurückgegriffen werden

len passgenau positioniert werden.

kann. Interessanterweise werden diese neuartigen Formen in den meisten Fällen mit den auf den ersten Blick moderner anmutenden Baustoffen Beton, Stahl und Glas assoziiert. Auf den zweiten Blick stellt sich allerdings heraus, dass der Werkstoff Holz seinen Konkurrenten an vielen Stellen überlegen ist und in den letzten Jahren bei einigen prominenten Bauwerken erfolgreich eingesetzt wurde. Zur Illustration folgen zwei Beispiele, an denen designtoproduction beteiligt war. 1.1 Centre Pompidou, Metz Das Dach des vom japanischen Architekten Shigeru Ban entworfenen Centre Pompidou in Metz ist ein durchgängig aus Holz gefertigtes, kontinuierlich doppelt gekrümmtes Stabwerk. Die Struktur aus 18.000 Laufmetern Brettschichtholz überspannt 7.500 Quadratmeter und besteht aus sechs übereinander liegenden Trägerlagen mit liegenden Querschnitten von 140 x 440 mm. Je-

Abb. 2: Dachstruktur und fertige Balkensegmente

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG DIGITALER HOLZBAU – KOMPLEXE FORMEN IN HOLZ

1.2 Yeoju Golf Resort Das zweite Beispiel ist ebenfalls ein Projekt des

holung von Bauteilen – die insgesamt knapp

Architekten Shigeru Ban: das Dach für den Yeoju-

schiedliche Geometrien. Die planerische Heraus-

Golfclub in Südkorea. Eine über 2.500 Quadrat-

forderung hier lag vor allem in der komplexen

meter große Holzkonstruktion auf 21 baumför-

Detaillierung, besonders der tordierten Ausblat-

migen Stützen, die direkt in ein „Geflecht“ aus

tungen. Gefertigt wurde das Dach von Blumer-

Trägern übergehen. Dieses Geflecht folgt auf den

Lehmann (CH, Gossau), ebenfalls auf einer 5-

ersten Blick demselben Prinzip wie das des Centre

Achs-Abbundmaschine.

3.500 Trägersegmente haben „nur“ 476 unter-

Pompidou. Bei genauer Betrachtung fällt allerdings auf, dass die Träger hier nicht in verschiedenen Ebenen verlaufen, sondern sich gegenseitig durchdringen. Da auch hier jeder Träger aus zwei parallelen Lagen besteht, sind an jedem Kreuzungspunkt zwei Blattverbindungen nötig – insgesamt knapp 15.000 im gesamten Dach.

Abb. 4: Ein fertiges Trägersegment 2 Vorteile des Werkstoffes Holz Wie die Beispiele zeigen, lassen sich komplexe Formen sehr gut in Holz realisieren. Besonders gegenüber seinem „Hauptkonkurrenten“ Stahl kann es sich dabei in einigen Punkten durchsetzen: 2.1 Präzision Praktisch alle verfügbaren Baustoffe liegen entweder als gerade Stangen oder als ebene Platten vor. Um gekrümmte Flächen zu realisieren, müssen demnach entweder die Bauteile umgeformt oder die Zielgeometrie angepasst, d.h. in der Regel segmentiert, werden. Abb. 3: : Yeoju Golf Resort (unten: Blumer-Lehmann AG) Das Dach basiert auf einem regelmäßigen Raster und wird aus fünf verschiedenen Typen von 9x9 Meter großen Elementen zusammengesetzt. In diesem Projekt gibt es also eine gewisse Wieder-

Bei letzterer Methode ergibt sich zwangsläufig ein Widerspruch zwischen Präzision und Effizienz: Viele kleine Segmente erhöhen die Annäherung an die gewünschte Form, treiben aber auch Aufwand und Kosten in die Höhe. Wenige größere Segmente dagegen geben die Zielgeometrie nur grob wieder.

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG DIGITALER HOLZBAU – KOMPLEXE FORMEN IN HOLZ

Der bessere Weg ist also die Anpassung der Bauteile an die gewünschte – unsegmentierte – Ge-

2.3 Infrastruktur Grundsätzlich kommt dem Werkstoff Holz zugu-

ometrie. Hierbei ist man natürlich auf eine Mög-

te, dass die nötige Infrastruktur in Form compu-

lichkeit angewiesen, gekrümmte und tordierte

tergesteuerter Abbundzentren bereits weit ver-

Bauteile präzise herzustellen.

breitet ist. Zudem sind Zimmerleute traditionell im Umgang mit dreidimensionalen Strukturen ge-

Die plastische Verformung (das Biegen) wird die-

schult. Das Potential für die Bearbeitung komple-

sen Anforderungen nur bedingt gerecht: Zwar

xer Strukturen ist also vorhanden; die Herausfor-

lässt sich Stahl inzwischen auch in industriellem

derung liegt darin, es zu nutzen.

Maßstab biegen, allerdings nur mit begrenzter Kurven) und schwer zu beherrschenden Biegeto-

3 Herausforderungen Der Umgang mit komplexen Formen stellt Planer

leranzen durch Rückfedern.

wie Produzenten vor eine ganze Reihe Heraus-

geometrischer Freiheit (konstante Radien, ebene

forderungen. Diese sind über den gesamten Planungs- und Fertigungsprozess verteilt und weitgehend unabhängig vom verwendeten Werkstoff: 3.1 Geometrie / CAD Die meisten Architektur-CAD-Systeme sind mittAbb. 5: Rohlinge für das Yeoju-Dach

lerweile in der Lage, mit Splines (Freiformkurven) und NURBS („non-uniform rational B-Splines“ =

Holz hat demgegenüber den Vorteil, dass es sich

Freiformflächen) umzugehen. Allerdings muss

sehr effizient und äußerst exakt spanend bearbei-

man sich als Benutzer darüber im Klaren sein,

ten lässt. Als Rohlinge kommen dabei beispiels-

dass es – gerade wenn ein Objekt weiterverarbei-

weise Brettschichtholzträger zum Einsatz. Zwar

tet werden soll – nicht nur auf die augenscheinli-

treten auch bei der Herstellung gekrümmter

che Form, sondern auch auf die Parametrisierung

Brettschichtholzrohlinge

auf,

(die innere Struktur) der Flächen ankommt. Oft-

doch fallen diese nicht ins Gewicht, da die end-

Biegetoleranzen

mals führen mehrere Operationen zu optisch

gültige Geometrie erst auf der CNC-Fräse ent-

gleichen Ergebnissen, die sich in ihrer Parametri-

steht.

sierung allerdings immens unterscheiden.

2.2 Detaillierung Durch die hohe Präzision ist es möglich, auch

Überhaupt ist der Prozess bei komplexen Formen

komplexe Verbindungsdetails direkt mit zu ferti-

Durch die große Anzahl individueller Einzelteile ist

gen. Im Gegensatz zum Stahlbau, wo durch

eine Automatisierung auf hohem Niveau nötig –

nachträgliches Anschweißen von Flanschen und

dies geschieht meist in Form sog. „parametri-

Stirnplatten weitere Ungenauigkeiten entstehen

scher Modelle“, in denen keine fertige Geomet-

können, werden so in einem einzigen Arbeits-

rie, sondern Regeln definiert sind, nach denen

schritt direkt Elemente mit allen benötigten An-

einzelne Bauteile in Abhängigkeit von anderen

schlussdetails wie Ausblattungen, Dollenlöchern

Bauteilen konstruiert werden. Ändert sich also die

etc. produziert.

Grundgeometrie, passen sich im Idealfall alle De-

mindestens genauso wichtig wie das Ergebnis.

taillösungen automatisch an.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG DIGITALER HOLZBAU – KOMPLEXE FORMEN IN HOLZ

Umfassende parametrische Modellierer finden

System als Einzelstücke programmiert werden,

sich derzeit noch eher im Automobil- und Flug-

wobei die detaillierten 3D-Modelle als Grundlage

zeugbau. Viele CAD-Programme bieten allerdings

dienten.

die Möglichkeit, mittels eingebauter Programmierschnittstellen projektspezifische Erweiterun-

Dass diese Sonderfälle in absehbarer Zeit in die

gen (Plug-Ins) zu entwickeln, die für einzelne Ar-

Standardlösungen aufgenommen werden, ist

beitsschritte eine ähnliche Funktion erfüllen.

nicht anzunehmen; zu groß wäre der Aufwand im Vergleich zum Markt. Vielversprechender ist

In den branchenspezifischen Holzbauprogram-

der Ansatz, sich wie beim parametrischen Ent-

men sind Freiformen leider noch nicht sehr ver-

wurf die Möglichkeit zunutze zu machen, unter-

breitet; Freiformflächen werden hier meist noch

schiedliche Bauteile nach gemeinsamen Regeln

zu Netzen aus planaren Dreiecken vereinfacht. Bis

fertigen zu können, und entsprechend auch auf

die Holzbauprogramme mit NURBS umgehen

CAM-Seite mit projektspezifischen Plug-Ins zu ar-

können, bietet sich ein zweistufiger Planungspro-

beiten.

zess an: Die Geometrien werden in entsprechend leistungsfähigen

CAD-Systemen

erzeugt

und

dann mittels Standardschnittstellen wie SAT in

3.3 Material und Fertigung Auch die Beschaffung des Rohmaterials kann bei

die Branchensoftware importiert, um Einzelstück-

komplexen Formen mit erhöhtem Aufwand ver-

zeichnungen, Materiallisten etc. zu erstellen.

bunden sein: Die Brettschichtholz-Rohlinge für die Projekte in Metz und Yeoju mussten jeweils

3.2 Schnittstellen zu CAE und CAM Die Schnittstellen zu CAE (Computer Aided Engi-

individuell hergestellt werden – in Yeoju immer-

neering) und CAM (Computer Aided Manufactu-

zelstücke.

ring) bieten wohl das größte Verbesserungspo-

Eine weitere Herausforderung ist die sinnvolle

tential des Prozesses.

Segmentierung der Träger: Je länger ein Segment

Für die statische Berechnung solch komplexer

ist, desto wahrscheinlicher muss es aus einem

Tragwerke ist ein detailliertes Modell des gesam-

gekrümmten Rohling gefräst werden, um den

ten Systems in einer entsprechenden Analyse-

Verschnitt und die statisch relevanten Faser-

software nötig. Da außer der reinen Geometrie

schnittwinkel im Rahmen zu halten. Entscheidend

auch Daten wie im Falle von BSH-Trägern die Fa-

ist dabei auch der Kostenfaktor: einfach ge-

seranschnittswinkel relevant sind, fallen reine

krümmte BSH-Rohlinge sind etwa zweimal, dop-

Geometrie-Austauschformate wie DXF aus. Im

pelt gekrümmte etwa sechsmal so teuer wie ge-

Falle der Beispielprojekte in Metz und Yeoju wur-

rade. Auf der anderen Seite erhöhen sich bei vie-

den aus dem Geometriemodell Koordinaten- und

len kürzeren Segmenten die Kosten für Produkti-

Winkellisten erzeugt, die auf Seite der Ingenieure

on, Logistik, Verbindungsmittel und Montage. Da

mit wiederum eigenen speziell programmierten

die statische Berechnung (und Abnahme) direkt

Tools weiterverarbeitet wurden.

von der Segmentierung abhängt, kann das Roh-

hin mit Losgrößen von bis zu 12, in Metz als Ein-

material erst bestellt werden, wenn ein detaillierIm Falle der Schnittstelle zur NC-Fertigung decken

tes 3D-Modell des gesamten Systems inkl. Seg-

die vorhandenen Lösungen zwar alle Standardfäl-

mentierung vorliegt – ein potentielles Problem in

le weitgehend ab. Sonderfälle dagegen sind prak-

engen Terminplänen.

tisch nicht umzusetzen. In Metz und Yeoju mussten die doppelt gekrümmten Bauteile im CAM-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG DIGITALER HOLZBAU – KOMPLEXE FORMEN IN HOLZ

Bei der Fertigung ist in erster Linie die Aufspan-

aufweist) und im generellen Umgang mit Verän-

nung in der Maschine zu beachten. Fast alle

derungen und neuen Abhängigkeiten im Baupro-

komplex geformten Teile müssen zweimal aufge-

zess – von der immensen Wichtigkeit eines sau-

spannt werden, um von allen Seiten bearbeitet

beren 3D-Modells und dem Austausch von 3D-

werden zu können. Spätestens bei der zweiten

Daten anstelle von 2D-Zeichnungen bis zur Ver-

Aufspannung ist keine planare Auflagefläche

schiebung zeitlicher Abläufe wie der Bestellung

mehr vorhanden, so dass Schablonen oder ähnli-

von speziell angefertigtem Rohmaterial erst nach

che Hilfsmittel verwendet werden müssen. Beim

Abschluss der Segmentierung.

Bearbeiten treten darüberhinaus Schwingungen auf und beim Abspanen eines gekrümmten Roh-

Der Holzbau jedenfalls ist für die Umsetzung

lings kann sich dieser aufgrund der Restspannung

komplexer Formen sehr gut aufgestellt.

verformen. Dies lässt sich hauptsächlich durch geschickt gewählte Bearbeitungspfade verhin-

Quellen / Referenzen

dern – ein weiterer Punkt, der eine automatische

Centre Pompidou Metz - Architektur: Shigeru Ban

CAM-Schnittstelle für komplexe Elemente unwahrscheinlich macht.

(www.shigerubanarchitects.com) - Ausführung Holzbau: Holzbau Amann GmbH,

3.4 Qualitätskontrolle Die Kontrolle der Maßhaltigkeit stellt bei mehrfach gekrümmten Bauteilen eine enorme Herausforderung dar – sowohl bei der Aufspannung der Rohlinge als auch bei der Kontrolle der fertigen

Martin Pfundt (www.holzbau-amann.de) - Beratung: Création Holz, Hermann Blumer (www.creation-holz.ch) - Ingenieure: SJB Kempter-Fitze AG, Franz Tschümperlin (www.sjb.ch)

Elemente.

- Geometrie-Aufbereitung: iCapp

Für das Centre Pompidou in Metz wurden von

- CAD-Tools: designtoproduction

Holzbau Amann Versuche mit Laserscannern

(www.designtoproduction.com)

(www.icapp.com)

durchgeführt, die aber nicht zu befriedigenden Ergebnissen führten bzw. sich schlecht in den Produktionsablauf einbinden ließen.

Yeoju Golfclub Südkorea - Architektur: Shigeru Ban (www.shigerubanarchitects.com)

4 Zusammenfassung Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der

- Ausführung Holzbau: Blumer-Lehmann AG

Werkstoff Holz sich sehr gut für die Umsetzung

- Beratung: Création Holz,

komplexer Formen eignet – insbesondere, weil er sich durch die spanende Bearbeitung äußerst präzise und direkt inklusive aller Anschlussdetails formen lässt und weil er es ermöglicht, tatsächlich gekrümmte Bauteile zu erstellen, und sich nicht mit geraden Segmenten an die gewünschte Geometrie annähern zu müssen. Herausforderungen liegen in der Durchgängigkeit der digitalen Produktionskette (die vor allem im Bereich CAD-CAE und CAD-CAM noch Lücken

(www.blumer-lehmann.ch) Hermann Blumer (www.creation-holz.ch) - Ingenieure: SJB Kempter-Fitze AG, Franz Tschümperlin (www.sjb.ch) - Geometrie-Aufbereitung: iCapp (www.icapp.com) - Einzelstück-Planung: designtoproduction (www.designtoproduction.com)

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG DIGITALER HOLZBAU – KOMPLEXE FORMEN IN HOLZ

1076

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1077

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG KONSTRUKTIVER HOLZBAU AUF DEM WEG VOM HANDWERK ZUM INDUSTRIELLEN PROZESS

13.1 Planung Konstruktiver Holzbau auf dem Weg vom Handwerk zum Industriellen Prozess

anderen Zimmereien bedienen. Ähnliche Struk-

Anders Übelhack

turwandlungen sind im Bereich von Fenster und 1 Einleitung Die Struktur des Holzbaus in Deutschland wan-

Türen vollzogen.

delt sich. Die Einführung der CAD / CAM Techno-

Ein weiterer Aspekt liegt in der Notwendigkeit

logien mit den zugehörigen Abbundmaschinen in

gegenüber Bauherren und Planern im Verkauf tä-

den 90er Jahren ermöglichen einerseits die Aus-

tig sein zu müssen. In der „guten alten Zeit“,

führung von Bauprojekten mit komplexen archi-

kam der Bauherr zum Handwerker und es war

tektonischen Entwürfen in wirtschaftlichen Ab-

mehr die Frage, ob der Zimmerer die gewünschte

läufen. Andererseits können auch kleinere Unter-

Arbeit ausführen wollte bzw. zu welcher Zeit die

nehmen größere Holzbauprojekte anbieten. Hier-

Leistung möglich sei. Dies hat sich in den aller-

bei stellen jedoch viele Betriebe die Frage, ob gro-

meisten Regionen Deutschland signifikant geän-

ße Investitionen in Maschinen und Fertigungs-

dert, Kompetenz in der Kundenakquise ist für ein

technologie nicht zu große Risiken bergen.

heutiges Holzbauunternehmen extrem wichtig geworden.

Die Unternehmenswelt entwickelt sich dahin, dass immer mehr kleine Betriebe entstehen, so

Zusätzliche Anforderungen entstehen aus dem

liegt die durchschnittliche Größe einer deutschen

hohen Informationsgrad der heutigen Bauherren

Zimmerei bei sechs Mitarbeitern und der Trend

durch das Internet. Alle diese immer mehr und

geht hin zu noch kleineren Strukturen.

schnelleren Informationen zu besitzen ist für Betriebe mit „einem Chef“ sehr schwierig bzw. un-

Neue Materialien an Holzwerkstoffen und Tech-

möglich.

nologien sowie der Markt erfordern eine stetige Qualitätssicherung mit Eigen- und Fremdüberwa-

Die Entwicklung von individuellen Strategien für

chung sowie Zertifizierungen.

jeden einzelnen Betrieb unabdingbar, um zu sehen in welchen Bereichen man in Zukunft erfolgreich am Markt agieren kann.

Projekte

Bausysteme Systemlösungen

Realisierung von Holzbauprojekten

Als ein Ergebnis der unterschiedlichen Strategien Projektorientierte Beratung für Holzbauelementen und Bausätze

und der oben beschriebenen Zweiteilung der Betriebe gibt es eine Bandbreite an Herstellern, die Kunden vorgefertigte Elemente anbieten. In die-

Bauprodukte

Beratung von Bauprodukten ohne Kenntnis des Projektes

sem Zusammenhang und mit dem Ziel mehr Holzbau zu generieren ist es nicht ausreichend le-

Rohmaterialien

Abb. 1: Wertschöpfungspyramide Holzbau

diglich Bauprodukte herzustellen sondern Lösungen für alle am Bau Beteiligten anzubieten. Die Zwischenstufe zwischen Bauprodukten und Bauausführung lässt sich als Bausystem definieren

Aus diesen Randbedingungen erwächst eine

und mit den sich daraus ergebenden Schnittstel-

Zweiteilung der Holzbaubetriebe hin zu Unter-

len zwischen Bauherr, Planer, ausführendem Un-

nehmen die industriell oder „halbindustriell“

ternehmen vor Ort und Industrie in einer Wert-

Holzbauelemente herstellen, bei denen sich die

schöpfungspyramide darstellen (Abb. 1).

1078

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG KONSTRUKTIVER HOLZBAU AUF DEM WEG VOM HANDWERK ZUM INDUSTRIELLEN PROZESS

2 Anforderungen der am Bau Beteiligten Verschiedene Bereiche im Bauprozess beeinflus-

sen bzw. fordern Bauprojekte mit unterschiedlichen Zielsetzungen. Fertigung Vertrieb/ Marketing

Planung

von mehrgeschossigen Wohngebäuden genannt. Mit einem Brandschutzkonzept schafft man es die verschiedenen Anforderungen von Investor, Architekt, Tragwerksplaner, Baubehörde, Verarbeiter und Hersteller zusammen zu bringen und das Ziel einer wirtschaftlichen Baulösung zu erreichen (Abb. 3).

Investor

Montage

Konstruktion Bauphysik / Tragwerk

Brandschutzgutachter

Bauaufsichtsbehörde

Planer

Verarbeiter

Nachhaltigkeit Dauerhaftigkeit

Nutzung (z.B. Wohnklima)

Hersteller

Abb. 2: Anforderungen an Bauprojekte

Abb. 3: Mitwirkende bei einem Brandschutzkonzept

Anforderungen von Planern: - freie, unkomplizierte Planung

3 Bausysteme 3.1 Netzwerke Das Vorgehen durch ein mit allen Beteiligten ab-

-

konstruktiv einfache Bauteilaufbauten und Detailplanung kürzeste Bauzeiten und exakte Bauerstellung

-

einfache Ausschreibung und geringer Überwachungsaufwand

-

Umfassende Beratung & Service, detaillierte Planungshilfen und Planung geprüfte Konstruktionen, DIN Anforderungen

-

sind sicher zu erfüllen, kein Haftungsrisiko Anforderungen von ausführenden Unternehmen: - hohe Auftragswahrscheinlichkeit und Chance auf gute Rendite

gestimmtes Brandschutzkonzept ein Projekt erfolgreich zu realisieren ist ein Beispiel für ein funktionierendes Netzwerk. Durch die Vielzahl an Produkten und Materialien sowie den immer komplexeren Vorschriften und Normen ist es für Planer inzwischen nicht mehr möglich alle Belange des Bauens vollumfänglich zu beherrschen. Sie sind daher auf Informationen von Fachplanern und Fachfirmen angewiesen. Diese Vorleistung von der ausführenden Seite zu erbringen ist für Zimmereien mit hohem Aufwand verbunden und kann in vielen Fällen nicht

-

für die Ausführung von Projekten keine betrieblichen Investitionen in Maschinen

-

erweiterte Kundenklientel, Möglichkeit neue, bisher nicht erreichbare Kunden zu akquirieren

geleistet werden. Daher ist dies Aufgabe der Industrie als den Herstellern von Bausystemen.

-

kurze Bauzeiten / schnelle Montage und exakte Erstellung einfachste Bauteilaufbauten Details, dadurch

3.2 Projektrealisierung mit Bausystemen Der typische Ablauf in der Realisierung von Bau-

-

Reduzierung von Ausführungsrisiken Als ein Beispiel sei hier die Vorgehensweise zur Erlangung des Brandschutzes bei der Erstellung

projekten mit Bausystemen lässt sich wie folgt darstellen: 1) Projektidee von Architekt / Planer  Zusendung Planunterlagen 1:100

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG KONSTRUKTIVER HOLZBAU AUF DEM WEG VOM HANDWERK ZUM INDUSTRIELLEN PROZESS

2) Beratung und Abstimmung der Anforderungen nach Gestaltung, Statik und Bauphysik 3) Konstruktionsvorschlag und Kostenschätzung seitens Bausystemhersteller 4) Beratung und Optimierung der Konstruktion 5) Ausschreibung an Zimmereien und Holzbaubetriebe 6) Ausführung von regionalen Firmen

1

1

2

4

1

3

3

5

7

6

1

2

Abb. 5: Elementierung eines Einfamilienhauses in Brettsperrholz-Bauweise Um letztendlich die Bauteile im benötigten Vor-

4 Beispiele für Bausysteme 4.1 Bausystem Brettsperrholz Brettsperrholz als großformatige Massivholzele-

fertigungsgrad auf der Baustelle zu haben ist die Beherrschung des Datenflusses von der Werkplanung über die Einzelteilzeichnung bis hin zur

mente mit Abmessungen 20 x 4,80 m in Dicken von 50 – 300 mm werden für Wand-, Decken-

Übergabe an die Abbundmaschine und die damit einhergehende Schnittstellenoptimierung wich-

und Dachelemente im Wohnungs- und Nichtwohnungsbau verwendet.

tigstes Qualitätsmerkmal. Die Elementeinzelteilzeichnung ist dabei zentrales

Die Produktion der Elemente erfolgt meist projektbezogen in „Losgröße 1“, d.h. jedes Bauteil

Dokument (Abb. 6). In ihr werden alle benötigten Abbundarbeiten klar beschrieben und sie ist

wird individuell angefertigt.

Grundlage für die Warenausgangskontrolle im Werk. Die Erstellung dieser Zeichnung kann vom Planer, vom ausführenden Holzbaubetrieb oder

Für die Planung dieser Bauteile sind somit die Faktoren aller beteiligten Fachgebiete zu berücksichtigen (Abb. 4). Daraus ergibt sich eine sinn-

vom Bausystemhersteller erfolgen.

volle Elementierung eines Gebäudes (Abb. 5)

4.2 Bausystem Dachelemente Finnroof Abbundzentren, die den Abbund von Dachstüh-

len für Zimmereien als Dienstleistung anbieten sind seit Jahren etabliert. Auch das Vorfertigen von Holzrahmenbau Elementen ist an vielen Stel-

PLANUNG

len gängige Praxis.

Fertigung

Konstruktion

Baustelle

Gerade bei hochgedämmten Außenbauteilen mit

+

+

+

der Anforderung an hohe Luftdichtheit und guten Details ist die Vorfertigung ein wesentliches

Logistik

Architektur

Montage

Abb. 4: Planungsfaktoren

Qualitätsmerkmal. Insbesondere durch die notwendige exakte Überlegung im Vorfeld gelingt eine gute Bauausführung.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.1 PLANUNG KONSTRUKTIVER HOLZBAU AUF DEM WEG VOM HANDWERK ZUM INDUSTRIELLEN PROZESS

1,000

0,375

2,000

2,300

a1

A

SOF D=8,5 cm

C

b/ d 3/ 2

1,25

1,000

E

Pos. 4.1

b/ d 4/ 2

0,500

2,250

0,535

0,500

0,45

a3

B

a2

1,250

2,625

1,100

b1

a4

D

0,375

6,900

b/ d 2/ 2

0,085

1,800 2,200 2,600

Abb. 6: Einzelteilzeichnung Brettsperrholz-Bauweise Die Dachelemente werden in einem klar definierten Umfang in z.B. drei Stufen für kfw60, kfW40 und Passivhäuser angeboten. Die industrielle Vorfertigung erfordert klare Definitionen aller Parameter und Randbedingungen. Hierzu dienen speziell ausgearbeitete Datenblätter:

5 Ausblick Häufiger Wunsch und Vorstellung von Seiten der

Planer ist die sofortige Übergabe der Plandaten aus dem 3D Architekturmodell an die Abbundmaschine. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass dies im Allgemeinen aufgrund der notwendigen klar einzuhaltenden Eingaberegeln und den unterschiedlichen CAD-Standards nicht funktioniert. Im Rahmen von Netzwerken bei denen die Schnittstellen klar definiert sind, ergeben sich hingegen große Einsparpotentiale und damit wirtschaftliches Bauen. Die Entstehung dieser Netzwerke zwischen Planeren, Ausführenden und Herstellern wird dazu führen, die Vorteile des Holzbaus mit der schnel-

Abb. 7: Datenblatt Abfrage Dachelemente

len, präzisen und qualitativ hochwertiger Erstellung von Bauwerken hervorzuheben und Marktanteile gegenüber anderen Bauweisen zu gewinnen.

1080

ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HOLZBAUYSTEME UND BAUWEISEN

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Holzbausysteme und Bauweisen

1 Typologie der Systeme Bei einem Vergleich der aktuellen Holzbausyste-

me zeigt sich eine konstruktive Typologie, die von der stabförmigen Konstruktion bis zum massiven Querschnitt reicht. Betrachtet man zusätzlich noch die zeitliche Entwicklung vom Fachwerkbau zu den heute weit verbreiteten Bauweisen und systemen, dann werden die einzelnen Entwicklungslinien erkennbar (Abb. 1).

Den größten Innovationsschub gibt es im Bereich der flächigen Systeme. Als solche bezeichnet man Holzbausysteme, bei denen die Abtragung der vertikalen Hauptlasten über eine flächige Bauteilkonstruktion verläuft. Flächige Holzbausysteme lassen sich nochmals in die Systeme mit zusammengesetzten Querschnitten und in die mit massiven Querschnitten unterteilen. Die Systeme mit zusammengesetzten Querschnit-

Wichtigster Ausgangspunkt in der Entwicklung der Holzbausysteme ist der Fachwerkbau, welcher Anfang des 19.Jh. in Amerika zum „balloon frame“ und „platform frame“ weiterentwickelt wurde. Diese Bauweise wurde in den 80er Jahren wieder nach Deutschland „reimportiert“ und vom „Bund Deutscher Zimmerermeister“ an die deutschen Normen und Gesetzen angepasst, was schließlich zur Entwicklung des Holzrahmenbau führte, der heute den größten Anteil im Holzbau stellt. Auch der mehrgeschossige Holzrahmenbau hat sich inzwischen etabliert.

ten bestehen aus einem Grundelement, welches vielfach aneinandergereiht ein flächiges Bauteil ergibt. Das Bauteil ist dabei nicht massiv, sondern aus Holzquerschnitten so zusammengesetzt, dass sich Hohlräume für unterschiedliche Funktionen ergeben. Die Systeme mit massiven Querschnitten bestehen meist aus Flächen bildenden, tragenden Massivholz-Elementen die entweder in Längs- oder in Querrichtung des Bauteils aus gestapelten Brettern, Bohlen oder Kanthölzern zusammengesetzt sind. Unterschieden werden können sie nochmals

Eine größere Anzahl von Systemen basiert heute auf dem Prinzip des Holzrahmenbaus. Hersteller

durch ihre Bauweise und die verwendeten Verbindungsmittel. Sind die Bretterstapel in Längs-

von Holzwerkstoffen, Dämmstoffen oder Trägersystemen bedienen sich dieser Bauweise und er-

richtung des Bauteils aneinandergereiht, bezeichnet man sie als Lamellen. Erfolgt die Verbindung

weitern sie zum System.

Abb. 1: Typologische Entwicklung der Holzbauweisen und Systeme [1]

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HOLZBAUYSTEME UND BAUWEISEN

der Lamellen durch Kleben, Nageln oder Verdübeln der Querschnitte, so spricht man von Brettstapel- oder Dübelholzelementen. Sind die Bretter in Querrichtung verschränkt liegend gestapelt und kraftschlüssig miteinander verbunden, be-

2 Tragwerk Die Systemanbieter stellen die erforderlichen Un-

terlagen wie Zulassungen, Prüfzeugnisse, Bemessungstabellen etc. zur Verfügung. Bei zugelassenen Systemen sind die Anwendungsgrenzen und

zeichnet man sie als Brettlagen (Brettlagenbauweise). Erfolgt die Verbindung der Brettlagen durch Verkleben der Bretter zu massiven Quer-

-voraussetzungen aus der Zulassung und den Prüfzeugnissen genau zu beachten.

schnitten, so spricht man von Brettsperrholzelementen. Aufgrund der Sperrwirkung durch die

Man unterscheidet zwischen den direkten Einwirkungen (auf das Tragwerk wirkende Kräfte und

Verklebung sind sie sehr formstabil und haben bei kreuzweise miteinander verklebten Holzprofilen eine zweiachsige Lastabtragung.

Lasten wie ständige Lasten, Verkehr, Schnee und Wind), sowie den indirekten Lasten (durch aufge-

Die „raumbildenden Systeme“ basieren konstruktiv hauptsächlich auf dem Skelettbau und dem Holzrahmenbau. Die Besonderheit liegt hier in dem besonders hohen Grad der Vorfertigung. Als stabförmige Systeme bezeichnet man Holzbausysteme, bei denen die Abtragung der Hauptlasten über eine Stabkonstruktion erfolgt. Das stabförmige Holzbausystem kann beispielsweise nur aus einer reinen Skelettkonstruktion bestehen aber auch, aus dem klassischen Holzrahmenbau kommend, zusammengesetzt sein aus einer Rahmenkonstruktion mit tragenden Stäben und aussteifenden Scheiben. Stabförmige Systeme unterscheiden sich besonders in der jeweiligen Art der Herstellung. Im Bereich des reinen Skelettbaues finden sich derzeit nur eine geringe Anzahl von Anbietern. Der Holzrahmenbau ist aus gestalterischer Sicht ein völlig offenes System, so lange das vorgegebene Konstruktionsraster der Wände und Decken eingehalten wird. Ein Zwang zu einem bestimmten Raster besteht grundsätzlich nicht, ist jedoch unter anderem aus wirtschaftlichen Gründen zur Verschnittoptimierung empfehlenswert. In Kombination mit dem Skelettbau bieten sich zudem vielfältige Möglichkeiten um z.B. großflächige Verglasungen oder stützenfreie Bereiche zu realisieren.

zwungene oder behinderte Verformungen oder Bewegungen, die z.B. von Temperatur- und Feuchteänderungen, ungleiche Setzungen oder Erdbeben verursacht werden). Das durch eine sich verändernde Ausgleichsfeuchte verursachte Quellen und Schwinden des Holzes bzw. der Holzwerkstoffe ist bei diesen Einwirkungen besonders zu beachten. Die Zulassungen der Systeme beschränken die Anwendung häufig auf die vorwiegend ruhenden Lasten, was für die meisten Gebäudetypen ausreichend ist. Die Lasten werden nach den entsprechenden Normen (z.B. DIN 1055) ermittelt. Hinsichtlich der Lastabtragung für vertikale und horizontale Beanspruchungen werden die stabförmigen und flächigen Systeme unterschieden. Letztere gliedern sich wiederum in einachsig und zweiachsig spannende Bauteile. In aller Regel erfolgt eine einachsige Lastabtragung der Decken und bei Wänden mit Ständern eine punktuelle Lastabtragung. Holzrahmenbauelemente werden als Verbundquerschnitte ausgeführt. Sie bestehen aus vertikalen Ständern und horizontalen Riegeln z.B. aus KVH, die ein- oder beidseitig z.B. mit Holzwerkstoffplatten beplankt sind. Die Beplankung wird umlaufend durch Verbindungsmittel mit dem Rahmen verbunden und so gegen Beulen gesichert. Andererseits verhindert die Beplankung

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ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HOLZBAUYSTEME UND BAUWEISEN

selbst ein Ausknicken der Ständer. Meist werden die Wanddicken vom gewünschten Dämmstandard vorgegeben. Maßgebend für die Bemessung

hinsichtlich der Verbindungsmittel, z.B. bei den Dübeln besonderer Bauart auf den Dübel Typ A mit Nennung abweichender Tragfähigkeiten,

der Bauteile ist u.a. die Querpressung der unteren Schwellenlage. Größere Beanspruchungen wer-

Mindestbauteildicken und Randabständen. Teilweise sind aber auch Erweiterungen aufgeführt

den über Unterzüge und Stützen aus Brettschichtholz abgetragen. Die Aussteifung der Gebäude erfolgt über die Wandscheiben und daran

z.B. Verwendung von Nägeln, Schrauben und Klammern in den Schmalseiten von HWS, jedoch mit veränderten Abständen untereinander und

schubfest angeschlossene Deckentafeln.

zum belasteten Rand. Da bei einigen Systemen mit den „gängigen“ Verbindungsmitteln kein

Die Anordnung der Bauteile und die Konstruktionsdetails sind nicht nur für die Gebäudeaussteifung sondern auch für eine erdbebensichere

Anschluss bzw. nur schwer oder umständlich möglich ist, wurden spezielle Verbindungsmittel und Formteile für die Anschlüsse entwickelt und

Konstruktion von Bedeutung. Allen Holzbauten und damit auch den Systemen gemein ist die

zur Marktreife geführt.

