Atlas Mehrgeschossiger Holzbau: DETAIL Atlas 9783955533540

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HERMANN KAUFMANN STEFAN KRÖTSCH

Edition ∂

STEFAN WINTER

Mehrgeschossiger Holzbau

HERMANN KAUFMANN STEFAN KRÖTSCH STEFAN WINTER

Mehrgeschossiger Holzbau

Autoren Univ.- Prof. DI Architekt Hermann Kaufmann Technische Universität München, Fakultät für Architektur, Professur für Entwerfen und Holzbau Jun.- Prof. Dipl.-Ing. Architekt Stefan Krötsch Technische Universität Kaiserslautern, Fachbereich Architektur, Fachgebiet Tektonik im Holzbau Univ.- Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter Technische Universität München, Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion

Die Publikation wurde erarbeitet unter Leitung der Professur für Entwerfen und Holzbau an der Technischen Universität München, Fakultät für Architektur, www.holz.ar.tum.de Co-Autoren: Dipl.-Ing. Architektin Anne Niemann (Projektleitung) Dipl.-Ing. Architektin Maren Kohaus Dipl.-Ing. FH MAS ETH MA Lutz Müller Dipl.-Ing. Architekt Christian Schühle M. Eng. Dipl.-Ing. Architekt Manfred Stieglmeier wissenschaftliche Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Architekt David Wolfertstetter M.Sc. Claudia Köhler studentische Mitarbeiter, Technische Universität München: Tobias Müller, Moritz Rieke, Konstanze Spatzenegger, Fabia Stieglmeier studentische Mitarbeiter, Technische Universität Kaiserslautern: Sandra Gressung, Maren Richter, Sascha Ritschel

mit Fachbeiträgen von: DI Heinz Ferk Technische Universität Graz, Fakultät Bauingenieurwissenschaften, Labor für Bauphysik (LFB) am Labor für Konstruktiven Ingenieurbau (LKI) Dipl.-Ing. Sonja Geier Hochschule Luzern – Technik & Architektur, Kompetenzzentrum Typologie & Planung in Architektur (CCTP) Prof. Dr.-Ing. Architektin Annette Hafner Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Lehrstuhl Ressourceneffizientes Bauen Prof. Dipl.-Ing. Architekt Wolfgang Huß Hochschule Augsburg, Fakultät für Architektur und Bauwesen Industrialisiertes Bauen und Fertigungstechnik Dipl.-Ing. Architekt Holger König Dipl.-Ing. Architekt Frank Lattke BDA DI Daniel Rüdisser Technische Universität Graz, Fakultät Bauingenieurwissenschaften, Labor für Bauphysik (LFB) am Labor für Konstruktiven Ingenieurbau (LKI) DI Dr. techn. Martin Teibinger Univ.- Prof. Dr. Dr. habil. Drs. h.c. Gerd Wegener TUM Emeritus of Excellence

Redaktion Redaktion und Lektorat: Steffi Lenzen (Projektleitung), Jana Rackwitz, Daniel Reisch, Eva Schönbrunner, Sophie Karst, Sonja Ratz Endlektorat: Carola Jacob-Ritz, München Zeichnungen: Ralph Donhauser, Marion Griese, Martin Hämmel, Simon Kramer, Dilara Orujzade, Janele Suntinger Herstellung /DTP: Simone Soesters Repro: ludwig:media, Zell am See Druck und Bindung: Grafisches Centrum Cuno GmbH & Co. KG, Calbe © 2017, erste Auflage Detail Business Information GmbH, München www.detail.de

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ISBN: 978-3-95553-353-3 (Print) ISBN: 978-3-95553-354-0 (E-Book) ISBN: 978-3-95553-355-7 (Bundle) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werks ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts. Dieses Fachbuch berücksichtigt die bei Redaktionsschluss gültigen Begriffe und den zu diesem Zeitpunkt aktuellen Stand der Technik. Rechtliche Ansprüche können aus dem Inhalt dieses Buchs nicht abgeleitet werden.

Inhalt

Vorwort

Teil A 1 2 3 4 5

7

Einführung

Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus Ressource Holz Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe Lebenszyklusanalyse Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus

Teil B

Tragwerk

1 Struktur und Tragwerk 2 Bauteile und Bauelemente

Teil C

72 88 92 114 122

Prozess

1 Planung 2 Produktion 3 Vorfertigung 4 Lösungen für die Gebäudemodernisierung

Teil E

38 50

Konstruktion

1 Schutzfunktionen 2 Sommerlicher Wärmeschutz 3 Schichtenaufbau der Gebäudehülle 4 Schichtenaufbau von Innenbauteilen 5 Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau

Teil D

10 14 18 24 30

130 138 142 150

Gebaute Beispiele im Detail

Anschlüsse im Detail Projektbeispiele 1– 22

160 166

Anhang Autoren Glossar Normen Literatur Abbildungsnachweis Sachwortregister Förderer / Sponsoren

258 260 264 266 268 270 272

5

6

Vorwort

Abb.

Der Holzbau hat sich in der jüngeren Vergangenheit intensiv weiterentwickelt. Der Quantensprung der letzten Jahre zeigt sich darin, dass mit Holz immer mehr und höher gebaut wird. Die Gründe für die Renaissance dieses klassischen, in der Moderne fast vergessenen Baustoffs sind unterschiedlich. Durch den Klimawandel ist sowohl in der öffentlichen Meinung als auch aufseiten der Architekten und Bauherrn ein steigendes Interesse an ressourcenschonenden, nachhaltigen und damit biobasierten Baulösungen entstanden. Der Holzbau kann dieses Interesse mehr als andere Bauweisen bedienen. Die besonderen Qualitäten des Naturbaustoffs Holz in den Bereichen Haptik, Optik, Olfaktorik und das bezogen auf die Festigkeit herausragende Leistungsgewicht machen den Holzbau zunehmend für das moderne Bauen interessant, obwohl die primären Kosten gegenüber den üblichen Standardlösungen abhängig von der Art des Projekts im Vergleich zu konventionellen Lösungen etwas höher sein können. In der Gesamtbetrachtung der Wirtschaftlichkeit aber kann der moderne Holzbau schon heute durchaus mithalten. Der hier vorgelegte Atlas zum mehrgeschossigen Holzbau ist ausdrücklich keine Fortsetzung oder Überarbeitung des 2003 erschienenen Holzbau Altas. Bei diesem liegt der inhaltliche Schwerpunkt im Ingenieurholzbau, was mit der zum Erscheinungszeitpunkt bestehenden Situation zusammenhängt – denn damals gab es kaum Beispiele mehrgeschossigen Holzbaus. Der neue Atlas reagiert auf die gänzlich geänderte Lage. Während der Holzbau beim Einfamilienhaus und im landwirtschaftlichen Bauen schon seit langer Zeit permanente Steigerungen verzeichnet, war er bis vor Kurzem aus der Stadt fast gänzlich verschwunden. Das beginnt sich zu ändern, denn initiiert von engagierten Wohnungsbaugenossenschaften bzw. -gesellschaften und vereinzelten Baugruppen mit wachsendem Umweltbewusstsein entstehen neue mehrgeschossige Holzbauten, die das älteste und natürliche Baumaterial wieder für viele Menschen erlebbar machen. Die Rückeroberung der Stadt hat nicht zuletzt auch darum begonnen, weil der Holzbau sich für den Umbau und die Nachverdichtung in den Ballungszentren, also bei Aufstockungen, Ergänzungen und Umbauten, sehr gut eignet.

Denn Holz ist leicht, gut zu verarbeiten und effizient zu transportieren, und die Vorfertigung erlaubt schnelles und störungsarmes Bauen. Zahlreiche interessante Beispiele in diesem Atlas belegen deutlich die Bereicherung der Architektur im urbanen Raum durch Holzbauwerke. Häufig handelt es sich hierbei um hybride Lösungen, was für den Holzbau sicher keinen Rückschritt darstellt, im Gegenteil: Es ist nur konsequent und logisch, in Abhängigkeit von Leistungsfähigkeit, Verfügbarkeit, Preis und Gestaltungspotenzial die auf dem Markt gängigen und bewährten Baumaterialien und Bauarten geschickt zu kombinieren, um effiziente und wirtschaftliche Gebäude zu realisieren. Das ist geradezu typisch für das Bauen in der Stadt, man denke nur an die Mischbauweisen des Mittelalters, wo die Kombination von Holz und Stein beeindruckende Fachwerkhauskonstruktionen ermöglichte, oder an die Gründerzeitbauten, die außen massiv gebaut erscheinen, aber einen hohen Holzanteil bei horizontalen Bauteilen wie Decken und Dach aufweisen. Gerade die modernen Möglichkeiten im Bereich der Konstruktion haben uns dazu veranlasst, die herkömmliche und sehr eng gefasste Einteilung in Holzrahmen-, Holzskelett-, und Holzmassivbau zu hinterfragen und zu erweitern. Gezeigt werden aus der gängigen Praxis die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von horizontalen und vertikalen Elementen, was das Konstruieren mit Holz zu einem spannenden sowie kreativen Prozess macht und zusammen mit modernen Hüllkonstruktionen die Anwendungsmöglichkeiten des nachwachsenden Rohstoffs geradezu explodieren lässt. Die dauerhafte stoffliche Verwendung von Holz bewirkt durch die damit verbundene langfristige Kohlenstoffspeicherung eine CO2-Senke und trägt somit positiv zum Kampf gegen die Erderwärmung bei. Sie unterliegt aber zugleich genau diesem Klimawandel, da dieser zur Veränderung des Holzaufkommens führt. Der Naturbaustoff Holz wird uns daher in Zukunft in einer anderen Zusammensetzung als heute zur Verfügung stehen. Künftig ist mit einem steigenden Aufkommen von Laubholz zu rechnen, während das von Nadelholz gleichzeitig sinkt. Dies wird zwangsläufig zu einer Neu- und Weiterentwicklung von Holzbaustoffen führen,

Wohnhäuser Zollfreilager, Zürich (CH) 2016, Rolf Mühlethaler

die mit einem deutlich höheren Anteil an Laubholzbaustoffen in den mehrgeschossigen Holzbau einfließen als bisher – mit positiven Folgen. So weisen Laubhölzer zum Teil erheblich bessere Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften auf, was beispielsweise zu schlankeren Bauteilen führt und gänzlich neue Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet. Und die seit Jahrhunderten nachhaltig betriebene Waldwirtschaft in Europa belegt, dass es trotz intensiver Nutzung des Rohstoffs möglich ist, einen vitalen Wald zu erhalten, der seine anderen Funktionen von der Luftreinhaltung über die Wasserspeicherung bis zum Erholungsraum auch weiterhin erfüllen kann. Derzeit wächst in Europa mehr Holz nach, als genutzt wird, und in Deutschland, Österreich und der Schweiz wäre es theoretisch möglich, mit ca. einem Drittel des jährlichen Holzaufkommens sämtliche Neubauten in Holz zu realisieren. Dieser Atlas soll ganz besonders den interessierten Planern und Bauherren, die bisher nicht oder nur wenig mit dem Holzbau in Berührung gekommen sind, eine zielgerichtete Orientierung geben und helfen, ihnen die Skepsis gegenüber dem im Hochbau noch weitgehend unbekannten und vorurteilsbehafteten Baustoff zu nehmen. Anhand einer neuen, aus der Realität heraus entwickelten Systematisierung der Konstruktionsmethoden werden potenzielle Gestaltungsmöglichkeiten vorgestellt und erläutert, die zeigen, dass das Bauen mit Holz nicht schwieriger ist als mit anderen Baustoffen. Es ist höchste Zeit, die verfügbare natürliche Ressource Holz stärker stofflich zu nutzen und mehr in das Wohn- und Arbeitsumfeld der Menschen zu integrieren. Wir bedanken uns bei allen, die zum Zustandekommen dieses Buchs beigetragen haben: Beim Verlag für die gute Kooperation, bei den Autoren für die kompetenten Beiträge, bei den Sponsoren für die großzügige Unterstützung und bei der Projektleiterin Anne Niemann für ihren unermüdlichen Einsatz. München, im Mai 2017

Hermann Kaufmann Stefan Krötsch Stefan Winter

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Teil A

Einführung

1 Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus Antike und Mittelalter in Ostasien Mittelalter in Europa Moderne 2

Ressource Holz Die Dimension von Wald und Holz Forst und Holz: Die Partner des Holzbaus Ressourcensituation und Perspektiven Laubholz: Die Option im Holzbau Fazit

14 14 15 15 16 17

3

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

18

4 Lebenszyklusanalyse Der Umweltbeitrag von Holzgebäuden Kohlenstoffspeicher und Substitution Kohlenstoffspeicher versus Ressourceneffizienz in der Konstruktion CO2-effiziente Bauweise in Holz Vergleichende Bewertung von Gebäuden in konventioneller und in Holzbauweise anhand von Ökobilanzen Fazit

24 24 25

5

Abb. A

10 10 11 12

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus Gesundes Raumklima Raumluftemissionen Einflüsse durch natürlich belassenes Holz Einflüsse durch verklebte Konstruktionshölzer Einflüsse durch Holzwerkstoffe Strategien Fazit

26 26

27 28

30 30 31 33 33 33 35 35

Illwerke Zentrum Montafon, Vandans (AT) 2013, Architekten Hermann Kaufmann

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Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus Stefan Krötsch, Lutz Müller

A 1.1

Seit dem Aufkommen befestigter Städte und Dörfer bildet der Bau hoher und mehrgeschossiger Gebäude, sei es aus Platzmangel innerhalb der Befestigungsanlagen, aber auch aus repräsentativen Gründen, einen Schwerpunkt baukonstruktiver Entwicklungen. In den Regionen, in denen Holz das vorherrschende Baumaterial war, haben sich seit der Antike das Wissen und das Handwerk zur Errichtung dauerhafter und mehrgeschossiger Holzbauten etabliert. Selbst eine der ältesten Konstruktionsmethoden des Holzbaus, der Blockbau, der bereits seit der Jungsteinzeit bekannt ist, ermöglicht Gebäude mit mehreren Geschossen. Er war in waldreichen Regionen Asiens und Europas bis in die Neuzeit üblich, in einigen Gegenden findet er bis heute Anwendung. Dabei werden geschlossene, winddichte und wärmedämmende Wände durch das Aufeinanderschichten liegender Blöcke oder Balken erstellt und durch Verzahnung, Verblattung oder Verkämmung der Ecken und der Innenwände ausgesteift. Obwohl die horizontale Schichtung der Balken zu starken Setzungen bei hohen Gebäuden führt, entstanden in Gebieten mit hochentwickeltem Handwerk Gebäude von erstaunlicher Höhe, wie das Beispiel eines fünfgeschossigen Wohnhauses im Schweizer Wallis verdeutlicht (Abb. A 1.2).

A 1.1 A 1.2 A 1.3 A 1.4 A 1.5 A 1.6

Basierend auf chinesischen Einflüssen entstand in Japan bereits im 6. Jahrhundert ein hochentwickeltes Holzhandwerk, dessen Protagonisten als »große Baumeister« und »große Handwerker« bezeichnet wurden und hohes gesellschaftliches Ansehen genossen. In der Asuka- und Nara-Zeit bildete sich die Konstruktionsmethodik des Skelettbaus heraus, der die japanische Architektur bis in die Neuzeit prägen sollte. Eine durch schwere Auflast gegen Wind gesicherte Dachkonstruktion wird von Stützen getragen, die mit eingeschlitzten Balken zu einem Rahmentragwerk verbunden werden. Die gesamte Konstruktion liegt ohne eine Befestigung lose auf Sockelsteinen auf. Die ununterbrochen durchlaufenden Stützen können hohe Lasten abtragen, während die Duktilität (die Fähigkeit, sich zu verformen ohne zu versagen) der Rahmenverbindungen und des Sockelanschlusses eine sehr gute Erdbebensicherheit gewährleistet. Bereits im Jahr 725 wurde die Pagode des buddistischen Kōfuku-ji Tempels in Nara, der damaligen Hauptstadt Japans, mit fünf Geschossen und einer Höhe von über 50 m errichtet. Aus dem Jahr 745 stammt die Haupthalle des buddhistischen Tempels Tōdai-ji in Nara, die mit einer Breite von 57,01 m, einer Tiefe von 50,48 m und einer Höhe von 48,74 m

Wettbewerbsentwurf für den Langelinie-Pavillon, Kopenhagen (DK) 1953, Jørn Utzon fünfgeschossiger Turm im Wallis, Evolène (CH) 1958, Gebrüder Follonier To-ji Tempel, Kyoto (JP) 9. Jh. (Pagode nach Zerstörung 1644 wieder aufgebaut) Pura Besakih Tempel, Bali (ID) 8. Jh. Burg Himeji, Himeji (JP) 17. Jh. Alter Kornspeicher, Geislingen an der Steige (DE) 1445 A 1.2

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Antike und Mittelalter in Ostasien

A 1.3

Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus

das größte rein aus Holz gebaute Gebäude der Welt ist. Mit 57 m entstand im 9. Jahrhundert mit der fünfgeschossigen Pagode des To-ji Tempels in Kyoto das damals höchste Bauwerk Japans (Abb. A 1.3). Eine Höhe von bis zu 44 m erreichen die Tempelbauten von Pura Besakih auf Bali aus dem 8. Jahrhundert (Abb. A 1.4). Jedes der elf Geschosse besteht dabei aus einem Raum, der als Schrein für religiöse Rituale genutzt wurde. Die Aussteifung dieser schlanken Türme erfolgt – ähnlich der erwähnten japanischen Konstruktionen – über elaborierte rahmenartige Verbindungen zwischen Stützen und Trägern. Im frühen 15. Jahrhundert entstand in Peking innerhalb von weniger als zwei Jahrzehnten mit den Palastbauten der Verbotenen Stadt ein Gebäudeensemble gigantischen Ausmaßes, dessen zeremonielles Zentrum die »Halle der höchsten Harmonie« mit einer Höhe von 35 m und einer Fläche von 2400 m2 ist. Die Burg Himeji in Japan aus dem 17. Jahrhundert stellt mit ihren sechs Stockwerken und einer Höhe von 31,50 m einen der größten mehrgeschossigen Holzbauten seiner Zeit dar (Abb. A 1.5). Die Konstruktionsmethode des Skelettbaus mit dem damit einhergehendem unbestimmten Nutzungs- und Raumsystem blieben in China und Japan über lange Zeit unverändert.

A 1.4

Der Fachwerkbau, vom Mittelalter bis ins 19. Jahrhundert die vorherrschende Gebäudekonstruktion in den Städten Mitteleuropas, folgt einem grundlegend anderen konstruktiven Ansatz. Denn trotz ihrer skelettartigen Erscheinung wirken Pfosten und Streben zusammen mit Schwelle und Rähm eher als ausgesteifte Wandscheibe denn als Skelettkonstruktion. Diese Wandscheiben (Innen- wie Außenwände) steifen wiederum das Gebäude ohne wesentliche Aktivierung der Deckenscheibe aus. Die Deckenbalken sind auf diese Wände aufgelegt, oft einem eigenen Rhythmus folgend ohne Rücksicht auf den Pfostenabstand. Im Gegensatz zu den asiatischen Skelettbauten laufen die Stützen über die Geschosse nicht durch, sondern sind durch Schwelle, Deckenbalken und Rähm unterbrochen und bisweilen sogar geschossweise leicht versetzt. Durch den geschossweisen Überstand der Wände werden die Deckenbalken zwischen diesen

eingespannt, was größere Deckenspannweiten und ein verbessertes Schwingungsverhalten der Decke ermöglicht. Gleichzeitig schützt der Überstand die darunterliegende Fassade vor Bewitterung. Vorläufer des Fachwerkbaus waren der Pfostenbau und der Ständerbau. Beim Pfostenbau handelt es sich um eine Skelettkonstruktion, deren Stützen metertief im Boden eingerammt und eingegraben waren und als eingespannte Stützen das Gebäude aussteiften. Nach 20 bis 30 Jahren waren die Stützenfüße jedoch meist verfault, und das Gebäude musste ersetzt werden. Der Ständerbau begegnete diesem Problem, indem die Pfosten durch gebäudehohe Ständer ersetzt wurden, die nicht mehr in den Boden gerammt, sondern auf einer horizontalen Schwelle trocken aufgelegt waren. Dadurch verlängerte sich die Lebensdauer der Gebäude entscheidend. Die Errichtung mehrerer Geschosse war möglich, die Höhe der einzelnen Häuser aber durch die verfügbaren Baumlängen begrenzt. Die Auswechslung der tragenden Ständer ließ sich nur unter großem Aufwand bewerkstelligen. Die Einführung des Fachwerkbaus kam deshalb einer Revolution im Bauwesen gleich. Nun konnten Holzkonstruktionen gebaut werden, die mehrere Hundert Jahre Bestand hatten, weil die tragenden Einzelteile auswechselbar waren, ohne dass dadurch die gesamte Kon-

A 1.5

A 1.6

Erst mit der Moderne endete diese jahrtausendealte Tradition sehr abrupt. In Gebäuden mit mehr als zwei Geschossen wurde Holz als Material der Primärkonstruktion komplett durch neue Baumaterialien wie Stahl und Beton ersetzt.

Mittelalter in Europa

11

Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus

To-ji Tempel Japan, 888

Pura Besakih Tempel Bali, 8. Jh.

Stabkirche von Hopperstad Norwegen, 1130

Qigu Tan China, 1420

Alter Kornspeicher Deutschland 1445

57 m 5 Geschosse

44 m 11 Geschosse

27 m 4 Geschosse

25 m 3 Geschosse

21 m 7 Geschosse

90 m 80 m 70 m 60 m 50 m 40 m 30 m 20 m 10 m

struktion infrage gestellt wurde. Mit dem Fachwerkbau etablierte sich sehr viel Wissen um den konstruktiven Holzschutz, das bis heute angewendet wird. Die Verlängerung der Lebensdauer und der Aufbau aus übereinandergestapelten, gut ausgesteiften Stockwerken begünstigten den Bau mehrgeschossiger Gebäude. Der Alte Kornspeicher in Geislingen an der Steige von 1445 mit seinen sieben Geschossen aus Holz, die auf einem gemauerten Sockelgeschoss stehen, ist Beleg für die Leistungsfähigkeit und Dauerhaftigkeit dieser Konstruktionsmethode (Abb. A 1.6, S.11).

Moderne Den Materialkanon der klassischen Moderne dominierten die Werkstoffe Beton und Stahl, Holz spielte als Baustoff von Gebäudetragwerken zunächst kaum eine Rolle mehr. Die

A 1.7

12

Konkurrenz der plötzlich verfügbaren, nicht brennbaren Materialien degradierte Holz zum Baustoff niedriger, bisweilen auch temporärer Gebäude. Erst mit der Jahrtausendwende erfuhr der Holzbau durch eine Reihe technischer Innovationen eine grundlegende Neuausrichtung. Vor dem Hintergrund eines weltweiten politischen Umdenkens hinsichtlich der globalen ökologischen Entwicklung, allem voran der Klimaerwärmung, rückte in Mittel- und Nordeuropa mehrgeschossiges Bauen mit Holz wieder verstärkt in den Fokus. Im Rahmen eines breit angelegten Modellvorhabens in Bayern [1] und im Zuge neuer Entwicklungen in Österreich entstanden bereits in den 1990er-Jahren einige dreigeschossige Mehrfamilienhäuser in Holzbauweise (Abb. A 1.7). Teilweise zunächst an nordamerikanischen Konstruktionsmethoden orientiert, etablierten sich in diesen Modellprojekten verschiedene Bauweisen, die den mitteleuro-

A 1.8

päischen Anforderungen entsprechen. Die Auswertung der Ergebnisse war Anstoß zu vertiefter Forschung an Forschungsinstituten und in den Holzbaubetrieben [2]. Technischer Fortschritt und eine sich kontinuierlich verbessernde Gesetzeslage haben seitdem in immer kürzeren Zeitabständen zu neuen Höhenrekorden bei Holzbauten geführt. 2008 entstand in Berlin das Wohnhaus e 3 mit sieben Geschossen (Abb. A 1.8), bei dem unter anderem die Verwendung von Holz-BetonVerbunddecken und ein externes Treppenhaus aus Stahlbeton den Brandschutzanforderungen genüge tun. Achtgeschossige Gebäude an der Hochhausgrenze wie das H 8 in Bad Aibling (Abb. A 1.9) und der LifeCycle Tower in Dornbirn folgten 2011 und 2012, nachdem in London bereits 2008 mit dem zehngeschossigen Murray Grove Tower (Abb. A 1.11) das erste Holzhaus jenseits der Hochhausgrenze errichtet worden war. 2012 eröffnete in Melbourne mit dem Forté Tower ein ebenfalls zehn-

A 1.9

Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus

Damaschkesiedlung Deutschland, 1996

H8 Deutschland, 2012

Forté Tower Australien, 2012

Studentenwohnheim Kanada, 2017

Holzhochhaus HoHo Österreich, in Planung

9m 3 Geschosse

25 m 8 Geschosse

32 m 10 Geschosse

63 m 18 Geschosse

84 m 24 Geschosse

Architekten: Fink + Jocher

Architekten: Schankula Architekten

Architekten: Lend Lease

Architekten: Acton Ostry Architects

Architekten: RLP Rüdiger Lainer + Partner 90 m 80 m 70 m 60 m 50 m 40 m 30 m 20 m 10 m Zeit A 1.10

geschossiges Wohnhaus. Der 2013 fertiggestellte Wohnkomplex an der Via Cenni in Mailand (S. 174ff.) ist zwar nur neun Geschosse hoch, besteht jedoch aus vier Wohntürmen, die über einen zweigeschossigen Sockelbau in der Größe eines Stadtblocks verbunden sind. Da in Großbritannien, Australien und Italien selbst für Hochhäuser keine Anforderungen an die Brennbarkeit des Tragwerks bestehen (so lange eine ausreichende Feuerwiderstandsdauer gewährleistet ist), konnten die Gebäude aus gekapselten Brettsperrholztafeln konstruiert werden. 2015 entstand im norwegischen Bergen ein 14-geschossiges Gebäude mit einem Skelett aus Brettschichtholz, in das vorgefertigte Raumzellen eingestellt sind (Abb. A 1.12). In Kanada befindet sich mit dem 2017 fertiggestellten Studentenwohnheim in Vancouver der bislang höchste Holzbau der Welt (Abb. A 1.13, siehe auch S. 166ff.). Er besteht aus einer Skelettkonstruktion aus Brettschichtholz und

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erreicht mit seinen 18 Geschossen eine Höhe von 63 m. Doch auch dieser Rekord wird nur von kurzer Dauer sein, denn in Wien ist mit dem HoHo bereits ein Holz-Beton-Hybridhochhaus mit 24 Geschossen und einer Höhe von 84 m im Bau. Ein Ende dieser sich ständig beschleunigenden Entwicklung ist bisher nicht abzusehen und es stellt sich die Frage, ob der steigende Aufwand ein weiteres Ausreizen der Möglichkeiten sinnvoll macht. Es bestätigt sich jedoch, dass Holz den Anforderungen an moderne Baustoffe in allen Bereichen gerecht wird. Insbesondere zeigen die genannten Beispiele aus jüngerer Zeit, dass die Brennbarkeit von Holz lange überbewertet wurde und keinen Hinderungsgrund für den Bau mehrgeschossiger Gebäude mehr darstellt. Holz scheint im Materialkanon der Gegenwart angekommen zu sein – und könnte künftig wieder an seine lange Vergangenheit als Baustoff hoher und urbaner Gebäude anknüpfen.

A 1.12

A 1.7 A 1.8 A 1.9 A 1.10 A 1.11 A 1.12 A 1.13

Wohnhaus – Modellvorhaben Bayern, Regensburg (DE) 1996, Fink + Jocher Wohnhochhaus E 3, Berlin (DE) 2008, Kaden Klingbeil Architekten Wohnhochhaus H 8, Bad Aibling (DE) 2011, Schankula Architekten Höhenentwicklung mehrgeschossiger Holzbauten Murray Grove Tower, London (GB) 2008, Waugh Thistleton Architects Wohnhochhaus, Bergen (NO) 2015, Artec Arkitekter / Ingeniører Holzhochhaus HoHo, Wien (AT) 2017, RLP Rüdiger Lainer + Partner

Anmerkungen: [1] Bayerisches Staatsministerium des Innern – Oberste Baubehörde (Hrsg.): Wohnmodelle Bayern – Wohnungen in Holzbauweise. München 2002 [2] siehe beispielsweise: zuschnitt 1, Mai – Juni 2001, Wohnen im Holzstock

A 1.13

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Ressource Holz Gerd Wegener

A 2.1

A 2.1 A 2.2 A 2.3 A 2.4 A 2.5 A 2.6

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Mischwald mittelalterliche Fachwerkbauten in Einbeck (DE) Eisenbahnhalle, München (DE) um 1850 (in den 1870er-Jahren abgerissen) Sendeturm in Ismaning bei München (DE) aus dem Jahr 1932 (1983 abgerissen) Vergleich Jahresverbrauch von unterschiedlichen Materialien EU-weite Holzvorräte nach Ländern

In der Menschheitsgeschichte war Holz bis ins 19. Jahrhundert als Baustoff, Werkstoff und Kulturgut unersetzlich. Es wurde im Hausund Schiffsbau eingesetzt und diente als Ausgangsmaterial für Werkzeuge, Waffen sowie Kunstgegenstände. Gleichzeitig war Holz bis dahin wichtigster Brennstoff, wurde zur Gewinnung einer Vielzahl von chemischen Grundstoffen genutzt und kam als vorherrschender Rohstoff in der Produktion von Holzkohle sowie Pottasche für die Eisen- und Glasherstellung zum Einsatz. Durch die Vielfalt der Einsatzgebiete war Holz dem Menschen so vertraut wie kein anderes Material. Die übermäßige Nutzung der Ressourcen führte in Europa vor allem im 17. und 18. Jahrhundert zur Holzknappheit, aber auch zur Waldvernichtung [1]. Um diesen Missständen zu entgegnen, formulierte Hans Carl von Carlowitz im Jahr 1713 seinen Leitsatz zur nachhaltigen Nutzung der Wälder: »Nicht mehr Holz zu schlagen als nachwächst« [2]. Erst im ausgehenden 19. und vor allem im 20. Jahrhundert wird Holz durch andere Materialien (Stahl, Beton, Stahlbeton, Kunststoffe) und neue Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas, Kernenergie) in großem Maße ergänzt und in vielen Bereichen auch ganz ersetzt. Blickt man beim Thema Bauen mit Holz schlaglichtartig auf verschiedene Kulturepochen zurück, so wird die jahrtausendealte Bedeutung insbesondere dieses Baustoffs klar: Die Häuser der Steinzeit und die Häuser der Kelten vor der Zeitenwende, später die Wikingerhäuser, Stabkirchen und mittelalterliche Fachwerkbauten (Abb. A 2.2) belegen dies ebenso wie beispielsweise die Einfahrtshalle des Münchner Centralbahnhofs (Abb. A 2.3) aus der Mitte des 19. Jahrhunderts sowie der 163 m hohe Ismaninger Sendeturm aus dem frühen 20. Jahrhundert (Abb. A 2.4). Gerade in den ersten Jahrzehnten nach dem Zweiten Weltkrieg verliert Holz seine Bedeutung als konstruktiver Baustoff, wenn man von der klassischen Verwendung für Dachstühle, aber auch von Treppen und Fußböden absieht. In den letzten 20 – 30 Jahren hat der Holzbau eine neue Beliebtheit erfahren. Es kann regelrecht vom Neubeginn einer Epoche im Holzbau

gesprochen werden. Diese Entwicklung ist einerseits bedingt durch die ökologischen Vorteile des nachwachsenden Baustoffs, andererseits ermöglicht durch die enorme Vielfalt an neuen, leistungsfähigen Holzwerkstoffen und Verbundmaterialien, innovativen Verbindungsmitteln sowie leistungsfähigen Klebstoffen. Darüber hinaus tragen auch Ingenieurleistungen, EDV-basierte Planung und industrielle Vorfertigung entscheidend dazu bei, dass das architektonisch anspruchsvolle Bauen mit Holz heute im urbanen und im ländlichen Raum eine neue Dimension erreicht hat: schnell, trocken, wettbewerbsfähig und qualitativ hochwertig. Dies gilt für das Bauen und Renovieren im Bestand ebenso wie für den Neubau von Wohnhäusern, Kindergärten, Schulen sowie von Büro- und Gewerbebauten bis zur Hochhausgrenze und darüber hinaus.

Die Dimension von Wald und Holz In einer globalisierten Welt erfordert die Ressourcenfrage sowohl einen lokalen und regionalen als auch einen weltweiten Blick auf Wald und Holz. Mit 4 Mrd. ha sind heute rund 30 % der Landfläche unserer Erde mit Wald bedeckt. Die globale Waldfläche nimmt seit Jahrzehnten ab, vor allem durch Brandrodung, die Umwandlung in landwirtschaftliche Nutzflächen sowie dem illegalen Holzeinschlag. Der Flächenverlust hat sich zwar zwischen 2010 und 2015 verringert und beträgt heute – unter Einbeziehung von 4,3 Mio. ha Plantagenaufforstungen pro Jahr – immer noch jährlich 3,3 Mio. ha [3]. Tropische, subtropische und boreale Wälder sowie Wälder der gemäßigten Breiten sind für die Holznutzung die wichtigsten Waldformationen. Natur- und Urwälder spielen in der Betrachtung eine nur untergeordnete Rolle. Bei bewirtschafteten Kulturwäldern, wie wir sie in Europa praktisch ausschließlich vorfinden, steht die multifunktionale, nachhaltige Waldbewirtschaftung im Vordergrund, die neben der Nutzung von Holz vielfältige Schutz- und Erholungsfunktionen erfüllt und die biologische Vielfalt pflegt. Die weltweite Plantagenwirtschaft (auf ca. 7 % der gesamten Waldfläche) arbei-

Ressource Holz

A 2.3

A 2.2

[Mrd. m3]

tet dagegen vorrangig mit Eukalyptus- und schnellwachsenden Kiefernarten in Monokulturen. Diese dienen der Produktion von Holz bzw. Biomasse für einen bestimmten Zweck, z.B. zur Energiegewinnung oder zur Herstellung von Zellstoff, Papier und Holzwerkstoffen oder qualitativ minderen Bauholzsortimenten. Jährlich liefern die Wälder der Erde 3,7 Mrd. m3 (= 2,2 Mrd. t) Rundholz, davon sind 1,3 Mrd. m3 Nadelholz und 2,4 Mrd. m3 Laubholz. Gut die Hälfte wird energetisch genutzt (51 %), 49 % des Rundholzes werden stofflich in Produkte umgewandelt (Nutzholz). Damit ist Holz auch heute der wichtigste nachwachsende Rohstoff auf der Erde. Im allgemeinen Vergleich gehört es zu den drei am häufigsten verwendeten Materialien. Abb. A 2.5 zeigt eindrucksvoll, dass eine Welt ohne den Roh-, Bau- und Werkstoff sowie den Energieträger Holz nicht denkbar ist [4]. Im Bereich der nichtenergetischen Verwendung werden die 1,8 Mrd. m3 Nutzholz zu 440 Mio. m3 Schnittholz und 390 Mio. m3 Holz-

werkstoffen für das Bauen und Wohnen (Konstruktion, Ausstattung und Möbel) verarbeitet. 400 Mio. t finden in der Produktion von Papier und Pappenprodukten Verwendung [5]. Nebenprodukte und Reststoffe der Produktion werden wertschöpfend entweder stofflich (z. B. Werkstoffe) oder als Energieträger (z. B. Pellets) genutzt.

A 2.4

und Holzhandel. Vorgelagerte Partner des Holzbaus (Holzfertigbau, industrielles Holzbauwesen, Zimmereibetriebe, Bau- und Möbelschreinereien, z. T. Möbelindustrie) sind Forstwirtschaft, Sägeindustrie, Holzwerkstoffindustrie und der Handel mit Schnittholz, Holzwerkstoffen und Holzbauteilen [6].

Ressourcensituation und Perspektiven Forst und Holz: Die Partner des Holzbaus Der Holzbau ist in Europa Teil des vielfältigen und starken Clusters Forst und Holz. Dieser repräsentiert die vielschichtige Wertschöpfungskette von der Forstwirtschaft über die Holzwirtschaft bis zum Druckerei- und Verlagsgewerbe und stellt z. B. in Deutschland mit 180 Mrd. € Umsatz und 1,1 Mio. Beschäftigten ein gesellschafts-, ressourcen- und umweltpolitisches sowie volkswirtschaftliches Schwergewicht dar. Die Holzwirtschaft gliedert sich in die Sektoren Holzindustrie, Holzhandwerk

6

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Europas Wälder seit Jahrhunderten vom Menschen geschaffene Kultur- und Wirtschaftswälder sind, die den heimischen Rohstoff Holz für die Holzwirtschaft und den Holzbau liefern. Die 28 Mitgliedsstaaten der EU verfügen über 180 Mio. ha Wald, was einem Anteil von 41 % der Landfläche entspricht. Bemerkenswert ist, dass die Waldfläche von 1990 bis 2010 um 5 % zugenommen hat, speziell in Deutschland von 2002 bis 2012 um 48 000 ha. Die Holzvorräte in diesen Wäldern sind eindrucks-

Holzvorräte in Milliarden m3 Deutschland 3,7

5

5 Schweden 2,651 Frankreich 2,453

4

Polen 2,092 3,7

Finnland 2,024 Italien 1,285

3

Österreich 1,106 Tschechien 0,738

2 1,8

Slowakei 0,478 Slowenien 0,390

1 0,21

0,28

Kroatien 0,334 0,02

0 Beton

Rundholz, davon Nutzholz

Stahl

Kunststoff

Aluminium A 2.5

Ungarn 0,259 Anteil der Waldflächen an der Landfläche A 2.6

15

Ressource Holz

A 2.7

voll: In Deutschland betragen sie 3,7 Mrd. m3, in der gesamten EU 22,5 Mrd. m3 (Abb. A 2.6). Deutschland hat damit nach Österreich mit durchschnittlich 336 m3/ha die höchsten Holzvorräte in der EU. Jährlich wachsen in Deutschland 120 Mio. m3 oberirdische Holz-Biomasse nach, von denen ca. 80 Mio. m3 als Rohholz genutzt werden (Abb. A 2.9). Diese Zahlen belegen insgesamt, dass der Rohstoffspeicher nachhaltig gefüllt ist und sogar wächst [7]. Eine Modellrechnung kommt zu dem erstaunlichen Ergebnis, dass mit einem Drittel der durchschnittlichen nachhaltigen Holzernte in Deutschland das gesamte Neubauvolumen Deutschlands aus Holz errichtet werden könnte (Abb. A 2.9) [8].

A 2.8

Eine nachhaltige Holznutzung ist im Interesse der Waldpflege und der Waldverjüngung, was im Zusammenspiel mit klimagerechten und standortangepassten Mischwaldkonzepten zu naturnahen und stabilen Waldbeständen führt, die sich unter anderem durch biologische Vielfalt (über 50 Baumarten), mehr Laubholz und zunehmende Totholzanteile auszeichnen. Eine erste, aktuelle Waldentwicklungs- und Holzaufkommensmodellierung für Deutschland (WEHAM) [9] prognostiziert für die nächsten 40 Jahre das Potenzial für die Rohholzbereitstellung in der heutigen Größenordnung von ca. 80 Mio. m3 pro Jahr. Dadurch würde sich der Holzvorrat im deutschen Wald auf 3,9 Mrd. m3 vergrößern. Das Rohholzpotenzial der wich-

3,7 Mrd. m3 Holzvorrat in Deutschland Jährlicher Zuwachs in Deutschland: ca. 80 Mio. m3 -10 Mio. m3 bleiben im Wald, 70 Mio. m3 werden geerntet. Daraus können theoretisch jährlich 45 Mio. m3 Holzbauprodukte hergestellt werden.

Jährlich werden in Deutschland ca. 100 Mio. m3 Wohngebäude (31 Mio. m2 Wohnnutzfläche ) und ca. 190 Mio. m3 Nichtwohngebäude neu gebaut. Pro m3 umbauten Raum benötigt man im Schnitt für Wohngebäude ca. 0,08 m3 Holz und für Nichtwohngebäude ca. 0,05 m3 Holz in Form von Holzbauprodukten.

Etwas mehr als ein Drittel der deutschen Jahresholzernte würde ausreichen, um das gesamte jährliche Neubauvolumen Deutschlands aus Holz zu errichten

A 2.9

16

tigsten Bauholzart Fichte, das heute 44 % des Rohholzangebots ausmacht, wird voraussichtlich bis 2027 auf rund 35 % zurückgehen. Alternative Nadelholzarten sind die Kiefer und die Douglasie, deren Anteile sich deutlich vergrößern werden. Erhebliche Zunahmen werden auch die Holzarten Buche (+59 %) und Eiche (+97 %) verzeichnen. Für Europa gibt es keine entsprechenden Zahlen. Es lässt sich jedoch prognostizieren, dass aufgrund des Klimawandels Laub- und Mischwälder eine größere Rolle spielen werden.

Laubholz: Die Option im Holzbau Seit den schweren Windwürfen »Vivien« und »Wiebke« (1990) und der zu dieser Zeit entwickelten forstpolitischen Zielsetzung des Waldumbaus von Nadelbaum-Reinbeständen zu standortgerechten und naturnahen Mischwäldern haben sich in Deutschland die Flächenanteile an Mischwäldern auf 76 %, die der Laubholzbestände auf 43 % erhöht. Auch in Europa ist der Anteil an Laubholzwäldern in den letzten Jahren um 2,5 % angestiegen. Dadurch wird neben der ökologischen Vielfalt vor allem den Risiken durch Stürme und den Klimawandel Rechnung getragen. Im Fokus der Holznutzung steht vor allem die Buche mit einem Anteil am Gesamt-Laubholzvorrat in Deutschland von 45 %. Bisher ist Buche eine klassische Brennholzart, stofflich verwertet wird sie für Holzwerkstoffe, Furniere, Parkett und Treppen, aber auch für die Bereiche Möbel und Innenausstattung und vieles mehr. Als konstruktiv genutzte Bauholzart hatte sie trotz ihrer hohen Festigkeits- und Steifigkeitswerte erstaunlicherweise keine Bedeutung, wenn man vom Einsatz von Buchen-Brettschichtholz bei speziellen Projekten in der Schweiz seit den 1970er-Jahren absieht. Durch die geschilderte forstliche Ressourcensituation haben sich jedoch seit ein paar Jahren das Interesse und die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit neuen, konstruktiven Nutzungsmöglichkeiten von Laubholz – neben der Buche vor allem auch von Eiche und Esche, aber auch von Ahorn, Robinie und anderen Hölzern – erheblich gesteigert.

Ressource Holz

A 2.10

Eine aktuelle Studie über Forschungs und Entwicklungsaktivitäten (F + E) zum Thema »Laubholz für tragendende Konstruktionen« [10] belegt, dass sich im deutschsprachigen Raum seit dem Jahr 2000 über 50 F+E-Vorhaben mit Sortierung, Festigkeitseigenschaften, Verklebung und neuentwickelten Holz-Bauprodukten beschäftigt haben und beschäftigen. Zu den innovativen Laubholz-Bauprodukten zählen Brettschichtholz (BSH) (Abb. A 2.7), auch als BSH-Hybrid (Buche / Fichte), sowie Furnierschichtholz (Abb. A 2.8), die als bauaufsichtlich zugelassene Bauprodukte erfolgreich Eingang in den Holzbau gefunden haben. Aufgrund der 1,5- bis 3-fach höheren Festigkeitswerte von Laubholz- gegenüber Fichtenholzprodukten können Ingenieure und Architekten mit wesentlich schlankeren Dimensionen planen. Auch wenn die neuen Produkte gegenwärtig noch Nischen besetzen und besonders in innovativen Bauprojekten eingesetzt werden (Abb. A 2.10), darf ihnen angesichts der durch Waldumbau und Klimawandel zu erwartenden Ressourcensituation für Laubholz in den nächsten Jahren ein großes Potenzial zugesprochen werden. Gezielte Marketingaktivitäten und eine zunehmende Zahl an realisierten Bauvorhaben werden den Einsatz von Laubholzprodukten weiter fördern.

Fazit Unsere Kultur- und Wirtschaftswälder sind seit Jahrhunderten von Menschen gepflegte und gestaltete, also kultivierte Ökosysteme. Unter den Herausforderungen von Nachhaltigkeit, Klimaschutz sowie Energie- und Materialwende kommt den Wäldern als Lebens- und Wirtschaftsraum, aber vor allem als Speicher und Lieferant von Rohstoffen, Energie und Kohlenstoff eine herausragende Bedeutung zu. Gemeinsam mit einer ressourcen- und energieeffizienten Holznutzung, wie sie in besonderer Weise beim Bauen mit Holz geschieht, stellt die Wertschöpfungskette vom Wald bis zu den Holzprodukten und Holzbauwerken eine einzigartige Symbiose von Natur, Technik und Kultur dar. Wenn Gesellschaft und Politik den Übergang in eine Wirtschaft mit nachwachsenden und erneuer-

baren Ressourcen ernst nimmt, so kommt dem Roh-, Werk- und Baustoff Holz eine gewichtige Rolle zu. Die nachhaltige Forstwirtschaft sorgt für eine nachhaltige und ökologisch verträgliche Verfügbarkeit dieses einzigartigen Naturstoffs. Nur die Waldpflege und Holznutzung erhält langfristig unsere Wälder als kultivierte Ökosysteme, als Kohlenstoff- und Energiespeicher und nicht zuletzt als Rohstoffquelle. Anmerkungen: [1] Radkau, Joachim: Holz. Wie ein Naturstoff Geschichte schreibt. München 2012 [2] Carlowitz, Hans Carl von: Sylvicultura oeconomica. München 2013 [3] FAO (Hrsg.): State of the World’s Forests. Rom 2014 [4] FAO (Hrsg.): Yearbook Forest Products 2013. Rom 2015 The European Cement Association: CEMBUREAU, Cement & Concrete: Key facts & figures 2014 World Steel Association: Steel Statistical Yearbook 2015 PlasticsEurope: Plastics – the Facts 2015 The International Aluminum Institute: Historical Aluminium Inventories(1973 –2014). 2014 [5] FAO (Hrsg.): Yearbook Forest Products 2013. Rom 2015 [6] Becher, Gerhard: Clusterstatistik Forst und Holz. Tabellen für das Bundesgebiet und die Länder 2000 bis 2012. Thünen Working Paper 32, November 2014 [7] EUROSTAT: Forstwirtschaftliche Statistik 2015 [8] EUROSTAT: Forstwirtschaftliche Statistik 2015 Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (Hrsg.): Der Wald in Deutschland. Ausgewählte Ergebnisse der dritten Bundeswaldinventur, Berlin 2014 [9] Thünen-Wissenschaftler berechnen das Holzangebot der Wälder in den kommenden vierzig Jahren, Thünen-Institut. https://www.thuenen.de/de/infothek/presse/pressearchiv/pressemitteilungen-2015/ thuenen-wissenschaftler-berechnen-das-holzangebot-der-waelder-in-den-kommenden-vierzig-jahren/ Pressemitteilung 29.06.2015 [10] Wehrmann, Wiebke; Torno, Stefan: Laubholz für tragende Konstruktionen. Cluster-Initiative Forst und Holz in Bayern GmbH (Hrsg.) http://www.cluster-forstholzbayern.de/images/ Laubholzinnovationsverbund/Ergebnisse/Broschre_ Laubholz_tragende-Konstruktionen_2015_07.pdf A 2.7

Brettschichtholz aus Buche links: ohne Farbkern, rechts: mit Farbkern A 2.8 Furnierschichtholz (FSH, LVL) Baubuche Pollmeier links: Platte S, rechts: Platte S/Q A 2.9 Holzbestand, jährlicher Zuwachs und Holzbedarf, um das gesamte jährliche Neubauvolumen in Holz zu errichten A 2.10 Produktionshalle, Probstzella (DE) 2016, F 64 Architekten

17

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

Mit der Industrialisierung der Holzverarbeitung wurden viele neue Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe entwickelt. Das Kapitel gibt einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften der derzeit gebräuchlichsten Holzprodukte.

Anne Niemann Vollholzprodukte Die Verwendung von Holz als Baustoff hat eine jahrhundertelange Tradition. Durch Keilzinken und Verleimen der Querschnitte können Spannweiten verlängert und größere Lasten aufgenommen werden, Trocknung reduziert Schwinden und Pilzbefall. Holzwerkstoffe Holzwerkstoffe werden aus Holzteilen (Bretter, Platten, Späne oder Fasern) im Nass- oder Trockenverfahren häufig mithilfe von Klebstoffen zusammengefügt. Auf diese Weise lassen sich die vorteilhaften Eigenschaften von Holz gezielt verstärken. Die Entwicklung hochbeanspruchbarer Produkte hat wesentlich zum modernen mehrgeschossigen Bauen mit Holz beigetragen. Technische Regelungen Die in der EU geltenden Bauproduktenrichtlinien lassen ausschließlich Bauprodukte zu, deren Brauchbarkeit nachgewiesen wurde. Dies ist von besonderer Bedeutung für den Bereich der Holzwerkstoffe, da die Verwendbarkeit aufgrund der Vielzahl an verfügbaren Produkten nicht einfach zu erfassen ist. Produkteigenschaften werden in EN-Produktnormen beschrieben, Zulassungen (sogenannte ETAs: European Technical Assessment – Europäische Technische Bewertung) regeln weiterführende Anforderungen. Produkte ohne Zulassung benötigen einen Verwendbarkeitsnachweis. Holzart Die Strukturen von Nadel- und Laubholz unterscheiden sich deutlich voneinander, entsprechend unterschiedlich sind sie einsetzbar. Durch die Klimaveränderung geraten verstärkt auch andere Baumarten und vermehrt vor allem Laubbäume in den Fokus des konstruktiven Holzbaus (siehe »Ressource Holz«, S. 14ff.). Klebstoff, Bindemittel, Zuschlag Durch die Verwendung von Bindemitteln werden Platten, Späne oder Fasern zu Holzwerkstoffen gepresst. Weitere Zusatzstoffe beeinflussen das Brand-, Feuchte- und Tragverhalten. Bindemittel aus nachwachsenden Rohstoffen sind zwar in der Entwicklung, spielen in der Holzwerkstoffindustrie praktisch jedoch noch keine Rolle (siehe »Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus«, S. 30ff.). Rohdichte /spezifisches Gewicht [kg/m3] Von der Rohdichte des Holzes lassen sich wesentliche technologische Eigenschaften wie z. B. Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit oder Härte ableiten. Die Bestimmung der Rohdichte erfolgt unter Berücksichtigung des Feuchtegehalts

18

(Masse- und Volumenänderung durch Quellen und Schwinden) sowie der Lage des Holzes im Stamm. Brandverhalten Die Euroklassen für das Brandverhalten wurden den Entscheidungen der Europäischen Kommission zur Festlegung der Brandverhaltensklassen für bestimmte Bauprodukte entnommen und die Abbrandraten gemäß DIN EN 1995-1-2 angegeben. Biegefestigkeit fm,k [N/mm²] Die Biegefestigkeit des Holzes bezeichnet die Widerstandsfähigkeit gegen eine Kraft, die das Holz auf Biegung beansprucht. Eine höhere Rohdichte bedingt höhere Biegefestigkeit, ein höherer Feuchtigkeitsgehalt setzt die Biegefestigkeit herab. Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ Poröse Stoffe haben in der Regel einen geringeren μ-Wert als dichte. Je niedriger also der μ-Wert, desto geringer, je höher der μ-Wert, desto größer – also dampfdichter – ist der Wasserdampfdiffusionswiderstand eines Baustoffs. Die beim Bau notwendige dampfdiffusionsregulierende Schicht kann durch einen Holzwerkstoff mit hohem Leimanteil hergestellt werden (Abb. C 3.3, S. 93). Wärmeleitfähigkeit [W/mK] Die Wärmeleitfähigkeit von Holz ist im Wesentlichen von der Rohdichte, der Holzfeuchte und der Faserrichtung abhängig. Beim praktischen Nachweis des Wärmeschutzes sind vereinfachte Rechenwerte nach DIN 4108 anzusetzen. C-Gehalt [kg/m3] Die im Holzprodukt gespeicherte Menge an Kohlenstoff wird nach DIN EN 16 449 in CO2 umgerechnet. Je höher der Wert, desto mehr Kohlenstoff bleibt im Bauteil gespeichert, was zur Entlastung des Weltklimas beiträgt. Bei energetischer Verwertung des Bauteils wird der Kohlenstoff allerdings wieder freigesetzt. Die Kaskaden- bzw. Mehrfachnutzung von Holz über mehrere Stufen zögert diesen Prozess heraus (siehe »Nachwachsende Rohstoffe und Kohlenstoffspeicher«, S. 25). Treibhauspotenzial GWP [kg CO2 Äq.] Treibhausgasemissionen sind zurzeit der wichtigste Indikator in der Klimadebatte. Die Wirkungskategorie Treibhauspotenzial beschreibt den potenziellen Beitrag eines Stoffs zur Erwärmung der bodennahen Luftschichten, d. h. zum sogenannten Treibhauseffekt. Der Wert wird relativ zum Treibhauspotenzial des Stoffs Kohlendioxid (CO2) angegeben. Je niedriger der Wert des CO2-Äquivalents ist, umso niedriger ist die potenzielle Auswirkung auf die globale Erwärmung und die damit verbundenen Umweltwirkungen. Angegeben ist der Wert der Herstellung des Holzprodukts (siehe »Lebenszyklusanalyse«, S. 24).

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

a

b

A 3.1 gängige Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe a Vollholz (VH), Nadelschnittholz/ Laubschnittholz b keilgezinktes Vollholz / Konstruktionsvollholz (KVH) c Duo- / Triobalken d Brettschichtholz (BSH) e leichte Holzbauträger /-stütze f Brettsperrholz (BSP, CLT) g Dreischichtplatte (SWP-L3) h Einschichtplatte (SWP-L1) i Bau-Furniersperrholz (BFU)

j Bau-Furniersperrholz Buche (BFU-BU) k Furnierschichtholz (FSH, LVL) l mitteldichte Faserplatte (MDF) m poröse Platte (SB) n zementgebundene Spanplatte o Spanplatte (FPP, FPY) p OSB-Platte q Langspanholz (LSL) r Holzwolle-Leichtbauplatte (HWL, WW) A 3.2 Vergleich gängiger Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe anhand nutzungsrelevanter Aspekte

c

e

d

g

h

i

j

k

l

m

n

o

p

q

r

f

A 3.1

19

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

Bestandteile

Name 1)

technische Regelungen

Holzart

Hauptanwendung

weitere Anwendungen

Vollholz – stabförmige Werkstoffe

Vollholz

Vollholz (VH) aus Nadelschnittholz (NH)

DIN EN 14 081-1, Sortierung nach Festigkeit nach DIN 4074-1 in Verbindung mit DIN EN 1912, Festigkeitsklassen nach DIN EN 338, Sortierung nach Aussehen ggf. nach DIN EN 1611-1

Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche, Douglasie

tragende Konstruktionen, Schalung, Bekleidung, Decken, Wände, Dächer, Holztafelbau

Tiefbau, Ingenieurholzbau

Vollholz (VH) aus Laubschnittholz (LH)

DIN EN 14 081-1, Sortierung nach Festigkeit nach DIN 4074-5 in Verbindung mit DIN EN 1912, Festigkeitsklassen nach DIN EN 338 Sortierung nach Aussehen ggf. DIN EN 975-1

Buche, Eiche seltener: Pappel, Ahorn, Erle, Birke, Zeder, Esche, Eukalyptus

konstruktive Verstärkungen im Innenausbau, vermehrt Sichtqualität

Ingenieurholzbau

keilgezinktes Vollholz

Konstruktionsvollholz (KVH)

DIN EN 15 497 mit der Anwendungsnorm DIN 20 000-7; maximale Holzfeuchte von 18 %, Maßhaltigkeit und Dimensionsstabilität, optisches Erscheinungsbild, Oberflächenbeschaffenheit, Berücksichtigung von Vorzugsquerschnitten und Vorzugslängen

Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche, Douglasie

tragende Querschnitte für Decken, Wände, Dächer, Holztafelbau

Brettstapelelement

Balkenschichtholz

Duo- / Triobalken

Festigkeitsklassen wie Schnittholz, DIN EN 14 080 oder Verwendbarkeitsnachweis gemäß Zulassung Z-9.1-440

Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche, Douglasie, Pappel

sichtbar belassene Wand-, Decken- und Dachkonstruktion mit großen Querschnitten

–

Brettschichtholz (BSH)

Festigkeitsklassen wie Schnittholz, DIN EN 14 080 und Anwendungsregel DIN 20 000-3

Fichte, Tanne, Kiefer, Lärche, Douglasie, Western Hemlock, Zeder

universelle Anwendung für alle stabförmigen Konstruktionsteile, Deckenelemente, hochbelastete und weitgespannte Bauteile

gerade und gekrümmte Träger mit hoher Formstabilität und Sichtqualität

Holzwerkstoffe

Vollholz-Produkte

Werkstoff

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Mischprodukt

zusammengesetzte Träger

leichte Holzbauträger / -stützen

gemäß ETAG 011

Gurte: vorwiegend festigkeitssortiertes Bauholz, Brettschichtholz oder Furnierschichtholz; Stege: vorwiegend OSB oder harte Holzfaserplatten

Wandstützen, Deckenbzw. Dachträger, Holztafelbau mit erhöhten Wärmeschutzanforderungen

Träger für Betonschalungen

Lagenwerkstoffe

Bretter

Brettsperrholz (BSP)

gemäß Zulassung

v. a. Fichte, Tanne; selten Kiefer, Lärche, Douglasie

nichttragende und tragende Bauteile, Platten- oder Scheibenelelemente, Wände, Decken und Dächer

nichttragende Wände

Dreischichtplatte (SWP-L3)

DIN EN 13 353 DIN EN 13 986 gemäß Zulassung

Nadelhölzer v. a. Fichte, Douglasie

nichttragende, mittragende und aussteifende Beplankung bei Wänden, Decken, Dächern, Kastenelementen, Fassadenbekleidung

Schalung, Innenausbau, Möbelbau

Einschichtplatte (SWP-L1)

DIN EN 13 353 DIN EN 13 986 gemäß Zulassung

Nadelhölzer v. a. Fichte, Douglasie; seltener Laubhölzer: Ahorn, Buche, Eiche, Erle

Möbelbau und Innenausbau, Sichtoberflächen

–

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

Anteil Zu- Klebstoff, satzstoffe Bindemittel, Zuschlag [kg/m3]

Rohdichte / spez. Gewicht [kg/m3]

Brandverhalten

Biegefestigkeit fm,k [N/mm2]

Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ (trocken / feucht) 2)

Wärmeleitfähigkeit λ [W/mK] 3)

Kohlenstoffgehalt [kg/m3]

GWP [kg CO2-Äqv/m3] A1 bis A3 4)

–

ohne

nach DIN EN 350 Fichte 440 – 470 Tanne 440 – 480 Kiefer 500 – 540 Lärche 470 – 650 Douglasie 470 – 550 Zeder 450 – 600 rechnerische Rohdichte nach DIN EN 338 für die Bemessung, nach DIN EN 1991 für Lastannahmen

D-s2, d0

Festigkeits- und Steifigkeitswerte nach DIN EN 14 081-1 und Festigkeitsklasse C14 – C 50 nach DIN EN 338

50/20

Fichte 0,09 – 0,12 Tanne 0,10 – 0,13 Kiefer 0,12 – 0,14 Lärche 0,11– 0,13 Douglasie 0,12 Zeder 0,09

216,3

-735

–

ohne

nach DIN EN 350 Buche 690 –750 Eiche 650 –760 Pappel 420 – 480 Ahorn 610 – 680 Erle 500 – 550 Birke 550 –740 Esche 680 –750 Eucalyptus 540 – 900 rechnerische Rohdichte nach DIN EN 338 für die Bemessung nach DIN EN 1991 für Lastannahmen

D-s2, d0

Festigkeits- und Steifigkeitswerte nach DIN EN 14 081-1 und Festigkeitsklasse D 18 – D 80 nach DIN EN 338

50/20

Buche 0,15 – 0,17 Eiche 0,13 – 0,17 Pappel 0,12 – 0,13 Ahorn 0,15 Erle 0,15 – 0,17 Birke 0,14 Esche 0,15 – 0,17 Eucalyptus 0,13 – 0,24

340

-1120 5)

0,5

Polyurethan-Klebstoffe (PUR) oder MelaminHarnstoff-Formaldehyd (MUF) + Härter; selten: Phenol-Resorzin-Formaldehyd-Klebstoffe (PRF)

gemäß Holzart

D-s2, d0

Festigkeits- und Steifigkeitswerte nach DIN EN 14 081-1 und Festigkeitsklasse C 14 – C 50 nach DIN EN 338

50/20

0,13 (Mittelwert) abhängig von Holzart und Rohdichte

219,83

-712

5

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) + Härter oder Polyurethan (PUR); selten: Phenol-Resorzin-Formaldehydharze (PRF) oder Emulsion-Polymer-Isocyanat (EPI)

gemäß Holzart

D-s2, d0

charakteristische faserparallele Biegefestigkeiten nach DIN EN 14 080 zwischen 20 und 32 N/mm2

50/20

0,13 (Mittelwert) abhängig von Holzart und Rohdichte

221,14

-674

8,8

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) + Härter oder Polyurethan (PUR); selten: Phenol-Resorzin-Formaldehyd (PRF) oder EmulsionPolymer-Isocyanat (EPI)

gemäß Holzart

D-s2, d0

charakteristische faserparallele Biegefestigkeiten nach DIN EN 14 080 zwischen 20 und 32 N/mm2

50/20

0,13 (Mittelwert) abhängig von Holzart und Rohdichte

222,46

-650

–

Klebstoffe gemäß DIN EN 301 oder DIN EN 15 425

gemäß Holzart der Bestandteile

von den bestehenden Materialien bestimmt, meist D-s2, d0

gemäß Zulassung

50/20

nach EN 13 986 0,13

k. A.

k. A.

7,5

Polyurethan (PUR) oder Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) + Härter; selten: EmulsionPolymer-Isocyanat (EPI)

gemäß Holzart

D-s2, d0

gemäß Zulassung

50/20

0,13 (Mittelwert) abhängig von Holzart und Rohdichte

215,12

-632

17,8

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF)

400 – 500

D-s2, d0

parallel zur Faserrichtung der Decklage 12 – 35, senkrecht zur Faserrichtung der Decklage 5 – 9

50/20

0,09 – 0,13 abhängig von der Rohdichte

221,9

-642

1,5

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF)

400 – 500 (Werte für Laubhölzer abweichend)

D-s2, d0

nach DIN EN 13 353: parallel zur Faserrichtung 40 (Werte für Laubhölzer abweichend)

50/20 (Werte für Laubhölzer abweichend)

0,09 – 0,13 abhängig von der Rohdichte (Werte für Laubhölzer abweichend)

220 (Werte für Laubhölzer abweichend)

-712 (Werte für Laubhölzer abweichend)

A 3.2

21

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

Werkstoff

Name 1)

technische Regelungen

Holzart

Hauptanwendung

weitere Anwendungen

Furniere

Baufurniersperrholz (BFU)

DIN EN 636 DIN EN 13 986 gemäß Zulassung DIN EN 635-3

Fichte, Kiefer, Seekiefer, Douglasie, Hemlocktanne, Mahagoni, Makore

tragende Decken und Wände, mittragende und aussteifende Beplankung von Wänden, Decken, Dächern

witterungsfeste Bekleidung, Schalungsbau, Gerüstbau,  Innenausbau, Möbelbau

Baufurniersperrholz Buche (BFU-BU)

DIN EN 636 DIN EN 13 986 gemäß Zulassung DIN EN 635-2

Buche

tragende Decken und Wände, mittragende und aussteifende Beplankung von Wände, Decken, Dächern, sehr hohe Festigkeit

witterungsfeste Bekleidung, Schalungsbau, Gerüstbau,  Innenausbau, Möbelbau

Furnierschichtholz (LVL)

DIN EN 14 279 DIN EN 14 374 gemäß Zulassung

Fichte, Buche, Kiefer, Douglasie

tragende Konstruktionen, Träger, Stützen, Gurte und Stäbe von Fachwerkträgern und räumlichen Fachwerken, Hallentragwerke

Innenausbau, Möbelbau

Langspanholz (LSL)

gemäß Zulassung

Pappel, Douglasie, Kiefer

Anwendungen mit extremen konstruktiven Beanspruchungen z. B. Schwelle, Randbohle oder im Sturzbereich, Wand-, Dach- und Deckenscheiben, Stützen und Träger

Boden- und Deckenplatten

Oriented Strand Board (OSB)

DIN EN 13 986 DIN EN 300 DIN EN 12 369-1 gemäß Zulassung

Kiefer, Seekiefer, Douglasie, Erle, Pappel

tragende Wände, mittragende und aussteifende Beplankung bei Böden, Wänden, Decken, Kastenelementen und Dächern (im Außenbereich mit Witterungsschutz), Stege bei I-Trägern

Verlegeplatten im Fußbodenbereich, Betonschalung, Innenausbau, Möbelbau

Spanplatte

DIN EN 13 986 DIN EN 312 DIN EN 12 369-1 gemäß Zulassung

Kiefer, Fichte, Buche, Birke, Erle, Esche, Eiche, Pappel, Kastanie

universell anwendbar für nichttragende, mittragende oder aussteifende Beplankung und Belegung im Holztafelbau

Innenausbau, Möbelbau

zementgebundene Spanplatte

DIN EN 13 986 DIN EN 634 gemäß Zulassung

Fichte, Tanne Nadelholzspäne in Zement gebunden

Brandschutzplatten, mittragende und aussteifende Beplankung für innen und außen, Fassadenbekleidung

nichttragende Innenwände, Schall- und Wärmeschutz

mitteldichte Faserplatte (MDF)

DIN EN 622-5 DIN EN 13 986 DIN EN 316 gemäß Zulassung

Fichte, Kiefer, Tanne, Buche, Birke, Pappel, Eukalyptus

Innenausbau, Akustikelemente, Möbelbau

eingeschränkt als mittragende und aussteifende Beplankung und für die Herstellung von Wand-, Decken- und Dachtafeln

poröse Platte (SB)

DIN EN 13 171 DIN EN 622-4 DIN EN 13 986 DIN EN 316 gemäß Zulassung

Fichte, Tanne, Kiefer, Buche, Birke, Pappel, Eukalyptus

Innen-, Außen- und Zwischensparrendämmung von Wand und Dach, Dämmung von Raumtrennwänden, Trittschalldämmmung

als Unterdeckplatte bei Dächern zur Verbesserung der Winddichtigkeit der Gebäudehülle

Holzwolle-Leichtbauplatte (WW)

DIN EN 13 168

Fichte, Kiefer, vorwiegend Nadelholz

Putzträger bei Decken und Dachuntersichten, Akustikplatten zur Schalldämmung

Beplankung im Innen- und Außenbereich, sommerlicher Wärmeschutz

Späne

Holzwerkstoffe

Spanwerkstoffe

Bestandteile

Faserwerkstoffe – Fasern

Holzwolle

1)

Fasern

Holzwolle

Im Deutschen sind auch weitere Abkürzungen gebräuchlich, siehe Abb. A 3.1 (S. 19) 2) Werte nach DIN EN ISO 10 456 3) bei 15 % Holzfeuchte, quer zur Faser / Plattenrichtung Der im Produkt gespeicherte biogene Kohlenstoff ist im Modul A1– A3 enthalten. Die Menge an gespeichertem Kohlenstoff scheidet bei der Entsorgung des Produkts in Modul C 3 entweder als CO2 (energetische Nutzung) oder noch gebunden im Altholz wieder aus dem System aus. Für eine ökobilanzielle Betrachtung sind immer alle Module zu betrachten. 5) 1 m³ Laubholz enthält in etwa 1,5-mal so viel im Material gespeicherten biogenen Kohlenstoff wie Nadelholz. Hauptsächlich deshalb ist auch der Wert für GWP (A1– A3) für Laubholz sehr viel höher als bei Nadelholz. Eine Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus relativiert die Ergebnisse. Die Verarbeitung von Laubholz ist mit einem deutlich höheren Primärenergieeinsatz und damit höheren Treibhausgasemissionen verbunden. 4)

22

Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe

Anteil Zu- Klebstoff, satzstoffe Bindemittel, Zuschlag [kg/m3]

Rohdichte / spez. Gewicht [kg/m3]

Brandverhalten

Biegefestigkeit fm,k [N/mm2]

Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl μ (trocken / feucht) 2)

Wärmeleitfähigkeit λ [W/mK] 3)

Kohlenstoffgehalt [kg/m3]

GWP [kg CO2-Äqv/m3] A1 bis A3 4)

89,5

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) oder Phenol-Formaldehydharze (PF)

450 – 580

D-s2, d0

je nach Klasse 5 –120

200/70

0,11– 0,15 nach Rohdichte

340

-350,9

89,5

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) oder Phenol-Formaldehydharze (PF)

720 –780

D-s2, d0

je nach Klasse 5 –120

220/90

0,14 – 0,18 nach Rohdichte

340

-350,9

56,8

Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) oder Phenol-Formaldehydharze (PF)

480 – 580

D-s2, d0

nach DIN EN 14 374 oder gemäß Zulassung

200/70

nach DIN EN 13 986 0,09 – 0,17 abhängig von der Rohdichte

180

-350,9

58

polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)

600 –700

D-s2, d0

gemäß Zulassung

50/15

0,13

268,83

-768

42,1

Phenol-Formaldehyd (PF) oder Melamin-HarnstoffFormaldehydharze (MUF) oder polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)

550 – 650

D-s2, d0

je nach Anwendungssowie Dickenbereich gemäß DIN EN 300 nach Plattentyp 1– 4, Hauptachse 14 – 30, Nebenachse 7–16

50 / 30

nach DIN EN 13 986 0,13

265,43

-565

58

Harnstoff-Formaldehydharze (UF) oder PhenolFormaldehyd (PF) oder Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze (MUF) oder polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), ggf. Paraffine

nach DIN EN 13 986 300 – 900

D-s2, d0 D-s2, d2

5,8 –18,3 nach DIN EN 12 369-1 abhängig vom Anwendungsbereich und der Dicke gemäß DIN EN 312

50/10-20

nach DIN EN 13 986 0,07– 0,18 abhängig von der Rohdichte

268,83

-768

862

Portlandzement, ggf. Blähtongranulat, Glasschaumgranulat, alkaliresistentem Glasgittergewebe

1000 –1500

B-s1, d0

9 (für alle Dicken) nach DIN EN 634-2

50 / 30

nach DIN EN 13 986 0,23

298,75

357

100,3

Harnstoff-Formaldehydharze (UF) oder MelaminHarnstoff-Formaldehydharze (MUF), PhenolFormaldehyd (PF) oder polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)

760 –790

E bis D-s2, d0

5,1– 20 gemäß DIN EN 622-5 je nach Anwendungssowie Dickenbereich

30/20

nach DIN EN 13 986 0,08 – 0,14 abhängig von der Rohdichte 8)

295,3

-668,6

1,5

Naturbaumharz oder Alaun oder hydrophobierende Stoffe wie Bitumen, Paraffin, Latex, Polyurethan (PUR), ggf. mit Flammschutzmittel

40 – 230 6)

E

0,8 –1,3 gemäß DIN EN 622-4 je nach Anwendungssowie Dickenbereich

5/3

0,039 – 0,045 8)

88,5 6)

-164

54

portlandzement- oder magnesitgebunden

350 – 570

A2 – s1, d0 bis B-s1, d0

je nach Anwendungssowie Dickenbereich gemäß DIN EN 13 168

5/3

0,08 – 0,11 7)

133,74 7)

136,3

6)

dataholz.com – Katalog bauphysikalisch ökologisch geprüfter Holzbauteile, z. T. umgerechnet Hersteller EPD; z. T. umgerechnet 8) Informationsdienst Holz, Faserdämmstoffe Quelle: Rüter, Sebastian; Diederichs, Stefan: Ökobilanz-Basisdaten für Bauprodukte aus Holz. Arbeitsbericht aus dem Institut für Holztechnologie, Nr. 2012/1; Hrsg. vom Johann Heinrich von Thünen-Institut. Hamburg 2012 7)

A 3.2

23

Lebenszyklusanalyse Annette Hafner, Holger König

A 4.1 A 4.2

24

Passivhaus Wohnanlage Samer Mösl, Salzburg (AT) 2006, sps-architekten Menge an Kohlenstoff (C) und Umrechnung in CO2-Äquivalent von exemplarischen Gebäuden

Der Bausektor ist für einen Großteil unseres Ressourcenverbrauchs, aber auch unserer Treibhausgasemissionen verantwortlich. Dabei entfallen rund 40 % unseres Gesamtenergiesowie Materialverbrauchs auf den Gebäudesektor. Zusätzlich verursacht dieser 36 % der Treibhausgase und rund 33 % aller Abfälle [1]. Die Berücksichtigung von Umweltaspekten bei der Planung von Gebäuden rückt daher immer mehr in den Vordergrund. Effizienzsteigerungen in der Gebäudenutzung werden nicht ausreichen, um die in den Klimaschutzvereinbarungen festgeschriebenen Reduktionsziele zu erreichen. Deshalb kommt der Wahl der Baumaterialien eine immer wichtigere Rolle zu. Der vermehrte Einsatz von Holz und Holzwerkstoffen kann wesentlich dazu beitragen, die Emissionen des Bausektors an Kohlendioxid (CO2) langfristig zu senken. Um den Anteil an CO2 in der Atmosphäre zu verringern, stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung: zum einem die Reduzierung der CO2-Emissionen, zum anderen der Entzug von CO2 aus der Atmosphäre, durch den eine sogenannte Kohlenstoffsenke gebildet werden kann. Holz hat die einzigartige Fähigkeit, beide zuvor benannten Möglichkeiten abdecken zu können. Lebenszyklusanalysen (LCA) oder »Ökobilanzen« sind eine etablierte Methode zur Quantifizierung der Umweltwirkung eines Produkts. Sie ermöglichen es, Umwelteffekte verschiedener Produkte miteinander zu vergleichen. Im Gebäudebereich können insbesondere die Umweltparameter von Bauwerken unterschiedlicher Konstruktionsart einander gegenübergestellt werden. Auf diese Weise gewonnene Informationen sind der Schlüssel dazu, die positiven Klimaeffekte von Holz aufzuzeigen und in die Entscheidungsfindung für – oder gegen – den Baustoff einfließen zu lassen. Die Ökobilanz von Gebäuden besteht aus zwei Teilen: erstens einer Stoffstrom- und Energiebilanz mit dem Nachweis des Bedarfs an Ressourcen (inklusive Materiallisten) sowie des Bedarfs an erneuerbarer und nicht erneuerbarer Primärenergie und zweitens einer Wirkungsabschätzung auf der Basis verschiedener Indikatoren wie z. B. dem Treibhaus-, Ozonschichtabbau- und Sommersmogpotenzial sowie den Potenzialen an Versauerung und Überdüngung. Basierend auf der Erfassung der Bauproduktmassen werden dann die Anteile an nachwachsenden Rohstoffen ermittelt und daraus die eingelagerte Menge an Kohlenstoff (C) und somit der Umfang des temporären CO2-Speichers berechnet. Durch die Verknüpfung der eingesetzten Massen mit Ökobilanzdatensätzen können Wirkungsabschätzungen vorgenommen werden. Für die Berechnung und die Vergleichbarkeit von Ökobilanzen für Gebäude im gesamten Lebenszyklus sind die Systemgrenzen, das funktionelle Äquivalent sowie die Datenquellen der in die Berechung eingehenden Bauprodukte von großer Bedeutung. Grundlage für eine Bewertung von Ökobilanzen für Gebäude ist inzwischen einheitlich DIN EN 15 978 (Bewertung der umweltbezogenen Qua-

lität von Gebäuden) und auf Produktebene DIN EN 15 804 (Umweltproduktdeklarationen). Hiermit liegen klare Regeln vor, mit denen die Besonderheiten des Holzbaus hinreichend dargestellt werden können. Für das Bauen mit Holz liegen bereits aktuellste Datensätze für Holzbauprodukte (insbesondere vom ThünenInstitut für Holzforschung) vor [2]. Die Wirkungskategorie Treibhauspotenzial (Global warming potential – GWP) wird häufig auch als ökologischer Fußabdruck oder Kohlenstoff-Fußabdruck (Carbon Footprint) bezeichnet und beschreibt den anthropogenen Anteil an der Erderwärmung. Sie wird als CO2-Äquivalent angegeben. Um die Verweildauer der Klimagase in der Atmosphäre mitzuberücksichtigen, wird sie immer um eine Integrationszeit ergänzt, meist ein GWP 100 für einen Zeitraum von 100 Jahren. Der Indikator Treibhausgas selbst eignet sich nicht dazu, eine Aussage über die Menge des gespeicherten CO2 durch die Verwendung nachwachsender Baustoffe im Gebäude während der Nutzungsphase zu treffen, da dieser Kohlenstoffspeicher am Ende des Lebenszyklus thermisch verwendet wird und damit verloren geht.