Notwendigkeit, die Verankerung der Konstruktion auf der Unterkonstruktion genau zu planen und vor Ort zu kontrollieren. Manche Deckensys-

Bei den Leimverbindungen wird zwischen tragenden und nichttragenden Verbindungen unterschieden. Ihre Eignung und Befähigung müssen

teme, insbesondere der massiven Flächensysteme, können gegenüber den üblichen Holzbal-

die Hersteller der Holzbausysteme durch eine sogenannte „Bescheinigung für den Nachweis der

kendecken schwingungsanfälliger sein, da der Zuwachs an Steifigkeit größer als die Zunahme der Masse ist. Aus diesem Grund müssen beim

Eignung zum Kleben von tragenden Holzbauteilen“ (Leimgenehmigung) nachweisen. In den allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen der

Nachweis der Gebrauchstauglichkeit neben den Durchbiegungskriterien auch die Schwingungskri-

Produkte wird der geforderte Bescheinigungstyp explizit genannt. (z.B. Bescheinigung A, B oder C,

terien berücksichtigt werden. Die Neufassung der DIN 1052 empfiehlt daher (wie auch einige Systemhersteller) eine schärfere Beschränkung der

und Zertifikat einer anerkannten Stelle.) Der Klebstoff darf als geeignet angesehen werden, wenn es sich um ein geregeltes Bauprodukt nach DIN

Durchbiegung.

EN 301:1992-08 und DIN 68141 handelt. Ist dies nicht der Fall, ist der Nachweis der Eignung des

3 Verbindungsmittel Den Verbindungsmitteln kommt eine besondere

Klebstoffs für den vorgesehenen Anwendungsbereich z.B. über eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung zu erbringen. Eine Liste der nach

Bedeutung zu, da mit ihnen im optimalen Fall vor Ort mit wenigen Handgriffen dauerhafte Verbindungen herzustellen sind. Die verwendeten Ver-

DIN 68141 geprüften Leime wird bei der Forschungsund Materialprüfanstalt Baden-

bindungen und Verbindungsmittel müssen – wie Werkstoffe und Systeme – genormt oder durch

Württemberg (FMPA BW), Stuttgart, geführt.

Zulassung, Prüfzeugnis oder Zustimmung im Einzelfall geregelt sein. Die Mehrheit der nicht durch eine Norm abgesicherten Verbindungsmittel be-

4 Bauphysik Alle Bauweisen und –systeme müssen den ver-

sitzt eine bauaufsichtliche Zulassung (BAZ). Nicht alle Verbindungsmittel sind bei allen Systemen

Feuchteschutz, Schallschutz, Brandschutz und Holzschutz gerecht werden und lassen sich nur

zugelassen. Häufig findet man Beschränkungen

im gegenseitigen Abgleich optimieren.

schiedenen Anforderungen an Wärme- und

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HOLZBAUYSTEME UND BAUWEISEN

4.1 Wärme- und Feuchteschutz Ein sehr guter Wärmeschutz ist inzwischen

selbstverständlich geworden. Ein KFW40 Haus oder Passivhaus- Standard können durch moderne Holzgebäude problemlos erfüllt werden. Insbesondere der Holzrahmenbau, der auf dem Prinzip der Kombination von Trag- und Dämmfunktion beruht, hat den Vorteil, dass der Anteil des Wandvolumens, das mit Wärmedämmung gefüllt werden kann, vergleichsweise hoch ist. Durch die Vergrößerung der Dämmstoffdicken, (z.B. durch eine zusätzliche, gedämmte Installationsebene oder auf die äußere Beplankung angebrachten Holzweichfaserplatten) ist Niedrigener-

Bauteile werden dann durch Überlappen und Verkleben der Stöße luftdicht ausgebildet. Alternativ kann auch durch die Beplankung mit Plattenwerkstoffen mit luftdicht verklebten Stößen und Anschlussfugen die luftdichte Ebene ausgebildet werden. Um die innenseitige Luftdichtheitsschicht nicht durch dahinter verlegte Installationen zu beschädigen, ist die Anordnung einer Installationsebene sinnvoll. Die Winddichtheit auf der Außenseite wird vergleichbar mit der inneren luftdichten Ebene, durch Folien, Pappen bzw. Papieren oder luftdicht verklebten Plattenwerkstoffen ausgeführt.

gie bis Passivhaus-Standard mit U-Werten ≤ 0,1 W/m2K problemlos erreichbar. Zusätzlich kann eine außen liegende Dämmebene die Wärmeverluste im Bereich der Ständer reduzieren und für eine weitere Verbesserung der Dämmung sorgen. Auch die Anwendung von Regeldetails mit berechneten Wärmebrücken der einzelnen Systemhersteller vereinfacht die Planung und

Bei massiven Systemen erfüllt oftmals bereits die Tragstruktur gleichzeitig auch die Funktion einer luft- und einer winddichten Ebene. Insbesondere die Anschlussdetails sind jedoch auf ihre Luftdichtheit zu prüfen.

Ausführung nach der geltenden Norm.

Auch wenn Holzbauteile vor direktem Feuchteeinfluss geschützt sind, stellen sich infolge der

Voraussetzung für einen guten Wärme- und

jeweiligen Klimarandbedingungen unterschiedliche Ausgleichsfeuchten in den Bauteilen ein. Die-

Feuchteschutz ist eine luftdichte Gebäudehülle, d.h. Luftwechselraten von nL,50 ≤ 0,5 h-1 (nachgewiesen durch einen Blower-Door-Test), um den Feuchteeintrag in die Konstruktion durch Warmluftströmungen von innen nach außen zu verhindern, der durch Kondensation innerhalb der Wand zu schweren Schäden führen kann. Um Schäden durch unzulässige Feuchten im Bauteil weitestgehend zu verhindern, sollte zudem auf eine möglichst diffusionsoffene Bauweise geachtet werden, um so eine sommerliche Rücktrocknung des Bauteils zu ermöglichen: „So diffusi-

se beeinflussen die Beanspruchbarkeiten und die Dauerhaftigkeit der Konstruktionen. Daher wurden in den neuen europäischen und deutschen Normen Nutzungsklassen (NKL) eingeführt: - NKL 1 – 20°C, rel. LF 65 % -· NKL 2 – 20°C, rel. LF 85% (überdachtes, offenes Bauwerk) - NKL 3 – Klima führt zu höheren Feuchtegehalten als in NKL 2, z.B. bei direkt bewitterten Konstruktionen. Die Eignung der Systeme für die jeweilige Nutzungsklasse muss geprüft werden.

onsdicht wie nötig, so offen wie möglich!“ Im Holzrahmenbau wird üblicherweise auf der

4.2 Schallschutz Der Schallschutz von Holzbausystemen kann

Wandinnenseite eine durchgehende Luftdichtheitsschicht aus Folien, Pappen bzw. Papieren

durch die Wahl geeigneter Bauteilaufbauten und Detailausbildungen ein hohes Niveau erreichen

angeordnet. Die Anschlüsse an die angrenzenden

und dabei viele andere Bauweisen qualitativ über-

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ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HOLZBAUYSTEME UND BAUWEISEN

treffen. Die Anforderungen sind in DIN 4109: „Schallschutz im Hochbau“ enthalten.

i.d.R. auf einen vorbeugenden chemischen Holzschutz verzichtet werden.

Der Holzrahmenbau nutzt das Prinzip der Mehrschaligkeit, das durch den vielschichtigen Aufbau

4.4 Brandschutz Der Brandschutz ist der einzige Schutzbereich, für

mit verschiedenen Beplankungen, Aufbauten, abgehängten Unterdecken usw. gegeben ist. Durch die Kombination mit Dämmstoffen im

den die Bauordnungen der Länder neben den allgemeinen Forderungen des § 17 der Bauordnun-

Hohlraum und den Beplankungsstoffen mit unterschiedlicher Masse lassen sich die jeweiligen Schallschutzanforderungen erfüllen. Ein guter Schallschutz wird auch durch eine sorgfältige Konstruktion und Ausführung der Anschlüsse z.B. Wand- Deckenanschluss erreicht. Um eine Weiterleitung des Schalls über Nebenwege zu verhindern, müssen alle Anschlüsse schallentkoppelt ausgebildet werden. Um den Schallschutz von Wänden und Decken zu verbessern, besteht zudem die Möglichkeit, Plattenwerkstoffe auf spezielle Federschienen zu montieren. Zur Erfüllung der Schallschutzanforderungen stehen eine Vielzahl geprüfter Dach-, Wand- und Deckenaufbauten in etlichen Fachpublikationen zur Verfügung. Je nach gewähltem Bauteilaufbau sind die Schallschutzanforderungen im Wohnungsbau bis hin zu erhöhtem Schallschutz (DIN 4109) erfüllbar. 4.3 Holzschutz Der wesentlichste Bestandteil ist ein ausreichen-

der Feuchteschutz, der i.d.R. durch konstruktive Maßnahmen sichergestellt wird. Die Normenreihe der DIN 68 800 „Holzschutz“ stellt daher den baulich konstruktiven Holzschutz über den chemisch vorbeugenden Holzschutz. Bei ausreichenden baulichen Maßnahmen werden die Bauteile in die Gefährdungsklasse GK 0 eingeordnet und benötigen damit keinen vorbeugenden chemischen Holzschutz. Bei konsequenter Befolgung des baulichen Holzschutzes nach DIN 68 800-2 und Verwendung von trockenem Bauholz kann

gen detaillierte Anforderungen, z.B. für die Brennbarkeit der Baustoffe und den Feuerwiderstand der Bauteile, stellen. Im Holzbau können die Anforderungen durch Beplankungen mit Holz- oder Gipswerkstoffen oder durch eine Brandschutzbemessung der stabförmigen Bauteile erfüllt werden. Die Nachweise werden nach DIN 4102-4, entsprechend Prüfzeugnissen oder nach Eurocode 5, Teil 1-2 geführt. Abweichend davon gibt es zudem die Möglichkeit, durch die Erstellung eines Brandschutzkonzeptes die Anforderungen zu erfüllen. Dieses Konzept wird individuell auf die Anforderungen des Gebäudes abgestimmt und muss von der zuständigen Genehmigungsbehörde zur Durchführung genehmigt werden. Solche Konzepte sind Lösungsmöglichkeiten, um von der LBO und ihren dazugehörigen Vorschriften abzuweichen und dennoch die Forderungen des § 17 MBO zu erfüllen. Insbesondere für den Holzbau ergeben sich dadurch Potentiale, auch größere Projekte in Holz zu realisieren. Literatur [1] holzbau handbuch, Reihe 1, Teil 1, Folge 4,

„Holzbausysteme“, DGfH (2000)

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HOLZBAUYSTEME UND BAUWEISEN

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Mischbauweise

Ludger Dederich 1 Einleitung Beim Bauen werden seit Jahrtausenden aus äs-

thetischen wie technischen Gründen die unterschiedlichsten Materialien aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften kombiniert. Holz als einem der gebräuchlichsten Baustoffe kommt dabei – neben Lehm - immer eine wichtige Rolle zu. Anfangs gab es eher ein „Nebeneinander“, wenn etwa Wände aus Stein und Decken sowie Dächer aus Holz hergestellt werden. In der Folge wurde es immer häufiger ein „Miteinander“ unterschiedlicher Materialien innerhalb eines Bauteils wie beispielsweise beim Holz-Beton-Verbund.

Abb. 2: Kapelle der Versöhnung Berlin, Foto: HAF

Abb. 1: Fachwerkwandkonstruktion, Foto: HAF Grundsätzlich steht dabei im Vordergrund, verschiedene Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften so zu kombinieren, dass die jeweiligen Stärken genutzt und entsprechende Schwächen ausgeglichen werden. Die Eigenschaften ergänzen sich und bieten bei guter Planung funktionale, konstruktive sowie ökonomische Vorteile. Dies gilt sowohl für Bau- oder Gebäudeteile wie

Abb. 3: Neubau Seminargebäude Stift Ehresho-

für Verbundbauteile. Im Zuge dieser differenzierten Betrachtung werden die traditionellen Baustoffe der Menschheit wieder und offensiv mit-

oder metallischen Materialien sind in unterschied-

einander kombiniert. Mischbauweisen als Kombination von tragenden oder nicht tragenden Bauteilen aus Holz oder Holzwerkstoffen mit solchen aus mineralischen

ven, Foto: HAF

lichsten Formen möglich. Die häufigste Form, eine Kombination von Bauteilen aus mineralischen Baustoffen mit nichttragenden Elementen in Holzbauweise wird anschließend behandelt. Den Holzbauteilen kommt dabei im Wesentlichen die Funktion des Raumabschlusses nach außen zu,

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

während Baustoffe wie Mauerwerk, Beton oder Stahl als Wände, Decken und Stützen tragende und aussteifende Funktionen im Inneren des Ge-

gen nicht mehr entsprechen. Ein angemessener Wärmeschutz mit reduzierten Wärmebrücken ist teilweise technisch nur noch schwer herstellbar.

bäudes übernehmen. Diese Art der Aufgabenteilung ist bei Wohn- und Verwaltungsgebäuden

Hierin gründet ein wichtiger Grund dafür, dass sich Planer in den letzten Jahren vermehrt mit

bislang am häufigsten umgesetzt und birgt für die zukünftige Holzverwendung im Bauwesen ein nicht unwesentliches Potential, da an dieser Stelle

Mischbauweisen und ganz besonders mit dem Holzbau auseinander setzten, der einen optimalen Wärmeschutz im Hinblick auf die Gebäude-

von Gebäuden unmittelbar abweichend von der bislang vorherrschenden Praxis andere Bauweisen

hülle gewährleisten kann, zudem technisch und ökonomisch günstig zu realisieren ist. Letzteres

substituiert werden können. Daneben wird noch in aller Kürze auf das Prinzip

vor allem aufgrund des Umstandes, dass Außenbauteile in Holzbauweise gegenüber Bauteilen in Massivbauweise weniger dick sein können um

der Aufstockung eingegangen, da in diesem Zusammenhang zusätzlich zu rein technischen As-

den gleichen wärmeschutztechnischen Anforderungen zu genügen. Zudem sind Holzbauteile

pekten noch städtebauliche zu einer Entscheidung für die Umsetzung von Vorhaben in Mischbauweise sprechen.

leichter, was sich insbesondere bei ungünstigen Baugrundverhältnissen, aber ebenso im Zusammenhang mit der Montage positiv auf das Gesamtvorhaben auswirkt.

2 Entwicklung in Deutschland Seit den 1970er Jahren wurden die Anforderun-

gen an die thermische Qualität von Gebäuden – zunächst nur von Neubauten – deutlich erhöht. Die Wärmeschutzverordnung von 1977 wurde 1984 und nochmals 1995 mit deutlich verschärften Anforderungen an den Wärmeschutz der Gebäude-Außenhaut novelliert. Gleichzeitig setzen Bestrebungen ein, in so genannten Niedrigenergiehäusern einen gegenüber diesen Anforderungen noch weit verbesserten Wärmeschutzstandard insbesondere der Gebäudehülle zu realisieren – bis hin zum Passivhaus. Die Energieein-

Inzwischen sind Projekte in Mischbauweise als Wohn- und Verwaltungsbauten sowie Schulen erfolgreich realisiert worden. Sie dienen als Referenzen nicht nur in Hinblick auf hohe bauphysikalische Qualität, sondern auch auf ansprechende Architektur, rationelle Herstellung und wirtschaftlichen Betrieb. Dabei geht es nicht nur um die Kombination von Außenbauteilen in Holzbauweise mit massiven Tragstrukturen, sondern ebenso um Mischbauweisen, bei welchen die tragende Struktur aus Stahl- und aus Holzbauteilen besteht.

sparverordnungen der Jahre 2002 und 2007 erhöhten die Anforderungen gegenüber den vorangegangenen Wärmeschutzverordnungen nochmals, bis hin oberhalb von dem Niveau, das bis dahin als Niedrigenergiestandard bezeichnet worden war. Die immer weiter verschärften Anforderungen an den Wärmeschutz der Gebäudehülle führten dazu, dass viele der bis dahin üblichen Bauweisen von Außenwandkonstruktionen den Anforderun-

Abb. 4: Umweltbundesamt Dessau

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

3 Einsatzpotenziale Die Kombination leichter, hochwärmegedämmter

Außenwände mit speicherfähigen Innenwandkonstruktionen und Decken ist aus bauphysikalischer Sicht nahezu ideal. Die Außenwandkonstruktionen übernimmt die wärmeschutztechnische Funktion bei nahezu vollständiger Freiheit von Wärmebrücken, die mit vergleichsweise geringem Aufwand bis zum Passivhausstandard geführt werden kann. Die Innenbauteile aus Beton

zu. Das macht den Einsatz von Stahlbetondecken, tragenden und aussteifenden Innenwandkonstruktionen aus Mauerwerk und / oder Beton sinnvoll. Holz-Beton-Verbundbauteile werden bislang in nur geringem Umfang eingesetzt, was angesichts konstruktiver, herstellungstechnischer und bauphysikalischer Vorteile darauf zurückzuführen ist, dass es sich um eine relativ neue und weitgehend unbekannte Bauweise handelt.

oder Mauerwerk bedingen die Wärmespeicherung, die zu einem optimierten Raumklima beiträgt. Diese bauphysikalische Argumentation wird besonders bei den in der Schweiz realisierten Projekten betont. Holzbauteile - hier primär für die Gebäudehülle betrachtet - aber auch Innenwände und Decken unterschiedlicher Konstruktion, erlauben einen sehr hohen Grad industrieller Vorfertigung, die

Abb. 5: Vorbereitung für den Ortbeton einer

bis zur Montage oberflächenfertiger und komplett vorinstallierter Bauteile reicht. Damit kann

Holz-Beton-Verbunddeckenkonstruktion Foto: HAF

der Maßgabe kurzer Bauzeiten mit den daraus resultierenden wirtschaftlichen Vorteilen entsprochen werden.

Bereits deutlich mehr als 60 % der Projekte in Deutschland sind dem Bauen im Bestand zuzu-

In den Niederlanden wird z.B. bei der Errichtung von ein- bis dreigeschossigen Reihenhäusern die Mischbauweise in der Form eingesetzt, als dass das Kellergeschoss und die Gebäudeabschlusswände aus Mauerwerk und / oder Beton, die übrigen Bauteile jedoch in Holzbauweise errichtet werden. Die Geschossdecken können alternativ als Massivholzbauteile, Holz-Beton-Verbunddecken oder konventionelle Balkendecken hergestellt werden. Da die Umsetzungsquote dieses Konzeptes in Deutschland gering ist, liegen hier Marktchancen angesichts der bauphysikalischen und herstellungstechnischen, damit letztendlich bauzeitrelevanten Vorteile [1]. Beim Geschosswohnungsbau kommt zusätzlich zum Wärmeschutz dem Schallschutz Bedeutung

ordnen. Dieses Segment weist als einziges ein wachsendes Auftragsvolumen auf. Modernisierung, Erweiterung, Umnutzung oder auch Aufstockung und Nachverdichtung vorhandener Bausubstanz gewinnen wieder an Bedeutung – insbesondere, aber nicht nur an Gebäuden aus den 1960er und 1970er Jahren. Auch hier ist es möglich und sinnvoll, durch den Einsatz der Mischbauweise auf wirtschaftliche und nachhaltige Art die Gebäude in hoher Qualität dem heutigen Standard anzupassen oder auch, sie noch darüber hinaus zu qualifizieren. Das kann dadurch geschehen, dass ohnehin nicht tragende Außenwände demontiert und durch Holztafeln ersetzt werden. Es sind aber auch Aufstockungen und Anbauten in Mischbauweise möglich, sogar der Einsatz hochwärmegedämmter Holzelemente vor einer vorhandenen Außenwand.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

4 Formen der Mischbauweise

Abb. 6: Prinzipien der Mischbaukonstruktionen aus [4] 4.1 Geschossweise Mischung Traditionell bedienen sich die meisten Gebäude

im ländlichen Raum seit jeher der Mischbauweise mit einer geschossweisen Mischung der unterschiedlichen Bauweisen. Das Keller- und / oder das Erdgeschoss werden in massiver Bauweise errichtet, weitere Geschosse in Holzbauweise ausgeführt. Dabei spielt vor allem der Holzschutz eine wichtige Rolle. Die Anordnung der Holzbauteile oberhalb von Erdreich und Spritzwasserbereich ist die grundsätzliche Maßnahme im Sinne des baulichen Holzschutzes. Darüber hinaus führen bei modernen Holzbauten zudem funktionale oder technische Gründe zu geschossweise unterschiedlicher Bauweise. Aufstockungen von bestehenden Gebäuden sind typische Beispiele einer geschossweisen Mischung. Holzkonstruktionen sind auf Grund ihres geringen Eigengewichtes sowie der vorgefertigten Bauweise prädestiniert für die vertikale Erweiterung von Massivbauten. Sind hierfür die vorhandenen Tragreserven ausreichend, kann auf eine Verstärkung von lastabtragenden Bauteilen wie Stützen, Wänden oder Fundamenten verzichtet werden. Weit gespannte, massive Holzkonstruktionen können bei nicht tragfähigen Dachdecken die Lasten auf die tragfähigen Außenwände ableiten.

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Abb. 7: Aufstockung Siemens-Siedlung in Erlangen

Abb. 8: Waldhäuser in Berlin: Treppenhaus als

4.2 Sektionale Mischung Gebäudeabschnitte oder -teile können aus funk-

4.3 Trennung zwischen Tragstruktur und Gebäudehülle In mehrgeschossigen Konstruktionen der Misch-

tionalen, gestalterischen oder konstruktiv bedingten Gründen mit unterschiedlichen Bauweisen realisiert werden. Es ergeben sich Mischbauten mit vertikaler, horizontaler oder sektionaler Gliederung. Unterscheiden muss man zudem noch in entkoppelte und nicht entkoppelte Konstruktionen. Gebäudeteile aus jeweils unabhängigen Tragsystemen sind hinsichtlich Bauteilverhalten anders zu bewerten als gekoppelte Tragsysteme.

mineralischer Kern, Foto: HAF

bauweise ist die Mischung von mineralischer Tragstruktur mit tragender / aussteifender Funktion und einer nichttragenden Gebäudehülle sinnvoll – und zur Zeit in größerem Maßstab erprobt als reine mehrgeschossige Holzbauten. Umgesetzt werden kann diese Bauweise bei Skelettkonstruktionen sowie der Schottenbauweise aus Stahl oder Stahlbeton in Kombination mit Außenwandkonstruktionen in Holzbauweise.

Horizontale Gebäudeerweiterungen durch Anbauten mit Holzkonstruktionen an bestehende

Die Trennung von Tragstruktur und Gebäudehül-

massive Bauten sind typische Beispiele. Auch konstruktive Aspekte wie eine vertikale Gliede-

le ermöglicht bei der Gestaltung ein Höchstmaß an Gestaltungsfreiheit (Loch-, Bandfassade o.ä.).

rung des Gebäudes z.B. bei einer starken Hanglage führen zu einer sektionalen Mischung. Eine weitere Variante stellt die Kombination von tra-

Neben der vertikalen Lastabtragung zwischen den Geschossdecken ist auch die waagerechte

genden, hölzernen Gebäudeteilen mit massiven Kernkonstruktionen, welche zur Gebäudeaussteifung herangezogen werden können, dar.

Anordnung von Holzbauelementen möglich. Die vorgefertigten Wandelemente spannen horizontal und tragen ihre Last als Einfeld- oder Mehrfeldsysteme in Wandschotten oder Stützen ab. Die Anordnung bzw. Lastabtragung der Konstruktion für die Gebäudehülle kann wie folgt ausgeführt werden: - Vorgestellte Außenwand: durchgängige Anordnung der Elemente (vorgestellt oder vorgehängt) vor der Tragstruktur;

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

-

die Lastabtragung erfolgt entweder über eine eigene Gründung oder über eine geschossweise angeordnete Abfangkonstruktionen.

und Schalltrennung übernehmen. Eine übliche Mischung der Bauteile ist die Kombination von Mauerwerk- oder Stahlbetonbauten mit hölzer-

Eingestellte Außenwand: durchlaufende Fassade mit Anordnung einzel-

nen Dachtragwerken.

ner Elemente an der Außenkante der Tragstruktur bzw. in der Ebene der Stützen und Riegel einer Skelettkonstruktion;

4.5 Verbundbauteile 4.5.1 Materialkombination in einem Bauteil

die Lastabtragung erfolgt direkt auf die Ränder der Deckenkonstruktion oder vertikal über -

die Schotten. Zwischengestellte Außenwandelemente: Geschossweise Anordnung der Elemente hinter die Außenkante der Tragstruktur; die Lastabtragung erfolgt direkt in die Deckenkonstruktion.

bei losem Materialverbund Die Mischbauweise im Bereich eines Bauteiles er-

folgt durch Kombination verschiedener Materialien. Bei historischen Bauwerken erfolgte dies sowohl in Abhängigkeit der lokalen Rohstoffversorgung als auch auf Grund der damals regional typischen Konstruktionsweise von Holztragwerken. Als traditionelle Mischbauweise in diesem Sinne kann der historische Fachwerkbau sowie die Ausführung von Holzdecken mit mineralischer Schüttung betrachtet werden. Durch die Kombination der Baustoffe wird in der Regel eine Verbesserung der bauphysikalischen Eigenschaften des Gesamtbauteils angestrebt. 4.5.2 Kompositbauteile mit statisch wirksamem Verbund Im Sinne der Definition sind hybride Verbundde-

Abb. 9: Vorgestellte Außenwand am Beispiel Neue Burse in Wuppertal, Foto: HAF 4.4 Mischung von Bauteilen Bei einer bauteilbezogenen Mischbauweise kön-

nen unterschiedliche Bauteile z.B. Wände, Dächer und Decken aus Holz-, Stahl-, Beton- oder Mauerwerkskonstruktionen bestehen und im Gebäude je nach Anforderungsprofil unterschiedlich angeordnet sein. Dabei sind Holzbauten mit Stahlbetondecken durchaus üblich. Hinsichtlich von Brandwänden ist die Ausführung dieser in mineralischer Bauweise bislang noch üblich. Diese Brandwände unterteilen die Holzkonstruktionen in mehrere Brandabschnitte und können je nach Ausführung zudem Funktionen der Aussteifung

cken aus Holz mit mineralischen Deckschichten als Beispiel zu nennen. Die Kombination der Baustoffe ergibt eine deutliche Leistungssteigerung des Gesamtbauteils gegenüber den Einzelkomponenten. Im Bereich der flächigen Holzdeckenkonstruktionen wie z.B. Brettstapelelemente bietet sich durch das Aufbringen einer im Verbund wirkenden mineralischen Deckschicht eine Verbesserung der Brand-, und Schallschutzeigenschaften sowie gleichzeitig die Erhöhung der Tragfähigkeit an. Die Holz-Beton-Verbundbauweise ist im Verbund mit stabförmigen Holzbauteilen gerade zur konstruktiven wie auch bauphysikalischen Ertüchtigung von bestehenden Decken eine geeignete Konstruktionsweise.

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-

die Herstellung eines luft- und rauchgasdichten Anschlusses auf der Bauteilinnenseite sowie

-

die Berücksichtigung des unterschiedlichen Setzungsverhaltens der Bauteile [2]

besonders von Bedeutung.

Abb. 10: Muster eines Holz-Verbund-Deckenkonstruktion, Foto: Bauhaus-Universität Weimar Darüber hinaus sind hybride Dach- und Wandkonstruktionen z.B. mit PU-Schaumkern und Holzwerkstoff-Deckschichten im Handel, werden hier nicht weiter behandelt. 5 Ausführungsformen Nachfolgend werden die in der Prinzipskizze

(Abb. 11) dargestellten Anschlusspunkte im Detail erläutert. In Abhängigkeit von der Lage der nichttragenden Außenwandelemente lassen sich

Abb. 11: Anschlusspunkte in der Mischbauweise aus [4]

prinzipiell drei Varianten des Anschlusses an mineralische Tragstrukturen unterscheiden (Abschnitt 4.3)‚ Trennung zwischen Tragstruktur und

5.1 Vorgestellte Außenwand Bei der Anordnung der Elemente vor der Trag-

Gebäudehülle’). Neben diesen in der Praxis eindeutig überwiegenden Ausführungsdetails finden

struktur von Decken und Innenwänden sind drei Varianten zu unterscheiden. Die Außenwandele-

sich nachfolgend auch Hinweise zur Verbindung tragender Holzkonstruktionen mit tragenden mineralischen Strukturen.

mente können im Hinblick auf das statische System aufeinandergestellt, geschossweise abgefangen oder geschossübergreifend angeordnet werden.

Dabei sind

-

die Ausbildung einer funktionierenden Wetterschutzschicht, die Sicherstellung einer winddichten Außen-

-

hülle, die Vermeidung von Wärmebrücken,

konstruktion in den Fußpunkt und benötigen zur Stabilisierung und Weiterleitung der horizontalen Kräfte die Kopplung an die Stahlbetondecken.

die Gewährleistung des geforderten Schallschutzes,

Um den Eintrag fremder Vertikallasten z.B. aus Verformung des Deckenrandes infolge Nutzungs-

-

-

5.1.1 Aufeinander gestellte Wandelemente leiten ihr Eigengewicht innerhalb der Holzbau-

lasten, zu vermeiden, sind duktile Anschlüsse auszuführen. Vorteilhaft ist die Passgenauigkeit der

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

unmittelbar auf einander gestellten Elemente. Der Elementstoß kann so gestaltet sein, dass ein selbstzentrierender Formschluss die Montage ver-

ßere Dämmschicht bereits werksmäßig ohne zusätzliche Dehnungsfuge montiert werden. Unabhängig vom Konstruktionsraster der tragenden

einfacht. Große Toleranzen können nicht aufgenommen werden.

Abb. 13: Detail Geschoßstoß Vorgehängt aus [4] Abb. 12: Detail Geschoßstoß Aufeinander aus [4]

Struktur kann die Fassade über mehrere Geschos-

5.1.2 Außenwandelemente mit geschosswei-

se durchlaufen. In Abhängigkeit von der gewählten Elementgröße, die weniger durch die Gliederung der massiven Tragkonstruktion als vielmehr

ser Befestigung an den Decken Außenwandelemente mit geschossweiser Befes-

tigung an den Decken und vollständiger Einleitung ihrer Lasten in die Deckenkonstruktion bedingen einen höheren Montageaufwand. Größere Maßabweichungen der mineralischen Bauteile können jedoch leichter ausgeglichen werden. 5.1.3 Geschossübergreifende Bauteile Bei der Verwendung von Brettsperrholzkonstruk-

tionen können geschossübergreifende Bauteile von bis zu vier Geschossen ohne weiteres erstellt werden. Durch den abgesperrten Aufbau von Brettsperrholz ist im Vergleich zu aufeinander gesetzten Holzrahmenkonstruktionen vor allem bei mehrgeschossigen Elementen wesentlich geringere Setzungen zu erwarten. Daher kann eine äu-

durch die Transport- und Montagemöglichkeiten bestimmt wird, ist die Anzahl der Fugen und Durchdringungen der Außenhülle sehr gering. Dadurch reduziert sich die gesonderte Betrachtung von aufwändigen Anschlussdetails im Hinblick auf den Witterungsschutz sowie die Windund Luftdichtheit der Außenwand auf ein Minimum. Hinsichtlich des Schallschutzes sind geeignete Maßnahmen in Bezug auf die SchallLängsleitung über mehrere Räume einer Etage sowie auf die Schallausbreitung über mehrere Geschosse hinweg vorzusehen. In den meisten Fällen kann dies durch raumweise Anordnung von Vorsatzschalen bzw. gedämmten Installationsebenen erfolgen.