Der Umweltbeitrag von Holzgebäuden Im Gebäude verbaute Holzprodukte stellen einen Kohlenstoffspeicher dar, der die Freisetzung des Kohlenstoffs solange verzögert, bis das entsprechende Bauteil entsorgt wird. Bei der Entsorgung kommt es durch energetische Nutzung des Holzes zur Freisetzung des Kohlenstoffs. Je länger ein Holzprodukt stofflich genutzt wird, desto länger bleibt die Speicherwirkung aufrechterhalten. Ein Gebäude aus Holz stellt somit einen temporären Kohlenstoffspeicher dar. Dieser Kohlenstoffspeicher kann eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Wirksamkeit der CO2-Senkenleistung der Wälder spielen. Im Kyoto-Protokoll von 1997 sind bei den Inventarisierungsregeln die verzögerten Emissionen aus der Kohlenstoffspeicherung in Holzprodukten in der ersten Berechnungsperiode noch nicht berücksichtigt. Mit den Verhandlungsergebnissen der Klimakonferenz in Durban im Jahr 2011 wurden die Vereinbarungen des Kyoto-Protokolls verlängert und zusätzlich wurden einige Regeln bezüglich der Inventarisierung und Quantifizierung der Forst- und Holzbranche überarbeitet. Seitdem ist die Berichterstattung und der Einbezug der Waldbewirtschaftung verpflichtend eingeführt und die temporären, dynamischen Veränderungen im Kohlenstoffpool von geerntetem und verwendetem Holz müssen explizit berücksichtigt werden [3]. Mit dem Kyoto-Protokoll und dem Klimaschutzabkommen von Durban wird die stoffliche Nutzung von Holzprodukten seit dem Beginn des Jahres 2013 im Zuge einer zweiten Verpflichtungsperiode bis zum Jahr 2020 angerechnet, wobei die Anrechnung auf nationaler Ebene und nur für heimische Hölzer erfolgt.

Lebenszyklusanalyse

Holztechnikum Kuchl Wohnanlage Samer Mösl Gemeindezentrum Ludesch Finanzamt Garmisch-Patenkirchen Werkstätten Lebenshilfe Lindenberg Ersatzneubau Wohnanlage Fernpaßstraße München Wohnungsbau Erlangen Jugendzentrum München-Hadern Modernisierung Wohnanlage Fernpaßstraße München Modernisierung Grüntenstraße Augsburg Modernisierung Grundschule Gundelfingen 0 A 4.1

Jede Erhöhung der stofflichen Holznutzung – insbesondere eine Ausweitung der Nutzung von heimischem Holz im Baubereich – wirkt sich dadurch positiv auf das Ergebnis der CO2-Bilanz aus, die auch für Deutschland gegenüber einer bereits festgelegten Referenz (Referenzlevel der Waldbewirtschaftung) am Ende der Verpflichtungsperiode ermittelt wird. Die Quantifizierung der zu erwartenden Klimawirkung eines verstärkten stofflichen Holzeinsatzes ist somit auch auf nationaler Ebene von großer Bedeutung und kann zur Erhöhung der Senkenleistung des Walds beitragen. Die Kohlenstoffmenge von verwendetem Holz wird basierend auf dem verwendeten Schnittholz, der Menge an eingesetzten Holzwerkstoffen sowie dem Verbrauch an Papier geschätzt. Damit ist Holz, das im Bausektor verbaut wird, in der Erfassung umfangreich berücksichtigt [4]. Um die Auswirkungen der zugrunde gelegten Klimaneutralität von Holz in Bezug auf die CO2Bilanz der Wälder aufzuzeigen, wird nur Holz aus heimischen Wäldern als Beitrag zum Kohlenstoffspeicher in Holzprodukten berücksichtigt, das gemäß Artikel 3.4 des Kyoto-Protokolls vorab inventarisiert wurde. Dies schließt Holz, das aus Abholzung anfällt, aus der Bilanzierung aus. Aus diesem Grund verlangen die Zertifizierungssysteme in Deutschland den Nachweis, dass das eingesetzte Holz über ein Zertifikat des FSC (Forest Stewardship Council) oder des PEFC (Program for the Endorsement of Forest Certification Schemes) verfügen muss. Diese Zertifikate geben aber keine Auskunft darüber, ob im Rahmen der jeweiligen Nation eine Massennachhaltigkeit der Wälder und somit deren CO2-Neutralität gewährleistet ist. Um den Umweltbeitrag von Gebäuden aus Holz zu bewerten, müssen die darin enthaltenen Kohlenstoffspeicher nach Materialgruppen getrennt erfasst werden. Zusätzlich lassen sich mögliche Substitutionsfaktoren eines Gebäudes ermitteln, wenn mit Holz anstelle von mine-

200

400

600

800

1000

C- und CO2-Speicher absolut im Gebäude [t C /CO2]

ralischen Baustoffen gebaut wird. Ökobilanzen ermöglichen die Bewertung.

Kohlenstoffspeicher und Substitution Für die Klimawirkung von Holz und Holzprodukten im Bauwesen sind zwei Aspekte besonders interessant: • das Gebäude als Kohlenstoffspeicher • die Substitution endlicher Rohstoffe

C

1200 CO2

1400 A 4.2

Auf Grundlage dieses Bilanzansatzes kann der Kohlenstoffspeicher verschiedener materialspezifischer Konstruktionen im Gebäudebereich untersucht, berechnet, bewertet und verglichen werden. Abb. A 4.2 zeigt exemplarisch unterschiedliche Gebäude und deren absolute Menge an Kohlenstoff durch den Einbau von Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen sowie dessen Umrechnung in Kohlendioxid in Tonnen [5]. Substitution als Einsparpotenzial

Nachwachsende Rohstoffe und Kohlenstoffspeicher

Mit der Anpassung der Regeln des KyotoProtokolls für die zweite Verpflichtungsperiode wurde die CO2-Bilanzierung der Waldbewirtschaftung mit aufgenommen. Damit ist die Grundlage geschaffen, die Effekte der Kohlenstoffspeicherung durch Holzprodukte bei der Gebäudebilanzierung klimawirksam einzubeziehen. Im Rahmen der Ökobilanz wird deshalb die im Gebäude gebundene Menge des Kohlenstoffs nachgewiesen und in der Herstellungsphase (mit negativem Vorzeichen) angerechnet. Bei Beseitigung des Gebäudes oder einzelner Teile wird der Kohlenstoffspeicher aufgelöst und bei der Entsorgung werden die Treibhausemissionen für die Verbrennung berechnet. Die negative Anrechnung in der Herstellung und die Berechnung der Treibhausgasemissionen bei der Entsorgung gleichen sich somit aus. In diesem Zusammenhang wird deshalb oft vereinfachend von der Klimaneutralität von nachwachsenden Rohstoffen gesprochen. Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) hat entsprechende Listen veröffentlicht, welche Mengen an Kohlenstoff in verschiedenen Holzprodukten gespeichert sind. Vereinfachend kann von 225 kg Kohlenstoff je m3 Holz (bei einer Rohdichte von 450 kg in absolut trockenem Zustand) ausgegangen werden. DIN EN 16 449 legt die Umrechnung des gespeicherten Kohlenstoffs in CO2 fest.

Zusätzlich zur temporären Speicherwirkung des biogenen Kohlenstoffs kann durch den Einsatz von Bauprodukten aus nachwachsenden Rohstoffen Material aus endlichen Ressourcen wie Kunststoffe und Metall, aber auch aus mineralischen Bestandteilen ersetzt werden. Dieser Vorgang wird Substitution, also Austausch oder Ersatz, genannt. Eine Grundvoraussetzung für die Abschätzung eines möglichen Einsparpotenzials durch die Verwendung von Bauprodukten aus nachwachsenden Rohstoffen ist die Anwendung des gleichen funktionellen Äquivalents. Diese Voraussetzung ist bei den Untersuchungen durch die Bauteileinheit m3 oder dasselbe Stück Gebäude mit dem gleichen Energiebedarf gegeben. Das Substitutionspotenzial variiert je nach Umweltindikator. Beispielhaft soll hier das Potenzial für den Indikator Treibhausgas (CO2-Äquivalent oder CO2-Äq.) aufgezeigt werden. Der Grad der Substitutionswirkung, der durch die Verwendung von Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen zu erreichen ist, lässt sich durch die Wahl der Materialien für die Primärkonstruktion aber auch des Ausbaus (Fenster / Türen, Böden und Fassadenbekleidung) maßgeblich steuern. In der Literatur wird derzeit meist die Metastudie von Sathre & O’Connor herangezogen, die zusammenfassend einen durchschnittlichen Substitutionsfaktor von 3,9 t CO2-Äq. pro Tonne eingesetztem Holz ermittelt [6]. Allerdings berücksichtigen diese Zahlen

25

nachwachsende Rohstoffe [kg/m2WF]

Lebenszyklusanalyse

250

Holzbau

Hybrid

204

200

189

188

186 170

150

128

119

50

141

136 118 98

91

96

EG + 4/6 VG

EG + 5 VG

AW: HTB, Massivholz DE: Holzbetonverbund

AW: HTB

AW: HTB

DE: Holzbetonverbund

DE: Holzbalken

IW: Stb

IW: Stb (EG) Massivholz (OG)

IW: Stb und Holzständer

DA: Stb Hohldielen

DA: Massivholz

TH: Stb und Stahl

TH: Stb und Stahl

100

163

43

0 EG + 4 VG AW: HTB DE: Stb Hohldielen

EG + 3 VG

EG +3 VG (Var.1)

EG + 3 VG (Var. 2)

EG + 3 VG (Var. 3)

AW: HTB

AW: HTB

AW: HTB

DE: HolzDE: Holzbalken DE: Massivholz betonverbund

EG + 3 VG (Var. 4)

EG + 3 VG (Var. 5)

EG + 2 VG

EG + 7 VG

EG + 7 (Var.1)

EG + 5 VG

EG+3 VG

EG+3 VG

AW: HTB AW: HTB AW: HTB AW: HTB AW: Massivholz AW: HTB/ AW: HTB AW: Massivholz Massivholz DE: Holzsteg- DE: Holzbalken DE: Massivholz DE: Massivholz DE: Massivholz DE: Massivholz DE: Massivholz DE: Massivholz träger

IW: Holzständer IW: Holzständer IW: Holzständer IW: Holzständer IW: Holzständer IW: Massivholz IW: Holzständer, IW: Massivholz IW: Massivholz Stb.

IW: Massivholz IW: Massivholz IW: Holzständer

DA: Holzträger

DA: Holzbalken

DA: Holzstegträger

DA: Holzstegträger

DA: Holzstegträger

DA: Holzträger DA: Massivholz DA: Holzstegträger

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

DA: Holzsteg- DA: Holzbalken DA: Massivholz DA: Massivholz DA: Massivholz träger TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stb

TH: Stahl

A 4.3

noch nicht die aktuelle Normenlage und enthalten auch mögliche Gutschriften. Anhand aktuell laufender Forschungsvorhaben werden diese Faktoren neu berechnet und überprüft [7]. Für ein durchschnittliches Einfamilienhaus kann dieser Wert deshalb zwischen 1,6 und 2,6 kg CO2-Äq. fossiler Treibhausgasemissionen pro Kilogramm eingesetztem Holz geschätzt werden. Hierin sind je nach zu substituierendem Gebäudeteil die nach DIN EN 15 978 benannten Module A und C für die Primärkonstruktion und dem Ausbau enthalten, nicht aber die Gutschriften, die sie sich aus der zusätzlichen Darstellung in Modul D ergeben. Diese können separat ausgewiesen werden [8].

Kohlenstoffspeicher versus Ressourceneffizienz in der Konstruktion Wenn ein großer Kohlenstoffspeicher zum Erreichen von Klimaschutzzielen beiträgt, deutet zunächst alles darauf hin, Holz in möglichst großem Umfang als Baustoff einzusetzen. Im Sinne einer ressourceneffizienten Nutzung des Materials und dem sinnvollen Einsatz von Holzkonstruktionen darf diese Schlussfolgerung jedoch nicht voreilig getroffen werden. Trotz des Strebens nach einer vergrößerten stofflichen Anwendung und in Konkurrenz zur energetischen Holznutzung muss genügend nachwachsender Rohstoff vorhanden bleiben. Für jede Bauaufgabe sollte aufs Neue die Abwägung zwischen umfassendem Kohlenstoffspeicher sowie ressourcen- und materialeffizientem Einsatz von Holz getroffen werden. Die Optimierung wird nach statischen, brandschutztechnischen, energetischen, ökonomischen und innenraumklimarelevanten Kriterien immer einen Kompromiss darstellen. Jede Konstruktionsart führt hierbei zu einem anderen Optimum. Grundsätzlich stellt ein Tragwerk infolge der großen benötigten Baustoffmenge einen guten Kohlenstoffspeicher dar, während

26

bei Fassaden aufgrund der hohen Dämmeigenschaften bei möglichst geringer Fassadenstärke die Holzmenge durch den hohen Dämmstoffanteil eher geringer ausfällt. Sichtbare Innenwände oder Decken aus Massivholz bieten zwar Potenzial für einen hohen Kohlenstoffspeicher, aber es kann z. B. aus schall- oder brandschutztechnischen Erfordernissen sinnvoller sein, andere Konstruktionen zu bevorzugen. Hier muss immer eine Abwägung der einzelnen Teilbereiche erfolgen. In einem Forschungsprojekt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) wurden verschiedene Holzgebäude miteinander verglichen und die Unterschiede in der Menge an verbauten nachwachsenden Rohstoffen, Kohlenstoffspeichern und Treibhausgasemissionen analysiert [9]. Abb. A 4.3 zeigt die Menge an nachwachsenden Rohstoffen bei Mehrfamilienhäusern in Holzbauweise, unterschieden in Hybridgebäude (Holzanteil in den Außenwänden), Holzrahmenbau / Holztafelbau und Massivholzbau (Brettsperrholz als tragende Konstruktion). Zusätzlich werden die damit verbundenen Konstruktionsaufbauten dargestellt. Wichtig für die Etablierung des Bauens mit Holz sind entsprechende Förderprogramme der Politik. Seitens der Stadt München gibt es beispielsweise ein Zusatzförderprogramm, das die ökologische Umsetzung von Gebäuden in Holzbauweise unterstützt. Hier wird unter bestimmten Voraussetzungen ein Zuschuss für jedes Kilogramm gespeicherten Kohlenstoff gezahlt, vorausgesetzt, dass Holz aus nachhaltiger Bewirtschaftung Verwendung findet.

CO2-effiziente Bauweise in Holz Um Gebäudekonstruktionen mit einer möglichst CO2-effizienten Bauweise zu erhalten, müssen bereits zu Planungsbeginn vom Auftraggeber respektive Bauherrn die Weichen

in die beabsichtigte Richtung gestellt und genaue Ziele festgelegt werden. Planung eines CO2-effizienten Gebäudes

In der Vorentwurfsphase sollten Zielwerte unter folgenden Prämissen festgelegt werden: • der Einsatz von Holz im Bereich des Primärtragwerks. Dies hat großen Einfluss auf die Ergebnisse der Ökobilanz. • Geringhaltung des Energiebedarfs während der Betriebsphase. • Festlegung der Instandhaltungszyklen für einzelne Bauteile. Diese haben Einfluss auf die Konstruktion bzw. erzeugen Vorgaben an die Bauausführungsqualität. • Erstellung von Entsorgungsszenarien für die gesamte Konstruktion sowie Festlegung einer etwaigen Zerlegung in Einzelteile mit der Möglichkeit der Weiternutzung von Holzbauteilen. Zusammenhang der Herstellungsphase und der Nutzungsphase

Bisher konzentrierten sich die Bemühungen zur Gebäudeoptimierung auf einen möglichst geringen Bedarf der Energieversorgung und damit geringe CO2-Emissionen während der Nutzungsphase. Nach der Einführung von Passivhausstandard, Fast-Nullenergiehäusern und Energieplushäusern rückt nun aber zunehmend das Einsparpotenzial bei der Herstellung und Instandhaltung des Gebäudes in den Blickpunkt. Abb. A 4.4 zeigt im Vergleich den Primärenergiebedarf von mehrgeschossigen Wohngebäuden mit EnEV-Standard 2009 (70 kWh/m2a) und im Passivhausstandard (15 kWh/m2a), wobei über den Betrachtungszeitraum von 50 Jahren der Aufwand für Herstellung, Instandsetzung und Energieversorgung dargestellt ist. Es wird deutlich, dass der gesamte Energiebedarf bei Gebäuden mit hohem energetischen Standard im Lebenszyklus geringer ausfällt. Gleichzeitig verschiebt sich die prozentuale Aufteilung zwischen Gebäude (Konstruktion) und Energieversorgung in der Nutzungsphase.

Lebenszyklusanalyse

Mehrfamilienhaus Passivhaus (15 kWh/m2a)

Mehrfamilienhaus EnEV 2009 (70 kWh/m2a)

25%

Mengen an nachwachsenden Rohstoffen in kg/ m2 Wohnfläche (WF) für unterschiedliche Mehrfamilienhäuser in Hybrid- und Holzbauweise HTB (Holztafelbau), Stb (Stahlbeton), EG (Erdgeschoss), VG (Vollgeschosse), AW (Außenwand), DE (Deckenkonstruktion), IW (Innenwand), DA (Dachkonstruktion), TH (Treppenhaus) A 4.4 Zusammenhang von Primärenergiebedarf für die Gebäudekonstruktion und dem Primärenergieverbrauch des Gebäudes über 50 Jahre bei unterschiedlichen energetischen Standards

36%

A 4.3

6% 69%

Herstellung Instandhaltung Gebäudeversorgung über 50 Jahre

47%

17%

A 4.4

Daraus kann man schließen, dass bei einem hohen energetischen Standard der Primärenergieverbrauch des Gebäudes eine entscheidende Bedeutung erlangt. Über 50 % des Primärenergieverbrauchs und damit auch an Treibhausgasemissionen entfallen beim Passivhaus auf die Herstellung und Instandsetzung des Gebäudes. Deshalb rückt das Materialkonzept – und damit folglich die einzelnen Bauprodukte – zunehmend ins Zentrum der Betrachtungen. Je besser der energetische Standard eines Gebäudes ist und damit weniger für die Energieversorgung des Gebäudes aufgewendet wird, desto mehr Einfluss hat die Konstruktion auf die Ökobilanz des Gebäudes. Rückbau und Entsorgung

Aufgrund der EU-Abfallrichtlinie gibt es eine Abfallhierarchie, nach der in Europa möglichst viel Material wiederverwendet oder recycelt werden soll [10]. Erst in einem zweiten Schritt wird Material als Energieressource betrachtet. Um das Material Holz einem zweiten Verwendungsweg zuführen zu können, ist es notwendig, Altholz [11] zu klassifizieren. Es darf nur Holz der Wiederverwendung zugeführt werden, das nicht mit Schadstoffen belastet ist. Das bedeutet, dass Holz, welches mit chemischem Holzschutz behandelt wurde, nicht wiederverwendet werden kann, sondern zur Energiegewinnung eingesetzt werden muss. Die bessere Verwertung von unbehandeltem Altholz kann helfen, die langfristig verfügbare Menge an Holz zu vertretbaren Kosten zu stabilisieren. Grundsätzlich sollte die Erstnutzung von Vollholz als Bauholz erfolgen. An zweiter Stelle ist die Verwendung von Auslichtungs- und Schwachhölzern in Holzwerkstoffen anzustreben. Die thermische Verwertung gilt als die dritte und letzte Option. Diese Vorgehensweise verlängert und erweitert die Menge der Kohlenstoffspeicherung erheblich. Da sich weite Transportwege negativ auf die Ökobilanz auswirken und die dabei eingesetz-

ten fossilen Energieträger die Primärenergieeffizienz reduzieren, sollte das eingebaute Holz möglichst aus der Region stammen, in der es verarbeitet, verwendet und schließlich thermisch verwertet wird. Kaskadennutzung

Durch eine gezielte Verlängerung des Materiallebenszyklus, insbesondere für Produkte aus Massivholz, sowie die konsequente Anwendung der so genannten Kaskadennutzung (Mehrfachnutzung eines Rohstoffs) können frei werdende Rohstoffquellen für neue Produkte erschlossen werden. Die Vermeidung von Schadstoffen sowie intelligente Konzepte zum Rückbau (Wiederverwendung oder Recycling von wertvollen Materialien) lassen es zu, die Menge der thermisch verwerteten Reststoffe stark zu verringern. Im holzverarbeitenden Sektor sind die Potenziale einer effizienten Kaskadennutzung nur in den horizontalen Verwertungswegen (gleichzeitige Nutzung von Holz, Rinde, Sägespäne) ausgeprägt und bleiben daher ansonsten weitgehend ungenutzt. Die vertikale Integration über den gesamten Lebenszyklus von Materialien erweist sich hingegen als ausbaufähig. Jede Konstruktion ist in Schichten aufgebaut. Diese Schichten und ihre Abfolgen stehen im engen Zusammenhang mit der Gesamtlebensdauer des Bauteils und müssen bereits in der Planung mit Instandhaltungs-, Rückbau- und Verwertungsszenarien konzipiert und optimiert werden. Durch das geplante Zusammenwirken von Schichten lassen sich Bauteile und Komponenten besser gegeneinander abgrenzen und ihre Verbindungen mit Blick auf den Rückbau planen. Lösbare Verbindungsarten der Konstruktionen (z. B. Schrauben statt Kleben) stehen hier im Fokus. Der Kohlenstoff-Fußabdruck von Holz im Gebäudebereich

Für den Einsatz von Holz als Kohlenstoffspeicher im Gebäudebereich sind einige all-

gemeine Vorgaben zu berücksichtigen: • Um kohlenstoffeffiziente Gebäude zu bauen, sind bereits in der Planungsphase Vorgaben an die Konstruktion zu Kohlenstoff-Fußabdruck, Primärenergieverbrauch (stofflich und energetisch) und der Menge an verbauten nachwachsenden Rohstoffen notwendig. • Wegen des intensiven Energieeinsatzes bei mineralischen Baustoffen haben Gebäudeteile wie Keller und Fundamente einen großen Einfluss auf den Kohlenstoff-Fußabdruck von Gebäuden. Der Anteil hängt von der Größe des Kellergeschosses und der Art der Fundamente ab. Je höher die Gebäude sind, desto geringer ist der prozentuale Anteil. • Das verwendete Holz muss aus nachhaltiger Forstbewirtschaftung kommen. • Die Höhe des Kohlenstoffspeichers steigt mit der Menge an verbautem Holz bzw. Holzwerkstoffen an. Große Mengen werden im Tragwerk benötigt. Ein weiterer Steigerungsfaktor ist der Einsatz von flächigen Massivholzbauteilen für Wand, Decke und Dach. • Die Menge an verbautem Holz muss in Relation zum ressourcenschonenden Umgang mit den Holzvorräten gesehen werden. Deshalb ist zwischen einem maximalem Kohlenstoffspeicher und dem ökonomischen Einsatz von Holz abzuwägen. • Kommunen sollten im Sinne der nachhaltigen Vergabepraxis Vorgaben ermitteln, die den maximalen Kohlenstoff-Fußabdruck für unterschiedliche Gebäudetypen für die Herstellungsphase vorgeben. Diese könnten in den Bebauungsplänen verankert werden.

Vergleichende Bewertung von Gebäuden in konventioneller und in Holzbauweise anhand von Ökobilanzen Vergleiche zwischen Gebäuden in konventioneller (mineralischer) Bauweise, die Bauprodukte aus endlichen Ressourcen enthalten,

27

Lebenszyklusanalyse

und Gebäuden mit einem hohen Anteil an Bauprodukten aus nachwachsenden Rohstoffen zeigen erhebliche Entlastungspotenziale auf, die die Holzbauweise für das Ökosystem bietet. Hierfür beispielhaft sei der im Ausstellungskatalog »Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft« [12] veröffentlichte Ökobilanz-Vergleich genannt, der acht exemplarische Gebäude analysiert, bei denen in vielen Bauteilen nachwachsende Rohstoffe eingesetzt wurden. Die durchgeführten Ökobilanzierungen bedienen sich der Datenbank ÖKOBAUDAT (oekobaudat.de; Version 2011– 2013) als Basisinformation. Die Modellierung und Berechnung der Objekte erfolgten mit der Software LEGEP. Zu jedem Gebäude wurde zusätzlich eine sogenannte Standardausführung mit konventionellen Bauprodukten modelliert, die weitgehend aus nicht nachwachsenden, d. h. aus mineralischen, metallischen und synthetischen Rohstoffen besteht. Diese Variante ist in Raum, Fläche und Gestalt identisch mit dem realen Gebäude und erfüllt auch die gleichen energetischen Zielwerte. Die Bauteile wurden aus dem Elementkatalog der LEGEP-Datenbank entnommen und entsprechen im Aufbau und in der Materialwahl denen, die in vielen bereits bilanzierten Gebäuden verbaut wurden. Die Modellierung dieser »zweieiigen Zwillinge« zeigt deutlich die Unterschiede verschiedener Konstruktionsweisen: Bei den folgenden Auswertungen für die Ökobilanz wurden die Gebäude ab der Unterkante Bodenplatte des Erdgeschosses berechnet. Vorhandene Keller und Gründungsbauteile (Voll- oder Teilunterkellerung, Fundamente) sind in der Bilanzierung ausgenommen, weil diese einen verzerrenden Einfluss auf das Ergebnis bezüglich der Funktion des Gebäudes und seiner Materialqualität gehabt hätten. Berücksichtigung fanden nur Gebäude, bei denen Holz auch die primäre Tragkonstruktion bildet. Bei der Auswertung der unterschiedlichen Materialien wurden die Baustoffgruppen in nicht erneuerbare Rohstoffe (mineralisch, metallisch, synthetisch) und nachwachsende Rohstoffe (Holz, Pflanzen- und Tierfasern) unterschieden. Die Bezugsgröße ist wegen der besseren Vergleichbarkeit der Objekte 1 m2 Bruttogrundfläche (BGF) nur über Terrain, die Einheit kg. Der Vergleich ergibt, dass die Gebäude aus nachwachsenden Rohstoffen nur 50 – 65 % des Gewichts der konventionellen Gebäude erreichen. Weiterhin zeigt das Ergebnis einen sehr geringen Anteil an nachwachsenden Rohstoffen von nur 0,5 – 1 % des Gesamtgewichts bei einer konventionellen Bauweise. In Gebäuden mit hohem Anteil an nachwachsenden Rohstoffen erreichen diese bis zu 18 % des Gesamtgewichts. Diese prozentual immer noch geringen Gewichtsanteile – trotz der fast ausschließlichen Verwendung von Holz – liegen am hohen Gewicht der eingesetzten mineralischen Baustoffe. So wiegen die aus Beton bestehenden Bodenplatten der Holzgebäude in etwa so viel wie zwei Holzdecken mit Bodenaufbau. Die

28

untersuchten Gebäude weisen meist zwei Geschosse auf. Der Einfluss der mineralischen Bodenplatte relativiert sich aber erst bei mehrgeschossigen Gebäuden in Holzbauweise. Abb. A 4.5 zeigt beispielhaft die Ergebnisse aus dem Gebäudevergleich für die Wohnanlage Fernpaßstraße in München [13]. Unter Berücksichtigung der aktuellen DIN EN 15 978 und Einbezug der angepassten ÖKOBAUDAT ab 2015 muss das Ergebnis der Studie neu bewertet werden: Die Gutschrift (Modul D) durch energetische Verbrennung von Bauprodukten am Ende des Lebenszyklus wird nicht mehr eingerechnet. Dadurch pendelt sich beispielsweise die Vorteilhaftigkeit des Indikators Treibhauspotenzial bei bis zu 50 % ein [14].

Fazit Der Bausektor bietet erhebliche Möglichkeiten, die Treibhausgasemissionen deutlich zu senken. Da neue Gebäude immer energieeffizienter im Gebäudebetrieb werden, rückt der Kohlenstoff-Fußabdruck der Baumaterialien mehr und mehr in den Mittelpunkt des Interesses. Vorteile der Holzverwendung aus ökologischer Sicht

Holzprodukte haben aus Klimasicht mehrere gewichtige Vorteile: • Holz, das als Bauprodukt verwendet wird, hat die Fähigkeit für das Klima doppelt nützlich zu sein. Es verursacht im Vergleich zu anderen Baumaterialien geringe CO2-Emissionen aus fossilen Quellen mit der Fähigkeit, CO2 zu binden und damit temporär der Atmosphäre zu entziehen. • Die besten Möglichkeiten, das CO2-Einsparungspotenzial von Holz für den Gebäudesektor zu nutzen, liegen im Einsatz eines hohen Anteils an Holzprodukten, in der Verwendung von Holzprodukten mit einer möglichst langen Lebensdauer sowie dem Ersatz energieintensiver Materialien durch Holz und Holzprodukte. • Länderspezifische Faktoren beeinflussen den Kohlenstoff-Fußabdruck von Bauprodukten und Gebäuden entscheidend, da z. B. die unterschiedlichen Energieträger im Strommix verschiedener Länder zu voneinander abweichenden Kohlenstoff-Fußabdrücken bei ähnlichen Produktionsprozessen führen können. Bei der Bilanzierung von Produkten sollte auf die korrekte Berücksichtigung dieser Faktoren geachtet werden. • Um negativen Effekten im Kohlenstoffspeicher des Walds vorzubeugen, muss Holz aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammen. • Holz und holzbasierte Baumaterialien können wiederverwendet, stofflich recycelt und danach in Kaskadennutzung energetisch verwertet werden. Damit kann die Speicherzeit des eingelagerten atmosphärischen Kohlenstoffs um ein Vielfaches verlängert werden. Die Kaskadennutzung von Holz erlaubt nicht

nur einen ressourceneffizienten Umgang mit dem Werkstoff, sondern sie ermöglicht auch mehrfache Substitutionseffekte durch den Ersatz energieintensiverer Materialien und / oder den Ersatz fossiler Energieträger bei der Energierückgewinnung. Kohlenstoff-Fußabdruck von Bauteilen bei Holzgebäuden

Der Holzbau kann als temporärer Kohlenstoffspeicher sowie als Substitutionspotenzial einen großen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele leisten. Voraussetzung ist allerdings, dass das Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft stammt. Weiterhin sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden: • Fundamente und Keller haben den größten Einfluss auf den Kohlenstoff-Fußabdruck von Gebäuden. Der Anteil hängt von der Größe des Kellergeschosses und der Art der Fundamente ab. Je höher die Gebäude, desto geringer ihr prozentualer Anteil. • Die Höhe des Kohlenstoffspeichers steigt mit der Menge an verbautem Holz aus nachhaltiger Bewirtschaftung. • Der meiste Kohlenstoff wird im Tragwerk eingelagert, da hier die größte Menge an Holz verbaut wird. Die Massivholzbauweise benötigt viel Holz und speichert daher viel Kohlenstoff. Jedoch muss die Menge an verbautem Holz in Relation zum ressourcenschonenden Umgang mit den Holzvorräten stehen. Deshalb ist eine Abwägung zwischen maximalem Kohlenstoffspeicher und ökonomischem Einsatz von Holz unbedingt erforderlich. • Der Ausbau der Gebäude (Bodenbeläge, Fenster, Türen und eine mögliche Fassadenbekleidung aus Holz), der unabhängig vom verwendeten Material des Tragwerks ist, kann den Kohlenstoffspeicher langfristig beeinflussen, zumal der Ausbau im Lebenszyklus eines Gebäudes mehrfach anfällt [15]. • Der Kohlenstoff-Fußabdruck, den der Zusammenbau auf der Baustelle hinterlässt, ist im Vergleich zu demjenigen der Herstellung der Baustoffe gering. • Die Instandhaltung der Bauteile (z. B. auch durch konstruktiven Holzschutz) ist wichtig, um die Lebensdauer der Bauprodukte über den Lebenszyklus des Gebäudes hinaus und damit auch den Kohlenstoff-Fußabdruck zu optimieren.

A 4.5

A 4.6

Vergleich ausgewählter Indikatoren in der Ökobilanz (gerechnet mit ÖKOBAUDAT 2011– 2013) zwischen der in Holzbauweise errichteten Wohnanlage Fernpaßstraße, München (DE) 2012, Architekten Hermann Kaufmann / Lichtblau Architekten und Bauten aus herkömmlichen Baustoffen, Betrachtungzeitraum: 50 Jahre Wohnanlage Fernpaßstraße

Lebenszyklusanalyse

Holz Standard

0

5

10

15

20

Vergleich Treibhauspotenzial [in kg CO2-Äquivalent pro m2 Nettogeschossfläche und Jahr]

Holz Standard

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

2

Vergleich abiotisches Ressourcenpotenzial [in kg Antimon-Äquivalent pro m Nettogeschossfläche und Jahr]

Holz - Primärenergie nicht erneuerbar - Primärenergie erneuerbar davon Anteil Heizwert Standard - Primärenergie nicht erneuerbar - Primärenergie erneuerbar davon Anteil Heizwert

0

10

20

30

40

50

60

Vergleich Primärenergieverbrauch für Herstellung, Instandsetzung und Entsorgung [in kWH pro m2 Nettogeschossfläche und Jahr]

Holz - nicht regenerierbar - nachwachsend Standard - nicht regenerierbar - nachwachsend

0

500

1000

1500

Vergleich Materialbedarf für Herstellung und Instandsetzung [in kg pro m2 Bruttogrundfläche] A 4.5

Anmerkungen: [1] COM(2007) 860 final: A lead market initiative for Europe. http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/ LexUriServ.do?uri=COM:2007:0860:FIN:en:PDF. Stand 20.07.2015 [2] Holzbilanz-Basisdaten für Bauprodukte aus Holz. http://www.holzundklima.de/projekte/oekobilanzenholz/docs/Rueter-Diederichs_2012_OekoHolzBauDat.pdf. Stand 23.11.2015 [3] Berichterstattung unter der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen und dem Kyoto-Protokoll 2012 – Nationaler Inventarbericht zum Deutschen Treibhausgasinventar 1990 – 2010. Hrsg. vom Umweltbundesamt, 08/2012 [4] Rüter, Sebastian: Projection of Net-Emissions from Harvested Wood Products in European Countries – For the period 2013 – 2020. Arbeitsbericht aus dem Institu für Holztechnologie und Holzbiologie Nr. 2015/1, Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI), S. 63. http://literatur.thuenen.de/digbib_extern / dn048901.pdf. Stand 24.02.2017 [5] Kaufmann, Hermann; Nerdinger, Winfried u. a.: Bauen mit Holz: Wege in die Zukunft. München 2011 [6] Sathre, Roger; O’Connor, Jennifer: Meta-analysis of greenhouse gas displacement factors of wood product substitution. In: Environmental science & policy 13, 2010, S. 104 –114 [7] THG-Holzbau: Treibhausgasbilanzierung von Holzgebäuden – Umsetzung neuer Anforderungen an Ökobilanzen und Ermittlung empirischer Substitutionsfaktoren. Verbundprojekt RUB, Thünen-Institut, TUM, Ascona GbR. Abschlussbericht vorauss. 2017 [8] Derzeit werden aktuelle Berechnungen in dem Forschungsprojekt THG-Holzbau hierzu durchgeführt. [9] Methodenentwicklung zur Beschreibung von Zielwerten zum Primärenergieaufwand und CO2-Äquivalent von Baukonstruktionen zur Verknüpfung mit Grundstücksvergaben und Qualitätssicherung bis zur Entwurfsplanung. Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Aktenzeichen: 31943/01 [10] DIRECTIVE 2008/98/EC. http://eur-lex.europa.eu/ legal-content/DE/TXT/?uri=URISERV:ev0010. Stand 10.08.2015 [11] In Deutschland geschieht dies nach der Altholzverordnung. Verordnung über Anforderungen an die Verwertung und Beseitigung von Altholz (Altholzverordnung – AltholzV), 2012 [12] König, Holger: Ökobilanz-Vergleich von Gebäuden in Holzbauweise im Vergleich zu Standard-Bauweisen bei Neubauten und bei Gebäudemodernisierung. In: Kaufmann, Hermann; Nerdinger, Winfried (Hrsg.): Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft. Ergänzung zum gleichnamigen Ausstellungskatalog. München 2015 [13] ebd. [14] wie Anm. 7 [15] ebd.

A 4.6

29

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus Maren Kohaus, Holger König

A 5.1

A 5.1 A 5.2 A 5.3 A 5.4

30

Holz im Innenraum, Kindergarten, Bizau (AT) 2009, Bernardo Bader Architekten Empfehlungswerte für TVOC und daraus resultierende Handlungsempfehlungen Wärmeeindringkoeffizienten einiger Baustoffe Einteilung der chemischen Verbindungen nach ihrem Siedepunkt

Holz wird seit Jahrtausenden als Bau- und Werkstoff für menschliche Behausungen genutzt. Und auch beim modernen Bauen werden Holz- und Holzwerkstoffe vielfältig als Konstruktionsmaterial, Fußbodenbelag, Wandund Deckenbekleidung sowie zur Fertigung von Einrichtungsgegenständen etc. verwendet. Die Natürlichkeit und Authentizität dieses Materials erfreut sich nach wie vor großer Wertschätzung. Insbesondere Holzoberflächen werden im Allgemeinen aufgrund ihres materialspezifischen Charakters, der Farbe, der Maserung und Struktur sowie aufgrund ihrer Porosität als sinnlich ansprechend bewertet, was verschiedene Untersuchungen von Maximilian Moser sowie die Studie »Interaktion Mensch und Holz« bestätigen [1]. Bedingt durch die materialspezifischen und bauphysikalischen Kennwerte, wie die geringe Wärmeleitfähigkeit (¬-Wert = 0,11– 0,17 W/mK) und den niedrigen Wärmeeindringkoeffizienten, den b-Wert (Abb. A 5.3), werden Holzoberflächen zumeist als warm empfunden. Zudem wirken natürlich belassene Holzoberflächen klimaregulierend auf den Innenraum, da Holz Feuchtigkeit aus der Raumluft aufnehmen und zeitlich versetzt wieder abgeben kann [2]. Der Geruch von Holz, der sich aus Emissionen von leicht flüchtigen Stoffen zusammensetzt, hat für manche Menschen sogar eine angenehm beruhigende Wirkung, wie eine Studie der Joanneum Research Forschungsgesellschaft aus dem Jahr 2003 über die möglichen Auswirkungen eines Zirbenholzumfelds auf Kreislauf und Schlaf unter der Berücksichtigung von Leistungsaspekten und dem Befindung des Menschen herausstellt [3]. Die Studie von Maximilian Moser »Schule ohne Stress« aus dem Jahr 2007 analysiert die Wirkung der Einrichtung und Ausstattung von Klassenräumen aus Massivholz. Sie kommt zu dem Schluss, dass die beruhigende Wirkung von Holz, gemessen an der Herzfrequenz und dem Vagustonus der Schüler, sich positiv auf die Gesundheit auswirken könne [4]. Aktuelle Forschungsvorhaben, wie z. B. die Forschungsstudie HOMERA, versuchen anhand technisch-naturwissenschaftlicher Betrachtungen einhergehend mit einer medizinischen Bewertung, Rückschlüsse auf mögliche gesund-

heitliche Auswirkungen von Holz- und Holzprodukten zu geben [5]. Das Forschungspotenzial ist – bei der Komplexität des Themas – immens. Bis jedoch nähere Erkenntnisse vorliegen, wird die Diskussion, inwiefern die Emissionen der Holz- und Holzwerkstoffe des zeitgenössischen Holzbaus als gesundheitsschädlich, holzspezifisch und somit natürlich, unschädlich oder sogar als gesundheitsfördernd angesehen werden können, weiterhin aktuell bleiben. Um Bauherren, Nutzer und auch Planer nicht weiter zu verunsichern und um Klarheit in diese Diskussion zu bringen, sollen im Folgenden die relevanten Aspekte genauer betrachtet werden.

Gesundes Raumklima Unabhängig von der Bauweise muss ein Raumklima geschaffen werden, das für den Nutzer und für die in den Räumen vorbestimmte Tätigkeit als angenehm empfunden wird. Die Behaglichkeitskriterien (nach DIN EN 15 251) geben Hinweise, welche Faktoren zu berücksichtigen sind: • Schutz vor witterungsbedingter Kälte / Wärme sowie Nässe / Feuchte • Schutz vor zu hoher nutzungsbedingter Feuchte und dadurch resultierender Kondensat- und Schimmelbildung • Schutz vor Lärmbelastung von außen und innen • optimierte Lichtverhältnisse mit ausreichendem Tageslicht bei gleichzeitigem Schutz vor überhöhter Sonneneinstrahlung (Wärme / Überhitzung) • ausreichende Lüftung für die spezielle Nutzung und die damit einhergehende Verringerung der CO2-Konzentration • Schutz vor ionisierender (z. B. Radon) /nicht ionisierender Strahlung (z. B. Elektrosmog) • geringe Belastungen der Raumluft durch Baustoffe, Ausstattung und Geräte Ein ausreichender Luftaustausch durch manuelle oder mechanische Belüftung gewährleistet, dass anfallende Emissionen aus Bauprodukten, elektronischen Geräten sowie durch den Men-

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus

Empfehlungswerte TVOC (Raumluft)

hygienische Bewertung und Handlungsempfehlungen

Stufe 1: TVOC

< 0,3 mg/m3 (< 300 μg/m3)

Stufe 2: TVOC

> 0,3 mg/m3 (> 300 μg/m3

und und

< 1,0 mg/m3 < 1000 μg/m3)

• hygienisch noch unbedenklich, sofern keine Einzelstoffwerte überschritten werden • verstärktes Lüften notwendig

Stufe 3: TVOC

> 1,0 mg/m3 (> 1000 μg/m3

und und

< 3,0 mg/m3 < 3000 μg/m3)

• hygienisch auffällig, nur befristeter Aufenthalt • gesundheitliche Relevanz grenzwertüberschreitender Stoffe prüfen; toxikologische Einzelbewertung empfohlen

Stufe 4: TVOC

> 3,0 mg/m3 (> 3000 μg/m3

und und

< 10,0 mg/m3 < 10 000 μg/m3)

• hygienisch bedenklich, nur befristeter Aufenthalt • toxikologische Einzelbewertung empfohlen

Stufe 5: TVOC

> 10 mg/m3 und (> 10 000 μg/m3 und

< 25,0 mg/m3 < 25 000 μg/m3)

• hygienisch inakzeptabel, (Raumnutzung vermeiden) • toxikologische Einzelbewertung empfohlen

• hygienisch unbedenklich, sofern keine Einzelstoffwerte überschritten werden • »Zielwert« (= hygienischer Vorsorgebereich; ist anzustreben)

Eine TVOC-Konzentration von mehr als 3000 μg/m3 ist als hygienisch bedenklich einzustufen. Eine Zertifizierung nach BNB kann daher nur erfolgen, wenn der TVOC-Wert im Bereich von 500 μg/m3 bis 3000 μg/m3 liegt. A 5.2

schen selbst verursachte abtransportiert werden. Dennoch ist der Einsatz möglichst schadstofffreier Baustoffe unbedingt ratsam.

Raumluftemissionen Im Gebäude verwendete Materialien können die Raumluft belasten, indem sie Partikel in Form von Staub und Fasern absondern oder Gase emittieren. Relevant für den Innenraum sind nur die Emissionen, die innerhalb der luftdichten Ebene (siehe »Luftdichtheitsebene«, S. 97f.) abgegeben werden. Wird von Raumluftemissionen im Zusammenhang mit holzbasierten Materialien gesprochen, tauchen immer wieder zwei Begriffe auf: VOC (volatile organic compounds) und Formaldehyd. VOC

Für die Baupraxis und die Innenraumanalytik hat sich die Einteilung der VOC-Gase gemäß der Höhe des Siedepunkts durchgesetzt (Abb. A 5.4): • VVOC: sehr leicht flüchtige organische Verbindungen • VOC: leicht flüchtige organische Verbindungen • SVOC: mittel bis schwer flüchtige organische Verbindungen Im Verlauf von Baumaßnahmen gelangen viele unterschiedliche VOCs kurzzeitig in die RaumStoff Dämmstoff (Mineralfaser)

Wärmeeindringkoeffizient b-Wert [KJ/Km2√s] 0,06

Kork

0,10

Holz

0,4 ... 0,5

menschliche Haut

1,0 ...1,3

Glas

1,3 ...1,5

Wasser

luft. Normalerweise werden diese erhöhten Konzentrationen durch intensives Lüften während und nach den Arbeiten deutlich reduziert. Die VOCs stellen zwar eine Stoffgruppe dar, sind aber sehr vielfältig. Sie können harmlos, aufgrund des Geruchs störend oder gesundheitsschädlich sein. Die bekanntesten VOCVerbindungen sind: Alkane/Alkene, Aromaten, Terpene, Halogenkohlenwasserstoffe, Ester, Aldehyde und Ketone. Terpene und Aldehyde werden in geringen Mengen auch von Holz als typischer Holzgeruch abgesondert. Die Toxizität von VOCs ist äußerst unterschiedlich zu bewerten. So zählt beispielsweise das krebserregende Benzol ebenso zu diesen Raumluftschadstoffen wie zahlreiche wesentlich harmlosere VOCs, z. B. Terpene aus Naturölen, Naturfarben, aber auch aus den natürlichen Harzen des Holzes. Diese können zwar in höherer Konzentration (wie z. B. der Geruch von Terpentinöl) unter Umständen das Wohlbefinden beeinträchtigen und eventuell allergen wirken, sind in den üblichen Konzentrationen im Holzbau jedoch unbedenklich für die Gesundheit. VOC-Emissionen aus Bauprodukten Für VOC-Emissionen aus Bauprodukten gibt es europaweit keine rechtlichen Grenzwerte oder gar Stoffverbote. Aus diesem Grund wurde z. B. in Deutschland 2004 vom Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten das AgBB-Schema eingeführt. Es legt für Bauprodukte Höchstwerte an Emissionen fest und

1,8 ... 2,2

Stahl

14

Kupfer

36

Stoffe mit hohem Wärmeeindringkoeffizienten wie z. B. Metalle werden als besonders kalt empfunden, wenn ihre Temperatur unter derjenigen der Haut liegt. Stoffe mit niedrigem Wärmeeindringkoeffizienten wie z. B. Holz oder Dämmstoffe werden hingegen bei derselben Temperatur als wärmer empfunden. A 5.3

VOC-Emissionen in der Raumluft Wird die Konzentration der Raumluftemission gemessen, um diese zu bewerten, spricht man meist von TVOC (total volatile organic compounds). Hierbei handelt es sich um einen Summenwert aller in der Raumluft gemessenen VOCs. Dieser Wert unterscheidet nicht zwischen gesundheitsgefährdenden, allergenisierenden, geruchsbelästigenden oder gesundheitlich unbedenklichen Stoffen, was eine toxikologische Beurteilung erschwert. Der in der Raumluft gemessene TVOC-Wert wird nach einer Richtlinie des Umweltbundesamts in fünf Stufen eingeteilt (Abb. A 5.2), denen dann jeweils eine hygienische Beurteilung sowie Handlungsempfehlungen zugeordnet sind. Die einzuhaltenden Werte für VOCs in der Raumluft können bei den verschiedenen Zertifizierungsrichtlinien (z. B. BNB, DGNB, LEED, HQE, NaWoh etc.) differieren. Vor jeder Baumaßnahme sollte die zu erreichende Qualitätsstufe für die Innenraumlufthygiene anhand von Zertifizierungssystemen und /oder Werkvertragsbedingungen festgelegt werden. VOC-Einzelrichtwerte in der Raumluft Um die Raumluftkonzentration einzelner VOCs zu bewerten, kann z. B. die Richtwerteempfehlung (Abb. A 5.5, S. 32) des AIR (Ausschuss für

Abkürzung

Bezeichnung

Siedepunkt [°C]

Beispiele

VVOC

very volatile organic compounds (sehr leicht flüchtige organische Verbindungen)

0 bis 50 (-100)

Formaldehyd, Aceton, Acetaldehyd

VOC

volatile organic compounds (leicht flüchtige organische Verbindungen)

50 bis (-100) bis 240 (-260)

viele Lösungsmittel, wie z. B. Styrol, Xylol

SVOC

semi volatile organic compounds (mittel bis schwer flüchtige organische Verbindungen)

240 (-260) bis 380 (-400)

Weichmacher, Biozide, Flammschutzmittel, PCB

POM

particulate organic matter (partikelgebundene organische Verbindungen)

> 380

PAK aus Bitumenbaustoffen

MVOC

microbial volatile organic compounds (mikrobiell erzeugte organische Verbindungen, durch Schimmelpilze und Bakterien)

im VOC-Bereich

unterschiedlichste Substanzen und Substanzklassen

1,6

Beton

gibt Ausschlusskriterien an, bei denen ein Bauprodukt nicht verwendet werden darf.

Hat ein Gas / Stoff einen hohen Siedepunkt, ist es/er schwerer flüchtig und wird langsamer über einen längeren Zeitpunkt an die umgebende Luft abgegeben. Ein Gas / Stoff mit einem niedrigen Siedepunkt ist leicht flüchtig und wird daher schneller in kurzer Zeit abgegeben. Werte analog der Einteilung der WHO. A 5.4

31

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus

Substanz / Substanzklasse

Richtwert

Bemerkung

bicyclische Monoterpene 1)

RW I = 0,2 mg/m3 RW II = 2 mg/m3

Ad hoc AG (2003) 5)

monocyclische Monoterpene 2)

RW I = 1 mg/m3 RW II = 10 mg/m3

Ad hoc AG (2010) 5)

gesättigte acyclisch aliphatische C4- bis C11-Aldehyde

RW I = 0,1 mg/m3 RW II = 2 mg/m3

Ad hoc AG (2009) 5) 3

Innenraumrichtwerte, vormals Ad hoc AG) vom Umweltbundesamt in der jeweils aktuell gültigen Form herangezogen werden [6]. Formaldehyd

5)

2-Furaldehyd (Furfural)

RW I = 0,01 mg/m RW II = 0,1 mg/m3

Ad hoc AG (2011)

Benzaldehyd

RW I = 0,02 mg/m3 RW II = 0,2 mg/m3

Ad hoc AG (2010) 5)

Formaldehyd

0,1 ppm 3) / 0,124 mg/m3 0,08 ppm 4) / 0,1 mg/m3 0,08 ppm / 0,1 mg/m3

Bundesgesundheitsamt (1977) WHO (2010) AIR bestätigt den WHO-Richtwert von 2010 für Formaldehyd (2016)

Leitsubstanz α-Pinen Leitsubstanz D-Limonen 3) bestätigt im Jahr 2006 durch Ad hoc AG 4) definiert für Kurz- und Langzeitexposition 5) März 2015 wurde die Ad hoc AG in »Ausschuss für Innenraumrichtwerte« (AIR) umbenannt • RW II = Richtwert II (Gefahrenrichtwert): stellt die Konzentration eine Stoffs in der Innenraumluft dar, bei deren Erreichen / Überschreitung unverzüglich Handlungsbedarf besteht. • RW I = Richtwert I (Vorsorgerichtwert): bezeichet die Konzentration eines Stoffs / Stoffgruppe in der Innenraumluft, bei der im Rahmen einer Einzelstoffbetrachtung nach gegenwärtigen Kenntnisstand keine gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu erwarten sind. RW I sollte das Sanierungsziel sein und möglichst nicht unterschritten werden. Bei Werten zwischen I und II besteht Handlungsbedarf. • Die Richtwerte beinhalten keine Aussage über mögliche Kombinationswirkungen verschiedener Substanzen. A 5.5 1) 2)

Holzart

Formaldehydkonzentration 1 ppb = 0,001 ppm = 1,25 μg/m3 bei 20 °C und 1013 hPa

Buche

2 – 3 ppb

= 0,002 – 0,003 ppm

Eiche

4 – 9 ppb

= 0,004 – 0,009 ppm

Douglasie

4 – 5 ppb

= 0,004 – 0,005 ppm

Fichte

3 – 4 ppb

= 0,003 – 0,004 ppm

Kiefer

3 – 5 ppb

= 0,003 – 0,005 ppm

Vergleich: Grenzwert bei E1 »Bauprodukt« = 0,1 ppm A 5.6

Folgende Leime enthalten Formaldehyd: • Harnstoff-Formaldehyd (UF) • Melamin-Formaldehyd (MF) • Melamin-Harnstoff-Formaldehyd (MUF) • Melamin-Harnstoff-Phenol-Formaldehyd (MUPF) • Phenol-Formaldehyd (PF) Die Holzwerkstoffe, die Aminoplastleime enthalten (UF, MF, MUF), neigen am stärksten zur Formaldehydabgabe. Diese Emissionen dauern oft über Jahrzehnte an und schwanken je nach Raumklima: Je wärmer und feuchter, desto mehr Formaldehyd entweicht aus den Platten. alternativ verwendete Leime: • PMDI / PUR A 5.7

Holzwerkstoff

Bindemittel

Harzanteil

Spanpatten

Harnstoff-Formaldehydharze (UF) modifizierte Melamin-Formaldehydharze (MUF + MUPF) Phenol-Formaldehydharze (PF) Polymeres Diphenylurethan-Diisocyanaten (PMDI)

5 bis 20 %

MDF-Platten (Mitteldichte Faserplatten)

Harnstoff-Formaldehyd (UF) modifizierte Melamin-Formaldehydharze (MUF) Phenol-Formaldehydharze (PF) Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)

8 bis 13 %

Holzfaserplatten (soft board)

Polyurethan (PUR)

0,5 bis 3 %

OSB-Platten (oriented strand board)

Phenol-Formaldehydharze (PF) modifizierte Melamin-Formaldehydharze (MUF) Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)

5 bis 10 %

Furniersperrholz

Phenol-Formaldehydharze (PF) modifizierte Melamin-Formaldehydharze (MUF)

10 bis 20 % A 5.8

Zur Einteilung von Holzwerkstoffen nach der Menge des freigesetzten Formaldehyds haben sich folgende Bezeichnungen durchgesetzt: Emissionsklasse E 1 Emissionsklasse E 1 plus Emissionsklasse E 0

[μg/m3]

[ppm]

= 124

= 0,1 1)

= 80

= 0,065

keine Formaldehydabgabe, aber häufig PU-Kleber mit Isocyanaten

RAL UZ 76 / RAL UZ 38

= 60

= 0,05

natureplus e. V.

= 36

= 0,029

1)

gemessen in Prüfkammer mit EN 717-1 A 5.9

32

Das oft genannte Formaldehyd gehört aufgrund seines geringen Siedepunkts nicht zur Gruppe der VOCs, sondern zur Gruppe der VVOCs (sehr flüchtige Verbindungen). Immer wieder ist Formaldehyd in den Fokus der Diskussion geraten, weil es jahrzehntelang im Verdacht stand, gesundheitsschädigend zu wirken. In der EU wird Formaldehyd seit Beginn 2016 in der Kategorie 1B als krebserregend im Tierversuch eingestuft. Formaldehyd ist in geringen Mengen auch in natürlichem Holz vorhanden und kann emittiert werden. Aufgrund des geringen Umfangs handelt es sich hierbei um nicht gesundheitsschädliche Mengen (Abb. A 5.6). Bei der Herstellung von Holzwerkstoffen, Dämmmaterialien, Farben, Reinigungsmitteln etc. wird Formaldehyd als Komponente für Bindemittel wie z. B. Leimprodukte (Abb. A 5.7 und A 5.8) verwendet.

A 5.5

beispielhafte Innenraumluftrichtwerte für Substanzen mit möglicher Relevanz für Holz und Holzprodukte A 5.6 Formaldehydemission von natürlichem Holz A 5.7 »Informationskasten« zu Leimen A 5.8 Holzwerkstoffe und der Anteil formaldehydhaltiger Bindemittel A 5.9 Einteilung der Emissionsklassen A 5.10 Richtwerte für Formaldehyd in der Innenraumluft (Stand Nov. 2016) A 5.11 TVOC verschiedener Holzarten

Formaldehydemissionen bei Bauprodukten Seit den 1980er-Jahren sind die Formaldehydemissionen aus Bauprodukten in Deutschland geregelt. Die damals gültige Chemikalien-Verbotsverordnung schrieb vor, dass die Emissionen z. B. aus einem Bauprodukt, das mit der Innenraumluft in Kontakt steht, eine Ausgleichskonzentration von 0,1 ppm (= 0,124 mg/m3 = 124 μg/m3) unter definierten Prüfbedingungen nicht überschreiten darf. Dieses Produkt wird mit der Emissionsklasse E1 (Abb. A 5.9) deklariert und kann als formaldehydarm bezeichnet werden. 1994 wurde diese Verordnung von der DiBtRichtlinie 100 (»Richtlinie über die Klassifizierung und Überwachung von Holzwerkstoffplatten bezüglich der Formaldehydabgabe«) abgelöst. Die dort definierte Anforderung ist dann von der EU übernommen worden. Auch in dem in Deutschland eingeführten AgBB-Schema zur Überprüfung von Einzelrichtwerten von VOCs wird zusätzlich seit 2015 der Wert von 0,08 ppm (= 0,1 mg/m3 = 100 μg/m3) für die Konzentration von Formaldehyd in Baustoffen mitbewertet. Die neue Formaldehydklasse E1plus mit einem Formaldehydgrenzwert von 0,065 ppm (= 0,08 mg/m3 = 80 μg/m3) ist derzeit Diskussionsgegenstand im Normenausschuss der DIN EN 13 986. Besondere Gütesiegel wie z. B. der Blaue Engel legen für Formaldehydemissionen in Bauprodukten geringere Richtwerte fest: Der Richtwert von 0,05 ppm (= 0,06 mg/m3 = 60 μg/m3) gilt als besonders formaldehydarm (Abb. A 5.9). Die Holzindustrie orientiert sich bereits an diesen niedrigen Werten und bietet eine Vielzahl von Produkten an, deren Formaldehydabgabe den derzeitigen Wert der Emissionsklasse E1 von 0,1 ppm (= 0,124 mg/m3 = 124 μg/m3) deutlich unterschreitet.

Folgende Richtwerte für Formaldehyd in der Innenraumluft können angenommen werden (Stand: Nov. 2016) WHO

100 μg/m3 (30 Min.)

= 0,08 ppm

3

Österreich

100 μg/m Kurzzeit (30 Min.) 60 μg/m3 Langzeit (24 Std.)

= 0,08 ppm = 0,05 ppm

Schweiz

125 μg/m3

= 0,1 ppm

SER [μg m-2h-1]

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus

4000

3700

3500 3000 2500 2000

3

Frankreich

50 μg/m Kurzzeit (2 Std.) 10 μg/m3 Langzeit

= 0,04 ppm = 0,008 ppm

Deutschland

100 μg/m3

= 0,08 ppm

1400

1500 1000 500

Zertifizierung nach BNB, DGNB, NaWoh

3

< 60 μg/m = volle Punktzahl (Zielwert) > 120 μg/m3 = nicht zertifizierbar (Grenzwert)

0

30 Esche

30 Buche

20 Ahorn

110

210

Birke

Eiche

60 Kirsche

A 5.10

Formaldehyd in der Innenraumluft Auch wenn die Verwendung von formaldehydarmen Bauprodukten (z. B. der Klassifizierung E1) eine wesentliche Voraussetzung für eine geringe Schadstoffkonzentration in der Innenraumluft darstellt, müssen bei der Planung auch die folgenden Einflussfaktoren berücksichtigt werden: • Menge des verbauten Materials • Raumluftvolumen • Luftwechselrate • Raumlufttemperatur (bzw. Umgebungstemperatur, z. B. in der Nähe einer Heizung oder durch Sonneneinstrahlung etc.) • Luftfeuchte • Oberflächenbehandlungen • Reinigungsmittel In einzelnen Ländern der EU gibt es unterschiedliche Richtwerte für die Formaldehydkonzentration in Innenräumen (Abb. A 5.10). Die WHO empfiehlt einen Richtwert von 0,08 ppm (= 0,1 mg/m3 = 100 μg/m3). Dieser Vorgabe hat sich in Deutschland der Ausschuss für Innenraumrichtwerte (AIR) 2016 angeschlossen. Zusätzlich gibt es – wie bei den Raumluftwerten für VOCs – auch für Formaldehydkonzentrationen in der Raumluft verschiedene Zertifizierungssysteme mit unterschiedlichen Richtwerten, die zur Orientierung herangezogen werden können. Beispielsweise fordert eine Zertifizierung nach BNB (Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, BN_313-2) Innenraumluftwerte von maximal 120 μg/m3 Formaldehyd. Bei 60 μg/m3 wird im Zertifizierungssystem die volle Punktzahl erreicht. Dabei ist es selbst im Bereich 60 μg/m3 – 20 μg/m3 möglich, dass es bereits zu Befindlichkeitsstörungen kommt. Da aber immer ein Luftgemisch eingeatmet wird, sind in diesem Mengenbereich durchgeführte Untersuchungen eher spekulativ.

Einflüsse durch natürlich belassenes Holz Raumluftemissionen aus naturbelassenen Holzbauteilen erreichen in der Regel keine gesundheitsgefährdenden Konzentrationen.

Kiefer

Fichte

(SER = spezifische Emissionsrate) A 5.11

VOC

VOC-Emissionen

Der typische Geruch von frischem Nadelholz (z. B. Kiefer, Fichte, Lärche, Zirbe) ist auf Terpene, ein natürliches Lösungsmittel, zurückzuführen, der Geruch von Laubholz auf Aldehyde und Carbonsäuren (z. B. Essigsäure). Terpene und Aldehyde gehören beide zu den VOCs. Der Anteil der TVOCs hängt von der Holzart (Abb. A 5.11) und den Verarbeitungsbedingungen, wie z. B. der Temperatur bei der Holztrocknung, ab [7]. Im Allgemeinen werden bei natürlich belassenen Hölzern keine gesundheitsgefährdenden Konzentrationen erreicht.

Wie bei natürlich belassenem Holz können auch bei Konstruktionshölzern die holzeigenen, natürlichen Lösungsmittel an die Innenraumluft abgegeben werden, wenn sich die Konstruktion innerhalb der luftdichten Ebene befindet.

Formaldehyd

Formaldehyd ist in natürlich belassenem Holz vorhanden und kann schon bei schwachen Konzentrationen wahrgenommen werden. Die geringen Mengen, die naturbelassenes Holz emittiert, sind aber toxikologisch unbedenklich [8]. Durch bestimmte Fertigungsprozesse wie z. B. bei Trocknungs- und Heißpressvorgängen sowie durch Thermobehandlungen kann in geringem Maße weiteres Formaldehyd gebildet und freigesetzt werden. Sensibilisierte Personengruppen

In Einzelfällen können Chemikaliensensitive oder Allergiker auf diese natürlichen Emissionen von VOCs und Formaldehyd reagieren. Leider differieren die holzeigenen Emissionen nicht nur von Holzart zu Holzart, sondern sogar innerhalb eines Baumstamms, was eine zuverlässige Deklaration bei diesem Naturprodukt erschwert. Wird für eine sensibilisierte Personengruppe gebaut, gilt auch hier: Genaue Zielwerte sowie den Fertigungsprozess betreffende Handlungsanweisungen müssen schon während der Planung und auch später bei der Produktauswahl vorgegeben werden.

Einflüsse durch verklebte Konstruktionshölzer Durch die Erfindung des Leimholzes [9] kam es zu weitreichenden, den Holzbau wesentlich beeinflussenden Materialentwicklungen. Verleimte Produkte aus Brettschichtholz, Brettsperrholz und Brettstapelelementen haben dem Holzbau zu neuen Dimensionen verholfen.

Formaldehydemissionen

Der für Konstruktionshölzer verwendete Leim enthält häufig ebenfalls Formaldehyd. Es können aber alternativ auch formaldehydfreie Leime wie PMDI und PUR benutzt werden. Im Allgemeinen kann bei den unterschiedlichen Konstruktionshölzern von folgenden Leimen und Leimanteilen ausgegangen werden [10]: • Brettschichtholz: Leimanteil ca. 1– 2 % (MUF oder PUR) • schichtverleimtes Vollholz (KVH): Leimanteil ca. 0,5 – 2 % (MUF oder PUR) • Brettsperrholz: Leimanteil ca. 1 % (MUF oder PUR) Ein längerer Abbindezeitraum z. B. bei zu formenden Brettschichtholz-Elementen kann die Verwendung von Leimen bedingen, die mit Formaldehydkomponenten hergestellt werden. Informationen hierzu sind bei den jeweiligen Herstellern zu erfragen.

Einflüsse durch Holzwerkstoffe Durch die Entwicklung sehr unterschiedlicher Holzwerkstoffe konnten einige der naturgegebenen Holzeigenschaften wie z. B. die Anisotropie (Richtungsabhängigkeit aufgrund der Faserstruktur des Holzes) homogenisiert werden, wodurch weitere Einsatzbereiche für Holzwerkstoffe erschlossen wurden. Der Holzbestandteil, der die Basis für die unterschiedlichen Holzwerkstoffe bildet, wird zunächst durch technische Aufteilungsprozesse (Sägen, Schälen, Zerspanen oder Zerfasern) unterschiedlich stark zerkleinert, um dann durch Zugabe von Bindemitteln (Leimen) wieder zusammengefügt zu werden. Der Zurichtungsgrad des Holzanteils der Holzwerkstoffplatten lässt eine grobe Angabe des Leimanteils zu. Dieser kann je nach Produkt und Einsatzzweck jedoch stark variieren (Abb. A 5.8).

33

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus

VOC-Emissionen

A 5.12 Vorsorgewert empfindliche Gruppen 0

Zielwert DGNB-BNB 500

Grenzwert DGNB-BNB

1000

3000

übliche Neubauten normaler Messbereich 1000 – 3000 mcg/m3

Gymnasium 116 – 447 mcg/m3

a Vorsorgewert empfindliche Gruppen 0

Zielwert DGNB-BNB 40

60

Grenzwert DGNB-BNB

83

120

übliche Neubauten normaler Messbereich 50 – 120 mcg/m3

Gymnasium 3

b

7,4 – 37 mcg/m

Vier Wochen nach Fertigstellung des Gymnasiums in Diedorf erfolgte eine Messung der Innenraumluft in ausgewählten Räumen. Dabei wurden die Indikatoren Formaldehyd und TVOC bestimmt. Folgende Werte wurden im Vergleich zu bestehenden Richtwerten ermittelt: • flüchtige organische Stoffe (TVOC) in der Innenraumluft: deutliche Unterschreitung von 3000 μg/m3 TVOC bei Messungen, als Zielwert galt 500 μg/m3, erreicht wurden 116 – 447 μg/m3 • Formaldehyd in der Innenraumluft: deutliche Unterschreitung des Formaldehyd-Richtwerts von 120 μg/m3, als Zielwert galt 60 μg/m3, erreicht wurden 7,4 – 37 μg/m3 A 5.13 Baustoff

relevante Emissionen

natürlich gewachsenes Nadelholz (Tanne, Fichte)

Terpene (α-Pinen), höhere Aldehyde (Hexanal), typischer Nadelholzgeruch

Strategie für gute Raumluftqualität

natürlich gewachsenes Laubholz (Eiche, Buche, Ahorn, Esche etc.)

arttypischer Holzgeruch

keine nötig

Brettschichtholz, schichtverleimtes Vollholz, Massivholzplatten, Brettsperrholzplatten

Holzanteil: Terpene (α-Pinen), höhere Aldehyde (Hexanal), typischer Nadelholzgeruch ggf. Formaldehydemissonen aus Klebstoffsystem

Holzanteil: keine nötig Klebstoffsystem: • bei formaldehydfrei verleimten Produkten keine nötig • bei formaldehydhaltigen Klebstoffen Angaben der Hersteller einholen

OSB-Platten

Holzanteil (meist hoher Kiefernanteil): Terpene (α-Pinen), höhere Aldehyde (Hexanal), starker Nadelholzgeruch ggf. Formaldehydemissonen aus Klebstoffsystem

Spanplatte

Holzanteil: Terpene (α-Pinen), höhere Aldehyde (Hexanal), typischer Nadelholzgeruch ggf. Formaldehydemissonen aus Klebstoffsystem

Mitteldichte Faserplatte (MDF)

Holzanteil: Terpene (α-Pinen) und höhere Aldehyde (Hexanal), z. T. auch Furfural, schwacher Nadelholzgeruch ggf. Formaldehydemissonen aus Klebstoffsystem

Sperrholz (Birke)

Holzanteil (Birke): Essigsäure (Acetat), Essigsäurealdehyd (Acetaldehyd), Essigsäuregeruch ggf. Formaldehydemissonen aus Klebstoffsystem

Formaldehydemissionen

Die mögliche Formaldehydemisson bei Holzwerkstoffen ist primär auf zwei Faktoren zurückzuführen. Zum einen auf Zusatzstoffe wie formaldehydartige Leime (Abb. A 5.7, S. 32), zum anderen kann durch thermische, hydrolytische und /oder oxidative Prozesse zusätzliches Formaldehyd gebildet und freigesetzt werden. Obwohl seit etwa 2001 viele Hersteller von Holzwerkstoffplatten zu PUR-basierenden Leimen gewechselt haben, werden gegenwärtig rund 40 % des weltweit hergestellten Formaldehyds in der Holzindustrie verarbeitet und für die verschiedenen Kleb- und Zusatzstoffe eingesetzt [11]. Dieser zusätzlich in den Baustoff eingebrachte Anteil kann z. B. durch formaldehydfreie (PUR-verklebte) Bauteile vermieden werden, sofern dies von der Verarbeitbarkeit her möglich ist. Entsprechende Informationen und Nachweise zu den Komponenten inklusive der zu erwartenden Emissionen sollten frühzeitig beim Hersteller angefordert werden. Einbausituation und Verarbeitung von Holzwerkstoffplatten

Holzanteil: keine nötig. Bei großflächiger Verwendung können bei empfindlichen Personen Geruchsbelästigungen auftreten. Klebstoffsystem: • bei formaldehydfrei verleimten Produkten keine nötig • bei formaldehydhaltigen Klebstoffen Angaben der Hersteller einholen

A 5.14

34

Durch die Zerkleinerung des Holzanteils wird die emittierende Oberfläche des Rohmaterials vergrößert, wodurch in Abhängigkeit von der Holzart (Abb. A 5.11, S. 33) die Möglichkeit besteht, dass mehr holzeigene VOCs freigesetzt werden. Herstellungsspezifische Vorgänge wie z. B. das Erhitzen und Pressen können einen zusätzlichen Einfluss auf die Emissionen haben: • Die Terpenemissionen sinken mit steigender Temperatur und Einwirkdauer, da sich diese als Holzinhaltsstoffe im Prozess verflüchtigen. • Bei Aldehyden treten andere Effekte auf, da sie erst im Anschluss gebildet werden. Aldehyddemissionen nehmen mit der Temperatur zu. Herstellerangaben geben hierzu näher Auskunft.

Erhöhte Formaldehydkonzentrationen in der Raumluft können somit aus Holzwerkstoffen resultieren, die sich als Oberflächen der Konstruktionsbauteile innerhalb der Luftdichtheitsebene oder als Einrichtungsmobiliar im Raum befinden. Im Handel erhältliche Holzwerkstoffplatten müssen in einem Prüfverfahren hinsichtlich der Formaldehydkonzentration mindestens die Emissionsklasse E1 erfüllen. Hierbei handelt es sich um einen gesetzlich vorgeschriebenen Mindeststandard, der nicht mit der Bezeichnung »formaldehydfrei« gleichzusetzen ist. Die Verwendung von E1-klassifzierten Produkten ist noch kein Garant dafür, dass der in Deutschland vom AIR bestätigte Richtwert für die Formaldehydkonzentration in Innenräumen von 0,08 ppm (= 0,1 mg/m3 = 100 μg/m3) auch in jedem Innenraum eingehalten werden kann. Dies ist abhängig von der Raumgröße, der Menge des verbauten Plattenmaterials, des Luftwechsels und des Innenraumklimas (Feuchte, Temperatur etc.).

Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus

A 5.12 Klassenraum, Gymnasium Diedorf (DE) 2015, Architekten Hermann Kaufmann / Florian Nagler Architekten A 5.13 Probemessungen der Raumluftemissionen, Gymnasium Diedorf a Vergleich der TVOC-Messung des Gymnasiums in Diedorf mit üblichen Neubauten b Vergleich der Formaldehyd-Messung des Gymnasiums in Diedorf mit üblichen Neubauten A 5.14 Strategien für gute Raumluftqualität

Beschichtungen auf Holzwerkstoffplatten können als Diffusionssperre dienen und die Emissionen von Formaldehyd deutlich senken. Aus diesem Grund dürfen beschichtete Platten den E1-Wert vor dem Beschichten auch überschreiten. Offene Bohrlöcher beispielsweise für Akustikplatten sowie nicht beschichtete Kanten können wiederum die Emission verstärken, da sich dadurch die emittierende Oberfläche vergrößert. Zusätzlich besteht bei Mehrschichtplatten die Gefahr, dass durch Bohrungen innen liegende Leimschichten angebohrt werden, die Formaldehyd enthalten. Oberflächenbehandelte Baustoffe (beschichtet, geölt, gewachst und lackiert) enthalten mitunter neben den allgemeinen Lösungsmitteln (TVOCs) auch schwer flüchtige Stoffe wie Phthalate oder Flammschutzmittel, die sich ebenfalls negativ auf das Raumklima und die Raumluftqualität auswirken können. Entsprechende Angaben zu diesen Zusatzstoffen sollten beim Hersteller in Form eines Emissionsnachweises unbedingt angefragt werden, um sicherzugehen, dass mit den zu erwartenden Ausdünstungen in der speziellen Einbausituation und mit der handwerklichen Bearbeitung der Platten die anvisierten Raumemissionswerte eingehalten werden.

Strategien Nachdem keine einheitlichen Richtlinienvorgaben existieren, sollten die bei einer Baumaßnahme anzustrebenden Richtwerte für die Emissionskonzentrationen in der Raumluft (z. B. UBA, DGNB, BNB, LEED etc.) wie auch für die Emissionswerte der Bauprodukte selbst (z. B. E1, E1plus, AgBB-Schema, Blauer Engel, natureplus.org, Ecolabel, Nordic swan, EUUmweltblume etc.) vor Beginn der Planung festgelegt werden. Um mit der Auswahl emissionsarmer Produkte relativ niedrige Emmissionskonzentrationen an VOCs und Formaldehyd sicherzustellen, gilt es, die folgenden Schritte zu beachten: • Die Herstellerangaben der Bauprodukte sollten auf Risikostoffe überprüft und die Planung im Hinblick auf die Konstruktionsweise

•

•

•

•

•

und den Schichtenaufbauten etc. darauf abgestimmt werden. In der Ausschreibung sind genaue Angaben zu den gewünschten Qualitätswerten zu definieren. Vor Beginn der Arbeiten sollten die einzelnen Qualitäten der Bauprodukte anhand einer umfassenden Dokumentation mit Zulassungen, Konformitätsdokumenten, Prüfzeugnissen, Umweltproduktdeklarationen etc. durch die ausführenden Firmen geprüft und durch den Planer freigegeben werden. Auf der Baustelle muss der Einsatz der freigegebenen Bauprodukte kontrolliert und der nicht gelisteten Bauprodukte verboten werden. Abschließende Raumluftmessungen (TVOC und Formaldehyd) sollten die Erreichung der zuvor gesetzten Richtwerte bestätigen (siehe Beispiel Schmuttertal-Gymnasium, Abb. A 5.13). Eine sichere Einhaltung der Qualitätsziele für die Innenraumluft ergibt sich, wenn ein Lüftungskonzept vorhanden ist, das auch nachweislich in realen Nutzungssituationen funktioniert.

Fazit Eine exakte Prognose, welche Luftschadstoffkonzentrationen im geplanten Gebäude zu erwarten sind, ist aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge nicht möglich. Beim Neubau des Schmuttertal-Gymnasiums Diedorf, bei dem die zuvor genannten Strategien angewendet wurden, treten extrem niedrige VOC- und Formaldehydkonzentrationen auf, obwohl hier die gesamte Primärkonstruktion aus sichtbar belassenen Brettschichtholzelementen, die Gebäudehülle innenseitig mit OSB-Platten beplankt und der gesamte Innenausbau mit sichtbar belassenen Dreischichtplatten ausgeführt wurde. Entscheidend ist die sorgfältige Auswahl aller Komponenten bis hin zu den Anstrichen und Klebstoffen. Messungen zur Innenraumlufthygiene nach der Fertigstellung des Gymnasiums haben die Unterschreitung der BNB-Zielwerte und sogar des Vorsorgewerts für empfindliche Gruppen nachgewiesen (A 5.13) [12]. Abschließend lässt sich sagen, dass der Holz-

bau bei sorgfältiger Durchführung und Auswahl aller Komponenten unbedenklich im Zusammenhang mit der Schadstoffbelastung der Raumluft ist, wobei immer zwischen den Emissionen aus dem Naturprodukt Holz und den Emissionen aus den technisch zugeführten Zusatzstoffen unterschieden werden muss. Weitere wissenschaftliche Untersuchungen zur sogar positiven Wirkung von Holz auf Klima und Nutzer von Innenräumen sind in Bearbeitung.

Anmerkungen: [1] Teischinger, Alfred: Interaktion Mensch und Holz. Wien 2012. Teischinger, Alfred: Mensch und Holz – Eine Wechselbeziehung an ausgewählten Beispielen. In: Holzbautage Innsbruck 2012. Tagungsband. Innsbruck 2012 [2] ebd. [3] Evaluation der Auswirkungen eines Zirbenholzumfeldes auf Kreislauf, Schlaf, Befinden und vegetative Regulation. Hrsg. vom Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH, Institut für Nichtinvasive Diagnostik. Weiz 2003 [4] Schule ohne Stress. Hrsg. vom Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH, Institut für Nichtinvasive Diagnostik. Weiz 2007 [5] Forschungsprojekt HOMERA – Gesundheitliche Interaktion Holz – Mensch – Raum, TU München 2016 – 2017 [6] Tabelle der aktuellen Einzelrichtwerte RWI und RWII, UBA: http://www.umweltbundesamt.de/themen/gesundheit/kommissionen-arbeitsgruppen/ausschussfuer-innenraumrichtwerte-vormals-ad-hoc, Stand 11.08.2016 [7] Paulitsch, Michael; Barbu, Marius Catalin: Holzwerkstoffe der Moderne. Leinfelden-Echterdingen 2015 [8] Marutzky, Rainer: Aspekte der Wohngesundheit beim Bauen mit Holz- und Holzwerkstoffen. In: Bauen mit Holz, 07– 08/ 2010, S. 38ff. Mersch-Sundermann, Volker: Gesundheitliche Bedeutung von VOC in Innenräumen. Forum Holz / Bau / Energie, Köln 2008 Salthammer, Tunga; Marutzky, Rainer: Bauen und Leben mit Holz. Informationsdienst Holz. Berlin 2013 [9] Die Erfindung des Leimholzes (Brettschichtholz) erfolgte 1906 durch Otto Hetzer [10] Quelle: Thünen-Institut, Lignatec (Lignum) sowie Wecobis [11] Holzmann, Gerhard; Wangelin, Matthias; Bruns, Rainer: Natürliche und pflanzliche Baustoffe. 2. Aufl., Wiesbaden 2012 [12] Prüfbericht Schmuttertalgymnasium Diedorf zu VOCund Formaldehydmessungen aus dem Jahr 2015

35

Teil B

Abb. B

Tragwerk

1

Struktur und Tragwerk Vom Stab zur Fläche Kombinationen von Bauelementen Materialkombinationen Tragwerksplanung im Holzbau Holzbau im Vergleich Fazit

38 39 41 41 44 44 49

2

Bauteile und Bauelemente Brettstapelwand Tafelbauwand Brettsperrholzwand Furnierschichtholzwand Träger Brettstapeldecke Balkendecke Kastendecke Brettsperrholzdecke Furnierschichtholzdecke Holz-Beton-Verbunddecke Vergleich Holzbauelemente

50 51 52 54 55 56 57 58 60 62 63 64 66

Tragwerk aus Buchen-Furnierschichtholz, Bürogebäude, Augsburg (DE) 2015, lattkearchitekten

37

Struktur und Tragwerk Hermann Kaufmann, Wolfgang Huß, Stefan Krötsch, Stefan Winter

B 1.1

B 1.1 B 1.2 B 1.3

38

Illwerke Zentrum Montafon, Vandans (AT) 2013, Architekten Hermann Kaufmann vom Stab zur Fläche vom Stab zur Fläche: Massivholz- und Leichtbauelemente

»Das Grundelement des aktuellen Holzbaus ist konsequenterweise nicht mehr der Stab, sondern die Platte« [1]. Mit dieser Aussage erklärte der Schweizer Architekt Andrea Deplazes bereits im Jahr 2000, dass sich der Holzbau hin zu einer »Platten-Tektonik« entwickeln werde. Tatsächlich haben technische und konstruktive Innovationen um die Jahrtausendwende den Holzbau grundlegend verändert. Einerseits sind in dieser Zeit einige wegweisende Entwicklungen im Materialbereich zu verzeichnen, andererseits waren die Rahmenbedingungen günstig, bereits bekannte Konstruktionen aufzugreifen, weiterzuentwickeln und neuen Anwendungen zuzuführen. Am eindrücklichsten für einen epochalen Wandel im Holzbau stehen die Erfindung und Verbreitung von Brettsperrholz und Furnierschichtholz. Nicht nur die Inhomogenität und die Anisotropie (Richtungsabhängigkeit) aufgrund der Faserstruktur des Holzes sind minimiert, sondern gleichzeitig entstehen so leistungsfähige, präzise berechenbare plattenförmige Baustoffe mit Abmessungen, die nur durch die Gegebenheiten der Fertigungsmechanik begrenzt sind. Doch auch die Verwendung weniger homogenisierter Holzwerkstoffe kann zu ähnlichen Ergebnissen führen, wenn die Einzelteile so zu Bauelementen gefügt sind, dass die erwünschten Eigenschaften des Holzes optimal Anwendung finden. In Kastenelementen beispielsweise erzeugen stabförmige Rippen mit einer plattenförmigen Beplankung eine statische Verbundwirkung, die nicht nur die notwendige Bauteilhöhe sowie die Rippenquerschnitte reduziert, sondern auch punktuelles Auflagern und Formstabilität ermöglicht. Faserwerkstoffe wie die in den USA bereits ab den 1950er-Jahren entwickelte OSB-Platte und andere Plattenwerkstoffe (siehe »Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe«, S. 18ff.) wurden verstärkt ab den späten 1980er-Jahren in Europa eingesetzt und stehen inzwischen als standardisierte Produkte zur Verfügung. Sie erlaubten die Weiterentwicklung des Tafelbaus als weitgehend vorfertigbare und technisch sehr zuverlässige Bauweise. Brettstapelkonstruktionen sind bereits seit den

1930er-Jahren bekannt. Die entscheidende Weiterentwicklung dieser Bauweise ist der Ersatz der ursprünglichen Vernagelung einzelner Brettlamellen durch Verbindungen mit Dübelstangen aus Hartholz oder mit Nägeln aus Aluminium. Damit lassen sich die Brettstapelelemente wie Massivholz werkzeugschonend bearbeiten. Ergänzend dazu werden heute auch häufig geklebte Brettstapelelemente aus industriell hergestelltem Brettschichtholz verwendet. Wiederentdeckt und neuen Aufgaben zugeführt wurden auch die Holz-Beton-Verbundkonstruktionen, für die es bereits in der Mangelzeit zwischen den Weltkriegen die erste Patentanmeldung gab, um die damals teuren Baustoffe Stahl und Beton in Decken auf ein Minimum zu reduzieren. Analog zu diesen technischen Errungenschaften hat sich auch das architektonische und konstruktive Erscheinungsbild des Holzbaus gewandelt: Geometrisch-hierarchische Gefüge wie Zangenkonstruktionen oder aufeinandergeschichtete Trägerlagen wurden abgelöst von flächigen Bauteilen, deren stabförmige Bestandteile ebenengleich angeordnet sind. Diese räumliche Kompaktheit der Konstruktion führt zu wesentlich einfacheren Bauteilanschlüssen, erweitert die Anwendungsfelder, begünstigt energieeffiziente Gebäudehüllen und erhöht die wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit. Antrieb und zugleich Folge dieses Epochenwandels im Holzbau ist die weitgehende Vorfertigung großer Elemente, unabhängig davon, ob es sich bei den zugrunde liegenden Einzelteilen um stab- oder plattenförmige handelt. Das verhältnismäßig geringe Gewicht und die Bearbeitbarkeit des Baustoffs bieten dafür die idealen Voraussetzungen. Außerdem ist die Vielseitigkeit von Holz vorteilhaft – es kann gleichzeitig dämmend, als Tragwerk, als Raumabschluss, innen wie außen als Bauteiloberfläche, stab- oder plattenförmig etc. zum Einsatz kommen. Damit eröffnen sich Möglichkeiten industrieller Fertigung (siehe »Produktion«, S. 138ff. und »Vorfertigung«, S. 142ff.) und digitaler Prozessketten (siehe »Planung«, S. 130ff.), die zukunftsweisende Alternativen hinsichtlich Gebäudequalität und Herstellungs-

Struktur und Tragwerk

Brettstapel /Blockbau

Tafelbau

Brettsperrholz / Furnierschichtholz

vertikale Bauelemente

Stütze

Brettstapel / Dielendecke

Rippendecke /Kastendecke

Brettsperrholz / Furnierschichtholz

horizontale Bauelemente

Träger / Balkenlage

B 1.2

Vom Stab zur Fläche

Massivholzelemente

Der zeitgenössische Holzbau kennt eine sehr große Vielfalt unterschiedlicher Bauteile und Produkte. Stellvertretend dafür sind in Abb. B 1.2 alltäglich verwendete Bauelemente anhand einer beispielhaften Auswahl dargestellt. Die Elemente bestehen einerseits aus massiven Holzwerkstoffen (Brettsperrholz, Furnierschichtholz), andererseits sind sie aus stabförmigen (Brettstapel, Blockbau) oder stab- und plattenförmigen Werkstoffen (Tafelbau, Kastendecke) zusammengesetzt. Entsprechend charakterisieren die statischen Eigenschaften der Bauelemente das linear wirkende Stabwerk oder die als Fläche wirkenden Holz-

werkstoffe. Der Übergang kann fließend sein, sodass sich im Vergleich ein Verlauf vom Stab zur Fläche einstellt. Dabei ist nicht nur die Zusammensetzung der Bestandteile ausschlaggebend, sondern vor allem deren Verbundwirkung. Während Massivholzelemente wie Brettstapeloder Blockbauwände statisch wie eine Aneinanderreihung einzelner Stäbe wirken und damit den linearen Eigenschaften ihrer Einzelteile entsprechen, erzeugt der Verbund zwischen Stabwerk und Beplankung von Tafel- und Kastenelementen flächige Bauteile, die gleichzeitig als Platte (Decke) und /oder Scheibe (Wand) beansprucht werden können.

Leichtbauelemente

Vom Stab zur Fläche

verfahren darstellen. Dieser neue Bauprozess könnte sich als noch prägender für die Entwicklung des Holzbaus erweisen als neue Werkstoffe. Und er beschränkt sich nicht auf einzelne Bauweisen wie den standardisierten Holztafelbau oder auf großformatige Massivholzbauteile, sondern lässt sich beispielsweise ebenso auf ökologisch optimierte, klebstofffreie Bauweisen anwenden (siehe »Gemeindezentrum in St. Gerold, S. 232ff.). Es ist daher sinnvoll, nicht einzelne Holzbaustoffe, sondern mehr oder weniger vorgefertigte Bauelemente als Grundelemente des Holzbaus wahrzunehmen, die sich nach ihren primären Anforderungen in horizontale und vertikale Elemente untergliedern lassen.

B 1.3

39

Struktur und Tragwerk

B 1.4 B 1.5

vertikale Bauelemente

B 1.6

Kombinationen verschiedener Bauelemente im Holzbau Erweiterung der Kombinationsmöglichkeiten auf andere Materialien – hier am Beispiel Holz-BetonVerbunddecke (Brettstapel mit Aufbeton) Hybridbauteil, Hybridbauweise und Hybridbauwerk

horizontale Bauelemente

Skelettbau

Massivholzbau (Brettstapel)

Tafelbau

Massivholzbau (Brettsperrholz) B 1.4

40

Struktur und Tragwerk

B 1.5

Sowohl Massivholzkonstruktionen als auch aus Stäben und Platten zusammengesetzte Elemente lassen sich wiederum gemäß ihrer konstruktiven Eigenschaften als jeweils eigene Abfolge vom Stab zur Fläche ordnen (Abb. B 1.3). Ausschlaggebend für ihre Wirkungsweise als flächiges Bauteil ist die Verbundwirkung der Einzelteile und nicht die Massivität oder Homogenität des Holzwerkstoffs.

Kombinationen von Bauelementen Das Fügen unterschiedlicher Bauelemente zu Mischkonstruktionen ist in der Praxis fast zum Normalfall geworden. Verschiedene Elemente im Gesamtsystem werden so kombiniert, dass ihre unterschiedlichen Eigenschaften den jeweiligen Anforderungen an das Bauteil am besten entsprechen (Abb. B 1.4). Je spezifischer und höher die Anforderungen sind, umso umständlicher und aufwendiger ist die Verwendung eines einheitlichen Bausystems für die gesamte Konstruktion. Eine systematische Einteilung des Holzbaus in durchgängige Konstruktionsmethoden wie Rahmen-/Tafelbau, Skelettbau und Massivholzbau erscheint vor diesem Hintergrund nicht mehr sinnvoll. Intelligente Kombinationen verschiedener Bauelemente ermöglichen dagegen maßgeschneiderte Lösungen in der Baupraxis sowie größtmögliche Entwurfsfreiheit. Eine gängige Kombination sind beispielsweise Außenwände in Holztafelbauweise und Decken sowie tragende Innenwände aus Brettstapel- oder Brettsperrholz, um die jeweiligen Vorteile der Elemente hinsichtlich Wärmeschutz einerseits und Schall- und Brandschutz andererseits zu nutzen (siehe »Schutzfunktionen«, S. 72ff.). Für Skelettkonstruktionen ist die Kombination mit flächigen Bauteilen seit jeher selbstverständlich, um die Konstruktion auszusteifen und Raumabschlüsse herzustellen. Ebenso selbstverständlich ist es, Konstruktionen aus Scheiben und Platten punktuell mit Trägern und Stützen zu ergänzen, um Öffnungen und Raumübergänge zu schaffen (Abb. B 1.4).

Materialkombinationen Das Kombinieren unterschiedlicher Materialien in Bauteilen, Bauwerken und Bauweisen verfolgt eine analoge Strategie: Durch Kombination der unterschiedlichen Eigenschaften verschiedener Materialien wird das Gesamtsystem optimiert (Abb. B 1.5). Im Holzbau ergibt sich daraus die Möglichkeit, materialimmanente Nachteile gezielt zu kompensieren, ohne Holzkonstruktionen grundsätzlich infrage zu stellen. Hybride Bauweisen erweitern entsprechend die Anwendungsbereiche von Holz und werden sich voraussichtlich in Zukunft noch wesentlich weiterentwickeln. Hybridbauten (von lat. hybrida: Mischling, Kreuzung) bilden in der Baugeschichte eher die

Regel als die Ausnahme. Im Holzbau sind seit jeher gemauerte Sockel- oder Erdgeschosse üblich. Bis zur flächendeckenden Einführung von Betondecken in den 1960er-Jahren war die Kombination von Holzbalkendecken und Wänden aus Mauerwerk in den europäischen Städten Standard. Heute werden im mehrgeschossigen Holzbau häufig Erschließungskerne (als Fluchtwege und zur Gebäudeaussteifung), Brandwände oder ganze Sockelgeschosse aus Stahlbeton in Kombination mit Holzkonstruktionen ausgeführt. Und immer öfter kommen Stahlbetonskelett- oder -schottbauweisen mit einer Gebäudehülle aus hoch wärmegedämmten Holztafelbauelementen zum Einsatz. Die Kombination der Materialien kann auf

B 1.6

41

Struktur und Tragwerk

a

b

Ebene des Bauwerks, der Bauweise und des Bauteils stattfinden (Abb. B 1.5, S. 41).

der Holz-Beton-Verbunddecke – wird eine oberseitige, druckbelastete Betonschicht mit einer unterseitigen, zugbelasteten Schicht aus Holz oder Holzwerkstoffen schubsteif verbunden, sodass ein leistungsfähiger statischer Gesamtquerschnitt entsteht. Im Vergleich zu einer reinen Holzkonstruktion ergeben sich aus der Materialkombination dabei folgende Vorteile: • Möglichkeit größerer Spannweiten • verbessertes Schwingungs- und Durchbiegungsverhalten durch die erhöhte Steifigkeit der Bauteile • Erhöhung der Brandsicherheit durch den Verguss mit Ortbeton, da auf diese Weise eine durchgehend nicht brennbaren Schicht und gute Rauchdichtheit sichergestellt ist

Holz und Beton

Da Beton einige komplementäre Eigenschaften zu Holz aufweist, u. a. eine vergleichsweise hohe Masse und die Nichtbrennbarkeit, ist die Kombination dieser beiden Materialien im mehrgeschossigen Bauen durchaus sinnvoll. Beim Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin (S. 170ff.) bestehen die Treppenhäuser aus Ortbeton. Im übrigen Gebäude werden massive Holzdecken und -wandbauteile mit Stahlträgern, Holzstützen und einer armierten Aufbetonschicht kombiniert (Abb. B 1.10). Beim vielleicht bekanntesten Hybridbauteil –

B 1.7

B 1.8

42

• verbesserter Schallschutz durch die Erhöhung der Bauteilmasse • Minimierung vertikaler Setzungen durch die Ausführung einer Spiegellagerung (vertikaler Lastabtrag der Wände über die Betonschichten; Abb. B 1.7 a) • Schutz der darunterliegenden Holzkonstruktionen durch die Aufbetonschicht – entweder während der Bauzeit (siehe »Illwerke Zentrum Montafon in Vandans«, S. 214ff.) oder bei inneren Leckagen Holz-Beton-Verbundkonstruktionen können im Vergleich zum reinen Holzbau zu einer Gewichtserhöhung führen, wenn nicht ohnehin aus Gründen des Schallschutzes die Masse

B 1.9

Struktur und Tragwerk

der Bauteile durch Auflasten erhöht werden muss (Abb. B 1.7 und B 1.10). Die Kombination von Erschließungskernen und einem Erdgeschoss aus Stahlbeton mit einem darüberliegenden Holzbau mit Holz-Beton-Verbunddecken (Abb. B 1.8) bietet verschiedene Vorteile: Im Erdgeschoss sind häufig durch komplementäre Nutzungen wie Läden oder Geschäftsräume andere Grundrisse und Spannweiten erforderlich. Außerdem liegt dadurch die Holzkonstruktion außerhalb des Bereichs von Spritzwassser und Bodenfeuchte, sodass sich bodengleiche Übergänge von innen nach außen unter Berücksichtigung des konstruktiven Holzschutzes ohne aufwendige Detaillierung herstellen lassen. Die Ausbildung der Rettungswege von den Fluchttreppenhäusern ins Freie und Feuerwehrdurchfahrten ist ohne besondere Brandschutzmaßnahmen gewährleistet. Treppen- und Aufzugsschächte aus Stahlbeton sind in Holzbauwerken aus Gründen der Aussteifung und des Brandschutzes durchaus sinnvoll, wenn auch nicht zwingend – wie das Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen (S. 211ff.) und die Wohnanlage Via Cenni in Mailand (S. 174ff.) zeigen. Aus der Kombination verschiedener Materialien in vertikalen Bauteilen ergeben sich allerdings auch Probleme: Der Aufbau betonierter Treppenhäuser, Aufzugsschächte oder ähnlicher Bauteile muss im Bauprozess in der Regel zuerst erfolgen und erhöht aufgrund von Trock-

nungszeiten und Schalungsarbeiten die Bauzeit erheblich. Außerdem unterscheiden sich die maßlichen Genauigkeiten und Setzungen bei Beton- und Holzbauten deutlich, sodass die Auflagerung der Decken am Stahlbetonschacht zusätzlichen Aufwand erfordert. Dagegen ist die Herstellung eines massiven Erdgeschosses, häufig in Verbindung mit einer Tiefgarage oder Unterkellerung, vergleichsweise unproblematisch. In diesem Fall erfolgt der Aufbau des Holzbaus ab der Erdgeschossdecke unabhängig und weitgehend ohne maßliche Zwänge. Beim Verwaltungsgebäude in Aalen (S. 211ff.) nehmen beispielsweise zwei Kerne aus Brettsperrholz die Treppenhäuser, den Aufzugsschacht und die Versorgungs-

schächte auf. Lediglich die Treppenläufe selbst bestehen aus Betonfertigteilen, die von den Holzbaumonteuren eingebaut wurden. So war die Montage geschossweise in der Präzision des Holzbaus und ohne Zusatzaufwand möglich. Holz und Stahl

Holz und Stahl wird häufig kombiniert, wenn punktuell hohe Lasten abzutragen sind (Abb. B 1.7 b). Stahlteile dienen beispielsweise als Verbindungselemente im Skelettbau, Stahlträger können in Kastenelemente oder andere Deckenelemente integriert sein, Stahlseile werden zur Vorspannung von Trägern oder Rahmenkonstruktionen eingesetzt.

B 1.7

verschiedene Möglichkeiten setzungsfreier Lastdurchleitung im Bereich des Deckenauflagers: a Anschluss Holz-Beton-Verbunddecke über Randbalken aus Beton an tragende Stützen. Querholzpressung in der vertikalen Lastabtragung hoher hybrider Holzbauten wird so verhindert. LifeCycle Tower (LCT ONE), Dornbirn (AT) 2012, Architekten Hermann Kaufmann b Anschluss Primärträger an Stützen über Stahlteile, Wohngebäude e 3, Berlin (DE) 2008, Kaden Klingbeil Architekten B 1.8 hybrides Holzbauwerk mit Holz-Beton-Verbunddecke B 1.9 hybrides Holzbauwerk mit Erdgeschoss und Fluchttreppenhaus aus Beton B 1.10 Kombination von massiven Holzdecken und -wandbauteilen mit Stahlträgern, Holzstützen und einer hier noch fehlenden Aufbetonschicht, Wohn- und Geschäftshaus c 13, Berlin (DE) 2013, Kaden Klingbeil Architekten B 1.10

43

Struktur und Tragwerk

a

b

Im Ingenieurholzbau ist das hybride Bauen mit Holz und Stahl, vor allem bei weitspannenden Tragwerken, seit jeher üblich. Firstknoten von Dreigelenkbindern werden ebenso aus Stahlteilen hergestellt wie massive Stahlauflager hochbelasteter Stützen. Verbindungen, die bei reinen Holzkonstruktionen zu großen Stabquerschnitten und Vorholzlängen führen, lassen sich durch Stahlteile geometrisch minimieren. In vielen zeitgenössischen Holzbauten werden partiell Stützen oder Träger aus Stahl mit Holzkonstruktionen kombiniert, um größere Spannweiten, deckengleiche Unterzüge oder schlankere Stützenquerschnitte zu ermöglichen (Abb. B 1.10, S. 43; siehe auch »Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin«, S. 170ff.). Gelegentlich wird auch ein Stahlskelett mit einer Sekundärkonstruktion aus Holz kombiniert (siehe »Reihenhäuser in München«, S. 190ff.). Im mehrgeschossigen Holzbau kommen Stahlbauteile häufig zur Durchleitung hoher Lasten zum Einsatz (Abb. B 1.11 h). Werden Stahlbauteile ins Holz integriert, übernimmt das umliegende Holz den Brandschutz für sie, sodass für eine ausreichende Feuerwiderstandsdauer kein Brandschutzanstrich des Stahls mehr nötig ist.

Plattenwirkung

c

d

B 1.11

Tragwerksplanung im Holzbau

Holzbau im Vergleich

Aufgabe der Tragwerksplanung ist es, die aufzunehmenden Beanspruchungen aus vertikalen Lasten wie Eigengewicht, Schnee und Verkehrslasten und aus horizontalen Lasten wie Wind, Erdbeben oder Imperfektionen (Schiefstellung) möglichst ressourceneffizient bis in den Baugrund abzuleiten. Es gilt also, statische Systeme zu entwickeln, die Lasten möglichst direkt weiterleiten und zwar mit geeigneten Querschnitten und Materialien. Je besser der Entwurf die Erfordernisse der Tragwerksplanung von Beginn an berücksichtigt, z. B. die Grundregeln der Aussteifung [2], als umso effizienter und konkurrenzfähiger gegenüber anderen Bauweisen wird sich das Holzbauwerk erweisen. Der Tragwerksplanung des Holzbaus wird häufig nachgesagt, sie sei – im Vergleich zu anderen Baumaterialien – sehr kompliziert. Bei näherer Betrachtung ist jedoch festzustellen, dass dieses (Vor-)Urteil allenfalls an mangelnder Erfahrung der Planer mit dem Holzbau liegt, es fehlt lediglich an Routine. Bei einem genaueren Vergleich der wesentlichen Baumaterialien zeigen sich viele Gemeinsamkeiten, vor allem aber lassen sich die Möglichkeiten des Holzbaus erkennen, verschiedene Systeme in sich zu vereinen.

Der Mauerwerksbau gilt als monolithische Bauweise allgemein als besonders einfach in der Berechnung. Tatsächlich trifft das aber nur zu, wenn man die Vereinfachungsregeln anwendet und genügend queraussteifende Wände zur Verfügung stehen wie z. B. im Einfamilienhausbau. Denn der Mauerwerksbau kann überwiegend Scheibenbeanspruchungen aufnehmen. Schlanke Mauerwerkspfeiler erfordern hingegen durchaus intensive Berechnungen. Sehr stark aufgelöste Strukturen wie Skelettbauten sind beispielsweise nur in Kombination mit Stahl oder Stahlbeton möglich. Die Brandschutznachweise lassen sich im Mauerwerksbau meist relativ einfach durch Tabellen erstellen. Der Stahlbau gleicht mit seiner sehr stark staborientierten Konstruktionsweise und in den Anschlüssen teilweise dem Holzbau (Schrauben, Schweißen bzw. Kleben), bei Plattenbeanspruchungen (Decken) bedient er sich wie der Mauerwerksbau meist Beton- oder Verbundbauteilen, ansonsten Trapezblechen und selten Trägerrostkonstruktionen. Durch die häufig dünnen Einzelbauteile der Tragwerkselemente ist insbesondere das Knicken und Beulen nachzuweisen, was einen nicht unerhebli-

Scheibenwirkung

kombinierte Beanspruchung als Platte und Scheibe B 1.12

44

Struktur und Tragwerk

e

f

chen Rechenaufwand verursacht. Das gilt auch für die Brandschutznachweise, die meist ergänzende Nachweise wie die Verwendung von Beschichtungen oder Bekleidungen erforderlich machen, da Stahl ab ca. 400 °C seine Festigkeit verliert. Der Stahlbetonbau erweist sich dagegen wie der Holzbau eher als Multitalent: Stabförmige Konstruktionen sind ebenso möglich wie Flächenbauteile als Platten oder Scheiben (Abb. B 1.12) [3]. Dabei lässt sich die gesamte eingangs vorgestellte Systematik vom Stab zur Fläche (Abb. B 1.2 und B 1.3, S. 39) auch auf den Stahlbetonbau übertragen. Als weitere Gemeinsamkeiten sind beim Umgang mit Stahlbeton und Holz deren anisotrope Eigenschaften zu berücksichtigen, beispielsweise die unterschiedliche, richtungsabhängige Belastbarkeit durch Zugkräfte, abhängig von der Faserrichtung im Holz bzw. von der Ausrichtung der Bewehrungslage im Beton, oder zeit- und feuchtebedingte Eigenschaften wie Kriechen und Schwinden. Beide Werkstoffe werden – abgesehen von unbewehrtem Massenbeton oder reinen Vollholzbauteilen – meist als Verbundwerkstoffe eingesetzt. Im Stahlbeton- und Holzbau besteht ebenso wie im Mauerwerks- und im Stahlbau die Möglichkeit, die Werkstoffeigenschaften den vorliegenden Anforderungen in einer großen Bandbreite anzupassen (z. B. Schwer- und Leichtbeton, kombiniertes Brettschichtholz). Der entscheidende Unterschied liegt im Fügen der Bauteile: Durch die kontinuierliche Bewehrungsführung und die Möglichkeit des späteren Vergusses entstehen im Stahlbetonbau häufig relativ einfache, homogene Verbindungen, beispielsweise beim Anschluss von Wand und Decke. Die Entkoppelung von Bauteilen erfordert hingegen eine Vielzahl von Sonderlösungen, beispielsweise Tronsolen im Treppenbau oder spezielle Einbauteile zur Herstellung wärmebrückenreduzierter Anschlüsse von Balkonplatten. Einen gewissen Hinweis auf die Komplexität der jeweiligen Bemessung gibt der Umfang der zugehörigen Bemessungsnormen. Die Seitenzahlen der entsprechenden Teile für die Bemessung bei Normaltemperatur und im Brandfall des Hochbaus (Teile 1-1 und 1-2

g

h

B 1.11

der jeweiligen Eurocodes) betragen für Stahlbeton 347 Seiten, für Stahl 195 Seiten, für Holz 215 Seiten und für Mauerwerk 201 Seiten, jeweils ohne nationale Anhänge. Zusammenfassend lässt sich feststellen: Soll ein Werkstoff besonders ressourcen-, energieund kosteneffizient bemessen werden, ist eine entsprechend intensive Beschäftigung mit dem Material erforderlich. Besonderheiten im Holzhochbau – Hinweise zur Konstruktion

Folgende Grundprinzipien sind beim Konstruieren mit Holz zu beachten: • Maßgebend für die Bemessung von Decken ist im Regelfall der Schwingungsnachweis oder der Nachweis der Durchbiegung. Die erste Eigenfrequenz der Decken sollte über 6 – 8 Hz liegen, um unangenehme Schwingungen zu vermeiden. In die Berechnung der ersten Eigenfrequenz gehen gleichzeitig die Steifigkeit des Querschnitts im Zähler, im Nenner die Masse linear und die Spannweite im Quadrat ein. Massen ohne eigene Biegesteifigkeit (z. B. Schüttungen zur Verbesserung des Schallschutzes) verringern also die Eigenfrequenz. Typische Spannweitenbereiche verschiedener Holzdeckenkonstruktionen bildet das Kapitel »Bauteile und Bauelemente« (S. 50ff.) im Vergleich ab. • Holz ist ein sehr stark anisotropes Material. Die Zug- und Druckfestigkeiten sowie die Steifigkeiten längs zur Faser sind im Vergleich zum Gewicht des Holzes sehr hoch. Die Druckfestigkeit und -steifigkeit quer zur Faser ist jedoch vergleichsweise gering, die Querzugfestigkeit praktisch mit null anzusetzen. • Aus der geringen Querdruckfestigkeit und -steifigkeit ergibt sich gerade beim mehrgeschossigen Bauen die Notwendigkeit, möglichst keine vertikalen Lasten über querdruckbeanspruchte Schwellen und Rähme zu führen, da dies erhebliche Setzungen zur Folge haben kann. Quer zur Faser beanspruchtes Holz ist daher mit Stahleinbauteilen zu überbrücken oder ganz zu vermeiden, indem Lasten direkt über Hirnholzanschlüsse parallel zur Faser übertragen werden. Hieraus lässt sich auch eine natürliche Grenze für

B 1.11

Deckenauflager verschiedener Wand- und Deckenelemente, die Querholzpressungen und damit Setzungen verhindern: a Holzstützen mit Stahlstiften als Auflager der Decken aus Kastenelementen, Wohnanlage in Dornbirn (AT) 1997, Architekten Hermann Kaufmann und Christian Lenz b Tafelbauwand mit durch den Rähm durchgesteckten Ständern und seitlichem Deckenanschluss c Tafelbauwand mit durchgehenden Ständern, Deckenauflager in Ausnehmung, Wohnhäuser in Zürich (CH) 2016, Rolf Mühlethaler d Bohrungen in Brettsperrholzdecken mit Vergussmörtelfüllung zum setzungsfreien Durchleiten der Lasten, Wohn- und Bürogebäude H 8 in Bad Aibling (DE) 2011, Schankula Architekten e seitlicher Deckenanschluss bei durchlaufender Wandkonstruktion f Spiegellagerung bei Holz-Beton-Verbunddecken g Randbalken von Holz-Beton-Verbund-Balkendecken aus Beton; LifeCycle Tower (LCT ONE) in Dornbirn (AT) 2012, Architekten Hermann Kaufmann h Stahlteil als Auflager und Verbindungsteil zwischen Stützen und Decken, Studentenwohnheim in Vancouver (CA) 2017, Acton Ostry Architects B 1.12 Beanspruchung von vertikalen und horizontalen Bauteilen als Scheiben, Platten und als kombinierte Beanspruchung

45

Struktur und Tragwerk

zugsteife Auskreuzung

Holztafel

zug- und drucksteife Strebe

Brettsperrholz

Steifigkeit

gering

Stahlbeton sehr hoch B 1.13

den Holztafelbau mit vertikal tragenden Wandelementen ableiten: Bei bis zu dreigeschossigen Gebäuden ist die Anwendung üblicherweise unproblematisch, bei höheren Gebäuden erfordert die Lastabtragung einen spezifischen Aufbau der Tafelbauelemente (Abb. B 1.11 b und c, S. 45; siehe auch »Wohnhäuser Zollfreilager in Zürich«, S. 206ff.). Alternativ bietet sich die Kombination mit massiven Holzbauteilen (Brettstapel-, Brettsperrholz) oder einem Skelettbau an. • Aus der geringen Querzugfestigkeit von Holz ergibt sich die Konstruktionsregel, Lasten nicht von unten, sondern von oben in Holzbauteile einzuleiten, falls notwendig durch zusätzliche Konstruktionen oder Verstärkun-

Grundrissvariante 1

gen. Ebenso ist es zur Vermeidung von Rissen erforderlich, Querzug erzeugenden Zwang aus Schwindvorgängen (z. B. durch große Stahleinbauteile) zu vermeiden. Gebäudeaussteifung

Im Holzbau stehen eine Reihe von Aussteifungselementen zur Verfügung, die unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen und ebenso unterschiedlich zu bemessen sind. Für die Aufnahme horizontaler Lasten im Holzbau müssen diese unterschiedlichen Steifigkeiten der Elemente zwingend berücksichtigt werden. Bei Gebäuden geringer Höhe (gemäß Bauordnung nicht mehr als 7 m, das entspricht in der Regel einem dreigeschossigen Gebäude,

siehe Abb. C 1.2, S. 73) haben sich Holztafeln als Aussteifungselemente bewährt. Die Aussteifung erfolgt durch die mechanisch verbundenen Beplankungen aus Holz- oder Gipswerkstoffen. Diese Verbindungen (Klammern, Nägel, Schrauben) sind schubweich, ihre Anzahl bestimmt die aufnehmbaren Kräfte und Steifigkeiten. Die Kräfte verteilen sich entsprechend der Länge der beanspruchbaren Wände. Bei Skelettbauten kommen dagegen Aussteifungselemente wie Stahlzugstangen oder Streben zum Einsatz, die zu einer Konzentration der Kräfte nur in diesem Bereich führen. Bei höheren Gebäuden (Höhe des obersten Geschossfußbodens mehr als 7 m) dienen

Grundrissvariante 2

B 1.13

Grundrissvariante 3

Steifigkeit und horizontale Beanspruchbarkeit von Aussteifungselementen im hybriden Holzbau. Zu beachten: Aus horizontalen Lasten entstehen immer auch vertikale Zusatzlasten. B 1.14 Grundrissvarianten mit unterschiedlicher Lage der aussteifenden Wände für ein zehngeschossiges Hochhaus mit außen liegender Treppenanlage; Kaden + Lager B 1.15 verschiedene Aussteifungselemente: a Brettsperrholzscheiben bilden Aussteifung und Tragwerk der Wohnanlage Via Cenni, Mailand (IT) 2013, Rossiprodi Associati b Stahlzugbänder zur Aussteifung der Skelettkonstruktion. Wohn- und Geschäftshaus e 3, Berlin (DE) 2008, Kaden Klingbeil Architekten c Stahlbetonkerne, die an die Holzkonstruktion angeschlossen sind. Studentenwohnheim in Vancouver (CA) 2017, Acton Ostry Architects

Grundrissvariante 4 B 1.14

46

Struktur und Tragwerk

überwiegend Brettsperrholz- oder Stahlbetonwände der Aussteifung. Hier verteilen sich die Beanspruchungen nach der Biegesteifigkeit in Scheibenebene der Wände, die Steifigkeiten sind wesentlich höher (Abb. B 1.13). Ebenso eignen sich Gebäudeteile aus Stahlbeton, meist die Erschließungskerne, zur Aussteifung. Entgegen der landläufigen Meinung sind aber auch bei der Verwendung von Betonkernen häufig noch zusätzliche Aussteifungselemente zur Aufnahme horizontaler Kräfte in den Außenwänden oder in geeigneten Innenwänden erforderlich, denn nicht alle Wind- und Erdbebenlasten lassen sich durch – insbesondere exzentrisch liegende – Kerne aufnehmen. Beim Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen (S. 211ff.) steifen zwei Kerne aus Brettsperrholz zusammen mit einzelnen quer stehenden Innenwänden aus Brettsperrholz und den Giebelwänden das siebengeschossige Gebäude aus. Abb. B 1.8 (S. 42) zeigt eine weitere sinnvolle Anordnung tragender und raumbildender Elemente. Zusätzlich zum hier vorgesehenen Stahlbetonkern übernehmen innen liegende Brettsperrholzwände einen Teil der Aussteifung, nach außen löst sich das Tragwerk auf, es geht in eine Skelettstruktur über, die Stützen sind zusammen mit den Brettsperrholzwänden für die vertikale Lastabtragung verantwortlich. Die Außenwandelemente selbst sind nicht tragend, d. h. sie nehmen nur stockwerkweise ihr Eigengewicht und die Windlasten auf. Das erleichtert später einen gegebenenfalls erforderlichen Austausch, z. B. aufgrund energetischer Sanierung, Erweiterung oder zur architektonischen Neugestaltung. Generell ist allerdings festzuhalten: Je weiter außen die Elemente zur horizontalen Aussteifung liegen, umso geringer werden die aufzunehmenden Kräfte. Für eine Kombination von Kern und außen liegenden Wandscheiben zur Aussteifung sind daher Berechnungen unter Beachtung der unterschiedlichen Steifigkeiten mit geeigneten Stabwerks- oder Finite-ElementProgrammen erforderlich. Gerade im Tafelbau ist es dabei manchmal sehr hilfreich, an geeigneter Stelle einfach einen Verband oder eine Strebe anzuordnen, damit die Lastabtragung dort konzentriert wird. Das erspart häufig eine

Vielzahl von Verankerungen und komplizierten Lastweiterleitungen. Grundsätzlich gilt: Im Holzbau sollte man noch mehr als bei anderen Bauweisen bezüglich der lastabtragenden vertikalen Bauteile und damit auch bei der Anordnung der Aussteifungselemente eine möglichst hohe Entwurfsdisziplin verfolgen – dies ist insbesondere durch die geringere Biegesteifigkeit lastquerverteilender Holzbauteile begründet. Was sich im Betonbau bei dicken Betondecken durch die intensive Zulage von Bewehrung oder Bewehrungselementen verbergen lässt, erfordert im Holzbau massive Unterzüge aus Holz oder hybride Lösungen (Abb. B 1.10, S. 43). Konstruktiv klarer und damit kostengünstiger ist immer die direkte Durchleitung vertikaler Lasten. Das muss sich jedoch nicht negativ auf die Entwurfsvariabilität auswirken, wie Abb. B 1.14 mit Grundrissvarianten für ein zehngeschossiges Holzhochhaus zeigt. Insgesamt ist weltweit eine steigende Zahl der Geschosse im Holzbau festzustellen. Durch die Bauwerkshöhe und sich verändernde klimatische Randbedingungen wachsen natürlich auch die Beanspruchungen durch höhere Windlasten. Aber auch erhöhte Erdbebenlasten selbst in Mitteleuropa, die generell höheren vertikalen Lasten und gleichzeitig höhere Anforderungen an den Brandschutz erfordern eine intensive Tragwerksplanung, die idealerweise bereits in den ersten Entwurfsphasen mit allen anderen Planungsbeteiligten abgestimmt werden sollte. Zur Aufnahme der mit wachsender Bauwerkshöhe ansteigenden horizontalen Beanspruchungen können im Holzbau sehr ähnliche Systeme wie im Stahlbeton- und Stahlbau eingesetzt werden: Tube-in-Tube-Systeme (aus zwei konzentrischen Schichten tragender bzw. aussteifender Wände bestehendes Gebäudetragwerk), außen liegende Fachwerke oder alle Arten hybrider Systeme. Im Vergleich zum Stahlbeton- und Stahlbau ist aber zu beachten, dass biegesteife Rahmenecken im Holzbau nicht oder nur sehr aufwendig und mit geringeren Steifigkeiten herstellbar sind. Die vollkommene Öffnung der Fassaden ohne Flächen für Aussteifungselemente lässt sich nicht sinnvoll realisieren.

a

b

c

B 1.15

47

Struktur und Tragwerk

IPE 270

Buche FSH

Buche BSH

Fichte FSH

Fichte BSH

h = 270 mm b = 135 mm m = 36,1 kg/m

h = 270 mm b = 160 mm m = 29,4 kg/m

h = 440 mm b = 160 mm m = 48,8 kg/m

h = 360 mm b = 160 mm m = 29,4 kg/m

h = 460 mm b= 160 mm m= 31,3 kg/m

Annahmen: Stahl S235: γm=1,00 fy/x=235 N/mm2 Buche FSH und Fichte FSH: Nutzungsklasse 1 k mod= 0,9 γm=1,20 (EN 1995-1-1) Buche BSH und Fichte BSH: Nutzungsklasse 1 k mod= 0,9 γm=1,25 (EN 1995-1-1) Vorgespannte Konstruktionen

Holzbauteile wie Träger, Stützen, Wände oder Decken lassen sich mit eingelegten Stahlkabeln zu vorgespannten Konstruktionen verbinden. So kann man beispielsweise die Spannweite erhöhen und die Durchbiegung von Trägern reduzieren. Auf der Ebene einzelner Bauteile gibt es bereits seit den 1990er-Jahren Anwendungsbeispiele, wie etwa die vorgespannten Primärträger der Mensa Swiss Re Centre for Global Dialogue von Meili Peter Architekten und dem Tragwerksplaner Jürg Conzett (Abb. B 1.20). Pilotanwendungen zur Vorspannung auf der Ebene ganzer Gebäudeteile existieren bereits von Andy Buchanan in Neuseeland [4] und am House of Natural Resources der ETH Zürich [5] (Abb. B 1.17). Seit dem Jahr 2016 laufen weltweit diverse Forschungsvorhaben, um diese Technologie weiterzuentwickeln. Das Verspannen von Trägern miteinander oder von Stützen und Trägern erschließt dem Holzbau Konstruktionen, die bisher nicht sinnvoll oder umsetzbar waren, beispielsweise Gitterroste (Abb. B 1.19) oder

B 1.16

sehr schlanke Rahmenkonstruktionen. Bauteilanschlüsse lassen sich in diesen Konstruktionen deutlich vereinfachen, denn oft müssen die Holzbauteile nur noch Druckkräfte übertragen, während die Zugkräfte in den Spannseilen weitergeleitet werden und ungestört durchlaufen können. Tragwerke nach den Konstruktionsprinzipien historischer ostasiatischer Holzkonstruktionen mit geometrisch komplexen, innere Reibung aktivierenden Anschlüssen könnten in Kombination mit Quervorspannungen neue Lösungen für erdbebenresistente Konstruktionen bieten. Kerne aus Massivholzscheiben könnten als vorgespannte Konstruktionen wesentlich effektiver zur Gebäudeaussteifung genutzt werden. Laubholz

Laubholz wie Buche, Eiche oder Esche weist im Vergleich zu Nadelholz wesentlich höhere Festigkeiten auf. Bei der Ableitung vertikaler Lasten kann die Verwendung von Laubholz im Holzbau somit völlig neue Dimensionen erschließen. Mit zunehmender Veredelung (Brettschicht-

holz oder Furnierschichtholz aus Laubholz) lassen sich weitere Steigerungen erreichen (Abb. B 1.16). Es wird jedoch erforderlich sein, dazu ebenfalls leistungsfähigere Verbindungen zu entwickeln. Auch bei der Herstellung von Biegeträgern ergeben sich bei zunehmender Verfügbarkeit von Laubholz neue Möglichkeiten, allerdings erhöht sich der E-Modul – und damit die Steifigkeit von (Biege-)Bauteilen – nicht im gleichen Maße wie die Festigkeit. Dennoch sind beispielsweise im Parkhausbau mit Buchenfurnierschichtholz vergleichbare Querschnitte wie im Stahlbau möglich (Abb. B 1.18) [6]. Die Ergebnisse sind auf den allgemeinen Hochbau übertragbar. Mit Brettschicht- oder Furnierschichtholz aus Laubholz lassen sich deutlich geringere Querschnitte bei gleichen Beanspruchungen oder entsprechend höhere Lasten bei gleichen Querschnitten realisieren. Bei einem geplanten Einsatz von Laubholzprodukten ist allerdings wie bei vielen innovativen Produkten besonders auf die Verfügbarkeit sowie vorhandene bauaufsichtliche Verwendbarkeitsnachweise zu achten. B 1.16

B 1.17

B 1.18

B 1.19

B 1.20

B 1.17

48

Vergleich verschiedener BSH- und FSH-Stützenquerschnitte aus Buche und Fichte mit einem IPE 270 Stahlprofil Gebäudetragwerk als Gitterrost aus Brettschichtholzträgern mit in die Träger eingeleimten Stahlkabeln, die das gesamte Tragwerk zu einem Gesamtsystem verspannen, House of Natural Resources, ETH Zürich (CH) 2015, Meyer.Moser. Lanz.Architekten prototypischer Entwurf eines Parkhauses mit Stützen und Trägern aus Buchenfurnierschichtholz. TUM.wood Projektgruppe der Technischen Universität München (DE) 2015 a Axonometrie Tragwerk b Innenraum Allseitig auskragende Plattform als Gitterostkonstruktion mit Stabwerk aus Holz, Knotenformstücken aus Beton und Verspannung mit Stahlkabeln. Schnitt durch Hauptträger und Aufsicht Gitterrostkonstruktion, Entwurf für das Ausbildungszentrum in Risch (CH), Peter Zumthor / Joseph Schwarz vorgespannter Träger, Mensa, Swiss Re Centre for Global Dialogue, Rüschlikon (CH) 2000, Meili Peter Architekten, Jürg Conzett (Tragwerksplaner) a sichtbare Auskragung b Konzeptskizzen von Jürg Conzett zur Vorspannung der Kragträger, um dem Problem der Verformung unter Schneelast mit Lasteinleitung in die stützenfreie Glasfassade zu begegnen.

Struktur und Tragwerk

a

b

Fazit

Anmerkungen: [1] Deplazes, Andrea: Holz indifferent, synthetisch. In: DETAIL 1/2000, S. 23 [2] Grundregeln der Aussteifung: Mindestens eine Deckenscheibe verbunden mit drei Wandscheiben, deren Achsen sich nicht in einem Punkt schneiden, oder vier Wandscheiben, deren Achsen sich in mindestens zwei Punkten schneiden. [3] Platte: flächiges Element mit Beanspruchung quer zur Ebene; Scheibe: flächiges Element mit Beanspruchung in der Ebene; kombinierte Beanspruchung häufig bei Wand, Decke und Dach [4] Newcombe, M.; Pampanin, S.; Buchanan, A. H.: Governing Criteria for the lateral force design of posttensioned timber buildings. WCTE 2012 Proceedings, Final Papers, Auckland 2012, S. 148ff. [5] Wanninger, Flavio; Franghi, Andrea: Experimental and analytical analysis of a post-tensioned timber frame under horizontal loads. Engineering Structures, Vol. 113, Kidlington 2016, S. 16 – 25 [6] Entwicklung eines Bausystems für Parkhäuser in Buchenfurnierschichtholz. Abschlussbericht Forschungsund Entwicklungsauftrag (Kurzfassung), April 2015. TUM.wood: Fachgebiet Holzbau TU München mit Lehrstuhl für Entwurfsmethodik und Gebäudelehre, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, Lehrstuhl für Holzwissenschaft und Fachgebiet Holztechnologie

Bauen mit Holz stellt inzwischen in vielen Bereichen eine hochwertige Alternative zum konventionellen Bauen dar, ohne seine einzigartigen ökologischen Vorteile wesentlich zu relativieren. In einigen Bereichen schließt dabei der Holzbau nicht nur zu den mineralischen Bauweisen auf, sondern bietet neue Möglichkeiten – gerade bei Themenfeldern, die die Zukunft des Bauens prägen, wie Energie- und Ressourceneffizienz oder die Verbesserungen von Qualität und Bauprozess durch Vorfertigung. Berücksichtigt man in Entwurf und Tragwerksplanung die Besonderheiten des Werkstoffs Holz und greift bei Bedarf auf hybride Lösungen zurück, dann sind dem Bauen mit Holz kaum Grenzen gesetzt. Das Kombinieren unterschiedlicher Konstruktionen ermöglicht sinnvolle und konkurrenzfähige Lösungen für alle Anwendungen im Hochbau.

B 1.18

B 1.19

BSH-Träger mit starker Verformung unter Schneelast

Das Kriechverhalten des Holzes verhindert den Einsatz eines vorgeformten, in Fassadenebene mit Zugseilen abgespannten Trägers.

Vorspannung mit eingeleimten Stahlkabeln ermöglicht eine »formtreue Vorspannung«, sodass der Träger mit Seilen in Fassadenebene abgespannt werden kann und sich unter Schneelast nicht weiter verformt. a

b

B 1.20

49

Bauteile und Bauelemente Stefan Krötsch, Wolfgang Huß

Der zeitgenössiche Holzbau lässt sich nicht mehr sinnvoll anhand durchgängiger Konstruktionsmethoden darstellen (siehe »Vom Stab zur Platte«, S. 40ff. und »Kombinationen von Bauelementen, S. 41). Durch den heute im Holzbau üblichen Bauprozess sind vorgefertigte Bauelemente, aus denen sich Bauteile wie Wände, Decken und Dächer zusammensetzen, die Grundlage für das Verständnis aktueller Holzbaukonstruktionen. Die nachfolgende Beschreibung einzel-

ner Bauelemente und Bauteile beschränkt sich auf die im mehrgeschossigen Holzbau am häufigsten angewandten. Sie werden gemäß ihrer grundsätzlich unterschiedlichen Anforderungen innerhalb des Tragwerks als vertikale (Wände) und horizontale (Decken und Dächer) Bauteile diskutiert und nicht nach situationsunabhängigen Materialeigenschaften geordnet, was die Vergleichbarkeit der verschiedenen Bauteile untereinander erleichtert (siehe »Vergleich Holzbauelemente«, S. 66ff.).

B 2.1

50

Bauteile und Bauelemente

Brettstapelwand

B 2.3

B 2.2

Brettstapelkonstruktionen wurden zunächst als Deckenelemente entwickelt. Sie nutzen kostengünstige, minderwertige Bretter zur Herstellung hochwertiger, tragender Massivholzbauteile. Die kontinuierliche Verbindung mehrerer Bretter gleicht dabei deren spezifische Inhomogenitäten aus. Materialisierung Brettstapelwände bestehen aus aneinandergereihten und miteinander verbundenen Vollholzbrettern (VH) – meist aus Nadelholz und von 20 bis 60 mm Stärke. In der Regel werden werkseitig geschosshohe Wandelemente mit sinnvoll handhabbaren Breiten hergestellt, die sich auf der Baustelle zusammenfügen lassen. Die Bretter können über die Elementhöhe durchlaufen, keilgezinkt oder versetzt gestoßen sein. Die Stärke der Elemente ist durch die maximalen Brettbreiten beschränkt, die in der Regel bis 240 mm, selten bis 280 mm betragen. Ursprünglich wurden die einzelnen Brettlamellen miteinander vernagelt. Nägel (meist aus Stahl) stören jedoch die nachträgliche Bearbeitung erheblich. Sind die Lamellen hingegen mit Hartholzdübeln (meist aus Buchenholz) verbunden, lässt sich das Element wie Vollholz bearbeiten und recyceln. Die extreme Trocknung der Hartholzdübel bewirkt ein späteres Aufquellen und ermöglicht so stabile, vollkommen leimfreie Verbindungen. Eine diagonale Verdübelung erhöht die Formstabilität des Elements. Die Verleimung der Lamellen – im Herstellungsprozess analog zu Brettschichtholz – findet in jüngster Zeit vermehrt Anwendung. Entsprechend des Faserverlaufs der Brettlamellen quellen und schwinden Brettstapelwände hauptsächlich quer und längs zur Wand, während sie sich in Richtung der Wandhöhe als sehr formstabil erweisen. Oberfläche Die Bretter sind je nach gestalterischer Anforderung gehobelt, sägerau, scharfkantig oder gefast. Zudem verfügen sie gegebenenfalls über verschiedene Profilierungen, um unter anderem Luftdichtigkeit, Schallschutz, akustische Eigenschaften, Installationsführung (vor allem Elektro- und EDV-Leitungen) zu optimieren.

Statische Wirkungsweise Brettstapelwände können sehr hohe vertikale Lasten bei schlanken Querschnitten aufnehmen, da die Belastung ausschließlich in Faserrichtung des Holzes erfolgt. Die Stapelung verhindert das Ausknicken in Richtung der schwachen Querschnittsachse des Bretts. Die Verbindung der Bretter untereinander sorgt für einen homogenen, flächigen Kraftverlauf und minimiert einzelne Schwachstellen. Ohne zusätzliche Maßnahmen sind Brettstapelwände bei horizontalen Belastungen längs und quer zur Wand relativ weich. Bei horizontalem Lastangriff in Wandrichtung können einseitig aufgebrachte Holzwerkstoffplatten (z. B. OSB- oder Dreischichtplatten) die Aussteifung sicherstellen. Gegen den Lastangriff quer zur Wandrichtung lassen sich die Brettlamellen durch einen Rähm kraftschlüssig verbinden.

Vernagelung

Verdübelung mit Holzdübeln

Verleimung B 2.4

B 2.5

Öffnungen Kleine Öffnungen (z. B. Wanddurchbrüche für Installationen) lassen sich in Brettstapelwänden ohne Auswechslungen (Wechselbalken) herstellen. Für größere Öffnungen wie Fenster oder Türen ist gegebenenfalls das Einfügen horizontaler Elemente wie Sturzbalken oder Brüstungsriegel notwendig.

B 2.6

B 2.1

Vorfertigung von Holztafelbauwänden kurz vor dem Einbau der Fenster B 2.2 vorgefertigte Brettstapelwand mit Beplankung aus OSB B 2.3 Brettstapelwandelement aus einzelnen Brettlamellen B 2.4 Verbindungsvarianten der Bretter untereinander: Vernagelung, Verdübelung mit Holzdübeln, Verleimung B 2.5 Profilierung der Bretter zur Verzahnung untereinander und zur Verbesserung der Luftdichtheit bzw. des Schallschutzes B 2.6 Verbesserung der geringen Scheibensteifigkeit durch Aufbringen einer aussteifenden Beplankung B 2.7 Verbesserung der Plattenwirkung durch Verbinden der Brettlamellen mit Rähm und/oder Schwelle B 2.7

51

Bauteile und Bauelemente

Tafelbauwand

B 2.8

Beim Tafelbau handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Ständerbaus, der wiederum aus dem Fachwerkbau hervorgegangen ist und in Nordamerika nach wie vor weit verbreitet ist. Tafelbauelemente zeichnen sich heute durch weitgehend vorgefertigte, komplexe Wandelemente mit verschiedenen, abgestimmten Bauteilschichten und als äußerst materialsparende Konstruktionen aus. Auch in Europa ist die Tafelbauwand das derzeit am häufigsten verwendete vertikale Bauelement im Holzbau. Insbesondere als Außenwandkonstruktion bietet sie den Vorteil, Tragkonstruktion und Wärmedämmung raumsparend und kostengünstig in einer Bauteilschicht zu vereinen. Materialisierung Die meist geschosshoch vorgefertigten Holzelemente setzen sich aus einer stabförmigen Tragstruktur, dem Ständerwerk, und einer einseitigen oder beidseitigen, aussteifenden Beplankung zusammen. Je nach Anforderung und Vorfertigungsgrad werden weitere Bauteilschichten und Gefachfüllungen ergänzt. Das Ständerwerk besteht meist aus Konstruktionsvollholz (KVH). Die Verwendung von Brettschichtholz (BSH) ermöglicht die Abtragung höherer Lasten und besonders starke Wandquerschnitte (Ständerquerschnitt > 240 mm). Steg- oder Leiterträger erlauben dagegen eine Reduzierung des Wärmedurchgangs. Für die Wahl des Beplankungswerkstoffs sind neben den statischen (aussteifenden) auch die physikalischen Eigenschaften und die Lage (innen oder außen) der Platte maßgeblich. Als aussteifende, innere Beplankung kommen häufig OSB-Platten zum Einsatz, die kostengünstig und relativ luftdicht sowie diffusionshemmend sind. Bei erhöhten statischen Anforderungen eignen sich Lagenwerkstoffe wie Dreischichtplatten oder Furnierschichtholz (FSH). Eine leimfreie Alternative sind Brettschalungen, die durch diagonale Anordnung der Bretter aussteifende Wirkung erzeugen.

Stoß mit Verschraubung. Aber auch zimmermannsmäßige Verbindungen wie der Schwalbenschwanz sind wieder üblich und inzwischen durch computergesteuerte Fräsroboter effizient und als reine Holzverbindung herstellbar. Die Beplankung lässt sich mit Klammern oder Nägeln mithilfe von Druckluftgeräten meist sehr schnell am Ständerwerk befestigen. Bei höheren Anforderungen kommen Schrauben, in Einzelfällen auch Schraubverleimungen zum Einsatz. Statische Wirkungsweise Vertikale Lasten werden vom Rähm auf die Ständer verteilt, die sie auf die Schwelle weiterleiten. Diese Querhölzer (Rähm und Schwelle) sind die Schwachstellen in der vertikalen Lastabtragung. Deshalb existieren kaum Gebäude ab fünf Geschossen aus tragenden, konventionellen Tafelbauwänden. Hierzu bedarf es besonderer Maßnahmen wie durchlaufender Ständer oder Schwellen und Rähmen aus Hartholz. Quer zur Wand sind die Ständerquerschnitte durch ihre Tiefe ausreichend knickstabil, in Wandrichtung verhindert der Verbund mit der Beplankung das Ausknicken. Bei hohen Lastkonzentrationen werden stärkere Ständer und in Einzelfällen Stahlprofile in die Elemente integriert. Manchmal dient auch die Beplankung der flächigen, vertikalen Lastabtragung. Horizontalkräfte quer zur Wandrichtung belasten die Beplankung auf Biegung und werden an

Konstruktionsraster Das Ständerwerk ist meist auf ein Raster abgestimmt, das auf den Abmessungen handelsüblicher Plattenwerkstoffe basiert (625 oder 833 mm als Teiler von 2500 mm). Diese Maße beeinflussen weder die Wandabmessungen noch die Größe von Öffnungen, da sich Ständerwerk und Beplankung an Randfeldern oder an Auswechslungen (Sturz- und Brüstungsriegel) ohne größeren Aufwand anpassen lassen. Öffnungen Öffnungen geringer Breite werden durch einfache Auswechslungen im Ständerwerk hergestellt. Für breite Öffnungen ist bei entsprechend vorhandener Sturzhöhe die Tragwirkung der Beplankung (ein- oder beidseitig) ausreichend, bei großen Spannweiten auch durch Materialwechsel (z. B. FSH statt OSB). Bei einer zu geringen Sturzhöhe ist es möglich, den Sturzriegel verstärkt oder aus einem anderen Material (BSH, Stahlprofil) auszubilden.

verstärkter Ständer a

Verbindungen Die Verbundwirkung von Ständerwerk und Beplankung entlastet die Verbindungen innerhalb des Ständerwerks, die sich dadurch sehr einfach ausführen lassen, häufig als stumpfer

beidseitige Beplankung

a

Stahl tragende Beplankung b

52

die Ständer weitergegeben, die dafür aufgrund ihrer Querschnittstiefe ausreichend dimensioniert sind. Ständerabstand und Stärke der Beplankung bedingen sich dabei gegenseitig. Horizontalkräfte in Richtung der Wand werden von der Beplankung in die Auflagerpunkte übertragen, das Ständerwerk verhindert das Ausknicken der Beplankung.

B 2.9

b

B 2.10

Bauteile und Bauelemente

Rähm Ständer

Beplankung

Schwelle

vertikale Lastabtragung

horizontale Lastabtragung quer zur Wandrichtung

horizontale Lastabtragung in Wandrichtung

B 2.11 B 2.8 B 2.9

B 2.10

B 2.11 B 2.12 B 2.13 B 2.14 B 2.15

B 2.12

Vorfertigung einer Tafelbauwand Ausführung der Beplankung bei speziellen statischen Anforderungen a wandartiger Träger durch beidseitige Beplankung aus geeignetem Werkstoff und mit entsprechender Verbindung b tragende Beplankung aus geeignetem Werkstoff mit Ständerwerk als Aussteifung gegen Knicken Verstärkung von Tafelbauwänden bei hohen Lastkonzentrationen durch integrierte Stützen aus BSH (a) oder Stahl (b) zur Aufnahme punktueller Lasten oder als Skelettbau schematischer Aufbau einer Tafelbauwand vertikale und horizontale Lastabtragung in einer Tafelbauwand verschiedene stabförmige Elemente für die Trägerstruktur Verbindungen innerhalb des Ständerwerks (zwischen Ständern und Schwelle / Rähm) verschiedene Maßnahmen für Öffnungen in einer Tafelbauwand a Tafelbauwand ohne Öffnung mit ungestörter vertikaler Lastabtragung im Ständerwerk b Tafelbauwand mit kleiner Öffnung: Auswechslung im Ständerwerk durch Sturz-, Brüstungsriegel und zusätzlichen Ständer c – f Tafelbauwand mit breiter Öffnung, verschiedene Maßnahmen zum Herstellen eines lastabtragenden Sturzes: verstärkte Beplankung im Sturz (c), verstärkter Sturzriegel (d), Verstärkung durch zusätzliche Stützen (z. B. aus Stahl, e), Sturzträger außerhalb des Elements, z. B. im Brüstungsfeld des darüberliegenden Elements (f)

Vollholz

Konstruktionsvollholz

Brettschichtholz

Stegträger

Leiterträger B 2.13

Verschraubung

CNC-gefräste Verbindung

kraftschlüssige Verbindung des Ständerwerks über die Beplankung B 2.14

Tafelbauwand ohne Öffnung a

zusätzliche Stütze

verstärkte Beplankung c

verstärkter Ständer

e

Sturzriegel verstärkter Sturzriegel

Brüstungsriegel

Sturzträger außerhalb des Elements

verstärkter Ständer

b

d

f

B 2.15

53

Bauteile und Bauelemente

Brettsperrholzwand

B 2.16

B 2.17

B 2.18

B 2.19 Öffnung ausgesägt Öffnung durch Einsetzen von Sturz und Brüstung

Materialisierung Brettsperrholzelemente bestehen im Normalfall aus jeweils kreuzweise angeordneten Lagen von Brettern, die miteinander zu einer großen Platte verleimt sind. Diese Anordnung vermindert deutlich, sperrt sozusagen, das Quellen und Schwinden des Holzes, das hauptsächlich quer zur Faserrichtung geschieht, wodurch die Elemente sehr maßstabil sind. Je nach Anzahl der Brettlagen (meist drei bis elf) und Dicke der einzelnen Bretter definiert sich die Stärke der Elemente (meist 60 – 400 mm). Die Anzahl der Brettlagen ist dabei immer ungerade, um eine Verformung des Werkstoffs durch asymmetrische Spannungen zu verhindern. Bei der Herstellung von Brettsperrholz kommt meist Fichten-, Kiefern- oder Tannenholz zum Einsatz. Die Verwendung anderer Holzarten wie Eiche oder Birke (z. B. für härtere oder dekorative Decklagen) ist ebenfalls denkbar. Wenn die Bretter der Decklagen untereinander verleimt sind (Flankenverleimung), entstehen luft- und rauchdichte Elemente, sodass sich die Feuerwiderstandsdauer des Bauteils erhöht. Bei einer Sonderform des Brettsperrholzes werden die Brettlagen mit Hartholzdübeln verbunden und bilden eine leimfreie, ökologische Alternative. Mit entsprechend aufwendiger Leerform ist es auch möglich, Brettsperrholzelemente als gekrümmte Flächen herzustellen. Fertigung und Montage Die Abmessungen von Brettsperrholz sind theoretisch unbegrenzt, in der Praxis jedoch durch Herstellungsprozess und Transport limitiert.

Öffnung als Zwischenraum zwischen Elementen B 2.20

54

Die Einführung von Brettsperrholz (BSP) mit den bauaufsichtlichen Zulassungen verschiedener Produkte im Jahr 1998 in Deutschland und Österreich markiert einen Wendepunkt im modernen Holzbau. Brettware unterschiedlicher Qualität wird zu flächigen, höchst leistungsfähigen Bauteilen für Wände und Decken verleimt, wobei sich die anisotropen Eigenschaften und die Inhomogenitäten des Grundbaustoffs Holz minimieren lassen. Das plattenförmige, massive Material erlaubt sehr einfache Bauteilanschlüsse und ermöglicht es, auch in Regionen ohne Holzbautradition und -erfahrung zeitgemäßen Anforderungen gerecht zu werden.

Brettsperrholzwände werden in zweckmäßiger Abmessung – meist geschosshoch – auf die Baustelle gebracht und lassen sich dort in kurzer Zeit sowie mit einfachen Verbindungsmitteln (z. B. diagonaler Verschraubung) zum fertigen Rohbau zusammenfügen. Aufgrund ihrer Steifigkeit, Oberflächenqualität und guten Verarbeitbarkeit kommen Brettsperrholzelemente oft bei der Vorfertigung komplexer Bauteile oder ganzer Raumzellen zum Einsatz. Öffnungen Der Zuschnitt der Elemente und das Herstellen von Öffnungen erfolgt meist im Zuge der Vorfertigung. Fenster- und Türöffnungen werden aus der homogenen Platte ausgeschnitten, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zur Auswechslung nötig sind, wenn sich die Öffnung weit genug entfernt vom Plattenrand befindet. Der Verschnitt an hochwertigem Material (z. B. durch Fenster, Giebelabschnitte) ist teilweise erheblich und kann durch sinnvolle Elementgrößen und -zuschnitte optimiert werden. Statische Wirkungsweise Vertikale Lasten werden in Brettsperrholzwänden nur von den vertikalen Brettlagen optimal abgetragen. Eine Wand mit vertikal angeordneten Brettern in den Decklagen ist entsprechend leistungsfähiger als eine Wand mit horizontaler Anordnung. Horizontale Lasten in Wandrichtung können Brettsperrholzwände durch ihren flächigen homogenen Querschnitt und ihre Festigkeit sehr gut aufnehmen und eignen sich demnach zur Aussteifung mehrgeschossiger Gebäude. Gelegentlich lassen sich Brettsperrholzwände auch als Träger (z. B. Brüstungsträger oder wandartige Träger) einsetzen, um große Spannweiten im darunterliegenden Geschoss zu ermöglichen. B 2.16 Brettsperrholzwand beim Einbau auf der Baustelle B 2.17 schematischer Aufbau einer Brettsperrholzwand aus kreuzweise angeordneten Brettlagen B 2.18 Die vertikale Lastabtragung erfolgt in erster Linie in den vertikalen Brettlagen (links). Bei horizontalen Deckenlagen (rechts) ist der notwendige Wandquerschnitt bei gleicher Last größer. B 2.19 BSP-Element als wandartiger Träger B 2.20 verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung von Öffnungen

Bauteile und Bauelemente

Furnierschichtholzwand

B 2.22

Furnierschichtholz (FSH) kommt – z. B. als Beplankung von Ständerwänden – im Bauwesen schon lange zum Einsatz. Seit den 1990erJahren werden dickere FSH-Platten aus Nadelholzfurnier auch als selbstständig tragende Bauteile verwendet. Materialisierung Furnierschichtholz besteht aus miteinander verleimten Lagen Schälfurnier von etwa 3 mm Stärke. Im Gegensatz zu Furniersperrholz ist bei Furnierschichtholz die Faserrichtung der Lagen parallel, teilweise werden einzelne Lagen um 90° gedreht angeordnet, um die anisotropen Eigenschaften des Holzes zu reduzieren (Sperrlagen). Für Träger ist meist FSH ohne, für Platten mit Sperrlagen üblich. Durch die Zusammensetzung aus vielen dünnen Lagen lassen sich die Inhomogenitäten des Holzes egalisieren und es entsteht ein zuverlässig berechenbarer Baustoff. Zur Herstellung wird in der Regel Nadelholz verwendet. Seit 2013 gibt es eine bauaufsichtliche Zulassung von FSH aus Buchenholz, das sich durch eine sehr hohe Festigkeit auszeichnet. Bisher ließ sich Buche wegen des starken Quell- und Schwindverhaltens aufgrund seines Wuchses im Bauwesen nur schwer anwenden. Die Homogenisierung als Furnierschichtholz ermöglicht es allerdings, Europas häufigste Laubbaumart wirtschaftlich als tragenden Baustoff zu verarbeiten. Zudem lässt sich das Buchenholz auf diese Weise sehr effizient nutzen: Krumme Stämme, die zur Verwendung als Kantholz oder Brettware ungeeignet sind, werden in möglichst gerade, ca. 2 m lange Stücke

zersägt, radial abgeschält und fast vollständig zu Furnier verarbeitet. Auch für FSH gilt, bei entsprechend aufwendiger Leerform ist ebenfalls die Herstellung gekrümmter Flächen denkbar. Aufgrund der zahlreichen verleimten Schichten ist der Leimanteil bei Furnierschichtholz deutlich höher als bei Brettschicht- oder Brettsperrholz. Fertigung, Montage und Öffnungen Wie Brettsperrholz sind Furnierschichtholzplatten in ihren Abmessungen nur durch Herstellungsprozess und Transport limitiert. Die Herstellung orientiert sich meist an den üblichen Plattenabmessungen von 2,50 m Breite. Auch der Zuschnitt, das Herstellen von Öffnungen, die Montage und die Verbindungen der Elemente verhalten sich analog zur Verarbeitung von Brettsperrholz (siehe S. 54). Statische Wirkungsweise Vertikale Lasten werden in FSH-Wänden mit hauptsächlich vertikal verlaufender Faserrichtung optimal abgetragen, was die Aufnahme sehr hoher Lasten ermöglicht. Auch zur Aufnahme von horizontalen Lasten in Wandrichtung (zur Gebäudeaussteifung) eignen sich FSH-Wände durch ihre flächig homogene Beschaffenheit sehr gut. Zudem sind sie hervorragend als Träger einsetzbar, allerdings am besten mit horizontal verlaufender Faserrichtung in den Furnierschichten. Aufgrund seiner sehr guten statischen Eigenschaften wird FSH bisweilen zur Verstärkung anderer Holzkonstruktionen im Bereich von Auflagern, Verbindungen etc. verwendet. B 2.21 B 2.22 B 2.23

B 2.24 B 2.25

B 2.26 B 2.21

FSH wirkt als steife Scheibe und eignet sich gut zur Aussteifung von Gebäuden FSH-Wand, Kronenraumforschungsturm bei Trippstadt (DE) 2011, Kirchspitz Architekten Verarbeitung von Buchenholz zu FSH: Buchenstämme werden in ca. 2 m lange gerade Abschnitte geschnitten, in Zylinderform gefräst und vollständig zu Furnier abgeschält Aufbau mit faserparallelen Furnierlagen FSH ohne Sperrlagen (links): Die Faserrichtung aller Furnierschichten ist parallel ausgerichtet. FSH mit Sperrlagen (rechts): Die Faserrichtung einiger weniger (z. B. jeder 5.) Furnierschichten ist 90° zu den übrigen Lagen ausgerichtet. Furnierschichtträger mit liegenden bzw. stehenden Furnierlagen

B 2.23

B 2.24

B 2.25

B 2.26

55

Bauteile und Bauelemente

Träger a

b

c

B 2.27

Träger bilden lineare Auflager für Decken- sowie Dachelemente und geben die Lasten an punktuelle Auflager ab. Sie kommen als einzelne Elemente oder systematisch als Teil eines hierarchisch gegliederten Deckentragwerks (Skelettbau) zum Einsatz. Ihre Anwendung ist als Unterzug, deckengleich oder als Überzug möglich. Entsprechend der statischen Belastung auf Biegung werden Träger fast ausschließlich mit stehendem, je nach Bauart und Größe zum Teil mit sehr schlankem Querschnitt eingebaut. Träger können auch in andere horizontale Bauteile wie Balken- oder Kastendecken integriert sein. Materialisierung Massive Träger können aus Voll- oder Konstruktionsvollholz bestehen, deren Querschnittsabmessungen jedoch begrenzt sind. Bei großen Lasten und hohen Querschnitten oder bei geringer zur Verfügung stehender Konstruktionshöhe werden daher leistungsfähige Holzwerkstoffe wie BSH oder FSH verwendet. Auch leistungsfähige Plattenwerkstoffe wie Mehrschichtplatten lassen sich zu Kastenträgern oder anderen Trägergeometrien zusammensetzen. Trägergeometrie Bei Biegebelastung entstehen im oberen Bereich eines Einfeldträgers Druckkräfte und im unteren Bereich des Trägerquerschnitts Zugkräfte, wenn beide Bereiche schubsteif miteinander verbunden sind. Die Tragfähigkeit steigt exponentiell mit der Vergrößerung des Abstands

zwischen oberem und unterem Bereich des statisch wirksamen Querschnitts. Diesen Sachverhalt machen sich viele unterschiedliche Trägergeometrien zunutze: Brettschichtholzträger werden mit Ober- und Untergurten aus Brettern mit höherer Festigkeitsklasse oder hochfesten Laubhölzern ausgeführt, während für die Mittellagen weniger hochwertiges Nadelholz verwendet wird. Stegträger bestehen aus dünnen Holzwerkstoffplatten mit Ober- und Untergurt aus Vollholz, die die Zug- und Druckspannungen aufnehmen und den dünnen Steg gegen Ausknicken aussteifen. Kastenträger folgen demselben Prinzip, sind jedoch durch ihre Geometrie steifer gegen seitliches Ausknicken. Die Funktion von Ober- und Untergurt übernehmen hier die obere und untere Decklage. Kastenund Stegträger werden verleimt oder auch verleimt und zusätzlich verschraubt. Bei Fachwerkträgern ist der Steg auf ein Materialminimum reduziert, das notwendig ist, um Ober- und Untergurte schubsteif miteinander zu verbinden. In allen Stäben wirken in erster Linie Normalkräfte, nur der Obergurt wird zusätzlich auf Biegung beansprucht. Der unterspannte Träger nutzt die Tatsache, dass im Untergurt nur Zugkräfte auftreten. So lässt sich der Untergurt als Stahlseil ausbilden, das durch Druckstäbe auf Abstand vom Obergurt gehalten wird. Bei diesen aus Einzelstäben gefügten Trägern ist meist die Kraftübertragung in den Anschlusspunkten dimensionsgebend für die Wahl der Profile.

d

a

B 2.28

b

c

d

e

f

B 2.29

B 2.27 B 2.28

B 2.29

B 2.30

B 2.30

56

Träger beim Einbau auf der Baustelle Materialvarianten Träger: Vollholz (a), Konstruktionsvollholz (b), Brettschichtholz (c), Furnierschichtholz (d) Varianten Trägergeometrie: Träger mit Vollquerschnitt (a), Kastenträger (b), Stegträger (c), Fachwerkträger (d), unterspannter Träger (e), vorgespannter Träger (f) unterschiedliche Anschlüsse von Trägern und Deckenelementen an Stützen in mehrgeschossigen Gebäuden: Hohe Lasten werden ohne Querholzpressung von der oberen in die untere Stütze weitergeleitet.