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Abb. 14: Detail Geschossübergreifende Elemente aus [4] 5.1.4 Eingestellte Außenwandelemente Eingestellte Außenwandelemente, so genannten

Abb. 15: Detail Durchlaufende Außenhaut und Dämmebene aus [4]

„In-fill-wall-panels“ [1], werden in die vorhandene Tragkonstruktion eingefügt. Sie tragen ihre Last vertikal direkt auf die Deckenkonstruktion oder bei horizontaler Lastabtragung (z.B. in

5.1.5 Durchlaufende Fassade und zwischen-

Schottenbauweise) über die massive Innenwandkonstruktion ab. Im wesentlichen unterscheidet

Dämmung wird vorwiegend bei Außenwänden in Holzrahmenbauweise eingesetzt, da hier Konstruktion und Dämmung in einer Ebene angeord-

man dabei drei Konstruktionsarten, gekennzeichnet durch die unterschiedliche Führung von Außenhaut und Dämmebene. Eine durchlaufende Führung von Außenhaut und Dämmebene wird vorwiegend bei Außenwandelementen aus Massivholzkonstruktionen verwendet. Das Wandelement wird zwischen den Deckenplatten angeordnet, so dass diese Wände ggfs. über diese Bauteile auch die Lastabtragung erfolgen kann. Dämmschicht und Fassade werden vollständig vor der Konstruktion angeordnet.

gestellte Dämmung Die durchlaufende Fassade und zwischengestellte

net sind. Die Wetterschutzschicht wird bei dieser Elementanordnung nicht durchbrochen, die Anzahl der Fugen in der Fassade ergibt sich in Abhängigkeit vom Konstruktionsraster. Der Wärmeschutz ist im Übergang von der Außenwand zur Decke oder Trennwand nur mit erhöhtem Aufwand auf ein Niveau zu heben, das dem der Holzelemente entspricht. Daher eignen sich Wärmedämmverbundsysteme oder Fassadensysteme mit gedämmter Tragkonstruktion am besten.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

Abb. 16: Detail Durchlaufende Fassade und zwi-

Abb. 17: Detail Durchlaufende Fassade und zwi-

schengestellte Dämmebene aus [4]

schengestellte Dämmebene Anschluss in gefälzten Deckenrand aus [4]

Zur Sicherstellung der Winddichtheit der Außenhülle sowie der Luftdichtheit der innenseitigen Dampfbremse werden nachträgliche Arbeiten erforderlich, die nach der Montage mehr oder weniger handwerklich ausgeführt werden und einer sorgfältigen Ausführung bedürfen. Vorgefertigte Wandtafeln mit oberflächenfertigen Innenseiten können mit vormontierten Montagezargen oder senkrechten Traversen montiert werden, die einen luftdichten Anschluss sowie einen Toleranzausgleich zulassen. Bei neu erstellten Tragstrukturen lassen sich die inneren Abschlussfugen durch profilierte Ausbildung der Bauteilaußenkanten, z.B. durch gefalzte Deckenränder, überdecken.

5.1.6 Zurückgesetzte Anordnung der Außenwandelemente Die zurückgesetzte Anordnung der Außenwand-

elemente gegenüber den tragenden Bauteilen kommt angesichts der offensichtlichen Nachteile nur in Sonderfällen zur Umsetzung, wie z.B. bei Laubengängen, Balkonen und bei Projekten, bei denen Geschosse über die darunter liegenden auskragen [3]. Diese Anordnung verlangt eine hohe Maßhaltigkeit der tragenden mineralischen Struktur. Zur Montage der Wandelemente werden größere Fugenbreiten z.B. zum Einkippen der Elemente und entsprechende aufwändige Anschlussarbeiten erforderlich.

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die zu erwartenden Verkehrslasten nicht aufnehmen, werden zusätzliche Deckenbauteile notwendig. Dazu bieten sich schlanke Lösungen in Holzmassivbauweise an. 6 Fazit Angesichts der Tatsache, dass bereits in einem

Teil der zurückliegend novellierten Landesbauordnungen bis zur Hochhausgrenze nichttragende Außenwandbauteile nur der Feuerwiderstandsdauer F30-B genügen mussten (z.B. NRW) ist nichtnachvollziehbar, dass das Bewusstsein innerhalb der Holzbaubranche hinsichtlich der Möglichkeiten erst nach der Realisierung des Neubaus des Umweltbundesamtes in Dessau einAbb. 18: Detail Zurückgesetzte Anordnung [4]

setzte. Dabei hatten bereits die Sanierungen der Neuen Burse in Wuppertal bzw. des Bürogebäu-

5.1.7

des Leipziger Straße in Erfurt die Leistungsfähigkeit des zeitgenössischen Holzbaus im Allgemeinen und der Mischbauweise im Besonderen zwar

Aufgestellte

Außenwandkonstruk-

tionen Das Prinzip der aufgestellten Außenwandkon-

struktionen wird bei Sockeln, Kellern oder Sockelgeschosse mit entsprechenden Anschlüssen an die massive Decke bzw. Außenwand verwendet. Die gleiche Anschlusssituation ergibt sich für Aufstockungen. Diese sind als eigenständige Bauwerke standsicher mit dem Bestand zu verbinden. Alle Wandbauteile sind dabei im Gegensatz zu den bisher betrachteten Elementen zwangsläufig tragende Konstruktionen. In der Regel verspringt bei Aufstockungen die Lage der Dämmebene zu der, der bestehenden

nicht spektakulär, aber eindrücklich und richtungsweisend veranschaulicht [4]. Beide Projekte weisen zudem auf ein Potential hin, dass hinsichtlich der Verwendungsmöglichkeiten des Holzbaus in seinem wie auch immer gearteten Umfang aktuell nur schwer einzuschätzen ist. Selbstverständlich sind die genannten Marktchancen auch im Zusammenhang mit der Entwicklung des Baumarktes insgesamt zu sehen. Dennoch kann man annehmen, dass der Einsatz dieser Bauweise in den genannten Segmenten weiter

Wände des Bestands. Dieser besitzt üblicherweise zur energetischen Verbesserung bereits ein Wär-

wachsen wird. Dies gilt angesichts zunehmender Anforderungen insbesondere an die bauphysikalischen Eigenschaften der Gebäude – an erster

medämmverbundsystem, dessen Aufbau einen Fassadenversatz zur Aufstockung bedingt.

Stelle sind immer wieder das Raumklima und der geringe Energiebedarf zu nennen – sowie dem

Für die Aufstockung von bestehenden Gebäuden bieten sich Holzkonstruktionen auf Grund ihres

Erfordernis einer rationellen Erstellung von Bauwerken. Diese Annahme wird auch gestützt durch die positiven Erfahrungen, wie sie bei-

geringen Eigengewichtes neben der Verwendung für die Außenwand auch für weitere Bauteile an. Kann die oberste Decke des Gebäudebestandes

spielsweise in Schweden, Finnland und in den Niederlanden in den vergangenen Jahrzehnten gemacht werden konnten. Der Anteil der Misch-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME MISCHBAUWEISE

bauweise am gesamten Wohnungsbau beträgt derzeit in den skandinavischen Ländern deutlich über 80 %, während er in Deutschland noch

„Lufthoheit“ zu übernehmen und planerische wie konstruktive Lösungen anzubieten.

nicht einmal die Einprozent-Marke erreicht hat.

Dies hängt zusammen mit den Projektstrukturen bei insbesondere größeren Bauvorhaben, bei de-

Leichtbaukonstruktionen in der Verwendung von Gebäudehüllen erlauben perspektivisch, Bestandsgebäude mit einfachen Mitteln weiter zu-

nen die Mischbauweise zur Umsetzung kommen kann. Diese werden von Unternehmen der Bauindustrie als Generalüber- oder -unternehmen

kunftstauglich zu machen: Ändern sich die Anforderungen an Außenwandbauteile, so können die-

umgesetzt. Die Holzbaukompetenz wird als Nachunternehmer eingebunden, wobei die Holz-

se ohne großen Aufwand demontiert (in der Regel gerüstfrei) und in ihre Einzelkomponenten zerlegt weiter verwendet werden während

bauunternehmen erheblich Vorbehalte gegenüber den Unternehmen der Bauindustrie hegen, ist deren Agieren von dem Bestreben geprägt,

gleichzeitig das Gebäude eine neue Hülle erhält, die an den dann geltenden Anforderungen orien-

Verantwortlichkeiten und Risiken umfänglich auf die Nachunternehmen abzuwälzen. Letzteren

tiert ist.

fehlt zudem die interdisziplinäre Aufstellung, den u.a. juristischen Kompetenzen innerhalb der Unternehmen der Bauindustrie begegnen zu kön-

Dazu bedarf es aber noch intensiver Anstrengungen, die vorhandenen Kompetenzen auf Seiten der ausführenden Unternehmen auszubauen.

nen.

Zurzeit sind nur wenige Unternehmen der Holzbaubranche bereit und in der Lage entsprechende Projekte umzusetzen

Quellen [1] Eriksson, P.-E., “Wood components in steel

Bedingt ist diese Situation im Wesentlichen durch einen technischen und einen formal-strukturellen Aspekt: Den Holzbauunternehmen fehlt die Erfahrung im Umgang mit den Schnittstellen der Bauweisen und insbesondere die Qualifikation, die notwendigen Maßnahmen zur Bewältigung der Konsequenzen aus den üblichen Maßabweichungen der mineralischen Rohbaustrukturen. Nur wenige Unternehmen gehen mit dem Thema in der Form um, als dass sie den übrigen am Projekt Beteiligten anbieten, zu den entsprechenden Punkte die

and concrete buildings – In-fill exterior wall panels”. Studie, erstellt für den Nordic Timber Council, Stockholm 2003 [2] Teibinger, M., Edl, T., „Holz-Mischbau im urbanen Hochbau“, Detailkatalog, HFASchriftenreihe, Wien 2005 [3] Bredenbals, B., Hullmann, H., „Holztafelbauweise im mehrgeschossigen Wohnungsbau“, Bauforschung für die Praxis, Stuttgart 1996 et al [4] Hullmann, H., Rautenstrauch, K. et al., INFORMATIONSDIENST HOLZ „Holzkonstruktionen in Mischbauweise“, R1 T1 F5, Bonn 2006

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13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Eigenschaften von Leichtbauweisen

Karsten Tichelmann 1 Leichtbausysteme Die Betrachtung natürlicher Gebilde und die Be-

trachtung hochleistungsfähiger technischer Konstruktionen zeigen eine Gemeinsamkeit: Die Sparsamkeit in der Verwendung der Mittel und die Optimierung des Gesamtsystems auf die Aufgabenstellung.

und Wechselwirkungen – ein oft schwieriges und bis heute im Holzbau in weiten Teilen unbeantwortetes Problem. Zweitens kann aus diesem Grunde ein System als eine Ganzheit mit „eigenartigen“ Eigenschaften bezeichnet werden, welches auf äußere und innere Einflüsse in seiner Eigenart reagiert. Drittens ist der Begriff des Systems in Beziehung zu höheren Einheiten mit denen der Ordnung oder Organisation von Teilen nahe verwandt. Die fortschreitende Entwicklung in der Leichtbautechnik des Holzbaus hat zu komplexen Systemen geführt. Aus funktionstechnischen Gründen ist in diesen Systemen oft eine Addition von Materialschichten mit unterschiedlichen mechanischen und bauphysikalischen Eigenschaften erforderlich. Den einzelnen Komponenten multifunktio-

Abb. 1: Faltstruktur Palmenblatt In modernen Leichtbauweisen wie dem Holzbau überlagern sich synergetisch die Prinzipien des Materialleichtbaus, des Strukturleichtbaus und des Systemleichtbaus. Die zielgerichtete Anwen-

nale Aufgaben zuzuweisen, ist eine ingenieurtechnische Zielsetzung zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit dieser „hybriden Systeme“. Ein komplexes System besteht demnach aus trivialen Systemen. Bei einem bestimmten „Muster“

dung erzeugt im mechanischen und bauphysikalischen Verhalten hochleistungsfähige Systeme. Dabei kommt dem Systembegriff eine besondere Bedeutung zu. „Ein System ist im mathematischen Sinn eine Menge von Elementen, zwischen denen Wechselbeziehungen bestehen. Diese Wechselbeziehungen sind im Leichtbau bevorzugt synergetisch.“ Diese allgemeine Definition, die auch auf alle “Systeme“ im Holzbau zutrifft, macht auf wichtige Probleme von Systemen aufmerksam. Erstens ist es erforderlich, zur Erkenntnis eines so genannten Systems nicht nur dessen einzelnen Bezug zu den Elementen zu kennen, sondern auch die zwischen ihnen bestehenden Beziehungen

Abb. 2: Straußenoberschenkel

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME EIGENSCHAFTEN VON LEICHTBAUWEISEN

(konstantes Verhalten) eines komplexen Systems ist oftmals eine eindeutige Aussage über das globale Verhalten vorhersagbar. Jedoch kann daraus nicht geschlossen werden, unter welchen Bedingungen dieses Muster (Verhalten) in Holzbausystemen weiter existiert, vor allem dann nicht, wenn Einfluss von außen auf einzelne Elemente (Variablen) genommen wird. Bei klassischen HolzLeichtbaussystemen liegt damit ein Problem der so genannten „doppelten Dynamik“ vor, d.h. die Varianz eines einzelnen Elementes verändert die Beziehung zu den benachbarten Elementen und nimmt gleichzeitig Einfluss auf das globale Sys-

2 Materialleichtbau Unter Materialleichtbau versteht man die Ver-

wendung von Baustoffen mit niedrigem spezifischem Gewicht. Präziser fassend muss man das niedrige spezifische Gewicht in das Verhältnis zur Beanspruchbarkeit des Baustoffs setzen. Der bekannteste derartige Verhältniswert ist die „Reißlänge“, (auch Reißfestigkeit) also diejenige Länge, unter der ein hängendes Bauteil unter seiner Eigengewichtsbelastung „reißt“. Tab. 1: Reißlängen einiger wichtiger Bau- und Leichtbauwerkstoffe

temverhalten. Je differenzierter jedes einzelne Element reagiert, beispielsweise ein Baustoff in einer Holz-Leichtbaukonstruktion, umso komplexer wird das globale Systemverhalten dieser Konstruktion. Aus diesen Gründen ist es sinnvoller, nicht von komplexen Systemen, sondern vom komplexen Verhalten eines Systems zu sprechen. Wand-, Dach- und Deckenscheiben in Holzbauweise sind bevorzugt Leichtbausysteme, deren einheitliches Merkmal die optimierte Zuordnung von Werkstoffen darstellt. Plattenbekleidungen übernehmen in diesen Konstruktionen vorrangig raumabschließende, brandschutztechnische, bauakustische und klimaregulierende Funktionen.

Die Reißlänge ist definiert durch das Verhältnis

Die Konstruktion und die Fügung von Bauteilen

und Erdbeschleunigung g. Die Länge wird meist in Kilometer angegeben. Die Reißlänge ist unabhängig von der Querschnittsfläche, da nicht nur

in Holzleichtbauweisen ist relativ einfach, ihr Trag- und Funktionsverhalten und die Reaktion bei statischer, dynamischer und klimatischer Be-

von Zugfestigkeit Ru zum Produkt aus Dichte ρ

die Festigkeit linear mit der Querschnittsfläche wächst, sondern auch die Masse. Sie ist eine cha-

anspruchung allerdings sehr komplex. Damit verbunden ist die Lösung eines Optimierungsprob-

rakteristische Materialeigenschaft und ein anschaulicher Wert.

lems unter Vorlage einer Reihe von Restriktionen, welche gleichzeitig eine Vielzahl von Fragestellungen aufwirft.

3 Strukturleichtbau Geht man von der Ebene der Baustoffe zu der

Zur gezielten Entwicklung von Holz-Leichtbausystemen sind die sich synergetisch überlagernden Prinzipien des Materialleichtbaus, des Strukturleichtbaus und des Systemleichtbaus erforderlich.

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Ebene der Bauteile über, so stellt hier der Strukturleichtbau die Aufgabe, eine gegebene Belastung mit einem Minimum an Eigengewicht der Konstruktion abzutragen. In erster Linie wird eine möglichst gleichmäßige Ausnutzung des Materi-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME EIGENSCHAFTEN VON LEICHTBAUWEISEN

alvolumens angestrebt. So werden z.B. biegebeanspruchte Bauteile durch Verbund- und Sandwichsysteme oder Fachwerke ersetzt. Dies lässt

dabei werden "funktionaler Raumabschluss" und Tragwerk bei niedrigem Eigengewicht vereint.

sich auch auf andere Formen der Beanspruchung übertragen, z.B. Minimierung des Eigengewichtes bei gegebenen Schalldämmeigenschaften.

Abb. 3: Erhöhung der Biegetragfähigkeit eines Blatt Papiers mit einem Flächengewicht von 70 /m2 durch die Veränderung der Form. Im Hinblick auf das Tragwerk entwickelt sich die Konstruktion aus dem sogenannten "Formbestimmenden Lastfall". Der Wahl des formbestimmenden Lastfalls fällt grundlegende Bedeutung zu. Im Bereich der massiven Konstruktionen,

Abb. 4: Biosphere in Montreal

wie z.B. dem Stahlbeton, ist der Lastfall Eigengewicht als dominanter Lastfall zugrunde zu legen. Gerade im Leichtbau entfällt jedoch häufig die

5 Geringes Eigenwicht Leicht zu bauen ist Voraussetzung bei Konstruk-

dominierende Wirkung des Lastfalls Eigengewicht – dies gilt nicht nur für das Tragwerk sondern

tionen, die große Spannweiten zu überbrücken haben, die große Höhen erreichen sollen oder bei

auch die Gewichtsminimierung rein bauphysikalisch funktionaler Strukturen.

dem eine dynamische Anregung des Eigengewichts zu dem bestimmenden Lastfall werden

4 Systemleichtbau Unter Systemleichtbau versteht man das Prinzip,

kann (z.B. Erdbebenbeanspruchung). Bei den im Bauwesen alltäglicheren Dimensionen sowie den Konstruktionen kleiner Abmessungen bedeutet

in einem Bauteil neben der lastabtragenden Funktion auch noch andere technische Funktio-

der Einsatz von Leichtbauweisen zunächst eine Ersparnis an eingesetzter Masse, was zumeist mit

nen, wie z.B. Raumabschluss, Wärmedämmung, Schalldämmung, Feuerwiderstand etc., zu verei-

einer Ersparnis an eingesetzter Energie einhergeht. Beiden Gesichtspunkten wurde bisher keine hohe Bedeutung zugewiesen. Dies wird sich im

nigen. Ein derartiges Prinzip wird im Bauwesen schon immer unausgesprochen und selbstverständlich für eine Reihe von Bauteilen angewendet: Decken und Wände im Holzbau sind klassische multifunktionale Konstruktionselemente. Der Systemleichtbau wird im Holzbau umgesetzt,

Rahmen der immer wichtiger werdenden ökonomischen und ökologischen Gesamtbilanzierungen ändern. Hierdurch wird auch das Entwerfen und Konstruieren von Bauwerken beeinflusst werden.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME EIGENSCHAFTEN VON LEICHTBAUWEISEN

Tab. 2 zeigt den Unterschied des Eigengewichts von Deckenbauarten in Holz- und Massivbauweise für ein Wohngebäude. Dabei werden gleiche

von über 500 kg/m² gebaut, also dem 2,5-fachen der aufzunehmenden Last.

zu überbrückbare Spannweiten l = 5,20 und gleiche Verkehrslasten von 2,00 kN/m² zugrunde ge-

Geht man weiterhin von einem Einfeld-System der Decken aus, so ergeben sich die Linienlasten

legt. Das Deckensystem in Holzbauweise erfüllt die

für die Vertikallast ableitenden Bauteile, wie ein Unterzug oder eine Wand als Auflager für die der Decke, in der Höhe von 18,6 kN/m (ca. 1,86 t/m).

Anforderungen mit nur 16 % des Eigengewichtes gegenüber dem Eigengewicht einer Decke in

Für das Deckensystem in Leichtbauweise betragen diese Auflagerlasten nur 7,4 kN/m (ca.

Massivbauweise. Betrachtet man das Verhältnis des Eigengewichts zur Gesamtbeanspruchung der Decke (g + p), die für die Bemessung maßge-

0,74 t/m). Hier wird die Sinnhaftigkeit von Leichtbauweisen deutlich. Mit größeren Spannweiten wird dieses Verhältnis für massive Stahlbetonde-

bende Größe, so werden bei der Decke in Stahlbeton bereits 72% der Bemessungstragfähigkeit

ckensysteme immer ungünstiger. In mehrgeschossigen Gebäuden summieren sich diese Las-

durch das Eigengewicht aufgezehrt. Um eine Verkehrslast von ca. 200 kg/m² zu tragen wird im Massivbau ein Bauteil mit einem Eigengewicht

ten auf und führen zu immer höheren Masseneinsätzen bei den lastableitenden Bauteilen.

Tab 2: Vergleich des Eigengewichts von Deckenkonstruktionen in verschiedenen Bauweisen

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSTAPEL

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Brettstapel (BST)

Peter Mestek, Stefan Winter

Brettstapel-, Brettsperrholz- und Verbundkonstruktionen ermöglichen den Einsatz von flächigen Tragstrukturen im modernen Holzbau. Die genannten Elemente sind in tragender und aussteifender Funktion einsetzbar, wodurch sich ein breites Anwendungsspektrum eröffnet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens [1] wurden bestehende Vorgehensweisen wie auch vorhandene Berechnungsansätze bewertet und überprüft und so eine systematische Zusammenstellung der derzeit gültigen Berechnungs- und Bemessungsverfahren für die oben aufgeführten Bauweisen erarbeitet.

Eine weitere Steigerung der Akzeptanz erfuhr diese Bauweise bei Bauherren, Tragwerksplanern und Architekten durch die Gründung der Gütegemeinschaft Brettstapel – Dübelholzhersteller e.V. im Jahre 2001. Die Güte- und Prüfbestimmungen regeln vor allem die Qualitätsanforderung von Materialien und Herstellung sowie die Maßtoleranzen. Zusätzlich enthalten sie Angaben zur werkseigenen Produktionskontrolle Fremdüberwachung.

und

2 Herstellung Für die Herstellung werden technisch getrocknete

Bretter verwendet, die zumindest egalisiert und je nach Anforderung sägerauh, gehobelt oder für spezielle Sichtoberflächen entsprechend profiliert sind. In der Regel handelt es sich um Lamellen aus Fichtenholz, die aus der anfallenden Seitenware bei der Herstellung von Schichtholz gewonnen werden.

Abb. 1: Deckenuntersicht [Foto: Frank Lattke] 1 Allgemeines zur Brettstapelbauweise Die Brettstapelbauweise zählt zur Massivholzbau-

weise. Durch unterschiedliche Verbindungstechniken werden aus einzelnen hochkant nebeneinander gestellten Brettlamellen flächige, massive Bauteile hergestellt. Nach ersten Entwicklungen in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts wurde die Brettstapelbauweise vor allem in der Schweiz in den 80er Jahren wiederbelebt [2]. Intensivierte Forschungsarbeiten sowie entscheidende Weiterentwicklungen in der Fertigungstechnik, zum Beispiel die in Betriebnahme der ersten industriellen Fertigungsanlage im Jahre 1996, etablierten seither die Brettstapelbauweise. Dies spiegelt sich in der Menge der realisierten Bauvorhaben wider.

Abb. 2: Profilarten [3] Die Verbindung der hochkant nebeneinander gestellten Lamellen erfolgt mittlerweile fast ausschließlich auf computergesteuerten Fertigungsanlagen. Um eine kontinuierliche Verbindung der einzelnen Lamellen zu erhalten, kommen im Wesentlichen folgende Verbindungsmittel zum Einsatz:

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSTAPEL

-

stiftförmige Verbindungsmittel (Nägel, Schrauben, Klammern) Hartholzdübel

diese Anforderungen. Genagelte und gedübelte Ausführungen erfordern bei sehr hohen Beanspruchungen zusätzliche Beplankungen mit Holz-

-

Kleber

werkstoffplatten, um aussteifende Funktionen übernehmen zu können.

-

Bei der Herstellung der gedübelten Elemente, auch Dübelholz genannt, werden die zu Elementstapeln fixierten Bretter zunächst vorgebohrt. An-

Ihr Einsatz ist auch als nichttragendes Element möglich. Alle Anwendungen sind sowohl in In-

schließend werden getrocknete Hartholzdübel, in der Regel Buchendübel mit einem Durchmesser

dustrie- als auch in Sichtqualität ausführbar.

von 20 mm und einer maximalen Holzfeuchte von ca. 8%, in die Bohrungen eingetrieben. Der sich einstellende Feuchteausgleich erzeugt eine

Wirtschaftliche Gründe sprechen dafür, die Brettstapelbauweise vor allem bei rechtwinkligen Grundrissen zu verwenden. Abweichungen bei

Klemmwirkung zwischen den Dübeln und den Lamellen. Die Anordnung der Dübel erfolgt in der

Sonderformen sind jedoch denkbar. Für weit gespannte Deckenelemente empfiehlt es sich Ver-

Regel analog zu den zuvor gezeigten Nagelbildern. Abweichend ist auch eine einreihige Ausführung möglich.

bundlösungen einzusetzen. 4 Berechnung und Bemessung Im Grenzzustand der Tragfähigkeit sind für Brett-

stapelelemente unter Gleichlast in Haupttragrichtung die Spannungsnachweise für die Brettlamellen zu führen. Die Lamellen können einzeln als linienförmiges Bauteil bzw. als Plattenstreifen bemessen werden. Der Nachweis von Einzellasten kann vereinfacht unter Verwendung einer mitAbb. 3: Genageltes und gedübelte Brettstapelelemente [3]

wirkenden Breite bw,middle, wie sie sich aus dem Ansatz eines Lastausbreitungswinkels ergibt, geführt werden. Für eine wirtschaftlichere Bemes-

Die geklebten Elemente sind auch als „liegende

sung empfehlen sich Trägerrostberechnungen. In der Regel sind unter Plattenbeanspruchung die

Brettschichtholzträger“ bekannt, da ihre Herstellung der von Brettschichtholzträgern entspricht. 3 Anwendungsmöglichkeiten Brettstapelelemente können als tragende Dach-,

Decken- und Wandelemente in Wohn, Schul-, Industriebauten und vergleichbaren Bauvorhaben eingesetzt werden. Übernehmen die Bauteile aussteifende Funktionen, so ist im Einzelfall abzuwägen, ob allein durch die verwendete Verbindungsart ausreichende Scheibensteifigkeit erreicht werden kann. Geklebte Brettstapelelemente erfüllen bei entsprechender Fugenausbildung zwischen den einzelnen Elementen in der Regel

Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit für die Bemessung maßgebend. Systemsteifigkeiten für die rechnerische Modellierung des Tragverhaltens von BST-Elementen sind in Tabelle F.22 der DIN 1052:2004-08 enthalten. Demnach wird bei genagelten Elementen keine Biegesteifigkeit in Querrichtung angesetzt. Die Biege- und Schubfestigkeiten dürfen in Abhängigkeit der Anzahl der mitwirkenden Lamellen um den Systembeiwert kl erhöht werden. Vergleichsrechnungen zeigen, dass in der Regel fol-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSTAPEL

gende Systembeiwerte verwendet werden können: - kl=1,10 für nachgiebig verbundene Ele-

muss eine kontinuierliche Lastverteilung in Querrichtung gewährleistet sein. Für die kraftschlüssige Ausbildung zwischen den

für verklebte und vorgespannte

Koppelfugen stehen verschiedene Varianten zur Verfügung. Exemplarisch sind in Abb. 3 Verbin-

Aufgrund einseitiger Lastausbreitung sind für

dungstypen dargestellt. Die Verbindung mittels gekreuzter Vollgewindeschrauben stellt sicherlich eine der einfachsten Ausführungsvarianten dar

Elemente, die im Randbereich durch Einzellasten beansprucht werden, die Systembeiwerte geson-

(a)). Zudem können sowohl vertikale Lasten aus der Plattenbeanspruchung als auch horizontale

dert zu bestimmen. Für Decken ohne ausreichende Querverteilung

Lasten aus der Scheibenbeanspruchung übertragen werden. Eine Kombination mit Falz- bzw. Federsystemen zur Sicherstellung der Scheiben-

gelten nach Tabelle 1 der DIN 1055-3:2006-03 erhöhte Nutzlasten. Zusätzlich ist für alle Nut-

tragwirkung ist denkbar. Die Federsysteme, beispielsweise aus Furniersperrholz, sind zur horizon-

zungskategorien der Nachweis der örtlichen Mindesttragfähigkeit unter einer Einzellast Qk zu führen. Ein aus der Literatur abgeleitetes Kriterium

talen Lagesicherung entweder mittels Lochblechen (c)) oder Holzwerkstoffplatten (d)) zu verbinden.

-

mente kl=1,20 Elemente

zeigt, dass nachgiebig miteinander verbundene BST-Elemente keine ausreichende Querverteilung aufweisen [1]. Somit gilt für Decken in Wohnund Aufenthaltsräumen aus -

-

nachgiebig verbundenen BST: qk=2,0 kN/m2 Flächenlast Qk=1,0 kN Einzellast geklebten/vorgespannten BST: 2

qk=1,5 kN/m

Abb. 4: Varianten der Fugenausbildung

Flächenlast

4.1 Koppelfugen Aus Transportgründen werden Brettstapeldecken

vorelementiert auf die Baustelle geliefert. Dort müssen die einzeln verlegten Elemente zu Decken der erforderlichen Breite zusammengefügt werden. Um Deckenscheiben für die Gebäudeaussteifung zu erhalten, sind die Elementfugen kraftschlüssig auszubilden. Auch senkrecht zur Elementebene muss die Koppelfuge in der Lage sein, Kräfte zu übertragen. Dies ist notwendig, um bei ungleichmäßig verteilten Deckenlasten Versätze zwischen den Elementen zu vermeiden. Auch für den Ansatz des Systembeiwertes kl

Abb. 5 und 6: Montage von Brettstapeldecken, Koppelfugen [Fotos: Max Merk] 4.2 Streichlasten bei Lamellen-paralleler Randlagerung und Fugenbeanspruchung Obwohl die Lastabtragung in Haupttragrichtung

erfolgt, erhalten Randlager parallel zu den Lamellen Streichlasten. Diese wie auch die aus der Randlagerung resultierenden Beanspruchungen der Deckenelemente in Querrichtung können über das Ersatzsystem eines einseitig unendlich

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSTAPEL

langen, elastisch gebetteten Trägers abgeschätzt werden [1]. Das Ersatzsystem wird ebenfalls für die Bestimmung der Beanspruchung der Elementfugen unter Teilflächenbelastung verwendet.

steifende Wandscheiben mit Holzwerkstoffplatten beplankt werden. 4.6 Deckenscheiben Werden Deckenscheiben parallel zur Lamellen-

richtung beansprucht, so sind zur Aufnahme der 4.3 Öffnungen Aufgrund der geringen Steifigkeiten in Lamellen-

aus dem Biegemoment resultierenden Gurtkraft an den Stirnseiten der Lamellen Randschwellen

querrichtung müssen Öffnungen durch entsprechende Konstruktionen abgefangen und nachgewiesen werden. In gering beanspruchten Be-

notwendig. Bei Beanspruchungen senkrecht zu den Lamellen sind diese nicht zwingend erforderlich, sie dienen jedoch zur kontinuierlichen Über-

reichen sind bei Installationsöffnungen bis zu einer Größe von ca. 0,2 m konstruktive Verstär-

tragung der Lasten an aussteifende Wände. Die Durchbiegung der Deckenscheiben kann verein-

kungen mit Vollgewindeschrauben ausreichend.

facht aus der Schubverformung ermittelt werden. Es empfiehlt sich die Verformung auf l/1000 zu begrenzen. Stoßfugen zwischen den einzelnen

4.4 Lamellenstöße Die Verwendung stumpfer Lamellenstöße ist ge-

nerell zu vermeiden, da diese die Tragfähigkeit und Steifigkeit der Deckenelemente deutlich verringern. Verstärkte Nagelungen im Stoßbereich gewährleisten zwar eine Umlagerung der Beanspruchungen, ihr Einfluss auf die wirksame Biegesteifigkeit ist jedoch vernachlässigbar gering. Sind aufgrund großer Spannweiten Stöße erforderlich, so empfiehlt sich die Herstellung der BST-Elemente aus keilgezinkten Lamellensträngen. 4.5 Wandscheiben Für Wandelemente unter vertikaler Beanspru-

chung sind Stabilitätsuntersuchungen durchzuführen. In der Regel ist dabei der Knicknachweis senkrecht zur Elementebene maßgebend. Eine Ausnahme bilden schmale Wandstützen. Diese sind auch auf Knicken in der Elementebene unter Berücksichtigung der Systemschubsteifigkeit nachzuweisen. Die DIN 1052: 2004-08 fordert im Grenzzustand der Tragfähigkeit die horizontale Verformung uy,d am Wandkopf von aussteifenden Wandscheiben auf uy,d ≤ h/100 zu begrenzen. Aus Gründen der Gebrauchstauglichkeit empfiehlt sich zusätzlich eine Begrenzung der Verschiebung uy,k auf h/500. Zur Erhöhung der Steifigkeit können aus-

Deckenelementen sind derart auszuführen, dass der Schubfluss übertragen wird. Dies kann beispielsweise über gekreuzte Schraubenpaare, verschraubte Überfälzungen oder Beplankungen mit Holzwerkstoffplatten erfolgen. 5 Zusammenfassung und Ausblick Gerade der Einsatz gedübelter Brettstapelelemen-

te erfreut sich aufgrund ökologischer Gesichtspunkte immer größerer Beliebtheit bei Architekten, Tragwerksplanern und Bauherren. Allerdings liegen in der DIN 1052: 2004-08 für diese Bauweise keine Angaben zu Systemsteifigkeiten vor. Unter Plattenbeanspruchung können die Elemente als einachsig gespannt betrachtet werden. Hinsichtlich der Ermittlung von Streichlast oder der Tragfähigkeit in Öffnungsbereichen ist jedoch das Tragverhalten in Querrichtung und damit die Biege- und Schubsteifigkeit quer zu den Lamellen von entscheidender Bedeutung. Auch für die Verwendung gedübelter Brettstapelelemente in aussteifenden Wandscheiben sind dringend Erkenntnisse zur ansetzbaren Schubsteifigkeit in der Elementebene erforderlich.

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSTAPEL

Quellen [1] Winter, S.; Kreuzinger, H.; Mestek, P.: Brett-

stapel, Brettsperrholz und Verbundkonstruktionen. Abschlussbericht des Teilprojekt 15, HTO Gesamtprojekt "Holzbau der Zukunft"; Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, TU München, 2008. [2] Krämer, V.: Trag- und Verformungsverhalten genagelter Brettstapelelemente unter Querlast. In: Berichte der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine der Universität Fridericiana in Karlsruhe, 2003, 5.Folge – Heft 8.