Bauteile und Bauelemente

Brettstapeldecke

B 2.31

Brettstapeldecken sind die Fortführung historischer Konstruktionen aus geschlossenen Balkenlagen, deren Einzelteile systematisch und kraftschlüssig miteinander verbunden werden. In den 1970er-Jahren verhalf die Forschung von Julius Natterer Brettstapeldecken zu weiterer Verbreitung, mit der Absicht, günstige, minderwertige Bretter zur Herstellung hochwertiger, tragender Massivholzbauteile zu nutzen. Materialisierung, Fertigung und Montage Was Materialisierung, Fertigung und Montage betrifft verhält sich die Brettstapeldecke analog zur Brettstapelwand (siehe S. 51). Oberfläche Die Bretter sind je nach gestalterischer Anforderung gehobelt, sägerau, scharfkantig oder gefast. Außerdem werden verschiedene Profilierungen eingesetzt, um Luftdichtigkeit, Schallschutz, akustische Eigenschaften, Installationsführung (vor allem Elektro- und EDV-Leitungen), Schubverbund bei Holz-Beton-Verbundelementen und Ähnliches zu optimieren. Statische Wirkungsweise und Öffnungen Bei Brettstapeldecken orientieren sich alle Holzfasern optimal in Spannrichtung der Decke. Die Bretter sind stehend und damit statisch günstig angeordnet. So hat dieses Deckenelement im Vergleich zu allen anderen Holzdeckenkonstruktionen die geringste Aufbauhöhe, benötigt jedoch stets ein lineares Auflager. Denn idealer-

Vernagelung

Verleimung

Hartholzdübel gerade

Hartholzdübel diagonal B 2.33

weise ist davon auszugehen, dass jede Lamelle tragend ist, d. h. von Auflager zu Auflager durchläuft. Die kontinuierliche Verbindung mehrerer Lamellen sorgt dafür, dass bei punktuellen Belastungen die benachbarten Lamellen mitaktiviert und so Inhomogenitäten oder Schwachstellen einzelner Bretter egalisiert werden. Brettstapeldecken verfügen in der Regel nicht über die erforderliche Steifigkeit, die notwendig ist, um eine Scheibenwirkung für die Gebäudeaussteifung zu erreichen. Deshalb werden sie mit geeigneten Holzwerkstoffplatten (z. B. OSBPlatten) vernagelt oder verschraubt, die neben der nötigen Steifigkeit zusätzlich auch für Luftdichtheit sorgen. Kleinere Deckenöffnungen (z. B. kleinere Installationsdurchführungen) lassen sich herstellen, indem man die Lamellenenden mit den Nachbarlamellen verschraubt, während für größere Öffnungen (z. B. Treppen) Wechselbalken zum Einsatz kommen. B 2.31 vorgefertigtes Brettstapeldeckenelement B 2.32 schematischer Aufbau Brettstapeldeckenelement aus einzelnen Brettlamellen B 2.33 verschiedene Verbindungsvarianten B 2.34 verschiedene Ausführungsarten: Aufbau aus Brettern (a), aus Kanthölzern (b), aus versetzten Brettern, z. B. für HBV-Decken (c), Profilierung zur Verzahnung der Bretter untereinander zur Verbesserung der Luftdichtheit und des Brandschutzes (d, e), Profilierung zur Ausbildung von Hohlkammern (f), Akustikprofilierung (g), Decke aus Kastenträgern als Sonderfall der Stapeldecke (h) B 2.35 statische Wirkungsweise als Platte und Scheibe

a

b

c

d

e

f

g

h

B 2.32

Aufnahme Flächenlast und Weitergabe an die linearen Auflager

Punktlasten auf mehrere Bretter verteilt

geringe Steifigkeit bei Scheibenbeanspruchung

Beplankung mit aussteifender Wirkung B 2.34

B 2.35

57

Bauteile und Bauelemente

Balkendecke

Balkendecken bestehen aus Trägern, die die primäre Spannweite überbrücken, und Platten oder Brettern, die von Träger zu Träger spannen und die Deckenfläche bilden. Dieses Prinzip gilt für Deckenkonstruktionen mit den unterschiedlichsten Balkenabständen: Dicht stehende, schlanke Balkenlagen (Abstand ca. 25 – 50 cm) erzeugen eine strukturierte Untersicht mit flächiger Erscheinung. Die klassische Balkendecke (Abstand ca. 60 – 90 cm) ist eine seit Jahrhunderten verbreitete Konstruktion, die aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit, Einfachheit und Wirtschaftlichkeit noch heute eine wichtige Rolle spielt. Der Balkenabstand ergibt sich aus der Spannweite üblicher Deckenschalungen (z. B. Brettschalungen, OSB-Platten, Dreischichtplatten) mit 20 bis 30 mm Stärke. Dieser lässt sich allerdings auch beliebig vergrößern, wenn die Schalung in entsprechend tragfähigem Material (Dreischichtplatte, Brettsperrholz, Furnierschichtholz) und größerer Schichtstärke ausgeführt wird. Materialisierung und statische Wirkungsweise Die klassische Balkendecke ermöglicht bei Verwendung von Vollholzprodukten eine leimfreie Konstruktion. Besonders wirtschaftlich sind Balkendecken bei Spannweiten von 4 bis 5 m. Verleimte Querschnitte werden bei Deckenbalken größerer Spannweite und Lasteinzugsbreite oder auch bei hohen Anforderungen an die Formstabilität notwendig. Treten durch Auswechslungen oder sonstige Sonderfälle in einzelnen Bereichen besonders hohe Lasten auf, kommen für diese Stäbe auch Furnierschichtholzbalken oder Stahlträger zur Anwendung. Geeignete Holzwerkstoffplatten, die auf den Deckenbalken verschraubt werden, können eine steife Deckenscheibe ausbilden. Bei Brettschalungen sind Brettstärke, Spannrichtung sowie Art und Abstände der Befestigungsmittel auf diese Anforderung hin abzustimmen. Analog zu Tafelbauwandelementen (siehe »Tafelbauwand«, S. 52f.) lassen sich auch Diagonalschalungen verwenden.

für Öffnungen gegen die Spannrichtung die Lastverteilung in der Decke grundlegend: Die Lasten der unterbrochenen Deckenfelder werden über die Wechselbalken punktförmig in die Balken eingebracht, die die Öffnung flankieren. Um die Konstruktionshöhe der Decke beizubehalten, sind folgende Maßnahmen möglich: • gleiche Bemessung aller Deckenbalken: Bei sichtbaren Deckenkonstruktionen wird eine Überdimensionierung der nicht von den zusätzlichen Lasten betroffenen Deckenbalken in Kauf genommen. • Verbreitern der betroffenen Deckenbalken: Bei mäßigen Lastkonzentrationen können die besonders belasteten Deckenbalken verbreitert und somit verstärkt werden. • Materialwechsel: Die höher belasteten Deckenbalken werden in einem tragfähigeren Material ausgebildet, eine konstante Konstruktionshöhe ist somit gegeben. Fertigung und Montage Balkendecken werden je nach Gegebenheit entweder als Elemente vorgefertigt oder auf der Baustelle aus einzelnen Stäben und Beplankungen zusammengefügt. Die Montage vor Ort kann vor allem in Situationen, in denen das Einheben großer Elemente aufwendig oder unmöglich ist (z. B. Sanierungsbaustellen), eine sinnvolle Alternative darstellen.

Öffnungen Während Öffnungen in Spannrichtung das Tragwerk von Balkendecken wenig beeinträchtigen, verändert der Einbau von Wechselbalken B 2.36

58

B 2.37

Bauteile und Bauelemente

a

b

c Beplankung ohne aussteifende Wirkung

Beplankung mit aussteifender Wirkung B 2.38 d

e

f

günstige Öffnungsanordnung

ungünstige Öffnungsanordnung B 2.39

B 2.40

Balken überdimensioniert B 2.36 B 2.37 B 2.38

BSH Balken nach auftretender Last dimensioniert

B 2.39

VH KVH B 2.40

BSH breiter Balken zur Lastaufnahme

Balken nach auftretender Last dimensioniert

B 2.41

Stahl

Konstruktionsvarianten in Abhängigkeit vom Achsabstand der primären Balkenlage vorgefertigte Balkendecke kurz vor dem Einbau auf der Baustelle Verformung einer Balkendecke unter Scheibenbeanspruchung mit und ohne aussteifende Beplankung Öffnungen in Richtung der Balkenlage sind meist ohne besondere Maßnahmen möglich (links). Deckenöffnungen quer zur Balkenlage benötigen Wechselkonstruktionen und sind meist aufwendig (rechts). verschiedene Beplankungswerkstoffe: Brettschalung, Diagonalschalung, Nut- und Feder-Schalung, OSB-Platte, Dreischichtplatte, Furnierschichtplatte a Brettschalung b Diagonalschalung c Nut- und Feder-Schalung d OSB-Platte e Dreischichtplatte f Furnierschichtplatte verschiedene Wechselkonstruktionen bei Öffnungen quer zur Balkenlage

B 2.41

59

Bauteile und Bauelemente

Kastendecke

B 2.42

oberseitige Beplankung

Rippen Randbalken unterseitige Beplankung

Kastendecken – manchmal auch als Hohlkästen bezeichnet – sind eine Weiterentwicklung der Balkendecke hin zu vorgefertigten, leichten Deckenelementen, deren Rippen in Verbundwirkung mit der Beplankung ein sehr leistungsfähiges, flächiges Tragwerk ausbilden und die Konstruktionshöhe der Decke minimieren. Den anisotropen und inhomogenen Eigenschaften des Materials Holz wird nicht durch Herstellung eines homogenen Werkstoffs begegnet, sondern durch die Komposition eines Verbundelements, das die günstigen Eigenschaften seiner Einzelteile ausnutzt. Kastendecken sind in der Herstellung aufwendig und kommen in erster Linie für mittlere und große Spannweiten zum Einsatz.

üblich, um partiell die Tragfähigkeit zu erhöhen oder Auflageranschlüsse herzustellen. Die Beplankung eines Kastenelements ist wesentlicher Teil der Lastabtragung und besteht aus einem statisch beanspruchbaren Plattenwerkstoff wie einer Dreischicht-, Furnierschichtoder OSB-Platte. Gleichzeitig muss der Plattenwerkstoff auch über eine möglichst hohe Formstabilität verfügen. Der Hohlraum zwischen den Rippen wird je nach Anforderung mit Dämmung oder einer Schüttung gefüllt. Transportbedingt sind Elementbreiten von 2 bis 3,5 m und Elementlängen von 5 bis 20 m üblich, theoretisch ist jedoch die Elementlänge und damit auch die Spannweite nach oben hin offen.

Materialisierung, Fertigung und Montage Kastendeckenelemente bestehen aus schlanken Rippen in Hauptspannrichtung der Decke, die zusammen mit den Randbalken einen Rahmen ausbilden und statisch wirksam mit der ober- und unterseitigen Beplankung verbunden sind. So entsteht, konstruktiv betrachtet, aus den einzelnen Bestandteilen ein Verbundelement, ein Kasten. Rippen und Randbalken sind meist aus Konstruktionsvollholz oder Brettschichtholz, seltener aus Furnierschichtholz. Je nach Auflagersituation lassen sich zusätzliche Querträger in das Kastenelement einbauen. Die Verwendung von Stahlträgern in Kastendecken ist durchaus

Verbindungen Nachdem die Lastabtragung auf die Verbundwirkung von Stabwerk und Beplankung ausgelegt ist, spielen die Verbindungen innerhalb des Stabwerks eine untergeordnete Rolle. Sie können verschraubt oder zimmermannsmäßig ausgeführt sein. Die Beplankung wird in der Regel mit dem Stabwerk mittels kontrollierter zulassungspflichtiger Verfahren verleimt oder schraubpressverleimt.

B 2.43

Dreischichtplatte

FSH-Platte

OSB-Platte

Statische Wirkungsweise und Öffnungen Durch die Verbundwirkung von Rippen und Beplankung entsteht ein H-förmiger Trägerquerschnitt (graue Fläche in Abb. B 2.47).

B 2.44

Verschraubung

CNC-gefräste zimmermannsmäßige Verbindung B 2.45

60

Schraubpressverleimung

Verleimung B 2.46

Bauteile und Bauelemente

B 2.42

B 2.43 B 2.44 B 2.45 B 2.46 B 2.47

B 2.48

Die statisch wirksame Höhe h wird um beide Beplankungsstärken erhöht. Die Rippen sind durch die Beplankung gegen Knicken und Kippen ausgesteift und können sehr schlank dimensioniert sein (b/h < 1/4). Der Achsabstand der Rippen ist üblicherweise relativ gering (40 – 70 cm). Kastendecken können Lasten als flächiges Bauteil abtragen und linear oder auch punktuell aufgelagert sein. Die Haupttragrichtung verläuft in Richtung der Rippen. Die Verbundwirkung von Stabwerk und Beplankung erlaubt auch die Übertragung von Biegemomenten über Unterbrechungen der Rippen (z. B. Querträger) hinweg, indem die Kraftkomponenten als Zug- und Druckkräfte in der Beplankung übertragen werden. Dadurch ist ein ebenengleiches Stabwerk mit punktuellen Auflagern, Auskragungen und Durchlaufträgerwirkung in Haupt- und Nebentragrichtung möglich. Öffnungen in Kastendecken werden wie in Balkendecken (siehe »Balkendecke«, S. 58ff.) durch Wechsel hergestellt, wobei die Verbundwirkung von Stabwerk und Beplankung zusätzliche punktuelle Belastungen einzelner Rippen reduziert.

a Lineares Auflager: Die Rippen liegen direkt auf. b Punktuelles Auflager: Der Randbalken transportiert die Last aus den Rippen in die Auflager. c Lineares Auflager, einseitige Auskragung: Die Rippen liegen direkt auf dem Auflager auf und gewährleisten zusammen mit der Beplankung die Auskragung. d Punktuelles Auflager, einseitige Auskragung: Die Rippen sind am Wechselträger gestoßen, die Auskragung erfolgt über Zug- und Druckkräfte in oberer und unterer Beplankung. e Punktuelles Auflager, zweiseitige Auskragung: Die Auskragung in Hauptspannrichtung erfolgt wie bei einseitiger Auskragung, in Nebenspannrichtung über den Wechselträger.

lineares Auflager a

punktuelles Auflager b

c

lineares Auflager, einseitige Auskragung

d

punktuelles Auflager, einseitige Auskragung

e

punktuelles Auflager, zweiseitige Auskragung

h

‡ H-förmiger Trägerquerschnitt h statisch wirksame Querschnittshöhe B 2.47

Aufbringen der oberseitigen Beplankung während der Herstellung eines Kastendeckenelements schematischer Aufbau einer Kastendecke Beplankungswerkstoffe für Kastendecken Verbindungen innerhalb des Stabwerks Verbindung zwischen Stabwerk und Beplankung durch Schraubpressverleimung oder Verleimung Durch die Verbundwirkung von Rippen und Beplankung entsteht ein H-förmiger Trägerquerschnitt. unterschiedliche Auflagersituationen von Kastendeckenelementen mit der entsprechenden Anordnung von Rippen, Randbalken und Wechselträgern, die über die Beplankung zu einem Verbundelement werden

B 2.48

61

Bauteile und Bauelemente

Brettsperrholzdecke

B 2.49

Brettsperrholzelemente werden ohne materialspezifische Unterschiede sowohl für Decken als auch für Wände eingesetzt (siehe »Brettsperrholzwand«, S. 54). Fertigung, Montage und Öffnungen Die Abmessungen von Brettsperrholz sind theoretisch unbegrenzt, praktisch jedoch durch Herstellungsprozess und Transport limitiert. Brettsperrholzdecken werden in Elementen von bis zu 4 m Breite und bis zu 22 m Länge auf die Baustelle transportiert und lassen sich dort relativ schnell mit einfachen Verbindungsmitteln (z. B. diagonale Verschraubung) montieren. Je nach Anforderungen an die Steifigkeit der Decke sowie die Luftdichtigkeit und den Brandschutz werden Brettsperrholzelemente stumpf, mit Überblattung, mit oberseitiger Verbindung oder mit Nut und Feder gestoßen. Der Zuschnitt der Elemente und der Ausschnitt von Deckenöffnungen erfolgt meist im Zuge der Vorfertigung. Statische Wirkungsweise Brettsperrholzelemente wirken konstruktiv als relativ homogene Platten. Die mögliche Spannweite ist abhängig von der Plattenstärke und der Auflagersituation. Entsprechend der Anordnung und Anzahl der Brettlagen haben Brettsperrholzelemente eine Haupt- und eine Nebentragrichtung. Die Haupttragrichtung des Elements verläuft parallel zur Ausrichtung der Decklagen, da die Brettlagen in Spannrichtung die statische Leistungsfähigkeit bestimmen. Obwohl für Brettsperrholzelemente ein lineares Auflager mit gleichmäßiger Lasteinleitung optimal wäre, ist auch eine punktuelle Auflagerung möglich (siehe »Studentenwohnheim in Vancouver«, S. 166ff.). Die Elemente können proportional zu ihrer Tragfähigkeit in Haupt- und Nebenspannrichtung zweiseitig auskragen und mit Durchlaufträgerwirkung eingesetzt werden. Eine Verlagerung punktueller Auflager von den Ecken ins Innere der Platte erleichtert die Lasteinleitung in das Bauteil. Brettsperrholzelemente sind steife Scheiben und lassen sich bei entsprechender Verbindung der Deckenelemente untereinander sehr gut zur Gebäudeaussteifung nutzen.

h

B 2.50

Elementstoß als stumpfer Stoß

Elementstoß als Überblattung

lineares Auflager Spannrichtung in Nebentragrichtung

lineares Auflager, einseitige Auskragung

punktuelle Auflager

Elementstoß mit oberseitigem Brett aus Holzwerkstoff

punktuelle Auflager, zweiseitige Auskragungen

Elementstoß mit Nuten und Fremdfeder

leistungsfähige Scheibenwirkung in Deckenebene

B 2.51

62

h

lineares Auflager Spannrichtung in Haupttragrichtung

B 2.52

Bauteile und Bauelemente

Furnierschichtholzdecke

B 2.53

Furnierschichtholzplatten (FSH) kommen seit den 1990er-Jahren ohne materialspezifische Unterschiede sowohl als Decken- wie auch als Wandelemente zum Einsatz. Zunächst ausschließlich aus Nadelholzfurnier bestehend, gibt es seit Kurzem auch eine bauaufsichtliche Zulassung für Furnierschichtholz aus Buche.

Spannrichtung in Haupttragrichtung lineares Auflager

h

Materialisierung, Fertigung und Montage Hinsichtlich Materialisierung sowie Fertigung und Montage bestehen keine Unterschiede zur Furnierschichtholzwand (siehe S. 55). Statische Wirkungsweise Furnierschichtholzdecken wirken statisch als homogene Platten mit eindeutiger Hauptspannrichtung in Faserrichtung der Furnierlagen. Lineare Auflager sind daher notwendig. Furnierschichtholzplatten mit Sperrlagen ermöglichen eine Nebenspannrichtung und punktuelles Auflagern. Die Spannweite ist abhängig von der Plattenstärke und der Auflagersituation. Bei Furnierschichtholzelementen handelt es sich um steife Scheiben, die bei entsprechender Verbindung der Deckenelemente untereinander sehr gut zur Gebäudeaussteifung genutzt werden können.

B 2.49 B 2.50

B 2.51

B 2.52

B 2.53 B 2.54

B 2.55

B 2.56

Spannrichtung in Nebentragrichtung lineares Auflager

h

lineares Auflager, einseitige Auskragung B 2.54

punktuelle Auflager

Montage eines Deckenelements aus Brettsperrholz schematischer Aufbau einer Brettsperrholzdecke: kreuzweise Anordnung ungerader Bretterlagen mögliche Elementstöße in Brettsperrholzdecken: Die beiden mittleren Stöße ermöglichen steife Deckenscheiben. statische Wirkungsweise in Abhängigkeit von der Richtung der Decklagen, von der Auflagersituation und unter horizontaler Last Furnierschichtholzdecke, Pavillon Grüne Universität, Stuttgart (DE) 1993, Peter Cheret schematischer Aufbau eines FSH-Deckenelements mit Anordnung faserparalleler Furnierschichten in Deckenspannrichtung FSH ohne Sperrlagen (oben): Die Faserrichtung aller Furnierschichten ist parallel ausgerichtet. FSH mit Sperrlagen (unten): Die Faserrichtung einiger weniger (z. B. jeder 5.) Furnierschichten ist 90° zu den übrigen Lagen ausgerichtet. Spannrichtung und Auflagersituationen

punktuelle Auflager, zweiseitige Auskragungen

leistungsfähige Scheibenwirkung in Deckenebene B 2.55

B 2.56

63

Bauteile und Bauelemente

Holz-Beton-Verbunddecke

B 2.57

Aufbeton

Holzdecke

B 2.58

Balkendecke mit Aufbeton

Holz-Beton-Verbunddecken (HBV-Decken) wurden in den 1920er-Jahren entwickelt, um Beton und Stahl in Geschossdecken einzusparen. In der Nachkriegszeit kam die Technik vorwiegend zur Ertüchtigung und Rückformung alter Holzbalkendecken zum Einsatz. Seit den 1990er-Jahren wird die Konstruktion wieder vermehrt in Neubauten angewendet und stellt derzeit das am häufigsten eingesetzte Hybridbauteil im Holzbau dar. Gegenüber einer reinen Holzkonstruktion lässt sich damit die statische Leistungsfähigkeit wie auch das Schall- und Brandschutzverhalten verbessern, außerdem vermindert die zusätzliche Masse unerwünschte Schwingungen. Die Konstruktion eignet sich besonders für mittlere bis große Spannweiten. Statische Wirkungsweise Damit die Druckzone aus Beton und die Zugzone aus Holz eine Verbundtragwirkung erzielen, müssen sie schubsteif miteinander verbunden sein. Holz-Beton-Verbunddecken eignen sich optimal als Einfeldträger, nur bedingt für Durchlaufträger und nicht für größere Auskragungen, da sich dabei der Momentenverlauf im Bereich der Stützen umkehrt. Die Homogenität und Steifigkeit der Betonschicht begünstigt die Abtragung von Horizontalkräften in der Deckenscheibe.

Brettstapeldecke mit Aufbeton

versetzt angeordneter Brettstapel mit Aufbeton

Materialisierung, Fertigung und Montage Die beschriebene Zugzone bildet üblicherweise eine Balken-, Brettstapel-, Brettsperrholz-

oder Furnierschichtholzdecke. Der ca. 6 –12 cm dicke Aufbeton wird meist vor Ort auf die Holzdecke gegossen und ist nur gegen Rissbildung konstruktiv bewehrt. Es kommen aber auch Betonfertigteile oder vorgefertigte HBV-Deckenelemente zum Einsatz, bei denen vor Ort lediglich die Elementfugen nachträglich vergossen werden müssen. Damit ist eine weitgehend vorgefertigte, trockene Bauweise möglich. Öffnungen Deckenöffnungen in Holz-Beton-Verbunddecken sind in erster Linie abhängig von den Eigenschaften der in der Zugzone verwendeten Holzkonstruktion. Über die Aufbetonschicht können jedoch Auswechslungen und Verstärkungen gegebenenfalls mit zusätzlicher Bewehrung ausgebildet werden. Verbindungen Folgende Verbindungsvarianten sind bei HolzBeton-Verbunddecken üblich: • Bei Kerven (Einfräsungen in der Holzdecke meist quer zur Schubrichtung) erfolgt der Verbund über Formschluss zwischen Beton und Holz (Abb. B 2.61). Ergänzend sind zusätzlich Schrauben erforderlich, um die aus dem exzentrischen Anschluss entstehenden, abhebenden Kräfte aufzunehmen. • Eingeklebte Bleche führen kaum zu einer Reduzierung der Tragwirkung der Holzschicht. Durchlaufträger lassen sich mit bauaufsichtlicher Zulassung realisieren.

Brettsperrholzdecke mit Aufbeton

Furnierschichtholzdecke mit Aufbeton

1 Druckzone 2 Zugzone 3 schubsteife Verbindung

1

3

2 B 2.59

64

B 2.60

Bauteile und Bauelemente

• Der Einsatz von Flachstahlschlössern ist vor allem bei Brettstapelkonstruktionen üblich. In einem Neigungswinkel von 5° zur Vertikalen werden Flachstähle in etwa 4 % schmalere Sägenuten eingetrieben. Mit diesem System sind Einfeldbiegeträger von maximal 10 m Spannweite zugelassen. • Verschiedene Systeme von stiftförmigen Verbindungsmitteln sind bauaufsichtlich zugelassen. Die oberen Bereiche der speziell entwickelten Vollgewindeschrauben besitzen eine Profilierung, um den Verbund mit dem Beton zu optimieren. • Verschraubungen von Betonfertigteilen mit dem Holztragwerk vor Ort ermöglichen eine weitgehende Vorfertigung und trockene Bauweise. Beim Rückbau lassen sich die Werkstoffe wieder trennen. • Erste erfolgversprechende Untersuchungen zu lösbaren Verklebungen laufen derzeit.

B 2.57 B 2.58 B 2.59 B 2.60 B 2.61

Montage von vorgefertigten Holz-BetonVerbundelementen mit Zugzone aus BSP schematischer Aufbau einer Holz-BetonVerbunddecke mögliche Varianten der Holzkonstruktion statische Wirkungsweise einer Holz-BetonVerbunddecke übliche Varianten der Schubverbindung bei Holz-Beton-Verbunddecken

Kerven und Schrauben

Flachstahlschlösser in Sägenut

senkrechte Spezialschrauben

eingeklebte Streckmetallbleche

gekreuzte Schraubenpaare

Betonfertigteil mit eingelegten Leerrohrverbindern für die Verschraubung mit der Balkenlage vor Ort B 2.61

65

Bauteile und Bauelemente

Vergleich Holzbauelemente

Die nachfolgenden Abb. B 2.62– B.2.65 vergleichen alle eingangs vorgestellten Bauteile (S. 51– 65) hinsichtlich folgender Parameter. Tragfähigkeit Herkömmliche Tafelbauwände eignen sich in der Regel nicht für Gebäude mit mehr als drei Geschossen, wenn sie nicht besonders ausgeführt werden (Abb. B 1.11 b und c, S. 44). Brettsperrholz-, Furnierschichtholz- und vor allem Brettstapelwände können hingegen sehr hohe vertikale Lasten aufnehmen und eignen sich zum Bau sehr hoher Gebäude. Scheibenwirkung Die Scheibenwirkung von Tafelbau- und gedübelten Brettstapelwänden ist im Vergleich zu

Tafelbauelement mit durchlaufenden Ständern

Tafelbauelement

gering

Brettstapel gedübelt

Zusatzstoffe Bei Zusatzstoffen in Holzwerkstoffen und damit in Bauteilen und Bauelementen handelt es sich hauptsächlich um Klebstoffe. Mit Hartholzdübeln verbunden lassen sich sowohl Brettstapelund Brettsperrholzwände als auch Brettstapeldecken klebstofffrei herstellen. Gleiches gilt für Tafelbauwände und Balkendecken, deren Beplankung aus einer diagonalen – und damit aussteifenden – Brettschalung anstatt einer Holzwerkstoffplatte (Dreischichtplatte, OSBPlatte, etc.) besteht.

Brettsperrholz (BSP)

Tafelbauelement

hoch

Brettstapel verleimt

BSP gedübelt Brettstapel gedübelt Tafelbauelement mit Diagonalschalung

Scheibenwirkung

Brettstapel verleimt

BSP

Tafelbauelement mit OSB-Beplankung

Zusatzstoffe (Leimanteil)

Brettstapel

Furnierschichtholz (FSH)

Tragfähigkeit

gering

0%

den relativ homogenen Brettsperr- und Furnierschichtholzwänden gering. Die beiden Letzteren sind dagegen leistungsfähig genug, auch die Aussteifung höherer Gebäude zu gewährleisten.

BSP

FSH

hoch

FSH

3% B 2.62

66

Bauteile und Bauelemente

Balkendecke

BSP einachsig

FSH Buche Brettstapel

0%

FSH Nadelholz

BSP

0,22 m3/m2

Materialbedarf

Brettstapel

Balkendecke

gering

Brettstapel gedübelt Balkendecke mit Brettschalung

HBV-BSP zweiachsig HBV-Brettstapel zweiachsig

10 m

Balkendecke

0,08 m3/m2

Kastendecke

Kastendecke HBV-Balkendecke

Spannweite

5m

Kastendecke

BSP zweiachsig Brettstapel

FSH Nadelholz

BSP

FSH Buche

hoch

CO2-Speicher

Balkendecke mit OSB-Beplankung Brettstapel verleimt BSP

Kastendecke

FSH

Zusatzstoffe (Leimanteil)

3% B 2.63

67

Bauteile und Bauelemente

Auflager

a

a Holz-Beton-Verbunddecke (HBV) mit Furnierschichtholz (FSH) b Holz-Beton-Verbunddecke mit Brettsperrholz (BSP) c Holz-Beton-Verbunddecke mit Balkendecke d Holz-Beton-Verbunddecke mit Brettstapeldecke

e f g h i j

Furnierschichtholzdecke (FSH) Brettsperrholzdecke (BSP) Kastendecke Brettstapeldecke Balkendecke Holz-Beton-Verbunddecke mit FSH mit Querlagen k FSH mit Querlagen

b

Spannweite Im mehrgeschossigen Holzbau kommen Balkendecken nur selten und eher bei niedrigen Spannweiten zum Einsatz. Da in den meisten Anwendungsfällen nicht die Tragfähigkeit, sondern Schwingungs- und Durchbiegungsverhalten für die Bauteildimensionierung maßgeblich sind, eignen sich Brettsperrholz- und Brettstapeldecken für mittlere, Holz-Beton-Verbunddecken und Hohlkästen für große Spannweiten.

c

Materialbedarf Leichte Deckenkonstruktionen wie Kastenoder Balkendecken sind hinsichtlich des Materialbedarfs bei gleicher Spannweite wesentlich effizienter als Massivholzdecken aus Brettstapel-, Brettsperr- oder Furnierschichtholz und bieten damit ein höheres Substitutionspotenzial.

d

e

e

f

f

g

g

e

h

h

f

i

i

g

Lineare Auflager Lineare Auflager sind für alle Deckenelemente optimal. Holz-Beton-Verbunddecken beschränken sich häufig auf den Einsatz als Einfeldträger, da sich bei Krag- oder Durchlaufträgern der Momentenverlauf im Auflagerbereich umkehrt, sodass dort die Betonschicht auf Zug und die Holzkonstruktion auf Druck belastet wäre. Eine Auskragung oder Durchlaufträgerwirkung quer zum linearen Auflager ist dagegen mit allen Holzdeckenelementen ohne Weiteres möglich. Im mehrgeschossigen Holzbau wird darauf jedoch bisweilen verzichtet, um eine schalltechnische Trennung oder die ungestörte Lastdurchleitung aus oberen Geschossen zu erreichen. Auskragungen in zwei Richtungen (Haupt- und Nebentragrichtung) erlauben nur plattenartige Deckenelemente aus Brettsperrholz oder Furnierschichtholz oder Kastendecken, in die entsprechende Querrippen integriert sind.

lineares Auflager Auskragung in zwei Richtungen

lineares Auflager Auskragung in Spannrichtung

lineares Auflager Einfeld

CO2-Speicher Durch den höheren Materialbedarf sind Massivholzdecken ein größerer CO2-Speicher als leichte Deckenkonstruktionen. Die Verwendung von Laubholz steigert diesen Effekt, wie Furnierschichtholz aus Buche zeigt.

j

b

k

k

k

f

f

f

g

g

g

punktuelles Auflager Einfeld

punktuelles Auflager Auskragung in Spannrichtung

Punktuelle Auflager Punktuell auflagern lassen sich nur Elemente, die in zwei Richtungen spannen können, also Brettsperrholz, Furnierschichtholz mit Querlagen, Kastendecken und Holz-Beton-Verbunddecken in Kombination mit BSP oder FSH. Analog zum linearen Auflager sind für BSP, FSH sowie entsprechend ausgelegte Kastendecken Auskragungen und Durchlaufträgerwirkung in Haupt- und Nebentragrichtung möglich, für HBV-Decken jedoch nur sehr eingeschränkt. Vergleich verschiedener Deckenaufbauten Abb. B 2.65 vergleicht die Konstruktionshöhen unterschiedlicher Deckenelemente für eine Wohnnutzung mit Spannweiten von 4, 5 und 6 m. Der Deckenaufbau gewährleistet jeweils vergleichbare Anforderungen an Brand- und Schallschutz.

punktuelles Auflager Auskragung in zwei Richtungen B 2.64

68

Bauteile und Bauelemente

Deckenkonstruktion

Aufbau

Spannweite [m]

Stärke Tragkonstruktion [mm] (Trägerquerschnitte)

Gesamtstärke Decke [mm]

Balkendecke

Bodenbelag 20 mm Zement- oder Anhydridestrich 80 mm, Trennlage Trittschalldämmung Mineralfaser 30 mm Holzwerkstoffplatte 25 mm Balkenlage KVH C24 oder BSH Gl24 h/c 120 / 240 –320 mm (Achsabstand 625 mm) dazwischen Mineralfaserdämmung 100 mm Direktabhänger gummigelagert 20 mm Lattung 30 mm Gipskartonfeuerschutz-/Gipsfaserplatte 2≈ 18 mm

4

240 (120/240)

481

5

280 (140/280)

521

6

320 (120/320)

561

Bodenbelag 20 mm Zement- oder Anhydridestrich 50 mm, Trennlage Trittschalldämmung Mineralfaser 30 mm Dreischichtplatte 27 mm Rippen BSH Gl28 h/c 80 /140 – 220 mm (Achsabstand 625 mm) dazwischen Mineralfaserdämmung 140 –160 mm Dreischichtplatte 27 mm Unterkonstruktion zur elastischen Aufhängung der Brandschutzbekleidung 20 mm Gipskartonfeuerschutz-/Gipsfaserplatte 2≈ 18 mm

4

194 (80/140, 27, 27)

350

5

234 (80/180, 27, 27)

390

6

274 (80/220, 27, 27)

430

Bodenbelag 20 mm Zement- oder Anhydridestrich 50 mm, Trennlage Trittschalldämmung Mineralfaser 30 mm Splittbeschwerung 80 mm Brettstapel C24 120 – 200 mm

4

120

300

5

160

340

6

180

380

4

140

320

5

180

360

6

220

400

Bodenbelag 20 mm Zement- oder Anhydridestrich 50 mm, Trennlage Trittschalldämmung Mineralfaser 30 mm Zusatzdämmung Mineralfaser 40 mm Aufbetonschicht 100 mm Brettstapel C24 120 –160 mm

4

220

360

5

240

380

6

260

400

Bodenbelag 20 mm Zement- oder Anhydridestrich 50 mm, Trennlage Trittschalldämmung Mineralfaser 30 mm Zusatzdämmung Mineralfaser 40 mm Stahlbeton 200 – 260 mm

4

200

340

5

200

340

6

260

400

Kastendecke

Brettstapeldecke

Brettsperrholzdecke

Holz-Beton-Verbunddecke

Stahlbetondecke

Bodenbelag 20 mm Zement- oder Anhydridestrich 50 mm, Trennlage Trittschalldämmung Mineralfaser 30 mm Splittbeschwerung 80 mm Brettsperrholz C24 140 – 220 mm

B 2.65

Nutzung:

Geschosswohnungsdecke qk = 1,5 kN/m2 mit Querverteilung bzw. qk = 2,0 ohne Querverteilung Schallschutz: gemäß DIN 4109-1 und -2: R’W ≥ 54 dB, L’n,w ≤ 50 dB Zur Berücksichtigung der Flankenübertragung Rw ∫ R’w und Ln,w ∫ L’n,w ist ein Korrekturwert von -3 dB bzw. +5 dB angesetzt Brandschutz: F 60, bei Balken- und Kastendecke F 60 – K260

B 2.62 B 2.63 B 2.64 B 2.65

Vergleich Wandelemente Vergleich Deckenelemente Vergleich Auflagersituationen Vergleich Konstruktionshöhen von Deckenaufbauten

69

Teil C

1

Konstruktion

Schutzfunktionen Brandschutz Feuchteschutz Schalltechnische Anforderungen Holzschutz Winterlicher und sommerlicher Wärmeschutz

72 72 79 82 84

2

Sommerlicher Wärmeschutz RIOPT-Studie Einfluss der Bauweise Solarer Eintrag und Beschattung Luftwechsel und natürliche Kühlung

88 88 88 90 90

3

Schichtenaufbau der Gebäudehülle Anforderungen an die Gebäudehülle Funktionen der Bauteilschichten Schallschutztechnische Aspekte Brandschutztechnische Aspekte Weitere Kriterien zur Wahl der Außenwandkonstruktion Weitere Kriterien zur Schichtenanordnung bei horizontalen bzw. geneigten Bauteilen der Gebäudehülle Polyfunktionalität Gesetzmäßigkeiten des Fügens

4 Schichtenaufbau von Innenbauteilen Schichtenaufbau von Holzdecken Schichtenaufbau von Innenwänden Gesetzmäßigkeiten des Fügens von Innenbauteilen 5

Abb. C

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau Planung Möglichkeiten der Vorfertigung Einfluss von Durchdringungen und Aussparungen auf das Tragwerk Allgemeine Prinzipien zur Integration der Haustechnik in Bezug auf die Bauphysik Maßnahmen in Feuchträumen Fazit

86

92 92 92 100 101 101

103 105 106 114 115 118 120

122 122 122 122

123 126 127

14-geschossiges Wohngebäude, Bergen (NO) 2015, ARTEC

71

Schutzfunktionen Stefan Winter

C 1.1

Wie bei jeder Bauweise muss auch die Konstruktion eines Holzbaus neben der Tragfähigkeit alle anderen Funktionen wie Brand-, Feuchte-, Schall- und Holzschutz sowie den winterlichen und sommerlichen Wärmeschutz ohne eine Reduktion des Anforderungsniveaus erfüllen. Die zugehörigen Schutzziele und deren Umsetzung im Holzbau werden nachfolgend dargestellt.

Brandschutz Für den Entwurf, die Planung, Werkstattzeichnungen, Ausführung, Qualitätssicherung und den Betrieb mehrgeschossiger Gebäude aller Art spielt der vorbeugende Brandschutz eine wesentliche Rolle. Dies gilt weltweit gleichermaßen und unabhängig von der Wahl des dominierenden konstruktiven Werkstoffs. Holz ist allerdings im Vergleich zu Stahlbeton, Mauerwerk und Stahl der einzige Konstruktionswerkstoff, der selbst brennbar ist und somit im Falle eines Brands einen Teil der Brandlast eines Gebäudes darstellen kann. Diese Brennbarkeit des Werkstoffs trägt – zusammen mit der Erinnerung an zum Teil verheerende Stadtbrände im Mittelalter und in den großen Kriegen – bis heute zu Vorurteilen bezüglich der Brandsicherheit moderner Holzgebäuden bei. Dass diese Vorurteile sachlich unbegründet sind, wird nachfolgend anhand einer Reihe typischer Fragestellungen untersucht. Das Brandentstehungsrisiko in Holzgebäuden

Das Brandentstehungsrisiko ist grundsätzlich unabhängig von den Konstruktionswerkstoffen. Schon in den 1990er-Jahren haben Studien nachgewiesen, dass das Brandentstehungsrisiko in Wohngebäuden mit der Verteilung der Bevölkerung in den jeweiligen Konstruktionsarten direkt korreliert [1]. Ähnliches dürfte für Bürogebäude gelten. Denn das Risiko einer Brandentstehung geht nicht vom Konstruktionsmaterial eines Gebäudes aus, sondern von den technischen Installationen und im Wesentlichen von menschlichem Fehlverhalten. Hier sind beispielsweise der implodierende alte Röhrenfernseher, der vergessene Milchtopf auf dem Herd oder die unsachgemäße Elektroinstallation

72

neben den Klassikern der Weihnachtsbaumkerze und des eingeschlafenen Rauchers die wesentlichen Brandentstehungsrisiken. Eine Holzkonstruktion selbst stellt für sich kein Risiko einer Brandentstehung dar. Leistungsanforderungen an den Brandschutz

Die weltweit gleichen Leistungsanforderungen an den Brandschutz sind: • das Verhindern der Entstehung eines Brands und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) • die mögliche Rettung von Menschen und Tieren • das Zulassen von wirksamen Rettungs- und Löscharbeiten Diese Leistungsanforderungen sind von allen Bauwerken gleichermaßen zu erfüllen. Dazu ist eine Reihe von Parametern zu berücksichtigen, beispielsweise: • die Größe der brandschutztechnisch abgetrennten Nutzungseinheiten • vorhandene Brandlasten • Flucht- und Rettungswege in Abhängigkeit von der Nutzung • bauliche Situation des Gebäudes wie Zugänglichkeit, Abstände zur Nachbarbebauung etc. • Gestaltung der Außenfassaden • Anlagen des vorbeugenden Brandschutzes wie Alarmierungsanlagen oder Sprinkler Für einzelne Bereiche lassen sich die Leistungsanforderungen weiter präzisieren. Außenfassaden beispielsweise sollen eine Ausbreitung von Feuer und Rauch über die Fassade verhindern, darüber hinaus dürfen großflächige Teile während eines Brands nicht brennend abfallen. Aus den vorgenannten Anforderungen werden in den meisten Ländern fortlaufend präskriptive (also detailliert vorschreibende) Regeln für den vorbeugenden baulichen und den anlagentechnischen Brandschutz entwickelt, die in den jeweiligen Bauordnungen niedergelegt sind. Als Beispiele seien hier die Anforderungen an den Feuerwiderstand der tragenden und aussteifenden Bauteile in Abhängigkeit von den Gebäudehöhen und Ausdehnungen genannt,

Schutzfunktionen

Gebäudeklasse

Geschossanzahl ca.

Höhe des obersten Geschossfußbodens über mittlerer, festgelegter Geländehöhe

>8

> 22 m

Hochhaus

Bezeichnung

Hochhaus

8 5

7

≤ 22 m

6

Gebäude mittlere Höhe

5

4

≤ 13 m

4 3

1 bis 3 C 1.1 C 1.2 C 1.3 C 1.4

gealterte Schindelfassade Einteilung der Gebäudeklassen entsprechend MBO (2012) Baustoffklassen Bauteilklassen

da diese wiederum die Möglichkeiten der Feuerwehr für Lösch- und Rettungsarbeiten wesentlich beeinflussen. Diese bilden beispielsweise die Grundlage für die Anforderungen an den Feuerwiderstand von Gebäuden je nach Gebäudeklasse, die in Deutschland in der derzeit gültigen Musterbauordnung (MBO) [2] festgelegt sind (Abb. C 1.2). Der Bau von Einfamilienhäusern (Gebäudeklasse 1) ist nach MBO ohne Feuerwiderstandsdauer möglich, als Mindestanforderung an die Brennbarkeit gilt für alle Baustoffe »normal entflammbar«. In der Gebäudeklasse 2 (Reihenhäuser /Zweifamilienhäuser) besteht bereits eine Anforderung an den Feuerwiderstand von 30 Minuten. Auch für die Gebäudeklasse 3 (mehrgeschossige Gebäude geringer Höhe mit beliebiger Nutzung) genügen noch 30 Minuten Feuerwiderstand, da insbesondere von einer unverzüglichen Rettung der Nutzer durch die begrenzte Gebäudehöhe auszugehen ist. Die Begrenzung der Höhe des Geschossfußbodens auf 7 m über der mittleren Höhe des festgelegten Geländeniveaus resultiert dabei aus den verfügbaren Steckleitern der Feuerwehr, die eine einfache Anleiterung bis zu einer Brüstungshöhe von ca. 8 m erlauben. Bei höheren Gebäuden sind für die Sicherstellung des sogenannten zweiten Rettungswegs Steckleitern nicht mehr ausreichend, hier muss die Feuerwehr auf Drehleitern oder Hubrettungsgeräte zurückgreifen, wenn kein ortsfester zweiter Rettungsweg, z. B. ein Laubengang mit zwei Treppenabgängen, zur Verfügung steht. Ohne diesen alternativen baulichen Rettungsweg kann nur eine geringere Anzahl an Personen in einem angemessenen Zeitraum gerettet werden, die Zeitdauer für die Feuerwehr erhöht sich wesentlich. Daher sind in der Gebäudeklasse 4 (Höhe des obersten Geschossfußbodens ≤ 13 m) und in der Gebäudeklasse 5 (Höhe des obersten Geschossfußbodens ≤ 22 m) längere Feuerwiderstandsdauern von 60 bzw. 90 Minuten erforderlich, auch weil mit zunehmender Höhe die Löscharbeiten grundsätzlich erschwert sind. Für Gebäude mit noch größeren Gebäudehöhen (Hochhäuser mit Höhen des obersten Geschossfußbodens von mehr als 22 m) tritt

2

≤7m

Gebäude geringer Höhe

1 C 1.2 bauaufsichtliche Benennung

Zusatzanforderungen kein Rauch

nicht brennbare Baustoffe

nicht brennend abtropfend

europäische Klasse nach DIN EN 13 501 Bauprodukte außer Rohrdämmstoffe und Bodenbeläge

lineare Rohrdämmstoffe

Bodenbeläge

‡

‡

A1

A 1L

A 1fl

‡

‡

A 2-s1,d0

A 2L-s1,d0

A 2fl-s1,d0

‡

‡

B-s1,d0 C-s1,d0

BL-s1,d0 CL-s1,d0

A 2-s2,d0 A 2-s3,d0 B-s2,d0 B-s3,d0 C-s2,d0 C-s3,d0

A 2L-s2,d0 A 2L-s3,d0 BL-s2,d0 BL-s3,d0 CL-s2,d0 CL-s3,d0

A 2-s1,d1 A 2-s1,d2 B-s1,d1 B-s1,d2 C-s1,d1 C-s1,d2

A 2L-s1,d1 A 2L-s1,d2 BL-s1,d1 BL-s1,d2 CL-s1,d1 CL-s1,d2

A 2-s3,d2 B-s3,d2 C-s3,d2

A 2L-s3,d2 BL-s3,d2 CL-s3,d2

D-s1,d0 D-s2,d0 D-s3,d0 E

DL-s1,d0 DL-s2,d0 DL-s3,d0 EL

D-s1,d1 D-s2,d1 D-s3,d1 D-s1,d2 D-s2,d2 D-s3,d2 E

DL-s1,d1 DL-s2,d1 DL-s3,d1 DL-s1,d2 DL-s2,d2 DL-s3,d2 EL

A 2fl-s2 Bfl-s2 Cfl-s2 Dfl-s1 Dfl-s2 Efl

F

FL

Ffl

‡

schwer entflammbare Baustoffe ‡

‡

normal entflammbare Baustoffe

leicht entflammbare Baustoffe

Bfl-s1 Cfl-s1

‡ = trifft zu s (smoke) = Rauchentwicklung; d (droplets) = brennendes Abtropfen/Abfallen; fl (floorings) = Bodenbeläge L (Linear pipe thermal insulation products) = lineare Rohrdämmstoffe

bauaufsichtliche Anforderung

tragende Bauteile

C 1.3

nichttragende Innenwände

nichttragende Außenwände

Doppelböden

selbstständige Unterdecken

REI 30

EI 30 (a ↔ b)

ohne Raumabschluss 1)

mit Raumabschluss 1)

feuerhemmend

R 30

REI 30

EI 30

E 30 (i → o) und E 30-ef (i → o)

hochfeuerhemmend

R 60

REI 60

EI 60

E 60 (i → o) und E 60-ef (i → o)

EI 60 (a ↔ b)

feuerbeständig

R 90

REI 90

EI 90

E 90 (i → o) und E 90-ef (i → o)

EI 90 (a ↔ b)

Feuerwiderstandsfähigkeit 120 Min.

R 120

REI 120

–

–

_

Brandwand

–

REI 90-M

EI 90-M

–

–

1)

Für die mit reaktiven Brandschutzsystemen beschichteten Stahlbauteile ist die Angabe IncSlow gemäß DIN EN 13 501-2 zusätzlich erforderlich. i → o (in → out) = von innen nach außen; a ↔ b (above ↔ below) = oben ↔ unten C 1.4

73

Schutzfunktionen

eine weitere Leistungsanforderung hinzu: Da die Feuerwehr unter Umständen keine Möglichkeiten für einen wirksamen Löschangriff oberhalb dieser Höhe hat, sollten die Konstruktionen dieser Gebäude in der Lage sein, ohne Einsturz des Tragwerks ein vollständiges Ausbrennen des Gebäudes zu überdauern. Die Musterbauordnung fordert daher für Hochhäuser einen Feuerwiderstand von mindestens 90 Minuten und die Verwendung nicht brennbarer Konstruktionswerkstoffe, damit die Bauteile nach der Abkühlphase noch dauerhaft tragfähig bleiben. Der Zeitraum von 90 Minuten ergibt sich dabei aus einer mittleren Brandlast in Wohn- und Büronutzungen von 600 bis 750 MJ/m2, die bei einem voll ventilierten Brand in der Regel nach 90 Minuten verbraucht sind, d. h. die Temperatur im Brand-

raum sinkt danach in der Abkühlphase relativ schnell wieder unter ca. 200 °C (Abb. C 1.5). Brennbarkeit und Feuerwiderstand

Es ist unbedingt notwendig, zwischen der Brennbarkeit der Baustoffe (durch die Baustoffklassen definiert) und dem Feuerwiderstand der Bauteile (durch die Feuerwiderstandsklassen der Bauteile definiert) zu unterscheiden. Die Brennbarkeit der Baustoffe beeinflusst im Wesentlichen die Ausbreitung eines Brands unmittelbar nach der Entstehung und während der Brandentwicklung. Die Baustoffklassen werden nach DIN 4102 in nicht brennbare (A 1 und A 2) und brennbare Baustoffe (B 1 bis B 3) eingeteilt; DIN EN 13 501 sieht sieben Euroklassen vor (A1, A 2, B, C, D, E, F) sowie die weiteren Klassen s1, s2 und s3

Brandverhalten der brennbaren Bauteile bzw. der Konstruktion

für Rauchentwicklung (s = smoke), für brennendes Abtropfen /Abfallen (d = droplets) die Klassen d 0, d1 und d 2 sowie besondere Klassen für Bodenbeläge (fl = floorings) (Abb. C 1.3, S. 73). Der Feuerwiderstand eines Bauteils beschreibt das Vermögen, standsicher zu bleiben (Kriterium R) sowie bei raumabschließenden Bauteilen den Durchgang von Rauchgasen (Kriterium E) und den Durchgang von Wärme (Kriterium I) für die geforderte Feuerwiderstandsdauer zu verhindern. Entsprechend ihrer Feuerwiderstandsdauer (in 30-Minuten-Schritten angegeben) werden Bauteile in Feuerwiderstandsklassen eingeteilt, denen die bauaufsichtlichen Begriffe »feuerhemmend«, »hochfeuerhemmend« und »feuerbeständig« zugeordnet sind (Abb. C 1.4, S. 73). Tragende Bauteile

Brandverhalten der nicht brennbaren Bauteile bzw. der Konstruktion

Berücksichtigung benachbarter, angrenzender Baustoffe

feuerhemmend

Prüfnorm

DIN EN 13 501-1 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Brandverhalten von Bauprodukten

DIN EN 13 501-2 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Feuerwiderstandsprüfungen

Temperatur

baurechtliche Benennung

feuerbeständig

REI 30

Brandentstehung

schematischer Brandverlauf

Brandentwicklung

REI 90

Vollbrand

Abkühlung

Feuerübersprung (flashover)

Brandbeginn (Zündung)

30 min

90 min Zeit

Risiken

Entflammbarkeit

Flammenausbreitung an Oberflächen

Baustoffe: Wärmeentwicklung, Rauch und Toxität Bauteile: Tragfähigkeit (R), Raumabschluss (E; Flammendurchgang, Restfestigkeit) und Wärmedurchgang (I) C 1.5

74

Schutzfunktionen

C 1.5

Brandentwicklungsdiagramm mit Eintrag des Einflusses von Baustoffen und Bauteilen C 1.6 Querschnitt Vollholzbalken nach Brandbeanspruchung. Im Gegensatz zur eindimensionalen Abbrandrate ß0, die die Abbrandtiefe in der Mitte eines Holzquerschnitts abbildet, berücksichtigt die nominelle Abbrandrate ßn Eckausrundungen beim Abbrennen des Querschnitts und Risse im Holz. C 1.7 Abbrandverhalten unterschiedlicher Holzbaustoffe nach DIN EN 1995-1-2 C 1.6

können gleichzeitig raumabschließend sein, wie z. B. Wohnungstrennwände (REI), während einzelne Stützen nur bezüglich ihrer Standsicherheit zu bemessen sind (R). Die Gesetzmäßigkeiten der Brandentwicklung und die Zuordnung der vorgenannten Anforderungen zeigt Abb. C 1.5. Die Brennbarkeit eines Baustoffs und der Feuerwiderstand eines Bauteils haben direkt nichts miteinander zu tun. Einige Beispiele: • Eine Stahlstütze (Baustoffklasse A – nicht brennbar), die weder durch eine Brandschutzbekleidung noch durch einen Brandschutzanstrich geschützt wird, verliert im Regelfall spätestens nach 30 Minuten ihre Tragfähigkeit. Eine Stütze aus Brettschichtholz hingegen brennt zwar an ihren Außenseiten ab, kann aber auf mehr als 90 Minuten Standsicherheit im Brandfall ohne zusätzliche Schutzbekleidungen oder -anstriche bemessen werden. • Eine Glasscheibe ist nicht brennbar, lässt aber einen nahezu sofortigen Wärmedurchgang zu. Eine 30 mm dicke Platte aus Holzweichfasern brennt zwar, behindert aber den Wärmedurchgang wesentlich und führt frühestens nach ca. 15 Minuten zu einer Temperaturerhöhung auf der Feuer abgewandten Seite. Eine wesentliche Rolle spielt die Brennbarkeit allerdings in der Brandentstehungsphase und hinsichtlich der Weiterleitung eines Brands. Daraus folgen in den präskriptiven Bauordnungen Anforderungen an die Nichtbrennbarkeit von Oberflächen in Fluchtwegen (z. B. in notwendigen Treppenräumen und notwendigen Fluren) oder die Anforderung, schwer entflammbare Baustoffe für Fassadenbekleidungen zu verwenden, um die vorgenannten generellen Leistungsanforderungen zu erfüllen. Leistungsvermögen des Holzbaus

Da bei einem Holzbau ein gleichwertiges Sicherheitsniveau gewährleistet sein muss, ist es erforderlich, eine realistische Beurteilung des Brandverhaltens von Holz und Holzkonstruktionen vorzunehmen und unabhängig von der Brennbarkeit die im Brandfall durchaus positiven Eigenschaften des Materials zu nutzen. Die grundlegenden Leistungsanforderun-

Material

eindimensionale Abbrandrate ß0 [mm/min]

nominelle Abbrandrate ßn [mm/min]

0,65

0,7

0,65

0,8

0,65

0,7

0,50

0,55

Furnierschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥ 480 kg/m3

0,65

0,7

Platten Holzbekleidungen Sperrholz Holzwerkstoffplatten außer Sperrholz

0,9 1) 1,0 1) 0,9 1)

Nadelholz und Buche Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥ 290 kg/m3 Vollholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥ 290 kg/m3 Laubholz Vollholz oder Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥ 290 kg/m3 Vollholz oder Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte von ≥ 450 kg/m3

1)

Die Werte gelten für eine charakteristische Rohdichte von 450 kg/m3 und eine Werkstoffdicke von 20 mm. C 1.7

gen (siehe S. 72f.) an alle Konstruktionen im Brandfall sind durch die Holzbauweisen gleichermaßen zu erfüllen. Da es oft Wunsch von Planern, Bauherren und Nutzern ist, in Holzgebäuden das Holz auch (zumindest in Teilbereichen) sichtbar zu belassen, muss die Brennbarkeit des Werkstoffs in besonderem Maße berücksichtigt werden. Das Brandverhalten von Holzbauteilen wird durch das Verhältnis von Oberfläche zu Querschnitt und durch die Rohdichte der Hölzer sehr stark beeinflusst. Je größer die Rohdichte eines Holzes, umso geringer ist seine Abbrandrate, d. h. der Abbrand in mm /min, bei Einwirkung eines Brands (Abb. C 1.7). Das abbrennende Holz trägt zur Brandlast im Raum bei, die sich auf der Feuer zugewandten Seite bildende Holzkohleschicht schützt aber gleichzeitig den inneren Bereich. Die nominelle Abbrandrate ßn berücksichtigt den erhöhten Eckabbrand (Abb. C 1.6). Da zudem die Wärmeleitzahl des Holzes relativ gering ist (λ ≤ 0,13 – 0,17 W/mK) bleibt der innere, unversehrte Bereich kühl und damit tragfähig. Durch eine Erhöhung der Bauteildicken gegenüber den statisch erforderlichen Abmessungen lässt sich somit eine Brandschutzbekleidung aus Holz erzeugen. Die massiven Holzbauteile haben zudem den Vorteil, dass ein Brand nicht

in Hohlräume eindringen kann, in denen er sich unkontrolliert und für die Feuerwehr nahezu unerreichbar ausbreiten könnte. Massive Holzbauteile selbst sind gut löschbar, Nachzündungen treten nicht auf. Daher ist es durchaus möglich und wird in vielen Fällen realisiert, massive und sichtbare Holzbauteile mit einem Feuerwiderstand von 90 Minuten (REI 90) in Gebäuden bis zur Hochhausgrenze einzusetzen, auch in Treppenraumwänden als Brandwandersatzwand (REI 90-M; siehe »Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen«, S. 211ff.). Daher sind in der Brandschutzplanung mit Holz u. a. folgende Kriterien besonders zu beachten: • Durch die Beplankung mit nicht brennbaren Bekleidungen sind insbesondere die notwendigen Flure und Treppenräume brandlastfrei zu halten. • Brandschutzbekleidungen mit definierter Schutzzeit (Kapselkriterium, z. B. K 230 oder K 260) begrenzen die Temperatur auf der feuerabgewandten Seite im angegebenen Zeitraum auf T ≤ 300 °C und verhindern damit ein Mitbrennen des Holzes, also einen Beitrag zur Brandlast. Die Kapselbekleidungen sollen zudem bei Tafelbauteilen mit gedämmten oder ungedämmten Hohlräumen ein Eindringen des Brands in die Konstruktion unterbinden.

75

Schutzfunktionen

• Der Anteil an unbekleideten Holzoberflächen in Räumen ist zu begrenzen, um die Brandlasterhöhung durch die Holzbauteile gering zu halten. Hier gilt die Faustregel: Bestehen Decke und Fußboden aus sichtbarem Holz, dann sollten die Wände nicht brennbar bekleidet werden. Oder: Sind zwei Wände unbekleidet, dann dürfen entweder Decke oder Boden aus sichtbarem Holz gestaltet sein. • Einzelne sichtbare und massive Holzbauteile (z. B. eine frei stehende BSH-Stütze) tragen nur sehr unwesentlich zum Brandverlauf in einem Brandraum bei. • Schachtführungen und Schottungen von Durchdringungen durch Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung sollten vollständig geplant werden. Hier hat es sich im Holzbau bewährt, geschossweise innerhalb der Schächte in den Decken zu schotten und für jeden Brandabschnitt eigene Schächte anzuordnen (siehe »Schachttyp B«, S. 126). Dies erlaubt dann innerhalb der Geschosse eine

freie Leitungsführung. Außerdem ist es möglich, die Deckenbereiche in den Schächten auszubetonieren und dort auf die üblichen zugelassenen Schottsysteme für die Leitungen der TGA zurückzugreifen. Spezielle Lösungen von Schottsystemen für den Holzbau sind zum Zeitpunkt dieser Publikation leider immer noch rar, obwohl aufgrund verschiedener Forschungen inzwischen eine Reihe von Übertragungsregeln veröffentlicht wurde und bereits als gleichwertige Lösungen durch die Bauaufsichten anerkannt sind [3]. • Eine besondere Planung und konstruktive Ausführung der Fassade ist dann erforderlich, wenn ab der Gebäudeklasse 4 eine normal entflammbare Holzfassade verwendet werden soll. • Wird an der Grenze zwischen Gebäuden geringer Höhe (OK Fertigfußboden ≤ 7 m über mittlerer Geländehöhe) und der Gebäudeklasse 4 gebaut, lohnt es sich intensiv zu prüfen, ob sich die Höhe von Gebäuden geringer Höhe einhalten lässt. In diesem Fall

können alle tragenden und raumabschließenden Regelbauteile nur feuerhemmend, also mit der Feuerwiderstandsklasse REI 30, ausgeführt werden. Sichtbare Oberflächen und Holzfassaden sind nach den Bauordnungen zulässig. Wie bei der Beschränkung der Größe der Nutzungseinheiten ist die Grenze von 7 m zwingend einzuhalten, selbst eine geringfügige Überschreitung dieser Gebäudehöhe führt zur Einstufung in die nächsthöhere Gebäudeklasse. • Kastenkonstruktionen oder andere Konstruktionen mit Hohlräumen sollten nur bei Gebäuden geringer Höhe in sichtbaren Ausführungen eingesetzt werden, da in diesen Bereichen die Gefahr einer nur schwer zu kontrollierenden Brandausbreitung besteht. Bei höheren Gebäuden sind brandschutztechnisch wirksame Bekleidungen zu verwenden. • Kommen in Gebäuden ab mittlerer Höhe (> 7 m OK Fertigfußboden) sichtbare Flächenbauteile (Decke, Wand) zum Einsatz, Brandwand F 90-A+M feuerbeständig F 90-A F 90-B+K260 F 90-B+K260 (von oben) mit sichtbaren Deckenuntersichten in Holz feuerhemmend F 30-B; bei nichttragenden Außenwänden W 30-B feuerhemmend F 30-A Wärmedämmverbundsystem (Baustoffklasse A) Wärmedämmverbundsystem (Baustoffklasse B 1) hinterlüftete Holzaußenwandbekleidung (Baustoffklasse B 2) Tür dT Tür RS Tür T30 notwendiger Treppenraum notwendiger Flur Aufzugsschacht

Zugang erster Rettungsweg zweiter Rettungsweg durch »Anleiterbare Stelle« mit Drehleiter zweiter Rettungsweg durch »Anleiterbare Stelle« mit tragbarer Leiter Rauchwarnmelder C 1.8

76

Schutzfunktionen

C 1.8

Beispiel Brandschutzplanung, Treppenhauserschließung über Laubengang, achtgeschossiges Holzhaus H 8, Bad Aibling (DE) 2011, Schankula Architekten C 1.9 Vorteil einer Sprinkleranlage, sichtbare Treppenkonstruktion aus Brettsperrholz, Library at the Dock, Melbourne (AUS) 2014, Clare Design and Hayball C 1.10 offene Holzkonstruktion und offene Grundrisse mit hohen Brandlasten durch Sprinklerung, Library at the Dock, Melbourne C 1.9

ist insbesondere die Verwendung von HolzBeton-Verbunddecken zu prüfen. Dadurch lässt sich in den Geschossen eine »durchgehende nicht brennbare Schicht« einfach realisieren. Sie dient der Begrenzung der Brandund Rauchausbreitung und wird in einigen Bauordnungen gefordert.

und Anlagen des technischen Brandschutzes. Der Einbau sollte daher so weit wie möglich bereits in der Vorfertigungsphase stattfinden, da im Zuge einer industriellen Fertigung die Fehlerquote deutlich geringer ausfällt und sich eine Überwachung wesentlich einfacher gestaltet.

Folgende Aspekte gelten für Holzbauwerke ebenso wie für alle anderen Bauweisen: • klare und eindeutige Rettungswegführung • Wenn möglich Bereitstellung eines zweiten ortsfesten Rettungswegs, insbesondere wenn mit einer erhöhten Anzahl von Personen zu rechnen ist (z. B. größerer Konferenzraum). Die Rettungsmöglichkeit der Feuerwehr über Drehleitern beschränkt sich im Regelfall auf nur ca. zwölf Personen je ausfallendem ersten Rettungsweg! • Eindeutige Ausbildung von Brand- und Rauchabschnitten: Diese ist durch die Bauordnung klar vorgegeben und meist aufwendig umzusetzen, da Brandwände, Brandwandersatzwände oder Trennwände hergestellt werden müssen. Noch wichtiger ist die Ausbildung möglichst kleiner Rauchabschnitte, z. B. durch Rauchschutztüren in Fluren. Im Brandfall ist die Gefährdung durch Rauch wesentlich größer, als durch eine direkte Brandeinwirkung. Idealerweise sind daher beispielsweise im Büro- oder Schulbau immer zwei unabhängige Rauchabschnitte als Fluchtweg erreichbar. Wegen der Fokussierung auf die Bereitstellung des Rettungswegs genügt meist eine Beschränkung der (Rauch-)Schutzzeiten auf 30 Minuten. • Die notwendigen Treppenräume sind von Brandlast freizuhalten. Sie dienen nicht nur als Rettungsweg für die Bewohner, sondern auch als Angriffs- und Rückzugsraum der Feuerwehr. Auf ihre brandschutztechnisch sichere Ausbildung muss Verlass sein, hier gibt es keinen Verhandlungsspielraum. • eine ausreichende Ausstattung mit Brandmeldern (in Wohnungen inzwischen ohnehin Pflicht) und ausreichende Feuerlöschmittel zur Selbsthilfe • Eine intensive Überprüfung / Qualitätssicherung aller Brandschutzmaßnahmen, insbesondere der korrekte Einbau von Abschottungen

Die Zusammenfassung aller Punkte erfolgt in Brandschutzkonzepten, die eine Gesamtbeschreibung des brandschutztechnischen Sicherheitskonzepts beinhalten und – sofern erforderlich – die Abweichungen von den Bauordnungen begründen. Solche Abweichungen sind im Holzbau im Regelfall erforderlich, wenn mehr als drei Geschosse gebaut werden. Dann liegen nämlich Feuerwiderstandsklassen mit Anforderungen oberhalb »feuerhemmend« vor und es sind keine sichtbaren Holzbauteile mehr direkt zulässig (Ausnahme Baden-Württemberg). Unter Beachtung der genannten Punkte lassen sich aber meist sinnvolle Lösungen

finden. Kompensationen durch intensivierte Brandmeldeeinrichtungen, Treppenräume in der Bauart von Sicherheitstreppenräumen (Zugang vom Freien oder freigestellte Treppenanlagen; siehe Abb. C 1.8 und »Wohn- und Geschäftshaus c13 in Berlin«, S. 170ff.), zweite ortsfeste Rettungswege, verkleinerte Rauchabschnitte oder Ähnliches reichen meist aus, um selbst mit sichtbaren Holzbauteilen mehrgeschossige Bauten bis zur Hochhausgrenze errichten zu können. Sprinkler

Unüblich in den deutschsprachigen Ländern, sehr wohl gebräuchlich aber in Nordamerika, Australien oder den nordischen Ländern, ist der Einsatz von Sprinkleranlagen im Wohnungs- und Bürobau. Dies liegt zum einen daran, dass es bisher keine für diese Nutzungen angepassten Sprinkleranlagen mit reduziertem Aufwand (z. B. Wasserversorgung durch Trinkwassernetz) gegenüber einer Voll-

C 1.10

77

Schutzfunktionen

C 1.11

Brettsperrholzkonstruktion mit Aluminiumblechfassade, Wohnhochhaus Forte, Melbourne (AUS) 2012, Andrew Nieland und Lend Lease Australia brandschutztechnische Anforderungen und Abgrenzung nichttragender Außenwände zur Fassadenbekleidung, auch bei Sanierung von Bestandsbauten

C 1.12

C 1.11

sprinklerung (unabhängige Sprinklerung durch Wasserreservoir) gibt, wie beispielsweise die »home-sprinkler« für Wohnbauten in den USA und Kanada. Zum anderen wird ein Sprinkler in Mitteleuropa nicht wie in Nordamerika oder den nordischen Ländern als Sicherheitsgewinn und damit als positives Ausstattungsmerkmal angesehen, sondern nur als teure Investition. Außerdem ist das Risiko ungewollter Auslösung ein Thema. Langjährige Erfahrungen in Skandinavien oder im außereuropäischen Ausland haben jedoch gezeigt, dass dies überhaupt kein Problem darstellt (Abb. C 1.10, S. 77). Darüber hinaus sind Sprinkleranlagen als technische Ausrüstung in Mitteleuropa nicht so etabliert, dass ihr Einsatz z. B. eine direkte Reduktion des erforderlichen Feuerwiderstands oder von brandschutztechnischen Bekleidungen und damit geringere Investitionskosten der Brandschutzbekleidung zur Folge hätte. Wohnungsunternehmen und Betriebe scheuen zudem die laufenden Wartungskosten, wiederum für andere Länder kein Problem.

bereich sind für Holz normalerweise keine Brandschutzeigenschaften verändernden Anstriche erforderlich – hier sollten stattdessen besser massive, robuste Konstruktionen zum Einsatz kommen. Alle Anstriche haben zudem den Nachteil, dass sie die späteren Recyclingeigenschaften beeinflussen. Darüber hinaus sollte man ihre Auswirkungen auf die Innenraumluft sorgfältig prüfen. Daher gilt wie im Holzschutz (S. 84ff.) die Regel: Konstruktive vor chemischen Maßnahmen. Konstruktive Maßnahmen

Zu den konstruktiven Maßnahmen können nicht brennbare Schichten gezählt werden, die als Zwischenlagen in massiven Holzbauteilen wie Brettsperrholz eingebaut sind und die darunterliegenden Schichten vor einer Entzündung schützen. Entsprechende erste Entwicklungen wurden bereits getestet und kamen in Einzelfällen zur Anwendung. In Forschungsvorhaben wird zukünftig auch das Selbstlöschverhalten insbesondere von massiven Holzkonstruktionen weiter zu untersuchen sein.

Brandschutztechnische Anstriche

Es empfiehlt sich, auf brandschutztechnische Anstriche oder Imprägnierungen des Holzes zu verzichten. Im Außenbereich besteht ohnehin das Problem, dass bisher keine dauerhaft witterungsbeständigen Produkte zur Veränderung der Baustoffklasse (schwer statt normal entflammbar) zur Verfügung stehen. Im Innen-

C

Konstruktive Maßnahmen an der Fassade Unproblematisch ist an einem Holzbau die Verwendung einer nicht brennbaren Fassade, wenn auf der Konstruktion darunter eine durchgehende, ebenfalls nicht brennbare Ebene angeordnet wird, z. B. eine 15 mm dicke Gipsbauplatte. Abb. C 1.11 zeigt beispielsweise

1 2 3 4 5 A

B

B C

A 1

2

3

4

optional Bestand Holzträger, z. B. Doppel-T-Träger Holzwerkstoff- oder Gipsbauplatte Witterungsschutz: Bekleidung mit Be- oder Hinterlüftung oder WDVS Dämmstoff Fassade: Baustoffklasse nach LBO (B 1 oder B 2) Fassadenelement: EI wie nichttragende Außenwand (EI 30 / W 30) tragende Konstruktion im Neubau oder Bestand: REI entsprechend Gebäudeklasse (REI 30 – 90)

5 C 1.12

78

einen zehngeschossigen Holzbau in Melbourne mit Aluminiumblechfassade. Häufig lautet der Bauherrenwunsch aber, an einem Holzbau auch eine Holzfassade zu zeigen. Dazu muss sichergestellt sein, dass keine selbstständige Brandweiterleitung außerhalb des Primärbrandbereichs erfolgt und vor Eintreffen der Feuerwehr nicht mehr als zwei Geschosse oberhalb des Brandherds von der Flammenausbreitung betroffen sind. Präskriptiv soll dies durch schwer entflammbare Baustoffe für die Fassadenbekleidung sichergestellt werden. Die Anforderungen lassen sich aber auch mit einer normal entflammbaren Holzbekleidung durch geprüfte Konstruktionen lösen (siehe »Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen«, S. 211ff.). Die wesentliche konstruktive Maßnahme besteht in der geschossweisen Unterbrechung der Be- oder Hinterlüftung der Fassade, um eine Kaminwirkung zu unterbinden. Dies ist bauphysikalisch unbedenklich, da eine Reihe von Forschungsvorhaben, die u. a. in die Normenreihe DIN 68 800 eingeflossen sind, gezeigt haben, dass eine Belüftung (nur eine Öffnung an der Unterseite, oben geschlossen) zum Ausgleich des Feuchtehaushalts vollständig ausreicht (siehe »Feuchteschutz«, S. 79 und DIN 68 800, Abs. 5.2.1.2). Das brandschutztechnische Verhalten unterschiedlicher Fassadenbekleidungen wurde in den deutschsprachigen Ländern in den letzten zehn Jahren intensiv erforscht und eine Zusammenfassung der Regeln 2014 publiziert [4]. Damit konnte eine gleichwertige Lösung in Bezug auf die Anforderung schwer entflammbar nachgewiesen werden. Bei Fassadenbauteilen, also nichttragenden Außenwänden, ist besonders auf den Unterschied der brandschutztechnischen Anforderungen zu achten (Abb. C 1.12). Das Bauteil selbst muss bis zur Hochhausgrenze feuerhemmend ausgebildet sein, eine Anforderung, die nahezu systemimmanent zu erreichen ist. Bei Gebäuden geringer Höhe muss die zugehörige Außenwandbekleidung normal entflammbar ausgeführt werden, jede Art der Holzbekleidung ist also möglich. Ab Gebäuden mittlerer Höhe besteht an die Außenwandbekleidung die Anforderung schwer entflammbar, Holzbekleidungen lassen sich also wie zuvor

Schutzfunktionen

beschrieben nur bei Nachweis der Gleichwertigkeit zu schwer entflammbaren Fassaden verwenden. Die Außenbeplankung des Holzbauelements selbst ist dann nicht brennbar auszubilden, beispielsweise durch eine 15 mm dicke Gipsfaserplatte. Die Anforderungen an Fassadenelemente, die bei der Sanierung von Bestandsbauten zum Einsatz kommen (siehe »Sanierung eines Wohngebäudes in Augsburg«, S. 202ff.), entsprechen den Anforderungen an nichttragende Außenwände, wenn sie nicht der Weiterleitung von z. B. Dachlasten dienen. Nachweisführung zur baurechtlichen Verwendbarkeit von Bauprodukten /-arten

Im Bereich des Brandschutzes ist ebenfalls ein besonderes Augenmerk auf die Nachweisführung zur baurechtlichen Verwendbarkeit der Bauprodukte und Bauarten zu legen. Der Nachweis der Brennbarkeit von Bauprodukten kann über die Bauproduktnormen erfolgen, beispielsweise ist Bauholz ab einer Dicke von 22 mm und einer Rohdichte von 350 kg/m3 als normal entflammbar klassifiziert (DIN EN 14 081-1, Absatz 5.3). Bei anderen Bauprodukten, die mit Prüfung klassifiziert werden, sind Klassifizierungen auf der Grundlage von Prüfungen nach DIN EN 13 501-1 vorzunehmen und entsprechende baurechtlich verwendbare Nachweise auszustellen (in Deutschland allgemeine bauaufsichtliche Prüfzeugnisse – abP). Der Nachweis des Feuerwiderstands von Bauteilen des Tragwerks und Bauarten kann entweder durch Berechnung nach DIN EN 1995-1-2 oder ebenfalls durch Klassifizierungen auf der Grundlage von Prüfungen nach DIN EN 13 501-1 erfolgen. Auch in diesem Fall werden dann entsprechende baurechtliche Verwendbarkeitsnachweise ausgestellt. Leider ist die Nachweisführung in Europa nicht einheitlich, häufig sind noch nationale Sonderregeln zu beachten. Um sie für die Praxis zu erleichtern, hat die Holzforschung Austria das Online-Datenbanksystem dataholz.com entwickelt [5]. Für alle dort dargestellten Konstruktionen sind die in Österreich erforderlichen baurechtlichen Verwendbarkeitsnachweise hinterlegt. Planer und Ausführende können die Konstruktionen daher ohne weitere Nachweis-

führung einsetzen, was eine deutliche Vereinfachung darstellt. Inzwischen gibt es Übersetzungen der Datenbank u. a. ins Englische und Italienische. Eine deutsche Version »dataholz.de« mit aktualisierten Konstruktionen, für die alle deutschen baurechtlichen Verwendbarkeitsnachweise vorliegen, wird voraussichtlich ab 2018 online gestellt. Fazit

Beachtet man einige grundlegende Anforderungen an den Brandschutz, ist das Bauen mit Holz zumindest bis zur Hochhausgrenze in Europa unproblematisch. In vielen europäischen Ländern werden die entsprechenden baurechtlichen Anforderungen laufend angepasst. Dabei gibt es durchaus Unterschiede. Während in der Schweiz und in Baden-Württemberg keine Beschränkung der sichtbaren Verwendung von Holz existiert, sind in anderen Ländern Gebäude mittlerer Höhe nur mit brandschutztechnisch wirksamen Bekleidungen (in den meisten Bundesländern Deutschlands, nordische Länder, Großbritannien) und / oder Sprinkleranlagen (z. B. Finnland) erlaubt. Um Holzbauwerke mit (teilweise) sichtbaren Konstruktionen umsetzen zu können, müssen daher bis heute häufig Abweichungen von den geltenden Brandschutzverordnungen beantragt und über die zugehörigen Brandschutzkonzepte mit Kompensationen begründet werden. Je mehr sichtbare Konstruktionen dabei gewünscht sind, umso mehr sollte auf hohlraumfreie Massivholz- und Verbundkonstruktionen zurückgegriffen werden. An einer Erweiterung der Regelkonstruktionen und den damit verbundenen Nachweisen der Gleichwertigkeit wird weiterhin gearbeitet. Ob dem Holzbau zusätzlich in größerer Anzahl auch der Sprung über die Hochhausgrenze gelingt, ist von der Akzeptanz und Verbesserung von Sprinkleranlagen, der Weiterentwicklung von ökonomisch vertretbaren brandschutztechnisch wirksamen Bekleidungen und dem Nachweis abhängig, dass auch Holztragwerke Vollbrände ohne Löscharbeiten der Feuerwehr überstehen können. Einzelne Pilotprojekte weltweit zeigen, dass diese Möglichkeit generell besteht (siehe »Wohnanlage Via Cenni in Mailand«, S. 174ff.).

Feuchteschutz Holz ist und bleibt ein natürliches Material. Daher kann es, wenn die entsprechenden Voraussetzungen vorliegen, durch natürliche Zersetzungsvorgänge abgebaut werden. Das ist die Grundlage des biologischen Kreislaufs in unseren Wäldern. Zu den Abbaumechanismen ist vor allem ein im Vergleich zu in Gebäuden verbautem Holz hoher Feuchtegehalt erforderlich (siehe »Holzschutz«, S. 84ff.). Solange Holz trocken bleibt – entsprechend DIN 68 800 ist dies auch bei einer Holzfeuchte u von ständig ≤ 20 % der Fall – findet kein biologischer Abbau durch holzzerstörende Pilze statt. In trockenem Zustand kann Holz als Konstruktionswerkstoff mehrere Hundert Jahre alt werden, wie eine Vielzahl historischer Bauten eindrucksvoll belegt. Die wesentliche Aufgabe beim Bauen mit Holz besteht also darin, durch geeignete Feuchteschutzmaßnahmen das Holz vor dauerhafter Feuchteerhöhung zu schützen und es im langfristigen Mittel trocken zu halten. Kurzfristige Feuchteerhöhungen, z. B. an der Oberfläche von Holzbekleidungen in Bädern, sind völlig unkritisch, solange ein rasches Rücktrocknen möglich ist. Mögliche Feuchtequellen

Im Folgenden werden die im Hochbau auftretenden Feuchtequellen und möglichen Schutzmaßnahmen aufgezeigt. Tauwasser durch Diffusion Tauwasser kann durch Diffusion infolge eines unterschiedlichen Wasserdampfpartialdrucks im Regelfall bei Außenbauteilen entstehen. Dabei handelt es sich um kleine Feuchtemengen. Durch die Regelkonstruktionen des Holzbaus mit innen liegenden dampfdichteren Schichten und nach außen diffusionsoffenen Schichten ist ein Feuchteeintrag durch Diffusion meist unproblematisch, da es nicht oder nur in sehr geringen Mengen zu Tauwasserbildung kommt. Die Nachweise der Konstruktionen erfolgen nach dem sogenannten Glaserverfahren entsprechend DIN 4108-3 oder mit numerischen Simulationsverfahren nach DIN EN 15 026, zu Tauwassernachweisen ist auch DIN 68 800-2, Abs. 5.2.4 heranzuziehen.

79

Schutzfunktionen

C 1.13 Material

Raumklima

Außenklima

Lufttemperatur

20 °C

0 °C

relative Luftfeuchte

50 %

80 %

Wasserdampfsättigungsdruck

2337 Pa

611 Pa

Wasserdampfteildruck

1168 Pa

488 Pa

Diffusion Außenwandfläche 15 m2

M = 6,6 g/d

Konvektion Schlitz: 3 mm breit, 1 m lang Druckdifferenz: 3 Pa

M = 484 g/d

Konvektion

Diffusion C 1.14

Wärmeleckage

außen

außen

innen

innen Feuchteleckage C 1.15

Differenzdruckmessung Δ p = 50 Pa ( 0,5 mbar )

Tür

. V= m 3/ h Volumenstrommessung

Ventilator

.

n 50 =

a

80

b

Volumenstrom V [1 / h ] Gebäudevolumen V

C 1.16

Tauwasser durch Konvektion Tauwasser kann ebenso durch Konvektion, d. h. aufgrund einer Durchströmung von Außenbauteilen mit Warmluft von innen nach außen, entstehen. Hat die Luft dabei genügend Zeit zum Abkühlen, fällt in großen Mengen Tauwasser an, das gegenüber Tauwasser durch Diffusion mehr als das Hundertfache betragen kann (Abb. C 1.14). Konvektion lässt sich durch eine hinreichende Luftdichtheit der Konstruktionen vermeiden, was gleichzeitig auch ungewollte Wärmeverluste durch Leckagen begrenzt. Man unterscheidet daher auch reine Wärmeleckagen und Feuchteleckagen (Abb. C 1.15). Um eine reine Wärmeleckage handelt es sich beispielsweise bei einem undichten Fensteranschluss zwischen Rahmen und Laibung. Durch schnelles Durchströmen auf kurzer Strecke kühlt die Luft erst außerhalb der Konstruktion unter den Taupunkt ab, es entsteht ein Wärmeverlust, aber keine Durchfeuchtung der Konstruktion. Bei Feuchteleckagen liegen längere Strömungswege in einer Konstruktion vor, sodass die durchströmende Luft noch in der Konstruktion unter den Taupunkt abkühlt und große Mengen Tauwasser anfallen. Die Luftdichtheit ist auch eine Grundvoraussetzung, um Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung effektiv betreiben zu können. Der Nachweis der Luftdichtheit der Gebäudehülle erfolgt mit einem Blower-Door-Test, d. h. mittels Unter- und Überdruckprüfung bei 50 Pa Druckdifferenz (Abb. C 1.16). Richtig konstruierte Holzbauwerke erreichen problemlos Luftwechselraten von 0,2 ≤ n50 ≤ 0,6 und erfüllen damit z. B. meist leicht die Anforderungen an Passivhäuser. Da eine Strömung immer nur bei zwei Öffnungen mit geringem Strömungswiderstand entsteht, sollten die Konstruktionen immer über mindestens zwei strömungsdichte Ebenen verfügen, eine möglichst unbeschädigte luftdichte innen und eine winddichte außen (Abb. C 3.3, S. 93). Eine weitere Erhöhung der Robustheit der Konstruktionen über die doppelte Strömungssicherheit hinaus erreicht man durch den Einbau von Einblasdämmungen, da diese die zu dämmenden Räume vollständig ausfüllen und somit einen hohen Strömungswider-

Schutzfunktionen

C 1.17

stand zur Folge haben. Insbesondere Zellulose-Einblasdämmungen haben sich hier sehr bewährt, da sie über einen hohen Strömungswiderstand verfügen (Einbaudichte ca. 55 kg/m3) und gegebenenfalls kurzfristig auftretende Feuchte aus Diffusionstauwasser puffern können. Feuchteleckagen Infolge von Leckagen an Zu- und Abwasserleitungen oder Armaturen, durch undichte Wasch- und Spülmaschinen, im Spritzwasserbereich von Bädern oder in seltenen Fällen durch Fehlfunktionen von Sprinklern kann im Innenbereich von Gebäuden tropfbares Wasser entstehen, d. h. Wasser in solchen Mengen, dass sich Tropfen bilden und ablaufen oder -fallen können. Da Holzkonstruktionen hier empfindlicher sind als z. B. reine Betonkonstruktionen, sollte in allen Fällen wiederum eine doppelte Sicherheit durch mindestens zwei unabhängige Dichtungsebenen erfolgen. Hinweise zur Ausführung von Bädern im Holzbau finden sich in verschiedenen Publikationen [6]. Lösungen zum Leckageschutz werden im Abschnitt »Installationen in Feuchträume« (S. 127) behandelt. Feuchteeintrag durch Schlagregen Der Feuchteeintrag durch Schlagregen nimmt insbesondere durch die immer größeren Bauhöhen und die damit verbundenen Windbeanspruchungen zu (siehe »Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau«, S. 44): In größeren Höhen wird der Regen auch horizontal oder durch Verwirbelungen von unten nach oben eingetragen. Es ist daher an allen Bauteilanschlüssen der Fassade ein besonderes Sicherheitskonzept für den Schlagregenschutz erforderlich – hier sind ebenfalls mindestens zwei unabhängige wasserführende Ebenen einzubauen. Besonders zu beachten ist, dass auf Glasflächen – anders als auf Putz oder rauen Holzoberflächen – sofort tropfbares Wasser in großen Mengen entsteht. Das Prinzip der doppelten Sicherheit zum Schlagregenschutz ist bei der Außenfassade eines Gebäudes insgesamt anzuwenden. Fassadensysteme aller Art sollten daher ebenfalls mindestens zwei unabhängige Maß-

nahmen gegen Durchfeuchtung bieten. Bei vorgehängten Fassadensystemen unterscheidet man hinterlüftete Systeme mit unteren und oberen Be- und Entlüftungsöffnungen sowie belüftete Systeme mit nur einer unteren Be- und Entlüftungsöffnung (Abb. C 1.13). Eine Belüftung reicht bauphysikalisch völlig aus, um die geringen von innen durch Diffusion anfallenden Feuchtemengen abzuführen. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei den üblichen hinterlüfteten Systemen keine wirklich messbaren Volumenströme auftreten und belüftete Systeme durch windinduzierte Druckschwankungen hinreichende Luftwechsel aufweisen. Messbare Unterschiede der Luftfeuchten hinter den Fassaden beider Konstruktionsvarianten konnten nicht festgestellt werden. Belüftete Fassaden sind konstruktiv meist einfacher herzustellen und brandschutztechnisch deutlich vorteilhafter, da sie eine Kaminwirkung verhindern. Entscheidend ist also die Ausbildung einer zweiten wasserführenden Schicht hinter der Fassadenbekleidung und damit die Bereitstellung einer vertikalen Dränageebene, um durch kleine Leckagen hinter die Fassade gelangtes Wasser sicher abführen zu können (siehe »Holzschutz«, S. 84ff.).

Feuchteeintrag während der Bauzeit Eine intensive Befeuchtung des Holzbaus während der Bauzeit ist aus mehreren Gründen unbedingt zu vermeiden: Erhöhte Baufeuchte führt bei anschließend rascher Trocknung zu Rissbildung in Holzbauteilen. Feuchte an Oberflächen kann Schimmelbefall auslösen und hinterlässt auf später sichtbar bleibenden Oberflächen Wasserränder. Außerdem können durch Feuchte quellende Holzbauteile zu großen Zwangskräften führen. Zwar ist bei technisch getrockneter Fichte eine kurzzeitige Befeuchtung, etwa durch einen Regenschauer während der Montage, unproblematisch, da hier nur sehr geringe Eindringtiefen möglich sind. Einige Laubhölzer (z. B. Buche) oder Holzwerkstoffplatten (z. B. Spanplatten) allerdings reagieren wesentlich empfindlicher auf temporäre Befeuchtungen. Daher sind unbedingt durchgehende Feuchteschutzmaßnahmen während der Holzbaumontage zu planen und umzusetzen. In Schweden werden aus diesem Grund häufig ganze Baustellen eingehaust, wobei sogar Portalkräne zur Montage integriert sind (Abb. C 1.18). In Deutschland verfolgt man auch aus Platzgründen eher das Konzept, einen bereits in den Deckenelementen integrierten Feuchteschutz zu verwenden

C 1.13

belüftete (links) und hinterlüftete (rechts) Fassade /Außenwandbekleidung C 1.14 Wasserdampftransport durch Diffusion und Konvektion (abgegebene Wassermenge innerhalb von 24 Std.) C 1.15 Wärme- und Feuchteleckagen C 1 16 Blower-Door-Test a Aufbau in der Praxis b Prinzip C 1.17 wasserdichte Deckenebene bei der Montage eines viergeschossigen Gebäudes H 4, Mietraching (DE) 2010, Schankula Architekten C 1.18 Einhausung der Baustelle eines siebengeschossigen Gebäudes (SE) 2009, Arkitektbolaget C 1.18

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Das Herstellen von Befestigungen in Holzbauten erfordert weniger Aufwand und verursacht weniger Lärm als bei anderen Bauweisen a Einschrauben einer Holzschraube mit einem Akkuschrauber b Dübeln mit einer Schlagbohrmaschine in Stahlbetonwand C 1.20 Holzbauelemente sorgen für eine gute Raumakustik. Konzertsaal Lahti (FI) 2000, Hannu Tikka und Kimmo Lintula

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(Abb. C 1.17, S. 81), der jeweils am Ende einer Montageeinheit (üblicherweise täglich) den Schutz der bisher montierten Bereiche sicherstellt. Verbleibt diese Schutzschicht auch in der fertigen Konstruktion, lässt sie sich im Endzustand als Leckage-, Sprinkler- oder Löschwasserschutz nutzen, wenn entsprechende Wege zur Wasserableitung vorgesehen sind. Zusammen mit weitgehend vorgefertigten und damit von Beginn an wasserdichten Fassadenbauteilen entsteht so eine während der Bauzeit von unten nach oben dichte Gebäudehülle, die eine trockene Bauweise gewährleistet (siehe »Vorfertigung und Individualität«, S. 142ff.). Sollten dennoch einmal durch plötzliche Wetterumschläge kurzfristige Befeuchtungen auftreten, ist das für technisch getrocknete Holzbauprodukte wegen der sehr geringen Aufnahme von Feuchte bei kurzfristiger Befeuchtung und der Möglichkeit schneller Abtrocknung unproblematisch. Selbst wenn während der Bauzeit eine direkte Befeuchtung des Holzbaus verhindert wurde, kann es in dieser Phase zu einer Feuchterhöhung der Holzbauteile kommen. Holz ist ein hygroskopisches Material und verändert entsprechend der herrschenden Temperatur und relativen Luftfeuchte seinen Feuchtegehalt. Der Einbau von Estrichen oder anderer Feuchteeintrag in die Bauwerke kann so zu Erhöhungen auf 18 % Holzfeuchte und mehr führen. Eine Abminderung der Feuchteaufnahme während der Bauzeit ist durch diffusionshemmende Anstriche möglich. Insbesondere bei großvolumigen Brettschichtholzbauteilen wie beispielsweise weitspannenden Unterzügen oder massiven Stützen darf beim Übergang von Bauzeit zu Gebäudebetrieb (z. B. zu Beginn der Heizperiode, beim Trockenheizen von Estrichen etc.) keine zu schnelle Austrocknung der Bauteile erfolgen. Andernfalls entstehen durch das starke Trocknungsgefälle in den Querschnitten Risse. Es ist daher empfehlenswert, vor Beginn der Trocknungsperiode die Holzfeuchten massiver Querschnitte zu messen und die Austrocknung gegebenenfalls durch Befeuchtungsmaßnahmen der Raumluft zu verzögern. Im Zweifelsfall sollte eine entsprechende Expertise eingeholt werden.

Schalltechnische Anforderungen Zu den schalltechnischen Anforderungen zählt neben dem Schallschutz auch die Raumakustik. Nach der Bauproduktenverordnung (BauPVO) der EU ist das allgemeine Ziel beim Schallschutz, dass der Schallpegel auf einem Niveau gehalten wird, das »nicht gesundheitsgefährdend ist und bei dem zufriedenstellende Nachtruhe, Freizeit- und Arbeitsbedingungen sichergestellt sind« [7]. Diese selbstverständlich auch von Holzbauwerken zu erfüllende Anforderung ist auf einen Grundgeräuschpegel von 25 dB(A) bezogen. Sie soll die Vertraulichkeit bei normaler Sprache und den Schutz vor unzumutbaren Belästigungen gewährleisten. Was dabei als zufriedenstellend gilt, wird in den jeweils gültigen Regelwerken der einzelnen EU-Mitgliedsstaaten als Mindestanforderung festgelegt und ist abhängig von kulturellen und wirtschaftlichen Erwägungen. Nach DIN 4109 beträgt in Deutschland das bewertete Luftschalldämmmaß R’w ≥ 54 dB und der bewertete Norm-Trittschallpegel L’n,w ≤ 50 dB für den normalen Schallschutz zwischen Nutzungseinheiten. Im privaten Bereich lassen sich strengere Grenzwerte für einen erhöhten Schallschutz vereinbaren. Für Außenbauteile ist das Luftschalldämmmaß in Abhängigkeit vom erwartbaren maßgeblichen Außenlärmpegel festgelegt und beträgt R’w = 30 – 50 dB. Der Hochstrich in den Formelzeichen kennzeichnet als Abgrenzung zu Laborwerten die Berücksichtigung sogenannter bauüblicher Nebenwege, da eine Schallübertragung nicht nur über die Bauteilflächen selbst, sondern auch über die Bauteilanschlüsse erfolgt. Bewertetes Luftschalldämmmaß bedeutet, dass bei der Ermittlung der Zahlenwerte das menschliche, frequenzabhängige Hörvermögen berücksichtigt wird. In Europa wird gerade für den Trittschallschutz eine Erweiterung der Bewertung auf tiefe Frequenzen (Dröhnen) diskutiert. Die Bewertung würde dann auch den Frequenzbereich von 50 – 80 Hz umfassen (sogenannter Ctr-Wert). In Deutschland ist dies bisher in den Anforderungen und der Normung nicht enthalten. Bei der Betrachtung schalltechnischer Eigenschaften sind grundsätzlich vier Bereiche zu

Schutzfunktionen

unterscheiden: Luftschallschutz, Körperschallschutz, Trittschallschutz und Raumakustik: • Der Luftschallschutz wird durch das Luftschalldämmmaß R'w angegeben. Da es sich um ein sogenanntes Dämmmaß handelt, sind die schalldämmenden Eigenschaften umso besser, je größer der Zahlenwert ist. • Der Körperschallschutz wird nur für den Trittschallschutz berücksichtigt. Ein Klopfen an die Wand oder das Bohren von Löchern gelten nicht als ständige bauübliche Nutzung. Die Anforderungen des Schallschutzes gehen grundsätzlich davon aus, dass es absoluten Schutz nicht gibt, sondern dass ein Zusammenleben ein Stück weit von gegenseitiger Rücksichtnahme geprägt ist. • Der Trittschallschutz wird durch den bewerteten Norm-Trittschallpegel definiert. Da es sich hier um ein sogenanntes Pegelmaß handelt, sind die schalldämmenden Eigenschaften einer Decke umso besser, je kleiner der Zahlenwert ist. In einer Labor- oder Bauprüfung werden die Decken mit einem NormHammerwerk angeregt und im darunterliegenden Raum der Schallpegel gemessen. Je kleiner der Schallpegel im unteren Raum bei laufendem Hammerwerk ist (Trittschallanregung), umso leiser ist es – der Schallschutz ist besser. • Die Raumakustik wiederum bezieht sich auf die akustischen Eigenschaften der Einzelräume. Es handelt sich hierbei um eine Komforteigenschaft, die bauaufsichtlich nicht gefordert wird, für die Nutzer aber von großer Bedeutung ist, z. B. in Konzertsälen (Abb. C 1.20). Viele harte Oberflächen oder konkave Flächen in einem Raum führen zu einem ungünstigen Nachhallverhalten, sodass der Nutzer den Eindruck hat, sich selbst ins Wort zu fallen.

schalltechnische Eigenschaften verfügen. Natürlich fehlt einem Holzbau das große Eigengewicht, wie es insbesondere der Stahlbetonbau aufweisen kann. Eine große Masse lässt sich durch Schallwellen (Luftschall) oder durch Stoßbeanspruchung (Trittschall) infolge ihrer Trägheit deutlich schwerer anregen und hat damit implizit schalltechnische Vorteile. Allerdings ist in der Regel ihr Dämpfungsverhalten auch deutlich geringer – einmal angeregt, leitet sie Schall sehr gut weiter. Ein Beispiel zur Körperschallweiterleitung: Mit einer Bohrung in einer Stahlbetonwand kann man ein ganzes Mietshaus aufwecken, das Bohren in einer Brettsperrholzwand hört man nicht einmal im Nachbarzimmer (Abb. C 1.19). Um die erforderlichen schalltechnischen Eigenschaften im Holzbau zu erreichen, sind im Wesentlichen zwei Strategien zu verfolgen: • Für den Luftschallschutz eine schalltechnische Entkopplung über unabhängige oder federnd gelagerte Vorsatzschalen. • Für den Trittschallschutz das Einbringen zusätzlicher Masse durch massive Estriche und schwere Schüttungen. Letztere sind besonders wirkungsvoll, weil sie keine Eigensteifigkeit besitzen, die sich in bestimmten Frequenzbereichen negativ auswirkt. Das ist auch der Grund, warum Massivholzdecken

trotz ihrer größeren Masse schalltechnisch ähnlich wie Balkendecken zu bewerten sind. Bei der Auswahl und Planung von Decken im Holzbau sind zwei Randbedingungen besonders zu beachten: • Für Bodenbeläge, Estriche und abgehängte Decken werden Trittschallverbesserungsmaße ΔLn, w angegeben. Bei nicht speziell für den Holzbau deklarierten Herstellerangaben ist zu berücksichtigen, dass die Verbesserung normalerweise in Prüfständen mit Betondecken gemessen wird. Wegen der unterschiedlichen Frequenzgänge von Holz- und Betondecken fallen die Verbesserungsmaße bei Holzdecken folglich meist deutlich geringer aus, als vom Hersteller angegeben. • Um in der Ausführung die Planungswerte des Schallschutzes zuverlässig zu erreichen, ist zwingend auf die Luftdichtheit der schalldämmenden Konstruktionen zu achten. Schalltechnisch bewertete Bauteilaufbauten findet man unter www.dataholz.com und zukünftig auch unter www.dataholz.de. Beispiele für Bauteilaufbauten und Fügungen enthalten die Abb. C 3.16 und C 3.17 (S. 102f.) sowie das Kapitel »Schichtenaufbau von Innenbauteilen« (S. 114ff.).

Schallschutztechnische Besonderheiten im Holzbau

Durch zahlreiche Forschungsvorhaben wurden beim Schallschutz im Holzbau in den letzten Jahrzehnten wesentliche Fortschritte erzielt. Als Ergebnis steht heute eine Vielzahl von im Labor und in der Praxis geprüften Aufbauten von Wänden und insbesondere Decken zur Verfügung, die im Vergleich zum Mauerwerks- und Stahlbetonbau über gleichwertige C 1.20

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Schutzfunktionen

C 1.21 C 1.22 C 1.23 C 1.24 C 1.25

vorbildlicher Anschluss Fensterbrett – Laibung. NINA-huset, Trondheim (NO) 2013, Pir II Einfluss von nur wenig unterschiedlicher Beregnung auf die Verfärbung von Holz dunkel lasierte Holzschalung, Schreinerei bei Freising (DE) 2010, Deppisch Architekten farblich endbehandelte Brettfassade, Södra Tenniszentrum, Växjö (SE) 2012, Kent Pedersen modifiziertes Kiefernholz ohne Beschichtung von links nach rechts: zu Beginn, nach 3, 6, 9, 12, 18 Monaten Freilandbewitterung 45° gegen Süden, Wien (AT) a unbehandeltes Referenzholz b acetyliertes Holz c Holz mit chromfreier Salzimprägnierung d Thermoholz e furfuryliertes Holz

C 1.21

Holzschutz Der Holzschutz hätte dem Holzbau in den 1970er- und 1980er-Jahren beinahe ein Bein gestellt, als Holzschutz nur mit chemischen Mitteln in Verbindung gebracht wurde und die Meinung überwog, Holz durch den Einsatz von Giftstoffen haltbar machen zu müssen. In den letzten 25 Jahren hat hier allerdings ein Paradigmenwechsel stattgefunden. Verbunden mit der Rückbesinnung auf alte Holzbautraditionen und Erfolgsstrategien wird dem konstruktiven Holzschutz heute wieder eindeutiger Vorrang vor allen anderen Maßnahmen eingeräumt. Wesentliche Aufgabe des konstruktiven Holzschutzes ist es, die Holzkonstruktion dauerhaft trocken zu halten. Unterhalb des sogenannten Fasersättigungspunkts, der bei den Bauholzarten etwa zwischen 28 und 35 % mittlerer Holzfeuchte liegt, besteht keine Möglichkeit des biologischen Abbaus durch holzzerstörende Pilze. Erst bei dauerhaften Holzfeuchten darüber steht in den Zellen freies Wasser zur Verfügung, das die holzzerstörenden Pilze zum Wachsen benötigen. Als trocken gilt Holz in diesem Zusammenhang bei einer mittleren Holzfeuchte von ≤ 20 % (DIN 68 800-1, Tab. 1). Der Abstand zum Fasersättigungspunkt lässt sich als Sicherheitsabstand interpretieren. Wird diese Voraussetzung nicht erfüllt, ist im Übrigen auch der vorbeugende chemische Holzschutz nicht dauerhaft hilfreich. Bei ständiger Feuchtebeanspruchung kann er einen Befall mit holzzerstörenden Pilzen allenfalls verzögern, nicht aber verhindern. Auch zur Abwehr von holzzerstörenden Insekten ist kein chemischer Holzschutz erforderlich. Vielmehr lässt sich auch hier ein Befall durch konstruktive Maßnahmen wirksam verhindern. Die meisten Insekten müssen zur Eiablage eine freie Anflugmöglichkeit haben, die sie in vollgedämmten Konstruktionen mit allseitigen Abdeckungen nicht vorfinden. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass die technische Trocknung der Hölzer zwei Dinge bewirkt: Einerseits werden eventuell vorhandene Larven von Frischholzinsekten abgetötet, andererseits macht die Umwandlung von Holzinhaltsstoffen das Holz für Trockenholzschädlinge uninteres-

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sant. DIN 68 800-1 definiert technisch getrocknetes Holz dabei wie folgt: »Holz, das in einer dafür geeigneten technischen Anlage prozessgesteuert bei einer Temperatur T ≥ 55 °C mindestens 48 h auf eine Holzfeuchte u ≤ 20 % getrocknet wurde.« [8] Umfangreiche Untersuchungen an Hallentragwerken in den letzten zehn Jahren haben ebenfalls gezeigt, dass trotz freier Zugänglichkeit von Hölzern an den Dachrändern kein technisch getrocknetes Holz Schäden durch Insektenfraß aufwies. Für den konsequenten Verzicht auf chemischen Holzschutz sprechen außerdem die Vermeidung von gefährlichen Stoffen an Arbeitsplätzen und in Wohnbereichen sowie die besseren Recyclingmöglichkeiten unbehandelter Hölzer. Sollten in Einzelfällen dennoch Einbausituationen auftreten, die eine erhöhte Gefährdung durch Feuchte oder gar Insekten erwarten lassen (z. B. bei Schwellen mit unzureichendem Abstand zum Erdreich, Terrassenbelägen oder frei bewitterten und gegebenenfalls sogar erdberührten Bauteilen im Garten- und Landschaftsbau), kann alternativ zum vorbeugenden chemischen Holzschutz auf resistente Hölzer wie etwa Lärchen- und Douglasienkernholz oder noch resistentere Holzarten wie Eiche oder Edelkastanie zurückgegriffen werden. Für besondere Fälle eignen sich auch thermisch oder chemisch modifizierte Hölzer. Sogenanntes Thermoholz wird unter Druck und Temperatur so behandelt, dass durch die Umwandlung der Inhaltsstoffe kein Nährstoffangebot für holzzerstörende Pilze oder Insekten mehr zur Verfügung steht (Abb. C 1.25 d). Allerdings ist damit auch eine Farbveränderung (dunkelbraun bis schwarz) und eine Abminderung der Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften verbunden. Dies gilt jedoch ebenso für chemisch veränderte Hölzer, z. B. durch Acetylierung (Abb. C 1.25 b). Für den mehrgeschossigen Holzbau lassen sich folgende Regeln zum Holzschutz zusammenfassen: • Ausschließliche Verwendung technisch getrockneter Hölzer: Kommen Holzbaustoffe wie Brettschichtholz oder Brettsperrholz und Holzwerkstoffe zum Einsatz, erfolgt die technische Trocknung bereits bei den Ausgangs-

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materialien (Lamellen, Späne usw.) und muss nicht gesondert ausgeschrieben werden. konsequente Anwendung des konstruktiven Holzschutzes, z. B. durch allseitige Bekleidungen, Volldämmung von Bauteilen, Abstand zum Erdreich etc. – keine Wassersackbildungen, keine offenen Kehlen und Anschlüsse etc. [9] Vermeidung von frei bewitterten Außenbauteilen: Ausnahmen sind gegebenenfalls bei Stützenquerschnitten aus resistenten Hölzern möglich oder bei der Anordnung von früher sehr häufig eingesetzten Opferbrettern, die sich einfach auswechseln lassen (z. B. Hirnholzabdeckungen an Pfetten) [10] konsequente Anwendung aller erforderlichen Feuchteschutzmaßnahmen (siehe »Feuchteschutz«, S. 79ff. und »Fassaden«, S. 84) Verwendung resistenter Holzarten oder chemisch modifizierter Hölzer, wenn erforderlich Vermeidung vorbeugender chemischer Holzschutzmaßnahmen

Relevante Normen / Regeln

Die in Deutschland aktuellen Regeln zum vorbeugenden baulichen und chemischen Holzschutz enthält die Normenreihe DIN 68 800. Die wesentlichen Teile zu den Grundlagen und zum vorbeugenden baulichen Holzschutz sind 2011 und 2012 neu erschienen. Der zugehörige Praxiskommentar Holzschutz gibt weitere wertvolle Hinweise [11]. Die Normenreihe nimmt eine Einordnung von Holzbauteilen in die Gebrauchsklassen GK 0 bis 5 vor. GK 0 steht dabei für Bedingungen, für die eine Anwendung von Holzschutzmitteln nicht erforderlich ist. Teil 2 der Norm gibt im Wesentlichen konstruktive Maßnahmen an, die eine entsprechende Einstufung ermöglichen. Die in diesem Buch gezeigten Wand-, Dach- und Deckenkonstruktionen erfüllen diese Anforderungen und lassen sich ohne vorbeugenden chemischen Holzschutz ausführen. Im Regelfall genügt der Einbau von technisch getrockneter Fichte oder Kiefer. Fassaden

Eine besondere Rolle im Holzschutz – und damit direkt gekoppelt auch im Feuchteschutz – nimmt die Ausbildung der Fassadenkonstruktion ein.

Schutzfunktionen

C 1.22

C 1.23

Prinzipiell sind unter Einhaltung des baulich konstruktiven Holzschutzes alle architektonisch gewünschten Fassaden möglich. Ein ausreichender Feuchteschutz der Fassade für die dahinterliegende Holzkonstruktion liegt beispielsweise bei folgenden Ausführungen vor: • hinterlüftete oder belüftete, vorgehängte Fassade (vertikale Lattung) mit dauerhaft wirksamem Wetterschutz, z. B. geschlossene Brettbekleidung, Faserzementplatten, geeignete Holzwerkstoffplatten, Bleche • nicht belüfteter Hohlraum (horizontale Lattung) mit kleinformatiger Bekleidung, z. B. Schiefer, Schindeln, Brettschalung In diesem und im vorgenannten Fall gilt: Die Lattung muss keinen vorbeugenden chemischen Holzschutz aufweisen, sollte aber technisch getrocknet sein. Es wird empfohlen, unter der Lattung eine zweite wasserführende Schicht durch diffusionsoffene Folien oder geeignete Beplankungen auszuführen. • Wärmedämmverbundsystem (WDVS) mit Hartschaum-, Mineralfaser- oder Holzweichfaserplatten und Putz, bauaufsichtlicher Verwendbarkeitsnachweis (allgemeine bauaufsichtliche Zulassung) erforderlich • Mauerwerksvorsatzschale mit einer belüfteten Luftschicht (d ≥ 40 mm) und mit auf der Wand zusätzlich vorhandener Dämmschicht und wasserableitender Ebene

lagenparallele Rissbildung in den Deckschichten entstehen sonst Staubereiche für das ablaufende Wasser, die zu einer Zerstörung oder Ablösung der Deckschicht führen. Fassadenbild und Farbbehandlung

Unbehandelte Brett- oder Plattenfassaden bestehen meist aus Hölzern wie Lärche oder Douglasie, weil diese besonders resistent sind. Fassaden aus unbehandelten Hölzern, aber auch aus Thermoholz, haben die unvermeidliche Eigenschaft, mit der Zeit ihre Farbe zu verändern. Durch Photooxidation wird das Lignin des Holzes umgewandelt. Es erscheint dann fast schwarz und verliert die chemische Bindung zur verbleibenden Holzstruktur. Dies führt in vor Schlagregen geschützten Bereichen zum Nachdunkeln des Holzes. In den bewitterten Bereichen wird das Lignin ausgewaschen, zurückbleibt die graue bis silbrig glänzende Zellulose (Abb. C 1.22). Da allein unterhalb von Fensterbrettern schon eine andere Wasserbeanspruchung vorherrscht, ist also ein gleichmäßiges Vergrauen einer Fassade im Regelfall nicht möglich. Um ein etwas gleichmäßigeres Bild zu erzielen, kann man die Fassade vorab mit einer grauen oder grausilbrigen Lasur farblich vorbehandeln. In den Bereichen starker Bewitterung wird diese »verbraucht« und durch

C 1.24

das natürliche Vergrauen ersetzt, in den unbewitterten Bereichen bleibt sie erhalten und es entsteht ein gleichmäßigeres Erscheinungsbild der Fassade. Jede Art von Farbbehandlung sollte auf feingesägten Oberflächen, keinesfalls auf gehobelten Oberflächen erfolgen (Abb. C 1.23 und C 1.24). Bei feingesägten Oberflächen mit einer industriellen Farbbehandlung und einer diffusionsoffenen, idealerweise nicht filmbildenden Beschichtung, die auch ein Wiederaustrocknen geringer, durch unvermeidliche Defekte eingedrungener Wassermengen erlaubt, lassen sich Farbstandzeiten von mehr als 20 Jahren erreichen. Die Farbbeschichtung sollte, soweit möglich, allerdings erst nach dem Zuschnitt der Fassade stattfinden, andernfalls ist besondere Sorgfalt auf die Nachbehandlung von Sägeschnitten zu legen. Grundierungen und mindestens ein Folgeanstrich sind allseitig aufzutragen, um eine unterschiedliche Feuchteaufnahme der Oberflächen zu vermeiden. Da auch in den hinterlüfteten oder belüfteten Bereichen der Außenwandkonstruktionen häufig sehr hohe relative Luftfeuchten herrschen, haben sich in den letzten Jahren besonders mineralisch basierte Farben bewährt, wie sie einige Herstellern inzwischen anbieten.

Holzfassaden

Der Wunsch einer Holzfassade wirft gerade im mehrgeschossigen Bauen die Frage der Pflege und eventuell erforderlicher oder gewünschter farbgebender Anstriche auf. Aus Gründen des Holzschutzes sind an Holzfassaden keine vorbeugenden chemischen Maßnahmen erforderlich. Werden die konstruktiven Randbedingungen eingehalten (Abtropfkanten, kein Stauwasser etc.), ist auch die Verwendung völlig unbehandelten Holzes möglich (Abb. C 1.21). Die vertikale Anordnung von Fassadenbrettern erweist sich durch den günstigeren faserparallelen Wasserablauf als etwas vorteilhafter, aber auch horizontale Anordnungen haben sich bei entsprechend konstruktiver Ausbildung bewährt. Bei Plattenwerkstoffen wie Massivholzplatten muss die Deckschicht immer vertikal angeordnet sein. Durch die nicht zu vermeidende

a

b

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e C 1.25

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Schutzfunktionen

C 1.26

Winterlicher und sommerlicher Wärmeschutz

Das vorrangige Schutzziel winterlichen Wärmeschutzes ist es, die Transmissionswärmeverluste der Gebäudehülle weitgehend zu reduzieren. Aus rein physikalischer Sicht entsteht in

der Heizperiode aufgrund des Temperaturgefälles von innen (beheizter Innenraum 20 °C) nach außen (geografisch bedingtes Außenklima) ein instationärer Wärmestrom, der durch einen möglichst hohen Wärmedurchgangswiderstand der Gebäudehülle zu minimieren ist. Die Leistungsfähigkeit der Außenbauteile eines Gebäudes wird dazu mit dem Wärmedurchgangskoeffizienten, dem sogenannten U-Wert [W/m2K], beschrieben. Unterschiede zwischen z. B. Mauerwerks-, Betonfertigteil- oder Holzbau bestehen also im Wesentlichen in den opaken Bauteilen, da Fenster, Türen, Lüftungsklappen etc. je nach Anforderungsniveau für alle Bauweisen gleich sind. Um nur geringe Wärmeverluste über die Gebäudehülle zuzulassen, muss die Dämmung der Bauteile möglichst hoch und damit der U-Wert der Bauteile möglichst gering sein. Die Kunst besteht vor allem darin, diese wärmedämmende Hülle nahezu lückenlos wie einen Kokon um die zu schützenden Gebäudebereiche herumzuführen. Dabei ist zu beachten, dass an jeder Ecke und durch schlechter dämmende Teile der Konstruktion geometrische und konstruktive Wärmebrücken entstehen, die zu erhöhten Verlusten führen (Abb. C 1.28). Möglichst kompakte Gebäudehüllen und Konstruktionsbaustoffe mit guten Wärmedämmeigenschaften sind also zielführend.

Eine erste Übersicht über die erforderliche Dicke der Wärmedämmung von Holzaußenwänden gibt Abb. C 1.27. Mit Holzaußenbauteilen lassen sich bei moderater Überdämmung der Konstruktion, durch gedämmte Installationsebenen und durch außen liegende Dämmschichten mit Bauteildicken von 25 °C d gemittelte operative Temperaturen von 22 bis 6 Uhr – Schlaftemperaturen

Anmerkung: [1] Detaillierte Grundlagen, Ergebnisse und Analysen der Studie siehe Ferk, Heinz; Rüdisser, Daniel u. a.: Sommerlicher Wärmeschutz im Klimawandel. Einfluss der Bauweisen und weitere Faktoren. att.zuschnitt, 06/2016

Wärmeeintrag Tag speicherwirksame Masse

Temperaturanstieg Nacht

Wärmeabfuhr C 2.3 2

[W/m ] 1000

Nord

Süd

Ost

West

Dach

800

600

400

Grund können nur die oberflächennahen ersten Zentimeter aktiv werden. Betrachtungen und Optimierungen hinsichtlich der speicherwirksamen Massen müssen sich deshalb auf diese obersten Schichten der Konstruktionen konzentrieren. Stahlbetongebäude mit leichten Vorsatzschalen und abgehängten Decken können etwa eine geringere Wärmekapazität aufweisen als Holztafelbauten mit Gipsfaserbeplankung. Die tatsächliche wirksame Speichermasse kann darüber hinaus auch durch Vorhänge, Möblierungen oder andere Maßnahmen, die den Austausch mit der Raumluft einschränken, erheblich reduziert werden. Folglich sind die realisierbaren Unterschiede hinsichtlich der effektiv wirksamen Massen meist deutlich geringer als angenommen. Die speicherwirksame Masse muss aber immer im Kontext des Systems Wärmeeintrag – Puffer – Wärmeabfuhr beurteilt werden. Tut man dies, so wird schnell klar, dass die sommerliche Überwärmung meist eine Folge von zu hohem Wärmeeintrag tagsüber bzw. von unzureichender nächtlicher Wärmeabfuhr ist. Ist diese tägliche Wärmebilanz also unausgeglichen und »kippt«, so führt dies zu sich stetig weiter aufschaukelnden Temperaturen (Abb. C 2.3).

200

Solarer Eintrag und Beschattung 0 3

6

9

12

15

18

21 24 Zeit [h] C 2.4

solarer Eintrag Belegung

Transmission

sonstige innere Lasten

Luftwechsel speicherwirksame Masse Tag

Belegung sonstige innere Lasten speicherwirksame Masse Transmission Luftwechsel Nacht C 2.5

90

Im Wohnbau stellt die solare Einstrahlung im Sommer den wesentlichen Wärmeeintrag dar. Im Gleichschritt mit der Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften von Fenstern ist auch der Anteil der transparenten Flächen in der Fassade gestiegen. Der heute oft sehr hohe Fensterflächenanteil, welcher in der Heizperiode durchaus energetisch positive Effekte mit sich bringt, kann bei unzureichender Beschattung in der warmen Jahreszeit schnell zur Überwärmung führen. Hierbei wird oft auch der Beitrag von diffuser und reflektierter Strahlung unterschätzt. Diese sorgt dafür, dass selbst über teilweise beschattete oder nordseitige Fenster auch ohne direkte Sonnenbestrahlung ein maßgeblicher Wärmeeintrag erfolgt (Abb. C 2.4). Das vordringlichste Ziel einer Optimierung ist es, eine effektive Beschattung aller transparenten Flächen zu gewährleisten.

Der Sonnenschutz muss dabei so gestaltet werden, dass er von den Nutzern nicht als einschränkend empfunden wird. Bei Abwesenheit kann nur die Automatisierung eine effiziente Beschattung sicherstellen. Bei Anwesenheit der Nutzer sollte der Sonnenschutz ausreichend Licht in den Raum bringen und visuellen Kontakt nach außen ermöglichen. Nur abdunkelnde Sonnenschutzsysteme werden erfahrungsgemäß nicht ausreichend genutzt und erscheinen den Nutzern dann oft wirkungslos.

Luftwechsel und natürliche Kühlung Das Prinzip der natürlichen Kühlung ist es, alle Öffnungen geschlossen zu halten, solange die Außenluft wärmer als die Raumtemperatur ist. Sobald die Außentemperaturen die Innentemperaturen unterschreiten, sollte man hingegen für eine effektive Durchlüftung des Gebäudes sorgen (Abb. C 2.5). Um einen möglichst effektiven nächtlichen Luftwechsel bauseitig gewährleisten zu können, muss der Einbruchund Regenschutz genauso berücksichtigt werden, wie physikalische Gesetzmäßigkeiten: Damit sich Luft bewegt, ist ein Druckunterschied als Folge von thermischem Auftrieb oder Wind erforderlich. Auf Basis dieser Grundsätze kann etwa mittels planerischer Optimierung von Grundriss, Öffnungen oder Gebäudeausrichtung, bzw. auch durch stadtplanerische Überlegungen, Umlandgestaltung oder gar den Einsatz automatischer Anlagen erheblicher Einfluss auf die Effizienz der nächtlichen Kühlung genommen werden. Diese planerischen Herausforderungen hinsichtlich Minimierung der Sonneneinstrahlung und Maximierung des nächtlichen Luftwechsels müssen angenommen werden. Bei ergänzendem Einsatz mechanischer Kühlung, etwa in Bürogebäuden, lässt sich der Kühlenergiebedarf dadurch deutlich reduzieren. Im Wohnbau sollte es – auch unter Berücksichtigung der aktuellen Klimaprognosen – in den meisten Fällen (und unabhängig von der Bauweise) weitgehend gelingen, einen effektiven sommerlichen Wärmeschutz ohne den Einsatz von Klimaanlagen gewährleisten zu können – im Sinne unser aller Klimazukunft.

Sommerlicher Wärmeschutz

verringerte Beschattung und Luftwechsel verringerter Luftwechsel

Massivbau Stahlbeton

Massivbau Ziegel

Holzbau Brettsperrholz

Holztafelbau

verringerte Beschattung Basismodell erhöhte Beschattung a

erhöhter Luftwechsel

Die Temperaturdifferenzen, die durch die Bauweise hervorgerufen werden, sind gering. Änderungen bezüglich Beschattung und Luftwechsel zeigen maßgebliche Auswirkungen.

erhöhte Beschattung und Luftwechsel 19,5

20

20,5

21

21,5

22

22,5

23

23,5

gemittelte operative Temperaturen der einzelnen Simulationsfälle

24 [°C] verringerte Beschattung und Luftwechsel verringerter Luftwechsel verringerte Beschattung Basismodell erhöhter Luftwechsel

b

Bei funktionierender Wärmebilanz, d. h. mit ausreichender Beschattung und Luftwechsel, wird die Grenztemperatur bei allen Bauweisen eingehalten. Kippt die Bilanz, so kommt es bei allen Bauweisen zu Überschreitungen und es treten bauweisenabhängige Unterschiede hervor.

erhöhte Beschattung erhöhte Beschattung und Luftwechsel 0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Anzahl der Überschreitungsstunden > 27 °C

500 [Stunden] verringerte Beschattung und Luftwechsel verringerter Luftwechsel verringerte Beschattung Basismodell c

Anzahl der Überschreitungsnächte > 25 °C

erhöhte Beschattung Auch in der Nacht gilt: bei funktionierender Bilanz, kommt es zu keinen Überschreitungen. Wenn die Bilanz kippt, kommt es bei jeder Baweise zu Überschreitungen. Im extremen Überhitzungsfall zeigen nun die leichten Bauweisen sogar Vorteile, da die nächtliche Abkühlung dann effektiver und zügiger eintritt.

erhöhter Luftwechsel erhöhte Beschattung und Luftwechsel 0

5

10

15

20

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30

35 [Stunden] verringerte Beschattung und Luftwechsel verringerter Luftwechsel verringerte Beschattung Basismodell erhöhte Beschattung d

erhöhter Luftwechsel erhöhte Beschattung und Luftwechsel 0

5

10

15

20

25

30

35 [Tage]

gemittelte operative Temperaturen von 22 bis 6 Uhr: Schlaftemperaturen Die Unterschiede der mittleren Schlaftemperaturen sind hinsichtlich der Bauweisen sehr gering. Im Überhitzungsfall zeigen wiederum die leichten Bauweisen Vorteile. C 2.6

91

Schichtenaufbau der Gebäudehülle Maren Kohaus, Hermann Kaufmann

C 3.1

Der moderne Holzbau gilt mit den besonderen Möglichkeiten, die der natürliche, nachwachsende Baustoff Holz bietet, als Vorreiter des ökologischen Bauens. Eine Vielzahl der Passivenergiehäuser und Energieplushäuser haben hochwärmedämmende Gebäudehüllen, die auf einer Holzkonstruktion basieren. Bedenken aus der Vergangenheit hinsichtlich zugiger und im Sommer stark aufgeheizter Innenräume sind heute unbegründet. Das Gegenteil ist der Fall: Der Holzbau bietet besonders effektive Möglichkeiten, niedrige Wärmedurchgangskoeffizienten bei geringen Wandstärken zu erreichen (Abb. C 3.2). Das belegen zahlreiche ausgeführte Bauten aus Holz, die den modernen Ansprüchen an Komfort und Behaglichkeit gerecht werden. Diese Vorteile kommen nicht nur bei Neubauten, sondern auch bei Bestandssanierungen zum Tragen, und zusammen mit den Möglichkeiten der Vorfertigung erfahren auf Holzkonstruktionen basierende Hüllsysteme eine steigende Akzeptanz. Der komplexe Schichtenaufbau im Holzbau bedeutet jedoch hohe Anforderungen an die Planung und fachgerechte Ausführung der Bauteile. Mit der Anzahl der Bauteilschichten steigt insbesondere die Komplexität im Bereich der Elementfügungen bei vorgefertigten Konstruktionen, sodass deren Reduktion erstrebenswert und vorteilhaft ist. Es wird daran gearbeitet, die Vielfalt an Lösungsmöglichkeiten durch Standardisierung zu verringern, um damit mehr Übersicht und Planungssicherheit zu erreichen [1].

Anforderungen an die Gebäudehülle

C 3.1

Niedrigenergiehäuser in Holzbauweise, Wohnanlage Mühlweg, Wien (AT) 2006, Architekten Hermann Kaufmann C 3.2 Entwicklung des Schichtenaufbaus der Gebäudehülle im Holzbau (Horizontalschnitt), Schwerpunkt Wärmeschutz C 3.3 Polyfunktionalität von Bauteilschichten

92

Die Gebäudehülle muss die folgenden Schutzfunktionen erfüllen (siehe auch »Schutzfunktionen«, S. 72ff.): • Witterungsschutz (Wind, Regen, Schnee, Sonne/UV-Strahlung) • winterlicher/sommerlicher Wärmeschutz • Luftdichtheit • Tauwasserschutz (Konvektion und Diffusion) • Brandschutz • Schallschutz (inkl. akustischer Maßnahmen)

Die bauphysikalischen Anforderungen sind bei Fassaden und Dächern grundsätzlich identisch. Unterschiedliche funktionale Anforderungen bedingen jedoch verschiedene Schichtenfolgen und Materialisierungen im Bauteil. Um der Komplexität der funktionalen Zuordnung der einzelnen Bauteilschichten gerecht zu werden, ist es empfehlenswert, diese Funktionen bereits in der frühen Planung zu benennen und in den Ausführungsplänen entsprechend auszuweisen (Abb. C 3.10 und C 3.11, S. 96).

Funktionen der Bauteilschichten Die Bezeichnung der einzelnen Schichten erfolgt gemäß ihrer Funktionen: • äußere Bekleidung • Winddichtheitsschicht /zweite wasserführende Schicht • Tragschicht • Dämmschicht • Luftdichtheitsschicht • dampfbremsende Schicht • Installationsschicht (mit /ohne Ausdämmung) • innere Bekleidung Innerhalb eines Bauteils ist es möglich, jeder Funktion eine bestimmte Schicht zuzuordnen, verschiedene Materialien können aber auch polyfunktional eingesetzt werden und gleichzeitig mehrere Funktionen übernehmen (Abb. C 3.3). So werden meist die dampfbremsende Schicht und die Luftdichtheitsebene durch ein und dieselbe Bauteilschicht umgesetzt, z. B. mit einer Holzwerkstoffplatte oder einer Folie. Die Zuordnung der funktionalen Anforderungen an die Bauteilschichten erfordert eine Kontinuität des Schichtenverlaufs und ist bei der Fügung mit anderen Bauteilen zu beachten. Hat beispielsweise die im Innenraum sichtbar belassene Brettsperrholzplatte (BSP) der Außenwand nicht nur eine tragende Funktion, sondern bildet sie gleichzeitig die Dampfbremse sowie die Luftdichtheitsebene, müssen auch die Elementstöße dicht ausgeführt werden. Dies kann durch ein Abkleben der Fugen oder durch in die Fugen eingelegte Dichtbänder erfolgen (Abb. C 3.12, S. 97). Generell ermöglichen polyfunktionale Bauteil-

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

1972

1982 2

derzeit beispielhafter Außenwandaufbau 2

U = 0,58 W/m K

2002

U = 0,25 W/m2K

U = 0,18 W/m2K

Massivholzbau (hier Brettsperrholz) U = 0,16 W/m2K 28,75 cm

26,15 cm

1992

38,4 cm

Holztafelbau U = 0,16 W/m2K

42,25 cm

22,45 cm

17,85 cm

U = 0,28 W/m K

C 3.2

schichten eine Reduzierung der Schichtenanzahl und folglich weniger Arbeitsschritte bei der Ausführung der Bauteile selbst. Allerdings verursacht diese Reduzierung auch meist spezielle Anschlussdetails an andere Bauteile (z. B. bei der Einbindung von Innenbauteilen oder Leitungen in die Gebäudehülle), was einer sorgfältigen Planung und Überwachung in der Bauphase bedarf. Dem muss frühzeitig Beachtung geschenkt werden. Dämmebene und Konstruktion

Es wird grundsätzlich zwischen zwei Ausführungsarten der primären Dämmebene entsprechend ihrer Lage zur Konstruktionsebene unterschieden. Entweder befindet sich diese

außen auf der Tragschicht, was vorwiegend bei Massivholzkonstruktionen aus Brettsperrholz-, Brettstapel- oder Brettschichtholzelementen der Fall ist (Abb. C 3.13, S. 98), oder die Dämmung ist zwischen stabförmige Tragkonstruktionselemente eingepasst (Abb. C 3.14, S. 99). Außen gedämmte Konstruktionen Bei außen gedämmten Konstruktionen finden meist harte Dämmstoffe Verwendung, die keine spezielle Unterkonstruktion benötigen. Weiche Dämmungen hingegen werden zwischen eine ein-, zwei- oder gar dreilagige, kreuzweise verlegte Unterkonstruktion oder zwischen spezielle wärmebrückenoptimierte Profile (z. B. I-Träger) eingepasst (Abb. C 3.13 a, E, S. 98).

Zwischengedämmte Konstruktion Bei zwischengedämmten Konstruktionen ist es aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Holz (λ-Wert ca. 0,11 – 0,17 W/mK) bauphysikalisch unbedenklich, Holzbauteile wie die Ständer einer Außenwandkonstruktion oder die Sparren nicht zu überdämmen, denn es entsteht hier kein Kondensat. Die Wärmebrücken lassen sich durch eine Verstärkung der Dämmung oder durch spezielle Geometrie der Tragelemente (z. B. I-Träger) minimieren (Abb. C 3.14 a, E, S. 99). Äußere Zusatzdämmung Wird auf einer zwischengedämmten Konstruktion eine zusätzliche Dämmung aufgebracht,

Schutzfunktionen Außenwand Witterungsschutz

Luftdichtheit

Wärmeschutz

Tauwasser- Brand- Schallschutz schutz schutz

Akustik

°C Bauteilschichten Außenwand

außen

innen

Polyfunktionalität: 4 Funktionen entsprechen 1 Bauteilschicht

äußere Bekleidung

Fassadenbahn (Winddichtung, zweite wasserführende Schicht)

Wärmedämmung (hart/weich)

Tragschicht

Luftdichtheitsebene

Dampfbremse

Edelstahlblech geschliffen 2 mm Unterkonstruktion Stahl Hinterlüftung diffusionsoffene Fassadenbahn Mineralwolle dreilagig 380 mm mit eigener Unterkonstruktion Brettsperrholzelement z.B. 72 mm, Schmalseiten verklebt, luftdichte Stöße, innenseitig in Sichtqualität

innere Bekleidung (mit/ohne Installationsebene)

Funktionsschichten Außenwand C 3.3

93

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Bekleidung

Bauteil

zuführen (Glaserverfahren oder hygrothermische Berechnung). Äußere Bekleidungsschicht / Witterungsschutz

x

C 3.4

C 3.5

kommen, wenn es brandschutztechnisch möglich ist, häufig druckfeste, diffusionsoffene Dämmungen wie Holzfaserplatten zum Einsatz, die mit hydrophobierter Oberfläche das Bauteil auch während der Montage und Bauzeit vor Witterungseinflüssen sowie mechanischen Beeinträchtigungen schützen (Abb. C 3.14 a, D – F, S. 99, C 3.25 b, S. 106). Auch bei außen gedämmten Konstruktionen kann eine solche zusätzliche Schicht sinnvoll sein (Abb. C 3.13 a, D – F, S. 98 und 3.25 d, S. 106), um eventuelle Wärmebrücken der Unterkonstruktion zu eliminieren oder um das Bauteil während der Bauphase zu schützen. Bei Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) können weiche, kostengünstige Dämmmaterialien zwischen Lattungen verlegt und mit einem geeigneten, druckfesten und tragfähigen Dämmstoff überdämmt werden, der gleichzei-

tig als Putzträger für den Außenputz verwendbar ist (Abb. C 3.13 b D – F, S. 98). Dabei sind die entsprechenden systemimmanenten Vorgaben der WDVS-Hersteller zu beachten.

Bekleidungstyp

Baustoff / Bauteil

Innere Zusatzdämmung Wird innenseitig der Gebäudehülle eine zusätzliche Installationsebene für Leitungsführungen angeordnet, um Durchdringungen der Luftdichtheitsschicht oder Dampfbremse zu vermeiden, verbessert eine Ausdämmung die Dämmwirkung des Bauteils (Abb. C 3.13 C, F, S. 98 und C 3.14 C, F, S. 99). Als Faustformel gilt: Der Anteil der Dämmung auf der Innenseite der dampfbremsenden Schicht sollte eine äquivalente Dicke von ca. 20 % der Gesamtdämmstärke nicht überschreiten. Bei dickeren Innendämmungen ist es ratsam, eine bauphysikalische Berechnung durch-

Schemaskizze

horizontale Ausrichtung flächiger Holzwerkstoff

formschlüssige Schalung

kraftschlüssige Schalung

• • • • • •

Holz oder Holzwerkstoff Rohdichte ≥ 330 kg/m3 Fläche geschlossen Plattendicke ≥ 18 mm Kantenlänge ≥ 200 mm Plattenfläche ≥ 0,20 m2

Beispiele

Im Holzbau erfolgt die Wahl des äußeren Bekleidungsmaterials für die Gebäudehülle den gleichen Prinzipien wie beim konventionellen Bauen mit mineralischen Baustoffen. Sowohl bei der Außenwand als auch beim Dach lassen sich auch hier grundsätzlich fast alle Bekleidungsmaterialien anwenden. Lediglich bei vorgefertigten Außenwandelementen ist es nicht möglich, bestimmte Produkte bereits im Werk zu montieren, da durch den Transport eine gewisse Robustheit wie auch Reparaturfähigkeit im Fall von Beschädigungen gefordert wird. Die Notwendigkeit, hinter der Bekleidung eine Luftschicht anzuordnen, hängt stark von dem Diffusionsverhalten der Bekleidung in Korrelation zu den anderen Bauteilschichten ab. Man unterscheidet hinterlüftete und belüftete Außenwandbekleidungen (Abb. C 1.13, S. 80) sowie Bekleidungen mit stehenden Luftschichten. Letztere haben ohne Dränageebene ein deutlich geringeres Potenzial, eventuell anfallendes Kondensat oder durch Schlagregen eindringendes Oberflächenwasser abzuleiten und sollten deshalb vermieden werden (siehe »Feuchteschutz«, S. 79ff.). Brandschutz bei Fassadenbekleidungen Die Brandschutzanforderungen an ein Außenwandbauteil ändern sich in Abhängigkeit von der Gebäudeklasse (GK) bzw. der Gebäudehöhe (siehe »Leistungsanforderungen an den

Ausrichtung Tiefe der Hinterlüftungsebene

vertikale Ausrichtung

Mindestüberstand der Brandschürze bei geschossweiser Anordnung (Maß x in Abb. C 3.5) ≥ 200 mm ≥ 100 mm ≥ 50 mm ≥ 20 mm

• • • • • •

Massivholzplatten Brettsperrholz Furniersperrholz Furnierschichtholz OSB Holzspanplatten

≥ 50 mm horizontal / vertikal ≥ 100 mm

• Entlastungsnuten: - Restdicke ≥ 10 mm - Abstand Nuten ≥ 30 mm • Beplankungsdicke ≥ 18 mm • Brettbreite: - markfrei ≤ 160 mm - halbrift oder rift ≤ 250 mm

• Schalung Nut und Feder • Deckleistenschalung horizontal / mit Profil vertikal • Nut und Feder

• Entlastungsnuten: - Restdicke ≥ 10 mm - Abstand Nuten ≥ 30 mm • Beplankungsdicke ≥ 18 mm • Brettbreite frei

• Schalung überfälzt • T-Leistenschalung

≥ 50 mm

≥ 100 mm ≥ 50 mm horizontal ≥ 100 mm ≥ 50 mm vertikal ≥ 100 mm

offene Schalungen

• Brettdicke ≥ 18 mm • Brettquerschnittsfläche ≥ 1000 mm2 • Dicke von Abdeckleisten ≥ 10 mm • Brettbreite frei

• • • • •

offene Schalung horizontal Leistenschalung Deckelschalung Stülpschalung Deckleistenschalung vertikal

≥ 50 mm ≥ 100 mm ≥ 50 mm ≥ 100 mm C 3.6

94

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Brandschutz«, S. 72ff.). Die äußere Fassadenbekleidung muss lediglich eine Ausbreitung eines Brands außerhalb der primären Brandeinwirkung begrenzen. Für Gebäude geringer Höhe bis drei Geschosse (GK 1– 3) werden keine besonderen Anforderungen an die Fassadenbekleidung gestellt. Damit lassen sich in der Regel normal entflammbare Baustoffe (B 2 nach DIN 4102-1) wie Holzbekleidungen und auch biogene Dämmstoffe (aus nachwachsenden Rohstoffen) als Außendämmung sowie als Wärmedämmverbundsystem verwenden. Für höhere Gebäude mit vier bis sieben Geschossen (GK 4 und 5) dürfen in der Regel nur schwer entflammbare Baustoffe (B1 nach DIN 4102-1) als Bekleidungsmaterial eingesetzt werden. Als hinter-/belüftetes Bekleidungsmaterial wäre eine Holzbekleidung folglich nicht möglich, da diese als normal entflammbar gilt. Jedoch haben zahlreiche normative und Naturbrandversuche gezeigt [2], dass sich bei einer entsprechenden Detailausbildung ein Äquivalent zu »schwer entflammbar« herstellen lässt (siehe »Brennbarkeit und Feuerwiderstand«, S. 74f.). So kann eine Brandbarriere in der Geschossebene eine geschossübergreifende Brandausbreitung unterbinden (Abb. C 3.4 und C 3.5). Dies erfolgt z. B. mit einem Stahlblech, das abhängig von Schalungsquerschnitten und Fugenanteil der Bekleidung, von 20 bis zu 200 mm auskragt und bis an die Rohwand bzw. Brandschutzbekleidung des eigentlichen Außenwandbauteils geführt wird (Abb. C 3.6). Eine Brandweiterleitung über die Luftschicht bzw. innerhalb der Ebene der Unterkonstruktion wird somit behindert. Bei Wärmedämmverbundsystemen dürfen bei höheren Gebäuden (GK 4 und 5) lediglich schwer entflammbare Dämmstoffe (B1 nach DIN 4102-1) zum Einsatz kommen. Zu beachten ist, dass nur geprüfte Wärmedämmverbundsysteme zulässig sind. Ab der Hochhausgrenze dürfen als Fassadenbekleidungen nur nicht brennbare Materialien der Baustoffklasse A1 eingesetzt werden.

C 3.4

C 3.5

C 3.6 C 3.7

Brandschott der Fassade, Blechwinkel geschossweise umlaufend, achtgeschossiges Wohn- und Bürogebäude aus Holz, Bad Aibling (DE) 2012, Schankula Architekten /Diplomingenieure schematische Darstellung einer brandschutztechnischen Geschosstrennung aus Stahlblech (freie Auskragung x) Ausführungsvarianten für Holzfassaden mit B1Äquivalenz hinterlüfteter Fassadenaufbau bei einer Massivholzkonstruktion mit einer äußeren Bekleidung aus geschliffenen Stahlblechen. Die vorgefertigten Module der Zimmer wurden erst auf der Baustelle

mit der äußeren Bekleidung versehen. Hotel Ammerwald bei Reutte in Tirol (AT) 2009, Oskar Leo Kaufmann und Albert Rüf C 3.8 Hinterlüfteter Fassadenaufbau bei einer Massivholzkonstruktion mit einer äußeren Bekleidung aus Glasfaserbetonelementen. Aufgrund der Steifigkeit dieser Elemente sind größere Abstände bei der Unterkonstruktion aus Aluminium möglich. Wohn- und Geschäftshaus, Zürich (CH) 2010, pool Architekten C 3.9 Fassadenaufbau mit WDVS bei einer Holztafelkonstruktion, Wohn- und Geschäftshaus c 13, Berlin (DE) 2013, Kaden Klingbeil Architekten

C 3.7

Winddichtheitsschicht / zweite wasserführende Schicht

Bei belüfteten oder hinterlüfteten Fassaden und geneigten Dachkonstruktionen wird als zusätzliche Sicherheit eine zweite wasserführende Schicht vorgesehen. Diese Schicht ist auch gleichzeitig die Winddichtheitsebene, die verhindert, dass Außenluft durch die Dämmung oder die Stöße der Dämmplatten eindringen kann, was deren Wärmedämmfunktion stark beeinträchtigen würde. Die Winddichtheitsebene unterstützt zusätzlich die Luftdichtheit des gesamten Bauteils. Die Menge an warmer und feuchter Luft, die aufgrund von Undichtigkeiten in der Luftdichtheitsebene in die Konstruktion eindringen kann, wird damit erheblich reduziert und der Kondensatausfall deutlich verringert (siehe »Tauwasser durch Diffusion«, »Tauwasser durch Konvektion«, S. 79f.).

C 3.8

C 3.9

95

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

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C 3.10

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C 3.11

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Winddichtheitsebene bei Fassaden Die für Winddichtheitsebenen eingesetzte Materialien müssen möglichst diffusionsoffen sein, was einem sd-Wert von sd < 0,3 m (DIN 68 800) entspricht (siehe »Korrelation mit anderen Bauteilschichten«, S. 98), zur Wasserableitung fähige Oberflächen besitzen und sich dicht verlegen lassen (z. B. Nut-FederVerbindung oder Verklebungen). Geeignet sind diffusionsoffene Folien, diffusionsoffene Holzwerkstoffplatten (z. B. bautechnisches MDF) oder Holzfaserdämmplatten. Bei erhöhten Brandschutzanforderungen kommen entweder mineralisch gebundene Holzwerkstoffplatten zum Einsatz (z. B. zementgebundene Spanplatten), was auf der Bauteilinnenseite einen entsprechenden Dampfdiffusionswiderstand erfordert, oder gipsgebundene Bauplatten (Gipskartonfeuerschutzplatten – GKF, Gipsfaserplatten – GF), die das konstruktive Element aufgrund der Brandschutzanforderungen außenseitig schützen (Abb. C 3.16, S. 102 und C 3.17, S. 103). Letztere können zwar die Winddichtheitsebene bilden, müssen jedoch zusätzlich vor Feuchtigkeit durch einen dampfdiffusionsoffenen Folienwerkstoff geschützt werden. Bei Fassadenbekleidungen mit offenen Fugen oder Perforationen bildet die Winddichtheitsebene die einzige wasserführende Schicht. Somit ist eine absolut dichte Ausführung und hindernisfreie Wasserableitung unerlässlich. Die Bekleidung mindert hier je nach Ausführung lediglich den Anprall von Niederschlägen. Bei einem Fassadenaufbau ohne Luftschicht, z. B. bei einem geprüften Wärmedämmverbundsystem, muss die äußere Putzschicht die Funktion der Winddichtheit und der wasserführenden Ebene gänzlich übernehmen, eine zweite wasserableitende Schicht ist nicht vorhanden. Winddichtheitsebene bei hinterlüfteten Dachkonstruktionen Bei hinterlüfteten, geneigten Dächern wird eine zweite wasserableitende Schicht in Form einer Unterdeckung eingebaut, die eventuell anfallende Nässe durch Kondensat oder Undichtigkeiten der Dachhaut abführt (Abb. C 3.25 a– d, S. 106).

Auch bei Flachdächern ist ein hinterlüfteter Aufbau grundsätzlich möglich (Abb. C 3.24, S. 105), wird aber in der Praxis aus Kostengründen eher selten ausgeführt, da hohe Aufbauhöhen für eine funktionierende Luftdurchströmung erforderlich sind. Polyfunktionalität der Winddichtheitsebene Wird die Winddichtheitsebene in der Fassade oder bei geneigten Dächern mit einem Plattenwerkstoff ausgeführt, z. B. mit geeigneten Holzfaserplatten, bietet diese einem vorgefertigten Bauteil bei Transport und Montage Schutz vor Feuchte und mechanischen Beschädigungen. Während der Bauphase übernimmt sie die Funktion der Bauwerksabdichtung oder des Notdachs und ist gleichzeitig zweite wasserführende Ebene. Holzfaserplatten mit Wärmeleitfähigkeiten von 0,09 bis 0,045 W/mK gelten zudem bei ausreichender Stärke als Zusatzdämmung, die Wärmebrücken der Ständer bzw. Sparren minimiert (Abb. C 3.13, S. 98 und C 3.14, S. 99). Luftdichtheitsebene

Der Luftdichtheitsbene kommt eine wichtige Bedeutung zu, denn Luftundichtigkeiten beeinträchtigen die Schutzfunktionen wie Wärme-, Schall-, Brand- und Tauwasserschutz oder sie heben diese sogar ganz auf. Das kann zu Energieverlusten, Kondensatausfällen durch Konvektion, Schallbrücken sowie Rauch- oder Brandweiterleitung führen. Bedeutung der luftdichten Ebene Wie groß die Bedeutung der luftdichten Schicht ist, haben Laboruntersuchungen des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik in Stuttgart aufgezeigt. Durch Leckagen gelangt feuchte, warme Luft in die Konstruktion und bewirkt starke Kondensatausfälle, die wesentlich gravierender sind als die, die durch Dampfdiffusion entstehen können (Abb. C 1.14, S. 80). Meistens treten Luftundichtigkeiten an nicht fachgerecht abgedichteten Durchdringungspunkten, an Bauteilübergängen, Fügungen wie z. B. Fenster- und Türanschlüssen, Decken-, Boden-, Dachanschlüssen oder aufgrund fehlerhafter Ausführung oder Beschädigung der luftdichten Ebene selbst auf. Um die häufigste Fehler-

Ausführung der luftdichten Ebene durch eine zusätzliche Folie, innen- oder außenseitig der Beplankung einseitiges Klebeband

zweiseitiges Klebeband

Ausführung der luftdichten Ebene durch die innere Beplankung

ein-/zweiseitiges Klebeband

quelle zu vermeiden, sollten Leitungen immer raumseitig der luftdichten Schicht geführt werden, sodass eine Durchdringung dieser ausgeschlossen ist. Sichtbar belassene Massivholzelemente, die zugleich die luftdichte Schicht bilden, erfordern spezielle Detaillösungen. Leitungsdurchführungen innerhalb dieser Elemente lassen sich entweder nur bis zu einer bestimmten Bauteiltiefe ausführen, bei der die restlichen Holzlagen noch ausreichend luft- und dampfdicht sind, oder es werden zusätzliche Dichtungsmaßnahmen notwendig (siehe »Schutzfunktionen«, S. 72ff. und »Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau«, S. 122ff.). Ausführung der luftdichten Ebene Gängige Materialien für die Luftdichtheitsebene sind Folienwerkstoffe aus Kunststoff, speziell beschichtete Papierbahnen, Holzwerkstoff-, Gipsfaser- und Gipskartonplatten etc. Bei Holztafelelementen hat diese Ebene normalerweise auch aussteifende und eventuell sogar tragende Funktion. Die Beplankung muss in diesem Fall einen ausreichenden Strömungswiderstand besitzen und die Fugen der Elementstöße müssen luftdicht sein. Auch Brettsperrholzelemente können die luftdichte Ebene bilden, wenn die Brettlagen an den Schmalseiten verklebt und die Elementfugen entsprechend luftdicht ausgeführt sind, z. B. durch in den Fugen verlegte Fugendichtbänder (EPDMSchlauchdichtung, vorkomprimierte Dichtungsbänder) oder durch ein Verkleben der Fugen mit Klebebändern. Folien, die als luftdichte Ebene eingesetzt werden, sind an den Stößen zu verkleben

C 3.10

axonometrische Darstellung des Zusammenhangs: Bauteilschichten / Funktionsschichten, bei einer außengedämmten Massivholzwand C 3.11 axonometrische Darstellung des Zusammenhangs: Bauteilschichten / Funktionsschichten, bei einer zwischengedämmten Außenwand C 3.12 mögliche Ausführung der Luftdichtheitsebene, Horizontalschnitte a mit zusätzlichen Folien b durch Verklebung von Holzwerkstoffplatten c durch ein Massivholzelement mit entsprechend ausgeführten Elementfugen

Ausführung der luftdichten Ebene durch massive Bauteile

einseitiges Klebeband

einseitiges Klebeband

außen

außen

außen

a

b

c

vorkomprimiertes Dichtungsband

C 3.12

97

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

(Abb. C 3.12 a, S. 97 und C 3.26, S. 107), Überlappungen reichen nicht aus. Eine Luftdichtigkeitsprüfung in Form eines Blower-Door-Tests ist unbedingt zu empfehlen (siehe »Tauwasser durch Konvektion«, S. 80f.). Dieser hat noch vor dem Anbringen der inneren Beplankung zu erfolgen. Bei vorgefertigten Elementen müssen die Elementstöße und Bauteilanschlüsse zugänglich bleiben, sodass sich etwaige Leckagen orten und ausbessern lassen. Dampfbremsende Schicht

Die Dampfbremse wird innenseitig der Dämmebene angeordnet, um Kondensat in der Konstruktion zu verhindern. Die Bauteile der Gebäudehülle sind so diffusionsoffen wie möglich und

so dampfdicht wie nötig auszubilden, wobei die Bauteilschichten von innen nach außen immer diffusionsoffener sein müssen, damit nicht mehr Wasserdampf in das Bauteil eindringt als ausdiffundieren kann. Diffusionsoffene Konstruktionen haben sich wegen ihres Austrocknungsvermögens bewährt und gelten als sehr robust. Korrelation mit anderen Bauteilschichten Als Faustformel gilt: Die wasserdampfäquivalente Luftschichtdicke der dampfdiffusionsregulierenden Schicht, angegeben durch den sd-Wert, muss mindestens fünf- bis sechsmal so hoch sein wie der sd-Wert der außen liegenden Schicht(en).

Wurden früher bei be-/hinterlüfteten Außenwandbauteilen innenseitig Folien mit sdWerten von 500 bis 1000 m verwendet, so liegen die sd-Werte heute bei 5 –20 m oder es werden feuchtevariable Dampfbremsen eingesetzt [3]. Wird ein Außenwandaufbau ohne Folienwerkstoffe angestrebt, so kann beispielsweise bei einer zwischengedämmten Konstruktion mit einer hinter- oder belüfteten äußeren Bekleidung und einer diffusionsoffenen Winddichtheitsebene von sd  1,8 m Bei Flachdächern mit einer außen gedämmten Konstruktion ohne zusätzliche Luftschicht werden heute beispielsweise Abdichtungsebenen mit sd-Werten von ca. sd ≥ 100 m eingesetzt. Der daraus resultierende sd-Wert der innenseitigen Dampfbremse sollte demzufolge sd ≥ 500 m betragen. Dies ist nur mit Folienwerkstoffen oder entsprechenden Bitumenlagen zu erreichen, die während der Bauphase als

Notdach dienen können. Es gibt in DIN-Normen (DIN 68 800) und Datenbanken wie z. B. www.dataholz.com bereits nachgewiesene Konstruktionsaufbauten von Herstellern. Im Zweifel sind bei Außenwand- und Dachbauteilen die bauaufsichtlich eingeführten Rechenverfahren zum Nachweis der Konstruktion anzuwenden. Feuchteadaptive Dampfbremsen Feuchteadaptive Dampfbremsen können ihren sd-Wert anpassen: Bei geringer relativer Luftfeuchte sind sie stark diffusionshemmend, bei hoher relativer Luftfeuchte hochdiffusionsoffen. Damit besteht die Möglichkeit, dass gegebenenfalls in der Konstruktion auftretende Feuchtigkeit, entstanden durch Kondensat oder

C 3.13

C 3.14

schematischer Schichtenaufbau einer außen gedämmten Konstruktion am Beispiel eines Brettsperrholzelements a hinter-/belüftet b ohne Luftschicht als WDVS schematischer Schichtenaufbau einer zwischengedämmten Konstruktion am Beispiel einer Holztafelkonstruktion a hinter-/belüftet b ohne Luftschicht als WDVS

zwischengedämmte Konstruktion

A

A

sichtbar belassene, aussteifende Beplankung als Dampfbremse und Luftdichtung ∫ luftdichte Anschlüsse z. B. durch Abkleben erforderlich

B

B zusätzliche nicht brennbare Beplankung ggf. aus Brandschutzgründen erforderlich

Winddichtung als Folie

ausgedämmte Installationsschicht verbessert den U-Wert

I-Träger reduzieren Wärmebrücken

F

zusätzliche Luftdichtung /Dampfbremse als Folie bei fehlender luftdichten Verklebung der Innenbeplankung

Bekleidung

ausgedämmte Installationsschicht verbessert den U-Wert D

zusätzliche Luftdichtung / Dampfbremse als Folie bei fehlender luftdichten Verklebung der Innenbeplankung zusätzliche äußere Beplankung kann fertigungstechnische Gründe haben (Vorfertigungsgrad, nicht selbsttragendes Dämmmaterial wie z. B. Zelluloseflocken etc.)

E WDVS auf zusätzlicher Dämmebene

zusätzlicher Plattenwerkstoff /Zusatzdämmung a

Dämmstoffplatten selbsttragend, z. B. Holzweichfaser

zusätzliche diffusionsoffene Beplankung als Winddichtung/zweite wasserführende Schicht bietet mechanischen Schutz während der Bauphase; kann fertigungstechnische Gründe haben (Vorfertigungsgrad, nicht selbsttragendes Dämmmaterial wie z. B. Zelluloseflocken etc.) äußere Zusatzdämmung (feuchtegeschützt) als Winddichtung /zweite wasserführende Schicht bietet mechanischen Schutz und verbessert U-Wert

Installationsschicht

C

D

E

zusätzliche Luftdichtung /Dampfbremse als Folie bei fehlender luftdichten Verklebung der Innenbeplankung

Die zusätzliche Folie als Luftdichtung / Dampfbremse kann auch innenseitig angebracht werden.

Die zusätzliche Folie als Luftdichtung / Dampfbremse kann auch innenseitig angebracht werden. C

sichtbar belassene, aussteifende Beplankung als Dampfbremse und Luftdichtung ∫ luftdichte Anschlüsse z. B. durch Abkleben erforderlich

zusätzliche nicht brennbare Beplankung ggf. aus Brandschutzgründen erforderlich

einlagiges WDVS

einfache zweite wasserführende Schicht

zusätzliche Luftdichtung /Dampfbremse als Folie bei fehlender luftdichten Verklebung der Innenbeplankung

Konstruktion mit Gefachdämmung

WDVS

Bekleidung

ohne Luftschicht als WDVS Installationsschicht

Konstruktion mit Gefachdämmung

Luftschicht

Bekleidung

hinterlüftet / belüftet

b

zusätzliche nicht brennbare Beplankung, ggf. aus Brandschutzgründen erforderlich Die zusätzliche Folie als Luftdichtung / Dampfbremse kann auch innenseitig angebracht werden.