[3] Informationsdienst Holz: Brettstapelbauweise - Holzbauhandbuch. Reihe 1, Teil 17, Folge 1. Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. Düsseldorf, 1998. [4] Informationsdienst Holz: Holzbausysteme Holzbauhandbuch. Reihe 1, Teil 1, Folge 4. Arbeitsgemeinschaft Holz e.V. Düsseldorf, 2000.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSTAPEL

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSPERRHOLZ

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Brettsperrholz (BSP)

Peter Mestek, Stefan Winter

Brettstapel-, Brettsperrholz- und Verbundkonstruktionen ermöglichen den Einsatz von flächigen Tragstrukturen im modernen Holzbau. Die genannten Elemente sind in tragender und aussteifender Funktion einsetzbar, wodurch sich ein breites Anwendungsspektrum eröffnet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens [1] wurden bestehende Vorgehensweisen wie auch vorhandene

onen mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung des Instituts für Bautechnik (DIBt) für Merk Dickholz [2] im Dezember 1998 möglich. Weitere Zulassungen österreichischer, schweizerischer und deutscher Hersteller folgten in den darauf folgenden Jahren. Die kontinuierlich wachsende Anzahl der Produktionsstätten und der bauaufsichtlichen Zulassungen belegt deutlich die zunehmende Attraktivität dieser ökologischen Bauweise, die sich inzwischen im Ingeni-

Berechnungsansätze bewertet und überprüft und so eine systematische Zusammenstellung der der-

eurholzbau etabliert hat.

zeit gültigen Berechnungs- und Bemessungsverfahren für die oben aufgeführten Bauweisen erarbeitet.

2 Herstellung und Material Generell ist der Querschnittsaufbau von Brett-

sperrholz durch kreuzweise, in der Regel rechtwinklig miteinander verklebte Brettlagen gekennzeichnet. In Sonderfällen wird der Verbund der Brettlagen auch über Vernagelung mit Aluminiumnägeln bzw. Hartholzdübeln hergestellt. Für die Herstellung der Brettsperrholzelemente werden technisch getrocknete Brettlamellen verwendet. In der Regel handelt es sich um Lamellen aus

Abb. 1: Deckenuntersicht [Foto: Finnforest – Merk]

kostengünstiger Seitenware, die bei der Herstellung von Schnittholz anfällt. Die Bretter werden zunächst gehobelt und wenn es die Bauteilab-

1 Allgemeines zur Brettsperrholzbauweise Durch weiterentwickelte Fertigungstechniken ste-

messungen erfordern mittels Keilzinkung zu Lamellen der geforderten Länge verbunden. Die

hen dem modernen Holzbau Verfahren zur Verfügung, die den Einsatz flächenhafter großforma-

verwendete Rohware muss mindestens der Sortierklasse S7 nach DIN 4074-1:2003-06 entsprechen. In den jeweiligen allgemeinen bauaufsicht-

tiger Elemente ermöglichen. Neben dem Holzrahmenbau mit seinem hohen Vorfertigungsgrad hat sich dabei die Brettsperrholzbauweise einen deut-

lichen Zulassungen sind für die Abmessungen der Einzellamellen unterschiedliche Angaben enthal-

lichen Marktanteil verschafft. Die ökologischen Vorteile wie der geringe Primärenergieverbrauch

ten.

sowie die dauerhafte Kohlenstoffspeicherung liegen auf der Hand.

Die Herstellungsverfahren ermöglichen die Ferti-

Erste Erfahrungen mit großflächigen Elementen aus über Kreuz verklebten Brettlamellen wurden

Produktionsvolumen bei ca. 100.000 m3. Die kontinuierlich wachsende Anzahl an Produktionsstätten und von bauaufsichtlichen Zulassungen

seit 1992 durch das Unternehmen Holzbau Merk gesammelt. Nach der erfolgreichen Durchführung von Pilotprojekten wurde die geregelte Anwendung von Brettsperrholz für tragende Konstrukti-

gung von Platten von bis zu 4,50 m Breite und 24 m Länge. Im Jahr 2006 lag das europaweite

belegen deutlich die zunehmende Attraktivität dieser ökologischen Bauweise.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSPERRHOLZ

3 Anwendungsmöglichkeiten Brettsperrholzelemente werden überwiegend für

tragende und nichttragende Dach-, Decken und Wandbauteile in Wohn-, Schul-, Gewerbebauten und vergleichbaren Bauvorhaben eingesetzt. In der Regel liegt die Nutzungsklasse 1 bzw. 2 sowie überwiegend ruhende Belastung vor. Aufgrund

Abb. 4 und 5: Neubau Olperer Hütte

der kreuzweisen Anordnung der einzelnen Brettlagen können die Elemente auch für aussteifende Zwecke verwendet werden. Dank des hohen Vor-

Auch wurden schon Erfahrungen im Bereich des Brückenbaus und somit auch für veränderliche

fertigungsgrades kann selbst bei großen Bauvorhaben der Rohbau in wenigen Tagen fertig gestellt werden.

Belastungen gesammelt. Dabei sind die Brettsperrholzelemente durch Blockverklebung mit Brettschichtholzträgern verbunden und als Plattenbalken ausgeführt worden.

Die hohen Steifigkeiten und Tragfähigkeiten der geklebten Brettsperrholzelemente ermöglichen den Einsatz im mehrgeschossigen Wohn- bzw. Bürobau. So zeigen die Abbildungen 2 und 3 ein mehrgeschossiges Wohnhaus, das in Trondheim realisiert wurde. Ein weiteres Beispiel ist das Murray Grove in London, das mit neun Geschossen derzeit größte Wohngebäude aus Holz [3].

Abb. 6 und 7: Straßenbrücke Ruderting Wie erwähnt, können in Abhängigkeit des Herstellungsverfahrens auch gebogene Elemente hergestellt werden. Derartige Schalenelemente kamen beim Bauvorhaben der Aussegnungshalle in Gräfelfing zum Einsatz.

Abb. 2 und 3: Mehrgeschossiges Wohnhaus in Trondheim [Fotos: Frank Lattke] Der hohe Vorfertigungsgrad ermöglicht den Einsatz der Brettsperrholzbauweise auch bei komplexen Baustellensituationen. So wurde nach Fer-

Abb. 8 und 9: Aussegnungshalle Gräfelfing (Fotos: [4] bzw. Finnforest Merk)

tigstellung der Gründungsarbeiten der Rohbau der Olperer Hütte in nur wenigen Tagen errichtet. Die vorelementierten Bauteile wurden mit Hilfe

4 Berechnung und Bemessung Die Berechnungsgrundlagen von BSP-Elementen

von Lasthelikoptern zur Baustelle transportiert und direkt an ihren Bestimmungsorten einge-

mit den jeweiligen allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt. Anhang D2 [5] beschreibt

baut.

das Verfahren der schubstarren Verbundtheorie. Die Berücksichtigung der Schubverformung bzw.

sind in Anhang D der DIN 1052 [5] in Verbindung

1110

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSPERRHOLZ

des nachgiebigen Verbundes erfolgt nach dem Verfahren der Schubanalogie und ist in Abs. D3 enthalten. Genageltes Brettsperrholz ist aus-

 Nutzungsklasse 1: kdef=0,85

schließlich unter Berücksichtigung des nachgiebigen Verbundes nach Abs. D3 der DIN 1052 [5] zu

4.2 Streichlasten / Fugenbeanspruchung Randlagerungen parallel zur Haupttragrichtung

berechnen. Die Spannungsermittlung nach der starren Verbundtheorie liefert bei geklebtem BSP für Einfeldträger unter Gleichlast, mit einem Ver-

erzeugen Streichlasten in den lastabtragenden

hältnis aus Spannweite l zu Elementdicke d von l/d>20, ausreichend genaue Ergebnisse. Davon abweichende Systeme sind unter Berücksichtigung der Schubverformung zu berechnen. Glei-

 Nutzungsklasse 2: kdef=1,10

Wänden. Die Streichlasten sowie die aus der Randlagerung resultierenden Beanspruchungen der Deckenelemente in Nebentragrichtung können über das Ersatzsystem eines einseitig unendlich langen, elastisch gebetteten Trägers abge-

ches gilt für die Verformungsermittlungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit.

schätzt werden [1]. Gleiches gilt für die Bestimmung der Beanspruchungen der Elementfugen unter Teilflächenbelastung.

4.1 Plattenbemessung Die kombinierten Längs- und Schubspannungs-

4.3 Einzellasten / Punktstützung Im unmittelbaren Bereich der Lasteinleitung ist

nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit sind in Abschnitt 10.7 der DIN 1052 [5] enthal-

der Einfluss der Schubverformung der Querlagen

ten. Gemäß aktuellen bauaufsichtlichen Zulassungen für geklebtes Brettsperrholz ist es unter reiner Biegebeanspruchung ausreichend, die Biegerandspannungen nachzuweisen. Auf den kombinierten Nachweis der Schwerpunkts- und Bie-

ersichtlich. Folglich kann nicht nach der BernoulliHypothese von einem ebenen Querschnitt ausgegangen werden. Zudem treten lokal Spannungsspitzen der Randspannung auf. Dieser Einfluss klingt jedoch rasch ab. Die für die Schubbemes-

gespannungen wird verzichtet. Dabei darf der Bemessungswert der Biegefestigkeit mit dem Sys-

sung maßgebende Rollschubspannung erreicht erst in einem gewissen Abstand von der Lasteinleitung ihren Maximalwert.

tembeiwert kl multipliziert werden. Für den Systembeiwert kl gilt:

Bei symmetrischen Querschnitten mit konstanter

1  n  0,025 k l  min  1,1

Einzelschichtdicke hängt die Zunahme der Randspannungen ausschließlich vom Verhältnis der Spannweite zur Elementdicke ab. Daher wurde in

mit n = Anzahl der nebeneinander liegenden Bretter in den Decklagen

[1] ein Beiwert ermittelt, der die Zunahme der Randspannungen aufgrund des lokal schubweichen Tragverhaltens beschreibt. Er ermöglicht die

In der Regel sind die Nachweise im Grenzzustand

Randspannungen nach der starren Verbundtheorie zu berechnen und den Einfluss der Schubver-

der Gebrauchstauglichkeit für die Bemessung maßgebend. Experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Langzeitverhalten von Brettsperrholz der TU Graz [6] zeigen, dass das Kriechverhalten der BSP-Elemente dem des Furnierschichtholzes gleicht. Jöbstl leitet aus den Untersuchungsergebnissen folgende Kriechbeiwerte für BSP ab [7]:

formung durch die Multiplikation mit dem Beiwert kSA zu berücksichtigen. Dies ist nur für Systeme gültig, die auf ein zweidimensionales Ersatzsystem reduziert werden können und somit eine einachsige Lastabtragung aufweisen. Durch den Beiwert kann ebenfalls der Einfluss der Schubverformung auf die Längsspannungsvertei-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSPERRHOLZ

lung im Bereich des Stützmomentes von Durchlaufträgern abgeschätzt werden.

ten. Die charakteristische Torsionsschubfestigkeit ist mit ftor,k=2,5 MN/m2 anzusetzen.

4.4 Öffnungen Öffnungen in Brettsperrholzelementen stellen

Die DIN 1052 [5] fordert im Grenzzustand der Tragfähigkeit die horizontale Verformung uy,d am

aufgrund der größeren Steifigkeiten in Nebentragrichtung im Vergleich zu Brettstapelsystemen

Wandkopf von aussteifenden Wandscheiben auf

geringere Probleme dar. Öffnungen können in Abhängigkeit der Abmessungen und Belastung ohne Verstärkungs- oder Wechselkonstruktionen

uy,d≤h/100 zu begrenzen. Aus Gründen der Gebrauchstauglichkeit empfiehlt sich zusätzlich eine Begrenzung der Verschiebung uy,k auf h/500.

ausgeführt werden. Allerdings treten im Eckbereich der Öffnungen konzentrierte Beanspru-

5 Zusammenfassung und Ausblick Verschiedene Forschungsvorhaben haben sich mit

chungen auf, die unter Berücksichtigung der Schubverformung zu ermitteln und nachzuweisen sind.

der Modellbildung und den Nachweisverfahren von Platten- und Scheibenelementen aus Brettsperrholz befasst. Das im informativen Anhang D

4.5 Wandscheiben Für geklebte BSP-Wandelemente darf bei der Er-

mittlung der Spannungen aus Beanspruchungen senkrecht zur Wandebene der Einfluss des nachgiebigen Verbundes vernachlässigt werden, wenn für das Verhältnis der Knicklänge sk zur Elementdicke d gilt: sk/d≥20 In der Regel liegt der Zuwachs der Schnittgrößen unter Berücksichtigung des geometrisch nicht-linearen Verhaltens bei Wandscheiben aus geklebtem BSP unter 10 %. In diesen Fällen dürfen gemäß Abs. 8.1 (2) der DIN 1052 [5] die Spannungen aus den Schnittgrößen nach Theorie I. Ordnung ermittelt werden. Die gekreuzte Anordnung der Brettlagen ermöglicht den Einsatz der Brettsperrholzelemente für aussteifende Zwecke. Der aus einer horizontalen Kopflast resultierende Schubfluss erzeugt Schubbeanspruchungen in den einzelnen Brettlagen. Die horizontalen und vertikalen Schichten müssen getrennt voneinander betrachtet werden. Zusätzlich entstehen Torsionsmomente und damit Torsionsschubspannungen in den Kreuzungspunk-

der DIN 1052 [5] aufgeführte Verfahren der Schubanalogie sowie die ebenfalls in der DIN 1052 [5] verankerten Nachweisverfahren für Flächentragwerke ermöglichen dem Tragwerksplaner die Bemessung einfacher statischer Systeme unter gängigen Belastungen. In der Regel werden die Platten zweiseitig linienförmig gelagert und nur eine einachsige Lastabtragung unter Gleichlast berücksichtigt. Durch die Verwendung der großformatigen Elemente und unter Berücksichtigung der zweiachsigen Lastabtragung bieten sich mehrseitige und für anspruchsvolle Konstruktionen auch Punktstützungen als Auflagerung an. Wie die Untersuchungen im Rahmen des Forschungsvorhabens zeigen, treten im Bereich von Punktstützungen hohe Rollschubbeanspruchungen auf, die für die Bemessung der Elemente maßgebend werden können. Eine mögliche Schubverstärkungsmaßnahme stellen diagonal angeordnete Vollgewindeschrauben dar. Da diese Bauweise nicht in der DIN 1052 [5] geregelt ist, sind derzeit für den Einsatz solcher Bauteile kosten- und zeitaufwendige Zustimmungen im Einzelfall notwendig. In einem derzeit laufenden Forschungsvorhaben [8] werden Erkenntnisse zu einer fundierten Modellbil-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSPERRHOLZ

dung des Tragverhaltens unter Berücksichtigung der Verstärkungselemente erarbeitet.

Quellen [1] Winter, S.; Kreuzinger, H.; Mestek, P.: Brett-

stapel, Brettsperrholz und VerbundkonstrukNeben der Plattenbeanspruchung bietet auch der Anwendungsbereich der Scheibenelemente wei-

tionen. Abschlussbericht des Teilprojekt 15, HTO Gesamtprojekt "Holzbau der Zukunft";

teres Entwicklungspotenzial. Dies betrifft insbesondere wandartige Träger, die große Spannweiten überbrücken können. Gerade bei Baumaß-

Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, TU München, 2008. [2] abZ. Nr. Z-9.1-501 vom 06. Mai 2004;

nahmen im Bestand ist es in der Regel erforderlich, die Lasten gezielt über wenige Auflager-

MERK-Dickholz; Finnforest Merk GmbH, Aichach; Deutsches Institut für Bautechnik, Berlin.

punkte abzuleiten. So können, beispielsweise bei Aufstockungen bestehender Gebäude, die Lasten über wandartige Träger direkt in die Außenwände abgetragen werden ohne bestehende Dachsysteme zu beeinflussen. Allerdings liegen zu wandartigen Trägern nur wenige Untersuchungen vor. Aus der Torsionsbeanspruchung in den Kreuzungspunkten und den damit verbundenen Schubverformungen ergibt sich für die in Spannrichtung verlaufenden Brettlamellen ein nachgiebiger Verbund. Dieser wird im Anhang D der DIN 1052 [5] zwar berücksichtigt, allerdings basieren die Erfahrungen auf der Beanspruchung von Wandscheiben unter horizontaler Kopflast. Eine Verifizierung der Angaben für wandartige Träger von großer Spannweite erscheint erforderlich. Auch liegen keine Kenntnisse zu Öffnungen in wandartigen Trägern und deren Auswirkungen auf das Tragverhalten vor.

[3] Murray Grove. In: Holzbau, die neue Quadriga; 1/2008; Verlag Kastner. [4] Suess, K.: Sakrales Rätsel. bauen mit holz, 01/2000; Bruderverlag Köln. [5] DIN 1052:2004-08. Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken – Allgemeine Bemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau. [6] Jöbstl, R. A.: Comparative Examination of Creep of GLT an CLT-Slabs in Bending. CIBW18/40-12-3, Bled, 2007. [7] Jöbstl, R. A.: Praxisgerechte Bemessung von Brettsperrholz. „Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 2007“; Bruderverlag, Universität Karlsruhe. [8] Winter, S., Mestek, P.: Konzentrierte Lasteinleitung in Brettsperrholzkonstruktionen – Verstärkungsmaßnahmen. In: AiF-Forschungsvorhaben, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, TU München, Laufzeit: 12/2008 bis 12/2010.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BRETTSPERRHOLZ

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

13.2 Holzwerkstoffe Konstruieren mit Brettsperrholz

Jens Jamnitzky

ken hierzu helfen, spätere Überarbeitungen der statischen Berechnung oder gar Planungs- bzw.

„Vom Stab zur Fläche“ – diese Entwicklung wur-

Ausführungsfehler zu vermeiden. Brettsperrholz-

de durch den Werkstoff Brettsperrholz, dessen

elemente können zwar recht beeindruckende Di-

große Elementabmessungen völlig neue Bauwei-

mensionen annehmen, aus wirtschaftlichen und

sen ermöglichen, entscheidend vorangetrieben.

logistischen Gründen sind Stöße jedoch erforderlich. Und da an Elementstößen meist auch sta-

Vom Stab zur Fläche bedeutet für den Trag-

tisch nachzuweisende Kräfte zu übertragen sind

werksplaner, die von Stäben bekannten Bemes-

und da diese zu übertragenden Kräfte in ihrer

sungsregeln auf Flächen anzuwenden und ein

Größe mit abhängig sind von der Position der

paar Ergänzungen und angepasste Gedanken-

Stöße, sind frühzeitige Überlegungen hierzu auch

gänge mit zu berücksichtigen.

für den Tragwerksplaner hilfreich. Neben den Kräften, die an Stößen zu übertragen sind, gibt

Im Folgenden sollen einige immer wiederkehren-

es eine weitere Motivation, sich frühzeitig mit der

de Bemessungsaufgaben bei Wohnbauten unab-

Elementeinteilung zu beschäftigen. Stöße bestim-

hängig von der Normenformulierung dargestellt

men beispielsweise die Größe der ansetzbaren,

werden. Hierzu gehören die Decke als vertikale

tragenden (Rest-)Querschnitte neben Fenstern

Lasten abtragendes Bauteil, die Decke als De-

und anderen Ausschnitten und damit auch deren

ckenscheibe für horizontale Lasten auf das Ge-

Tragkapazitäten.

bäude, sowie die Wand als Bauteil, welches die vertikalen Lasten abträgt, als auch als Scheibe,

Wie ist das gedankliche Vorgehen bei der Ele-

die die horizontale Lastabtragung sicherstellt.

mentplanung? Da die Elemente auftragsbezogen gefertigt werden, hat der Planer bei der Elemen-

Einführend wird kurz auf die Elementplanung

tierung prinzipiell nur die maximale Elementab-

eingegangen, da diese die Arbeit des Tragwerks-

messung zu beachten. Während die maximal her-

planers durchaus beeinflusst.

stellbaren Bauteilgrößen vom Hersteller des Brettsperrholzes abhängen, sollten aus Transportgründen die Platten die Abmessungen 3,00 m (2,45 m in A, CH, I...) auf 13,50 m in der Regel nicht überschreiten. Im Einzelfall sind über Sondertransporte größere Abmessungen denkbar, wenn die höheren Kosten eine großflächige und damit effiziente und schnelle Montage der Decken auf der Baustelle rechtfertigen.

Abb. 1: Hausansicht 1 Elementplanung Die Planung der Elementeinteilung für Wände und Decken ist sicherlich nicht eine Aufgabe, die man primär dem Tragwerksplaner zuordnen würde und wird, allerdings können ein paar Gedan-

Um bei Wänden die Zahl der Anschlüsse zu reduzieren, sollten die einzelnen Bauteile so groß wie möglich gewählt werden. Die Decklagenrichtung wird vertikal orientiert. Als Faustwert kann angenommen werden, dass Türen oder Fenster bis zu 2,5 m² Fläche ausgeschnitten werden können, während es bei größeren Öffnungen günstiger ist, diese zu umbauen. Die Wandelemente enden

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

in diesen Fällen also seitlich an den Festern oder Türen. Für Brüstung und Sturz werden separate

2 Deckenbemessung Das Verfahren zur Bemessung von Brettsperrholz

Bauteile mit vorwiegend horizontaler Decklagen-

ist in den bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt.

richtung geplant.

In den Anhängen der Zulassungen oder in den Tabellenwerken der Hersteller sind Rechenwerte

In der folgenden Abbildung ist die Abwicklung

für eine vereinfachte Bemessung angegeben. Da-

der Außenwände eines Einfamilienhauses darge-

bei wird nach der Beanspruchungsrichtung paral-

stellt.

lel oder senkrecht zur Faserrichtung der Decklage unterschieden. Angegeben sind der effektive Elastizitätsmodul, die effektive Biegesteifigkeit und die zulässigen bzw. charakteristischen Werte für Biegespannung und Schubspannung. Voraussetzungen für die Anwendung der angegebenen

Abb. 2: Beispiel für eine Elementplanung Die Traufwände werden geschosshoch, die Giebelwände gebäudehoch erstellt. Der Elementplanung liegen folgende Gedanken zu Grunde: Giebel (Bauteile 1 und 2): Jeweils zwei Giebelwände werden als eine Platte verleimt und in der Folge schräg aufgetrennt, um Verschnitt aus den trapezförmigen Elementen zu vermeiden. Da die Hausbreite hier 9 m beträgt, wird aufgrund der maximalen Transportbreite von 3 m eine Mittelwand eingeplant. Längswände: (Bauteile 3 bis 7): Die KniestockWände werden jeweils als ganzes Bauteil mittels Stahlwinkeln auf der nach außen durchgehenden Decke befestigt. Traufwand und Kniestock werden nicht in einem Stück geplant, da die Elementgröße nicht mehr als 3 m betragen soll. Die EG-Traufwand wird aus einem Stück mit beliebiger Fensteranordnung geplant (Bauteil 4). Um die große Glasfront nicht als zu bezahlenden Verschnitt zu haben, wird die Traufwand in die Elemente 5, 6 und 7 aufgeteilt. Der Sturz über der Glasfront (Bauteil 7) kann in Brettsperrholz, Kerto oder in Brettschichtholz ausgeführt werden.

vereinfachten Bemessung sind das Vorliegen einer überwiegend gleichmäßig verteilten Belastung (Gleichstreckenlast) und ein Verhältnis von Spannweite zu Bauteildicke von l/d ≥ 15. Bei üblichen Grundrissen lassen sich Brettsperrholzdecken vereinfacht einachsig als Ein- oder Mehrfeldträger auf zwei oder mehr Auflagern berechnen. Die Bemessung erfolgt wie die Spannungsnachweise einteiliger Rechteckquerschnitte. Dabei wird ein 1 m breiter Plattenstreifen betrachtet, auf den eine Gleichlast aufgebracht wird. Die Steifigkeitseigenschaften des Plattenstreifens können dabei den Tabellen der Hersteller entnommen werden. Die Nachweise werden dann mit dem Bruttoquerschnitt geführt und mit den ebenfalls tabellierten Spannungswerten verglichen. Dies heißt, dass für die Berechnung der Querschnittswerte (A, W, I) der Vollquerschnitt, also alle Brettlagen ungeachtet ihrer Richtung, zugrunde gelegt wird: -

statisches Modell wie bei Holzbalken, Balkenbreite 1 m

-

Eeff aus Tabellen der Hersteller

-

Ermittlung

Durchbiegung,

Momente

und

Querkräfte -

Widerstandsmoment und Schubfläche bezogen auf 1 m Plattenbreite und Brutto-Bauteilhöhe

1116

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1117

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

-

Ermittlung von Biege- und Schubspannungen am Bruttoquerschnitt

-

Vergleich mit den charakteristischen Spannungen aus den Tabellen der Hersteller

Bei einem Verhältnis von l/d < 30 ist zusätzlich der Anteil aus Schubverformungen zu berücksichtigen. Bei den vorab genannten Bemessungskriterien wurde die Schwingungsbetrachtung von Wohnungsdecken außer acht gelassen. Forschungsergebnisse zeigen, dass Decken aus Brettsperrholz aufgrund der hohen Biegesteifigkeit in Querrichtung eine hohe Schwingungsdämpfung aufweisen. Dies gilt insbesondere bei 3- oder 4-seitiger Auflagerung. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass über die Stoßausführungen der Deckenelemente untereinander zwar die Kräfte übertragen werden, eine ausreichende Kopplung des Schwingwider-

Abb.3: FE-Modell Decke Brettsperrholzdecken können als Deckenscheiben ausgebildet und zur Aufnahme und Weiterleitung von horizontalen Kräften aus Aussteifung, Wind und Erdbeben herangezogen werden. (Abb. 4).

standes aber nicht vorhanden ist. Der kreuzweise Aufbau der Brettsperrholzelemente ermöglicht auch einen zweiachsigen Lastabtrag. Während die Quertragrichtung in der Praxis in Standardfällen eine eher untergeordnete Rolle spielt, können punktförmige Stützungen und Ausschnitte ohne Randträger jedoch auch ergänzende, genauere Untersuchungen notwendig werden lassen, um dieses Potenzial zu nutzen. Grundsätzlich können hierzu Trägerrostmodelle

Abb. 4: Modell Deckenscheibe

herangezogen werden oder auch FEM-Programme eingesetzt werden. Das ebene Modell ist

Sind die konstruktiven Anforderungen erfüllt, so

dann mit unterschiedlichen Steifigkeiten in den

darf in der Regel auf einen rechnerischen Nach-

beiden Spannrichtungen zu modellieren. Der Ele-

weis der Scheibenwirkung verzichtet werden. Ei-

mentierung ist dabei verstärktes Augenmerk zu

ne Überlagerung der Spannungen aus Scheiben-

schenken. Der Elementstoß ist im Modell als Ge-

und aus Plattenwirkung darf vernachlässigt wer-

lenk zu berücksichtigen (Abb. 3).

den. Entscheidend sind jedoch eine saubere Konstruktion der Deckenscheibe mit einer Lastverfolgung über alle Bestandteile einer Scheibe sowie

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

die entsprechende Bemessung und Ausführung

dem jeweiligen Schubfluss angepasst umgesetzt

der Anschlüsse (Abb. 5).

werden (Abb. 7)

Abb. 5: Deckenscheibe, zu übertragende Kräfte

Abb. 7: Anschluss Decke auf Wand Für genauere Betrachtungen an Brettsperrholzbauteilen steht ferner das Verfahren im Anhang D der DIN 1052:2004-08 zur Verfügung, welches Abb. 6: Elementstoß Decke Plattenstöße rechtwinklig zur Spannrichtung der Deckenscheibe sind beispielsweise über eingefälzte Stoßdeckungsleisten aus Furnierschichtholz (Abb. 6) schubfest miteinander zu verbinden, um die Querkräfte zu den Auflagerachsen zu leiten. Ferner sind diese Stöße am oberen und unteren Rand der Scheibe über Gurthölzer miteinander zu überbrücken. Dies kann häufig durch meist ohnehin vorhandene Wandelemente realisiert werden, wenn diese im Scheibenbereich ungestoßen durchlaufen oder deren Stöße für die Gurtkraft bemessen überbrückt werden. Mit kontinuierlich eingedrehten, selbstbohrenden Holzschrauben können diese Bedingungen meist einfach und

auf der Schubanalogie beruht. Dieses für Flächentragwerke

angegebene

Bemessungsverfahren

lässt sich auch für stabförmige Bauteile einsetzen. 3 Wandbemessung Wände aus Brettsperrholz werden im Regelfall so ausgeführt, dass die Faserrichtung der Decklagen vertikal verläuft. Es können aber auch Wände mit horizontaler Ausrichtung der Decklage ausgeführt werden. Die vertikale Faserrichtung der Decklage bedeutet ein gutes Verhalten bei der Knickbemessung, während eine horizontale Faserrichtung der Decklagen bei der Sturzbemessung Vorteile bringt. Wände aus LenoTec® sind für Knickbeanspruchung (auch mit Seitenlast) entsprechend der

1118

ZUKUNFT H O L Z

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1119

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

DIN 1052 T1 zu bemessen. Bei Wänden ohne Ausschnitte wird eine ideelle „Stabbreite“ von einem Meter mit der auf einen Meter bezogenen Vertikallast in Ansatz gebracht. Der Berechnungsablauf folgt dann dem Vorgehen bei einer Stütze, wobei Knicken nur aus der Wandebene heraus betrachtet wird. -

Bestimmung der Ersatzstablänge lef, in der Regel Geschosshöhe

-

Entnahme des Trägheitsradius i aus Tabelle

-

Ermittlung des Schlankheitsgrades λ

-

Entnahme von E0,05 und fc,0,k aus den Tabellen

-

Ermittlung des bezogenen Schlankheitsgrades λrel,c

-

Ermittlung des Knickbeiwertes kc mit βc = 0,1 für Holzwerkstoffe zur Abminderung der Festigkeit, alternativ Verwendung der tabellierten kc – Werte für GL24c

-

Gegenüberstellung

der

Bemessungsdruck-

spannung und der abgeminderten Bemessungsdruckfestigkeit

Abb. 8: Einflussbreite eines Wandpfeilers Für den Nachweis der Restquerschnitte von Wandelementen über den Fenstern und Türen sind Modellbildungen erforderlich, die den jeweiligen Gegebenheiten Rechnung tragen. Bei relativ schmalen, verbleibenden Wandpfeilern neben der Öffnung liegt die Annahme eines Gelenkes für das Auflager des Sturzes nahe, auch wenn die Öffnung aus einer Rohplatte herausgeschnitten wird. Bei breiteren Restquerschnitten neben der Öffnung ist die Annahme einer Einspannung des Sturzes in der Wandscheibe möglich (Abb. 1 und 9).

Gegebenenfalls ist eine Überlagerung mit Biegung aus Wind erforderlich. Das Vorgehen hierbei ist wie oben beschrieben. Die beiden Anteile werden addiert. Bei Wänden mit Fenster- oder Türausschnitten sind zwei zusätzliche Überlegungen mit einzubeziehen. Auf der Einwirkungsseite ist die Lasteinflussbreite des Wandpfeilers zu bestimmen und zu berücksichtigen. In der Regel dürfte diese jeweils bis in die Mitte des Sturzes der benachbar-

Abb. 9: Modellbildung bei Stürzen

ten Öffnung reichen (Abb. 1 und 8). Auf der Widerstandsseite ist anstatt des Ein-Meter-Streifens

Für die Biegebeanspruchung und Durchbiegung

die tatsächliche Breite des Wandpfeilers anzuset-

der Stürze werden ausschließlich die horizontal

zen. Die Nachweise sind dann mit dieser tatsäch-

verlaufenden Brettlagen einbezogen. Für die Er-

lichen Geometrie durchzuführen.

mittlung der Schubspannungen wird auf der sicheren Seite liegend grundsätzlich der schwächere Querschnittsanteil des kreuzweise verklebten Aufbaus herangezogen. Für diese relevanten La-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

mellenanteile können in der Regel die Werte von Nadelholz C24 angesetzt werden. Für die Ableitung von horizontalen Lasten zum Beispiel aus den oben behandelten Deckenscheiben kann Brettsperrholz ohne Öffnungen bzw. mit kleinen Öffnungen im üblichen Hausbau als ausreichend schubsteif angesehen werden. Entscheidend ist die kraftschlüssige horizontale und vertikale Verbindung der als Scheiben angesetzten Wandelemente mit den Deckenscheiben und dem Fundament (Abb. 1 und 10). Aufgrund der relativ geringen Auflasten im Holzhausbau werden an den Wandenden auch abhebende Kräfte zu verankern sein, die insbesondere während der Bauzeit auftreten können.

Abb. 11: Verankerung Wand 4 Verbindungsmittel Die Behandlung von Verbindungsmitteln bei Abb. 10: Wandscheiben und zu übertragende

Brettsperrholz ist derzeit noch stark von den ein-

Kräfte

zelnen Zulassungsformulierungen abhängig. Im Einzelfall ist die jeweilige Zulassung zu Rate zu

Bei der Verankerung mit Stahlwinkeln (Abb. 11)

ziehen. Nachfolgende Angaben basieren auf der

ist bei der Ermittlung der Auszugskräfte von Dü-

Zulassung für LenoTec (Z-9.1-501).

beln oder anderen Verbindungsmitteln besonders auf die tatsächlichen Hebelverhältnisse zu achten.

Die charakteristischen Werte der Tragfähigkeit der Verbindungsmittel in Brettsperrholz können

Aufgrund der hohen Scheibensteifigkeit der

wie nach DIN 1052: 2004-08 üblich ermittelt

Brettsperrholzelemente kann die Horizontalkraft

werden. Fugen zwischen den Brettern einer Lage

nicht anteilig der einzelnen Wandlängen auf die-

gelten dabei nicht als Rand. Randabstände sind

se verteilt werden. Die Verteilung hat entspre-

jedoch gegenüber Elementrändern, Ausschnitten

chend der Trägheitsmomente bzw. der Steifigkei-

und tieferen Ausfräsungen einzuhalten.

ten zu erfolgen. Bei asymmetrischen Scheibenanordnungen ist die Exzentrizität der angreifenden

Für Dübel besonderer Bauart in Schmalflächen ist

Lasten vom Scheibenschwerpunkt zu berücksich-

die charakteristische Tragfähigkeit wie für Hirn-

tigen.

holzdübel zu bestimmen. Dabei entsprechen die Schmalflächen den Schnittkanten des Brettsperr-

1120

ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

holzes. Diese weisen sowohl Hirnholz- als auch

Werden die Schrauben im Seitenholz auf Heraus-

Seitenholzflächen auf.

ziehen nachgewiesen, so ist der Ausziehparameter um 25 % abzumindern.

Bei Stabdübel- und Bolzenverbindungen ist die Faserrichtung der Decklagen für die Berücksichtigung des Winkels auf die Lochleibungsfestigkeit

5 Ausblick Die vorangegegangenen Kapitel zeigen die Situa-

maßgebend. In den Schmalflächen dürfen diese

tion, welche durch die flächigen Holzbauelemen-

nicht als tragend in Rechnung gestellt werden.

te für den berechnenden Ingenieur entstanden ist. Er muss sich nun Gedanken machen über die

Bei Nägeln ist die Faserrichtung der Decklage für

Modellfindung bei flächigen Systemen, wie es

die Mindestnagelabstände entscheidend. Der

den Holzbauern so noch nicht geläufig ist.

Mindestdurchmesser beträgt 4 mm. Auch Nägel dürfen in den Schmalflächen nicht als tragend in

Die Nachweise stabförmig betrachteter Bauteile

Rechnung gestellt werden. Auf Herausziehen

und Bereiche sind dank der Tabellen der Herstel-

können nur Nägel der Tragfähigkeitsklasse 3

ler relativ einfach durchführbar. Das Material er-

nachgewiesen werden, wobei der charakteristi-

öffnet jedoch Möglichkeiten, für die bisher noch

sche Wert des Ausziehparameters der Tragfähig-

keine allgemein anerkannten Werkzeuge der

keitsklasse 2 anzuwenden ist. Für die Rohdichte

breiten Anwendung zur Verfügung stehen: groß-

kann, auf der sicheren Seite liegend, der Wert der

formatige Bauteile, welche Scheibe und Platte

Rohdichte von C24 verwendet werden, wobei

zugleich sind, zweiachsig wirkende Platten(teil)-

neuere Untersuchungen den Schluss zulassen,

bereiche, punktförmige Lagerungen mit einer

dass auch ein höherer Wert gerechtfertigt sein

Verstärkung der limitierenden Rollschubtragfä-

dürfte.

higkeit, tragende Wandscheiben mit Löchern. Vieles lässt sich ersinnen und auch bauen, für das

Bei Schrauben wird für Schmalflächen ein Min-

die gewohnten Bemessungsregeln nicht direkt

destdurchmesser von 8 mm gefordert, während

angewendet werden können. Es bleiben stark

er in den Seitenflächen, die durch die Oberflä-

vereinfachende Modelle und Anleihen aus dem

chen der Brettlagen gebildet wird, 4 mm betra-

Stahlbetonbau, die wiederum das technische

gen muss. Auch hier ist die Decklagenrichtung

Vermögen nicht abrufen können und hinsichtlich

für die Mindestschraubabstände entscheidend.

ihrer Anwendung auf einfache Strukturen be-

Des Weiteren können die Regeln der DIN 1052

grenzt bleiben.

für Holzschrauben angewendet werden, wobei der

maßgebender

Das Potenzial zum Massenbaustoff hat Brett-

Durchmesser der Schrauben zu verwenden ist.

Gewindedurchmesser

als

sperrholz bereits bewiesen. Um sich jedoch tat-

Für die Lochleibungsfestigkeit von Brettsperrholz

sächlich zum Massenbaustoff zu entwickeln, sind

auf der Schraubenkopfseite der Verbindung darf

Werkzeuge erforderlich, die sich auf Augenhöhe

für die Lochleibungsfestigkeit der Wert für Bau-

mit den anderen (Massen-) Baustoffen wie Stahl

furniersperrholz verwendet werden. Werden die

und Beton befinden, und auch in komplexeren

Schrauben in das Hirnholz einer Schmalfläche

Fällen mit wirtschaftlichem Ergebnis angewendet

eingedreht, so ist für dieses Bauteil die Lochlei-

werden können.

bungsfestigkeit um 50 % abzumindern.

Noch lässt das Normenwerk den Ingenieur in Sachen Kreativität und Verantwortung relativ alleine. Und auch gängige Softwareanwendungen

1122

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

lassen den Werkstoff – die kaum überschaubare Vielfalt an herstellerabhängigen Aufbauten mag hier entschuldigen – bisher links liegen. Die händische Berechnung von Querschnittsfestigkeiten diverser Aufbauten oder das Modellieren anhand der Schubanalogie sind jedoch für im Wettbewerb stehende Ingenieurbüros nicht praktikabel und daher nicht zeitgemäß. In den gängigen Programmen sind für Brettsperrholz materialgerechte Ansätze für die Berechnung von Flächen oder

Quellen und weiterführende Literatur [1] Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung Z9.1-501 MERK-Dickholz [2] Finnforest Merk, LenoTec – Material und Konstruktion, [3] Finnforest

Merk,

Service

CD

Bausyste-

me/Bauprodukte [4] DIN 1052:2004-08: Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken [5] Schweizerische

Arbeitsgemeinschaft

für

auch Stäben zu implementieren. Erste Ansätze

Holzforschung, Praktische Anwendung von

hierfür sind vorhanden, es werden jedoch weitere

Massivholzplatten,

Bemühungen erforderlich sein.

Tagungsband,

Zürich,

2007 [6] Fördergesellschaft Holzbau und Ausbau mbH

Neben der Seite der statischen Nachweisführung sind selbstverständlich auch die weiteren Aspekte

(Hrsg.), DIN 1052 Praxishandbuch Holzbau, Weka Verlag, Kissing, 2005

zu lösen, die für einen umfangreichen Einsatz ge-

[7] TU Graz Institut für Holzbau und Holztech-

klärt, zugänglich und im Regelwerk verankert

nologie, 5. Grazer Holzbau-Fachtagung –

sein müssen. Der Brandschutz und das Kapselkri-

Brettsperrholz - Ein Blick auf Forschung und

terium seien hier beispielhaft erwähnt, insbeson-

Entwicklung, Tagungsband, Graz, 2006

dere da sich der mehrgeschossige Einsatz aufbaren Gebäuden statisch kaum geforderten Trag-

Anhang Werte gemäß Zulassung Z-9.1-501, für LenoTec

fähigkeit geradezu aufdrängt. Einzelne Beispiele

85 mm gemäß Zulassung Z-9.1-354

grund der bei Einfamilienhäusern und vergleich-

bestätigen dies. Tab.1

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1123

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

Tab. 2: Rechenwerte für die charakteristischen Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtewerte und geometrische Kennwerte für LenoTec-Standardaufbauten zur Bemessung nach DIN 1052:2004-08

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KONSTRUIEREN MIT BRETTSPERRHOLZ

Tab 3: Rechenwerte für die charakteristischen Festigkeits-, Steifigkeits- und Rohdichtewerte und geometrische Kennwerte für LenoTec-Standardaufbauten zur Bemessung nach DIN 1052:2004-08

1124

ZUKUNFT H O L Z

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1125

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME DÜBELHOLZ

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Dübelholz

Peter Kaufmann

mente sind 62,5 cm breit. Die Lamellenbreiten betragen meist ≤ 60 mm.

1 Allgemeines Dübelholz ist ein moderner Holzwerkstoff, der

aus einer traditionellen Holzverbindungstechnik entwickelt wurde. Sägeraue oder gehobelte, hochkant stehende Bretter werden mittels eines Hartholzdübels leimfrei zusammen gedübelt so entsteht eine reine Holzverbindung ohne Zusatzstoffe (z.B. Klebstoffe). Für Dübelholz wird hauptsächlich aus Nebenprodukten, die beim Sägen ausscheiden, hergestellt. Es werden ausschließlich Heimische Hölzer aus der Region verwendet.

Abb. 2: Dübelholzanlage [1]

Abb. 1: Traditionelle Verbindungstechnik [2]

Abb. 3: Bohr und Dübelvorrichtung [1]

2 Herstellung, Abmessungen Dübelholz wird hauptsächlich maschinell produ-

Die Lamellen, die für ein Dübelholzelement verwendet werden, sind auf 15 ± 3 % technisch ge-

ziert. Die Lamellen werden hochkant in die Dübelholzanlage eingelegt und zusammengepresst

trocknet. Der Hartholzdübel, der meist aus Buche besteht, besitzt eine Holzfeuchte von 6 bis 8 %.

um ein Verschieben zu verhindern. Mittels eines Spezialbohrers mit Durchmesser 19,5 mm, werden im Abstand von 30 cm Löcher gebohrt. Nach

Das gesamte Element wird durch den Maßunterschied des Bohrlochs und des Dübels (0,5 mm) sowie durch den Feuchteaustausch zwischen La-

dem Bohrvorgang wird in das gebohrte Loch ein 20 mm Hartholzdübel eingepresst. Je nach Ma-

melle und Dübel fest zusammen gehalten. Der Buchedübel passt sich der Holzfeuchte der Lamel-

schine können Elemente mit eine Dicke von bis zu 30 cm, Längen bis zu 12 m und Breiten bis zu 2,60 m hergestellt werden. Standardisierte Ele-

len an und quillt auf. Ein späteres Schwinden und Quellen passiert parallel.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME DÜBELHOLZ

3 Weiterverarbeitung Da weder Nägel noch sonstige Zusatzstoffe im

Dübelholz vorhanden sind, kann es mit jeder Holzbearbeitungsmaschine weiterverarbeitet werden. Die sägerau zusammen gedübelten Elemente werden meist mittels einer Hobelmaschine auf

Abb. 5: Dübelholzdecke „Top Fase“ [1]

planmäßig präzise Abmessung gehobelt. Im Vergleich der anfallenden Hobelverluste zwischen BSH und sägerauen Dübelholz wird klar, wie ressourcenschonend dieses Produkt ist. ca. 20 % Holz wird gegenüber vergleichbaren Produkten gespart. Beim BSH muss jede Lamelle vor dem Klebevorgang gehobelt werden. Bei sichtbaren Dübelholzprodukten ist der Hobelspanabfall je-

Abb. 6: Dübelholzdecke „Akustik“ [1]

doch ähnlich, da die Lamellen, wie beim BSH, vorher gehobelt werden. Die Dübelholzelemente können mittels herkömmlichen Handabbundmaschinen, oder modernen CNC-gesteuerten Abbundanlagen weiterverarbeitet werden.

Abb. 7: Dübelholzdecke „Combitherm“ [1]

Abb. 8: Dübelholzdecke „Basic“ [1]

Abb. 4: Hundegger Abbundanlage mit Dübelholz 4 Anwendung 4.1 Decken aus Dübelholz Die Unterseiten sind in der Regel sichtbar und

Abb. 9: Dübelholzdecke „Holuton“ (Holz-BetonVerbund) [1]

können zur Verbesserung der Raumakustik profiliert werden. Ansonsten werden Sie mit Gipsbaupatten bekleidet.

Spannweiten für Einfeldträger sind bis 6,00 m, für Durchlaufträger bis 7,50 m und für Dächer bis 9,00 m wirtschaftlich. Im Holz-Beton-Verbund er-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME DÜBELHOLZ

reicht man größere Spannweiten und verbesserten Schallschutz.

- 100% Ökologischer Baustoff aus heimischen Wälder - Schnelle Montage/ Bauzeit

4.2 Wände aus Dübelholz Die Wände sind in der Regel 10 ± 2 cm dick. Die

abgebundeten, einzelnen Elemente werden auf einem Produktionstisch zusammengelegt und durch Nägel bzw. Schrauben mit Rähm und Schwelle verbunden. Die Wandelemente können nicht tragend und tragend ausgebildet werden. Dienen die Wände zur Aussteifung, werden sie zur Aufnahme der horizontalen Kräfte außen mit Plattenwerkstoffen beplankt. Die Aussteifungen sind statisch nachzuweisen.

5 Eigenschaften Dübelholz besitzt die positiven Eigenschaften des

massiven Holzes. Das Schwinden und Quellen wird jedoch weitgehend minimiert. Die schmalen Lamellen verringern das Schwinden und Quellen des Elementes und damit der gesamten Wand. Das Schwinden der Lamellen, kann man mit aufgespießten Orangen vergleichen. Jede für sich trocknet auf dem Spieß aus und wird kleiner. Die Achse der Orange bleibt jedoch am gleichen Punkt. Beim Schwinden ist es ähnlich. Dadurch

Die Oberflächen sind nicht sichtbar oder einseitig

können Gipskartonplatten ohne Probleme direkt auf den Wänden befestigt werden.

sichtbar, wenn z.B. Anforderungen an den Schallschutz oder an die Aussteifung gestellt werden. Beidseitig sichtbare Elemente sind möglich. Diese

5.1 Wärmespeicher Durch den massiven Holzkern, den das Dübelholz

sind dann nicht tragend, nicht brandsicher und erfüllen nur geringe Schallschutzeigenschaften.

beim Hausbau darstellt, ist im Gegensatz zu Holzständer- oder Tafelbauten ein großer Wärmespeicher vorhanden. 5.2 Ökologie/ Nachhaltigkeit Die Ökologie spielt heute eine immer bedeuten-

dere Rolle. Zum einen sorgt der Klimawandel mit Stürmen, Überflutungen und Eisschmelzen täglich für Schlagzeilen. Zum anderen verlangen die Menschen immer mehr nach ökologischen, gesunden Produkten. Vor allem in Gebäuden, in denen man sich sehr lange Zeit aufhält oder auch

Abb. 11: Dübelholzwand [1] 4.3 Vorteile - Massive Wände

- Leim und kleberfreier Baustoff - Wärmespeicher - Feuchtespeicher - Schallschutz

schläft, ist eine gesunde, angenehme Umgebung wichtig. Dübelholz ist dafür perfekt geschaffen, denn von der Herstellung über die Fertigstellung des Gebäudes, benötigt es sehr wenig Energie. Außerdem ist es naturbelassenes Holz, ohne jegliche Zusatzstoffe oder Chemikalien. Der ganze Produktionsprozess verbraucht im Vergleich zu anderen Holzbauprodukten, wie Brett-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME DÜBELHOLZ

schichtholz oder Brettsperrholz, insgesamt sehr

ne Schutzschicht/ Verkohlung. Diese lässt das

wenig Energie.

Feuer nur langsam in das Material eindringen. Wichtig ist allerdings, dass die Wände luftdicht

5.3 Feuchtespeicher Die Feuchtigkeit der

abgeklebt sind, um die Fugen gegen Durchbrand Dübelholzelemente

zu sichern. Nach einem reellen Brand in einem

schwankt im eingebauten Zustand zwischen

Rosenheimer Einfamilienhaus aus Dübelholz, war

9 und 15%. In den Jahreszeiten, in denen die

selbst die Feuerwehr verblüfft, wie resistent Holz

Luftfeuchtigkeit höher ist, also vom späten Früh-

gegenüber Feuer ist.

ling bis Anfang Herbst nehmen die Elemente Feuchtigkeit auf. Während der Heizperiode im Winter wird die Feuchtigkeit wieder langsam abgegeben und somit stellt sich ein angenehmes Raumklima ein. Vor allem bei Häusern, die nur über die Lüftungsanlagen geheizt werden, wirkt sich dies positiv aus. 5.4 Schallschutz Durch die große Masse der Dübelholzelemente wird auch der Schallschutz positiv beeinflusst. Standardmäßige Konstruktionen bleiben deutlich unterhalb der Grenzwertanforderungen des Schallschutz.

Abb.13: Nach dem reellen Brand in einem Dübelholzhaus [1]

Abb. 12: Schallschutz- Luftschall R`w 47 dB, Trittschall L`n, w 64 dB [1] Der Trittschall bei Decken kann durch den richtigen Aufbau weiter minimiert werden. Bei Einfa-

Abb. 14: Brandversuch in Oberstadion [1]

milienhäusern reicht eine Kombination von Dübelholzdecke, Trittschalldämmung und Fließest-

6 Weiterentwicklung/ Ideen

rich aus. Für höhere Anforderungen gibt es HochTief-Dübelholzelemente, die mit Splitt ausgefüllt

6.1 Holz-Beton-Verbund Im Verbund werden die positiven Eigenschaften

werden, und somit eine noch höhere Masse im

von Beton und Holz kombiniert. Der Beton wird

Deckenelement erzeugen.

auf Druck, das Holz auf Zug beansprucht. Vor allem bei Einfeldträger kann man somit bei gerin-

5.5 Brandschutz Holz hat ein besseres Brandverhalten als Stahl oder Stahlbeton. Die massive Holzwand bildet ei-

gen Deckenhöhen große Spannweiten erreichen.

1128

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME DÜBELHOLZ

6.2 Dübelholz mit direktem Putzauftrag Eine weitere Möglichkeit, die Dübelholzelemente zur Horizontalaussteifung heranzuziehen, könnte der direkte Putzauftrag sein. Testversuche ergaben, dass durch das minimale Schwinden und Quellen der einzelnen Lamellen beim Dübelholz verschiedene Putze (ohne Armierung) direkt aufgetragen werden können. Vom Kalkputz bis zum Lehmputz hält jeden Temperaturunterschieden im Außenbereich stand Nach über drei Jahren sind keine Risse zu sehen. Die Idee, die dahinter Abb. 15: Selbstversuch einer HBV-Decke [1] Man könnte auch ganze Wände aus einer Kombi-

steckt ist, dass ganze Wände kostengünstiger vorgefertigt werden. Diese Wände können zusätzlich die Aussteifung übernehmen.

nation aus Hoch-Tief-Dübelholzelementen (Abb. 10) und Beton vorfertigen. Da Dübelholz nur allein zur Horizontalaussteifung nicht geeignet ist, könnte ein Verbund der beiden Materialien Holz und Beton sehr gute Ergebnisse liefern. Wenn man diese Idee weitertreibt könnte man aus diesen Holz-Beton-Elementen einen kompletten Keller bauen.

Abb. 17: Putzauftrag auf Dübelholz bei einer der vier Testflächen [1] 6.3 Kreuzlagendübelholz Man könnte Dübelholz mit einer Dicke von 5 bis 8 cm auch in drei überkreuzten Lagen ausführen. Man könnte sich vorstellen, dass dies bei einer Verklebung der 3-Schichten hervorragende Eigenschaften für weite, flächige Spannweiten besitzt. Mit 2-Lagen (eine Lage um 90° gedreht) könnte man selbst mit Vollgewindeschrauben ein zweiachsig gespanntes Flächenbauteil ausbilden (z.B Abb. 16: Hoch-Tief-Dübelholzelemente [1]

als Holz-Bodenplatten, die auf Glasschaum gesetzt sind).

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME DÜBELHOLZ

6.4 Maschine Dübelholz wird heutzutage noch recht langsam hergestellt (Ein Element mit 5 m Länge benötigt ca. 12 min). Es existieren bereits Pläne für eine Maschine, die eine 10-fach schnellere Herstellung zulässt. Ähnlich wie bei der Herstellung von KVH und BSH wird das Rohholzpaket auf die Maschine gelegt. Senkrecht aufgestellt und später im ersten Vorgang komplett gebohrt und im zweiten Schritt gedübelt. Nach diesem Vorgang läuft das sägeraue Dübelholzelement vollautomatisch in eine Hobelanlage. Für diese vollautomatische Dübelmaschine muss jedoch die Nachfrage nach Dübelholz noch gesteigert werden. Dies ist in der Sicht des Autors durch die vielen Vorteilen vom

Abb. 18: Projekt „Dübelholz für Chile“ [1] 8 Fazit Dübelholz ist ein traditionelles Holzbauprodukt,

Dübelholz durchaus möglich.

das für die Zukunft perfekt gerüstet ist. Für neue

6.5 Mehrgeschossiger Wohnbau Dübelholz ist vollkommen offen für den mehrge-

belholz völlig offen. Ideen, die zuerst recht skep-

schossigen Wohnbau- die richtige Konstruktion ist ausschlaggebend. Nach Meinung eines erfahrenen Dübelholzherstellers, der den Mehrgeschosser in Växjö/ Schweden begutachtet hat, ist es technisch kein Problem auch aus Dübelholz

Kombinationen mit anderen Baustoffen ist Dütisch angesehen werden, müssen weiter erforscht und dann umgesetzt werden. Der Schweizer Holzbauvisionär Hermann Blumer sagt: „Damit wir mit Holz im Wettlauf der Baustoffe mithalten können, müssen wir permanent

über zehn Stockwerke hoch zu bauen.

etwas „Neues“ erträumen. Wenn ich „Neues“

7 Chile/ Südamerika Dübelholz ist ein Produkt, das in jedem Land der

tes in einer vorerst noch ungewöhnlichen Kombi-

Erde, das über Holzvorkommen verfügt, hergestellt werden kann. Die meisten Holzarten sind dazu geeignet, da schmale Lamellen zu einem massiven Holzklotz zusammengedübelt werden. Mit Unterstützung des Institut für Holzbau Biberach läuft derzeit ein Projekt in Chile. Studenten aus Deutschland und der Universität Bio-Bio planen und bauen derzeit eine voll funktionsfähige Dübelholzanlage in Chile. Damit kann man das Holz mit geringer Festigkeit, welches in dieser Region reichlich vorhanden ist, zu Dübelholz verarbeiten. Kostengünstige und komfortable Bauten können somit auch in den ärmeren Regionen der Erde hergestellt werden.

sage, dann ist das für mich in der Regel Bekannnation. Im Volksmund heißt das dann „Alter Wein in neuen Schläuchen“. Ich traue mich auch einmal etwas auszudenken, das nach „Neuer Wein in neuen Schläuchen“ aussieht.“ Der massive Holzbau ist auf dem richtigen Weg. Im Hinblick auf Forschung und Umsetzung in die Praxis gibt es jedoch noch viel zu tun. Quellen [1] Kaufmann GmbH, Oberstadion [2] Archiv Arge Holz, Düsseldorf Siehe auch 13.2 Holzbausysteme „Brettstapel“

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME TWOODS-BAUELEMENTE

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme TWOODS - Bauelemente

Urs Steinmann

TWOODS

®

die Kombination der drei Holz-

Weisheiten: TWOODS®-Bauelemente werden metall- und leimfrei durch Holzdübel verbunden. Neben dem

-

einzigartigen Wohnklima profitieren Sie von einer ausgezeichneten Wärmedämmung und einem

Gekreuzte Anordnung der Bretter für tragende, aussteifende Elemente (Tragwerkskunst)

-

besseren Hitze-, Brand- und Strahlenschutz.

Holznägel zum Verbinden von Brettern (Zimmermannskunst)

-

Tuch als Dichtung (Schiffsbaukunst)

1 Ziel Es muss unser Ziel sein Häuser zu bauen, in welchen ein möglichst großes Wohlbefinden zu spüren ist. Ein Haus kann auch als großes Kleid der Bewohner betrachtet werden. Es soll sich den Bewohnern anpassen können, sie schützen und Ihnen Geborgenheit und Lebensqualität geben. Mit möglichst kleinem Energieeinsatz soll es ein ausgeglichenes Klima bieten. Oder in Kleidern ausgedrückt: Es soll eine Goretex-Jacke sein und nicht ein Ölanzug. Es muss auch unser Ziel sein, unseren Nachkommen ein sauberes Haus zu überlassen. Ein Haus, welches nicht als Sondermüll in der Landschaft steht, sondern ein Haus, welches mit gutem Gewissen wieder dem natürlichen Kreislauf übergeben werden kann. Ein Haus, welches wieder zu Erde werden kann. Ein Haus ohne schädliche Fremdstoffe für die Umwelt. 2 Holzverbrauch Wir dürfen kein Holz „verbrauchen“ sondern die Natur gibt uns die Möglichkeit Holz zu gebrau-

Abb. 1: Aufbau TWOODS®-Bauelement

chen. Nach dem Gebrauch müssen wir den edlen Baustoff „Holz“ mit gutem Gewissen wieder zurückgeben können.

2.1 Bretterlagen Grundelement für die Bretterlagen sind sägerohe

Wenn wir das Holz während der Gebrauchsphase

Bretter direkt von der lokalen Sägerei auf 6 % bis

zu Sondermüll machen, so haben wir wohl etwas

10 % technisch getrocknet. Die optimale Abmes-

falsch gemacht………

sung der Bretter liegt bei ca. 150 / 30 mm. Damit wird ein Minimum an grauer Energie in die Bret-

Die Idee

ter gesteckt. Die TWOODS®-Bauelemente können

…….einfach und bestechend!

eigentlich vom Tragwerk her als geschlossener Gitterträger betrachtet werden. Gitterträger haben im Holzbau eine lange Tradition und haben

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME TWOODS-BAUELEMENTE

sich bereits zu Zeiten der Industrialisierung bewährt. Wurden und werden doch viele Eisenbahnbrücken in dieser Bauweise konstruiert.

Abb. 4: Holznägel

Abb. 2: Gitterträgerbrücke im Neckertal (CH) 2.2 Holznägel Zur Verbindung der Bretter untereinander dienen Holznägel oder auch Dübel genannt. Es werden Dübel aus der einheimischen Laubholzart „Buche“ eingesetzt. Die Holznagelverbindung ist altbewährt. Sie hält unzählige Objekte bereits Jahrhunderte lang zusammen.

2.3 Dichtung Zur Dichtung der Elemente wird ein von uns entwickelter Filz eingesetzt. Die Lage besteht aus Wolle, Baumwolle und Hadern. Eine spezielle Anforderung an „das Tuch“ ist, dass es beim Bohren nicht aufreißt und sicherstellt, dass es um den Dübel herum sauber schließt. Eine weitere Anforderung ist, dass diese Schicht winddicht aber dampfdiffusionsoffen ist. Diese Schicht stellt eigentlich die Goretex-Schicht in unserem Kleid dar. Diese drei Komponenten - sägerohe Bretter, Holznägel und Filz intelligent kombiniert - ergeben ein perfektes Element mit unschlagbaren Leistungen - ökologisch, nachhaltig und angenehm.

Abb. 3: Bug mit Holznägeln Abb. 5: TWOODS®-Bauelement

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME TWOODS-BAUELEMENTE

3 Leistungen von TWOODS®-Bauelementen 3.1 Schutz vor Kälte TWOODS-Häuser besitzen einen ausgezeichneten

Außen

Innen

Wärmebalancewert, die Minergie- Standardwerte werden spielend erreicht. Wohlige Wärme strahlt von den Wänden. Insbesondere das ausgezeichnete dynamische Verhalten der TWOODS-Bauelemente sichert ein ausgeglichenes Klima. Die nachfolgende Grafik zeigt Messkurven der Innentemperatur in drei Raumzellen mit unterschiedlichem Wandaufbau. Die Untersuchungen wurden

Abb. 8: Schutz vor Wind

und werden an der ETH in Zürich durchgeführt. Außen

Innen

3.3 Schutz vor Nässe im Haus, Dampfdiffusion ® TWOODS -Bauelemente sind dampfdiffusionsoffen. Die Feuchtigkeit oder eben der Dampf kann ungehindert durch das Element wandern. Die Vollholzelemente stellen auch einen riesigen Dampfpuffer dar, was ein ausgeglichenes Klima sicherstellt. Eine Dusche in einem Vollholzraum bringt die Wände nicht zum schwitzen. Der Dampf kann ungehindert durch die Konstruktion wandern. Wie bei einer Goretex-Jacke um bei

Abb. 6: Schutz vor Kälte im Winter

Abb. 7: Schutz vor Kälte im Winter 3.2 Schutz vor Zugluft In jedem TWOODS®-Bauelemente ist mindestens eine Winddichtung eingebaut. Es wird eine Art Filz aus Wolle, Baumwolle und Hadern eingelegt um den Wind außen vor zu halten. Schon unsere Vorfahren haben Filz eingesetzt um sich vor Wind und Wetter zu schützen.

den Kleidern zu bleiben.

Abb. 9: graue Ecken in herkömmlicher Bauweise

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME TWOODS-BAUELEMENTE

Außen

Innen

Außen

Innen

Abb. 10: Dampfdiffusionsoffen

Abb. 12: Schutz vor Hitze im Sommer

Die Feuchtebalance in einem TWOODS®-Haus ist ausgezeichnet. Feuchte Ecken gehören dank der

3.5 Schutz vor Lärm Holz hat grundsätzlich eine sehr hohe Dämp-

guten Diffusionswerte der Vergangenheit an. Die

fungseigenschaft. Allein durch die große Masse

große Masse an unbehandeltem Holz kann

an rohen Holzbrettern erreichen wir schon einen

Feuchtigkeit aufnehmen und auch wieder dosiert

sehr hohen Schallschutz. Dazu kommt noch die

abgeben. Der Dampf bzw. die Feuchtigkeit kann

Wirkung des Schichtaufbaus. Durch den Schicht-

ungehindert durch das Element wandern, ohne

aufbau der rohen Bretter in verschiedenen Rich-

auf eine bremsende oder stauende Schicht zu

tungen kommen die Auflagepunkte der Bretter

stoßen.

willkürlich zu liegen. Dazwischen befindet sich Luft. Währen die Bretter gehobelt, so hätten wir einen wesentlich schlechteren Schallschutzwert, da die Bretter sich nicht punktuell berühren sondern flächig aufeinander liegen. Noch schlechter Werte ergeben verleimte Schichtholzplatten, wo der Leim ein perfekter Leiter des Schalls von einer Schicht zur anderen darstellt.

Außen

Innen

Abb. 11: Ausgeglichene Feuchtigkeit im Haus 3.4 Schutz vor Hitze ® Mit einem TWOODS -Haus müssen Sie am Nachmittag nicht Siesta machen weil es im Gebäude zu heiß ist. Einmal mehr hilft die große Speichermasse ein ausgeglichenes Klima im Haus sicherzustellen. Im Haus bleibt es angenehm, es kommt kein Barackenklima auf.

Abb. 13: Schutz vor Lärm, Schallschutz

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME TWOODS-BAUELEMENTE

3.6 Schutz vor Emissionen TWOODS®-Elemente sind frei von schädlichen

relativ einfach. Entscheidende Parameter beim

Emissionen da keine Zusatzstoffe verwendet wer-

-

Ausgangsdurchmesser des Dübels

den. Allergiker wissen diese Tatsache enorm zu

-

Dübellänge passend zu Lagenanzahl

schätzen. Auch die Entsorgung der Elemente

-

Faserverlauf des Dübels (abhölzig)

wird niemandem Sorge bereiten. Die Bewohner

-

Befeuchtung des Dübels (Menge, Bereich)

® von TWOODS -Häusern haben eine herrlichen,

-

Qualität der Lochwandung

neutralen Holzduft in der Nase.

-

Qualität der Absaugung (keine Späne im Loch)

Außen

Innen

Dübelprozess sind folgende:

6 Qualitätskontrolle Je weniger Prozesse zur Herstellung eines Produktes notwendig sind, umso einfacher lässt sich im Allgemeinen auch die Qualitätskontrolle gestalten. 6.1 Eingangskontrolle Die Bretter und die Dübel werden auf Maßhaltigkeit und Feuchtigkeit kontrolliert. Dabei werden pro Lieferung Stichproben durchgeführt und die

Abb. 14: Schutz vor Emission

Messwerte werden protokolliert.

4 Wertschöpfung Mit dem Produkt TWOODS® bleibt eine riesige

6.2 Kontrollen im Produktionsablauf Der Legeroboter fährt nach jeder Lage in eine

Wertschöpfung vom rohen Brett bis zur fertigen

Ruheposition und fordert den Bediener auf eine

Wand bzw. bis zum fertigen Haus im Betrieb. Da-

visuelle Kontrolle durchzuführen. Die Befeuch-

mit vergrößert sich auch der Bereich, in welchem

tung der Dübel wird von der Dübelanlage konti-

man die Kosten beeinflussen kann. Schlussend-

nuierlich kontrolliert. Zudem wird auch kontrol-

lich hat man damit ein Instrument in der Hand

liert, dass in jedem gebohrten Loch ein Dübel

um sich von den Mitbewerbern klar abzugrenzen.

steckt.

5 Prozesssicherheit ® Das Vollholzelement TWOODS ist bei exzellenter

Visuell muss von den Bedienern kontrolliert wer-

Leistung auf sehr wenige Schichten unterschiedli-

Bretter zu liegen kommen.

den dass die Dübel in die Kreuzungspunkte der

cher Materialien bzw. Werkstoffe reduziert. Der Aufbau ist sehr einfach. Damit sind auch wesent-

Im Abbundbereich werden die Elemente auf eine

lich weniger unterschiedliche Prozesse nötig um

präzise Dicke überfräst.

®

ein TWOODS -Element herzustellen. Der Schlüs® selprozess bei der Herstellung von TWOODS -

Anhand der Planungsgrundlagen wird die Maß-

Elementen ist die Verdübelung der einzelnen

haltigkeit der Elemente überprüft.

Bretterlagen. Gerade weil keine Fremdstoffe wie Leim, Topfen, usw. zum Einsatz kommen, sondern nur Wasser zum Quellen der komprimierten Dübel eingesetzt wird, wird auch dieser Prozess

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME TWOODS-BAUELEMENTE

7 Planung Die Planung vereinfacht sich gegenüber Ständer-

DS-2 steht für ein vollautomatisches Dübelcenter.

bauten mit zahlreichen Schichten wesentlich. Das

Kreuzungspunkten der Bretter. Dabei wird auf

Innenleben der TWOODS®-Elemente wird durch

eine hohe Qualität der Lochwandung geachtet.

die unterschiedlichen Richtungen der Lagen defi-

Die Dübel werden vor dem Eindrücken automa-

niert, was im CAD bereits codiert ist. Man muss

tisch komprimiert, befeuchtet und millimeterge-

sich also keine Gedanken machen wo ein Ständer

nau in das saubere Loch gedrückt. Dieses speziel-

zu positionieren ist um Vertikallasten abzutragen

le Verfahren wurde von TechnoWood entwickelt

oder ein Waschbecken aufzuhängen. Es hat ein-

und ist zum Patent angemeldet. Für den ganzen

fach überall Holz.