F

zusätzliche Luftdichtung / Dampfbremse als Folie bei fehlender luftdichten Verklebung der Innenbeplankung C 3.14

99

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

C 3.15

feuchteadaptive Dampfbremse bei der Einbindung der Geschossdecke, Wohnanlage, Jenbach (AT) 2010, Architekten Hermann Kaufmann a Vertikalschnitt Maßstab 1:20 b Baustellenfoto

Leckagen, wieder austrocknen kann, was z. B. bei nicht hinterlüfteten, zwischengedämmten Flachdachkonstruktionen notwendig ist (siehe »Flachdachkonstruktionen«, S. 103). Auch bei manchen Bauteilanschlüssen, z. B. wenn die dampfbremsende Schicht aufgrund konstruktiver Gegebenheiten sich nicht ihrer optimalen Lage entsprechend im Schichtenaufbau anordnen lässt, sollte eine feuchteadaptive Dampfbremse zum Einsatz kommen. Dies kann beispielsweise bei der Einbindung einer Decke in die Außenwand der Fall sein, da dann die Dampfbremse im Bereich des Deckenauflagers von innen nach außen rückt (Abb. C 3.15). Innere Bekleidungen

Bauteil

Die inneren Bekleidungen der Gebäudehülle haben neben gestalterischen Aspekten auch funktionale Anforderungen wie Brandschutz, Akustik, Schallschutz und Feuchteschutz zu erfüllen. Ebenso ist mit geeigneten Materialien eine Erhöhung der speicherwirksamen Masse möglich. Dabei sind die folgenden Ausführungsvarianten gebräuchlich:

Einsatzmöglichkeit einer feuchteadaptiven Dampfbremse

Bauteil

• Direkte Beplankung der Tragschicht Eine direkte Beplankung wird manchmal aus wirtschaftlichen Gründen ausgeführt. Sie kann bei speziell überwachter Ausführung auch die Luftdichtigkeit und dampfbremsende Funktion gewährleisten. Perforierungen dieser Schicht durch Leitungsdurchführungen sollten jedoch vermieden werden.

a

• Beplankung der Tragschicht mit Abstand – Installationsebene Eine zusätzliche Vorsatzschale als Installationsebene auf der Raumseite des Bauteils hat den Sinn, dass Leitungen innenseitig der luftdichten Ebene geführt werden können, ohne diese zu durchdringen. Der dafür notwendige zusätzliche Flächenbedarf wird in der Regel durch die einfachere Installation und die sicherere Ausführung in Kauf genommen. Das zusätzliche Ausdämmen dieser Installationsebene kann den U-Wert nochmals verbessern, reduziert zudem etwaige Wärmebrücken und wirkt sich positiv auf das Schalldämmmaß des gesamten Bauteils aus. b

100

C 3.15

Schallschutztechnische Aspekte Holzkonstruktionen können trotz fehlender Masse durch geeignete Schichtenaufbauten guten Schallschutz bieten und somit die Einhaltung der geltenden Normen garantieren (siehe »Schalltechnische Anforderungen«, S. 82f. und »Schichtenaufbau von Innenbauteilen«, S. 114ff.). Zahlreiche Außenwandaufbauten sind mittlerweile geprüft und in den diversen Bauteilkatalogen abrufbar. Grundvoraussetzung für einen guten Luft- und Trittschallschutz ist eine luftdichte Ausführung der Bauteile. Spezielle Aufbauten können berechnet werden, besonderes Augenmerk ist aber immer auf die Einschätzung von Schallnebenwegen zu legen. Bei Massivholzbauteilen hängt das Luftschalldämmmaß auch von der Fugenausbildung ab. Das Anbringen von äußeren und inneren Bekleidungsebenen mit Ausdämmungen verringert diesen Einfluss [4]. Verbesserung des Schallschutzes bei Außenwänden An der Raumseite des Bauteils kann das Luftschalldämmmaß von Außenwänden z. B. durch folgende Maßnahmen verbessert werden (siehe Richtwerte in [5] bezogen auf eine innen sichtbar belassene Außenwand aus Brettsperrholz mit WDVS): • direkte Beplankung auf der Brettsperrholz (BSP)-Wand mit WDVS: 12,5 mm Gipskarton (GK) ∫ Verbesserung um ca. 0 –1 dB • doppelte direkte Beplankung auf BSP-Wand: 2≈ 12,5 mm GK ∫ Verbesserung um ca. 1– 2 dB • mit Mineralwolle ausgedämmte Vorsatzschale auf BSP-Wand ∫ Verbesserung um bis zu ca. 6 dB • mit Mineralwolle ausgedämmte Vorsatzschale auf BSP-Wand mit Schwingbügeln befestigt und mit 2≈ 12,5 mm GK bekleidet ∫ Verbesserung um bis zu ca. 15 dB • Vorsatzschale auf BSP-Wand, vollständig entkoppelt, Hohlraum (85 mm) mit Hohlraumdämpfung aus Mineralfaser (50 mm) gedämmt, CW-Profil mit 12,5 mm GK bekleidet ∫ Verbesserung um bis zu ca. 22 dB

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

• Vorsatzschale auf BSP-Wand, vollständig entkoppelt, Hohlraum (85 mm) mit Hohlraumdämpfung aus Mineralfaser (50 mm) gedämmt, CW-Profil mit 2≈ 12,5 mm GK bekleidet ∫ Verbesserung um bis zu ca. 23 dB Zwischengedämmte Bauteile weisen generell eine gute Schalldämmung im hohen Frequenzbereich mit einem Anstieg von 12 dB pro Oktave gegenüber nur 6 dB pro Oktave bei Massivholzbauteilen auf [6]. Der schalldämmende Einfluss von Vorsatzschalen bei Holztafelbauwänden fällt folglich geringer aus als bei Massivholzwänden, weil bei zwischengedämmten Bauteilen schon von einem höheren Schalldämmniveau auszugehen ist. Auch die Art der Ausführung der äußeren Bekleidung hat Einfluss auf das Schalldämmmaß des Bauteils. Bei Wärmedämmverbundsystemen sind z. B. die dynamische Steifigkeit und die Rohdichte der Dämmplatten sowie Rohdichte und Dicke des Putzes für die Schalldämmwerte relevant. Bei außen liegenden Dämmungen einer hinterlüfteten Fassade ist der längenbezogene Strömungswiderstand r des Dämmmaterials von Bedeutung [7]. Angaben zu konkreten Aufbauten und Einbausituationen sind bei den Dämmmaterialherstellern zu erfragen. Bei hinterlüfteten Fassaden lässt sich das Schalldämmmaß durch eine optimierte Planung der Befestigungspunkte der Unterkonstruktion an den Ständern der Gefachdämmung verbessern, z. B. wenn die Unterkonstruktion der Fassade und die Lattung der innenseitigen Installationsebene nicht in einer Ebene mit den Ständern der Holztafelkonstruktion bzw. den Ständern der äußeren Gefachdämmung bei außen gedämmten Massivholzkonstruktionen liegen. Dies kann bei Holztafelkonstruktionen zu Verbesserungen des Schalldämmmaßes von bis zu 7 dB führen [8]. Schallschutz zu benachbarten Nutzungseinheiten

Reichen Bauteile wie die Gebäudehülle oder Decken über mehrere Nutzungseinheiten, muss eine Weiterleitung von Luft- und Körperschall verhindert werden. Eine häufig ausgeführte Maßnahme ist die Einbindung der

Decken in den Fassadenaufbau [9] oder die Entkoppelung der konstruktiven Bauteile mittels Elastomerlager an den konstruktiven Auflagerpunkten (siehe »Entkoppelung der Bauteilschichten«, S. 120). Ebenfalls eingesetzt werden zusätzliche biegeweiche Schichten wie Vorsatzschalen bei Wand und Decke (siehe »Bekleidung«, S. 118). Auch hier gilt: Alle Bauteile sind unbedingt luftdicht auszuführen.

Brandschutztechnische Aspekte Bei höheren Gebäuden in Holzbauweise (ab vier Geschossen) werden für gewöhnlich die erhöhten Anforderungen an den Brandschutz durch Bekleidungen umgesetzt. Auf der Grundlage objektbezogener Nachweise (Brandschutzkonzepte) lassen sich auch sichtbare Holzkonstruktionen realisieren (siehe »Leistungsvermögen des Holzbaus«, S. 75ff.). Im Regelfall wird eine brandschutztechnische Bekleidung mit Gipsfaserplatten (GF) oder Gipskartonfeuerschutzplatten (GKF) hergestellt. Aber auch z. B. ein WDVS mit Mineralwolldämmung und Silikatputz aufgebracht auf einer GF-/GKF-Platte kann als brandschutztechnische Bekleidung auf der Außenseite der Wand herangezogen werden (Abb. C 3.17 a, S. 103). Für brandschutztechnische Bekleidungen (z. B. K260) ist ein baurechtlicher Verwendbarkeitsnachweis (abP, abZ, ETA) erforderlich. Gipsfaser-/Gipskartonfeuerschutzplatten können auch weitere Funktionen übernehmen und somit die Schichtenanzahl im Bauteil reduzieren: Sie dienen beispielsweise als innere, gestalterisch relevante Bekleidungsschicht und in Form direkter Beplankung ohne Installationsschicht als Luftdichtheitsebene (Abb. C 3.16, S. 102 und C 3.17, S. 103). Allerdings können diese Platten mit ihrem recht geringen sd-Wert (μ-Wert von ca. 13: 13 ≈ 0,018 m = 0,23 m = sd) nur mit einer zusätzlichen dampfbremsenden Folie von sd ≥ 2 m verwendet werden, wenn nicht eine andere Bauteilschicht (z. B. eine innere Beplankung mit einer OSB-Platte, wie in Abb. C 3.17 c (S. 103) diese Funktion übernimmt. Da mit GF-/GKF-Platten beplankte Wandtafeln jedoch eine vergleichsweise geringe horizontale Tragfähigkeit aufweisen, werden

gerade im mehrgeschossigen Bauen meist ergänzend Holzwerkstoffplatten unter den Gipsbauplatten verwendet. Sie haben zusätzlich den Vorteil, dass damit Befestigungen von Bildern und Schränken etc. an den Wänden völlig problemlos möglich sind. Ist eine innenseitige Installationsschicht vorgesehen, sollte die innere Beplankung nicht als luftdichte Schicht und auch nicht als brandschutztechnisch notwendige Schicht ausgebildet werden. Das luftdichte und brandschutztechnische Abdichten von Leitungsdurchdringungen ist zwar möglich, bedarf aber einer genauen Planung und sollte, wenn möglich, bei vorgefertigten Elementen werkseitig oder unter streng kontrollierten Bedingungen ausgeführt werden.

Weitere Kriterien zur Wahl der Außenwandkonstruktion Neben den bereits genannten Anforderungen an die Gebäudehülle gibt es weitere Faktoren, die es bei der Wahl der Außenwandkonstruktion zu beachten gilt. Konstruktive Faktoren

Ist die Gebäudehülle Teil der statisch relevanten Primärkonstruktion, können grundsätzlich Holztafelwände oder Massivholzwände aus Brettsperrholzelementen (siehe »Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin«: Rückgebäude Holztafel, Vordergebäude Massivholz, S. 170ff.) oder Brettstapelelementen (siehe »Wohn- und Geschäftshaus in Zürich«, S. 178ff.) verwendet werden. Lastabtragende Holztafelwände sind bei einer üblichen Ausbildung mit durchlaufenden Rähmen und Schwellen bis zu einer Höhe von maximal drei bis vier Geschossen möglich, da andernfalls die Setzungsanteile aus der Querpressung der Rähme und Schwellen zu groß werden (Abb. B 1.11 b und c, S. 44). Durch die Verwendung von Hartholzschwellen und /oder ergänzende konstruktive Maßnahmen können mit Holztafelwänden höhere Geschossigkeiten erreicht werden. Auch bei Massivholzwänden sollte die Lastabtragung durch direkte Lastweiterleitung über

101

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Massivholzbau mit WDVS

Massivholzbau hinterlüftet

Massivholzbau (innen sichtbar) hinterlüftet, folienarm

Bauteilschicht

Bauteilschicht

Bauteilschicht

Außenputz 10 mm Mineralwolle 180 mm Gipskartonfeuerschutzplatte 12,5 mm (luftdichte Zusatzschicht, optional) Brettsperrholz (bei μ = 50; sd = ca. 7 m) 140 mm Gipskartonfeuerschutzplatte 2≈ 18 mm Installationsebene, optional

hinterlüftete Fassade Schalungsbahn (sd ≤ 0,3 m) Mineralwolle 180 mm Gipskartonfeuerschutzplatte 18 mm Brettsperrholz (bei μ = 50; sd = ca. 7 m) 140 mm Gipskartonfeuerschutzplatte 2≈ 18 mm Installationsebene, optional

hinterlüftete Fassade Winddichtung, optional Holzwerkstoffplatte (z. B. zementgebundene Spanplatte) Steinwolle-Lamellendämmung 180 mm T ≥ 1000 °C; t ≥ 40 mm Gipsfaserplatte 15 mm Brettsperrholz (bei μ = 50; sd = ca. 7 m) 140 mm sichtbar belassen

mögliche Werte ohne Installationsschicht: REI 90/K260 U = 0,152 W/m2K R w, R = 39 dB

mögliche Werte ohne Installationsschicht: REI 90/K260 U = 0,15 W/m2K R w, R = 40 dB

mögliche Werte: REI 60 U = ca. 0,15 W/m2K R w, R = k. A.

Funktion

Funktion

Funktion

Putzsystem: Witterungsschutz, Winddichtung, außenseitige Brandschutzbekleidung

Witterungsschutz

Witterungsschutz

Winddichtung, zweite wasserführende Schicht

Winddichtung, zweite wasserführende Schicht, Zusatzdämmung

tragende Schicht, Dampfbremse

außenseitige Brandschutzbekleidung

Luftdichtheit, innenseitige Brandschutzbekleidung

tragende Schicht, Dampfbremse Luftdichtheit, innenseitige Brandschutzbekleidung

außenseitige Brandschutzbekleidung tragende Schicht, Dampfbremse, Luftdichtheitsebene, auf Abbrand dimensioniert (objektbezogener Brandschutznachweis erforderlich)

a

b

c

Hirnholz erfolgen. Decken sind daher nur teilweise oder mit Konsolen aufzulegen. Alternativ können die vertikalen Lasten mittels in die Decken eingebauter Stahlkonstruktionen oder Verguss von Ausfräsungen mit Vergussmörtel durchgeleitet werden (Abb. B 1.11 d, S. 44). Skelettkonstruktionen mit entsprechend dimensionierten Stützen, die die Lasten direkt in die darunterliegende Stütze leiten, stellen für hohe Gebäude auch über die Hochhausgrenze hinaus die geeignetste Konstruktionsweise dar (siehe »Studentenwohnheim in Vancouver«, S. 166ff.). Bei den raumabschließenden Fassadenelementen handelt es sich dann folglich nicht mehr um tragende Teile der Gebäudehülle, was die brandschutztechnischen Anforderungen reduziert (siehe »Brandschutz«, S. 72ff.). Nichttragende Wände bis zur Hochhausgrenze müssen nur feuerhemmend sein (REI 30), darüber hinaus ist der erforderliche Feuerwiderstand abhängig vom vorliegenden Brandschutzkonzept.

Wärmeleitfähigkeit von Holz bei relativ hoher Rohdichte und die hohe spezifische Wärmekapazität (c = 2100 J/kgK) erhöhen die thermische Trägheit und ermöglichen eine hohe Sommertauglichkeit (siehe »Sommerlicher Wärmeschutz«, S. 87). Bei vergleichbarem U-Wert lässt sich mit Brettsperrholz die nahezu dreifache Speicherkapazität von Holztafelwänden erzielen [10]. Die Fähigkeit von Holz, Feuchte aus der Raumluft aufzunehmen und zeitverzögert wieder abzugeben, führt zu einem Ausgleich der Raumluftfeuchte und erhöht bei sichtbar belassenen Bauteilen den Komfort.

gungsgrad der Elemente und die Transportmöglichkeiten müssen rechtzeitig mit den ausführenden Firmen abgestimmt werden, was speziell bei öffentlichen Bauten aufgrund der Vergabevorschriften meist schwierig ist, da die Firmen zum Zeitpunkt der Werkplanung oft noch nicht beauftragt sind. Daher sollten hier gerade im Hinblick auf die Vorfertigung alternative Vergabeverfahren entwickelt werden (siehe »Planungsprozess«, S. 130ff.), denn die individuelle Arbeitsweise der ausführenden Holzbaufirma kann Adaptionen der Planung zur Folge haben, was bei fortgeschrittener Planung zu einem hohen Aufwand führt (siehe »Charakteristika der Holzbauplanung«, S. 130).

Raumklimatische Faktoren

Sichtbar belassene, massive Holzkonstruktionen beeinflussen das Raumklima. Die geringe

102

C 3.16

Ökonomische Faktoren

Die Kosten der Gebäudehülle hängen nicht nur vom Materialpreis der einzelnen Schichten ab, sondern auch von der Effizienz des Herstellungs- und Montageprozesses im Zusammenhang mit der Vorfertigung. Aus diesem Grund ist eine besonders sorgfältige und rechtzeitige Planung unumgänglich. So liegt beispielsweise bei der Detaillierung der Elementstöße und der Fügepunkte mit anderen Bauteilen ein erhebliches Rationalisierungspotenzial vor. Der sinnvolle Bau- und Montageprozess, der Vorferti-

Ökologische Faktoren

Je mehr Holz in einem Gebäude verbaut wird, desto mehr Kohlenstoff ist langfristig gebunden. Die damit einhergehende CO2-Senke hat einen mit der Menge des verbauten Holzes steigenden positiven Effekt auf die Ökobilanz. Dennoch sind im Sinne der Nachhaltigkeit Energie- und Stoffeffizienz sowie Kohlenstoffspeicherung gegeneinander abzuwägen. Ein schonender und sparsamer Umgang ist auch bei den nachwachsenden Ressourcen notwendig.

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Holztafelbau mit WDVS

Holztafelbau hinterlüftet

Holztafelbau hinterlüftet, folienarm

Bauteilschicht

Bauteilschicht

Bauteilschicht

Außenputz 10 mm Steinwolle-Lamellendämmung, 40 mm T ≥ 1000 °C; t > = 40 mm Gipskartonfeuerschutzplatte 12,5 mm Mineralwolle 240 mm Dampfbremse (sd ≥ 2 m) Gipskartonfeuerschutzplatten 2≈ 18 mm Installationsebene, optional

hinterlüftete Fassade Schalungsbahn diffusionsoffen sd ≤ 0,3 m Gipskartonfeuerschutzplatte 2≈ 18 mm Mineralwolle 240 mm Dampfbremse (sd ≥ 2 m) Gipskartonfeuerschutzplatte 2≈ 18 mm Installationsebene, optional

hinterlüftete Fassade Winddichtung, optional kaschierte Dämmung, Holzwerkstoffplatte (z. B. zementgebundene Spanplatte) Gipskartonfeuerschutzplatte 2≈ 18mm Wärmedämmung, mineralisch 240 mm OSB-Platte (sd = ca. 4 m), luftdicht 24 mm Gipskartonfeuerschutzplatte 2≈ 18 mm Installationsebene, optional

mögliche Werte ohne Installationsschicht: REI 60/K260 U = 0,14 W/m2K R w, R = 47 dB

mögliche Werte ohne Installationsschicht: REI 60/K260 U = ca. 0,16 W/m2K R w, R = k. A.

mögliche Werte ohne Installationsschicht: REI 60/K260 U = 0,165 W/m2K R w, R = 49 dB

Funktion

Funktion

Funktion

Putzsystem: Witterungsschutz, Winddichtung, außenseitige Brandschutzbekleidung

Witterungsschutz

Witterungsschutz

Winddichtung, zweite wasserführende Schicht

Winddichtung, zweite wasserführende Schicht, Zusatzdämmung

Dampfbremse

außenseitige Brandschutzbekleidung

Aussteifung, Luftdichtheit, innenseitige Brandschutzbekleidung

außenseitige Brandschutzbekleidung

Dampfbremse Aussteifung, Luftdichtheit, innenseitige Brandschutzbekleidung

Aussteifung, luftdichte und dampfbremsende Schicht innenseitige Brandschutzbekleidung

a

b

Ebenso gewinnt die Wahl des Dämmstoffs aus ökologischen Gesichtspunkten zunehmend an Bedeutung und kann wiederum Auswirkungen auf die Konstruktionsart und den Schichtenaufbau haben. Rechtzeitig erstellte begleitende Ökobilanzierungen helfen dabei, die richtige Wahl zu treffen.

(Abb. C 3.18 – C 3.20, S. 104). Sie lassen sich als zwischengedämmte Konstruktion oder mit Außendämmungen (in seltenen Fällen mit innen liegender Dämmung), als hinterlüftete oder belüftete Konstruktion oder ohne Luftschicht ausführen. Die konstruktiven Abhängigkeiten der Bauteilschichten untereinander folgen hinsichtlich des Feuchteschutzes den schon erläuterten Prinzipien. Um eine durchgehende luftdichte Gebäudehülle zu gewährleisten, müssen die Luftdichtigkeitsschichten von Außenwandbauteil und Bodenelement an den Bauteilübergängen miteinander verklebt werden. Das ist oftmals komplex und muss in der Planung besonders bei vorgefertigten Elementen exakt berücksichtigt werden. Grenzt die Geschossdecke oberseitig an den Außenraum, z. B. bei einem zurückspringenden Dachgeschoss oder einer Loggia, ist das Bauteil wie eine begehbare Flachdachkonstruktion auszuführen (Abb. C 3.21, S. 105).

Weitere Kriterien zur Schichtenanordnung bei horizontalen bzw. geneigten Bauteilen der Gebäudehülle Auch wenn die beschriebenen funktionalen Schichten sowohl bei vertikalen als auch bei horizontalen bzw. geneigten Bauteilen der Gebäudehülle vorkommen, gibt es abhängig von der Lage noch andere Aspekte, die bei der Schichtenanordnung berücksichtigt werden müssen. Decken gegen Außenraum

Der untere Abschluss eines auskragenden Baukörpers oder der obere Abschluss einer Loggia unterliegen im Hinblick auf die Anordnung der Bauteilschichten denselben bauphysikalischen Regeln wie ein Außenwandbauteil

Flachdachkonstruktionen

Flachdachkonstruktionen werden meist ohne Hinterlüftungsebene realisiert, da die Ausführung mit einem einfachen Aufbau funktional und zugleich kostengünstig ist (Abb. C 3.21 und

c

C 3.17

C 3.16

typische Fassadenaufbauten außen gedämmter Konstruktionen im mehrgeschossigen Holzbau unter Berücksichtigung der brandschutztechnischen Bekleidung (Aufbau von a und b nach [11]) a Massivholzbau mit WDVS b Massivholzbau hinterlüftet c Massivholzbau (innen sichtbar) hinterlüftet, folienarm C 3.17 typische Fassadenaufbauten bei zwischengedämmten Konstruktionen im mehrgeschossigen Holzbau unter Berücksichtigung der brandschutztechnischen Bekleidung (Aufbau von a und b nach [12]) a Holztafelbau mit WDVS b Holztafelbau hinterlüftet c Holztafelbau hinterlüftet, folienarm

103

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

innen

Decke: analog Außenwandaufbau

Boden: analog Flachdachaufbau mit Luftschicht

C 3.18

C 3.24, S. 105). Hinterlüftete Flachdächer sind hingegen seltener, obwohl diese den Vorteil einer zusätzlichen Sicherheit durch die zweite wasserführende Schicht, die sogenannte Unterdeckung, bieten. Des Weiteren unterscheidet man wie bei den Außenwänden, ob die wärmedämmende Schicht außen auf der Tragkonstruktion (Abb. C 3.21) oder zwischen der Tragkonstruktion (Abb. C 3.22) angeordnet ist. Flachdach mit Aufdachdämmung Der Aufbau von Flachdächern mit Aufdachdämmung unterscheidet sich nicht von den gebräuchlichen Warmdachaufbauten. Die Dampfbremse mit einem fünf- bis sechsmal höheren sd-Wert ist als die äußere Abdich-

WDVS

mit Luftschicht

außen a

b

tungsebene gleichzeitig luftdichte Schicht und dient während der Konstruktionsphase als Notdach. Gerade beim Holzbau ist dies unumgänglich, um die Durchnässung der Konstruktion während der Montage zu verhindern. Da sich bei diesem Aufbau die konstruktiven Bauteile im warmen Raumklima innerhalb der dampfdiffusionregulierenden, luftdichten Schicht befinden, kann kein Kondensat innerhalb der Konstruktion auftreten. Flachdach mit zwischengedämmter Konstruktion ohne Hinterlüftung Flachdächer ohne Hinterlüftung, bei denen die Dämmung zwischen den Tragbalken eingefügt ist, sind zwar möglich, in der Praxis zeigen sich

C 3.19

C 3.20 C 3.21

C 3.22

C 3.23 C 3.24

104

BSP sichtbar

c

C 3.19

jedoch oft Schwierigkeiten, da selbst durch kleine Ausführungsmängel oder Schäden in der Luftdichtheitsebene bzw. der dampfbremsenden Schicht ein Feuchteeintrag erfolgen kann. Eine Rücktrocknungsmöglichkeit der angefallenen Feuchte in den Innenraum ist unumgänglich, ansonsten kann es zu Fäulnisbildung bis hin zum Versagen der Konstruktion führen. Die Verwendung einer feuchteadaptiven Dampfbremse bietet hier eine Lösung, ihre Wirkung hängt jedoch nicht nur von den sd-Werten der anderen Bauteilschichten ab, sondern auch von äußeren Einflüssen wie: • Art des Dachaufbaus: begrünt, unbegrünt, bekiest, nackt • solarer Absorptionsgrad der äußeren Deck-

C 3.18

C 3.20

WDVS

schematische Darstellung der Schichten einer Loggia exemplarische Darstellung von Bauteilschichten bei Deckenbauteilen in einer Auskragung/ Loggia, Vertikalschnitte a bei zwischengedämmter Konstruktion b bei außen gedämmter Konstruktion (Brettsperrholz) c bei innen gedämmter Konstruktion (Brettsperrholz) Loggia, Wohn- und Geschäftshaus c 13, Berlin (DE) 2013, Kaden Klingbeil Architekten Flachdach ohne Hinterlüftung mit einer außen gedämmten Konstruktion: Schutzschicht Abdichtungsebene Wärme-/Gefälledämmung druckfest Dampfbremse / Luftdichtung (Notabdichtung Bauphase) Tragkonstruktion (rot dargestellt) Flachdach ohne Hinterlüftung mit einer zwischengedämmten Konstruktion: Abdichtungsebene (ggf. mit äußerer Zusatzdämmung) äußere Schalung Wärmedämmung in Konstruktionsebene feuchtevariable Dampfbremse / Luftdichtung innere Bekleidung (ggf. Schalung), mit /ohne Installationsebene 7 goldene Regeln für ein nachweisfreies, zwischengedämmtes Flachdach Matrix Ausführungsvarianten Flachdachkonstruktionen

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Abdichtung

Balkendecke

Kies

Brettstapeldecke

extensive Begrünung

Hohlkastendecke, teilweise zwischengedämmt

Hohlkastendecke

ohne äußere Zusatzdämmung (bauphysikalischer Nachweis in Verbindung mit Dachbegrünung, Bekiesung etc. nötig, siehe auch C 3.23)

Terrassenbelag

Brettsperrholzdecke

mit äußerer Zusatzdämmung

Balkendecke

C 3.21

schicht bzw. Abdichtungsbahn: hell, dunkel • Außen- und Innenklima • Beschattungszeitraum der Dachfläche etc. Aufgrund dieser dynamischen Abhängigkeiten muss die Berechnung von zwischengedämmten Flachdächern durch hygrothermische Simulation erfolgen, wenn keine Regelkonstruktion nach DIN 68 800 vorliegt. Grundsätzlich bietet diese Konstruktion wenig Sicherheit und ist äußerst sorgfältig auszuführen (Abb. C 3.23). Lediglich wirtschaftliche Gründe sprechen in bestimmten Fällen für eine solche Lösung. Um einen erhöhten Tauwasserausfall im Bereich der Tragkonstruktion zu verhindern, wird bei zwischengedämmten Flachdächern häufig eine zusätzliche, oberhalb der Konstruktion liegende Dämmung angeordnet (Abb. C 3.22).

7 goldene Regeln für ein nachweisfreies, zwischengedämmtes Flachdach 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Gefälle ≥ 3 % vor bzw. ≥ 2 % nach Verformung Dachfläche dunkel (Strahlungsabsorption a ≥ 80 %) und unverschattet keine Deckschichten (Bekiesung, Gründach, Terrassenbeläge) feuchteadaptive Dampfbremse keine unkontrollierbaren Hohlräume auf der kalten Seite der Dämmschicht geprüfte Luftdichtheit Dokumentation der Holzfeuchte von Tragwerk und Schalung (soll u ≤ 15 ± 3 %) bzw. Holzwerkstoffbeplankung (soll u ≥ 12 ± 3 %) vor Schließen des Aufbaus

Konsens der Referenten des Kongresses »Holzschutz und Bauphysik«, Leipzig, 10./11.02.2011, über die Regeln, die zur Planung eines zwischengedämmten Flachdachs beachtet werden sollten. Gilt für Gebäude mit einem normalen Wohnklima nach DIN EN 15 026 bzw. WTA Merkblatt 6-2.

C 3.23

Die Schichtenanzahl in der Gebäudehülle kann abhängig von der Konstruktionsart und den Bauteilschichten sehr unterschiedlich sein. Prinzipiell könnte eine entsprechend dimensionierte Massivholzwand in einer Schicht alle

zwischengedämmte Konstruktion

Polyfunktionalität

außen gedämmte Konstruktion

Geneigte Dächer

Bei geneigten Dächern kommt üblicherweise ein einfach belüftetes Dach mit Unterdeckung zur Ausführung (Abb. C 3.25 a – d, S. 106). Die Konstruktion kann als Zwischensparrendämmung oder Aufdachdämmung erfolgen. Ist der sd-Wert der Unterdeckung entsprechend gering, kann durch die Hinterlüftung der Dachhaut die gesamte Konstruktion diffusionsoffen bleiben. Im Gegensatz zu einem Aufbau ohne Hinterlüftung handelt es sich hierbei um eine sehr robuste und sichere Konstruktion. Ein nicht hinterlüftetes Dach ist jedoch auch bei geneigten Dächern analog zum Flachdach möglich (Abb. C 3.25 e). Allerdings entfällt auch hier die zweite Sicherheit, wie sie die Unterdeckung eines hinterlüfteten Aufbaus bietet. Dementsprechend sorgfältig muss die Planung und Ausführung der wasserführenden Ebene gerade an den Detailpunkten von Traufe, First und Ortgang erfolgen.

C 3.22

Flachdachaufbau ohne Hinterlüftung

Flachdachaufbau mit Hinterlüftung

äußere Schutzschicht Abdichtungsebene Wärme-/Gefälledämmung Dampfbremse / Luftdichtheitsebene

äußere Schutzschicht /Abdichtungsebene Hinterlüftungsebene diffusionsoffene Unterdeckbahn Wärmedämmung Dampfbremse / Luftdichtheitsebene

äußere Schutzschicht Abdichtungsebene (ggf. Zusatzdämmung) Wärmedämmung in Konstruktionsebene feuchtevariable Dampfbremse / Luftdichtung innere Bekleidung (ggf. Schalung) ohne Zusatzdämmung: siehe Abb. C 3.23

äußere Schutzschicht /Abdichtungsebene Hinterlüftungsebene diffusionsoffene Unterdeckbahn Wärmedämmung in Konstruktionsebene Dampfbremse / Luftdichtheitsebene innere Bekleidung (ggf. Schalung)

C 3.24

105

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

• Hinterlüftungsebene • Zwischensparrendämmung

• Hinterlüftungsebene • Zwischensparrendämmung

Funktionen übernehmen: Sie trägt, dämmt, bietet Wind- und Witterungsschutz und ist bauphysikalisch robust. Es kann aber auch jede an das Bauteil gestellte funktionale Anforderung durch eine eigene Bauteilschicht erfüllt werden. Grundsätzlich ist es sinnvoll, so schichtenarm wie möglich und so vielschichtig wie notwendig zu konstruieren, also mithilfe polyfunktional wirkender Materialien mehrere Anforderungen gleichzeitig abzudecken. Auch ist es durchaus ratsam, folienarme Konstruktionsvarianten zu favorisieren, da dadurch die Robustheit der Konstruktion zunimmt und die Materialvielfalt reduziert wird.

Dacheindeckung (hier schematische Darstellung eines Blechdachs) mit Dachschalung Hinterlüftungsebene

Gesetzmäßigkeiten des Fügens

Dacheindeckung (hier schematische Darstellung eines Blechdachs) mit Dachschalung Hinterlüftungsebene äußere Beplankung / Unterdeckung diffusionsoffen Sparren/Wärmedämmung innere Beplankung als Dampfbremse /OSB luftdicht

a

Unterspannbahn als Unterdeckung diffusionsoffen Zusatzdämmung druckfest, diffusionsoffen Sparren, dazwischen Wärmedämmung Dampfbremse / Luftdichtheitsebene innere Beplankung / Schalung Gipskarton

b • Hinterlüftungsebene • Aufsparrendämmung (sichtbare Sparren) Dacheindeckung (hier schematische Darstellung eines Blechdachs) mit Dachschalung Hinterlüftungsebene Unterspannbahn als Unterdeckung diffusionsoffen Wärmedämmung druckfest Dampfbremse / Luftdichtheitsebene / Notabdichtung innere Beplankung / Schalung Sparren, sichtbar

Fügepunkt Außenwand – Geschossdecke

Am Beispiel der Einbindung der Geschossdecke in die Außenwand ist ersichtlich, wie die grundlegende Anforderung der kontinuierlich verlaufenden Schichten bei veränderter Geometrie des Auflagerpunkts unterschiedliche Details erzeugt.

• Hinterlüftungsebene • Aufkonstruktionsdämmung (hier Brettsperrholz) c

Beim Fügen von Bauteilen ist zu beachten, dass ein kontinuierlicher Verlauf der einzelnen funktionalen Schichten innerhalb der gesamten Gebäudehülle über Bauteilstöße hinweg gewährleistet ist. Die Zuordnung, welche Bauteilschicht in der Gebäudehülle welche Funktion hat, ist bei vielschichtigen Aufbauten klarer als bei schichtenarmen. Das Fügen von Bauteilen sollte daher besonders sorgfältig geplant werden. So lassen sich Stöße von Schichten innerhalb einer Ebene und in der Fläche vergleichsweise einfach beherrschen, verglichen mit Fügungen von Schichten, die unterschiedlichen Ebenen zugeordnet sind und verspringen. Dreidimensionales Denken und Konstruieren ist hier entscheidend.

Dacheindeckung (hier schematische Darstellung eines Blechdachs) mit Dachschalung Hinterlüftungsebene Unterspannbahn als Unterdeckung diffusionsoffen Zusatzdämmung druckfest, diffusionsoffen Dämmung Dampfbremse / Luftdichtheitsebene Brettsperrholzelement sichtbar belassen

Liegt das Deckenelement auf der gesamten Stärke einer Außenwand in Holztafelbauweise auf, wird die Dämmebene in ihrer Kontinuität geschwächt (Abb. C 3.26 a). Eine äußere Zusatzdämmung zur Reduzierung der Wärmebrücke ist erforderlich. Die luftdichte Ebene muss um die Deckenstirn herumgeführt und an der darüberliegenden luftdichten Bauteilschicht verklebt werden. Auch das Fortführen der Dampfbremse im Bereich der Deckenstirn ist unter Berücksichtigung des veränderten Schichtenaufbaus zu beachten. Häufig finden hier feuchtevariable Dampfbremsen Verwendung.

d • ohne Hinterlüftungsebene • Aufkonstruktionsdämmung (hier Brettsperrholz) Dacheindeckung (hier schematische Darstellung eines Blechdachs) oberhalb der Abdichtungsebene Wärmedämmung Dampfbremse / Luftdichtheitsebene Brettsperrholzelement sichtbar belassen

C 3.25

unterschiedliche Ausführungsarten eines geneigten Dachaufbaus C 3.26 Einbindung der Geschossdecke in die Außenwand bei zwischengedämmter und außen gedämmten Wandkonstruktionen bei veränderter Auflagersituation e

106

C 3.25

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Bei einer außen gedämmten Massivholzwand wird die Dämmebene im Bereich der Deckenstirn nicht geschwächt und es muss lediglich eine luftdichte Verklebung der Elementfugen hergestellt werden (Abb. C 3.26 d). Liegt die Geschossdecke nicht über die gesamte Tiefe auf der Außenwand, kompensiert die Ausdämmung im Bereich der zurückspringenden Deckenstirn die Schwächung der Dämmebene (Abb. C 3.26 b). Bei einer außen gedämmten Wand lässt sich durch eine solche Auflagersituation die Querholzpressung im Deckenbereich vermeiden (Abb. C 3.26 e und Axonometrie, S. 209). Die Luftdichtheit des Außenwandbauteils ist durch eine Verklebung der Elementfugen leicht herzu-

stellen. Um den schall- und brandschutztechnischen Anforderungen zu entsprechen, muss eine Luftdichtheit auch zwischen den einzelnen Geschossen sichergestellt sein. Bindet die Deckenkonstruktion nicht in die Außenwand ein, da z. B. aufgrund der Deckenspannrichtung hier kein Auflager benötigt wird, ist bei zwischengedämmten und außen gedämmten Elementen der Fassaden die Kontinuität der Luftdichtheitsebene lediglich am Stoß der luftdichten Elemente herzustellen (Abb. C 3.26 c und f). Vorfertigung und Montage

Die Gebäudehülle wird sehr oft vorgefertigt, um durch eine kurze Montagezeit vor Ort das

Holztafelbau

Deckenbauteil

Massivholzkonstruktion

Gebäude möglichst schnell dicht zu bekommen. Die Elemente werden aus wirtschaftlichen Gründen unter Berücksichtigung der maximalen Transportmasse so groß wie möglich hergestellt. Dadurch reduzieren sich die Elementstöße auf das notwendige Minimum und damit auch die Fehlerquellen bei der Ausführung. Grundsätzlich steigert ein hoher Vorfertigungsgrad die Ausführungsqualität gegenüber der örtlichen Montage entscheidend. Der Vorfertigungsgrad bei Außenwänden hängt auch von den gestalterischen Anforderungen ab. Aufgrund der beim Transport erhöhten Beschädigungsgefahr ist es nicht möglich, jede äußere oder auch innere Bekleidung bereits im Werk zu montieren.

Auflager der Decke auf der gesamten Stärke der Außenwand

partielles Auflager der Decke auf der Außenwand

Aufhängung der Decke an der Außenwand

Holztafelbau

Wandbauteil

Decke

Massivholzkonstruktion

a

Decke

b

Decke

d

Decke

c

Decke

e

Decke

f

C 3.26

107

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

Tragschicht vorgefertigt

Tragschicht und Dämmebene vorgefertigt

Tragschicht, Dämmebene und Bekleidung vorgefertigt

Wird lediglich die Tragschicht auf der Baustelle montiert, sind sämtliche Elementstöße und Bauteilfugen vor Ort herzustellen. Die Vorteile vorgefertigter Elemente, die einzelnen Bauteilschichten bei konstanten Witterungsbedingungen und gleichmäßigen Temperaturen im Werk fertigen zu können als auch die schnellere Montagezeit können bei dieser Ausführung nicht genutzt werden.

Werden Tragschicht und Dämmebene gemeinsam vorgefertigt und auf der Baustelle angeliefert, muss die Ausbildung der Elementstöße und der Fügungen mit anderen Bauteilen vorher sorgfältig geplant worden sein. Um das Bauteil, insbesondere die Dämmung, auch während der Bauzeit vor Nässe und mechanischer Beschädigung zu schützen, wird ein äußerer Witterungsschutz mitausgeführt.

Wird das Außenwandbauteil inklusive der äußeren Bekleidungsebene vorgefertigt, ist bei der Planung der Fügungen das nach der Montage notwendige Anarbeiten zu berücksichtigen. Die äußere Bekleidung, inklusive der dazugehörigen Unterkonstruktion wird häufig als zusätzliches Element vorgefertigt und separat auf die Baustelle geliefert (Abb. C 3.28).

Komplexität der Fügung

hoch

Grad der Vorfertigung

hoch

vertikaler Bauteilstoß

horizontaler Elementstoß

zwischengedämmte Konstruktion

außen gedämmte Konstruktion

niedrig

niedrig

C 3.27

108

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

C 3.27

Fugenausbildung in Abhängigkeit vom Vorfertigungsgrad der Elemente C 3.28 Vorfertigung von Außenwandelementen, Gymnasium, Diedorf (DE) 2015, Architekten Hermann Kaufmann / Florian Nagler Architekten a Tragwerk der Außenwandelemente mit Dämmung b Einsatz der Fensterelemente c luftdichtes Abkleben der Fugen d Verladen der Außenwandelemente C 3.29 vergleichende Darstellung einzelner Bauteile (Dach /Außenwand /Geschossdecke) aus dem Projektbeispielteil E, Maßstab 1:20 a

Aus schall- und brandschutztechnischen Gründen sowie aufgrund der Fertigstellung von Installationen ist es manchmal sinnvoll, Innenbekleidungen nur zum Teil vorzufertigen und örtlich zu ergänzen. In vielen Fällen bietet sich eine zusätzliche Konfektionierung zu ergänzender Teile an. Selbstverständlich erfordert ein hoher Vorfertigungsgrad eine abgeschlossene Planung einschließlich der Haustechnik. Sinnvollerweise erfolgt in jedem Fall die Montage von Fensterelementen inklusive Sonnenschutz bereits im Werk, da sich die luftdichten Anschlüsse an das Wandbauteil dort witterungsgeschützt und bei konstanten Temperaturen präzise ausführen und überprüfen lassen (Abb. C 3.28 b und c). In der Regel konzipieren die ausführenden Unternehmen die Ausbildung der Elementstöße, jedoch sollte der Architekt schon in der Werkplanung eine mögliche Abfolge der Arbeitsschritte bei der Montage der Elemente gedanklich durchspielen – bestenfalls unterstützt durch eine ausführende Firma – und dies in der Planung berücksichtigen. Um gravierende Änderungen in einer späten Planungsphase zu vermeiden, können unterschiedliche Planungs-, Ausschreibungs- und Vergabeszenarien Anwendung finden (siehe »Planungsprozess«, S. 130ff.). Grundsätzlich ist es möglich, vorgefertigte Elemente so zu konstruieren, dass keine Nacharbeiten bei den Fügepunkten notwendig sind. Ansonsten muss im Bereich der Stöße ausreichend Arbeitsraum verbleiben, um die Bauteilschichten nach dem Versetzen der Elemente fachgerecht ausbilden zu können (Abb. C 3.27). Auch für energetische Sanierungen sind mitunter großformatige, vorgefertigte Außenwandbauteile vorteilhaft, da die schnelle Montage und somit die kurze Bauzeit es ermöglichen, dass die Bewohner nicht umziehen müssen. (siehe »Lösungen für die Gebäudemodernisierung«, S. 150ff.). Massivholzelemente werden manchmal bereits von den BSP-Herstellern vorkonfektioniert auf die Baustelle geliefert, um dort sofort montiert werden zu können. Die Ergänzung erfolgt dann örtlich oder durch entsprechende ebenfalls vorgefertigte Teilelemente.

Sichtbar belassene Konstruktionen

Bei sichtbaren Konstruktionen ist eine besonders sorgfältige Planung der Fügepunkte notwendig, da konstruktive Verbindungsdetails, Verklebungen der Luftdichtheitsebene und auch brandschutztechnisch notwendige Verfugungen verdeckt erfolgen müssen. Beim Anschluss der luftdichten Ebene an das Bodenelement ist dies einfach zu realisieren, da der Bodenaufbau in der Regel erst nachträglich eingebracht wird und die Fügepunkte dadurch verdeckt werden. An sichtbar belassenen Decken und Außenwänden muss die luftdichte Verklebung unter Umständen von der Außenseite der Elemente oder im darüberliegenden Geschoss erfolgen, bevor dort das nächste Wandelement gesetzt wird.

Anmerkungen: [1] Internetbasierter Bauteilkatalog der Holzforschung Austria www.dataholz.com [2] Winter, Stefan; Merk, Michael: Teilprojekt TP 02 Brandsicherheit im mehrgeschossigen Holzbau. High Initiative Bayern – Holzbau der Zukunft. Hrsg. vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst. 15.07.2008 www.hb.bgu.tum.de/fileadmin/w00bpc/www/ Forschung/Abgeschlossene/2008/080702-mmHTO-Zusammenfassung_final.pdf [3] www.dataholz.com [4] Teibinger, Martin; Matzinger, Irmgard; Dolezal, Franz: Bauen mit Brettsperrholz im Geschossbau. Hrsg. von der Holzforschung Austria. Wien 2014 [5] ebd. [6] Teibinger, Martin; Matzinger, Irmgard; Dolezal, Franz: Holzrahmenbauweise im Geschossbau – Fokus Bauphysik. Hrsg. von der Holzforschung Austria. Wien 2014 [7] wie Anm. 4 [8] wie Anm. 6 [9] Stein, René u. a.: Konstruktionskatalog Fassadenelemente für Hybridbauweisen. TU München 2016 (unveröffentlicht) [10] Informationsdienst Holz (Hrsg.): Bauen mit Brettsperrholz. Tragende Massivholzelemente für Wand, Decke und Dach. Holzbau Handbuch, Reihe 4, Teil 6, Folge 1, 04/2010 informationsdienst-holz.de/publikationen/ [11] Merk, Michael u. a.: Erarbeitung weiterführender Konstruktionsregeln/-details für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise der Gebäudeklasse 4. Stuttgart 2014 [12] ebd.

b

c

d

C 3.28

109

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

04 Wohn- und Geschäftshaus in Zürich, siehe S. 178ff.

06 Wohnanlage in Ansbach, siehe S. 186ff.

Abdichtung Platte bituminiert Gefälledämmung Dampfbremse variabel Gipsfaserplatte Trapezblech Stahlträger im Gefälle Decke abgehängt

Rundkies Schutzbahn Abdichtung Gefälledämmung Dampfbremse OSB-Platte Brettstapeldecke Luftdichtungsfolie Federbügel Gipsfaserplatte

Abdichtung Gefälledämmung Dampfbremse BSP

Dach Gesamtaufbau U-Wert

01 Studentenwohnheim in Vancouver, 02 Wohn- und Geschäftshaus c 13 in siehe S. 166ff. Berlin, siehe S. 170ff.

6 mm 12 mm 114 mm 2 mm 12 mm

2

Außenwand Gesamtaufbau U-Wert

80 mm 50 mm 200 mm 15 mm 160 mm

2

2

0,12 W/m K

HPL-Platte 8 mm Unterkonstruktion 25 mm Wärmedämmung 50 mm Fassadenbahn 2 mm äußere Beplankung 13 mm Blechständer, Wärmedämmung 152 mm Dampfbremse 2 mm Gipskartonplatte 16 mm

Putz Wärmedämmung Gipsfaserplatte Dampfbremse BSP Gipsfaserplatte zweifach

Glasfaserbetonelemente 70 mm Unterkonstruktion, Hinterlüftung 30 mm Fassadenbahn Wärmedämmung 160 mm Brettstapelwand 100 mm Wärmedämmung 80 mm Unterkonstruktion 30 mm Filzbahn Gipsfaserplatte 2≈ 12,5 mm

Schalung Weißtanne Lattung Fassadenbahn OSB-Platte Holzständer, Mineralwolle OSB-Platte, Stöße verklebt Gipskartonplatte

0,35 W/m2K

0,22 W/m2K

0,13 W/m2K

0,15 W/m2K

Bodenbelag Estrich BSP Gipskartonplatte Trockenbauprofil Federbügel Gipskartonplatte

Bodenbelag Estrich Trennlage Trittschalldämmung Notabdichtung Aufbeton im Verbund Brettsperrholzdecke

Bodenbelag 10 mm Estrich 70 mm Trennlage Trittschalldämmung 30 mm Hohlkastenelement mit 50 mm Splittschüttung 240 mm Federbügel 27 mm Gipsfaserplatte 18 mm

Bodenbelag Estrich Trennlage Trittschalldämmung Splittschüttung gebunden Notabdichtung BSP

40 mm 169 mm 16 mm 38 mm 19 mm 2≈ 16 mm

15 mm 140 mm 18 mm 85 mm 36 mm

16 mm 74 mm 30 mm 120 mm 140 mm

110

REI 60; L'n,w = 50 dB; R'w = 62 dB

210 – 390 mm 160 mm

2

0,14 W/m K

120 Min.; L'n,w = 55 – 60 dB (geschätzt); REI 90; L'n,w ≤ 46 dB; R'w ≥ 54 dB R'w = 58 dB (geschätzt) C 3.29

27 mm 18 mm

0,15 W/m K

0,23 W/m K

Geschossdecke Gesamtaufbau REI; Trittschall; Luftschall

Rundkies Filterschicht Abdichtung zweifach Gefälledämmung Dampfbremse OSB-Platte Brettstapeldecke

80 mm 10 mm 7 mm 150 – 250 mm 3,5 mm 10 mm 200 mm

20 mm 40 mm 15 mm 280 mm 15 mm 12,5 mm

10 mm 65 mm 40 mm 80 mm 180 mm

F60-B / feuerhemmend; L'n,w = 50 dB; R'w = 65 dB

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

08 Wohngebäude – Parkplatzüber09 Aufstockung / Umbau zum Wohn- / 11 Wohnhäuser Zollfreilager in bauung in München, siehe S. 194ff. Gewerbehaus in Zürich, siehe S. 198ff. Zürich, siehe S. 206ff.

Dach Gesamtaufbau U-Wert

07 Reihenhäuser in München, siehe S. 190ff.

Rundkies Dränage 40 mm Bautenschutzmatte 6 mm Abdichtung Gefälledämmung 20 – 200 mm Wärmedämmung 60 mm Splittschüttung latexgebunden 60 mm Dampfbremse, Notabdichtung BSP 140 mm

Begrünung extensiv Schutzschicht, Vlies Dachhaut zweilagig Gefälledämmung Wärmedämmung Dampfbremse, Bauzeitabdichtung Hohlkastenelement Federbügel Hohlraumdämmung Gipskartonplatte

0,12 W/m2K

0,13 W/m2K

0,14 W/m2K

0,08 W/m2K

Schieferplatten Holzlattung Konterlattung Fassadenbahn Wärmedämmung Dampfbremse Gipsfaserplatte

Fassadenschalung Lärche 19 mm Horizontallattung 35 mm Vertikallattung 15 mm Fassadenbahn Gipsfaserplatte 2≈ 12,5 mm Holzständer, Wärmedämmung 200 mm Gipsfaserplatte 12,5 mm Dampfbremse PE-Folie Gipsfaserplatte 12,5 mm

Putz auf Putzträgerplatte 12 mm Hinterlüftung 40 mm Fassadenbahn Wärmedämmung 100 mm Gipsfaserplatte 15 mm Holzständer, Wärmedämmung 180 mm OSB-Platte 22 mm Holzständer, Wärmedämmung 50 mm Gipskartonplatte 2≈ 12,5 mm

Fassadenkassetten Weißtanne 22 mm Hinterlüftung 33 mm Fassadenbahn Gipsfaserplatte 15 mm Holzständer, Wärmedämmung 360 mm OSB-Platte, Stöße verklebt 15 mm Gipsfaserplatte 18 mm

0,24 W/m2K

0,15 W/m2K

0,12 W/m2K

Bodenbelag 5 mm Estrich 55 mm Trennlage Trittschalldämmung 40 mm Splittschüttung latexgebunden 100 mm Rieselschutz BSP 140 mm

Bodenbelag 10 mm Estrich 55 mm Trittschalldämmung 20 mm Betonplatten 40 mm Trennvlies Hohlkastenelement 274 mm Federbügel, Hohlraumdämmung 60 mm Gipskartonplatte 2≈ 12,5 mm

Bodenbelag 15 mm Estrich, Trennlage 53 mm Trittschalldämmung 27 mm Schüttung gebunden, Installation 30 mm OSB-Platte 15 mm Brettstapeldecke 180 mm Gipsfaserplatte 18 mm Hohlraum, Installation, Lüftung 50 mm Hohlraumdämmung 50 mm Gipskartonplatte 15 mm

REI 60; L'n,w = 53 dB; R'w = 54 dB

REI 60; L'n,w = k. A.; R'w = 58 dB

REI 60; L'n,w = 50 dB; R'w = 55 dB

Außenwand Gesamtaufbau U-Wert

Begrünung extensiv Abdichtung Wärmedämmung Dampfbremse Dreischichtplatte

100 mm 300 mm 75 mm

30 mm 20 mm 220 mm 15 mm

Geschossdecke Gesamtaufbau REI; Trittschall; Luftschall

0,17 W/m2K

Bodenbelag Estrich Trennlage Trittschalldämmung Dreischichtplatte k. A.

10 mm 60 mm 80 mm 50 mm

120 mm 10 mm 10 mm 60 –140 mm 140 mm 3,5 mm 274 mm 60 mm 2≈ 12,5 mm

Begrünung extensiv 128 – 328 mm Abdichtung Gefälledämmung 10 –190 mm Wärmedämmung 140 mm Dampfbremse Rippendecke mit 22 mm OSBPlatte verklebt 242 mm Hohlraum, Installation, Lüftung 68 mm Hohlraumdämmung 50 mm Gipskartonplatte 15 mm

111

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

14 Bürogebäude in St. Johann in Tirol, siehe S. 220ff.

16 Verwaltungsbau in ClermontFerrand, siehe S. 228ff.

17 Gemeindezentrum in St. Gerold, siehe S. 232ff.

Begrünung extensiv Abdichtung Wärmedämmung Dampfbremse FSH mit Gipskartonplatte BSH-Träger

Abdichtung zweifach 5 mm Holzschalung 27 mm Unterkonstruktion, Lüftung 500 mm PE-Folie 2 mm Holzschalung 27 mm Lagerhölzer im Gefälle, Holzfaserdämmung 40 –230 mm Kantholz, Holzfaserdämmung 180 mm Holzbalken, Holzfaserdämmung 110 mm Holzschalung, Dampfbremse 27 mm Installationsebene 110 mm Akustikdämmung 30 mm Rieselschutzvlies Lattung Weißtanne 40 mm

Außenwand Gesamtaufbau U-Wert

Dach Gesamtaufbau U-Wert

13 Illwerke Zentrum Montafon in Vandans, siehe S. 214ff.

Begrünung extensiv 100 mm Dachabdichtung Wärmedämmung 300 mm Gefälledämmung 140 mm Dampfbremse Holz-Beton-Rippen-Verbunddecke: Stahlbeton 80 mm BSH-Rippen 240/280 mm Akustikpaneel

Abdichtung Wärmedämmung Dampfbremse OSB-Platte auf Keillattung, Luftraum Hohlkasten: OSB-Platten auf BSH-Rippen

0,10 W/m2K

0,16 W/m2K

Wechselfalzschalung Eiche Konterlattung Hinterlüftungslattung Spanplatte zementgebunden Konstruktion, WD Dampfbremse OSB-Platte Wärmedämmung / Installationsebene Eichentäfer

27 mm 40 mm 40 mm 16 mm 340 mm 18 mm 18 mm 110 mm 20 mm

Geschossdecke Gesamtaufbau REI; Trittschall; Luftschall

0,12 W/m2K

Bodenbelag 10 mm Mineralstoffplatte 38 mm Installationsebene gedämmt 122 mm Hohlraumdämmung 30 mm Holz-Beton-Rippen-Verbunddecke: Stahlbeton 80 mm BSH-Rippe 240/280 mm Decke abgehängt REI 90; L'n,w = 30 dB; R'w = 60 dB

112

Lattung Lärche vertikal Lattung Fassadenbahn Holzfaserdämmplatte Holzkonstruktion, Wärmedämmung OSB-Platte

10 mm 280 mm 4 mm 22 mm 740 mm

85 mm 85 mm 32 mm 280 mm 22 mm

0,12 W/m2K

70 mm 210 mm 40 mm 250 mm

0,20 W/m2K

0,10 W/m2K

Wellblech Lattung, Fassadenbahn OSB-Platte Holzkonstruktion, Wärmedämmung Dampfbremse Wärmedämmung Gipskartonplatte

Lattung Weißtanne sägerau Lattung Konterlattung / Hinterlüftung Fassadenbahn Schalung diagonal Ständer, Holzfaserdämmung Schalung diagonal Ständer, Holzfaserdämmung Schalung, Dampfbremse Lattung, Installationsebene, Akustikdämmung Schalung Weißtanne

30 mm 30 mm 10 mm 145 mm 60 mm 2≈ 10 mm

30 mm 30 mm 30 mm 25 mm 125 mm 25 mm 200 mm 25 mm 40 mm 20 mm

0,40 W/m2K

0,12 W/m2K

Bodenbelag mit Trittschalldämmung 10 mm OSB-Platte 18 mm Trittschalldämmung 32 mm Hohlkastenelement, 520 mm mit Splittschüttung 60 mm Gipskartonplatte 2≈ 20 mm Abhängung, Leitungsführung 500 mm OSB-Platte 18 mm

Bodenbelag Trockenestrich Trittschalldämmung Wabenschüttung BSP Kühldecke abgehängt Installation

Bodenbelag 27 mm Lagerhölzer mit Lehmbauplatten 62 mm Trittschalldämmung Holzfaserplatte 30 mm Brettstapelholz gedübelt 220 mm Installationsebene Hohlraumdämmung 40 mm Gipsfaserplatte 15 mm Installationsebene Akustikdämmung 30 mm Rieselschutzvlies Lattung Weißtanne 40 mm

REI 90; L'n,w = k. A; R'w = k. A.

REI 60; L'n,w = 82 dB; R'w = 38 dB

10 mm 25 mm 15 mm 30 mm 147 mm 495 mm

REI 30; L'n,w = 48 dB; R' = 65 dB

Schichtenaufbau der Gebäudehülle

19 Europäische Schule in Frankfurt / M., siehe S. 242ff.

21 Sanierung und Neubau einer Internatsschule, siehe S. 250ff.

22 Hotel Ammerwald bei Reutte in Tirol, siehe S. 254ff.

Begrünung extensiv 150 mm Abdichtung Wärmedämmung 20 mm Holzlattung, Wärmedämmung 60 mm Wärmedämmung 160 mm Holzlattung, Wärmedämmung 160 mm Dampfbremse Trennlage FSH-Platte / Heraklith 51 mm BSH-Sparren 100/360 mm

Abdichtung Gefälledämmung Dampfbremse BSP Wärmedämmung Holzwolle-Akustikplatte FSH-Träger Buche

Begrünung extensiv 110 mm Abdichtung 13 mm Gefälledämmung 300 – 500 mm Dampfbremse 4 mm Dreischichtplatte 40 mm Balkenlage, Luftschicht 360 mm Installationsebene 290 mm Schafswolle 30 mm Akustikvlies 1 mm Holzlamellendecke Weißtanne 30 mm

Rundkies Abdichtung Wärmedämmung Dampfbremse BSP

0,10 W/m2K

0,18 W/m2K

0,11 W/m2K

0,12 W/m2K

Aluminiumblech Windpapier Wärmedämmung FSH-Stütze Buche

Schalung Tanne Lattung / Konterlattung Fassadenbahn Schalung Holzkonstruktion / Wärmedämmung Schalung, Dampfbremse Gipskartonplatte Installationsebene / Wärmedämmung Holzschalung Weißtanne

Außenwand Gesamtaufbau U-Wert

Dach Gesamtaufbau U-Wert

18 Gymnasium in Diedorf, siehe S. 236ff.

Lattung stehend 30 mm Lattung liegend 40 mm Lattung stehend 50 mm Holzfaserplatte 16 mm Konstruktion, Wärmedämmung 140 mm Konstruktion, Wärmedämmung 220 mm OSB-Platte (= Dampfbremse) 18 mm 2

Geschossdecke Gesamtaufbau REI; Trittschall; Luftschall

80 mm 50 mm 25 mm 360 mm

1 mm 120 mm 120 mm

2

0,13 W/m K

Bodenbelag Estrich Trittschalldämmung Ausgleichsdämmung Trennlage Stahlbeton im Verbund OSB-Platte Balkenlage Akustikdämmung Akustikplatte

mind. 120 mm

5 mm 85 mm 30 mm 50 mm 98 –120 mm 22 mm 320 mm 40 mm 35 mm

k. A.; L'n,w = 53 dB; R'w = 55 dB

60 mm 10 mm 200 mm 140 mm

30 mm 60 mm 20 mm 370 mm 20 mm 12,5 mm 40 mm 20 mm

0,25 W/m K

0,09 W/m K

Bodenbelag 2,5 mm Trockenestrich 38 mm Trittschalldämmung 25 mm BSP 80 mm Ausgleichsdämmung (Modulstoß) 60 mm BSP 60 mm Akustikdämmung 60 mm Akustikplatte 25 mm FSH-Träger Buche 560 mm

Bodenbelag 27 mm Lagerhölzer, dazw. Dämmung 30 mm Trittschalldämmung 40 mm Schüttung Blähton 53 mm Stahlbeton im Verbund 120 mm Brettstapelelement 200 mm Installationsebene 290 mm Akustikdämmung 30 mm Akustikvlies 1 mm Holzlamellendecke Weißtanne 30 mm

k. A.; L'n,w = k. A; R'w = k. A.

k. A.; L'n,w = 48 dB; R'w = 57 dB

2

Edelstahlblech Hinterlüftung Windpapier Wärmedämmung Dampfbremse BSP

2 mm

380 mm 72 mm

2

0,14 W/m K

BSP Luftschicht (Modulstoß) Hohlraumdämmung BSP

140 mm 30 mm 50 mm 60 mm

REI 60; L'n,w = 48 dB (geschätzt); R'w = 55 dB (geschätzt)

113

Schichtenaufbau von Innenbauteilen Christian Schühle

C 4.1

Im mehrgeschossigen Holzbau kommt den Innenbauteilen wie Geschossdecken und Trennwänden erhöhte Bedeutung bei der Unterteilung des Gebäudevolumens in Nutzungseinheiten und Brandabschnitte zu. Dabei sind vor allem entsprechende Anforderungen an den Schallund den Brandschutz zu beachten. Der nötige Wärmeschutz zwischen den Nutzungseinheiten ergibt sich dagegen rein konstruktiv und bedarf keiner weiterer Maßnahmen, der Schutz vor Nässe ist lediglich in Feuchträumen erforderlich. Die Luftdichtheit der Konstruktionen ist sowohl für den Brand- als auch für den Schallschutz ein wichtiges Kriterium, denn durch Leckagen in Bauteilen oder undichte Bauteilfugen strömende Luft oder Rauchgase können die Brandausbreitung begünstigen, und auch das Schalldämmmaß der Bauteile wird durch solche Undichtigkeiten deutlich abgemindert. Doch nicht nur die bauphysikalischen Anforderungen beeinflussen den Schichtenaufbau von Decken und Wänden, auch das Führen der haustechnischen Versorgungsleitungen und nicht zuletzt gestalterische Gesichtspunkte sind ausschlaggebend für die Ausführung und Anordnung der funktionalen Schichten (Abb. C 4.2). Eine ausführliche Beschreibung der verschiedenen Anforderungen findet sich im Kapitel »Schutzfunktionen« (S. 72ff.). Schallschutz

C 4.1 C 4.2

114

Wood Innovation Design Centre, Prince George (CA) 2014, Michael Green Architecture funktionale Schichten und Bauteilschichten von Geschossdecken am Beispiel der Wohnhäuser in Zürich (CH) 2016, Rolf Mühlethaler

Zum Erreichen des notwendigen Schallschutzes werden Holzkonstruktionen aufgrund ihrer geringen Masse in der Regel mehrschichtig ausgeführt. Die Höhe des erreichbaren Schalldämmmaßes hängt dabei von den Eigenschaften der einzelnen Schichten, ihrer Verbindung untereinander und der eingelegten Hohlraumdämmung ab. Um gute Schalldämmwerte zu erreichen, können biegeweiche Schalen mit einer hohen Flächenmasse als Bekleidung Verwendung finden, die möglichst schallentkoppelt zu montieren sind. Bei der Ausführung ist darauf zu achten, dass die Schichten fugendicht gestoßen und angeschlossen werden. Den notwendigen Trittschallschutz erreichen Deckenkonstruktionen durch das Einbringen von zusätzlicher Masse in Form einer schweren Schüttung, einer Betonsteinlage oder – im Fall

von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen – einer tragenden Betonschicht sowie über die Entkoppelung des Fußbodenaufbaus. In der Regel gilt: Erfüllt die Decke den Trittschallschutz, ist auch der Luftschallschutz gewährleistet. Brandschutz

Mit der Einführung der Musterholzbaurichtlinie (M-HFHHolzR) Fassung 2004 ist es in Deutschland erstmals möglich, Holz als brennbaren Baustoff bis zur Gebäudeklasse 4, d. h. bis zu einer Gebäudehöhe von fünf Normalgeschossen gemäß Musterbauordnung (MBO) für tragende und aussteifende Bauteile ohne zu beantragende Abweichungen anzuwenden. Voraussetzung hierfür ist die durchgängige Bekleidung der Holzbauteile mit zwei Lagen nicht brennbarer Plattenwerkstoffe, der sogenannten Kapselung K260. Geprüfte Aufbauten der Brandschutzbekleidung bestehen in der Regel aus Gipsbauplatten mit 36 mm Gesamtstärke. Weiterhin müssen in den Hohlräumen nicht brennbare Dämmstoffe mit einem Schmelzpunkt über 1000 °C eingesetzt werden, und das Führen von haustechnischen Installationen innerhalb tragender und aussteifender Bauteile ist stark eingeschränkt. »Die Richtlinie gilt für Holzbauweisen, die einen gewissen Grad der Vorfertigung haben wie Holztafel-, Holzrahmen- und Fachwerkbauweise; sie gilt nicht für Holz-Massivbauweisen wie Brettstapel- und Blockbauweise, ausgenommen Brettstapeldecken.«[1] Damit sind viele der gängigen Konstruktionsarten von der Regelung durch die Musterholzbaurichtlinie ausgeschlossen und bedürfen weiterhin ebenso wie Bauten größerer Höhe der Beantragung von Abweichungen und Brandschutzkonzepten mit eventuellen Kompensationsmaßnahmen. Daneben ist es jedoch auch möglich, Bauteile gemäß herstellerspezifischer Prüfungen mit abweichenden Bekleidungsstärken auszuführen oder Holzkonstruktionen bei entsprechender Bemessung sichtbar zu belassen. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieser Publikation laufen intensive Forschungen zum Brandverhalten von Holzbauten als Grundlage einer vorgesehenen Überarbeitung der Musterholzbaurichtlinie. Die Vielzahl an verschiedenen herstellerspezi-

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

fischen Brandschutzprüfungen und -zulassungen für die im Holzbau relevanten Bauprodukte lassen Planer und Ausführende schnell den Überblick verlieren und stellen wahrscheinlich eines der entscheidenden Hemmnisse für eine weite Verbreitung des mehrgeschossigen Bauens mit Holz in Deutschland und Österreich dar. Eine Standardisierung von Bauteilaufbauten und Details, die sich als Grundlage für die Nachweisführung heranziehen lassen, ist im österreichischen interaktiven Bauteilkatalog dataholz.com bereits umgesetzt. Eine Adaption für Deutschland hinsichtlich geltender Normen und geprüfter Nachweise wird voraussichtlich 2018 online gestellt werden.