Vorgang wird kein einziger Tropfen Leim ver-

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Zwei Bohraggregate bohren präzise Löcher in den

wendet. Auch der Materialeinkauf bzw. die Materialbeschaffung vereinfacht sich wesentlich da die Viel-

Mit dem Bearbeitungscenter TW-3500 können

falt äußerst gering ist. Es beschränkt sich auf Dü-

beliebige Teile millimetergenau und rationell be-

bel, Bretter und Dichtfilz. Im CAD werden nur

arbeitet werden. Die individuelle Ausstattung mit

Fensterausschnitte, Türausschnitte, usw. gezeich-

beliebigen Werkzeugen lässt kaum Wünsche of-

net. Auch Bohrungen und Ausschnitte für Instal-

fen. Fensterausschnitte, Türausschnitte, Nuten,

lationen (Elektro, Sanitär) werden, wenn möglich,

Falze, Bohrungen, Elektroausschnitte, Aufhän-

auch bereits im CAD definiert. Schlussendlich

gungen, Schnitte und viele Bearbeitungen mehr

werden noch die Verbindungen festgelegt und

können auf dem TW-3500 in hoher Präzision

fertig ist die Planung. Je einfacher die Planung ist,

hergestellt werden.

umso tiefer ist im Allgemeinen auch die Fehlerquote. 8 Produktion ® Für die Herstellung von TWOODS -Elementen wurde von der Firma TechnoWood eine Produktionslinie entwickelt, welche sich aus drei PortalCNC-Maschinen zusammensetzt. Legeportal ZP-4 Dübelportal DS-2 Abbundportal TW-3500 Das Legeportal ZP-4 ergreift sägerohe, getrocknete Bretter aus vordimensionierten Behältern und legt sie auf dem Arbeitstisch aus. Die Vorgaben für die Legemuster kommen direkt aus dem Programmiersystem. Aussparungen wie Fenster und Türen werden durch das System erkannt und nicht ausgelegt, womit der Verschnitt auf ein Minimum reduziert wird.

Abb. 15: Twoods-Produktionsstrasse mit Lege-Dübel- und Abbundportal

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Vorteile und Ausführung des massiven Holzbaus

Andreas Ludewig 1 Einleitung Um in wirtschaftlich schwierigen Zeiten und entgegen allgemeiner Abwärtstrends erfolgreich zu sein, ist mehr denn je Kreativität und der Mut sich gegen den Strom zu stemmen, gefordert. Neue Ideen im Holzbau, die Wiederbesinnung auf Bewährtes; dass an die modernen Erfordernisse angepasst wird und das Bemühen so genau wie möglich auf die Bedürfnisse der Bauherren an Behaglichkeit, technische Leistungsfähigkeit und

Abb. 1: Mark Twain

letztendlich auch die Kosten einzugehen, sind die Ansprüche mit denen wir antreten müssen.

„Ich habe nie verstehen können, warum die Deutschen, die so viele Wälder haben, sich par-

Wir, das heißt die MHM Entwicklungs GmbH, ha-

tout darauf versteifen, Häuser aus Stein zu bau-

ben als Tochterunternehmen der Hans Hundeg-

en. Jetzt allerdings, wo ich weiß, über welche

ger Maschinenbau GmbH die Massiv-Holz-Mauer

Mengen an Rheumabädern dieses Land verfügt,

entwickelt, zur Marktreife gebracht und betrei-

sehe ich ein, dass sie Deutschen in feuchten

ben auch die fortlaufende Weiterentwicklung

Steinhäusern wohnen müssen. Wo sollten sie sich

Produktes.

sonst den Rheumatismus holen, ohne den ihre Bäder überflüssig wären?“ (Zitat: Markt Twain)

Der Grundgedanke der regionalen Wertschöpfung, d.h. Holz, Säger, MHM - Produktion und

Diese Erkenntnis, zu der Mark Twain schon vor

Zimmerei sollten möglichst nahe beim Bauherren

etwa 120 Jahren kam, ist heute aktueller denn je,

sein, ist ein bedeutender Orientierungspunkt für

und zwar nicht nur weil es sich in Holzhäusern

uns und hilft dabei schnell, ökologisch aber auch

einfach angenehmer und behaglicher lebt, son-

preiswert zu produzieren und dabei auch die

dern auch will unsere Lebensweise ganz erhebli-

heimische Wirtschaft zu stärken.

che Mengen an Energie verschlingt und damit deutlich spürbare Auswirkungen auf Natur, Um-

Der Bau oder Kauf eines Hauses ist für alle Bau-

welt und Kosten hat!

herren ein großer Schritt. Man möchte in der Regel ein Leben lang darin wohnen und es evtl. an

Um als Alternative zum herkömmlichen Massiv-

Kinder oder Enkel weitergeben. Auch dient es

bau mit Stein und Beton wahrgenommen zu wer-

häufig als Absicherung des eigenen Lebens-

den, muss der Baustoff Holz stärker ins Bewusst-

abends. Diesen Erwartungen und auch den Er-

sein der Bevölkerung und auch der Anwender ge-

fordernissen an unsere Umwelt, dass heißt vor

rückt werden, seine Werkstoffqualitäten deutlich

allem unserer Zukunft, gerecht zu werden gelingt

herausgestellt und seine Vorteile aufgezeigt wer-

gerade mit massiven Holzbaustoffen einfacher

den. Auch Fachleute, egal ob Planer oder Anwen-

und überschaubarer als mit den traditionellen

der, vergessen oftmals was mit Holz alles zu ma-

Mitteln.

chen und wie unglaublich leistungsfähig dieser Werkstoff ist.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

Private Bauträger und die öffentliche Hand müs-

nenfähig“ zu machen, muss sie auf Schachte-

sen in der Lage sein auch mehrgeschossige Bau-

lungs- und Elementierungsmodule der Ansteue-

vorhaben ökologisch wie ökonomisch sinnvoll

rungssoftware umgelegt werden. Die Programme

und sicher bauen zu können. Die massive Holz-

der Dietrichs AG, von cadwork; HSB-CAD und

bauweise kann diesen Ansprüchen gerecht wer-

SEMA können hier die Portalbearbeitungsanlagen

den.

des

Marktführers

Hundegger

Maschinenbau

GmbH ansteuern. Wo liegen also die großen Vorteile massiver Holzbausysteme, sowohl für den Planer und Architek-

Auf diese Wiese entsteht ein durch und durch

ten, für den Zimmermann als verarbeitender Be-

massiver Wandaufbau mit all seinen Vorzügen,

trieb, als auch für die Bauherren, die das alles ja

ein Ziegel dagegen ist heute alles andere als mas-

bezahlen sollen.

siv.

2 Wandelemente 2.1 Aufbau und Herstellung Die Massiv-Holz-Mauer ist eine rein ökologische Vollholzwand für den Haus- und Objektbau, bestehend

aus

beliebig

breiten,

getrockneten

24 mm Seitenwarebrettern. Als Rohholz finden Nadelhölzer, in der Regel Fichte, Kiefer, Tanne und Douglasie Verwendung, die Hölzer müssen den Anforderungen der Sortierklasse C 24 nach EN 338 entsprechen. Die einzelnen Bretter werden mit Nuten versehen, die als Raum für eine stehende Luftschicht dienen und den Dämmwert der Wand deutlich verbessern. Anschließend werden die einzelnen Bretter auf dem „Wandmaster“ mit Alu-Rillenstiften kreuzweise zu einem Wandelement in Wandstärken von 11,5 u. 16 cm für Innenwände und von 20,5 bis 34 cm für Außenwände verbunden. So wird optimale Festigkeit bei problemloser Bearbeitbarkeit erreicht. Auf den Einsatz von Leim oder Folien kann komplett verzichtet werden. Mit einer CNC gesteuerten Portalbearbeitungsanlage werden die rohen Wandplatten zu montagefertigen Elementen mit allen notwendigen Ausfräsungen für Elektro- und Sanitärleitungen, Wandund Deckenanschlüssen oder Rollladenkästen versehen. Um die Planung des Architekten „maschi-

Abb. 2: Wandaufbau

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

2.2 Verbindungen Die Verbindung der Wandelemente untereinan-

schneiden eines Falzes aber unnötiger Holzverlust

der erfolgt mittels Verschraubungen. Im Detail

lichste Lösung. Sollte außenseitig keine Däm-

stellt sich das wie folgt dar:

mung oder winddichte Bahn angebracht werden,

einhergeht ist der stumpfe Stoß die wirtschaft-

empfiehlt es sich den Stoß abzukleben. Gleichermaßen wird die Eckverbindung gelöst, wobei hier auf die Dicke der Wand 2 Lagen tief ausgefräst wird sodass die Wände ineinander eingelassen werden können.

Abb. 3: Sockelanschluss Um eine feste Verbindung zu garantieren und evtl. Unebenheiten der Bodenplatte auszugleichen, wird eine Montageschwelle (10 x 8 cm, Lärchenholz) mit der Bodenplatte vertikal verschraubt und nivelliert. Die Wandelemente werden auf die Montageschwelle auf gesetzt, mit ein

Abb. 4: Längsstoß

einer Hilfsabstrebung gegen kippen und umfallen gesichert und nun horizontal verschraubt. Als

Durch die millimetergenaue Fertigung der Mas-

Verbindungsmittel

Teilgewindeschrauben

sivholzelemente entfällt das nachträgliche Maß-

mit einem Mindestdurchmesser d = 8 mm zu ver-

nehmen, wie es im herkömmlichen Massivbau bis

wenden.

dato notwendig ist. Im Falle einer verputzten Fas-

sind

sade, wenn also das anbringen einer zusätzlichen Ebenso wird im Längsstoß verfahren. Die Wand-

Dämmung als Putzträger notwendig ist, wird das

elemente werden mit einem stumpfen Stoß an-

Fenster bündig mit der Außenkante der Wand-

einander gefügt und diagonal miteinander ver-

elemente angebracht und das WDVS bis auf den

schraubt. Der stumpfe Stoß ist, dies haben Unter-

Rahmen gezogen. Die Fenster werden direkt mit

suchungen der TU Graz [1] festgestellt, genauso

den Wandelementen verschraubt, Fugen zwi-

dicht wie eine Falzverbindung. Da mit dem

schen Wand und Fenster mit Hanf oder Steinwol-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

le abgedichtet und abgeklebt. Dabei ist darauf zu

Sie können sich das so Vorstellen:

achten dass schlagregendichte Flexbänder z.B.

Sie haben eine Badewanne die sich mit Wasser

von Würth verwendet werden um evtl. Quell-

füllt. Irgendwann ist sie voll und das Wasser läuft

Schwundverhalten der Bauteile auszugleichen.

über. Der U-Wert sagt mir nur wie viel Wasser verloren geht, aber nicht wie hoch die Wanne ist. Bei einem sehr leichten Baustoff mit kurzer Phasenverschiebung wäre die Badewanne eben nur 10 cm hoch, bei einem schweren wie der MHM eben 1m und es dauert entsprechend länger bis etwas überläuft. Die Raumtemperatur bei der wir uns wohlfühlen, ist zu einem guten Teil von der Oberflächentemperatur der Raumumschließungsflächen abhängig. Durch die Struktur des Holzes ist die Oberflächentemperatur in Durchschnitt 3-4 Grad höher als in einem Steinbau. Jedes Grad Raumtempera-

Abb. 5: Fensteranschluss 3 Wärmeschutz 3.1 Energieberechnungen - Phasenverschie-

tur erfordert rund 6 % mehr Heizenergie. Auch so wird schon effektiv Energie gespart. 3.2 Hygroskopischen Verhalten

bung Wird auf die beschriebene Art die Gebäudehülle hergestellt, können bereits mit einer 25 cm dicken Massiv-Holz-Mauer Wand die Vorgaben nach EnEV ohne zusätzliche Dämmebene erreicht werden. Auch wenn, wie jedermann einleuchten wird, jeder Baustoff ein anderes energetisches Verhalten hat, werden in den gängigen Energieberechnungen leider keine Differenzen zwischen Glas, Beton, Ziegel oder Holz gemacht. Der Heizenergiebedarf berechnet sich aber nicht nur nach dem U-Wert, auch die Phasenverschiebung oder die Oberflächentemperatur haben hier gewichtige

Abb. 6: Dampfdiffusion

Anteile. Gerade für den sommerlichen Wärmeschutz, aber auch für den Heizenergiebedarf im

Holz ist im physikalischen Sinne nicht kompakt;

Winter ist die Phasenverschiebung, also die Zeit

es enthält zahlreiche winzige Hohlräume. Da-

die ein Grad K durch die Wand benötigt, mindes-

durch bedingt hat Holz eine sehr große innere

tens so bedeutsam wie der U-Wert. [2]

Oberfläche. Dieses Hohlraumsystem kann durch den kapillaren Effekt, gleich den Wurzeln einer Pflanze, Feuchte aufnehmen und weitergeben.

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

Das Holz nimmt Feuchte aus seiner Umgebung

Man muss das Rad nicht immer neu erfinden um

auf und passt sich in seinem Feuchtegrad der

sicher zu sein. Die konsequente Nutzung der na-

Umgebung an. So kann die Raumluft auch nie zu

türlichen Eigenschaften des Holzes reicht schon

trocken werden, gleichzeitig schütz die Holzmas-

ohne komplizierte technische Hilfsmittel aus um

se vor Bauschäden. [3]

effiziente bauliche Sicherheit zu erzielen

Durch die hygroskopischen Eigenschaften des

4 Kurze Bauzeiten

Holzes liegt der Taupunkt im Normalfall immer

4.1 Bauzeit „Time is cash, time is money“

außerhalb der Konstruktion. Sollte aber, im Extremfall, eine Leckage so groß sein dass Tauwasser innerhalb des Wandaufbaues anfällt, ist die umgebende Holzmasse groß genug um mit der anfallenden Feuchtigkeit gut fertig zu werden. Es wäre ein Volumenstrom von 228 m³/h Luft notwendig um eine Holzfeuchte zu erreichen bei der sich Schimmel bilden kann. Und dies setzt voraus das alle Feuchtigkeit ausschlägt, was praktisch wiederum nicht möglich ist. Kurz gesagt, in dieser Form schützt sich die Wand selbst! Die massive Holzbauweise zeigt auch hier dass sie den gängigen Systemen schon aufgrund der Konstruktion überlegen ist.

Abb. 8: Transport Der hohe Vorfertigungsgrad und die Möglichkeiten z.B. Leitungen, Wandbekleidungen oder Dämmungen bereits ab Werk anzubringen sorgen dafür dass Bauzeiten sehr kurz gehalten werden können! Das ist natürlich gerade im Holzrahmenbau heute schon Standard, mit der Massiv-Holz-Mauer lassen sich aber gerade Wandanschlüsse leichter und sicherer ausführen. Die zeitaufwändige Schaffung von luftdichten Ebenen, das exakte Abkleben von Anschlüssen entfällt weitestgehend, eine wind-/luftdichte Ebene wird auch leichter zwischen Wand und Dämmung, als Raum für Raum auf der Innenwandseite ange-

Abb. 7: Eckverbindung

bracht.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

4.2 Architektonische Freiheit Schön zu wissen sei hierbei, dass dies nicht zu

sehen. Dabei hatte er zunächst gar nicht an einen

Lasten der architektonischen Freiheit gehen muss.

ses, das keine geraden Wände hat, in Ziegel nicht

Aufgrund der statischen Eigenschaften der Mas-

machbar war, stieß er bei seiner Suche auf den

siv-Holz-Mauer sind viele „Problemfälle“ die im

Architekten Norman Heimbrodt. Dieser hat schon

konventionellen Bau unmöglich oder aber nur

mit dem vorangegangen Haus seine Erfahrungen

äußerst schwierig und kostenintensiv umzusetzen

mit der MHM und deren Möglichkeiten gemacht

sind, hier relativ einfach zu lösen.

und konnte nun auch hier den Wünschen des

Holzbau gedacht. Da die Realisierung dieses Hau-

Bauherren folgen. Eine Vielzahl relativ schmaler, So sind an diesem Wohngebäude in Burghaun

im Winkel angeschnittener Elementplatten war

(Hessen) die Fensterleibungen innen um 30 ° an-

nötig um die geschwungenen Wände zu schaf-

geschnitten und wie auf dem Bild schön zu se-

fen. Dank der millimetergenauen, CNC - gesteu-

hen, einige „Fenstertrauben“ auszuführen gewe-

erten Fertigung war dies aber unproblematisch.

sen. Gerade die Fensterelemente ohne Sturzele-

Einzig das zusammensetzen und verankern der

mente auszuführen, ist im traditionellen Bau aus-

Einzelteile war eine richtige Herausforderung.

gesprochen schwierig wenn nicht unmöglich, in der hier gewünschten Weise tatsächlich nicht umsetzbar. Auch unseren Produzenten und dessen Statiker hat dies einiges Nachdenken gekostet, mittels einer zusätzlichen Verschraubung im Bereich der Wand, zwischen den Fensterelementen, lies es sich aber doch umsetzen. Ein solcher Bau mag vielleicht nicht jedermanns Sache sein, zeigt aber die vielfältigen Möglichkeiten an die auch versierte Holzbauplaner zunächst nicht denken wollen. Abb. 10: Weissendietz 5 Ausbau 5.1 Wandbekleidungen Deckenauflager werden wie in Abb. 11 beschrieben ausgeführt. Das Wandelement wird mittig bis auf die Stärke der Decke ausgeschnitten, das Deckenelement mit Filzstreifen o.Ä. entkoppelt aufgelegt und das Obergeschosselement vollflächig aufgebaut. So ist das Deckenelement komAbb. 9: Haus Gietz, Burghaun

plett von der Wand umschlossen, eine Wärmebrückenfreie Ausführung möglich. Grundsätzlich

Ein weiteres interessantes Beispiel ist dieses Haus

wird die Wanddicke von den Vorstellungen hin-

in Weissendietz in Thüringen. Der Bauherr ist

sichtlich der Wärmedämmeigenschaften und der

Holzbildhauer und wollte seine individuellen Vor-

Fassadengestaltung bestimmt. Ist eine Holzfassa-

stellungen in seinem Ateliergebäude umgesetzt

de geplant und nur ein mittlerer Wärmeschutz

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

gefordert würde schon die Ausführung einer

Auf diese Weise wird auch eine ausreichende

34,0 cm dicken Wand ohne zusätzliche Däm-

Dichtigkeit der Gebäudehülle erreicht. So erreicht

mung mit einem U-Wert von 0,26 W/m²K genü-

die Rohwand im Blower-Door-Test Werte zwi-

gen, außenseitig wird eine Lattung zur Hinterlüf-

schen 1,3 – 1,5 -fachen Luftwechsel pro Stunde,

tung und die Fassadenbretter angebracht. Im Fal-

mit Außenwanddämmung zwischen 0,8 – 1,0-

le einer Putzfassade oder eines besonders hohen

fachen Luftwechsel, lediglich im Falle von Passiv-

Wärmeschutzes wird außen direkt das Dämmma-

häusern muss zwischen Wand und Dämmung ei-

terial, in unserem Falle eine Holzfaserplatte, als

ne winddichte Bahn angebracht werden um die

zusätzlich Dämmung und als Putzträger ange-

Luftwechselrate unter 0,5/h zu drücken.

bracht. Eine Verschraubung oder Klammerung sollte immer mindestens in die zweite Brettlage geschossen werden um spätere Putzrisse zu ver-

5.3 Wohnqualität In einem solchen Fall muss aber auch die Frage-

meiden.

gestellt werden, welchen Preis wir zahlen müssen um bestimmten gesetzlichen Anforderungen zu

Innenwändig werden Gipskartonplatte, Lehm-

genügen.

bauplatte oder Holzverschalung ebenso direkt auf die Wand, in die zweite Lage geklammert befes-

Das Drängen nach immer niedrigeren Energie-

tigt.

kennzahlen, die grundsätzlich schon aufgrund der Berechnungsweise nicht korrekt sind, führt dazu dass unsere Häuser immer dichter und dichter werden. Wenn verlangt würde dass wir alle nur noch in einem Raumanzug mit Beatmungsgerät herumlaufen sollen, würden ein solches Ansinnen als völlig abwegig zurückgewiesen werden. Wenn es aber um das Leben in den eigenen vier Wänden geht, ist es scheinbar völlig normal auf künstliche Hilfsmittel und High-tech zu vertrauen. Wir müssen uns also überlegen wie Energieeffizienz und Lebensqualität miteinander vereinbar sind. In einem superdichten Haus muss die Luftfeuchtigkeit geregelt werden und Frischluft zugeführt werden. Die Regelung der Luftfeuchte kann die Massiv-Holz-Mauer sehr gut alleine und ohne mechanische Unterstützung leisten, es ist also nur noch notwendig in den Räumen in denen wir uns lange aufhalten, also Schlaf- oder Kinderzimmern, für eine evtl. dezentrale Belüftung zu sorgen. Die Abhängigkeit von komplexen und damit auch störanfälligen Lüftungssystemen wird ver-

Abb. 11: Deckenanschluss

mieden. Auch die eher fragwürdige hygienische

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

Leistungsfähigkeit von solchen Anlagen wird

barkeit bringen hier deutlich Punkte, oder einfach

nicht mehr zum Diskussionsthema. Ein jedes Jahr

gesprochen Werterhalt und damit Euro!

wieder aufkommendes Thema ist der Umgang mit flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Mehr als 90 % unserer Zeit verbringen wir in In-

7 Energiebilanzen im Vergleich Durch Aufbau und Konstruktion bedingt sind Ge-

nenräumen. Entsprechend groß ist die Sensibilität

bäude aus der Massiv-Holz-Mauer genauso ein-

vieler Menschen gegenüber möglichen oder ver-

fach und schnell zu demontieren, wie auch ur-

muteten Beeinträchtigungen der Wohnumwelt

sprünglich zu montieren. In Hackschnitzel recy-

durch Schadstoffe. Neben Möbeln, Bodenbelä-

celt, entspricht die gewonnene Nutzenergie etwa

gen o.Ä. emittieren auch Baustoffe und Ausbau-

30.400 l Heizöl. Das würde den heutigen Bedarf

materialien verschiedene Stoffe in die Innenluft.

einer Familie von 12 Jahren abdecken [(150 m³ *

Da aber im Wohnklima eine biologische Gefähr-

450 Kg/m³ Rohdichte * 19 MJ Heizwert Holz / 42

dung durch Pilze oder Insekten ohnehin nicht ge-

MJ Heizwert Heizöl)(3,6 MJ = 1kw/h)], und das

geben ist kann auf Chemischen Holzschutz heute

CO2 neutral!

komplett verzichtet werden. Terpene und Formaldehyd, die als Stoffwechselprodukt des Baumes

Reste des Alustiftes verbleiben im Ascherost und

auf natürliche Weise in geringen Konzentrationen

können ebenso wieder dem Recycling zugeführt

in allen Holzbauteilen vorkommen, sind hier wohl

werden. Wir können also, auch unter Berücksich-

die meist untersuchten Stoffe. Mit Regelkonzent-

tigung des Aufwandes eines Rückbaues, eine po-

rationen selbst, bei verleimten Platten von unter

sitive Umweltbilanz ziehen. [4]

0,03 ppm liegen die Werte aber deutlich unter den als gesundheitlich unbedenklich angesehenen Grenzwerten von 0,1 ppm. 6 Rückbaubarkeit Da es eher zweifelhaft ist das die Mehrzahl unserer Wohnhäuser irgendwann als Kulturdenkmal gelten, müssen wir uns auch Gedanken über die Rückbaubarkeit und die Möglichkeiten der Wiederverwertung machen. Klar ist, dass sich der Bauherr oder Investor von heute nicht zwingend Gedanken macht, was in 50 oder 100 Jahren mit seinem Bau passiert. Dennoch ist es so, dass ein Haus Teil der Altersvorsorge ist oder gewinnbringend angelegtes Kapital sein sollte. Somit ist es, langfristig betrachtet (gerade in Zeiten der Finanzkrise), schon wichtig im Hinterkopf zu behalten, was das gute Stück einmal bringen kann. Sei

Abb. 12: Energiebilanz im Vergleich

es nun als Verkauf um sich selbst im Altersheim unter zu bringen, die Enkel versorgt zu wissen

Da übrigens die meisten der MHM Produzenten

oder zumindest ohne große Aufwendungen wie-

die während der Produktion anfallenden Holzres-

der abzubauen. Eine nachweisbar positive Ökobi-

te nutzen, um daraus Wärme zum Heizen der

lanz und entsprechend gesicherte Widerverwert-

Hallen oder zum Trocknen der Bretter zu gewin-

1144

ZUKUNFT H O L Z

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

nen bzw. den Strom zum Antrieb der Maschinen

lichkeiten gestaltet sich im massiven Holzbau vie-

und Geräte zu erzeugen, sinkt der Energieauf-

les einfacher und überschaubarer. Einzig die

wand real nochmals.

Schnittstellen und Übergreifungen mit den systemunabhängigen Gewerken können einen wei-

Im herkömmlichen Massivbau fallen aber nach

teren Planungsbedarf darstellen, z.B. für Unter-

wie vor aufwändige Abrissarbeiten an, das Tren-

konstruktionen (Keller) oder Anschlüsse an Be-

nen in die unterschiedlichen Baumaterialien und

standsbauten. Die Hersteller der verschiedenen

die Entsorgung in Bauschuttdeponien. Es entste-

massiven Holzbausysteme stellen meist recht um-

hen also ausschließlich Kosten und zusätzliche

fassende Hilfsmittel wie statische Rechentabellen

Umweltbelastungen, ohne irgendeinen Nutzen

oder -programme zur Verfügung, auch sind die

aus der Maßnahme zu ziehen – außer natürlich

Bauteilkataloge und Planungsordner umfangreich

dass die alte Bude weg ist.

und Regeldetailgenau mit Nennung der Voraussetzungen und Anwendungsgrenzen. Allerdings

All die geschilderten Eigenschaften und Vorteile

sollte nie außer Acht gelassen werden, dass ein

des massiven Holzbaues mit der Massiv-Holz-

guter Holzschutz die Lebensversicherung eines

Mauer finden auch international Anklang. So

Holzgebäudes ist. Ein ausreichender Feuchte-

wird die Massiv-Holz-Mauer mittlerweile an 19

schutz, gerade im Fassadenbereich, ist durch kon-

Standorten in 8 Nationen gefertigt, so werden

struktive Maßnahmen leicht sicherzustellen.

wir mit dem Produkt auch den wirtschaftlichen und sozialen Ansprüchen der regionalen Wert-

Etwas komplizierter gestaltet sich der mehrge-

schöpfung gerecht. Darüber hinaus hat eine un-

schossige Bau. Durch die geltenden Vorschriften

abhängige, international besetzte Expertenkom-

vor allem im Brandschutz sind besondere Ausfüh-

mission im Auftrag der australischen Regierung

rungsvorgaben nach Länderrecht zu beachten. So

die Massiv-Holz-Mauer als eines der besten Bau-

sind die ersten Rettungswege, also meistens die

produkte bewertet. [5]

Treppenhäuser mit Oberflächen aus nicht brennbaren Materialien zu versehen, eine Verrauchung

Dabei wurden 88 Bausysteme aus aller Welt nach

muss mit baulichen oder mechanischen Mitteln

Kriterien wie Qualität, Werthaltigkeit, Auswir-

verhindert werden. Weiterhin ist der Feuerwehr

kungen auf das Klima, Nachhaltigkeit und einfa-

durch entsprechende Feuerwiderstandsdauer der

che Anwendung untersucht und nach einem

tragenden Bauteile eine sichere Brandbekämp-

Punktesystem bewertet. Die Massiv-Holz-Mauer

fung zu ermöglichen. Diese höhere Feuerwider-

hat sich dabei mit deutlichem Vorsprung als das

standdauer ist bei den „dickeren“ Systemen

beste Bausystem herausgestellt.

meist schon von Grund auf gegeben, so wird z.B. bei der „Massiv-Holz-Mauer“ schon ab 20,5 cm

8 Fazit Als Basis zur Werkplanung dient in der Regel die

Dicke F90 B nachgewiesen.

Ausführungsplanung des Architekten M 1:50 bis

Bei Erstellung der sowieso notwendigen Brand-

1:5. Der Planer und Architekt muss im Bereich

schutzkonzepte im mehrgeschossigen Bau ist hier

des Einfamilienhauses im Vergleich zum traditio-

also etwas mehr Sorgfalt aufzuwenden, es be-

nellen Massivbau insgesamt keinen höheren Pla-

steht aber kein grundsätzlicher Hinderungsgrund

nungsaufwand berücksichtigen. Im Gegenteil,

auch für Großbauten.

durch die Elementbauweise, den hohen Vorfertigungsgrad und die vielfältigen Bearbeitungsmög-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN– 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME VORTEILE UND AUSFÜHRUNG DES MASSIVEN HOLZBAUS

Jeder Zimmereibetrieb der schon einmal ein Holzrahmenhaus aufgestellt hat, wird auch mit massiven Holzbausystemen keine Probleme haben. Zur Montage ist nur das „übliche“ Werkzeug, also Sparrenzug, Stützpfosten, Schrauber etc. notwendig. Die Arbeitsvorbereitung wird in aller Regel von den produzierenden Betrieben übernommen. Einzig Betriebe, die für den eigenen Bedarf den Abbund von Deckenelementen und Dachkonstruktionen übernehmen, sollten bei der Abstimmung mit Massivholzproduzenten auch die Daten dieser Gewerke mitsenden, um mögliche Abweichungen durch unterschiedliche Planungsannahmen zu vermeiden. So stellt sich zum Schluss die Frage: Wie wollen wir nun in Zukunft bauen? Wie zu Großvaters Zeiten industriell, energieauf-

Abb. 13: Neuschwanstein

wändig incl. Raubbau an der Natur? oder innovativ, ökologisch und ökonomisch

Quellen [1] Bauprodukte aus Bauschnittholz - Rahmenbedingungen. Prof. G. Schickhofer, M.

Niemand sollte sich mit dem erhobenen Zeigefin-

Brandstätter, B. Hasewend 1998

ger hinstellen und den Moralapostel spielen, aber

[2] Informationsdienst Holz; Holzbauhandbuch

wir alle sollten uns genau Überlegen was uns un-

Reihe3: Bauphysik. H. Frey; H. August: Bau-

sere Bequemlichkeit noch kosten soll.

technik - Fachkunde Bau. Europa Verlag, Haan-Gruiten 2003

Wir haben die Wahl!

[3] Holzspektrum – Ansichten, Beschreibungen

Die Möglichkeiten im Interesse von uns selbst

und Vergleichswerte. Josef Fellner, Alfred

und vor allem der nachfolgenden Generationen

Teischinger, Walter Zschokke (http://www.-

verantwortungsbewusst und damit Energieeffi-

proholz.at/zuschnitt/22/holz-

zient zu Bauen, bestehen bereits.

feuchtigkeit.htm) [4] LGA QualiTest GmbH; Hintergrundinforma-

Wir müssen sie nur nutzen.

tionen – Schadstoffgeprüfte Produkte 2007. Burkhard

Eines ist sicher! Stein hat Geschichte, aber dem Holz gehört die Zukunft.

Schulze-Darup,

"Bauökologie"

Bauverlag GmbH Wiesbaden und Berlin 1996. [5] Australien Government; Emerging technologies and timber products in construction FRPRDC 2007

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HIB-BAUSYSTEM

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme HIB-Bausystem

Dieter Junker 1 Die HIB – Elementbauweise Das HIB – System ist eine Elementbauweise für Wände. Mit der Einfachheit eines Selbstbausystems können - architektonisch völlig flexibel – ökologisch gebaute, schadstofffreie Wohngebäude errichtet werden. Durch die Vorfertigung und das geringe Gewicht (max. 25 kg) der Elemente sowie die einfache Montage kann bereits

Abb. 2: Rohbau eines Gebäudes in HIB–Element-

im Rohbau ein großer Anteil Eigenleistung durch

bauweise

die Bauherrn erbracht werden, was die Bauweise sehr wirtschaftlich macht.

Ähnlich dem Mauerwerksbau werden die Bauelemente Schicht für Schicht aufeinander gesteckt und mit Klammern verbunden, wobei die oben überstehenden Stege horizontale Verschiebungen verhindern. Die Holzbauweise ist für die Verwendung in Gebäuden mit bis zu drei Vollgeschossen seit September 2007 bauaufsichtlich zugelassen.

Abb. 1: Vorgefertigter Wandbaustein Bei dem System werden vorgefertigte Holzelemente, bestehend aus zwei parallel angeordneten Platten sowie in der Mitte angebrachten Stegen, auf der Baustelle ineinander gesteckt und mit Klammern verbunden. Die flächengleichen, rechteckigen Platten werden durch mehrere Ste-

Abb. 3 Aufbau des Rohbaus

ge zusammengehalten. Die Beplankungsmaterialien werden durch eine Schwalbenschwanzver-

Um die sehr guten bauphysikalischen Eigenschaf-

bindung mit den Stegen verbunden. Das Grund-

ten zu erreichen, kann zwischen verschiedenen

element mit einer Länge von 1,0 m und der Höhe

Dämmmaterialien, wie z.B. Hobelspan-Lehm-Mu-

von 0,5 m ist je nach gewünschtem Dämmstan-

schelkalkmischung, Holzweichfaserplatten, Hanf

dard in verschiedenen Wanddicken erhältlich. In

oder ähnlichen Naturprodukten gewählt werden.

den Hohlräumen können sowohl die Dämmung

Patentierte Lüftungsschlitze sorgen dafür, dass es

als auch teilweise die Elektroinstallationen unter-

nicht zu Feuchtigkeits- und Schimmelpilzbildung

gebracht werden.

kommt. Als zusätzlicher Wärmespeicher und Schallschutz können die Innenwände auch mit Flusskieselstein gefüllt werden.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HIB-BAUSYSTEM

2.1 Vorteile von Holzbauten bei Erdbeben Holzbauten bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber Massivbauweisen. Holz besitzt bezogen auf seine Tragfähigkeit eine geringe Masse. Bei einem Erdbeben ist die zur Schwingung angeregte Masse („seismische Masse“) geringer als bei anderen Werkstoffen, die daraus resultierenden Abb. 4: Dämm- und Füllmaterialien für die HIB–

Kräfte entsprechend geringer.

Elementbauweise Die im Holzbau verwendeten mechanischen Ver2 Holzbauten in Erdbebengebieten Bilder und Nachrichten aus Erdbebengebieten er-

bindungen verhalten sich unter Belastung „duk-

reichen uns leider in regelmäßigen Abständen.

versagen nicht etwa schlagartig. Durch die Fähig-

Während Beton und Mauerwerksbauten bei star-

keit zur plastischen Verformung können Holzbau-

ken Erdbeben immer wieder einstürzen und zur

ten so bemessen werden, dass der Großteil der

Todesfalle für die eingeschlossenen Menschen

eingetragenen Energie in den Verbindungen ab-

werden, haben sich Holzbauten bei Erdbeben oft

gebaut wird.

til“, d.h. sie verformen sich zäh und plastisch und

als standhaft erwiesen: Im Falle von starken Erschütterungen sind zwar Schädigungen des Tragwerks zu beobachten, der Einsturz von Holzbauten ist jedoch selten.

Abb. 6: Nagelverbindung nah plastischer Verformung aus zyklischer Belastung Außerdem verformen sich die im Holzbau in großer Anzahl eingesetzten mechanischen Verbindungsmittel (Klammern, Nägel, Schrauben etc.) Abb. 5: Zerstörte Bauwerke nach einem Erdbe-

unter Belastung. Auch das Holz wird unter dem

ben in Indonesien

Verbindungsmittel zusammengepresst, also plastisch verformt. So können bei dem HIB-System durch ineinandergreifende Schwalbenschwanzverbindungen

große

Verschiebungen

aufge-

nommen werden, ohne dass die Holzverbindung komplett versagt. Bei Erdbeben sorgt dieses gutmütige Verhalten dafür, dass das Tragwerk zwar Schäden erleidet, nicht jedoch einstürzt.

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HIB-BAUSYSTEM

Bei diesem Verbiegen der Verbindungsmittel wird

sipierte“) Energie ermittelt. Als Parameter zur Be-

die eingetragene Bewegungsenergie durch plasti-

schreibung der Energiedissipation wird das äqui-

sche Verformungsprozesse im Wärme- und

valente proportionale Dämpfungsverhältnis ge-

Schallenergie umgewandelt, man spricht hierbei

wählt. Hierbei wird das das Verhältnis der über

von Energiedissipation. Holzbauten können so

einen Halbzyklus dissipierten Energie zur verfüg-

bemessen werden, dass der Grossteil der einge-

baren potentiellen Energie (multipliziert mit 2π)

tragenen Energie letztlich in den Verbindungen

gebildet.

abgebaut wird und so die Standsicherheit des Gebäudes beim Erdbeben gewahrt bleibt.

Wie beschrieben, hängt das Erdbebenverhalten einer Bauweise vornehmlich von den verwende-

2.2 Bauteilversuche für den Extremfall Erdbeben In Zusammenarbeit mit der Universität Karlsruhe

ten Verbindungsmitteln ab. Schlanke Verbin-

wurde zwischen 2006 und 2008 eine For-

Entwurf von Tragwerken für erdbebengefährdete

schungsstudie über Erdbeben- und Sturmsichere

Gebiete vorzuziehen. Beim HIB–System werden

HIB- Wandelemente durchgeführt. In diesem For-

die einzelnen Elemente durch ineinandergreifen-

schungsvorhaben wurden die Eigenschaften der

de Schwalbenschwanzverbindungen sowie durch

Wände bei starken horizontalen Einwirkungen,

zusätzliche Klammern in den horizontalen Fugen

z.B. aus Erdbebenlasten geprüft. Die Ergebnisse

verbunden. Die Klammern sind leicht verformbar

dieser Untersuchungen zeigen absolut gutmüti-

und in großer Anzahl vorhanden. Das System

ges Verhalten der HIB-Bauweise unter Erdbeben-

wird weiterhin mit einer ineinandergreifenden

lasten.

Steckverbindung aufgebaut, die sich bei starker

dungsmittel verformen sich leichter als gedrungene Verbindungsmittel und sind daher beim

horizontaler Belastung gegeneinander verkantet Bei der horizontalen Belastung eines Gebäudes

und abstützen kann. Bei diesen Bewegungen tritt

durch Erdbeben werden die angreifenden Lasten

Reibung auf, wodurch weitere Energiedissipation

auf die aussteifenden Wände weitergeleitet. Um

stattfindet. Die genannten Punkte lassen günsti-

realistische Versuche zu ermöglichen, wurde an

ges Verhalten unter wiederholt – zyklischer Belas-

der Universität Karlsruhe eine Prüfapparatur er-

tung bzw. unter Erdbebenlasten erwarten.

richtet, mit der Wandscheiben in Originalgröße unter kombinierten vertikalen und horizontalen

Im Rahmen der Versuchsdurchführung an den

Lasten geprüft werden können. Im Gegensatz zu

Systemwänden wurden zwei Versuche mit Kies-

den vertikalen Lasten aus Eigengewicht und Ver-

füllung in den Stegzwischenräumen durchge-

kehr sind Erdbeben keine statischen Lasten, son-

führt. Durch die Reibung zwischen den Kiesel-

dern ändern ihre Bewegungsrichtung. Die Erdbe-

steinen wird bei zyklischer Belastung ein weiterer

beneigenschaften von Wänden werden daher mit

Mechanismus der Energiedissipation aktiviert.

Versuchen erforscht, bei denen die Belastung

Weiterhin wird zusätzliche Masse in die Wände

wiederholt aus entgegen gesetzten Richtungen

eingebracht, was speziell bei niedrigen Gebäuden

(„zyklisch“) aufgebracht wird.

deren Verhalten bei hohen Windlasten begünstigt. Da die Kiesfüllung bereits in Bauten zur Ver-

Neben der aufnehmbaren Höchstlast und der

besserung der bauphysikalischen Eigenschaften

Steifigkeit der Wandscheibe werden in diesen

von Innenwänden eingesetzt wird, ist ein Einsatz

Versuchen vor allem die in den Verbindungen

für Außenwände durchaus denkbar.

durch plastische Verformungen abgebaute („dis-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME HIB-BAUSYSTEM

Gleichmässige Auflast: 1, 10 oder 20kN/m

2.3 Ergebnisse der Forschung Die HIB – Elementbauweise konnte unter zyklischen Belastungen die hohen Erwartungen aus dem Vorfeld vollauf erfüllen. Während unter geringen Auflasten das äquivalente proportionale

2,57m

Dämpfungsverhältnis dem der Holztafelbauweise ähnlich ist, steigen die Werte für das äquivalente proportionale Dämpfungsmaß unter höheren Auflasten über die Werte der Holztafelbauweise hinaus, was auf ein sehr gutmütiges Verhalten bei Erdbeben schließen lässt. 3,0m

Die Versuche zeigen, dass das System in die Duktilitätsklasse 3 nach der deutschen Erdbebennorm DIN 4149 eingeordnet werden kann. In diese Duktilitätsklasse ist die Holztafelbauweise aufgrund

ihrer

Energiedissipationseigenschaften

durch das Vorhandensein „vieler dissipative Bereiche mit stiftförmigen Verbindungsmitteln“ ebenfalls eingeordnet.

Abb. 7: Geometrie der Wandscheibenversuche (oben), Wände nach dem Versuch (unten)

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME PALISADIO

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme PALISADIO

Werner Grosse, Harald Pöhler Bauen mit hohem Holzanteil ist nachhaltig und ökobilanzorientiert. Dem trägt das neue Nichtsals-Holz-Bausystem PALISADIO Rechnung. Das Grundprinzip von PALISADIO basiert darauf, aus einstieligem Nadelholz einen ökologischen und industriell herstellbaren monolithischen Baustoff zu schaffen. Die daraus erstellten Gebäude zeichnen sich durch gesundes Wohnklima, geringe Energiekosten und hohe Werthaltigkeit aus. Die Fertigung der Holzbauelemente übernimmt die

NintegrA

Unternehmen

für

Abb. 1: Bohr und Dübeleinrichtung [3]

Integration

gGmbH. In der Produktion kommen unter ande-

Ein speziell neu entwickeltes und patentiertes Fer-

rem Arbeitslose und Menschen mit Behinderung

tigungsverfahren ermöglicht eine maßgenaue Be-

zum Einsatz, denen auf diese Weise eine Integra-

arbeitung des Holzes. Gegenwärtig wird das Aus-

tion ins Arbeitsleben ermöglicht wird. PALISADIO

gangsmaterial noch von den Sägewerken als

reiht sich in diesem Zusammenhang in ein Pro-

Kantholz mit Profilmaßen von 75 x 75 mm einge-

duktportfolio ein, das auch andere Holzprodukte

sägt und bereits getrocknet geliefert. Zukünftig

wie Designer-Bambusmöbel oder das massive

werden als Weiterentwicklung des Fertigungspro-

Holz-Bodensystem Quadino umfasst.

zesses

die

vom

Forst

gelieferten

frischen

Schwachholzstämme in einer Kette von Arbeits1 Ausgangslage In Zeiten eines gestiegenen ökologischen Be-

schritten selbst bis hin zum montagefertigen Bauteil bearbeitet.

wusstseins kommt Holz eine zentrale Rolle beim umweltbewussten Bauen zu. Moderner, innovati-

Zuerst werden die Stämme mit einer Fräsmaschi-

ver und qualitätsbewusster Holzbau ist nicht nur

ne zylindrisch gefräst, dann wird der Kern axial

geeignet, die teilweise immer noch bestehenden

durchbohrt. Nach Vortrocknung an der Luft wer-

Vorurteile gegenüber dem Baustoff Holz aufzulö-

den die Holzröhren kurz in der Kammer auf 15 %

sen, sondern kann sogar gegenüber anderen Ma-

Holzfeuchte technisch getrocknet. Dieser geringe

terialien hinsichtlich seiner bauphysikalischen Ei-

Feuchtegehalt lässt den Einsatz von Bauholz ohne

genschaften und positiven Ökobilanz punkten.

chemischen Holzschutz zu. Abschließend werden

Diese Vorzüge führten zu einer massiven Steige-

die Holzröhren in das eigens entwickelte zwölf-

rung beim Bau von Ein- und Zweifamilienhäusern

eckige PALISADIO-Profil gehobelt.

aus Holz innerhalb der letzten 20 Jahre. Durch das Ausbohren des Kerns ist man nicht auf 2 Material und Verarbeitung Ausgangsmaterial für das Bausystem PALISADIO

die ausschließliche Verwendung von teurem

ist Fichten-, Tannen- oder Kiefernholz mit Durch-

Schwachholz bzw. Industrie- und Papierholz wird

messern zwischen 80 und 130 mm aus nach-

bei minimalem Energieaufwand als präzises Bau-

haltiger Bewirtschaftung regionaler bzw. heimi-

holz erschlossen. Der Nachhaltigkeitsanspruch

scher Wälder. Für bewitterte Flächen bieten sich

des Bausystems wird durch den Einsatz von

Lärche oder Douglasie an.

Schwachhölzern noch weiter ausgebaut. Zusätz-

Starkholz

angewiesen,

sondern

preiswertes

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME PALISADIO

lich werden durch die entstandenen Luftkanäle

Diese werden quer zur Profillänge in festgelegten

bessere Dämmwerte erreicht. PALISADIO ermög-

Abständen bündig in das Holz eingetrieben und

licht eine Holznutzung von annähernd hundert

dienen der Verbindung der einzelnen Elemente

Prozent, denn durch die Fräs-, Bohr- und Hobel-

untereinander. Nach Einlegen der gehobelten

arbeitsgänge werden Holzreste für die Nutzung

Hölzer auf das Einzugband erfolgt der Vorgang

als Energieholz (Pellets, Briketts) erzeugt. PALI-

des Bestückens vollautomatisch, kann aber zur

SADIO entspricht damit den Zielen der Charta für

Beschleunigung auch von Arbeitskräften hän-

Holz [1].

disch ergänzt werden. Die vorkonfektionierten Bauteile können durch eingebrachte Querfräsun-

Wo der Baukörper nicht aus den oben genannten

gen mit anderen Bauteilen zu Gebäuden zusam-

PALISADIO-Profilen besteht (zum Beispiel bei De-

mengesteckt werden, ohne dass weitere Verbin-

ckenkonstruktionen aus Kanthölzern), wird pri-

dungsmittel benötigt werden.

mär Konstruktionsvollholz (KVH) eingesetzt, welches sich durch über die Anforderungen der

Am Ende der Produktionslinie steht die abschlie-

DIN 4074 und der Tegernseer Gebräuche hinaus-

ßende Qualitätskontrolle und ggf. das Verpacken

gehende

(Holzfeuchte,

sowie das Lagern oder Transportieren. Der Trans-

herzgetrennte bzw. herzfreier Einschnitt zur Ver-

port der Bauteile erfolgt mit wettergeschützten

ringerung von Schwindrissen, Oberflächenbe-

LKWs, um Sonneneinstrahlung, Regenwasser so-

schaffenheit etc.) auszeichnet.

wie Verschmutzung zu vermeiden und eine rei-

Qualitätseigenschaften

bungslose Endmontage an der Baustelle sicher zu Bei der Entscheidung zum Massivbau mit Holz

stellen.

spielen in der Regel ökologische und baubiologische Gesichtspunkte eine wichtige Rolle. Die weitest mögliche Reduzierung von chemischen und

3 Montage Für die Montage können Baukräne, mobile Auto-

metallischen Stoffen auf das absolute Minimum

kräne oder auch größere Gabelstapler verwendet

wird in vielen dieser Fälle vom Bauherren als

werden. Bei kleineren Gebäuden, wie z.B. Gar-

wünschenswert angesehen. Dieser Tatsache trägt

tenhäusern, Saunen oder Messeständen können

PALISADIO bereits von der Konstruktionsseite her

die Profilstäbe oder Elemente auch einzeln vor

Rechnung. Durch die guten bauphysikalischen

Ort mit handgeführten Drucklufthämmern mon-

Eigenschaften der massiven Holzbauweise ist bei

tiert werden. Die Gebäude werden nicht von un-

entsprechender Materialstärke ein Wärmedurch-

ten nach oben montiert (wie z.B. beim traditio-

gangskoeffizient (U-Wert) von 0,27 W/m²K oder

nellen Blockhausbau), sondern im seitlichen Vor-

besser realisierbar. Diese Werte wurden durch

trieb. Nach Auflegen des ersten Bodenteils (die

Untersuchungen des Fraunhofer-Institut für Bau-

Module sind in der Regel ca. 1 m breit und er-

physik bestätigt [2].

strecken sich in der Länge über die gesamte Gebäudebreite) werden ebenso breite Wand- und

Für die Vor- und Endmontage der Bauteile wird

Decken-, bzw. Dachteile aufgesteckt. Dieser Ge-

eine präzise 3D CAD-Planung erstellt. Zur Ver-

bäudeabschnitt ist statisch schon voll tragfähig

meidung von Kleber, Leim und Metall werden die

und leicht gegen Regeneinwirkung durch Abde-

Holzprofile mittels Hartholzdübeln zu massiven

cken zu schützen. Die Montagedauer für ein

Bauteilen verbunden. Eine eigens entwickelte

durchschnittliches Einfamilienhaus beträgt ca. 5

Bohr- und Dübeleinrichtung übernimmt die Be-

bis 8 Tage; für eine Garage werden ca. 8 Stunden

stückung der Profile mit den Hartholzdübeln.

benötigt. Die Montage selbst erfolgt durch erfah-

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME PALISADIO

renes Fachpersonal. Dabei können bei Bedarf

Bei der Entwicklung von PALISADIO war Variabili-

auch Zimmerleute, Holzbauunternehmen oder

tät ein Hauptkriterium. Konstruktionsbedingt be-

externe Architekten aus der jeweiligen Region mit

stehen keinerlei Einschränkungen für die Folge-

einbezogen werden.

gewerke nach Erstellung des Rohbaus. So kann die Außenfassade mit jedem Trägersystem kombiniert werden, wenn beispielsweise bauherrenseitig ein Verputz gewünscht oder gefordert sein sollte. Grundsätzlich wird bei der Bauausführung in den meisten Fällen der Wunsch bestehen, bei den Folgegewerken den ökologischen Charakter des PALISADIO-Systems zu erhalten und fortzuführen. Im Innenbereich bieten sich Lehmputze und / oder Verkleidungen mit Lehmbau- bzw. Lehmtrockenputzplatten an, um das konstruktionsbedingt günstige Raumklima von massiven Holzbauten zu erhalten.

Abb. 2: Wandaufbau (1: Weichfaserplatte als Winddichtung; 2: alternativ Winddichtpapier; 3: Lattung; 4: Holzverschalung) [3] 4 Ausführung Nahezu jede Gebäudeart, -form und -größe lässt sich mit PALISADIO auf rein ökologische Weise

Abb. 3: Grundriss Ferienhaus [3]

herstellen. Von der Sauna mit 3 m² Grundfläche bis zum vielgeschossigen Wohnkomplex – PALISADIO sind kaum Grenzen durch die Statik ge-

5 Fazit Seit seiner Einführung am Markt wurde PALISA-

setzt, denn bedingt durch das Ineinandergreifen

DIO sehr gut angenommen. Messestände, einfa-

der vorkonfektionierten Bauteile ergibt sich insbe-

che Gartenhäuschen, Ferienhäuser, Einfamilien-

sondere bei lateraler Belastung eine zusätzliche

häuser, gewerbliche Gebäude, Reitschulen, Dach-

Versteifung des Baukörpers. Durch die variable

aufstockungen bei Altbauten: Die Palette der bis-

Baustruktur sind die Gebäude jederzeit erweiter-

her ausgeführten Projekte ist vielseitig. Optimie-

bar.

rungen des Profils und des Fertigungsprozesses

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME PALISADIO

fließen nach einer gründlichen Evaluation und

-

Solidarität. Die Fertigung von PALISADIO bie-

Testphase evolutionär in das Produkt ein. Gründe

tet Menschen mit Problemlagen die Möglich-

für den Erfolg von PALISADIO sind neben diesem

keit einer Integration ins Arbeitsleben. Dies

zukunftsoffenen Charakter die vier Prinzipien:

stärkt

-

Ökologie. PALISADIO bietet sämtliche Vorzüge

langfristig

den

Wirtschaftsstandort

Deutschland.

des ressourcenschonenden, ökologischen und Werthaltigkeit. Dank der massiven Holzbau-

Quellen [1] „Verstärkte Holznutzung zugunsten von Kli-

weise ist PALISADIO eine Investition in zukünf-

ma, Lebensqualität, Innovationen und Ar-

tige Generationen.

beitsplätzen (Charta für Holz)“. Bundesmi-

Flexibilität. Das Konstruktionsprinzip bietet

nisterium für Verbraucherschutz, Ernährung

Raum für individuelles Bauen. Freiheit in Form

und Landwirtschaft (BMVEL), Berlin, 2004.

baubiologisch vorteilhaften Baustoffes Holz. -

-

und Größe kann mit unterschiedlichsten Bauprinzipien

kombiniert

werden.

Geringere

Wandstärken kombiniert mit Dämmmaterial

[2] „Prüfbericht

P5-135/2005“.

[3] NintegrA / T. Rautenberg

bieten ein Preisniveau im Bereich des Leichtbaues, stärkere Wände den Vorteil des Bauens nur mit dem natürlichen Baustoff Holz.

Fraunhofer-

Institut für Bauphysik, Stuttgart, 2005

Linkliste www.palisadio.de

Abb. 4: Ferienhaus, gebaut mit dem Nichts-als-Holz-Bausystem PALISADIO [3]

1154

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1155

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Bionisches Bausystem in Holz bzw. Holz-BetonVerbundbauweise

die Ergebnisse in einem Projekt anzuwenden, dies

Dieter Oligmüller

kann ein fünf- / sechsgeschossiges Gebäude sein. 1 Ausgangssituation Die bisherigen Holzbauweisen sind hauptsächlich

Die auf diesem Untersuchungsprinzip beruhende

Holzrahmenbauweisen, die für ein- / zweige-

Bauweise ist auch für Schalen- und Kuppelkon-

schossiges Bauen prädestiniert sind. Aber schon

struktionen prädestiniert. Die Versorgungssyste-

bei drei- / viergeschossiger Bauweise sind zur Er-

me werden auch bei diesen Formen integriert

füllung der bauphysikalischen Anforderungen,

sein. Forschungs- und Entwicklungsuntersuchun-

wie sie z.B. Schall- und Brandschutz stellen, um-

gen auf Grundlage von Muschel- und Schalentie-

fangreiche

ren sind nach ersten Untersuchungen geplant.

Zusatzkonstruktionen

erforderlich.

Ausgehend von diesen Prämissen soll mit dem bionischen Bausystem ein Holz bzw. Holz-BetonVerbundsystem zur Serienreife entwickelt wer-

3 Darstellung des bionischen Ansatzes Das bionische Bausystem wurde und wird unter

den, das sogar bis zu zehngeschossiger Bauweise

ganzheitlicher Betrachtung der Bauaufgaben ent-

(und diese Höhe ist erst der 1. Schritt) eine echte

wickelt. Es ist nicht auf eine einzige Materialart

Alternative zum Massivbau darstellt. Ein großer

beschränkt, sondern es ermöglicht die Anwen-

Vorteil des bionischen Bausystems in Holz bzw.

dung verschiedener Baustoffe, je nach Verlangen

Holz-Beton-Verbundbauweise liegt u.a. darin,

der Bauaufgabe, z.B. bis zu zehngeschossiger

dass zum überwiegenden Teil nachwachsende

Bauweise Holz bzw. Holz-Beton-Konstruktionen.

Rohstoffe zur Verwendung kommen und somit der Energiebedarf schon beim Herstellungspro-

Bei höherer Bauweise Beton-Holz-Konstruktionen

zess wesentlich reduziert ist (graue Energie).

in den unteren Geschossen zur Ertüchtigung der Tragfähigkeit. Die höheren Geschosse können in

2 Beschreibung der geplanten Forschungsar-

Holz bzw. Holz-Beton-Konstruktionen ausgebil-

beiten und des Arbeitsprogramms Bei den Forschungsarbeiten handelt es sich

det werden. Nie wird von den Grundprinzipien,

hauptsächlich um angewandte Forschung, bei

chen.

die seiner Entwicklung zugrunde liegen, abgewi-

der das Verhalten der Verbundkonstruktionen unter statischer, bauphysikalischer und brandmä-

Das bionische Bausystem folgt dem Grundsatz

ßiger Belastung im Vordergrund steht.

der Natur: Es erreicht wie sie mit minimalem Material- und Energieaufwand für die gestellte Auf-

Das laufende Arbeitsprogramm geht für die Hin-

gabe bzw. Anwendung das Optimum der Mög-

führung zur Serienreife von einem Zeitraum von

lichkeiten. Dabei übernehmen, übertragen auf

ca. drei Jahren aus, für die hier beantragte Förde-

ein Bausystem, die Faktoren Tragfähigkeit, Schall-

rung zur Prototypenreife von einem Zeitraum von

schutz, Brandschutz, Verhalten in seismisch akti-

18 – 20 Monaten. Es umfasst die Schwerpunkte

veren Gebieten entscheidende Rollen.

des architektonisch / ingenieurmäßigen Entwurfs und die Ausführungsplanung für die Prototypen-

Bauaufgaben sind sehr komplex. Oft steht die

herstellung. In weiteren Entwicklungsschritten er-

endgültige Lösung der Bauaufgabe zur Zeit des

folgt die Prototypenherstellung bis zur Serienrei-

Baubeginns noch nicht fest, die Anforderungen

fe. Zum Abschluss ist die Ausführung eines acht-

können sich ändern; deshalb muss und deshalb

/ zehngeschossigen Gebäudes angestrebt. Bei

hat ein bionisches Bausystem noch Anpassungs-

fehlender Realisierungsmöglichkeit ist es möglich,

reserven. Es erfüllt die Aufgaben einer sich per-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

manent ändernden Umwelt, vergleichbar einem

Die bisherigen Forschungen und Entwicklungen

Baum, der sich in seinem Wachstum optimiert

führten kurz gefasst zu folgenden Erkenntnissen:

und nur Material in der Menge zur Verfügung stellt, wie er es zur erforderlichen Konstruktions-

4.1 Eine moderne, leistungsfähige Holzbauweise

ergänzung benötigt.

in Ergänzung mit einer Holz-Beton-Verbundbauweise, wobei das Holz der Hauptbaustoff ist,

Dieses Konstruktionsprinzip zu übersetzen heißt,

kann bei Erfüllung aller bauphysikalischen und

neue Konstruktionsprinzipien durch Abstraktion

baurechtlichen Anforderungen mindestens bis zu

der Wachstumsmethoden zu entwickeln. Das

einer zehngeschossigen Bauweise angewandt

bionische Bausystem ist ein sich ergänzendes Sys-

werden.

tem. Daraus folgt, dass es im Konstruktionsprinzip für alle Baustoffe, hier: Holz und Beton, gleich

4.2 Die Verbindungen zwischen Decke, Wand,

ist. Wesentliches Konstruktionsprinzip für Decke,

Stützen, usw. sind Steckverbindungen, die in ih-

Wand und Dach ist der Zellenstruktur eines Bau-

rer Form und Wirkungsweise aus den Knoten-

mes entlehnt. Dadurch werden keine unnötigen

punkten der Schachtelhalmgewächse abgeleitet

Füllmaterialien „mitgeschleppt“, die bei Vollkon-

wurden. Sie ermöglichen eine kraftschlüssige Ver-

struktionen bis zu 40 % des Eigengewichtes

bindung zwischen den einzelnen Bauteilen und

ausmachen, ohne die Tragfähigkeit zu erhöhen.

werden nur durch eine bolzenähnliche Verbin-

Membrankonstruktionen, auch im Holzbau, fin-

dung fixiert. Diese Konstruktionsart lässt jeder

den hier Anwendung. Eine besondere Bedeutung

Zeit ein Lösen der Bauteile zu, ohne dass sie be-

kommt dem Holzbau bzw. der Holz-Beton-

schädigt werden. So können sie an anderer Stelle

Verbundbauweise vor dem Hintergrund der Res-

wieder verwendet werden.

sourcenschonung und der Verwendung nachwachsender Rohstoffe zu.

4.3 Der zellenartige Aufbau von Wand, Decke, Stütze und Dach bildet natürliche Installationska-

4 Expertise Im Rahmen der BIOKON II Förderung wurden die

näle, die auch jederzeit eine nachträgliche Ergän-

bereits in den Jahren davor begonnen Vorarbei-

schädigung der vorhandenen Bauteile ermöglicht.

ten und Forschungen weitergeführt, auf zahlrei-

Ein wesentlicher Punkt für die Anpassungsfähig-

chen Kongressen, in den Fachbüchern „Baubio-

keit an technische Entwicklungen.

zung oder Änderung der Installation ohne Be-

nik“ und „Bionik für Ingenieure“, verschiedenen Ausgaben des BIONA Reportes, Ausstellungen

4.4 Vorfertigung des Bausystems-Maßsystem

der Hannover-Messe, Wanderausstellung Faszi-

Wie bei allen Bauten liegt auch dem bionischen

Natur der DBU entsprechend des jeweiligen Ent-

Bausystem eine Maßordnung zugrunde. Dass hier

wicklungsstandes veröffentlicht.

das menschliche Verhalten Grundlage des Ordnungsprinzips ist, versteht sich bei einem bioni-

Im Springer-Verlag wird eine erweiterte Ausgabe

schen Bausystem von selbst, denn über Jahrhun-

des Buches „Baubionik“ mit dem Titel „Baubio-

derte war der Mensch Maßstab für Architektur.

nik – Architekturbionik - Bionische Baukunst“ er-

Das metrische System wird durch das Grundmo-

scheinen. Das Buch wird von Prof. Dr. Werner

dul von 18 cm und seiner Unterteilung in 9 cm

Nachtigall und Dipl.-Ing Dieter Oligmüller ge-

und 6 cm ergänzt. Einer individuellen Baukörper-

meinsam bearbeitet.

gestaltung sind somit keine Grenzen gesetzt. Der bisherige Entwicklungsstand des bionischen Bau-

1156

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1157

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

systems sieht eine weitergehende Vorfertigung

on von Wärmedämmung, Wärmespeicherung

als bisher üblich vor: Die Außenwände werden

und Erdtemperaturnutzung. Damit sind bessere

bereits mit der erforderlichen Wärmedämmung,

Voraussetzungen für eine natürliche Klimatisie-

die aus natürlichen Baustoffen besteht (z.B. Mi-

rung und somit für ein besseres Raumklima ge-

neralschaum), versehen, die Innenwände werden

geben.

mit dem endgültigen Materialbaustoff ausgestal-

menschliche Wohlbefinden hängt wesentlich von

tet, die Decken mit Estrich versehen. Die Fugen

der Oberflächentemperatur der Raum bildenden

werden nicht gespachtelt oder versiegelt, son-

Wände ab. Je geringer das Temperaturgefälle

dern mit Passstücken gleichen Materials verse-

zwischen Raumtemperatur und Wandoberflä-

hen. Die entwickelte Außenwandkonstruktion

chentemperatur ist, umso niedriger muss für das

ermöglicht es, Sonnenschutz oder Rollladen ver-

menschliche Wohlbefinden die Raumtemperatur

deckt, ohne Sturz, einzubauen. Eine wesentliche

sein. Auch dieser Tatsache wird mit dem Bausys-

Voraussetzung für eine bessere Tageslichtnut-

tem Rechnung getragen.

Der

Heizungsenergiebedarf

für

das

zung. Die Einheitlichkeit der Außenfassade wird damit gewährleistet.

5 Erfolgsaussichten, Umsetzungskonzepte Die Holz bzw. Holz-Beton-Verbundbauweise ist

4.5 Klima

die zukunftsweisende Holzbauweise, die der Au-

Die beschriebene Bauweise bietet die besten Vor-

tor nur in konsequenter Anwendung all seiner

aussetzungen für eine natürliche Klimatisierung

sich selbst gestellter bionischer Prinzipien entwi-

des Baukörpers auch bei höhergeschossigen Bau-

ckeln konnte. Weil Wand, Decken und Stützen

vorhaben. Hierzu trägt u.a. das dynamische Tem-

auf demselben Konstruktionsprinzip beruhen,

peraturverhalten der Baustoffe bei, das voll ge-

bietet die Holz bzw. Holz-Beton-Verbundbauwei-

nutzt werden kann. Durch die Nutzung der

se eine echte Alternative zum Massivbau.

Nachtauskühlung kann der sommerliche Wärmeschutz, der immer mehr Bedeutung gewinnt, voll

Das Baumaterial besteht größtenteils aus nach-

erfüllt werden. Solarelemente, die in die Baukon-

wachsenden Rohstoffen, der heute sehr knappe

struktion integriert sind, nutzen zur Senkung des

Baustoff „Kies“ (knapper als Öl) wird sehr spar-

Bedarfs an Energieträgern aus endlichen Rohstof-

sam und nur dort, wo keine Alternative besteht,

fen die regenerativen Energiepotentiale.

eingesetzt. Der Energieverbrauch bei der Herstellung eines Bauwerkes in Holz-Beton-Verbund-

4.6 Aufgrund der in den letzten Jahrzehnten ge-

bauweise liegt bei ca. 30 % eines entsprechen-

stiegenen Lärmbelästigungen durch externe und

den Massivbaues (Einsparung also 70 %), bei rei-

interne Quellen wird durch zielgerichtete Aus-

ner Holzverwendung noch deutlich tiefer. Da-

wahl der Oberflächen, Konstruktionsmöglichkei-

rüber hinaus werden durch den Einsatz des rege-

ten und Baustoffe positiver Einfluss auf die

nerativen und leistungsfähigen Baustoffs Holz

Raumakustik genommen und damit die Behag-

bedeutende Mengen des Klimagases CO2 gespei-

lichkeit und das Wohlbefinden der Bewohner ge-

chert. Die konsequente Holznutzung stellt somit

steigert.

einen aktiven Beitrag zum Umweltschutz dar, der sich wirtschaftlich, auf kurze und erst recht auf

4.7 Der Energiebedarf für Gebäude mit diesem Bausystem liegt unterhalb des sog. Passivhausstandards (Nullheizenergiehaus) Entscheidende Vorteile dieser Bauweise liegen in der Kombinati-

lange Sicht auszahlt.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 1: Zellkonstruktion der Wand und Decke durch kreuzweise verleimte Holzlamellen; Ausführung F90

1158

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1159

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 2: Nutzung der Erdtemperatur für die Vorkühlung der Frischluft im Sommer und Vorwärmung der Frischluft im Winter. Vorbild ist das genial einfache aber ausgezeichnet effektvolle Lüftungsprinzip des Präriehundbaues.