Schichtenaufbau von Holzdecken Der Schichtenaufbau von Holzdecken unterscheidet sich wegen der Anforderungen an den Trittschallschutz in seiner Komplexität wesentlich von dem von Holztrennwänden. Übliche Decken können aus folgenden Schichten aufgebaut sein: Bodenaufbau: • Bodenbelag • Unterkonstruktion: Nass- oder Trockenestrich, Lagerhölzer, Hohlraum- oder Doppelboden • Trittschalldämmung • zusätzliche Masse /Ausgleichsschüttung • ggf. Rieselschutz

Tragschicht: • Balkendecke • Kastenelement • Brettstapeldecke • Brettsperrholzdecke • Holz-Beton-Verbunddecke • Sonderformen Unterdecke: • Bekleidung direkt oder abgehängt, ggf. als akustische Bekleidung • Hohlraumdämmung • ggf. Rieselschutz Die Strategien im Schall- und Brandschutz von Deckenkonstruktionen variieren vor allem je nachdem, ob die Konstruktion der Rohdecke sichtbar belassen oder bekleidet werden soll. Unbekleidete Konstruktionen bedingen, dass der Brandwiderstand einer Konstruktion für eine Brandbelastung von unten auf Abbrand ausgelegt ist. Für den Schallschutz bedeutet dies, dass es unverzichtbar ist, Masse auf der Oberseite in den Deckenaufbau einzubringen, da nur wenige Schichten für die Verringerung des Schalldurchgangs zur Verfügung stehen. Bodenaufbau

Obwohl sich die Wahl des Bodenbelags positiv auf die schalltechnischen Eigenschaften eines Bodenaufbaus auswirken kann, werden die Bodenbeläge bei Nachweisen zum Schallschutz außer Acht gelassen, da sie im Laufe

der Nutzung leicht ausgetauscht werden können. Die Wahl des Bodenbelags ist kein holzbauspezifisches Kriterium und wird daher nicht weiter betrachtet. Estrichsysteme Im Holzbau kommen übliche Nass- und Trockenestrichsysteme zum Einsatz. Nassestriche bieten aufgrund ihrer größeren Masse Vorteile im Schallschutz, wobei Zementestriche aufgrund des niedrigeren Wassergehalts Anhydridestrichen vorzuziehen sind. Trittschalldämmungen müssen eine möglichst niedrige dynamische Steifigkeit von s’ ≤ 10 MN/m3 aufweisen, um die im Holzbau kritische Resonanzfrequenz des Bodenaufbaus gering zu halten. Ihre Steifigkeit ist immer mit dem Gesamtestrichsystem abzustimmen. Die jeweiligen schalltechnischen Verbesserungsmaße der Estriche in Verbindung mit Holzrohdecken, Schüttungen und Unterdecken sind den Herstellerangaben oder Prüfzeugnissen der Gesamtaufbauten zu entnehmen. Einige häufig ausgeführte Beispiele zeigt Abb. C 4.3 (S. 116). Der Estrich bildet in der Regel die obere brandschutztechnische Schicht im Bodenaufbau. Nassestriche erfüllen ab einer Schichtstärke von 50 mm mit entsprechendem Randdämmstreifen aus Mineralwolle die Anforderung »hochfeuerhemmend«. Trockenestrichelemente aus Gipsbauplatten erhalten meist im Werk eine aufkaschierte Tritt-

Bauteilschichten Geschossdecke Bodenbelag

Schutzfunktionen der Geschossdecke

Witterungsschutz

REI 60 Ln, w' < 53 dB R'w > 52 dB

Luftdichtheit

Wärmeschutz

Tauwasserschutz

Brandschutz

Estrich / Unterkonstruktion

Schallentkoppelung

Trennlage

(zusätzliche Masse)

(Rieselschutz)

°C

Luftdichtung

Tragstruktur

Funktionsschichten der Geschossdecke

Bodenbelag Parkett Hochkantlamelle Eiche verklebt 15 mm Heizestrich Anhydrid 53 mm Trennlage PE-Folie Trittschalldämmung Mineralwolle 2≈ 20 mm OSB-Platte 15 mm Brettstapeldecke 180 mm Gipsfaserplatte 18 mm Installationshohlraum 30 mm abgehängte Lattung mit Federbügeln 25 mm Hohlraumdämmung zwischen Lattung 50 mm Gipskartonplatte 15 mm

Installationsebene

Schallschutz Hohlraumbedämpfung

Akustik Deckenbekleidung

C 4.2

115

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

Kastendecke Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 40 mm Kastenelement 200 mm L n, w = 62 dB R w = 60 dB

Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 40 mm Wabenschüttung 60 mm Kastenelement 200 mm L n, w 45 dB R w = 67 dB

Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 40 mm Wabenschüttung 60 mm Kastenelement 200 mm mit Schüttung 100 kg/m2 L n, w = 39 dB R w = 74 dB

Brettsperrholzdecke Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 20 mm Brettsperrholz 80 mm Mineralwolldämmung Federschienen Gipsfaserplatte 2≈ 18 mm L n, w = 47 dB R w = 58 dB REI 60

Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 20 mm Schüttung elastisch gebunden 25 mm Brettsperrholz 80 mm L n, w = 48 dB R w = 58 dB REI 60

Balkendecke Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 30 mm Schüttung lose 40 mm OSB 18 mm Konstruktionsholz 220 mm Glaswolle 100 mm Sparschalung Holz Fichte 24 mm Federschiene 27 mm Gipsfaserplatte 25 mm

Estrichelement 25 mm Trittschalldämmung 20 mm Wabenschüttung 60 mm Kraftpapier als Rieselschutz Brettsperrholz 140 mm Gipskartonplatte 12,5 mm L n, w ≤ 51 dB R w ≥ 51 dB REI 90 Holz-Beton-Verbunddecke

Zementestrich 50 mm Trittschalldämmung 20 mm Holzwerkstoffplatte 19 mm Konstruktionsholz 90 mm Mineralwolldämmung 40 mm Unterkonstruktion schallentkoppelt Gipsfaserplatte 2≈ 18 mm L n, w = 48 dB R w = 60 dB REI 60

Heizestrich 74 mm Trennschicht PE-Folie Mineralwolldämmung 30 mm Beton 120 mm Brettschichtholz 1400 mm Ln, w = max. 46 dB R w min. = 54 dB REI 90

L n, w = 41 dB R w = 70 dB REI 60 C 4.3

schalldämmung und haben neben der trockenen Bauweise den Vorteil der geringeren Bauhöhe. Die nötige Klassifizierung »hochfeuerhemmend von oben« lässt sich bereits mit 18 mm Trockenestrichplatten aus Gipsfaser erreichen [2]. Durch die wesentlich geringere Masse im Vergleich zu Nassestrichen sind allerdings Zusatzmaßnahmen für den Schallschutz notwendig, die den Höhenvorteil relativieren können. Hohlraum- oder Doppelboden In Bürobauten finden häufig zur Flexibilisierung der Leitungsführung Hohlraum- oder Doppelböden Verwendung. Der Brandschutz muss im Holzbau durch eine oberseitige Bekleidung der Rohkonstruktion hergestellt werden, da andernfalls die Installationsführung im Hohlraum des Bodens und jede Durchführung nach oben problematisch wäre. Dielenboden auf Lagerhölzern Eine spezielle Art der Konstruktion stellt die Ausführung eines schwimmenden Bodenaufbaus auf Lagerhölzern dar. Hier liegen Befestigungslatten auf der Trittschalldämmung und harte Dämmplatten oder Deckenbeschwerungen füllen die Zwischenräume vollflächig aus. Der Holzdielenboden wird auf die Lattung geschraubt oder genagelt und liegt vollflächig auf der Unterkonstruktion auf. Es handelt sich dabei um eine besonders ökologische und klebstofffreie Konstruktion, die z. B. im Gemein-

116

dezentrum St. Gerold (Abb. C 4.4 und S. 232ff.) oder der Landwirtschaftsschule in Altmünster (siehe S. 250ff.) ausgeführt wurde. Zusätzliche Masse/Ausgleichsschüttung Um die notwendigen Schallschutzwerte zu erreichen, muss meist unter der Trittschalldämmung eine schwere Schicht eingebracht werden. Die in der Regel hierfür verwendeten Schüttungen aus getrocknetem Splitt (gegebenenfalls in Wabenpappe) sind biegeweich und dämpfen so Resonanzeffekte. Das Binden der Schüttung mit Kautschukmilch ist möglich, damit bleibt sie ausreichend biegeweich. Das Binden der Schüttung mit Zement ist dagegen unbedingt zu vermeiden, da sich die Steifigkeit der Schüttung so ungünstig erhöht. Zur Beschwerung eignen sich auch kleinformatige Platten aus Beton oder Lehm. Diese liefern aber im Vergleich zu Schüttungen mit gleicher Masse aufgrund ihrer höheren Steifigkeit schlechtere Ergebnisse. Schüttungen bieten zudem Platz für die Leitungsführung im Bodenaufbau. Um Schallbrücken zu vermeiden, müssen die Installationen voll mit der Schüttung abgedeckt sein und dürfen nicht in die Trittschalldämmschicht einschneiden. Bei sichtbar belassenen Geschossdecken zwischen Nutzungseinheiten sind Leitungsführungen für Deckenbeleuchtung etc. im Boden der darüberliegenden Nutzungseinheit zu vermeiden, denn eine Perforierung der luftdichten Schicht macht das Einhalten der notwendigen

Schall- und Brandschutzanforderungen unmöglich. Zudem entstehen auch organisatorische Schwierigkeiten, da Elektroleitungen durch die »fremde« Einheit geführt werden müssen (siehe »Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau«, S. 122ff.). Sichtbar belassene Balken-, Brettstapel- oder Brettsperrholzdecken erreichen nur mit einer Beschwerung den erforderlichen Trittschallschutz für Trenndecken zwischen Nutzungseinheiten (siehe »Schutzfunktionen«, S. 72ff.). Rieselschutz Auf die Rohdeckenkonstruktion aufgelegte Folien, Baupappen oder fugendicht verlegte Schalungen und Plattenwerkstoffe mit verklebten Stößen verhindern das Durchrieseln und somit das unkontrollierte Setzen von Schüttungen. Gleichzeitig wird damit auch die aus schall- und brandschutztechnischen Gründen notwendige Luftdichtheit erreicht. Brettsperrholzdecken mit seitenverleimten Lagen und abgeklebten Stößen benötigen keinen Rieselschutz und sind luftdicht. Nicht verleimte Brettstapeldecken werden meist mit einer Werkstoffplatte belegt, die zum einen aussteifende Funktion hat, zum anderen ausreichend Rieselschutz und mit abgeklebten Stößen auch die nötige Luftdichtheit bietet. Ein Rieselschutz in Form einer entsprechenden Lage Vlies ist ebenfalls bei gelochten Akustikdecken notwendig, um das Durchrieseln der Fasern der zur Hohlraumbedämpfung oder aus

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

Funktion Bodenbelag Unterkonstruktion Trittschalldämmung Tragschicht

Hohlraumbedämpfung Brand- / Schallschutzbekleidung

Akustikdämmung Bekleidung schalloffen

Bauteilschicht Dielen Weißtanne sägerau genagelt 27 mm Lagerhözer mit eingelegten Lehmbauplatten 62 mm Holzfaserplatte 30 mm Brettstapeldecke gedübelt 220 mm Abhängung 110 mm Schafwolldämmfilz 40 mm Gipsfaserplatte verspachtelt 15 mm Installationsebene 36 mm Schafwolldämmfilz 30 mm Rieselvlies, schwarz Lattung Weißtanne 40/35 mm

L'n, w = 48 dB R'w = 65 dB REI 30 C 4.4

C 4.3 C 4.4

C 4.5

C 4.6

C 4.7

gängige Deckenaufbauten mit verschiedenen Tragschichten Bodenaufbau: Funktionen und Bauteilschichten, Gemeindezentrum St. Gerold (AT) 2010, Cukrowicz Nachbaur Architekten Bodenaufbau: Funktionen und Bauteilschichten, Wohnungsbau Ansbach (DE) 2014, Deppisch Architekten Bodenaufbau: Funktionen und Bauteilschichten, Wohn- und Geschäftshaus c 13, Berlin (DE) 2013, Kaden Klingbeil Architekten Bodenaufbau: Funktionen und Bauteilschichten, Illwerke Zentrum Montafon, Vandans (AT) 2013, Architekten Hermann Kaufmann

Funktion Bodenbelag Estrich Trennlage Trittschalldämmung zusätzliche Masse

Tragschicht

Bauteilschicht Mosaikparkett Eiche geölt 10 mm Heizestrich 65 mm Trennschicht PE-Folie Mineralwolle 40 mm Splittschüttung gebunden 80 mm Notabdichtung Elastomerbitumen Brettsperrholz 180 mm

L'n, w = 49 dB R'w = 65dB REI 60 C 4.5

raumakustischen Gründen eingebauten Dämmung zu verhindern. Tragschicht

Die Ausführung der Tragschicht hat großen Einfluss auf den Schichtenaufbau des Deckenbauteils. Bekleidete Holzbalkendecken oder Kastenelemente mit ihrem per se mehrschichtigen Aufbau haben schallschutztechnisch den Vorteil, dass der Abstand der oberen von der unteren Beplankung sehr groß ist. Mit entsprechender Hohlraumbedämpfung führt dies bereits zu besseren Schallschutzwerten, als sie monolithische Holzmassivdecken erreichen. Eine schallentkoppelte Befestigung der Unterdecke mit Lattung auf Federbügeln oder Federschienen bringt bei Holzbalkendecken eine Verbesserung von 10 –12 dB gegenüber einer starren Verbindung [3]. Kastendecken werden zum Teil mit bereits ab Werk eingebrachter Schüttung oder Hohlraumdämmung gefertigt (Abb. C 4.7). Allein dadurch können in Kombination mit dem Bodenaufbau zusätzliche Maßnahmen für den Schallschutz entfallen. Massivholzdecken hingegen kommen trotz ihres höheren Gewichts aufgrund ihrer Steifigkeit auch bei schallentkoppelter Unterdecke nicht ohne zusätzliche Masse aus, um einen Tritschallpegel von L'n, w ≤ 53 dB einzuhalten. Für sichtbare Holzkonstruktionen bietet sich ihr Einsatz aufgrund der Hohlraumfreiheit an. Im Rahmen von Brandschutzkonzepten ist es bei Massivholzdecken (Brettstapel aus Brettschicht-

Funktion Bodenbelag Trennlage Trittschalldämmung Tragschicht / Masse Tragschicht

Bauteilschicht Parkett 16 mm Estrich 74 mm Trennschicht PE-Folie Mineralwolle 30 mm Beton 120 mm Brettschichtholz 140 mm

L'n, w = max. 46 dB R'w = min. 54 dB REI 90

C 4.6

Funktion Bodenbelag Unterkonstruktion Trittschalldämmung Hohlraumbedämpfung Tragschicht / Masse Tragschicht

Bausteilschicht Teppichboden 10 mm Hohlraumboden 38 mm Installationshohlraum 122 mm Mineralwolle 30 mm Beton 80 mm Brettschichtholzbalken 240/280 mm

L'n, w = max. 30 dB R'w = min. 60 dB REI 90

C 4.7

117

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

Rohdeckenart

Ln, w [dB]

offene Sichtholzdecken

85 – 87

geschlossene Holzbalkendecke

74 –75

mit federnder Abhängung

64 – 65

Massivholzdecke

76 – 80

Verbesserungsmaße diverse Unterkonstruktionen

ΔLn, w, H [dB]

Zementestrich auf Polystyrol- / Holzweichfaserplatten

14 –16

Zementestrich auf Mineralfaser-Trittschallmatte

19 –20

Trockenestrich

6 –10

Verbesserungsmaße diverse Beschwerungen

ΔLn, w, H [dB]

Betonplatten/Pflastersteine 80 kg/m2

ca. 10 2

elastisch gebundene Schüttung 80 kg/m

ca. 16

C 4.8

Näherungswerte Trittschall und Trittschallverbesserungsmaß für verschieden Schichtkombinationen C 4.9 gängige Aufbauten von Einfach- und Doppelwänden

C 4.8

holz – BSH oder Brettsperrholz – BSP) möglich, untere, raumakustisch und brandschutztechnisch wirksame Holzbekleidungen aufzubringen, die im Brandfall als Verschleißschicht dienen und sich bei begrenzten Bränden dann leicht auswechseln lassen. Holz-Beton-Verbundkonstruktionen machen sich die Eigenschaften des Betons für Tragwirkung, Brand- und Schallschutz zunutze. Allein ein konventioneller entkoppelter Bodenaufbau genügt hier den Anforderungen des Schallschutzes an Trenndecken. Das Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin (Abb. C 4.5 und S. 170ff.) und das Illwerke Zentrum Montafon in Vandans (Abb. C 4.6 und S. 214ff.) zeigen hier beispielhaft die Vereinfachung der Deckenkonstruktion im Schichtenaufbau. Unterdecke

Soll die Tragschicht bzw. die Konstruktion der Decke auf der Unterseite nicht sichtbar sein, haustechnische Leitungen verdeckt geführt werden oder sind besondere Anforderungen an die Raumakustik gestellt, so ist in der Regel eine Unterdecke nötig. Hohlraumdämmung Dämmstoffe in Bauteilhohlräumen sorgen für die Schallabsorption innerhalb des Bauteils und verhindern so Hohlraumresonanzen. Hierfür sind Baustoffe mit einer hohen Porosität vorteilhaft, die einen längenbezogenen Strömungswiderstand r ≥ 5 kPa s/m2 aufweisen. Als Hohlraumbedämpfung wird meist Mineralwolle eingesetzt. Geeignet sind aber auch Dämmstoffe aus Zellulose, Schafwolle, Flachs, Baumwolle und offenporige Schaumstoffe, sofern deren Einsatz brandschutztechnisch möglich ist. Letztgenannte werden zur Vermeidung von Faserbelastungen oft als Akustikdämmungen verwendet, die nicht gegen die Raumluft abgeschlossen sind. Da die Wirkung bei voller Ausdämmung nicht entscheidend besser ist als bei Teilausdämmung, werden die Hohlräume in der Regel zu einem Drittel oder zur Hälfte ausgedämmt. An den Deckenrändern kann aus brandschutztechnischen Gründen eine volle Ausdämmung notwendig werden, um hohlraumfrei an aufgehende Bauteile anzuschließen.

118

Bekleidung Neben den gestalterischen sind bauphysikalische Belange bei der Wahl der Bekleidungen zu beachten, wie z. B. Brandschutz, Schallschutz und Raumakustik. Wenn aus Brandschutzgründen nicht brennbare Oberflächen gefordert werden, kommen in der Regel Bekleidungen aus mineralischen Baustoffen wie Gipsbauplatten, Kalziumsilikatoder Lehmbauplatten zum Einsatz. Durch national unterschiedlich geregelte Anforderungen variieren die Bekleidungsdicken je nach Feuerwiderstandsdauer und zugehörigem Deckenaufbau zwischen 12,5 mm für REI 30-Konstruktionen bis zu 36 mm für gekapselte REI 90-Konstruktionen. Die Bekleidungen können ein- oder mehrlagig, als Direktbekleidung, Vorsatzschale oder als abgehängte Decke ausgeführt werden. Durch das Spachteln der Stöße gelten die Bekleidungen in der Fläche als luftdichte Schicht, an den Rändern ist die Luftdichtheit durch Abkleben, Ausstopfen und Versiegeln oder entsprechende Fugenbänder herzustellen. Eine unterseitig angeordnete, dicht verlegte, biegeweiche Schale kann mit entsprechender Entkoppelung den Schallschutz um bis zu 12 dB verbessern. Mehrschichtige Beplankungen aus dünnen Platten erreichen aufgrund der  geringeren Biegesteifigkeit bessere Werte als eine einschichtige in gleicher Gesamtstärke, es ist also eine Bekleidung aus z. B. zwei Gipskartonplatten mit 12,5 mm Dicke einer einschichtigen mit 25 mm vorzuziehen. Der Abstand einer federnd abgehängten Unterdecke zur Rohdecke muss bei Massivholzbauteilen mindestens 50 mm betragen, um Resonanzen zu verhindern. Bauphysikalische Notwendigkeiten können sich bei der Festlegung der Bekleidungen widersprechen. So bedingen raumakustische Maßnahmen meist schalloffene Oberflächen, während Brand- und Schallschutz das genaue Gegenteil – nämlich luftdichte Bekleidungen – verlangen. Der gestalterische Wunsch nach sichtbaren Holzoberflächen kann unter Umständen nicht mit Brandschutzanforderungen vereinbar oder die Verteilung der haustechnischen Installation nicht innerhalb der brandschutztechnischen Schicht möglich sein. In solchen Situationen werden die Anforderungen

dann oft in mehreren, voneinander unabhängigen Bauteilschichten organisiert, z. B. eine Direktbekleidung der Holzkonstruktion von unten mit Gipsbauplatten oder eine entkoppelte Abhängung mit entsprechenden Brandschutzplatten (Abb. C 4.4, S. 117). Der Platz zwischen der abgehängten Akustikdecke und schall- und brandschutztechnisch wirksamen Schicht lässt sich dabei als Installationsraum und zur Integration der Deckenleuchten nutzen. Die Vielfalt der im Holzbau möglichen Rohdeckenkonstruktionen und Schichtenkombinationen in Bodenaufbau und Unterdecke erfordert für eine präzise Prognose der zu erreichenden Schallschutzwerte genaue Nachweise auf der Grundlage vorhandener Prüfzeugnisse, normativer Angaben oder der Anwendung von Rechenverfahren. Anhaltspunkte bietet Abb. C 4.8.

Schichtenaufbau von Innenwänden Innenwände lassen sich als Massivholzwände und mehr oder weniger vorgefertigte Tafelbauwände ausführen, wobei für beide Konstruktionsarten Lösungen für alle schall- und brandschutztechnischen Anforderungen möglich sind. Der Schichtenaufbau besteht aus der Tragschicht und direkt bekleideten, federnd befestigten oder frei vorgestellten Bekleidungen. Massive Sichtholzkonstruktionen müssen bei Trennwänden aufgrund der Schallschutzanforderungen zweischalig ausgeführt werden. Bei nichttragenden Innenwänden ohne Brandschutzanforderung hat die Ausführung als Tafelbauwand den Vorteil, dass im Wandhohlraum fast ohne Einschränkung haustechnische Installationen verlaufen können. Sie bieten zudem eine höhere Flexibilität, da sie leicht zu entfernen sind, und außerdem von vornherein ein besseres Luftschalldämmmaß als unbekleidete Einfachwände in Massivholzbauweise erreichen. Der Vorteil der Leitungsführung im Hohlraum der Tafelwand geht, sobald es sich um eine tragende Wand in einem mehrgeschossigen Gebäude handelt, aufgrund der Einschränkungen durch den Brandschutz schnell verloren, und es muss wie bei Massivholzwänden eine zu-

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

Einfachwände in Holzmassivbauweise BSP 100 mm REI 60 Rw = 33 dB

GF 15 mm BSP 100 mm GF 15 mm REI 90 Rw = 38 dB

GF 2≈ 12,5 mm Lattung auf Schwingbügel 70 mm Mineralwolle 50 mm BSP 100 mm REI 60/90 Rw = 51 dB

GF 2≈ 12,5 mm Vorsatzschale (VS) frei stehend 85 mm Mineralwolle 50 mm BSP 100 mm REI 60/90 Rw = dB 62

GF 2≈ 12,5 mm Lattung auf Schwingbügel 70 mm Mineralwolle 50 mm BSP 100 mm Lattung auf 70 mm GF 2≈ 12,5 mm REI 90 Rw 53 dB

GF 2≈ 12,5 mm VS frei stehend 85 mm Mineralwolle 50 mm BSP 100 mm VS frei stehend 85 mm GF 2≈ 12,5 mm REI 90 Rw = 68 dB

GF 12,5 mm BSP 90 mm GF 2≈ 15 mm Mineralwolle 50 mm Luft 50 mm GF 2≈ 15 mm BSP 100 mm GF 12,5 mm

GF 2≈ 12,5 mm BSP 90 mm GF 2≈ 15 mm Mineralwolle 50 mm Luft 50 mm GF 2≈ 15 mm BSP 100 mm GF 2≈ 12,5 mm

REI 60 Rw = 70 dB

REI 90 Rw = 75 dB

Einfachwände in Tafelbauweise GKF 15 mm Ständer 60/80 mm Mineralwolle 60 mm GKF 15 mm

GKF 2≈ 12,5 mm Ständer 60/80 mm Mineralwolle 60 mm GKF 2≈ 12,5 mm

EI 30 Rw = 38 dB

EI 60 Rw = 43 dB

GKF 2≈ 12,5 mm OSB 15 mm Ständer 60/100 mm Mineralwolle 120 mm OSB 15 mm GKF 2≈ 12,5 mm

GKF 2≈ 12,5 mm OSB 15 mm Ständer 60/100 mm Mineralwolle 100 mm OSB 15 mm GKF 2≈ 12,5 mm

REI 90 Rw = 46 dB

REI 90 Rw = 49 dB

GF 2≈ 12,5 mm Lattung auf Schwingbügel Mineralwolle 50 mm BSP 90 mm Mineralwolle 40 mm Luft 10 mm BSP 100 mm

GF 2≈ 12,5 mm VS frei stehend 85 mm Mineralwolle 50 mm BSP 90 mm Mineralwolle 40 mm Luft 10 mm BSP 100 mm

REI 30/60 Rw = 60 dB

REI 30/60 Rw = 68 dB

Doppelwände in Holzmassivbauweise BSP 90 mm Mineralwolle 40 mm Luft 10 mm BSP 90 mm REI 30 Rw = 52 dB

GF 2≈ 12,5 mm BSP 90 mm Mineralwolle 40 mm Luft 10 mm BSP 100 mm GF 2≈ 12,5 mm REI 60 Rw = 58 dB

Doppelwände in Tafelbauweise GKF 2≈ 12,5 mm Ständer 60/100 mm Mineralwolle 100 mm GKF 2≈ 12,5 mm Mineralwolle 20 mm REI 60 Rw = 59 dB

GKF 2≈ 12,5 mm OSB 15 mm Ständer 60/100 mm Mineralwolle 100 mm OSB 15 mm GKF 12,5 mm Mineralwolle 20 mm

GKF 2≈ 12,5 mm OSB 15 mm Ständer 60/100 mm Mineralwolle 100 mm

REI 90 Rw = 60 dB

REI 90 Rw = 64 dB

GKF 2≈ 18 mm Mineralwolle 50 mm

C 4.9

119

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

sätzliche Installationsschicht eingeführt werden. Lastkonzentrationen und die Notwendigkeit steifer Bauteile sowie das ungünstigere Setzungsverhalten von Tafelbauwänden sprechen bei hohen Gebäuden ab drei bis vier Geschossen für den Einsatz von Massivholzwänden als tragende Bauteile. Durch ihre höhere Flächenmasse bieten sie zwar Vorteile im Schallschutz in tieferen Frequenzbereichen, allerdings liegen diese nicht im normativ relevanten Bereich und kommen so rechnerisch nicht voll zum Tragen. Ohne zusätzliche Bekleidung sind Massivholzwände nur für Bereiche niedriger Schallanforderung z. B. innerhalb einer Wohneinheit geeignet. In Kombination mit Vorsatzschalen, frei stehend oder auf Schwingbügeln montiert, entstehen jedoch durchaus leistungsfähige Bauteile. Durch fugenversetzte Montage und entsprechende Verspachtelung der Vorsatzschalen schließen diese ausreichend luftdicht ab, sodass keine zusätzlichen luftdichten Folien in der Fläche notwendig sind. Die Anschlüsse an andere Bauteile müssen, wie zuvor erwähnt, mit einer Abklebung oder dauerhaften Versiegelung der Fuge luftdicht angeschlossen werden. Gemäß der M-HFHHolzR erfordern Bereiche, in denen mehr als drei Elektroleitungen zur Versorgung des angrenzenden Raums geführt werden, die Trennung der Funktionen Brandschutz und Leitungsführung. Im Detail muss die Holzkonstruktion zuerst den Brandschutzanforderungen entsprechend bekleidet sein, die Installationsschicht wird anschließend vorgestellt. Die Bekleidung der Vorsatzschale kann hierbei neben den üblichen Gipsplatten auch als sichtbar belassene Holzwerkstoffplatte, fugendichte Sichtschalung oder als Akustikbekleidung ausgeführt werden. Zum Erreichen geforderter Schalldämmwerte z. B. für Trennwände zwischen Nutzungseinheiten (NE) oder bei an Erschließungszonen und Aufzüge angrenzenden Wänden empfiehlt es sich, Doppelwände mit zwei vollständig voneinander entkoppelten Tragschichten auszubilden. Je nach bauphysikalischen Anforderungen können diese über weitere Bekleidungsschichten – entkoppelt oder direkt montiert – verfügen.

Konstruktion voll bekleidet

Wand unbekleidet

Wand bekleidet

Wand bekleidet

Decke bekleidet

Decke bekleidet a

Gebäudetrennwände werden aus baurechtlichen, statischen sowie schall- und brandschutztechnischen Notwendigkeiten grundsätzlich zweischalig ausgeführt. Im brandschutztechnischen Sinn gelten sie als Brandwand-Ersatzwand. Ihr Feuerwiderstand von innen nach außen, also von der Raumseite in Richtung der Gebäudefuge, entspricht dem Feuerwiderstand der jeweiligen Gebäudeklasse. Von außen, also von der Gebäudefuge in Richtung Raum, weisen sie einen Feuerwiderstand von 90 Minuten auf, der durch eine entsprechende Bekleidung hergestellt wird. Eine Übersicht von üblichen Einfach- und Doppelwänden gibt Abb. C 4.9, S. 119.

NE 1 NE 2 Decke unbekleidet

NE 1 NE 2 Decke unbekleidet b

120

C 4.10

Gesetzmäßigkeiten des Fügens von Innenbauteilen Um die Vorgaben des Schall - und Brandschutzes zu erfüllen, ist die Ausführung der Fügepunkte zwischen den Bauteilen entscheidend. Ob sich etwaige Anforderungen an den Raumabschluss einhalten lassen oder ob Schallnebenwege den schalltechnischen Labormesswert eines Bauteils abschwächen, hängt von der sorgfältigen Konzeption und der Umsetzung der Fügungen auf der Baustelle ab. Die Luftdichtheit zwischen Nutzungseinheiten ist als flankierende Maßnahme für den Brandund Schallschutz unerlässlich, und auch innerhalb von Nutzungseinheiten gewährleistet erst der luftdichte Anschluss auf mindestens einer Raumseite einen effektiven Schall- und Geruchsschutz. Kontinuität der funktionalen Schichten

Eine Grundvoraussetzung zum Erreichen der bauphysikalischen Anforderungen ist ein kontinuierlicher Verlauf der einzelnen funktionalen Schichten. Brandschutztechnisch relevante Schichten sind ohne Unterbrechung miteinander zu verbinden, um zu verhindern, dass Feuer und Heißgase an brennbare Konstruktionselemente oder in Bauteilhohlräume gelangen. Um eine Luftdichtheit zur Eindämmung der Weiterleitung von Rauchgasen, Schall und Gerüchen zwischen Räumen oder Nutzungseinheiten zu erreichen, müssen die flächig luftdicht ausgebildeten Bauteile auch in ihren Fügepunkten entsprechend luftdicht aneinander angeschlossen sein. Was zunächst banal klingt, erweist sich unter Umständen in der Praxis als nicht ganz so einfach. Sichtkonstruktionen oder das dichte Anschließen von einzelnen durchdringenden Bauteilen wie Trägern oder Stützen können die Ausführung erschweren. Für eine maximale Ausführungsqualität und optimierte Bauzeiten kann auch die Vorfertigung von Innenbauteilen Vorteile bieten. In der Praxis kommen meist nur teilvorgefertigte Bauteile zum Einsatz, da die Installation der Gebäudetechnik und der Endausbau in der Regel nach dem Schließen der Gebäudehülle erfolgen. Eine Ausnahme bildet die Modulbauweise, bei der komplett ausgebaute Raumzellen gestapelt werden. Entkoppelung der Bauteilschichten

Die Anforderungen des Schallschutzes sind im Holzbau aufgrund der geringen Masse meist nur durch die Entkoppelung des mehrschichtigen Aufbaus herzustellen. Dies gilt neben den Bauteilen selbst auch für deren Fügepunkte, an denen die Weiterleitung des Schalls über die Flanken der Bauteile erfolgt. Bei voll schallentkoppelten Bauweisen wird durch vorgeblendete Bekleidungen an Decke und Wand das Einleiten der Schallenergie in die Rohkonstruktion unterbunden und so das Weiterleiten des Schalls in benachbarte Räume oder Nutzungseinheiten verhindert. Die Füge-

Schichtenaufbau von Innenbauteilen

punkte der Bekleidungen solcher Konstruktionen sind in der Ausführung relativ unkritisch. Weit schwieriger stellt sich dies einem von Planern und Bauherrn oft gewünschten teilweise oder komplett sichtbar belassenen Tragwerk dar. Hierbei sind die Bauelemente selbst der Schallenergie im Raum ausgesetzt und würden diese ohne zusätzliche Maßnahme direkt im Bauteil weiterleiten. Um solche sogenannten Flankenübertragungen zu verhindern, müssen die Auflagerpunkte mittels Elastomerlagern und/oder über eine Trennfuge entkoppelt werden. Die möglichen Fälle von Sichtmontage bis zu komplett entkoppelten Vorsatzschalen zeigt Abb. C 4.10 a exemplarisch jeweils für den Fügepunkt Außenwand und Trennwand mit Decke. Bei sichtbaren Decken- und Wandtragwerken müssen Elastomerlager (rot dargestellt) auf Deckenober- und Unterseite eingebaut werden. Die Decke muss auf der Trennwand durch eine Fuge getrennt sein. Die Trennwand selbst ist in diesem Fall zweischalig auszuführen. Verfügen die Wände in beiden Geschossen über entkoppelte Vorsatzschalen, wird ein Einleiten und Abstrahlen der Schallenergie über die Wände verhindert. In der Folge ist kein Elastomerlager nötig. Über der Trennwand muss wiederum eine Fuge angeordnet werden. Bei der Ausführung von unbekleideten Wänden und bekleideter Decke unterbindet das Anbringen eines Elastomerlagers auf Deckenober- oder -unterseite das Weiterleiten des Schalls über die Decke von Wand zu Wand. Die Trennfuge ist in diesem Fall nicht nötig, da die Abhängung die Schallenergie abmindert. Sichtbar belassene Deckenkonstruktionen müssen zur Verhinderung der Schalllängsleitung im Bereich von Trennwänden zwischen Nutzungseinheiten schalltechnisch getrennt ausgeführt werden. Daher sind im Holzbau sichtbare Decken mit Durchlaufträgerwirkung über mehrere Nutzungseinheiten hinweg nicht möglich. Weiter setzen Sichtkonstruktionen strikte Disziplin in der Grundrissgestaltung voraus. So verbietet die Schalllängsleitung in Deckenbauteilen eine übereinander versetzte Anordnung von Trennwänden, da dann eine Trennung der Bauteile nicht möglich ist (Abb. C 4.10 b). Ausbildung der Fugen

Die beschriebenen Voraussetzungen »Kontinuität« und »Entkoppelung« zum Erreichen der bauphysikalischen Anforderungen an den Fügepunkten widersprechen sich auf den ersten Blick, da zum einen die Fuge oft luftdicht und brandsicher sein muss, zum anderen aber die Flankenschallübertragung eingedämmt werden soll. Mit der richtigen Ausbildung sind beide Anforderungen aber durchaus miteinander vereinbar (Abb. C 4.12 a, c). Bei vollständig mit Gipsplatten bekleideten Konstruktionen existieren von den Herstellern empfohlene Ausführungsvarianten. Starre Anschlüsse entstehen dabei durch das Anspachteln der Fuge mit Gipsspachtelmassen.

Zur Herstellung der Luftdichtheit ist hier dennoch das Abkleben der Fuge der Rohbaukonstruktion notwendig, da die Gipsfuge dies nicht dauerhaft leisten kann. Eine weitere Möglichkeit, die die Aufnahme von Schwindverformungen ermöglicht und eine gewisse Schallentkoppelung bietet, ist der Anschluss mit elastischen Dichtstoffen. Grundsätzlich können beide Fugenausbildungen für den Anschluss an Holzbauteile verwendet werden, wobei das Problem der Flankenschallübertragung einen starren Anschluss der Gipsschale an Holzbauteile verbietet (Abb. C 4.12 b) und sich diese Ausführung daher bei Anforderungen an den Schallschutz nicht eignet. Im Rahmen eines Forschungsprojekts an der TU München wurde eine bezüglich des Schallschutzes optimierte, schallentkoppelte Fugenvariante brandschutztechnisch untersucht und ein entsprechender Nachweis geliefert [4]. Hierbei verbleibt zwischen den Bekleidungen oder Bekleidung und Sichtholzoberfläche ein Fugenspalt von bis zu 10 mm, der mit Mineralwolle ausgestopft und mit Brandschutzacryl oder -schaum verfüllt wird. Alternativ kann als Raumabschluss ein Fugenband aus intumeszierendem Material eingesetzt werden. Solche Fugenbänder schäumen unter Hitzeeinwirkung auf und bilden eine Dämmschicht niedriger Wärmeleitfähigkeit (Abb. C 4.12). Ist im Fügepunkt von sichtbaren Holzkonstruktionen zum Schallschutz ein Elastomerlager als Entkopplung der Bauteile vorgesehen, muss zum Erreichen des Raumabschlusses (E) die Fuge zwischen den Holzbauteilen beweglich mit Mineralwolle verfüllt werden. Für die Sichtanwendung bietet sich als raumseitiger Abschluss der Fuge ein Fugenband aus intumeszierendem Material an. Anmerkungen: [1] Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen an hochfeuerhemmende Bauteile in Holzbauweise (M-HFHHolzR), 07/2004 www.bauordnungen.de/Hochfeuerhemmende_Bauteile_in_Holzbauweise.pdf [2] Allgemeines Bauaufsichtliches Prüfzeugnis Knauf Brio Trockenestrichelemente [3] Köhnke, Ernst Ulrich: Schallschutztechnische Ausführungsfehler an Holzdecken. 4. HolzBauSpezial Akustik und Brandschutz Bad Wörishofen 2013, S. 5f. www.forum-holzbau.com/pdf/HBS_bauphysik_13_ Koehnke.pdf [4] Merk, Michael; Werther, Norman: Erarbeitung weiterführender Konstruktionsregeln /-details für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise der Gebäudeklasse 4. Stuttgart 2014, S. 71, 119f. www.irbnet.de/daten/rswb/14109008377.pdf C 4.10

C 4.11

C 4.12

C 4.11

Fußbodenaufbau

Fugenstärke bis 10 mm, fest verstopft mit nicht brennbarem Dämmstoff mit Schmelzpunkt > 1000 °C oder Brandschutzschaum

a

Fußbodenaufbau

stumpfer unverspachtelter oder verspachtelter Stoß

b

Fügepunkte Decke – Außen- und Innenwand a korrekte Ausführung zur Vermeidung von Flankenübertragung b schalltechnisch problematische Ausführung einer unbekleideten Decke ohne Fuge Installationswand im Rohbauzustand, Wohnund Geschäftshaus, Zürich (CH) 2010, pool Architekten Fugenausbildung a starrer Anschluss, Flanken entkoppelt b starrer Anschluss, Flanken nicht entkoppelt c schallechnisch entkoppelter Anschluss

Fußbodenaufbau

Fugenstärke bis 10 mm, fest verstopft mit nicht brennbarem Dämmstoff mit Schmelzpunkt > 1000 °C oder Brandschutzschaum Elastomerlager c

C 4.12

121

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau Martin Teibinger

C 5.1

Die Gebäudetechnik respektive technische Gebäudeausrüstung (TGA) hat in den letzten Jahren infolge der gestiegenen Anforderungen an die Energieeffizienz und an den Komfort der Gebäude stark an Bedeutung zugenommen. So leisten mittlerweile lüftungstechnische Anlagen bei Niedrigstenergie- bzw. Passivhausbauten einen unverzichtbaren Beitrag zur Reduzierung der Lüftungswärmeverluste. In der Runde der Fachingenieure nimmt der Planer der technischen Gebäudeausrüstung inzwischen eine zentrale Rolle ein, im vorgefertigten Holzbau sind die Anforderungen an exakte Detailplanungen aus holzbautechnischer, bauphysikalischer und fertigungstechnischer Sicht zudem besonders hoch [1].

jedoch in einem hohen Vorfertigungsgrad, also bei der Fertigung eines Gebäudes unter kontrollierten Rahmenbedingungen, was hohe Qualität trotz kurzer Montagezeiten vor Ort ermöglicht. Vorgefertigte, bereits vorinstallierte Gebäudetechnik entspricht bislang vor allem im Bereich der Fertighausindustrie und der Raumzellenbauweise der angewandten Praxis (Abb. C 5.2) [2]. Bei der Elementvorfertigung werden zwar einzelne Komponenten im Werk montiert, aber ein großer Teil der Installationen wird nach wie vor erst auf der Baustelle eingebaut (Abb. C 5.3). Hier gibt es noch bedeutendes Entwicklungspotenzial. Zur weiteren Qualitätssteigerung und Verringerung der Bauzeiten müssten künftig mehr vorfertigbare Haustechnikkomponenten angeboten werden.

Planung Die haustechnischen Leitungen und Rohre sowie deren Verlegung sollten im Holzbau bereits in einem frühen Stadium der Planung – idealerweise bereits zum Zeitpunkt der Entwurfsplanung – berücksichtigt werden. Für eine reibungslose Planung und Ausführung des Objekts ist eine frühzeitige, auf das statische Konzept bezogene Organisation der Lage und Größe der notwendigen vertikalen und geschossübergreifenden Schächte, der prinzipiellen Leitungsführungen sowie der erforderlichen Durchbrüche von Bedeutung. Nachträgliche Umplanungen erhöhen in jedem Fall die Planungs- und Ausführungskosten und beeinträchtigen in der Regel die Ausführungsqualität. Die Vernetzung der Fachkompetenzen Holzbau, Bauphysik und Gebäudetechnik ist eine entscheidende Grundbedingung für einen qualitativ hochwertigen Holzbau. Je höher der Vorfertigungsgrad ist, desto früher müssen die Entscheidungen im Zusammenhang mit der Haustechnik erfolgen und umso genauer und besser vernetzt muss die Detailplanung mit den anderen Gewerken organisiert sein.

Möglichkeiten der Vorfertigung Ein maßgeblicher produktionstechnischer und wirtschaftlicher Vorteil des Holzbaus liegt

122

Einfluss von Durchdringungen und Aussparungen auf das Tragwerk Bei der Planung von Durchdringungen und Aussparungen (für die Gebäudetechnik) lassen sich folgende Fälle unterscheiden. Öffnungen in aussteifenden Wandscheiben

Wandscheiben sind sowohl für vertikale als auch für horizontale Lasteinwirkungen zu bemessen. Die Berechnung von Wandscheiben regelt Eurocode 5. Laut DIN EN 1995-1-1 dürfen Wandscheiben mit Öffnungen (Tür- oder Fensteröffnungen, aber auch große Installationsöffnungen) für die Lastableitung nur in den Bereichen herangezogen werden, die öffnungsfrei sind. Das heißt, bei einer Wandscheibe mit Öffnungen sind in der Regel die Bereiche neben den Öffnungen als gesonderte Wandscheiben zu betrachten. Einzelne Öffnungen in der Beplankung dürfen bei der Berechnung der Beanspruchungen vernachlässigt werden, wenn sie kleiner als 20 ≈ 20 cm sind. Bei mehreren Öffnungen muss die Summe der Längen weniger als 10 % der Scheibenlänge betragen und die Summe der Höhen kleiner als 10 % ihrer Tafelhöhe sein. Die Auswirkungen größerer Öffnungen sind gesondert nachzuweisen.

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau

C 5.1 C 5.2 C 5.3

TGA-Installation im Holzbau Haustechnikzelle der Fertighausindustrie vorgefertigter Haustechnikschacht mit einseitiger Beblankung im »Kölner Holzhaus«, Architekturbüro Laur C 5.4 Übersicht der geometrischen Anforderungen für unverstärkte Deckendurchbrüche (Abstände gelten auch für Träger mit veränderter Höhe) C 5.5 Übersicht der geometrischen Anforderungen für verstärkte Deckendurchbrüche (Abstände gelten auch für Träger mit veränderter Höhe, wobei h an ungünstigster Stelle an den Durchbruchsrändern anzusetzen ist) C 5.2 Trägerdurchbrüche

Trägerdurchbrüche sind Öffnungen im Vollwandträger mit einem lichten Maß von mehr als 80 mm bzw. mit einem Durchmesser größer als h /10 (h = Trägerhöhe). Durchbrüche mit kleineren Abmessungen haben statisch keine Relevanz. Durchbrüche sollten bereits in frühen Planungsphasen berücksichtigt werden, um die erforderlichen Trägerdimensionen festlegen zu können. Man unterscheidet zwischen nicht verstärkten und verstärkten Trägerdurchbrüchen. Nicht verstärkte Trägerdurchbrüche sind bei Einhaltung folgender Bedingungen möglich: • keine planmäßige Querzugbeanspruchung • keine starken klimatischen Belastungen (z. B. ungenügend gedämmte Heizleitungen) • ausschließlich in den Nutzungsklassen 1 und 2 nach DIN EN 1995-1-1 • Einhaltung der geometrischen Anforderungen laut Abb. C 5.4 An den Durchbruchsecken der nicht verstärkten Trägerdurchbrüche müssen die Spannungskomponenten (Querzug- und Schubspannungen) nachgewiesen werden. Für größere Öffnungen bzw. für Durchbrüche, bei denen die Anforderungen der Spannungsnachweise für

nicht verstärkte Durchbrüche nicht eingehalten werden können, ist eine Verstärkung notwendig. Diese dient zur Aufnahme von Querzugbeanspruchungen an den Durchbruchsecken. Die Verstärkungen können durch beidseitig aufgeklebte Holzwerkstoffplatten, durch innen liegende, eingeklebte Stahlstäbe (Gewindestangen oder Betonrippenstähle) oder durch eingeschraubte Stahlstäbe (Vollgewindeschrauben) hergestellt werden. Die Durchbrüche müssen den geometrischen Anforderungen laut Abb. C 5.5 entsprechen.

Allgemeine Prinzipien zur Integration der Haustechnik in Bezug auf die Bauphysik Man unterscheidet folgende Einbausituationen: Installationen in Außenwänden

Im Normalfall ermöglicht die innenseitig angeordnete Installationsebene (Mindestdicke 40 mm) bei Holztafelaußenwänden Elektroinstallationen ohne Beschädigung der luftdichten Ebene. Bei industriell vorgefertigten Wänden und damit bei speziell überwachten Produktionsbedingungen kann diese entfallen und

C 5.3

es sind Leitungsführungen auch außerhalb der luftdichten Ebene möglich. In diesem Fall müssen luftdichte Hohlwanddosen verwendet werden (Abb. C 5.6, S. 124). Nachträgliche Einbauten sind dann nur von autorisierten Unternehmen zulässig. Bei Brettsperrholzwänden mit Ausnahme von brandabschnittsbildenden Wänden können Elektroleitungen, Schalter und Steckdosen herkömmlicher Größe und Anzahl direkt eingefräst werden. Der verbleibende Holzquerschnitt ist dabei brandschutztechnisch entsprechend den Anforderungen zu bewerten. Die Leitungsführung darf allerdings ohne Rücksprache mit dem Tragwerksplaner nicht quer zur Decklage erfolgen. Durchdringungen der Außenbauteile sind luft- und winddicht auszubilden. (Abb. C 5.7, S. 124) Installationen in Trennwänden und brandabschnittsbildenden Wänden bei Tafelbauweise

Bei Trennwänden in Tafelbauweise, die in der Regel Brandschutzanforderungen haben, wird grundsätzlich empfohlen, die Elektroinstallationen in Vorsatzschalen zu führen. Eine Verlegung in der Ebene der Tragkonstruktion ist möglich, sofern es sich bei dem Dämmstoff um

a lV ≥ h h

zulässiger Bereich für Durchbrüche

hro ≥ 0,35 · h

Ausrundungen r ≥ 15 mm

hd hd ≤ 0,15 · h

hd ≤ 0,15 · h

lA ≥ 0,5 · h hru ≥ 0,35 · h

lV ≥ h

d hd

lA ≥ 0,5 · h lA ≥ 0,5 · h

lz ≥ 1,5 · h ≥ 30 cm a ≤ 2,5 · hd

hd = 0,7 · d

a

a ≤ 2,5 · hd

C 5.4

a

lV ≥ h

zulässiger Bereich für Durchbrüche

hro ≥ 0,25 · h

h

Ausrundungen r ≥ 15 mm

hd hd ≤ 0,30 · h lv ≥ h

hd ≤ 0,30 · h

lA ≥ 0,5 · h hru ≥ 0,25 · h

d hd hd = 0,7· d

lA ≥ 0,5 · h lA ≥ 0,5 · h a

lz ≥ 1,0 · h ≥ 30 cm a ≤ h ≤ 2,5 · hd

a ≤ h ≤ 2,5 · hd C 5.5

123

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau

C 5.6 C 5.7 C 5.8

C 5.9 C 5.10 C 5.11 C 5.12 C 5.13 C 5.14 C 5.15 C 5.16 C 5.6

Mineralwolle mit einem Schmelzpunkt ≥ 1000 °C, einer Mindestrohdichte von 30 kg/m3 und einer Mindestdicke von 5 cm handelt. Der Abstand der Einbauten zum Holzständer sollte bei tragenden Bauteilen in diesem Fall größer als 15 cm sein (Abb. C 5.8). Ist dies nicht der Fall, so sind Einhausungen der Hohlraumdosen mit geeigneten nicht brennbaren Werkstoffen (Abb. C 5.9) oder die Verwendung von geprüften Brandschutzdosen (Abb. C 5.10) vorzusehen. Installationen in Trennwänden und brandabschnittsbildenden Wänden bei Holzmassivbauweise

Bei zweischaligen Trennwänden in Holzmassivbauweise können die Elektroinstallationen wie bei den Außenwänden direkt in die Platte eingefräst werden. Bei brandabschnittsbildenden Wänden wird die Verlegung in einer gedämmten Vorsatzschale empfohlen, die zudem auch den Schallschutz verbessert. Installationen in Decken im Wohnungsverband

Bei Decken innerhalb einer Wohneinheit (Maisonnettes) können zur Minimierung der Leitungslängen die Lüftungskanäle im Fußbodenaufbau des oberen Geschosses verlegt werden (Abb. C 5.11). Die Auslässe befinden sich dabei im unteren Geschoss an der Decke bzw. im oberen Geschoss am Fußboden. Diese optimierte Leitungsführung lässt sich ausschließlich bei Geschossdecken ausführen, an die keine bauphysikalischen und brandschutztech-

luftdichte Hohlwanddose luftdichte Rohrdurchführung mittels vorkonfektionierter Manschette Kompensation mit Mineralwolle (Schmelzpunkt ≥ 1000 °C, Rohdichte ≥ 30 kg / m3, gegen Verschieben / Herausfallen gesichert) a bei tragenden Wänden b bei nicht tragenden Wänden Kompensation mit Gipseinhausung Hohlwanddose mit Dämmschichtbildner Verlegung der Lüftungskanäle an der Deckenoberseite bei Decken im Wohnungsverband Verlegung der Elektroleitungen an der Oberseite bei Sichtholzdecken in Massivholzbauweise Verlegung der Lüftungsrohre in der abgehängten Deckenkonstruktion eingehauste Durchdringung bei einem Flachdach: Vertikal-, Horizontalschnitt Prinzipskizze Schachttyp A Prinzipskizze Schachttyp B

C 5.7

nischen Anforderungen gestellt werden. Bei (Wohnungs-)Trenndecken ist von dieser Ausführung dringend abzuraten. Installationen in Trenndecken

Installationen sollten aus Gründen der Umrüstbarkeit sowie des Brand- und Schallschutzes grundsätzlich innerhalb der einzelnen Nutzungseinheiten eingebaut werden. Von einer Verlegung der Leitungen und Rohre in der konstruktiven Ebene (Gefache zwischen der Balkenlage) wird bei Trenndecken aus brandund schallschutztechnischen Gründen grundsätzlich abgeraten. Die Elektroleitungen, aber auch die Wasser- und Heizungsleitungen werden dabei oberseitig im Bereich des Fußbodenaufbaus, meist in der Schüttung geführt (Abb. C 5.12). Hier ist besonders zu beachten, dass bei einem direkten Kontaktschluss zwischen dem Estrich und der Rohdecke durch Rohrleitungen bzw. deren Kreuzungspunkten nach Köhnke [3] eine Verschlechterung der Trittschalldämmung um bis zu 4 dB eintritt. Aus diesem Grund sind gerade bei sich kreuzenden Leitungen die notwendigen Schüttungsstärken unbedingt einzuhalten. Oft wird auch unterseitig eine abgehängte Decke vorgesehen, die eine Elektroleitungsführung, aber auch die Integration von Lüftungsleitungen ermöglicht. Dabei sind die Höhen der Leitungen und Rohre sowie insbesondere die notwendigen Kreuzungen in der Planung zu berücksichtigen. Leider ergeben

> 150 mm

sich hier aufgrund mangelhaft abgestimmter und unkoordinierter Planungen in der Praxis oft größte Schwierigkeiten. Bei der Verlegung von Elektroverrohrungen für Deckenleuchten etc. in sichtbaren Brettsperrholzdecken ist aus Schallschutzgründen auf luftdichte Durchführungen bei Wänden auch innerhalb der Wohnungen zu achten. Die Verrohrung wird in der Regel auf der Rohdeckenunterseite geführt. Notwendige Einfräsungen der Leitungen haben längs zur Decklage zu erfolgen. Fräsungen quer zur Decklage sind nur nach Rücksprache mit dem Tragwerksplaner zulässig. Ferner muss die Verrohrung so eingebracht werden, dass bei Bedarf ein nachträgliches Einziehen einzelner Kabel möglich ist. Die horizontale Verteilung der Lüftungsleitungen bei Trenndecken darf nicht innerhalb der Konstruktionsebene erfolgen, da dies mit den brandschutztechnischen Anforderungen nicht vereinbar ist. Die Lüftungsleitungen müssen in entsprechenden Installationsebenen wie abgehängten Decken, Vorwandkonstruktionen oder Fußbodenaufbauten verlaufen (Abb. C 5.13). Durchdringungen von brandabschnittsbildenden Bauteilen sind abzuschotten (siehe auch »Schutzfunktionen«, S. 72f.). Installationen in Dächern

Bei Steildächern gelten dieselben generellen Planungsgrundsätze zum Einbau von haustechnischen Installationen wie bei Außenwän-

d d

Hohlwanddose

d

> 150 mm

> 150 mm

d

≥ 50 mm a

124

Hohlwanddose

Hohlwanddose

b

≥ 50 mm C 5.8

d

d C 5.9

C 5.10

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau

Lüftungsrohre Vorraum

C 5.11 Schrauben 4 x 40 mm

C 5.12

Schrauben 4 x 40 mm

FPY-Platte

Abflussrohr eingenutet

FPY-Platte mit gefräster Nut Abflussrohr

a

a

kreisrunde Nut mit Dichtstoff gefüllt

Schrauben 4 x 40 mm

Schrauben 4 x 40 mm

vorgebohrte Löcher C 5.14

aa

1

1

keine Anforderung

2 3 3

EI tt (ho, i Co )

EI tt (ve, iC o) EI tt

keine Anforderung

EI tt (ho, iCo) 4

EI tt (ve, iCo) 1 2 3 4

EI tt (ve, iC o) 1

Geschossdecke Schachtwand mit Brandschutzanforderung Installationsleitung Schott zwischen Keller und EG

2 3 C 5.15

C 5.13

den. Grundsätzlich wird eine Installationsebene raumseitig der Dampfbremse zur Verlegung diverser Leitungen empfohlen. Bei Flachdächern mit Sichtholzdecken ist auf die Strömungsdichtheit der Leitung und speziell auf die Baustellenabdichtung (eintretendes Wasser bis zur Sichtfläche) zu achten. Durchdringungen sind strömungsdicht anzubinden. Hierfür benötigen Konstruktionen mit Zwischendämmung zum Gefach abgeschlossene Durchdringungsöffnungen gemäß dem Beispiel in Abb. C 5.14. Der Hohlraum zwischen dem durchdringenden Rohr und der Einhausung ist auszudämmen und das Rohr innenseitig luftdicht an die Luftdichtheitsebene anzuschließen. Besteht keine Möglichkeit zur Einhausung, können auch Manschetten zur Herstellung eines luftdichten Anschlusses an Durchdringungen eingesetzt werden. Vertikale Verteilung in Schächten

EI tt (ve, iC o)

EI tt 2

Wohnraum

Decke mit Horizontalschott Schachtwand ohne Brandschutzanforderung Installationsleitung

Die Abmessungen eines Installationsschachts hängen von der Konfiguration des haustechnischen Konzepts ab, vor allem der Einbau einer kontrollierten Wohnraumlüftung erfordert große Platzreserven. Die vertikale Verteilung der Installationen über die einzelnen Nutzungseinheiten bzw. Brandabschnitte hinweg erfolgt normalerweise über Installationsschächte. Hinsichtlich der Lage der Abschottungsmaßnahmen der Durchdringungen wird in Schachttyp A (Abb. C 5.15) und Schachttyp B (Abb. C 5.16) unterschieden. Schachttyp A Bei Schachttyp A werden Anforderungen bezüglich des Feuerwiderstands an die Schachtwände sowie deren Durchdringungen gestellt. Die Anforderungen gelten sowohl von außen nach innen als auch von innen nach außen. Der Schacht ist horizontal zwischen dem ersten oberirdischen Geschoss und dem Kellergeschoss sowie der obersten Etage und dem nicht ausgebauten Dachgeschoss abzuschotten. Als Schachtwände werden meist Gipsständerkonstruktionen eingesetzt. Diese müssen entsprechend den Anforderungen klassifiziert und ausgeführt sein. Das Gleiche gilt für die eingesetzten Abschottungssysteme und Revisionsöffnun-

C 5.16

125

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau

Metallrohr

Kunststoffrohr

Typ A

Kabelbündel

20 × 50 mm Gipsplatte Typ GM-F gemäß EN 15283-1

Fugenausbildung gemäß Verarbeitungsrichtlinien

klassifiziertes Schachtwandsystem 2× GKF

C 5.17 Metallrohr

Kunststoffrohr

Typ A

Kabelbündel

20 × 50 mm Gipsplatte Typ GM-F gemäß EN 15283-1

Fugenausbildung gemäß Verarbeitungsrichtlinien

klassifiziertes Schachtwandsystem 2× GKF

C 5.18 Metallrohr

Kunststoffrohr

Kabelbündel

Typ B Mineralwolle Brandschutzfugenfüllmasse

Kabelschott Weichschott

20 × 50 mm Gipsplatte Typ GM-F gem. EN 15 283-1

Fugenausbildung gemäß Verarbeitungsrichtlinien Brandschutzmanschette

1× GFK

C 5.19 Metallrohr

Kunststoffrohr

Kabelbündel

Typ B Mineralwolle

20 × 50 mm Gipsplatte Typ GM-F gem. EN 15 283-1 1× GFK

Kabelschott Weichschott

Fugenausbildung gemäß Verarbeitungsrichtlinien Brandschutzmanschette C 5.20

126

gen der Schachtwanddurchdringungen. Die Laibung der Deckenöffnung ist nicht brennbar zu bekleiden, wobei mindestens 2≈ 12,5 mm GKF-Platten zu verwenden sind. Dabei muss sichergestellt werden, dass diese Gipslaibungsverkleidung vollflächig auf dem Holz aufliegt. Andernfalls sind die Holzoberfläche und die Fuge zwischen Gips und Holz mit einem solchen Produkt zu versiegeln. Sollten die Ecken der Deckenöffnung produktionsbedingt nicht scharfkantig ausgeführt sein oder wurden die Gipskartonplatten nicht ordnungsgemäß verbaut, sind eventuelle Fugen ebenfalls mit einem intumeszierenden Produkt zu beschichten. Das intumeszierende Material verhindert dabei den Durchtritt von Rauch und toxischen Gasen, indem es bei thermischer Beanspruchung den Verschluss von Restöffnungen durch Aufschäumen bewirkt. Im Anschlussbereich der Schachtwand an die Holzdeckenelemente ist nach DIN EN 15 283-1 mindestens ein Streifen 20 ≈ 50 mm Gipsplatte Typ GM-F schachtinnenseitig zu befestigen (Abb. C 5.17 und C 5.18) [4].

ralfaserplatten mit einer Mindestrohdichte von 150 kg/m3 und einem Schmelzpunkt ≥ 1000 °C eingesetzt. Unter Hartabschottungen versteht man in der Regel Gips- bzw. Zementmörtel. Zur Sicherstellung der dauerhaften Verbindung zwischen Bauteil und Hartschott werden häufig Bewehrungseisen bzw. Gewindestangen verwendet. Der Einbau von Weichschotts kann mit oder ohne Laibungsbekleidung der Holzelemente erfolgen. Bei Ausführung einer Gipslaibungsbekleidung ist sicherzustellen, dass diese vollflächig auf dem Holz aufliegt. Andernfalls müssen die Holzoberfläche und die Fuge zwischen Gips und Holz ebenfalls versiegelt werden. Die Laibung (Gips oder Holzoberfläche) und die seitlichen Ränder der Mineralfaserplatte sind mit einer intumeszierenden oder ablativen Beschichtung zu versehen [7]. Einbaudetails und konstruktive Empfehlungen behandelt das Kapitel »Schichtenaufbau der Gebäudehülle« (S. 92f.).

Schachttyp B Bei Schachttyp B werden an die Schachtwände keine Brandschutzanforderungen gestellt. Der Schacht wird geschossweise entsprechend den Anforderungen an den Feuerwiderstand der Decke horizontal abgeschottet. Als Abschottungssysteme können Weich- oder Hartschotts in Kombination mit Brandrohrmanschetten, Strangisolierungen und dergleichen eingesetzt werden (Abb. C 5.19 und C 5.20). Im Deckenbereich kann ebenso ein Verguss mit Beton erfolgen, die brandschutztechnischen Schottungen sind dann nach den üblichen Regeln für den Stahlbetonbau einzubauen. Eine Reihe von Ausführungsmöglichkeiten zeigt das Kapitel »Schichtenaufbau von Innenbauteilen« (S. 114ff.). Im Anschlussbereich der Schachtwand an die Holzdeckenelemente ist entsprechend dem Schachttyp A mindestens ein 20 ≈ 50 mm großer Streifen Gipsplatte Typ GM-F nach DIN EN 15 283-1 schachtinnenseitig zu befestigen [5]. Die Deckenlaibung muss im Bereich der Abschottung nicht verblendet werden. Im Schacht freiliegende Holzoberflächen sind nicht brennbar zu verkleiden. Bei Schächten des Typs B gibt es keine Brandschutzanforderungen an die Schachtwände, sodass diese auch einlagig errichtet werden können. Zur Erfüllung der Schallschutzanforderung wird jedoch empfohlen, die Schachtwände mehrlagig auszuführen und die Schächte auszudämmen. Die Laibungsbekleidung der Öffnung im Bereich von Durchdringungen muss vollflächig angebracht werden. Sollte dies nicht der Fall sein, ist die Fuge mit intumeszierenden Anstrichen [6] zu versehen. Beim Einsatz eines Weichschotts ist eine Bekleidung der Laibung nicht erforderlich und kann bei nicht vollflächigem Einbau kontraproduktiv sein. Für Weichschotts werden beschichtete Mine-

Die angeführten Empfehlungen gelten auch für Bäder in Wohnungen bzw. für Bäder mit vergleichbarer Nutzung (z. B. in Hotels bzw. Beherbergungsstätten). Sie gelten nicht für Nassräume oder für öffentliche Bäder mit hohen Anforderungen. Dauerhafte Durchfeuchtungen von Holzkonstruktionen sind aufgrund der Gefahr eines Fäulnisschadens generell zu verhindern. Rohrbrüche werden in der Regel aufgrund der großen kurzzeitig anfallenden Wassermengen schnell erkannt, eine rasche Behebung und Austrocknung ist damit möglich. Sorgfältige Abdichtungsmaßnahmen sind in den Bereichen erforderlich, wo geringfügige Wassermengen über einen längeren Zeitraum auftreten können, wie z. B. bei Durchdringungen von Armaturen oder Verspachtelungen von Fliesen und Anschlussfugen bei Duschwannen. Elastische Fugen müssen regelmäßig gewartet werden. In der Normung erfordern Feuchträume bei Holzobjekten eine Abdichtung auf der Rohdecke mit dem Hochziehen der Dichtung an den Wänden. Die Abdichtung im Gefälle mit einem kontrollierten Abfluss zu verlegen, wie in der Normung vorgeschlagen wird, stellt ein theoretisches Optimum an konstruktivem Holzschutz dar. Aus praktischen und bautechnischen Gründen (Verlegung von Leitungen, Einbringen eines Gefälles) sowie in der Risikoabschätzung im Vergleich mit einem möglichen Wasserschaden in anderen Räumen wie z. B. der Küche (Abflüsse, Geschirrspüler) ist eine Wannenausbildung mit Gefälle in privaten Badezimmern jedoch ein eher unverhältnismäßiger Aufwand [7]. Wesentlich wichtiger als die Ausbildung einer dichten Wanne im Bodenaufbau des gesamten Badezimmers sind die Abdichtung der Armaturen und Sanitärgegenstände in den Duschen sowie die sorgfältige Ausführung der Anschlüsse der Dusch- und

Maßnahmen in Feuchträumen

Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau

C 5.21

C 5.22

Badewannen, um schleichende Wassereintritte zu verhindern. Gleichwohl sind andere Überlegungen bei der Installation der Gebäudetechnik im Holzbau im Vergleich zu mineralischen Bauweisen erforderlich. So ist zum einen die Verlegung von wasserführenden Leitungen hinsichtlich der Länge zu optimieren. Zum anderen empfiehlt sich eine Verlegung in einfach zu wartenden bzw. zu kontrollierenden Vorsatzkonstruktionen. Außerdem gilt es, die Entwicklung von vorgefertigten Raumzellen voranzutreiben, welche die Feuchtbereiche von Wohnungen sowie die gesamten gebäudetechnischen Versorgungsleitungen beinhalten und mittels Plug & Play verbunden werden können. Gerade in diesem Bereich besteht ein Entwicklungsbedarf, der zur Reduzierung der Kosten der Gebäudetechnik und zur Steigerung der Qualität von Holzbauten beitragen kann. Sehr interessante Lösungen zum Leckageschutz wendet man bereits in den nordischen Ländern an: Hier werden in den Vorwandinstallationen vor dem Installieren zusätzliche Abdichtungsebenen eingebracht, die auf die erste wasserführende Ebene geführt werden. Damit wird anfallendes Wasser sofort sichtbar (Abb. C 5.21). Zusätzlich umschließen Trichter die Heizungsleitungen, die bei einer eventuellen Leckage der Leitung das Wasser durch Schläuche in einen Bodenablauf im Schacht abführen (Abb. C 5.22).

Anmerkungen: [1] Teibinger, Martin u. a.: Haustechnik im mehrgeschossigen Holzbau. In: Zuschnitt Attachment – Sonderthemen im Bereich Holz, Holzwerkstoff und Holzbau. proHolz Austria. Wien 2014 [2] Hausladen, Gerhard; Huber, Christian; Hilger, Michael: Holzbau der Zukunft. Teilprojekt 12: Modulare, vorgefertigte Installationen in mehrgeschossigen Holzbauwerken. Reihe Holzbauforschung, Bd. 7/12, Stuttgart 2009 [3] Köhnke, Ernst Ulrich: Fehler werden nicht verziehen. Typische Einbaufehler und deren Auswirkungen auf den Schallschutz. In: Tagungsband zum 3. Internationalen Holz[Bau]Physik-Kongress 2012. Leipzig 2012, S. 97–101 [4] Teibinger, Martin; Matzinger, Irmgard: Brandabschottung im Holzbau. Planungsbroschüre der Holzforschung Austria. Wien 2012 [5] ebd. [6] Als Dämmschichtbildner (Intumeszenz) werden Anstriche bezeichnet, die im Brandfall auf die Temperaturerhöhung der Umgebung reagieren. Wird eine bestimmte Grenztemperatur überschritten, so bildet sich eine voluminöse kohlenstoffhaltige Schicht, die darunterliegende Baustoffe oder Oberflächen isoliert und vor Wärmeeintrag schützt. Die Bildung dieser Dämmschicht basiert auf diversen temperaturabhängigen chemischen Reaktionen. Dämmschichtbildner bestehen in der Regel aus Bindemittel, Gasbildner, Kohlenstoffbildner, Katalysatoren und weiteren Additiven. Zur Ausdehnung benötigen sie Platz, der bei der Planung zu berücksichtigen ist. Quelle: http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/ Brandschutz-Brandschutzbeschichtungen_3502507. html. Stand: 28.11.2016 [7] Ablationsbeschichtungen enthalten Stoffe, die sich bei Hitzeeinwirkung in einer endothermen (= Energie muss zugeführt werden) Reaktion chemisch verändern. Dabei können sie verdampfen, sublimieren (direkter Übergang eines Stoffs vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand) oder schmelzen. Die beschichteten Materialien werden dadurch gekühlt. Außerdem können aus den Beschichtungen Substanzen abgegeben werden, die eine flammhemmende Wirkung haben. Nach Abschluss der chemischen und physikalischen Prozesse bleibt ein poröses, anorganisches, nicht brennbares und fallweise zusammengesintertes Gerüst (Keramik), das zusätzlich thermisch isolierend wirkt. Ablationsprodukte werden überall dort eingesetzt, wo Bauteile der Witterung ausgesetzt sind oder für die Beschichtung ungünstige Außenbedingungen herrschen, denn sie haben nach der Durchtrocknung keine wasserlöslichen oder durch Wasser oder Öl veränderbare Komponenten. Die Beschichtungen sind im Gegensatz zu dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtungen mechanisch belastbar. Quelle: http://www.baunetzwissen.de/standardartikel/ Brandschutz-Brandschutzbeschichtungen_3502507. html. Stand: 28.11.2016 [8] Köhnke, Ernst Ulrich: Schlagregen im Bad. Abdichtung von Bädern und Feuchträumen im Holzbau. In: Holzbau, die neue quadriga 04/2007, S. 22 – 27

Fazit Der vorgefertigte Holzbau bedingt einen interdisziplinären und exakt abgestimmten Planungsablauf mit ausreichendem Zeitbudget. Ein Teil der eingesparten Bauzeit muss anfangs in die sorgfältige Planung investiert werden. Dabei sind die Entscheidungen sehr früh zu treffen, denn gerade die Haustechnikplanungen haben spezielle Anforderungen in Bezug auf Detaillierungsgrad und Rechtzeitigkeit. Der größte Feind des Holzes ist das Wasser. Aus diesem Grund muss besonderes Augenmerk auf die Qualität und sorgfältige Ausführung der wasserführenden Leitungen liegen und es ist ratsam, Details so zu konzipieren, dass Leckagen rechtzeitig entdeckt werden können.

C 5.17 C 5.18 C 5.19 C 5.20 C 5.21 C 5.22

beispielhafte Ausführung einer Schachtdurchdringung Typ A bei einer Holzmassivbaudecke beispielhafte Ausführung einer Schachtdurchdringung Typ A bei einer Holztafelbaudecke beispielhafte Ausführung einer Schachtdurchdringung Typ B bei einer Holzmassivbaudecke beispielhafte Ausführung einer Schachtdurchdringung Typ B bei einer Holztafelbaudecke Leckageschutz einer Vorwandinstallation Leckageschutz bei einem Bauvorhaben in Helsinki

127

Teil D

1

Planung Charakteristika der Holzbauplanung Planungsprozess Digitale Prozesskette im Holzbau

130 130 130 135

2

Produktion Rohstoffindustrie Industrielle Vorkonfektionierung von Platten Subtraktive Fertigung im Holzbauunternehmen Additive Fertigung im Holzbauunternehmen Ausblick

138 138

Vorfertigung Vorfertigung und Individualität Vom Stab zur Raumzelle Fertigungsmethoden Einfluss der Vorfertigung auf Entwurf und Konstruktion

142 142 144 147

3

4

Abb. D

Prozess

Lösungen für die Gebäudemodernisierung Aufstockung Fassade

139 140 140 141

148

150 151 154

Montage eines vorgefertigten Fassadenelements, Studentenwohnheim, Vancouver (CA) 2017, Acton Ostry Architects

129

Planung Wolfgang Huß, Sonja Geier, Frank Lattke, Manfred Stieglmeier

D 1.1

Die Planung eines zeitgemäßen Holzbaus unterscheidet sich von der eines konventionellen Gebäudes insbesondere durch die Vorfertigung und die besonderen Eigenschaften des Baustoffs Holz.

Charakteristika der Holzbauplanung Schon in den ersten Entwurfsüberlegungen sind neben den klassischen architektonischen Themen sehr konkrete holzbauspezifische Einflussfaktoren zu bedenken und in die Planung zu integrieren. Aus der Linearität des Materials Holz ergeben sich Abhängigkeiten zwischen Raumbildung und holzbaugerechter Tragstruktur (siehe »Struktur und Tragwerk«, S. 38ff.). Die Rahmenbedingungen des Brandschutzes, der Vorfertigung, des Energiekonzepts und der Bauphysik sind nicht nur bestimmend für die Konstruktion an sich, sondern auch für Planung und Entwurf. So ermöglichen etwa sichere Fluchtwegkonzepte den Einsatz von Holz auch jenseits der durch die Bauordnungen abgesicherten Bereiche. Die sinnvolle Anordnung von schallemittierenden Räumen und Einheiten mit lärmempfindlicher Nutzung kann Schallschutzanforderungen an die Bauteile senken. Besonders prägend für den Bauprozess im Holzbau ist die Vorfertigung: Elementgrößen und Montageablauf müssen in die Entwurfsüberlegungen integriert werden, da Transportwege und Fertigungsmöglichkeiten schon den Vorentwurf mitbestimmen. Dies zeigt sich am deutlichsten beim Planen mit Raumzellen. Die Vorfertigung erfordert frühzeitig definitive Entscheidungen. Korrekturen vor Ort sind kaum noch möglich, denn Änderungen haben mit fortschreitendem Planungsprozess einen wachsenden Einfluss auf Termine, Qualität und Kosten (siehe »Vorfertigung«, S. 142ff.). Der wesentliche baukonstruktive Unterschied zum robusteren Massivbau liegt darin, dass der Holzbau im wörtlichen Sinne vielschichtiger und daher komplexer ist. Der Markt bietet eine fast überdifferenzierte Auswahl an Materialien mit entsprechend vielen Konstruktionsmöglichkeiten. Bauaufsichtliche Zulassungen sind oft an einzelne Produkte gebun-

130

den und für vermeintlich identische Konkurrenzerzeugnisse nicht gültig. Diesbezüglich gibt es derzeit noch keine übergreifende Standardisierung im Holzbau. Jedes Holzbauunternehmen bevorzugt – je nach Produktionsmöglichkeiten, Zuliefernetzwerk und Erfahrungsschatz – eigene Aufbauten und Details, was eine firmenunabhängige Planung erschwert. Da vor allem der Brand- und Schallschutz beim Innenausbau, aber auch der Feuchteund Wärmeschutz bei der Gebäudehülle in der Regel vom ganzen Schichtenaufbau, also von Rohbau und Ausbau gemeinsam, geleistet werden, sind bei der Planung die Konstruktionen über sämtliche Schichten zusammenhängend zu betrachten und durchzuplanen. Insbesondere bei sichtbarer Konstruktion müssen Fassade und Innenausbau weitgehend zeitgleich im selben Entwurfsschritt mit der Holzbaustruktur konzipiert werden, wodurch sich die Komplexität der Planung wesentlich erhöht (Abb. D 1.2).

Planungsprozess Jedes Bauvorhaben weist seine Besonderheiten und eine eigene Dynamik auf. Die Ursache für auftretende Probleme im Planungsprozess liegt dabei oft in der Nichteinhaltung von einigen Grundvoraussetzungen – und dies betrifft nicht nur den Holzbau: Grundsätzlich ist es ratsam, die generellen Anforderungen und Ziele bereits in der Phase der Projektentwicklung mit dem Auftraggeber so weit wie möglich zu definieren. Budget und Terminrahmen, funktionale Anforderungen und persönliche Vorstellungen bilden wichtige Planungsgrundlagen. Der projektspezifische Bedarf an Fachplanung sollte im Sinne eines integralen Planungsansatzes sehr früh bestimmt sowie das Planungsteam frühzeitig zusammengestellt und beauftragt werden, denn nur die Einbeziehung des Spezialwissens der Fachplaner bereits in die ersten Entwurfsüberlegungen ermöglicht ein schlüssiges Gesamtergebnis. Das Forschungsprojekt leanWOOD zeigt dahingehend Lösungsansätze und Empfehlungen auf [1].

Planung

Zeitplanung und Kommunikation

Planungszeit

Die Ressourcenplanung aller Beteiligten sollte auf der Grundlage eines realistischen und verbindlichen Terminplans stattfinden. Eine gute Kommunikationsstruktur mit regelmäßigen Abstimmungstreffen bildet dafür die Voraussetzung. Des Weiteren bedarf es klarer Vereinbarungen zu Planläufen und zum Änderungsmanagement zwischen allen Beteiligten. Für einen erfolgreichen Prozess ist ein vollständiger Abschluss der einzelnen Leistungsphasen in Abstimmung mit allen Planungsbeteiligten hilfreich. Eine regelmäßige Ergebniskontrolle mit dem Bauherrn sollte mit dem Ziel erfolgen, dass Korrekturen nur innerhalb einzelner Leistungsphasen, nicht aber phasenübergreifend stattfinden und die definierten Planungsleistungen aller Beteiligten abgestimmt vorliegen. Das Verständnis für die Erfordernisse und die Perspektive der jeweils anderen Disziplinen erleichtert die Zusammenarbeit.

Insbesondere im Holzbau ist es wichtig, eine Planungszeit anzusetzen, die der Komplexität der Aufgabe angemessen ist. Dem in der Regel längeren Planungsprozess steht die Zeitersparnis in der Bauphase gegenüber. Kompetenz und Erfahrung im Holzbau sollten im Idealfall nicht nur bei den Disziplinen Architektur, Tragwerksplanung, Brandschutz und Bauphysik vorhanden sein, sondern auch bei der Planung der technischen Gebäudeausrüstung. Hier ist eine klare Schnittstellendefinition besonders wichtig. Dabei gilt es, kritische Punkte an Schnittstellen von Baukonstruktion, Brandschutz und technischer Gebäudeausrüstung frühzeitig zu erkennen und die zu liefernden Planungsleistungen in den jeweiligen Phasen klar zu definieren und zu vereinbaren. Im Holzbau müssen aufgrund der Vorfertigung wesentliche Entscheidungen zu einem früheren Zeitpunkt getroffen werden als beim konventionellen Bauen. Daher bietet es sich an, projekt-

Grundlagenermittlung

Vorplanung

Entwurfsplanung

Kontrolle + Überarbeitung: Ergebnis – Kosten – Termine

Kontrolle + Überarbeitung: Ergebnis – Kosten – Termine

prägende Festlegungen den einzelnen Leistungsphasen zuzuordnen: • Vorentwurfsphase: Definition der wesentlichen Anforderungen aller Disziplinen (Brandschutz, Schallschutz, Energie, Tragwerk, Vorfertigung) und Integration in die Entwicklung des Raumkonzepts • Entwurfsphase: Entwicklung und Klärung aller grundlegenden Konzepte hinsichtlich Tragwerk, Holzbausystem, Schichtenaufbauten, Fügung, Oberflächen, Definition der Schnittstellen, Vorfertigungsgrad und Elementgrößen

D 1.1 regelmäßige Abstimmungstreffen in der Planungsphase sind für einen erfolgreichen Planungsprozess unverzichtbar D 1.2 Planungsphasen von der Anfrage bis zur Elementproduktion mit ihren zentralen Themen. Der Abschluss der Vorphase bildet jeweils die Grundlage für die Folgephase.

Ausführungsplanung

Produktionsplanung

Kontrolle + Überarbeitung: Ergebnis – Kosten – Termine

Anfrage Programm

definierte Aufgabe

Ort Anforderungen Budget / Zeitrahmen Planungsteam

Raumkonzept

Synthese, Vorentwurf

Tragwerk Vorfertigung Brandschutz Bauphysik Energie / Technik

Raumkonzept

Synthese, Entwurf

Tragwerk Vorfertigung Brandschutz Bauphysik Energie / Technik

Tragwerk Vorfertigung

Synthese, Ausführungsplanung

Produktion

Brandschutz

Aufbereitung CNC

Bauphysik

Kapazitäten

Energie / Technik

Ablauf Materialbestellung

Rahmenbedingungen

Konzepte

Detaillierung

Organisation D 1.2

131

Planung

Ausschreibung + Vergabe

weitere Planer

weitere Ausführende

Bauphysikplaner

Holzbauunternehmer

Brandschutzplaner

Architekt Input Koordination / Synthese Haustechnikplaner

Tragwerksplaner

Status quo:

Planung

Ausführung

a

Strategie 1:

Ausschreibung + Vergabe

holzbauspezifisches Fachwissen

Planung

Ausführung

Überlappung = kooperatives Planen

Ausschreibung + Vergabe

Strategie 2:

132

Sind nach diesem Vorgehen die inhaltlichtechnischen Fragen in der Werk- und Montageplanung schon weitestgehend gelöst, kann man sich auf organisatorische Aspekte der Produktion und Montage konzentrieren (z. B. Arbeitsvorbereitung mit Kapazitäten- und Ablaufplanung, Materialbestellung).

Totalunternehmer-Modelle

Der Begriff Vergabe- und Kooperationsmodell beschreibt die Art der Vergabe und die Organisationsstrukturen der Zusammenarbeit in Planung und Ausführung. Das Modell definiert Verantwortlichkeiten, Rollen sowie Informationsund Kommunikationswege. Die Wahl des Vergabe- und Kooperationsmodells hängt vom Profil des Auftraggebers, der spezifischen Bauaufgabe und deren Rahmenbedingungen ab. Das traditionelle Vergabe- und Kooperationsmodell basiert auf einer detaillierten Leistungsbeschreibung und der Vergabe nach Einzelgewerken. Es ist im deutschsprachigen Raum eines der am häufigsten angewendeten Modelle. Fachlich getrennte und hierarchisch gegliederte Strukturen in Planung und Ausführung bilden dabei die Grundlage (Abb. D 1.3 a). Architekten und Unternehmer weisen immer wieder auf seine Vorzüge hin: die gute Vergleichbarkeit von Angeboten für den Bauherrn, der überschaubare Aufwand in der Kalkulation für die Unternehmen und die sachwalterische Funktion des Architekten gegenüber dem Bauherrn. Dieses klassische Modell hat sich über Jahre bewährt. Es stößt aber an seine Grenzen, wenn die unternehmensspezifische Kompetenz im Planungsteam nicht vorhanden ist und Aufbau-

b

c

ten oder Konstruktionen optimiert oder unter Zeit- und Kostendruck kreative Lösungen entwickelt werden müssen. Für die Integration der holzbauspezifischen Kompetenz in frühe Projektphasen eignen sich grundsätzlich zwei Strategien: • Strategie 1: Einbeziehung von holzbauspezifischem Fachwissen (Abb. D 1.3 b) • Strategie 2: Vergabe in früher Projektphase (Abb. D 1.3 c)

Integrative Kooperationsmodelle

umsetzbare Planung

Planung

• Ausführungsplanung der Architekten und Fachplaner: detaillierte Ausarbeitung der im Entwurf festgelegten Konzepte; Abstimmung von Montageablauf und Fügungsmethoden (Elementstöße, Fugen und Verbindungen). • Werk- und Montageplanung der beteiligten Firmen: Zusammenbringen der Ausführungsplanung des Architekten mit der Ausführungsplanung des Tragwerkplaners in einen kongruenten Planstand sowie Umsetzung der planerischen Vorgaben in konkrete, für den jeweiligen Zweck bauaufsichtlich zugelassene Bauprodukte.

Ausführung

D 1.3

Beide Strategien sind grundsätzlich auch im Totalunternehmer-Modell abgebildet.