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 3: Wand- und Deckenelemente als Einzelteile vor der Verzahnung, Fensterbereich

1160

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1161

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 4: Zusammengefügte Decken-Wandelemente mit Fenster im Bereich der Verzahnung

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 5: Wand- und Deckenelemente als Einzelteile vor der Verzahnung

1162

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 6: Zusammengefügte Decken-Wandelemente im Bereich der Verzahnung

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME BIONISCHES BAUSYSTEM IN HOLZ BZW. HOLZ-BETON-VERBUNDBAUWEISE

Abb. 7: Zusammengefügte Decken- und Wandelemente mit Darstellung der natürlichen Klimatisierung

1164

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13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KLIMATISCHE VERHÄLTNISSE IN KRIECHKELLERN

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Klimatische Verhältnisse in Kriechkellern Anwendung in Verbindung mit Holzbodenplatten

Norman Werther, Stefan Winter 1 Ausgangssituation Übliche Gründungsvarianten für Gebäude in Holzbauweise sind neben der Gründung über Kellern und Stahlbetonbodenplatten auch aufgeständerte Konstruktionen auf Pfählen, Punkt- und Streifenfundamenten. Die im Holzhausbau verbreitetste Gründungsvariante mit Stahlbetonbodenplatte zeigte jedoch vor allem in den letzten Jahren, besonders in Kombination mit energetisch hocheffizienten Holzbaukonstruktionen, ver-

Abb. 2: Verlegung einer Holzbodenplatte über

mehrt Nachteile. Alternativ dazu entstanden viel-

Kriechkeller mit Streifenfundament

fach Konstruktionen mit Holzbodenplatten auf umlaufenden, belüfteten Streifenfundamenten,

Die Vorteile dieser Konstruktionsform können wie

so genannten Kriechkellern (Abb. 1 und Abb. 2)

folgt zusammengefasst werden:

oder auf Stahlträgern über Punktfundamenten.

- Die Holzbauteile werden durch die Aufständerung aus dem spritzwassergefährdeten Be-

Besonders belüftete Kriechkellerkonstruktionen,

reich heraus gehalten.

die seit Jahrzehnten in Nordamerika, Schottland,

- Der Wegfall der flächigen Betonarbeiten führt

den Niederlanden und vor allem in Skandinavien

maßgeblich zur Reduktion der eingetragenen

eine weite Verbreitung aufweisen und dort zum

Baufeuchte.

allgemeinen Baustandard zählen, bieten in Kom-

- Durch die Ausführung des untersten Fußbo-

bination mit Holzbodenplatten für Zweck- und

dens in Holzbauweise werden hohe Dämm-

Wohnungsbauten neue und innovative Möglichkeiten.

standards einfach ermöglicht. - Die gezielte Aufständerung ermöglicht den nachträglichen Einbau und ggf. die Änderung von Ver- und Entsorgungsleitungen mit Revisionsmöglichkeit. - Die Belüftung führt im Kriechkeller zur Reduktion und zum Abtransport schädlicher Gase (Radon) und minimiert das Risiko für die Anreicherung dieser Gase in den Wohnbereichen. In Deutschland wurden Holzbodenplatten über Kriechkellern in der Vergangenheit bezüglich ihrer Dauerhaftigkeit als kritische Bauteile angese-

Abb. 1: Wohnhaus mit Holzbodenplatte über

hen, was infolge eingetretener Schadensfälle der

Kriechkeller

70er Jahre auch gerechtfertigt schien [1]. Bis zum heutigen Zeitpunkt wurden nur wenige Bemühungen unternommen, die damals getrof-

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KLIMATISCHE VERHÄLTNISSE IN KRIECHKELLERN

fenen Aussagen zu überprüfen und vor allem ihre

folge Diffusion aus den Wohnräumen aber auch

Richtigkeit bezogen auf den jetzigen Stand der

Baufeuchte durch Luftzirkulation abzuführen und

Technik zu bewerten. Vor allem hohe Dämm-

eine kontinuierliche Auffeuchtung der verwende-

standards, luftdichte Ausführung der Konstrukti-

ten Baustoffe bis auf ein kritisches Niveau zu un-

on, feuchteresistentere Plattenwerkstoffe und

terbinden.

planmäßig trocken verbautes Holz bieten dabei bessere Voraussetzungen und Möglichkeiten eine

Für belüftete Kriechkellerkonstruktionen stellen

dauerhaft schadensfreie Konstruktion zu erstel-

sich entsprechend der internationalen Erfahrun-

len. Internationale Forschung, besonders aus dem

gen in den Sommermonaten die kritischsten Be-

skandinavischen Raum [2] aber auch erste Ob-

dingungen ein, da warme und feuchte Außenluft

jektmessungen der MFPA Leipzig [3] zeigten zu-

durch die Belüftung eindringt, in den Kellerberei-

gleich vielversprechende Lösungsvorschläge. Na-

chen abgekühlt wird und zur Erhöhung der rela-

tional fehlende normative Regeln und Richtlinien

tiven Luftfeuchtigkeit führt. Für den Winterfall

(entsprechend DIN 68800 und DIN 4108) zur

stellt die Belüftung dagegen einen durchaus posi-

Ausführung von Holzbodenplatten über Kriech-

tiven Effekt dar, da kalte Außenluft in die wärme-

kellern geben verschiedenen konstruktiven Vari-

ren Bereiche des Kriechkellers eingetragen wird

anten eine Daseinsberechtigung, jedoch keine Si-

und zur Entfeuchtung beiträgt [3]. Eine Belüftung

cherheit für den Anwender.

ist demnach immer dann dienlich, wenn die absolute Außenluftfeuchte unter der des Kriechkel-

2 Grundlagen - Problematik Bei einem Blick über die Grenzen von Deutsch-

lers liegt.

land hinaus wird deutlich, dass vor allem in den

Zur Ermittlung grundlegender Zusammenhänge

skandinavischen Ländern Untersuchungen zu den

für belüftete Kriechkellerkonstruktionen in Ver-

hygrothermischen Verhältnissen in Kriechkellern

bindung mit Holzbodenplatten unter deutschen

vorliegen und die Konstruktionen über Jahre wei-

Klimarandbedingungen sowie zur Bestätigung

terentwickelt wurden. Die Problematik der An-

der internationalen Erfahrungen, wurden im Rah-

wendung von Holz und Holzwerkstoffen unter

men eines Forschungsvorhabens umfangreiche

hohen Feuchtebedingungen, die im Kriechkeller

Untersuchungen in Form von Labor- und Feldver-

auftreten können und sich mit zunehmendem

suchen (vgl. Abb. 3), an der MFPA Leipzig und

Dämmstandard der Bodenplatte verstärken, sind

dem Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion

ebenfalls bekannt. Als konstruktive Maßnahmen

der TU - München durchgeführt. Die Untersu-

zur Beeinflussung der hygrothermischen Mecha-

chungen berücksichtigten dabei unterschiedliche

nismen in diesem Bereich werden vor allem die

Arten der Bodenabdeckung des Kriechkellers,

Bodenabdeckung und die Belüftung der Kellerbe-

verschiedene kriechkellerseitige Bekleidungen der

reiche angesehen.

Bodenplatte

und

variierende

Belüftungssi-

tuationen unter wechselnden Klimabedingungen. Vor allem die Verdunstung aus dem Erdreich stellt eine wichtige Feuchtequelle in Bezug auf das Mikroklima im Kriechkeller dar, deren Grad es zu minimieren gilt [2]. Die Aufgabe der Belüftung der Kriechkellerbereiche besteht darin, eingedrungene Außenluftfeuchte, Tauwasser, aufsteigende Bodenfeuchte, Feuchtebelastungen in-

1166

ZUKUNFT H O L Z

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ZUKUNFT H O L Z

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KLIMATISCHE VERHÄLTNISSE IN KRIECHKELLERN

OSB Platte 22 mm KVH ; Mineralwolldämmung 220 mm Lärchenschwelle

Belüftungsöffnung

kriechkellerseitige Bekleidung - Variante A: zem. geb. Spanplatte; 16 mm - Variante B: Holzweichfaserplatte SB.H; 24 mm

Bodenabdeckungsvariante: - I: Mutterboden - II: Folienabdeckung (sd = 100 m) mit Kiesauflage - III: Folienabdeckung (sd = 90 m) mit 60 mm XPS-Dämmung

Abb. 3: konstruktiver Aufbau der Bodenplatte und des Kriechkellers im Laborversuch

Temp. [°C] und rel. Luftfeuchte [%]

3 Ergebnisse aus Feld- und Laborversuchen

den Wintermonaten zu „wärmeren“ und in den

100

Sommermonaten zu „kälteren“ Bedingungen als

90

im Außenbereich führte (vgl. Bild 4). Durch-

80

schnittlich traten über die Beobachtungszeiträu-

70

me für alle untersuchten Objekte Kellertempera-

60

turen von ca. 13 °C  5 auf.

50 40

Die Jahresverläufe der relativen Kriechkellerluft-

30

feuchten verhielten sich asynchron zum Verlauf

20

der relativen Außenluftfeuchten. Die feuchtesten

10

und damit kritischsten Bedingungen traten er-

0

wartungsgemäß für belüftete Kriechkeller jeweils

-10 Dez. 05

in den Sommerdekaden auf. Besonders in den Mrz. 06

Jun. 06

rel. Luftf. Wohnraum Temp. Wohnraum

Sep. 06

Dez. 06

Mrz. 07

rel. Luftf. Keller Temp. Keller

Jun. 07

Aug. 07

Nov. 07

Feb. 08

Untersuchungsbereichen ohne Bodenabdeckung

rel. Luftf. Außenbereich Temp. Außenbereich

traten schnell kritische Situationen mit relativen

Abb. 4: Relative Luftfeuchten und Temperaturen–Dekadenmittel eines Feldversuches mit Folienabdeckung im Bodenbereich und aufliegender 60 mm dicker Mineralwolle-Dämmung In den Untersuchungen wiesen alle Objekte eine eindeutige Beziehung zwischen Außenklima und Kriechkellerklima auf. Die Temperaturen im Kriechkeller folgten dabei dem sinusförmigen Verlauf des Jahresaußenklimas, jedoch mit einer deutlichen Dämpfung, die wiederum abhängig vom Maß der Belüftung war. Zurückgeführt werden konnte dies ebenfalls maßgeblich auf den zusätzlichen Einfluss der Bodentemperatur, die in

Luftfeuchten von 90 – 95 % auf, was durch Holzfeuchten von über 20 % bestätigt wurde. In diesen Bereichen konnte ab Juni 2007 an verschiedenen Holzwerkstoffproben Schimmelpilzwachstum an der kriechkellerseitigen Bekleidung verzeichnet werden (vgl. Abb. 5).

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KLIMATISCHE VERHÄLTNISSE IN KRIECHKELLERN

gaben sich aufgrund der abgemilderten Kriechkellertemperatur geringfügig höhere relative Luftfeuchten (vgl. Abb. 6). Ein Vergleich der ermittelten absoluten Luftfeuchten über den Untersuchungszeitraum weist auf vorhandene Feuchtequellen hin. Die absoluten Kriechkellerluftfeuchten aller untersuchten Objekte wichen nur in geringem Maß voneinander ab. Sie zeigten über ein Jahr hinweg ein mit dem Temperaturverlauf und damit mit dem äußeren (absoluten) Dampfgehalt synchrones Verhalten. Im Bodenbereich abgedeckte Bereiche wiesen um ca. 1 g/m³ höhere absolute Luftfeuchten als der Außenbereich auf. In Bereichen ohne Bodenabdeckung wurde das Niveau um weitere 1 - 2 g/m³ erhöht. Der Unterschied der absoluten Luftfeuchten zwischen Außen- und abgedeckten Kriechkellerbereich verdeutlicht dabei den Einfluss weiterer Feuchtequellen. Neben den flächigen Diffusionsvorgängen durch die Folienabdeckung des BoAbb. 5: Schimmelbefall (Penicillium und Aspergil-

dens und Verdunstungsvorgängen in den Rand-

lus niger) an im Kriechkeller angeordneten Holz-

bereichen der Fundamente, sind ebenfalls Diffu-

werkstoffproben im Teilbereich ohne Bodenab-

sionsvorgängen aus dem Wohnraum zu nennen.

deckung des Laborversuchsstandes Für die bisher als „große Unbekannte“ angeseBereiche des Laborversuchsstandes, deren Boden

hene Größe des Luftwechsels im Kriechkeller

mit PE-Folie abgedeckt war, wiesen dagegen 10 –

wurden im Freilandversuch in der ersten Untersu-

15 % geringere relative Kriechkellerfeuchten

chungsperiode Luftwechsel von > 0,5 h

auf, was im Mittel in den Sommerdekaden relati-

zeichnet, was zur Abfuhr der gegenüber außen

ven Luftfeuchten von ca. 80 % entsprach. Eine

erhöhten Kellerfeuchte nennenswert beitragen

weitere Reduktion der relativen Luftfeuchtigkeit,

kann. In einer zweiten Untersuchungsperiode, ab

um ca. 3 % konnte in den Sommerdekaden

Dezember 2007 wurde der Einfluss der Belüftung

durch eine zusätzliche Dämmung des Erdreiches

genauer untersucht. Geringe Öffnungsverhältnis-

erzielt werden. Hohe Verhältnisse von gedämm-

se mit 4,5 cm²/m² (netto) bei planmäßiger und

ter Grundfläche zu der umfassenden Fundament-

gleichmäßiger Verteilung über die Fundamentflä-

fläche können diesen Effekt weiter verbessern.

chen führten zu den konstantesten Bedingungen

-1

ver-

über den Untersuchungszeitraum hinweg. Die In den Winterdekaden zeigten alle untersuchten

vollständige Unterbindung der Belüftung zeigte

Objekte mit Abdeckung im Bodenbereich unkriti-

erwartungsgemäß eine kontinuierliche Auffeuch-

sche Holzfeuchten, infolge der relativen Luft-

tung der Kellerbereiche bzw. eine Stagnation der

feuchten von unterhalb des 70 % Niveaus. Für

Luft- und Bauteilfeuchten auf sehr hohem Ni-

die mit Bodendämmung versehenen Bereiche er-

veau, mit kritischen Zuständen.

1168

ZUKUNFT H O L Z

1169

ZUKUNFT H O L Z

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KLIMATISCHE VERHÄLTNISSE IN KRIECHKELLERN

100

Kammerbereiche I nachträglich mit PEFolien Bodenabdeckung versehen einsetzender Schimmelbefall im Bereich ohne Bodenabdeckung

90

hierbei bereits berücksichtigt. Die Anordnung der

40

Lüftungsöffnungen sollte dabei regelmäßig über die Grundfläche erfolgen, um auch für innenlie-

35

gende Fundamenträume eine gleichmäßige und

70

30

60 25 50 20 40

Temperatur [°C]

relative Luftfeuchte [%]

80

45

sichere Durchströmung zu gewährleisten. Pro Fundamentkammer sollten dabei mindestens zwei Öffnungen vorgesehen werden.

15

30

10

20

5

10 0 Feb. 07

Belüftung mit 21 ²/ ²

Mrz. 07

Belüftung mit 13,5 cm²/m²

Apr. 07

Mai. 07

Jun. 07

Jul. 07

Aug. 07

Sep. 07

Okt. 07

Nov. 07

0 Dez. 07

rel. Luftf. ohne Abdeck.

rel. Luftf. Folie

rel. Luftf. Folie + Dämm.

rel. Luftf. Wohnraum

rel. Luftf. Außen

Temp. ohne Abdeck.

Temp. Folie

Temp. Folie + Dämm.

Temp. Wohnraum

Temp. Außen

Aus den Untersuchungen lassen sich für belüftete und im Bodenbereich abgedeckte Kriechkeller klimatische Verhältnisse ableiten, die der Nutzungsklasse 2 nach DIN 1052: 2008-12 entsprechen. Die aufgetretenen Holzfeuchten in den untersuchten Objekten unterhalb des 20 % Niveaus

Abb. 6: Relative Luftfeuchten und Temperaturen in den Bereichen mit einer

verdeutlichen diese Ergebnisse nochmals und

kriechkellerseitigen Bekleidung aus Holzweichfaserplatten im Laborversuch–

schließen den Befall von holzzerstörenden Pilzen

Dekadenmittelwerte

aus. Der Befall der Tragkonstruktion durch holz5 Zusammenfassung der wesentlichen Untersuchungsergebnisse Die Untersuchungen im Rahmen des Forschungsvorhabens [5] bestätigten, dass die klimatischen Verhältnisse in Kriechkellern durch zahlreiche Randbedingungen beeinflusst werden. Vor allem das Außenklima, die Art der Bodenabdeckung, die Belüftungssituation, die Baufeuchte, der Aufbau der Bodenplatte und Diffusionsvorgänge sind dabei vorrangig zu nennen.

die praktische Anwendung eine vollflächige Abdeckung des Bodenbereiches mit kapillar nicht diffusionshemmenden

Bauweise der Bodenplatte ausgeschlossen. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird zukünftig eine Zuordnung der Deckenbalken der Bodenplatte zur Gebrauchsklasse 0 nach DIN 68800-2 (aktuell in

Überarbeitung)

möglich

sein.

Zusätzliche

Schutzmaßnahmen können somit entfallen. Holzwerkstoffe, die im direkten Kontakt mit dem Kriechkeller stehen, müssen dabei mindestens für

Auf Grundlage der Forschungsergebnisse wird für

saugfähigen,

zerstörende Insekten wird durch die zugangsfreie

Schichten

sd ≥ 100 m notwendig. Eine zusätzlich aufgebrachte Dämmung im Boden- und Fundamentbereich reduziert vor allem in den kritischen Sommermonaten die Kriechkellerfeuchten. Eine weitere Grundvoraussetzung stellt eine funktionsfähige Belüftung dar. Für deutsche Klimarandbedingungen wird ein Brutto - Belüftungsquerschnitt von 10 – 20 cm²/m² empfohlen, eine nachträgliche Einengung durch das Anbringen üblicher Lüftungs- oder Kleintierschutzgitter ist

den Einsatz in der Nutzungsklasse 2 zugelassen sein. Erfüllt wird diese Anforderung für Holzwerkstoffe, die nach DIN EN 13986 mindestens für den Feuchtbereich anwendbar sind. Ein vollständiger

Ausschluss

eines

Schimmelbefalls

der

kriechkellerseitigen Holzwerkstoffe ist unter diesen Randbedingungen jedoch nicht gegeben. Empfohlen werden daher flächige Plattenwerkstoffe, die durch ihre Zusammensetzung und Herstellung ein fungizides Wachstum (Schimmelbefall) erschweren. Hier können beispielsweise mineralisch gebundene – oder kunstharzbeschichtete Platten zur Anwendung kommen.

1170

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME KLIMATISCHE VERHÄLTNISSE IN KRIECHKELLERN

Festhalten lässt sich somit, dass unter Einhaltung der vorgenannten konstruktiven Randbedingun-

Quellen [1] Schulze, H.: Baulicher Holzschutz, Holzbau

gen sichere und dauerhafte Kriechkellerkonstruk-

Handbuch Reihe 3 Teil 5 Folge 2, Entwick-

tionen in Verbindung mit Holzbodenplatten auch

lungsgemeinschaft Holzbau in der DGfH

unter deutschen Klimarandbedingungen erstellt werden können.

1981 [2] Kurnitski, J.; Matilainen, M.: Moisture conditions of outdoor air- ventilated crawl spaces

Für den Holzbau ist somit eine weitere Grün-

in apartment buildings in cold climate, En-

dungsvariante entstanden, die für Zweck- und

ergy and Buildings 33, No. 1, Elsevier Verlag

Wohnungsbauten zahlreiche Vorteile bietet und

2000

für klein- und mittelständische Unternehmen die

[3] Kurnitski, J.; Matilainen, M.: Moisture condi-

Wertschöpfung im Bereich des Holzbaus erhöhen

tions in highly insulated outdoor ventilated

kann. Auch für die in letzter Zeit in einigen Teilen

crawl spaces in cold climates, Energy and

Deutschlands vermehrt angesprochenen Thema-

Buildings 35, No. 2, Elsevier Verlag 2003

tik, zur Radoninfiltration in Wohnräume aus dem

[4] Borsch- Laaks, R.; Kehl, D.; Werther, N.: Pri-

Boden entstehen für den Holzbau in Verbindung

ma Klima im Kriechkeller?, Holzbau die neue

mit Kriechkellern vielversprechende Lösungsan-

quadriga, Kastner Verlag 02/2005, 04/2005

sätze, die jedoch zukünftig noch detailliert nachzuweisen sind.

[5] Winter, S., Bauer, P., Werther, N.: Untersuchung

der

klimatischen

Verhältnisse

in

Kriechkellern unter gedämmten Holzbodenplatten zur Vermeidung von Bauschäden bei nicht unterkellerten Gebäuden und zur Kostenreduzierung, Fraunhofer IRB Verlag 2009

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1171

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME FACHWERKTRÄGER

13.2 Holzbauweisen, Holzbausysteme Fachwerkträger

Hans Joachim Blaß

Verbindung kann die Zugtragfähigkeit des angeschlossenen Stabes erreichen und die Nettoquer-

1 Einleitung Der aufgelöste Fachwerkträger weist im Vergleich

schnittsfläche der Zugstäbe ist gleich der Brutto-

mit Vollwandträgern aus Brettschichtholz einige

lung der Nagelplattenverbindung ebenfalls sehr

Vorteile im Hinblick auf Materialverbrauch und

wirtschaftlich, insbesondere wenn größere Stück-

Beanspruchung auf. Schubspannungen in den

zahlen gleicher Fachwerkträger hergestellt wer-

Querschnitten, die wegen der vergleichsweise ge-

den. Die Effizienz mechanischer Verbindungen

ringen Schubfestigkeit des Brettschichtholzes zu-

mit stiftförmigen Verbindungsmitteln ist dagegen

nehmend für die Bemessung von Vollwandträ-

deutlich geringer, bei Stahlblech-Holz-Verbin-

gern mit kurzer Spannweite oder von Satteldach-

dungen mit Stabdübeln beträgt die Nettoquer-

trägern maßgebend werden, sind für das globale

schnittsfläche oft nur 60 % der Bruttofläche und

Gleichgewicht eines Fachwerkträgers nicht erfor-

die Herstellung der Verbindungen auf der Bau-

derlich. Obwohl der Fachwerkträger mit Stäben

stelle ist arbeitsintensiv.

querschnittsfläche. Darüber hinaus ist die Herstel-

aus Vollholz und Nagelplattenverbindungen sehr erfolgreich im nicht sichtbaren Bereich für Spann-

Fachwerkträger aus Brettschichtholz im sichtba-

weiten zwischen etwa 15 m und 30 m eingesetzt

ren Bereich werden daher nur unter folgenden

wird, sind sichtbare Fachwerkkonstruktionen in

Voraussetzungen erfolgreich sein können:

diesem Bereich vergleichsweise selten. Hier do-

-

hinaus ästhetisch ansprechend sein sollten,

miniert der Vollwandträger aus Brettschichtholz, häufig in der Form des Satteldachträgers mit ge-

Effiziente Knotenverbindungen, die darüber

-

Einfachere und damit schnellere Herstellung der Verbindungen auf der Baustelle,

krümmtem Untergurt. -

Einfachere Bemessung der Verbindungen,

-

Bessere Ausnutzung der Holzquerschnitte, d.h. größere Verhältniswerte zwischen Nettound Bruttoquerschnittsfläche.

Abb. 1: Fachwerkträger aus Vollholz mit Nagelplattenverbindungen Der Erfolg der Nagelplattenbinder liegt einerseits in der Softwareunterstützung der Nagelplatten-

Abb. 2: Satteldachträger mit gekrümmten unte-

hersteller, die eine sehr schnelle und wirtschaftli-

ren Rand

che Bemessung der Träger ermöglicht, andererseits sind Nagelplattenverbindungen als hoch ef-

Die genannten Voraussetzungen lassen sich mit

fizient zu bezeichnen, d.h. die Tragfähigkeit der

Fachwerkträgern erreichen, deren Gurte aus

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME FACHWERKTRÄGER

Brettschichtholz und deren Füllstäbe aus Brett-

dungsmittel, dann zeigt sich, dass in Achsrich-

sperrholz bestehen. Als Verbindungsmittel wer-

tung beanspruchte Schrauben hohe Kräfte über-

den Gewindestangen mit einem Holzschrauben-

tragen können und damit sehr steife Verbindun-

gewinde nach DIN 7998: 1975-02 verwendet, die

gen entstehen [1]. Allerdings sind faserparallel

von mehreren Herstellern zur Querbewehrung

angeordnete Verbindungsmittel wegen des un-

von Brettschichtholz mit Längen bis zu 3 m und

bekannten Langzeitverhaltens nur in Ausnahme-

einem Durchmesser von 16 mm oder 20 mm an-

fällen zulässig, ein Einsatz auf Zug beanspruchter

geboten werden.

Schrauben im Hirnholz von Füllstäben aus Vollholz oder Brettschichtholz ist daher nicht mög-

2 Überlegungen zur Materialwahl

lich.

und zur Knotengestaltung Die Füllstäbe von Holzfachwerkträgern werden

Um dennoch axial beanspruchte Schrauben als

fast ausschließlich durch Normalkräfte bean-

Verbindungsmittel für den Anschluss Füllstab –

sprucht. Daher liegt zunächst der Gedanke nahe,

Gurt verwenden zu können, wird für die Füllstäbe

für diese Füllstäbe einen Baustoff zu verwenden,

Brettsperrholz verwendet, in das Schrauben pa-

der eine möglichst hohe Zug- bzw. Drucktragfä-

rallel zur Achsrichtung des Stabes so eingedreht

higkeit in Achsrichtung der Stäbe aufweist. Dies

werden, dass sie vollständig in einer Querlage

ist in der Praxis meist Vollholz oder Brettschicht-

angeordnet sind, d.h. dass der Winkel zwischen

holz, deren Faserrichtung in Achsrichtung der

Schraubenlängsrichtung und der Faserrichtung

Stäbe verläuft.

des unmittelbar das Gewinde umgebenden Holzes 90° beträgt. Aus einem Forschungsvorhaben über die Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln in Brettsperrholz [2] ist bekannt, dass planmäßig in Querlagen eingedrehte Schrauben eine Tragfähigkeit auf Herausziehen aufweisen, die der Tragfähigkeit von rechtwinklig zur Faserrichtung eingebrachten Schrauben in Vollholz oder Brettschichtholz entspricht. Der geringe Abstand der Schraube zum Rand der Querlage wirkt sich nicht auf die Tragfähigkeit aus, das Versagen bei Beanspruchung auf Herausziehen ist nach wie vor durch das Scherversagen des Holzes in der Mantelfläche des Schraubengewindes gekennzeichnet. Die in die Querlagen eingebrachten Kräfte müssen über

Abb. 3: Anordnungen von Gewindestangen in Querlagen von Brettsperrholz Betrachtet man unabhängig vom Baustoff der Füllstäbe das Potential mechanischer Verbin-

Rollschubbeanspruchungen der

Klebfugen zwischen den Quer- und Längslagen in die Längslagen eingebracht werden, da ja nur letztere die Zugkräfte parallel zur Stabachse übertragen können.

1172

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1173

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLSBAUSYSTEME FACHWERKTRÄGER

Grundlage des Knotenkonzepts ist die Übertra-

Rahmen erster Tastversuche wurde die Tragfä-

gung der Normalkräfte von den Füllstäben in die

higkeit von zwei Verbindungen mit jeweils sechs

Gurte durch Vollgewindeschrauben oder Gewin-

Gewindestangen des Durchmessers 16 mm er-

destangen, die in vorgebohrte Löcher durch den

mittelt. Dabei wurde ein Füllstab aus Brettsperr-

Gurt hindurch in die Hirnholzenden der Füllstäbe

holz mit drei Längslagen und zwei Querlagen an

eingedreht werden. Das Bohren der Löcher sollte

einen Gurt aus Brettschichtholz angeschlossen.

mit Hilfe von Abbundanlagen erfolgen, um einen

Bei den für die Prüfung vorgesehenen Verbin-

genauen Sitz der Schrauben gewährleisten zu

dungen (Abb. 4) waren die Längslagen z.B.

können. Da die Schrauben parallel zur Füllstab-

22 mm bzw. 13 mm dick, die entsprechenden

achse verlaufen, würden sie bei der Verwendung

Schraubendurchmesser betrugen 16 mm und

von Vollholz oder BS-Holz für die Füllstäbe paral-

12 mm. Der Längslagenanteil oder Nettoquer-

lel zur Faser eingeschraubt sein. Dies ist weder

schnitt lag damit zwischen 69 % und 82 %. Die-

durch Norm noch durch Zulassung für die erfor-

ser Anteil ist höher als bei üblichen Stabdübelver-

derlichen Schraubenmaße abgedeckt. Aus diesem

bindungen in BS-Holz.

Grund wird für die Gurte Vollholz, Balkenschichtholz oder BS-Holz verwendet, für die Füllstäbe

Die Verbindung wurde durch eine Zugkraft in

jedoch Brettsperrholz, das genau dort, wo die

Richtung des Füllstabes bis zum Versagen be-

Schrauben angeordnet sind, Querlagen aufweist.

lastet. Die Tragfähigkeit der ersten geprüften

Um eine Übergreifung der Schrauben zweier Füll-

Verbindung lag bei 395 kN, das Versagen wurde

stäbe in einem Knoten zu ermöglichen, sind er-

durch das Aufspalten einer Querlage ausgelöst,

forderlichenfalls unterschiedliche Aufbauten des

anschließend wurden die drei Schrauben in der

Brettsperrholzes benachbarter Füllstäbe mit un-

zweiten Querlage aus dem Gurt herausgezogen

terschiedlicher Anordnung der Querlagen zu ver-

(Abb. 5). Um das Aufspalten der Querlagen zu

wenden.

verhindern, wurden in zwei weiteren Versuchen vier Vollgewindeschrauben zur Querzugverstär-

Damit sind die Schrauben in den Füllstäben stets

kung am Ende des Füllstabes eingesetzt. In diesen

rechtwinklig zur Faser, in den Gurten je nach Nei-

Versuchen wurden bei Höchstlasten von 382 kN

gung der Füllstäbe zwischen etwa 45° und 90°

und über 400 kN sämtliche Schrauben aus dem

zur Faser angeordnet und die hohe Ausziehtrag-

Gurt herausgezogen, Spalten traten nicht auf.

fähigkeit der Schrauben kann für die Verbindungen ausgenutzt werden. In der Praxis sollte die Einschraubtiefe möglichst so groß gewählt werden, dass die Zugtragfähigkeit der Schrauben maßgebend wird. Wird für die Schrauben bzw. Gewindestangen ein duktiles Material verwendet, folgt daraus auch ein duktiler Versagensmechanismus der Verbindung durch Erreichen der Fließgrenze in den zugbeanspruchten Schrauben. Der Anteil der Querlagen in den Füllstäben kann so gestaltet werden, dass ein möglichst großer

Abb. 4: Gewindestangen, Gurtabschnitt aus

Anteil an Längslagen für die Übertragung der

Brettschichtholz (oben) und Füllstab aus Brett-

Zug- oder Druckkräfte zur Verfügung steht. Im

sperrholz (unten)

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME FACHWERKTRÄGER

Die orientierenden Versuche haben bestätigt,

tel und bei Verpfropfung der Eindrehlöcher der

dass selbst sehr geringe Abstände zwischen dem

Schrauben ein hoher Feuerwiderstand.

Brettrand und dem Schraubengewindeumfang gegenüber rechtwinklig zur Faser in Vollholz oder Brettschichtholz

eingebrachten

Holzschrauben

keine signifikanten Unterschiede im Tragvermögen erkennen lassen. Dies gilt selbst für die mit einem Gewindeaußendurchmesser von 12 mm in eine nur 13 mm dicke Querlage eingebrachten Schrauben

Abb. 6: Herausziehen der hinteren Stange aus der Querlage

Abb. 5: Versagen durch Aufspalten einer Quer-

3 Beispielrechnung Um einen Eindruck von der möglichen Wirt-

lage

schaftlichkeit von Fachwerkträgern mit der vorgestellten Verbindungstechnik zu ermöglichen, wur-

Die Brauchbarkeit der vorgestellten Verbindungs-

de eine Vergleichsrechnung mit zwei unterschied-

technik für die Ausbildung von Fachwerkknoten

lichen Varianten durchgeführt:

wurde durch die orientierenden Versuche qualita-

-

Satteldachträger mit geradem unteren Rand

tiv bestätigt. Weitere Untersuchungen sind not-

-

Fachwerkträger mit Gurten aus Brettschicht-

wendig, um zu definierten Bemessungsansätzen

holz und Füllstäben aus Brettsperrholz

und zu minimierten Mindestabständen zu führen. Die Verbindung mit Schrauben in den Querlagen

Die Ergebnisse der Beispielrechnung zeigen, dass

der Füllstäbe verbindet eine sehr einfache Herstel-

der Materialaufwand des BS-Holzes deutlich re-

lung mit ähnlicher Tragfähigkeit wie z.B. von

duziert werden kann. Allerdings steht dieser Er-

Stabdübelanschlüssen und eingeschlitzten Ble-

sparnis ein Zusatzaufwand aus den Schrauben-

chen. Weitere Vorteile des Knotenentwurfs sind

verbindungen gegenüber. Durch weitere Unter-

die nur geringe Sichtbarkeit der Verbindungsmit-

suchungen im Hinblick auf Mindestabstände der

1174

ZUKUNFT H O L Z

ZUKUNFT H O L Z

1175

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLSBAUSYSTEME FACHWERKTRÄGER

Schrauben untereinander und vom Rand sowie durch eine optimierte Querschnittsgestaltung sind weitere Einsparungen zu erwarten.

Abb.7: Anschlüsse bei Querverbindungen

13 PLANUNG, HOLZBAUWEISEN – 13.2 HOLZBAUWEISEN, HOLZBAUSYSTEME FACHWERKTRÄGER

Quellen [1] Blaß, H. J.; Bejtka, I.; Uibel, T.: Tragfähigkeit von

Verbindungen

mit

selbstbohrenden

Holzschrauben mit Vollgewinde, Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 4, Lehrstuhl für Ingenieurholzbau und Baukonstruktionen (Hrsg.), Universität Karlsruhe (TH), Karlsruhe, 2006 [2] Blaß, H. J.; Uibel, T.: Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln in Brettsperrholz, Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 8, Lehrstuhl für Ingenieurholzbau und Baukonstruktionen (Hrsg.), Universität Karlsruhe (TH), Karlsruhe, 2007 aus Tagungsband „Ingenieurholzbau Karlsruher Tage 2008“, Universität Karlsruhe und Bruderverlag

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ZUKUNFT H O L Z