Der Totalunternehmer übernimmt neben der Ausführung auch die Planung. Dies ist besonders für große Bauunternehmen interessant. Vermehrt bieten auch große Holzbauunternehmen, die prozessbedingt über eigene Planungsabteilungen verfügen, Gesamtleistungen vor allem für private und gewerbliche Bauherren an. Die Planung und Ausführung aus einer Hand hat für Auftraggeber den Vorteil eines Ansprechpartners sowie Kosten- und Terminsicherheit zu einem frühen Zeitpunkt. Nachteile des Modells sind: • Das Vier-Augen-Prinzip, d. h. die gegenseitige Kontrolle von Planer und Ausführendem, entfällt. • Ohne direkt beauftragte Architekten, Ingenieure und Fachplaner verliert der Bauherr die Funktion des fachkundigen Sachwalters. Daraus ergeben sich für ihn große Risiken. Gleichzeitig verliert der Bauherr die Beraterund Treuhänderfunktion der von der Ausführung unabhängigen Architekten und Fachplaner. Es kann je nach Konstellation die Gefahr bestehen, dass architektonische Aspekte zugunsten von wirtschaftlichen nachrangig behandelt werden. Funktionale Ausschreibung

Die funktionale Ausschreibung bietet die Möglichkeit, die Vergabe auf Grundlage eines frühen Planungsstands durchzuführen. Auf Basis baubehördlich genehmigter Pläne und wesentlicher architektonischer Leitdetails werden von den Unternehmen Angebote eingeholt. Damit

Planung

D 1.3

Status quo und mögliche Strategien für Planung und Ausführung a Status quo: Kommunikationshürde Vergabe, Trennung von Planung und Ausführung b Strategie 1: Integration von holzbauspezifischem Fachwissen in die Planung c Strategie 2: Vergabe in früher Projektphase D 1.4 Gegenüberstellung eines konventionellen Planungsprozesses und einer Planung mit kooperativem Planungsteam

bleibt dem Unternehmer der Spielraum, eine geeignete Konstruktionslösung vorzuschlagen. Die detaillierte technische Entwicklung findet im Anschluss im Team mit den Architekten statt. Besonderes Augenmerk muss auf die Definition von Qualitäten und Leistungsgrenzen gerichtet werden, um Konflikte in der Abrechnung zu vermeiden. Nachteil des Modells ist, dass das Nachtragsmanagement nicht auf Basis gewohnter Vorgehensweisen erfolgen kann. Bauteam-Modelle

Integrative Planungsansätze, die planende und ausführende Kompetenzen – optimalerweise auch bereits in frühen Phasen – zusammenführen, sind nicht neu. Vergabe konventionell (Theorie)

In Deutschland wurden, das Vorbild der niederländischen »Bouwteams« aufgreifend, mehrfach Projekte im Rahmen geförderter Modellvorhaben durchgeführt. Die unterschiedlichen Vorgehensweisen und Projektabwicklungen der frühen deutschen Bauteams zeigen, dass kein einheitlicher Standard für die Verfahrensabwicklung existierte, deshalb sprach man auch von »Bauteam-Modellen«. Bei diesen frühen Bauteam-Modellen war für die vertragliche Bindung nur ein Vertrag zwischen dem Bauteam und dem Bauherrn vorgesehen. Neuere Ansätze der Bauteam-Modelle in den Niederlanden haben u. a. die haftungsrechtliche Situation verbessert: Sie basieren nun auf der gesonderten vertraglichen Bindung der

einzelnen Planenden und Ausführenden mit dem Bauherrn, um Haftungsfragen besser lösen zu können. Dabei regelt ein zusätzlicher Bauteam-Rahmenvertrag die Erfolgskriterien der kooperativen Entwicklung im Bauteam und definiert Ausstiegsklauseln für den Fall des Nichterfolgs im Team. Die Ausschreibung der Leistungen erfolgt dabei funktional. Eine weitere Variante des Bauteam-Modells besteht darin, dass der Unternehmer auf Grundlage eines Architektenentwurfs mit einem Bauteam-Vertrag in die technische Planung und Optimierung eingebunden wird. Kann er für das Projekt nach Abschluss der Planung innerhalb des vorab definierten Budgetrahmens die termingerechte Ausführung zusichern, wird

Vertrag Holzbauunternehmer

Planung Architekt + Ingenieure

Termin Übergabe

Werkstattplanung Holzbauunternehmer Vorfertigung Montage

Vergabe konventionell (Praxis)

Planung Architekt + Ingenieure

Input

Termin Übergabe

Redesign = Verzögerung Werkstattplanung Holzbauunternehmer

Verzug Verzug

Vorfertigung

Montage

Vertrag Holzbauunternehmer

kooperative Planung

Planung Architekt + Ingenieure

Termin Übergabe

Kooperation

Werkstattplanung Holzbauunternehmer Vorfertigung Vertrag Holzbauunternehmer

Montage

Zeitersparnis

D 1.4

133

Planung

D 1.5

Grundlagenermittlung

Vorplanung

Entwurfsplanung

Genehmigungsplanung

Ausführungsplanung

Haustechnik

• Klärung Aufgabe • Planungsrandbedingungen • Beratung zum Leistungsbedarf

• Grundlagenanalyse • Erarbeitung Planungskonzept in Varianten mit Vordimensionierung • Aufstellung Funktionsschema • Klärung Prozesse, Randbedingungen, Schnittstellen • Vorverhandlung mit Behörden • Kostenschätzung

• Planungskonzept • Festlegen Systeme und Anlagenteile • Bemessung technischer Anlagen • Übergabe Berechnungen • Kostenberechnung • Verhandlung mit Behörden • Kostenberechnung

• Komplettierung der Bauvorlagen • Komplettierung der Pläne und Berechungen

• Ausführungsplanung • Fortscheibung Berechnungen • Schlitz- und Durchbruchsplanung • Fortscheibung Terminplan • baubegleitende Planung • Prüfung Firmenplanung

Tragwerk

• Klärung Aufgabe • Zusammenstellung Planungsabsichten

• Grundlagenanalyse • Beratung zu Tragwerk • Mitwirkung an Planungskonzept • Mitwirkung an Vorverhandlung der Genehmigungsfähigkeit • Mitwirkung an Kostenschätzung • Mitwirkung an Terminplanung

• Tragwerkslösung • überschlägige Dimensionierung • Konzept konstruktive Details • überschlägige Mengenermittlung • Mitwirkung an Objektbeschreibung, Behördenverhandlung, Kostenberechnung

• • • •

• • • • •

Durcharbeitung Planung Schalpläne Konstruktionszeichnungen Stahl- und Stücklisten Fortführung Abstimmung Prüfämter

Architektur

• • • •

• Grundlagenanalyse • Abstimmung Zielvorstellung • Vorplanung in Varianten • Klärung der Zusammenhänge • Koordination Fachplaner • Vorabklärung der Genehmigungsfähigkeit • Kostenschätzung • Grobterminplanung

• • • •

• Komplettierung der Bauvorlagen • Einreichen der Vorlagen

• • • • •

Ausführungsplanung Koordination Fachplaner baubegleitende Planung Prüfung Firmenplanung Fortschreibung Terminplan

Input Holzbau

• Bauherrnberatung

• Beratung Kosten • Konzept Elementierung

• Leitdetails • Vorfertigungsgrad • Elementgrößen

• • • • •

Bauteilaufbauten Anschlussdetails Abstimmung Fertigung Elementgrößen Montageablauf

Klärung Aufgabe Ortsbesichtigung Klärung Leistungsbedarf Definition Fachplanerbedarf

Entwurfsplanung Koordination Fachplaner Objektbeschreibung Behandlung der Genehmigungsfähigkeit • Koordination Fachplaner • Kostenberechnung • Fortschreibung Terminplan

prüffähige Berechnungen Positionspläne Abstimmung Prüfämter Komplettierung der Pläne und Berechnungen

D 1.6

D 1.5

dreidimensionales CAM-Modell als Grundlage für den CNC-Abbund D 1.6 Leistungsbilder gemäß HOAI 2013 mit Input Holzbau D 1.7 Gegenüberstellung mit den Vor- und Nachteilen von konventionellen und kooperativen Planungsmodellen aus Bauherrnperspektive D 1.8 vorgezogener und traditioneller Planungsprozess im Holzbau – Aufwandsverlagerung und Einfluss auf Kostenentwicklung (nach MacLeamy, 2004)

134

Planung

er anschließend mit einem Bauvertrag weiter beauftragt. Kommt keine Einigung zustande, wird er entschädigt und der Bauherr kann alternativ weitere Angebote auf Basis der erarbeiteten Grundlagen einholen. Diese integrativen Planungsansätze, die auf dem Prinzip der Einbeziehung aller erforderlichen Fach- und Ausführungsdisziplinen zu einem frühen Zeitpunkt basieren, befinden sich allerdings noch am Anfang ihrer Entwicklung. Für solche integrativen Ansätze müssen bei Projekten nach dem öffentlichen Vergaberecht jedoch zuvor Anpassungen in den rechtlichen Rahmenbedingungen vorgenommen werden. Fazit

Entscheidend für den Erfolg eines Holzbauprojekts ist es letztendlich, ein für das Projekt und den Bauherrn geeignetes Vergabe- oder Kooperationsmodell zu bestimmen. Auch produzierende Betriebe und Unternehmer profitieren, wenn Aufträge bevorzugt vergeben werden, die eine hohe Kongruenz mit dem eigenen Kompetenzprofil aufweisen. Praxisstudien haben gezeigt, dass bei hohem Schwierigkeitsgrad des Projekts kooperative Modelle viele Vorteile bieten. Integrative Planung und Konzeptentwicklung im Team erlauben es, Form, Material und Konstruktion mit Wirtschaftlichkeit und Qualität abzustimmen. Auch bei hohem Kosten- oder Zeitdruck sind durch frühen Einbezug fachlich qualifizierter Unternehmen kreative Lösungen möglich. Unterschiedliche Planungsmodelle sind auch im Holzbau anwendbar. Die Wahl hängt stark davon ab, wie komplex das Gebäude ist und welchen Detailanspruch Bauherr und Architekt haben. Funktionelle Ausschreibungen bringen überzeugende Ergebnisse bei einfachen Bauten auf Grundlage guter Leitdetails, bei komplexen Bauten ist eine zufriedenstellende Werkplanung als Ausschreibungsgrundlage ratsam, die aber eine frühzeitige Einbindung von Holzbaukompetenz durch Ausführende oder Holzbauingenieure erfordert (Abb. D 1.7).

für die Maschinenansteuerung und Werkzeugauswahl von CNC-Fräsmaschinen (siehe »Subtraktive Fertigung im Holzbauunternehmen«, S. 140). Fertigungsrelevante Aspekte wie Verschnitt, Materialverbrauch, statische Dimensionierungen, Elementteilungen etc. lassen sich zu diesem Zeitpunkt bewerten und optimieren. Danach sind Änderungen in der Planung nur noch mit hohem Aufwand in der Ausführung möglich (Abb. D 1.8). Diese notwendige Vorverlagerung von Planungsentscheidungen in die Vor- bzw. Entwurfsplanung hat der moderne Holzbau mit der BIM-Methode (Building Information Modelling – Gebäudedatenmodellierung) gemein, die einen optimierten Prozess von Planung, Ausführung und Betrieb von Gebäuden mithilfe einer 3D-Software beschreibt. Dabei werden alle relevanten Gebäudedaten digital erfasst, vernetzt und im Idealfall auf einer gemeinsamen Datenplattform gespeichert. Zudem lässt sich das Gebäude als virtuelles 3D-Gebäudemodell geometrisch anschaulich darstellen. Konventionelle 2D-Darstellungen in Grundriss und Schnitt beschreiben das Bauwerk hingegen nur zum Teil und bringen daher einen höheren Abstraktionsgrad mit sich. Durch die 3D-Darstellung werden zu einem früheren Zeitpunkt mehr Informationen konkret dargestellt und verwaltet. Dadurch bedarf es bei der BIMMethode wie bei der Vorfertigung im modernen Holzbau einer Vorverlagerung des Planungsprozesses in frühe Planungsphasen (Abb. D 1.8),

um rechtzeitig eine Grundlage für Planungsentscheidungen zu schaffen. Eventuelle Kollisionspunkte in der Planung unterschiedlicher fachlich Beteiligter sind so rechtzeitig zu erkennen und zu vermeiden. Ein kosten- und zeitintensiver baubegleitender Planungsprozess während der Ausführung, wie ansonsten meist üblich, lässt sich mit der BIM-Methode umgehen. Der höhere Informationsgehalt der Dateien erlaubt zudem fortwährend genauere Betrachtungen z. B. hinsichtlich Kosten, Wirtschaftlichkeit oder Energieeffizienz.

konventionelle Modelle mit Trennung von Planung und Ausführung

kooperative Modelle mit Integration der Ausführenden in die Planung

+ gute Vergleichbarkeit der angebotenen Qualität durch präzise Leistungsbeschreibung als klare Entscheidungsgrundlage

– Vergleichbarkeit unterschiedlicher Angebote benötigt qualitative und differenzierte Evaluation

+ singulärer Lösungsansatz

+ kreative Lösungsansätze möglich

– Einhaltung von Kosten und Terminen muss laufend überwacht werden

+ Kosten- und Terminsicherheit wird durch integrative Entwicklung erhöht

– Risiko bei Unvorhergesehenem während der Bauphase liegt beim Bauherrn

+ Risiko bei Unvorhergesehenem liegt beim Ausführungsteam

Closed- oder Lonely-BIM-Modell

Die meistverbreitete Anwendungsform von BIM in der Holzbauvorfertigung ist derzeit das sogenannte Closed- oder Lonely-BIM-Modell im eigenen Unternehmen des Holzbauers. Die Entwurfsplanung wird mit systemkompatibler Software in die Fertigungssoftware übertragen und als 3D-Modell entsprechend der internen Prozesse beschrieben. Dieses 3D-Modell wird mit möglichst vielen Informationen angereichert. Über das Zeichnen der Pläne hinaus lassen sich Kosten und Massen ermitteln, Stücklisten, Angebote und Abrechnungen erstellen sowie die Baustellenlogistik organisieren. Open BIM-Modell

Für einen umfassenden integrativen Planungsprozess müssen die Daten aller an der Planung und Ausführung Beteiligten zu einem frühen Stadium der Planung zusammengeführt und

Digitale Prozesskette im Holzbau Der digitale Prozessablauf im Holzbau basiert auf einer durchgängigen Organisation von Daten, beginnend beim Entwurf des Architekten, vertieft in Konstruktion und Berechnung mit Fachplanern sowie anschließenden Optimierungsprozessen und endend bei der finalen Fertigung im Holzbauunternehmen. Bei der Übernahme der 2D- oder 3D-CAD-Daten (Computer Aided Design – computergesteuerte Planung) der Architektenplanung in die CAM-Planung (Computer Aided Manufacturing – computerunterstützte Fertigung) des Holzbauunternehmens werden auch die firmenspezifischen Besonderheiten der dort möglichen Fertigungsprozesse berücksichtigt (Abb. D 1.5). Die CAM-Daten basieren in der Regel auf einem 3D-Modell und bilden die Grundlage

Effekt

D 1.7 Einfluss auf Funktion und Kosten Kosten der Entwurfsänderung vorgezogener Planungsprozess

Konzeptphase

Vorplanung

Entwurfsplanung

traditioneller Planungsprozess

Ausführungsplanung

Ausschreibung

Ausführung

Betrieb Zeit D 1.8

135

Planung

a

b

c

auf den Produktionsprozess abgestimmt werden. Architekten, Fachplaner und zuliefernde Firmen verarbeiten entsprechend einer vorherigen Vereinbarung bezüglich des Detaillierungsgrads (auch LOD – Level of Detail oder Development genannt), ihre Daten in einem 3D-Modell. Diese Modelle werden dann mittels eines Datenaustauschformats (z. B. IFC) in einem gemeinsamen 3D-Modell auf einer Datenplattform zusammengeführt und im Idealfall mit den Daten des 3D-Modells der Fertigung verknüpft. Die Erfordernisse aus Vorfertigung und BIM könnten sich so effizient ergänzen. Dieses Modell mit einer weitgehend gemeinsamen Datenplattform entspricht dem Open-BIM-Modell. Allerdings steht für die Integration der CAM-Dateien des Holzbauers in ein gemeinsames Datenmodell derzeit noch keine geeignete Software zur Verfügung. Auch Bauteilbibliotheken mit einheitlichen Standards sind nicht ausreichend entwickelt und der Datenaustausch aufgrund mangelnder Schnittstellen noch weitgehend umständlich. Die Informationen, die mit dem Austauschformat transportiert werden, kommen derzeit nicht in gleicher Weise beim Empfänger an, wie sie der Adressat aufgegeben hat. Viele der Informationen, die der Datei anhängen, sind mit unterschiedlicher Software nicht lesbar.

österreichischen Bauteilplattform dataholz.com mit geprüften Bauteilschichten beitragen. Allerdings sind vorher zahlreiche Prüfverfahren erforderlich, um die entsprechenden Normen und Brandschutzanforderungen zu erfüllen. Am Ende könnte eine 3D-Bibliothek stehen, die eine Auswahl zertifizierter Anwendungen bereitstellt.

modelle und Komplexitätsgrade von Projekten bieten für alle Architekturbüros Möglichkeiten, in die Planung von mehrgeschossigen Holzbauten einzusteigen oder sich auf diesem Gebiet weiterzubilden. Für einen erfolgreichen Planungsprozess ist es förderlich, wenn die holzbauspezifische Kompetenz und Erfahrung entweder im Planungsteam vorhanden ist oder durch die frühe Einbeziehung des ausführenden Unternehmens in die Planung gewährleistet wird. Für private wie auch öffentlich beauftragte Projekte gibt es für beide Strategien bereits geeignete Verfahren. Schnittstellen und Kommunikation sowohl innerhalb des Planungsteams als auch mit den Ausführenden bedürfen der Präzisierung und Standardisierung. Der sich derzeit etablierende Beruf des Holzbauingenieurs, der sowohl die Tragwerksplanung als auch Lösungen für den Brandschutz und die Bauphysik liefert, kann zukünftig die Kompetenzlücke zwischen Planung und Ausführung schließen. Diese Entwicklung wird durch die fortschreitende Standardisierung der zur Verfügung stehenden Holzbaulösungen wesentlich bestärkt und vereinfacht werden.

Verbreitung von BIM

Das 3D-Modell des Holzbauunternehmens mit festgelegten Zeichenstandards und eigenem Bauteilkatalog – abgestimmt auf die internen Fertigungsprozesse – entspricht im Wesentlichen den Strukturen des 3D-Modells der BIMMethode. Auch der hohe Vorfertigungsgrad und die Automatisierung in der Produktion decken sich mit der BIM-Idee. Um die Potenziale der BIM-Methode jedoch optimal nutzen zu können und das 3D-Planungsmodell mit dem 3D-Produktionsmodell des modernen Holzbaus ohne Schnittstellen in Einklang zu bringen, müssen die Anforderungen an die Software durch die Holzbaubetriebe erst definiert werden.

In Mitteleuropa wurde – anders als in den angelsächsischen und nordischen Ländern – eine verpflichtende Anwendung von BIM bisher nicht eingeführt. Die Verbreitung bei Architekten beschränkt sich daher bislang auf größere Bürostrukturen, die entsprechend größere Auftragsvolumen bearbeiten und diese meist im Ausland generieren. Für kleine Büros, die in Deutschland 90 % der Architekturbüros ausmachen, ist die Einführung von BIM mit hohen Investitionen und Mehraufwand bei der Projektbearbeitung sowie einer notwendigen Fachkompetenz für das BIM-Management verbunden. Wegen der genannten Probleme mit dem Datenaustausch nutzen 60 % der BIM-Anwender die Daten nur intern für ein 3D-Modell. Die durchgängige digitale Prozesskette von der Planung bis zur Vorfertigung ist also in der Praxis noch nicht möglich. Ziel der Entwicklung ist das integrative Arbeiten mit einer von Beginn des Prozesses an festgelegten Struktur, das unter Begleitung eines BIMKoordinators zu einem integrativen Planungsund Fertigungsprozess vom Entwurf bis zur Maschinenansteuerung führt. Die Koordination könnte – bei entsprechender Ausbildung – von Architekten und Holzbauingenieuren übernommen werden, da sie den gesamten Prozessablauf aus Planung und Produktion im Blick haben. Voraussetzung für einen durchgängigen Planungs- und Produktionsprozess ist die Bereitschaft der fachlich Beteiligten zur interdisziplinären Kommunikation und die Entwicklung einer für alle Beteiligten geeigneten Software bzw. von entsprechenden Dateiformaten.

Standardisierung der Informationsmodelle

Fazit

In Bezug auf die Standardisierung der Bauteilbibliotheken könnte die Weiterentwicklung der

Holzbaugerechtes Entwerfen erfordert Expertise in der Planung. Unterschiedliche Kooperations-

Schnittmengen Holzbauplanung – BIM

136

D 1.9

Anmerkungen: [1] LeanWOOD: internationales Forschungsprojekt unter Koordination der Technischen Universität München mit dem Ziel der Entwicklung einer holzbaugerechten Planungskultur für den vorgefertigten Holzbau mit Schwerpunkt innovativer Planungsprozesse und Kooperationsmodelle. Laufzeit Juni 2014 bis Mai 2017. www.leanwood.eu

D 1.9

Planungsphasen am Beispiel Gymnasium in Diedorf (DE) 2015, Architekten Hermann Kaufmann, Florian Nagler Architekten a Konzept Tragwerksplanung b Werkplandetail Architektur c Ausführungsdetail Holzbauunternehmen D 1.10 Festlegungen im Planungsprozess (exemplarisch): Die Tabelle zeigt an einem Beispiel, welche Planungsbeteiligten welche Festlegungen in der jeweiligen Planungsphase treffen. Der Ausschnitt fokussiert dabei von der Gebäudeebene zunehmend auf einen Detailpunkt.

Planung

Tragwerk

TGA

Energie

Brandschutz

Bauphysik

Vorgaben Normen und Richtlinien ‡ Vorgaben Stand / Regeln ‡ der Technik

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‡ Zulassung Produkte /

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Raumgeometrie Ausrichtung Gebäude Raumschichten / Raumplan Geschosshöhe Konzept Erschließung Konzept Öffnungen Baukörper

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Tragwerk Lastabtragung Systemachsen

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Brandschutz Konzept (Fluchtwege etc.) Anforderungen Bauteile

Bauphysik

Holzbau

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Brandschutz

Architektur

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Energie

Bauphysik

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TGA

Brandschutz

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Tragwerk

Energie

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Holzbau

TGA

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Architektur

Tragwerk

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Haustechnik / Energie Trassenführung Lage Haustechnikräume Konzept Lüftung Konzept Heizen / Kühlen Konzept Tageslicht / Sonnenschutz Dämmstandard Gebäudehülle

Ausführungsplanung

Holzbau

Baurecht Vorgaben Bauordnung / Satzungen Vorgaben Bebauungsplan Gebäudeklasse

Entwurfsplanung

Architektur

Vorplanung

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Bauweisen ‡

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Stärke Decken / Wände Lage, Größe, Aufschlag Türen Lage / Höhe abgehängte Decke Außenkanten Haustechnikschächte

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‡ Dimension Bauteile / ‡ Komponenten ‡

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Konstruktionsart, Material Vordimension Konzept Anschlüsse

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‡ Nachweis sämtlicher Bauteile ‡ Details Anschlüsse ‡

Vordim. Leitungen Schacht Vordim. Leitungen Flurdecke Anordnung / Kreuzung Medien Übergabepunkte Beleuchtungskonzept Abstimmung Durchbrüche ‡ Konzept Brandschottung TGA Konzept Revision Trassen

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Dimensionierung Leitungen Dämmungen Leitungen Abstand Leitungen Befestigung Leitungen Produkte Schalter, Dosen, Leuchten Fußbodenheizung System Fußbodenheizung Heizschleifen

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‡ Anschluss Brandschott / Decke ‡ Produkt Brandschott

Brandschott Abstände

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Brandschutznachweis Bauteilaufbau

Bauphysik Konzept Schallschutz Konzept Akustik

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Schallschutznachweis Akustikmaßnahmen

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‡ Detailprüfung Schallschutz ‡ Detailprüfung Akustik

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Vorfertigung Konzept 1D / 2D / 3D

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Elementgrößen / Transport Montageablauf grob Vorfertigungsgrad

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‡ Ausbildung Elementstöße ‡ Detail Montage ‡ Vorfertigungsgrad

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Bauteile Geschossdecke Folge Funktionsschichten Höhe Bodenaufbau Festlegungen Abhangdecke Bodenbelag Elementierung

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Bodenbelag Estrich Trennlage Trittschalldämmung Schüttung System Abhangdecke Oberfläche Decke

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Bauteile Trennwand Folge Funktionsschichten Stärke Wandaufbau Wandoberfläche Elementierung

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System Vorsatzschale Oberfläche Schale Dämmung Brettsperrholz Qualität

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Bauteile Glasflurwand Teilung Wandstärke

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‡ Verglasung Stärke und Qualität ‡ Ausbildung Anschlüsse

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Bauteile Konzept und Anforderungen Bauteile

Geometrie, Material, Oberfläche Profile ‡ Federführung ‡ Mitwirkung ‡ ohne Beteiligung

Bauteile Schachtwand Konstruktionsprinzip Wandstärke

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‡ System Vorsatzschale

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‡ Oberfläche Schale ‡ Dämmung Stärke und Qualitäten ‡

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D 1.10

137

Produktion Wolfgang Huß

D 2.1

D 2.1 D 2.2 D 2.3 D 2.4 D 2.5 D 2.6

138

Die Produktionskette eines Holzbaus beginnt bei der Holzernte. Im Gegensatz zu den skandinavischen Ländern, wo der Einschlag weitgehend industrialisiert, oft im Kahlschlag von Kleinflächen und mittels Holzvollerntern erfolgt (Abb. D 2.2), werden in Mitteleuropa mit Ausnahme der Aufarbeitung von Windwürfen oder Kalamitäten (Massenerkrankungen durch Schädlinge etc.) nur ausgewählte Einzelbäume entnommen. Dabei wird die lokale Situation wie etwa der Lichteinfall und damit das künftige Wachstum umgebender Bäume im Detail geprüft und der Baum zum Teil noch in Handarbeit gefällt und entastet. Kann der Abtransport innerhalb von Tagen oder Wochen erfolgen, ist es üblich, die gefällten Bäume auf Lagerplätzen an den Forststraßen zu sammeln und noch mit der Rinde zu Poltern (Holzstößen) aufzuschichten. So behalten die Stämme den Feuchtegehalt zum Zeitpunkt der Fällung. Dies ist wichtig für die Konservierung der Baumstämme, denn nur mit Wasser gefüllte Holzzellen verhindern das Eindringen von Außenluft, die Schädlinge wie z. B. Käfer zum Überleben brauchen. Bei längerer Lagerzeit können die Stämme auch bereits entrindet zur Trocknung aufgestapelt werden, wodurch sich Pilzbefall vermeiden lässt. Voraussetzung für die entrindete Lagerung sind gesunde, also nicht von Schädlingen oder Fäulnispilzen befallene Stämme. Insbesondere im Kalamitätsfall ist auch die Lebendkonservierung üblich. Dabei bleibt der liegende

Baum mit einem Teil des Wurzelwerks verbunden. Vereinzelt kommen luftdichte Folienverpackungen zum Einsatz. Gibt es aufgrund von Sturmschäden ein Überangebot an umgestürzten Bäumen, ist gegebenenfalls eine Langzeitlagerung über mehrere Jahre notwendig. In diesem Fall dient auch die aufwendigere Nasslagerung mit Beregnung oder Wasserlagerung der Konservierung der Baumstämme (Abb. D 2.3).

D 2.2

D 2.3

Rohstoffindustrie Die Verarbeitung des Rohstoffs Holz ist zunehmend von Betrieben industrieller Größenordnung und weitgehender Automatisierung geprägt. Kleinere Sägewerke spezialisieren sich auf ausgesuchte Sortimente und Qualitäten. Anlieferung und Sortierung des Rundholzes sind die ersten Prozessschritte. Dabei werden die Stämme abgelängt und entrindet, auf etwaige Metalleinschlüsse detektiert sowie mittels Röntgenverfahren auf Fehlstellen hin untersucht, dreidimensional vermessen und schließlich nach den Kriterien Holzart, Qualität, Länge, Durchmesser und Abholzigkeit (Änderung des Stammumfangs von Wurzel zu Krone) sortiert und auf entsprechenden Lagerplätzen gestapelt. In der Sägelinie wird das Holz in Hauptund Seitenware aufgetrennt, die Seitenware anschließend noch nachbearbeitet. Dabei kommen unterschiedliche Technologien wie Zer-

Werkhalle eines Holzbauunternehmens mit Elementfertigung Einschlag mittels Holzvollernter Polter mit Nasslagerung Fingerfräse eines Einzelaggregats Mehrachsarm einer CNC-Fräse Überblick über die Bearbeitungsautomaten der subtraktiven und additiven Fertigung im Holzbau

Produktion

D 2.4

spaner, Gatter-, Band- und Kreissägen auch in Kombination zum Einsatz. Daraufhin erfolgt ein erneuter Sortiervorgang nach Holzart, Dimension und Qualität mit anschließender Paketierung der Schnitthölzer. In Trockenkammern lässt sich das Holz innerhalb weniger Tage auf die gewünschte Einbaufeuchte trocknen. Wird besonders maßhaltiges Holz oder eine glatte Oberfläche benötigt oder sollen aus der sägerauen Ware verleimte Produkte hergestellt werden, ist ein Hobelvorgang notwendig. Dieser findet bei der Leimholzproduktion in der Regel maximal 24 Stunden vor der Verleimung statt, da die Maßhaltigkeit der Bretter dann am höchsten ist. Produktionsreste wie Rinde, Abschnitte und Späne lassen sich zu Rindenmulch bzw. Holzwerkstoffplatten oder Pellets weiterverarbeiten oder auch als Energielieferant für die interne Produktion (Trocknung etc.) verwenden.

additive Fertigung Elementerstellung

subtraktive Fertigung Abbund / Konfektionierung

Stäbe: ablängen und schiften, allseitig fräsen und bohren, markieren und beschriften

D 2.5

Platten: zuschneiden, Öffnungen herstellen, fünfseitig fräsen und bohren, markieren und beschriften

Ständerwerke: fügen und fixieren (halbautomatisch / vollautomatisch)

Beplankungen: auflegen, nageln und klammern, Überstände absägen, Öffnungen und Fräsungen herstellen

Vollholz KVH BSH

Holzwerkstoffe max. 120 mm Werkstoffdicke

BSP / BSH max. 480 mm Werkstoffdicke

Tafelbauelemente Deckenelemente Dachelemente

Tafelbauelemente Deckenelemente Dachelemente

CNC-Abbundmaschine

Plattenbearbeitungsautomat

Plattenbearbeitungszentrum

Riegelwerkstation

Multifunktionsbrücke

Industrielle Vorkonfektionierung von Platten In der weiterverarbeitenden Industrie werden sowohl Vollholzprodukte als auch Holzwerkstoffe hergestellt. Die Fertigung von Holzwerkstoffplatten aus Fasern und Spänen erfolgt dabei ausschließlich als industrielle Standardware. Dagegen beginnt bei vielen Vollholzprodukten wie Brettschichtholz (BSH) und Brettsperrholz (BSP) bereits an dieser Stelle die projektspezifische Maßanfertigung: Nach den CAM-Dateien der ausführenden Holzbauunternehmen lassen sich etwa großformatige BSHTräger und -Stützen mit Bohrungen, Fräsungen und Einbauteilen für die Montage maßgenau vorbereiten (siehe »Digitale Prozesskette im Holzbau«, S. 135f.). Brettsperrholzplatten werden industriell nach Standardmaßen produziert, anschließend häufig auch schon im Werk zugeschnitten und mit Aussparungen versehen, wobei die dafür notwendigen Portalbearbeitungszentren allerdings nur im industriellen Maßstab sinnvoll und daher für mittelständische Holzbauunternehmen nicht rentabel sind. Je nach Vorfertigungsgrad werden die so vorbereiteten Elemente direkt auf die Baustelle geliefert oder in der Werkhalle des Holzbauunternehmens weiterbearbeitet.

Kombinations-Wand-System

alle oben genannten Funktionen + zusätzliche Funktionen: Teile auflegen und ausrichten, Klebungen

Portalanlage mit Robotikarm und Werkzeugwechselmagazin D 2.6

139

Produktion

Subtraktive Fertigung im Holzbauunternehmen Während kleine Handwerksbetriebe händisch abbinden oder die Bearbeitung von Holzstäben an spezialisierte Zentren vergeben, verfügen bereits mittelgroße Betriebe in aller Regel über eigene Maschinen für den Abbund von Stäben mittels CNC. Diese sind in der Lage, die in der dreidimensionalen CAM-Zeichnung definierte Stabgeometrie in einen automatisierten Bearbeitungsvorgang zu übersetzen und selbstständig die Bearbeitungsmethode und den geeigneten Werkzeugkopf auszuwählen. Die Mehrachsigkeit der Roboter und die Möglichkeit, im Bearbeitungsvorgang sowohl das Werkstück wie auch die Werkzeuge zu bewegen, erlauben die Herstellung nahezu jeder denkbaren Geometrie. Zwei Typen von CNC-Fräsmaschinen kommen für die Bearbeitung von Stäben zum Einsatz: • Anlagen mit aneinandergereihten Einzelmodulen, die je einen Werkzeugtyp wie mehrachsige Bohrer, Fingerfräser, Scheibenfräser, Schwalbenschwanzfräser, Schlitzgeräte,

Markier- und Beschriftungsgeräte etc. bereitstellen (Abb. D 2.4, S. 139). Diese Geräte sind insbesondere für Unternehmen mit wiederkehrenden Produktionsschritten und weitgehend standardisierten Konstruktionen wie etwa im Holztafelbau geeignet und heute sehr verbreitet. • Die jüngst entwickelten Fräsroboter, die mit einem multifunktionell einsetzbaren sechsachsig schwenkbaren Arm und einem Wechselmagazin mit zahlreichen Werkzeugköpfen ausgerüstet sind und so verschiedene Aufgaben ausführen können, erlauben hohe Flexibilität in der Produktion bei etwas längeren Bearbeitungszeiten. Diese Maschinen sind besonders für komplexe und individualisierte Aufgaben prädestiniert (Abb. D 2.5, S. 139). Größere Holzbauunternehmen besitzen zusätzlich auch Bearbeitungsautomaten für Holzwerkstoffplatten, die Material bis zu einer Stärke von ca. 120 mm zuschneiden und fräsen können. Diese Maschinen arbeiten mit verschnittoptimierender Software und lassen sich auch mit automatischer Beschickung ausrüsten.

D 2.7

140

Durch die vollautomatisierte Bearbeitung, die Verwendung von technisch getrocknetem Holz und die sehr geringen temperaturabhängigen Querschnitts- und Längenänderungen stehen im Holzbau heute im Vergleich zu anderen Materialien Bauteile mit der höchsten Maßpräzision im Millimeterbereich zur Verfügung. Dies ist in Kombination mit anderen Bauarten besonders bei den Fügungen zu berücksichtigen.

Additive Fertigung im Holzbauunternehmen Das anschließende additive Fügen der vorkonfektionierten Stäbe und Platten zu Wand-, Decken- und Dachelementen kann heutzutage technisch gesehen weitgehend automatisiert ablaufen. Der Anteil an Handarbeit ist dabei jedoch insbesondere bei kleinen und auch mittleren Betriebe noch relativ hoch. Große Holzbauunternehmen und Fertighaushersteller nutzen das Potenzial der Automatisierung auch in diesem Produktionsschritt weitgehend: Die Produktion von Tafelbauwänden beginnt in der Regel mit liegenden Elementen (Abb. D 2.7). Halbautomatische Riegelwerkstationen mit automatischer Beschickung, Positionierhilfen sowie automatischen Schraub- und Nagelaggregaten erlauben die Montage des Ständerwerks mithilfe einer einzelnen Person unter ergonomischen Arbeitsbedingungen. Die anschließende Beplankung der Elemente erledigen Multifunktionsbrücken weitgehend automatisch: Nach Auflegen der Platten mittels Vakuumhebezeugen erfolgt die Befestigung mit Klammerrobotern am Ständerwerk (Abb. D 2.8 b und c). Überstehende Plattenteile werden computergesteuert abgetrennt sowie Ausschnitte für Fensteröffnungen oder Installationen hergestellt. Schmetterlingswendetische lassen sich mit der Portalanlage kombinieren, erleichtern die beidseitige Bearbeitung und damit das Fertigen von geschlossenen Elementen (Abb. D 2.8 a). Alternativ findet das Wenden auch mithilfe einer Krananlage statt. Häufig folgt nun die Installation von Leerrohren, Elektroleitungen, Lüftungskanälen bis hin zu Brandschutzklappen in die Wand- und Deckenelemente – aufgrund der hohen Projektspezifik geschieht dies in Handarbeit. Lattungen und Bekleidungen können

Produktion

a

b

weitgehend automatisiert aufgebracht werden. In der stehenden Montage findet der manuelle Einbau von Bauteilen wie Fenstern oder Raffstores statt. Das Absenken der Elemente in schmalen Gräben in der Werkhalle ermöglicht dabei ein ergonomisches Arbeiten.

zusetzen sowie Verklebungen durchzuführen. Solche Roboter lassen das vorhandene Potenzial für eine weitere Industrialisierung erahnen. Zusätzliche Gestaltungs- und Fertigungsmöglichkeiten für hoch individualisierte Aufgaben auf der einen Seite sowie eine erhebliche Produktivitätssteigerung und Kostenreduktion für ein stärker standardisiertes mehrgeschossiges Bauen auf der anderen Seite sind die Motivation, eine durchgängige Automation zu erreichen. Die weitere Entwicklung wird zeigen, inwieweit Holzbauunternehmen ihre zum Teil handwerklich geprägte Arbeitsweise aufgeben und sich stärker an den Automationsgrad von Industrien wie dem Flugzeug-, Schiffs- oder Automobilbau annähern werden.

Ausblick Vereinzelt kommen in den Holzbauunternehmen schon heute Portalroboter zum Einsatz, die die beschriebenen subtraktiven und additiven Fertigungsschritte übernehmen können. Diese Anlagen sind zusätzlich in der Lage, komplexe Bauteile aus Einzelstäben automatisiert zusammen-

c

Entsorgung

D 2.7

Herstellen des Ständerwerks eines Holztafelbauelements an einer Riegelwerkstation D 2.8 Vorfertigung eines Holztafelbauelements: a Schmetterlingswendetisch zur beidseitigen Bearbeitung der Elemente b Vakuumhebearm zum Auflegen der Platten c Aufnageln der Beplankung an der Multifunktionsbrücke D 2.9 Produktionsabläufe, beispielhafter Grundriss einer Werkhalle, Holzbauunternehmen Gumpp & Maier, Binswangen (DE)

Heizung und Druckluft

Mühle

Späne

D 2.8

CNC-Fräsautomat

Schlosserei

Magazin

Abbund

Kranbahn

Hobelmaschine

Material

Sägen

Montage Decken- und Dachelemente

Büro

Materialanlieferung

Verladehof Montage Außenwandelemente

Multifunktionsbrücke

Montagetisch Montage Innenwandelemente

Material

Kranbahn

Lagerhalle Material

Schmetterlingsmontagetisch

Lagerbereich Fenstermontage

Flockstation (Einblasen der Dämmung) D 2.9

141

Vorfertigung Wolfgang Huß

D 3.1

Holz und Holzwerkstoffe eignen sich wegen ihrer einfachen Bearbeitbarkeit, der Fügetechnik und vor allem aufgrund des geringen Transportgewichts der Elemente und Raumzellen besonders gut zur Vorfertigung großer Bauelemente und Gebäudeteile.

Vorfertigung und Individualität

D 3.1

Vorfertigung von Raumzellen, Europäische Schule, Frankfurt / Main (DE) 2015, NKBAK Architekten D 3.2 Vorfertigung von Tafelbauelementen in der Montagehalle D 3.3 Vorfertigung von linearen Elementen (Stäbe) a Prinzipdarstellung b Bürogebäude in Augsburg (DE) 2015, lattkearchitekten D 3.4 Vorfertigung von flächigen Elementen a Prinzipdarstellung b Bürogebäude LifeCycle Tower (LCT ONE), Dornbirn (AT) 2012, Architekten Hermann Kaufmann D 3.5 Vorfertigung von raumhaltigen Elementen (Raumzellen / Modulbauweise) a Prinzipdarstellung b Hotelanbau, Bezau (AT) 1998, Kaufmann 96

142

Die landläufige Vorstellung von vorgefertigten Gebäuden ist noch immer stark von der Architektur der 1960er- und vor allem der 1970erJahre geprägt, die durch den Einsatz von seriellen Stahlbetonfertigteilen charakterisiert war. Dieser haftet ein Image von Gestaltungsarmut, Monotonie und fugenbetonter Starrheit an. Dem sogenannten Plattenbau – besonders weit verbreitet in den ehemaligen sozialistischen Ländern Europas – lag jedoch eine der Vorfertigung im Holzbau völlig konträre Technologie zugrunde. Die Effizienz war in der großen Stückzahl gleicher Bauteile begründet. Fertigteilschalungen ließen sich so immer wieder verwenden und die aufwendig analog erstellten statischen Nachweise mussten nicht angepasst werden. Diese starren Schemata benötigt die moderne Holzbauvorfertigung nicht. Moderne Software kann die Abbunddaten selbst komplexer Gebäude automatisiert generieren (siehe »Planung«, S. 130ff. und »Produktion«, S. 138ff.). Beim CNC-gesteuerten Abbund ist der Aufwand für die Fertigung unabhängig von der Differenzierung der Werkstücke. Lediglich der Aufwand für Planung und Organisation wächst mit der Zahl der Elementvarianten. Insgesamt zeichnet sich eine Individualisierung der automatisierten Fertigung ab. In der Praxis ist eher diese große konstruktive Freiheit problematisch als die Limitierung durch die Vorfertigung. Heute besitzt jeder größere Holzbau meist noch Prototypcharakter, Aufbauten und Anschlüsse werden individuell neu entwickelt und optimiert. Diese Entwicklungen führen zu Innovationen und qualitativ hochwertigen, jedoch stark projektbezogenen Detaillösungen. Eine stärkere Standardisierung würde die Effizienz auf mehreren Ebenen erheblich erhöhen.

Konventionelle Bauweise im Vergleich

Die konventionelle Bauweise erscheint im Vergleich zu industrialisierten Produktionen wenig optimiert. Die Abhängigkeit von der Witterung, die komplexe Koordination vieler unabhängig beauftragter Gewerke und die per se wenig ergonomischen Arbeitsbedingungen auf der Baustelle führen zu ineffizienten Abläufen. Probleme werden häufig erst auf der Baustelle realisiert und gelöst, oft verzögern späte Planungsänderungen den Ablauf zusätzlich. Manchmal entstehen zudem durch Folgegewerke Schäden an bereits fertiggestellten Leistungen. Terminpläne lassen sich häufig nicht einhalten, Zusatzkosten werden erst in der Ausführung transparent. Generell verursachen die vielen Arbeitsschritte vor Ort und die Einhaltung notwendiger Trocknungszeiten beträchtliche Bauzeiten und belasten so, insbesondere im urbanen Kontext, die Nutzer sowie die Nachbarschaft im gleichen Maße. Hier können vorgefertigte Konstruktionen aus Holz eine Alternative bieten. Tradition der Vorfertigung

Das Zimmererhandwerk ist seit jeher eng mit der Vorfertigung verbunden. Historische Blockund Fachwerkbauten erforderten zumindest die Konfektionierung von Einzelstäben in der Werkstatt. Die traditionellen Zimmermannsverbindungen sind geometrisch komplex und verlangen ein hohes Maß an Präzision, das sich unter wettergeschützten Werkstattbedingungen wesentlich einfacher erreichen lässt. Zudem besteht die Möglichkeit, die Organisation zu optimieren, die Verfügbarkeit auch schwerer Werkzeuge ist jederzeit gewährleistet. Der Abbund in der Werkstatt mit dem Aufreißen der Konstruktion im Maßstab 1:1, das Fertigen, Kennzeichnen und probeweise Montieren der Stäbe minimiert die Notwendigkeit von Korrekturen auf der Baustelle. Lösungen für schwierige Punkte lassen sich in der Werkstatt entwickeln und die Montage komplexerer Konstruktionen vorab testen. Vorteile im Bauprozess

Die Verlagerung von Produktionsschritten in die Werkstatt (Abb. D 3.2) verkürzt die Montagezeit auf der Baustelle. Das hat für den Bauprozess von Holzgebäuden zwei positive Aspekte: Zum

Vorfertigung

D 3.2

einen lässt sich die für den feuchteempfindlichen Baustoff Holz kritische Montagephase bis zur Fertigstellung der dichten Gebäudehülle in extrem kurzer Zeit bewerkstelligen und damit die Witterungsabhängigkeit minimieren. Eine dichte Gebäudehülle impliziert die zumindest provisorische Abdichtung von Dächern und Außenwänden sowie den dichten Einbau von Fassadenelementen. Das Risiko von Feuchteschäden während der Bauphase wird durch die Vorfertigung reduziert, der Aufwand für Wetterschutzmaßnahmen sinkt. Der zweite Aspekt betrifft die Gesamtbauzeit. Der Vorfertigungsgrad von Gebäudetechnik, Innenausbau und Gebäudehülle ist für eine weitere Zeiteinsparung in der Ausbauphase entscheidend. Die Verkürzung der Bauzeit hat

wirtschaftliche Vorteile, die je nach Projekt unterschiedlich stark zum Tragen kommen. Im Fall von Ersatzneubauten reduziert sich kostenintensiver Nutzungsausfall. Beim Bauen im Bestand sind so auch Maßnahmen im laufenden Betrieb möglich, die beim konventionellen Bauen in dieser Weise nicht denkbar wären. Erweiterungen und Sanierungen von Schulgebäuden können während der Ferien durchgeführt werden. Der Gesamtprozess von Planung und Ausführung verkürzt sich durch die Holzbauweise in der Regel nicht, da die Planungsphase aufwendiger ist und mehr Zeit in Anspruch nimmt. Das Projekt bleibt jedoch sehr lange virtuell, die Investitionskosten für die Ausführung müssen also erst relativ spät getätigt und so nur über

einen kürzeren Zeitraum finanziert werden. Geschützte und für die Fertigung optimale Werkstattbedingungen führen zu erhöhter Ausführungsqualität und besserer Kontrolle der Prozesse. Wetterunabhängigkeit, sehr kurze Wege, ständige Verfügbarkeit des kompletten Montageteams, der Materialien und Werkzeuge erhöhen die Effizienz – zumal der Montagetisch im Vergleich zum Baugerüst den wesentlich ergonomischeren Arbeitsplatz darstellt. Auch die Koordination und Kontrolle von Fremdgewerken ist in der Werkhalle einfacher und die Gefahr der Beschädigung von bereits erstellten Konstruktionen sinkt erheblich. Darüber hinaus begünstigt die Vorfertigung auch einen sparsameren Umgang mit Materialien: Der Verschnitt wird zum Teil computer-

a

a

c

b

D 3.3

b

D 3.4

b

D 3.5

143

Vorfertigung

gesteuert optimiert, Restmaterial lässt sich im Vergleich zur Baustellenfertigung kontrollierter sammeln und verwerten.

für vorgefertigte Lösungen eine umfassende Bestandsanalyse und ein detailliertes Gebäudeaufmaß erforderlich.

Nachteile der Vorfertigung

Vorfertigung beim Bauen erfordert eine hohe Planungstiefe (siehe »Planung«, S. 130ff.) sowie die Bereitschaft der Planer und des Bauherrn, alle notwendigen Entscheidungen rechtzeitig und in aller Konsequenz durchdacht zu treffen. Korrekturen vor Ort haben in der Regel erhebliche negative Auswirkungen auf Termine, Kosten und Qualität. Insbesondere bei kleineren Projekten kann die Vorfertigung auch zu einem Mehraufwand in der Baukonstruktion führen, der mit den Vorteilen abzuwägen ist. Beim Bauen im Bestand sind

Grundsätzlich unterscheidet man die Vorfertigung von linearen (Stäben) und flächigen Elementen sowie Raumzellen (Abb. D 3.6). Lineare Elemente (Stäbe)

Lineare Elemente, also vorkonfektionierte Stäbe, stellen die einfachste Stufe der Vorfertigung dar (Abb. D 3.3, S. 143). Die Abhängigkeiten zwischen Entwurf und Vorfertigung sind daher noch entsprechend gering. Auch heute

flächige Elemente

Raumzellen (Modulbauweise / raumhaltige Elemente)

Dimension der Vorfertigung horizontale Elemente

Dimension der Vorfertigung vertikale Elemente

lineare Elemente (Stäbe)

Vom Stab zur Raumzelle

kommen vorkonfektionierte Stäbe, wie sie im traditionellen Holzbau vorherrschen, noch zum Einsatz. Vor allem bei Skelettbauten mit größeren Spannweiten ist es durchaus sinnvoll, einzelne Stäbe erst vor Ort zu Tragwerken zusammenzusetzen oder auch mit flächigen Elementen zu kombinieren. Ein Vorteil liegt im kompakten Transport, zum Teil lässt sich auch mit einfacheren Hebezeugen arbeiten. Erfolgt die Montage erst auf der Baustelle, können sich durchaus kleinere Vereinfachungen von Konstruktionen ergeben. Beispielsweise entfallen bei traditionell vor Ort montierten Holzbalkendecken die Balkendoppelungen, die bei vorgefertigten flächigen Elementen an den Stößen notwendig sind. Das kann bei sichtbaren Unterseiten von

D 3.6

144

Vorfertigung

D 3.6 D 3.7

D 3.8

vom Stab zur Raumzelle – Stufen der Vorfertigung Anlieferung einer Raumzelle per LKW, Europäische Schule, Frankfurt /Main (DE) 2015, NKBAK Architekten Transportgrößen und resultierende Maßnahmen D 3.7

Bedeutung sein. Demgegenüber stehen in jedem Fall eine verlängerte Aufbauphase und ein Präzisionsverlust durch die Vor-Ort-Montage. Flächige Elemente

Raumzellen (Modulbauweise / raumhaltige Elemente)

Bei Raumzellen, auch als Module bezeichnet, sind die Limitierungen von flächigen Elementen aufgehoben: Alle Oberflächen und Anschlüsse können raumweise komplett und in hoher Qualität vorgefertigt werden, wodurch sich die Montagezeit vor Ort auf ein Minimum reduziert (Abb. D 3.5, S. 143). Auch die Mitlieferung der Innenausstattung bis hin zur festen Möblierung ist möglich. Die Haustechnikinstallation lässt sich ebenfalls weitgehend vormontieren, sodass die Leitungen nach dem Versetzen der Module nur noch miteinander verbunden werden müssen. Der Einsatz von Raumzellen ist eine Planungsentscheidung, die zu Beginn der Entwurfsphase zu treffen ist, da sie den Entwurf maßgeblich prägt. Das gilt sowohl für

≥ 4,00 m

≥ 4,80 m

Flächige Elemente wie Wände, Decken und Dächer werden am häufigsten vorgefertigt (Abb. D 3.4, S. 143). Das Raster der Elemente hat zwar durchaus Einfluss auf den Entwurf und die Gestaltung, da je nach Grad der Vorfertigung und gestalterischer Absicht die Elementstöße ablesbar bleiben. Trotzdem gewährleistet auch der Einsatz von flächigen Elementen – im Vergleich zum Bauen mit Raumzellen – hohe gestalterische Freiheit und es sind alle denkbaren Raumkonstellationen herstellbar. Bei vertikalen Elementen wie Außenwänden ist eine

komplette Vorfertigung mit allen Schichten und der Integration von Fenstern und Türen möglich und sinnvoll. Eine gewisse Einschränkung ergibt sich durch die Elementstöße, die wie im Fall von Brandschutzkapselungen häufig vor Ort komplettiert werden müssen. Die Vorfertigung von Deckenelementen erfolgt aus mehreren Gründen in der Regel ohne den Fußbodenaufbau. So bilden häufig lose und damit nur nachträglich einbaubare Schüttungen einen Teil des Aufbaus. Schwimmende Estriche können nur bei nachträglichem Eintrag zu größeren zusammenwirkenden Flächen verbunden werden. Und auch gestalterisch sowie technisch unbefriedigende Fugen im Bodenbelag lassen sich durch den nachträglichen Einbau des Fußbodens vor Ort vermeiden.

> 2,55 m

≥ 3,00 m

≥ 3,50 m

≥ 4,00 m

≥ 4,20 m

≥ 4,50 m

≥ 5,50 m

Genehmigungsverfahren Ausnahmegenehmigung erforderlich 1) 2) Einbindung aller Straßenverkehrsbehörden an der Strecke, Straßenbaubehörden, Polizei und ggf. Bahnunternehmen 3) Ausschluss Transport auf der Schiene nachzuweisen 4) Ausschluss Transport zu Wasser nachzuweisen 4) Begleitfahrzeug a) auf Stadt- und Landstraßen 5) auf Autobahnen b) mit höchstens zwei Fahrstreifen c) 5) mit mindestens zwei Fahrstreifen d) 5) Polizeibegleitung auf Stadt- und Landstraßen 5) auf Autobahnen b) mit höchstens zwei Fahrstreifen c) 5) mit mindestens zwei Fahrstreifen d) 5) 1)

gemäß STVO § 18 Abs. 3 und STVZO § 32 Abs. 1 gemäß STVO § 29 Abs. 3, § 46 Abs. 1 Nr. 5 und STVZO § 70 gemäß VwV-STVO V. 2 und 4 4) gemäß VwV-STVO V. 5 5) gemäß VwV-STVO VI. 7 a) mit Wechselverkehrszeichen-Anlage b) und autobahnähnlich ausgebauten Straßen c) ohne Seitenstreifen d) mit Seitenstreifen

ca. 13,50 m

2) 3)

Länge Standard-Sattelauflieger größere Transportlängen sind (zum Teil mit Sondergenehmigungen) möglich D 3.8

145

Vorfertigung

z. B. Büroraum aus zwei offenen Modulen gebildet

Modul für ein komplettes Apartment

D 3.11

Modul inkludiert Nasszelle

z. B. Klassenzimmer aus mehreren Modulen gebildet

Modul = Raum D 3.9

a

b

D 3.9 Typologie Raumzellen: Verhältnis Raum – Modul D 3.10 Fügungsmethoden vorgefertigter Elemente und entsprechende Elementstöße a Fügung weitgehend im Elementstoß b Koppelelemente c Auflösung in mehrere Schichten D 3.11 Innenraum (Klassenzimmer) mit sichtbaren Fugen zwischen den Raumzellen, Europäische Schule, Frankfurt /Main (DE) 2015, NKBAK Architekten D 3.12 Varianten von Raumzellen, Vertikalschnitte Modulstoß, Maßstab 1:20 a Hybridbauweise mit nach oben offenen Raumzellen; Studentenwohnheim, Heidelberg (DE) 2013, LiWood AG

146

c

D 3.10

b schlanke Konstruktion dank geringer Spannweiten der BSP-Decken; Europäische Schule, Frankfurt / M. (DE) 2015, NKBAK Architekten c Die massive BSP-Decke bildet auch den Gehbelag, Körperschallentkoppelung nur zwischen den Elementen, Hotel Ammerwald bei Reutte (AT) 2009, Oskar Leo Kaufmann, Albert Rüf D 3.13 Vorfertigungsgrade am Beispiel Außenwandelement a, b geringerer Vorfertigungsgrad: offene Elemente c, d mittlerer Vorfertigungsgrad: geschlossene Elemente mit Fenster e, f hoher Vorfertigungsgrad: Elemente mit komplettem Schichtenaufbau

die Grundrissstruktur als auch für die Raumabmessungen. Das maximale Raummaß hängt von den Gegebenheiten der Transportwege zwischen Werkhalle und Baustelle ab. Der limitierende Faktor ist die Breite der Raumzelle. Bis zu einer Länge von ca. 13,50 m und einer Höhe von ca. 3,50 m ist ein Standard-LKW ausreichend (Abb. D 3.8, S. 145). Derzeit wird die Modulbauweise vorrangig für Aufgaben mit häufig wiederkehrenden Raumeinheiten wie Hotels, Wohn- oder Pflegeheimen eingesetzt. Das Bauen mit Raumzellen ist nicht notwendigerweise auf ein bloßes Aneinanderreihen von Modulen beschränkt, sondern ermöglicht unter gewissen Einschränkungen auch freiere Grundrissstrukturen (siehe »Europäische Schule in Frankfurt /Main«, S. 242ff.). Der Grundgedanke der Raumzelle besteht darin, dass jeweils ein Raum als vorgefertigte konstruktive Einheit umgesetzt wird. Auch in dieser Hinsicht hat sich die Klaviatur erheblich erweitert (Abb. D 3.9). Es werden heute bereits sehr große Raumzellen als komplette Nutzungseinheiten bis hin zum 2-Zimmer-Apartment vorgefertigt oder auch einzelne Raumgruppen von Wohnungen mit großen Raumzellen bewältigt (siehe »Wohnanlage in Jyväskylä«, S. 182ff.). Auf der anderen Seite lassen sich auch größere Räume wie Kombibüros oder Klassenzimmer aus mehreren Raummodulen zusammensetzen (Abb. D 3.11). In diesem Fall kann jedoch der Bodenaufbau nicht komplett vorgefertigt werden. Die Raumzellenbauweise ist theoretisch mit einem konstruktiven Mehraufwand und größerem Raumbedarf infolge der doppelten Wände und Decken belastet. Neuere Beispiele zeigen jedoch, dass auch Konstruktionen mit sehr schlanken Aufbauten möglich sind. Bei einem fünfgeschossigen Studentenwohnheim in Heidelberg kommen beispielsweise Raumzellen ohne Decke, jedoch mit einem Boden aus Stahlbeton zum Einsatz. Diese Raumzellen wurden in einer sogenannten Feldfabrik in unmittelbarer Nähe des Bauplatzes endmontiert, ein Transport der schweren Konstruktion ließ sich so vermeiden (Abb. D 3.12 a). In der Europäischen Schule in Frankfurt am Main ist ein sehr dünner Bodenaufbau mit einem schallentkoppelten Trockenestrich aus-

28 cm

32,5 cm

28 cm

Vorfertigung

23 cm

30,6 cm

26,8 cm

a

b

c

geführt. Der Stoß zwischen den Zellen bietet eine zweite Entkoppelungsebene. Die geringe Deckenspannweite zwischen den Primärträgern machte hier sehr dünne Brettsperrholzkonstruktionen möglich (Abb. D 3.12 b). Einen unkonventionellen Weg wählten die Architekten des Ammerwaldhotels bei Reutte (siehe S. 254ff.): Der tragende Boden aus Brettsperrholz dient hier ohne zusätzlichen Bodenaufbau als Gehbelag. Die einzige Schallentkoppelung geschieht über den Anschluss zwischen den Zellen (Abb. D 3.12 c). Aus Gründen der Robustheit wird für Module meist Brettsperrholz verwendet, prinzipiell sind jedoch alle Holzbauweisen denkbar. Die Zellen werden elastisch gelagert, um Schallweiterleitungen zu unterbinden. Die Konstruktion ist dann effizient, wenn die Teilung in Nutzungseinheiten mit der Teilung in Raumzellen übereinstimmt. Mit der Größe der Module nimmt die Wirtschaftlichkeit tendenziell zu.

Fertigungsmethoden

der Vorkonfektionierung werden häufig vom industriellen Plattenhersteller erbracht. Neben dieser subtraktiven Fertigung kommen – wenn auch bislang erst vereinzelt – additive Herstellungsverfahren zum Einsatz, bei denen das Zusammensetzen der Elemente automatisiert erfolgt: Portal- und Gelenkarmroboter übernehmen das Fügen und Verbinden durch Nageln, Schrauben, Nieten oder auch Kleben (siehe »Additive Fertigung im Holzbauunternehmen«, S. 140f.).

a

c

e

b

d

f

Neben organisatorischen Vorteilen ermöglicht die Vorfertigung auch die Anwendung neuer Fertigungstechnologien, die an die Produktion in der Werkhalle gebunden sind. Das automatisierte Konfektionieren von Stäben mithilfe computergesteuerter Abbundmaschinen mit integrierten Kreissägen, Bohrern und Fräsen hat sich als Standard in zeitgemäßen Holzbauunternehmen etabliert. Traditionelle Zimmermannsverbindungen wie der Schwalbenschwanz lassen sich so kostengünstig fräsen und haben – beispielsweise zur Verbindung der Stäbe von Tafelbauelementen – in den letzten Jahren auf diese Weise eine Renaissance erlebt. Auch die Bearbeitung von Plattenware ist mit Abbundmaschinen möglich. Durchbrüche und Schlitze werden gesägt bzw. gefräst sowie Bohrungen für statische Verbindungen hergestellt. Diese Arbeitsschritte

D 3.12

Berufsbild des Zimmerers

Die sich ändernden Bedingungen beeinflussen zunehmend das Berufsbild des Zimmerers und erfordern in modernen Holzbauunternehmen von den Mitarbeitern andere Kompetenzen; die Anforderungen verschieben sich zum Teil vom Handwerklichen hin zum Umgang mit den automatisierten Produktionsmethoden. Ähnlich wie in anderen industrialisierten Prozessen

D 3.13

147

Vorfertigung

a

b

ergibt sich tendenziell ein Bedarf sowohl an hochqualifizierten als auch an eher gering qualifizierten Mitarbeitern. Dies steht im Kontrast zur traditionellen Berufsausbildung mit umfassend ausgebildeten Gesellen und Meistern. Die Reduktion der physischen Belastung erleichtert auch das Arbeiten im fortgeschrittenen Alter sowie bei körperlichen Einschränkungen. Darüber hinaus wird sich der zukunftsträchtige Beruf stärker für Frauen öffnen.

Einfluss der Vorfertigung auf Entwurf und Konstruktion

Handwerk versus Industrialisierung

Zumindest in Mitteleuropa ist derzeit die Produktion moderner Holzbauten stark durch kleinere und mittlere Unternehmen geprägt, sodass der handwerkliche Charakter in dieser innovativen Branche in absehbarer Zeit weiterhin erhalten bleiben wird. In industriellem Maßstab erfolgt heute nur die Produktion von Fertighäusern im Ein- und Zweifamilienhausbereich. Der zwar noch langsam, aber stetig steigende Anteil von mehrgeschossigen Holzgebäuden wird jedoch wahrscheinlich mittelbis langfristig zu einer stärker industrialisierten Fertigung in diesem Marktsektor führen.

D 3.14

Die Vorfertigung beeinflusst die Baukonstruktion ebenso wie etwa die statischen oder bauphysikalischen Lösungen. Das verdeutlicht schon das einfache Beispiel der Eckausbildung einer Tafelbauwand: Das Detail folgt nicht mehr nur den konstruktiven und bauphysikalischen Anforderungen, sondern es muss auch berücksichtigt werden, dass zwei vorgefertigte und geschlossene Wandelemente zusammenzufügen sind. Noch sehr viel deutlicher wird der Einfluss der Vorfertigung beim Bauen mit Raumzellen: Die aus Boden, Decke und den beiden Wandschalen von je zwei Zellen bestehenden Aufbauten werden fast gänzlich aus den Montageanforderungen heraus entwickelt. Der Grad der Wechselwirkung von Vorfertigung einer Konstruktion und Entwurf bzw. Erscheinungsbild ist sehr variabel. So kann der Planer aus der strukturierenden Einteilung in vorgefertigte Elemente die Raumstruktur, die Gestaltung von Innen- und Außenfassaden, Deckenuntersichten oder Dächern ableiten, was in der

D 3.15

148

Regel einen sehr hohen Vorfertigungsgrad begünstigt. Gleichermaßen ist es jedoch auch möglich, die Gestaltung und Raumbildung weitgehend unabhängig von Elementstößen vorzunehmen und diese auf das technisch Notwendige zu beschränken, was mit einem leicht reduzierten Vorfertigungsgrad einhergehen kann. In beiden Fällen ist schon im frühen Entwurfsstadium ein umfassendes Wissen über die Fertigungsprozesse erforderlich. Beim Fügen von flächigen Elementen in der Horizontalen sowie in der Vertikalen ist in der Detailentwicklung ein Konflikt prägend: Zum einen sollen Elemente mit möglichst beidseitig vorgefertigten Sichtoberflächen aneinandergefügt werden, zum anderen besteht aus Gründen der Statik, Bauphysik oder teilweise auch des Brandschutzes die Notwendigkeit, durchlaufende Bauteilschichten miteinander zu verbinden. Dieser Konflikt lässt sich in der Fugenausbildung selbst, durch das Einführen von nachträglich zu montierenden Koppelelementen oder das Aufteilen in mehrere vorgefertigte Elemente (z. B. Außenbekleidung, Wandelement und Innenbekleidung) lösen. Beim Projekt Wohnbebauung Ölzbündt in Dornbirn (Abb. D 3.14 und D 3.15) kam eine Kombination der ersten beiden Strategien zur Anwendung, um die Rahmenbauelemente mit dem kompletten Wandaufbau an den vorab aufgestellten Skelettstützen zu montieren: Die Elemente wurden von außen aufgeschoben und von innen verschraubt. Sie sind außen winddicht verbunden, da jedes Element an ein Holzprofil im Stoß gedrückt wird. Der im Stoß entstehende Hohlraum wurde nachträglich von oben mit Wärmedämmung gefüllt. Innenseitig folgte in einem letzten Schritt das Aufbringen einer Platte mit eingelegten Dichtbändern, die die luftdichte Ebene und die Dampfbremse komplettiert. Das Beispiel von zwei alternativen Elementstößen von Sanierungsfassaden in Holztafelbauweise in Abb. D 3.16 zeigt, wie stark Montageablauf und Vorfertigung die Detailausbildung beeinflussen. Im Fall des sanierten Wohngebäudes in Augsburg (siehe S. 202ff.) war die Verschraubung durch das geschosshohe Element möglich, sodass eine geometrische Verschränkung der Holztafelkonstruktion und

Vorfertigung

a

b

damit eine Wärmebrückenminimierung durchgeführt werden konnte (Abb. D 3.16 a). Bei der Sanierung eines Wohn- und Geschäftshauses in München ließ die großflächige und über das Element kragende Metallbekleidung dies nicht zu. Als Konsequenz wurden die Elemente von oben eingefädelt, aufeinandergestellt und mit Hartholzdübeln untereinandergehalten (Abb. D 3.16 b). Diese Konstruktion war mit dem Einheben des Elements fertiggestellt, eine stirnseitige Befestigung nicht notwendig.

Unternehmensstrukturen der Handwerksbetriebe bzw. Gewerke reagieren. Das Zusammenspiel der Gewerke ist bei der Montage bislang wenig erprobt. Aus mineralischen Materialien gefertigte Gebäudeteile wie Brandwände oder aussteifende Erschließungskerne werden in aller Regel unabhängig vom Holzbau erstellt, selbst wenn vorgefertigte Stahlbetonelemente zur Anwendung kommen. Dies verlangsamt den Bauprozess erheblich, während sich der Aufwand für Gerüste erhöht. Die Ursache des mangelnden Zusammenspiels liegt weniger in baukonstruktiven Hindernissen, sondern vielmehr in der derzeit üblichen Gewerketrennung in je eine ausführende Firma für die Betonkonstruktion und den Holzbau sowie der daraus resultierenden Frage der Baustellenorganisation (z. B. hinsichtlich Kranbelegung). In Mitteleuropa zeichnet sich derzeit die Tendenz ab, dass große, als Generalunternehmer auftretende Baufirmen mit Holzbauunternehmen fusionieren, um sich einen Anteil am Zukunftsmarkt Holzbau zu sichern. So werden möglicherweise verstärkt Unternehmen entstehen, die hybride Bauweisen mit einer organisatorisch entsprechenden Firmenstruktur hinterlegen und den Bauablauf hybrider Gebäude erheblich beschleunigen.

Kombination verschiedener Vorfertigungsstufen

Wie in der gleichzeitigen Verwendung unterschiedlicher Holzbauweisen selbst liegt auch in der Kombination verschiedener Vorfertigungsstufen Potenzial, das bislang noch wenig ausgeschöpft wird. Die Raumzellenbauweise ist eine geeignete Methode für kleinere, hochinstallierte oder komplex ausgestattete Räume wie Küchen, Sanitärräume und auch Erschließungskerne. Flächige oder stabförmige Elemente dagegen sind für weitspannende, flexible und offene Raumstrukturen prädestiniert. In einer intelligenten Kombination der Systeme sind extrem schnell zu montierende Gebäude mit hoher entwerferischer und funktionaler Flexibilität sowie maximalem Vorfertigungsgrad denkbar. Als weitere Anwendung ließe sich das im Wohnungsbau zentrale Problem der Badsanierung durch außen liegende und austauschbare Zellen elegant lösen. Auch bei Aufstockungen und horizontalen Erweiterungen im laufenden Betrieb liegt großes Potenzial in der Kombination von raumhaltigen und flächigen Elementen (Abb. D 3.17). Hybride Bauweisen

In der Kombination von Holz mit anderen Baumaterialien, vorrangig Beton und Stahlbeton, sind weitere Entwicklungen möglich und wahrscheinlich. Auf der Ebene der hybriden Bauteile wie der Holz-Beton-Verbunddecke liegen bereits Lösungen vor, die einen gemeinsamen Vorfertigungsprozess für beide Materialien vorsehen. Es gibt jedoch auch Konstruktionen, die ein intelligentes Fügen von nach Material getrennt vorgefertigten Elementen auf der Baustelle ermöglichen (siehe »Holz-Beton-Verbunddecken«, S. 64f.) und so auf die vorhandenen

D 3.16

a

b D 3.14

Wohnanlage Ölzbündt, Dornbirn (AT) 1997, Architekten Hermann Kaufmann / Christian Lenz a vorgefertigtes Fassadenelement vor Ort b hoher Vorfertigungsgrad, Grundriss Elementstoß Außenwand, Maßstab 1:20 D 3.15 Ablesbarkeit der Vorfertigung im Fassadenbild, Wohnanlage, Dornbirn (AT) 1997, Architekten Hermann Kaufmann / Christian Lenz D 3.16 vorgefertigte Modernisierungsfassaden, Vertikalschnitte Elementstoß a Bekleidung lässt stirnseitiges Schrauben zu. Sanierung eines Wohngebäudes, Augsburg (DE) 2012, lattkearchitekten b Bekleidung lässt stirnseitiges Schrauben nicht zu, Wohn- und Geschäftshaus, München (DE) 2016, Krötsch Braun Architekten D 3.17 neue Anwendungsmöglichkeiten von Raumzellen a als dienende Kerne (Sanitär, Erschließung) b als auswechselbares Bad c Modernisierung und Erweiterung im Bestand c

D 3.17

149

Lösungen für die Gebäudemodernisierung Frank Lattke

D 4.1

D 4.1

D 4.2 D 4.3 D 4.4

150

Montage Fassadenelement, Sanierung der Wohnanlage Grüntenstraße, Augsburg (DE) 2012, lattkearchitekten parametrisches Gebäudemodell auf Basis eines digitalen Aufmaßes Vergleich der Aufmaßmethoden Aufstockung Flachgasse, Wien (AT) 2007, Dietrich Untertrifaller

Ein Großteil unseres heutigen Gebäudebestands ist in die Jahre gekommen: er erweist sich im Betrieb als aufwendig, energetisch unzulänglich und entspricht oft nicht mehr den gegenwärtigen Anforderungen seiner Nutzung. Die Modernisierung und das Weiterbauen bestehender Bausubstanz gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Die umfassende Modernisierung von Hülle und Haustechnik sowie eine funktionale Raumänderung bis hin zur Barrierefreiheit stellen wichtige Bauaufgaben der Gegenwart dar. Es sind gerade die großvolumigen Gebäude, z. B. Schul-, Bürooder Wohngebäude, die im laufenden Betrieb umgebaut und modernisiert werden, weil keine Ausweichmöglichkeiten in ausreichender Größe zur Verfügung stehen oder wirtschaftlich sinnvoll waren. Hier sind Konzepte und Methoden gefragt, die schnell, präzise und möglichst störungsarm umgesetzt werden können. Dabei geht es um dauerhafte, wirtschaftliche und ökologische Lösungen, die im besten Fall aus dem bestehenden Bauwerk ein zukunftsgerechtes Gebäude machen – energieeffizient, CO2-neutral und mit einer Nutzungsstruktur, die den heutigen Ansprüchen angepasst ist. Hierbei bietet der Erhalt bestehender Bausubstanz mit der darin gespeicherten Primärenergie im Gegensatz zu einem Abbruch und der Entsorgung von Baumaterialien ein großes ökologisches Potenzial. Der Einsatz von Bauprodukten aus nachwachsenden Rohstoffen reduziert zusätzlich die Umweltbelastung. Holz und holzbasierten Baustoffen kommt daher für das Bauen im Bestand eine wichtige ökologische und technische Bedeutung zu [1]. Der bauliche Eingriff einer umfassenden Modernisierung bedeutet neben der Erfüllung der ökonomischen, baurechtlichen und konstruktiven Anforderungen wie Wärme-, Brandund Schallschutz sowie Stand- und Erdbebensicherheit stets eine Veränderung der Erscheinung eines Gebäudes. Das bietet die Chance, die innen- oder außenräumliche Situation architektonisch und gestalterisch aufzuwerten und die Bauwerksstruktur durch konstruktive Veränderungen zu verbessern. Der Bestand kann durch eine neue Hülle, gegebenenfalls in Kombination mit einer Aufstockung, überformt werden und dadurch einen ganz neuen architekto-

nischen Ausdruck erhalten. Der Gestaltung sind dabei kaum Grenzen gesetzt. Auch in der Gebäudemodernisierung entfaltet die Holzbauweise ihr gestalterisches Potenzial. Bewährte Wandaufbauten können verputzt oder mit einer breiten Palette an Fassadenwerkstoffen bekleidet werden, denen man den hölzernen Charakter nicht ansehen muss. Technisch bietet das geringere Konstruktionsgewicht der Holzbauweise im Vergleich zu Stahlbeton- oder Mauerwerkskonstruktionen viele Vorteile. Vorgefertigte Holztafelbauelemente oder Raumzellen eignen sich für die Fassadenertüchtigung, den Ersatz oder die Ergänzung einzelner Bauteile bis hin zu räumlichen Erweiterungen als Anbau oder Aufstockung. Dafür kann man auf konstruktiv erprobte, holzbauspezifische Lösungen aus dem Neubaubereich zurückgreifen. Mithilfe der weitverbreiteten CNC-Produktionstechnologie (Computerized Numerical Control – rechnergestützte numerische Steuerung) werden selbst komplexe, dreidimensional an den Bestand angepasste, vorgefertigte sowie hochwärmegedämmte Bauteile für die Tafeloder Raumzellenbauweise seriell hergestellt (Abb. D 4.2). Der hohe Vorfertigungsgrad und der daraus resultierende schnelle Bauprozess mit einer präzisen Planung und Logistik vermindert gerade im städtischen Umfeld unnötige Belästigungen durch den Baustellenbetrieb. Gängige Transport- und Hebetechniken erlauben selbst bei beengten Situationen im Gebäudebestand eine präzise Montage großformatig vorgefertigter Wandelemente oder Raumzellen. Durch die erhöhte Montagegeschwindigkeit gelingt es auch, das Gebäude während der Bauphase besser vor Niederschlag zu schützen und dadurch das Schadenspotenzial durch Witterungseinflüsse zu reduzieren. Eine gründliche Bauwerksanalyse durch die Architekten und Fachplaner ist dabei jedoch unumgänglich, um die Anforderungen bezüglich Baurecht, Brandschutz, Tragwerk, Schadstoffmanagement, Nutzung und technischer Gebäudeausrüstung zu erfassen. Je mehr Wissen über die Gebäude- und Tragstruktur sowie die verbauten Baumaterialien gesammelt werden kann, desto besser können Lösungen

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

Tachymetrie

Fotogrammmetrie

3D-Laserscanning

++

+

++

Detailgenauigkeit

+

++

+

Vollständigkeit Modell

™

+

++

Störungen durch äußere Einflüsse

™1)

+

™1)

geometrische Übereinstimmung

Integration Innenraum

++

+

++

Analysemöglichkeiten

+

+

++

™ lückenhaft oder fehleranfällig ++ sehr gut + akzeptabel 1) Abwertung aufgrund von Anfälligkeit gegen Vibrationen sowie verschatteter Fassadenbereiche

D 4.2

in der Planungsphase aufeinander abgestimmt werden. Die Untersuchung sollte sich nicht auf die Oberfläche beschränken, sondern durch die Öffnung /das Aufbohren von Bauteilen auch in die Tiefe gehen. In einer holzbaugerechten Planung gilt es, neben den architektonischen Überlegungen, einer umfassenden Gebäudeanalyse und den baurechtlichen Rahmenbedingungen auch die Größe und Geometrie der Bauelemente, deren Transportlogistik und die Montagebedingungen zu berücksichtigen. Die statischen und konstruktiven Eigenschaften des bestehenden Bauwerks sind dabei maßgebend für den richtigen Anschluss der neuen Bauteile, damit insbesondere die Anforderungen an den baulichen Brandschutz, Luftdichtheit und Schallschutz sichergestellt werden können. Bewährte Fugen- und Anschlussdetails aus dem Neubaubereich gewährleisten die konstruktive und bauphysikalische Funktion der Holzbaukonstruktion. Eine hohlraumfreie Ausführung der Bauteile und Anschlüsse ist dabei wichtig, um unkontrollierbare Konvektion und Brandweiterleitung in der Konstruktion zu verhindern. Die exakte Erfassung der Geometrie des Bestandsgebäudes bildet die Grundlage für die Planung der vorgefertigten neuen Gebäudehülle. Der Anschluss an den Bestandsbau erfordert die Berücksichtigung angemessener Toleranzen, um Unebenheiten und Abweichungen der Konstruktion auffangen zu können. Wie eine Schablone soll das Neue auf das Alte passen. Je höher der Vorfertigungsgrad der Bauteile ist, desto geringer sind die Montagetoleranzen. Die Detaillierung im Grundriss und Schnitt auf Basis von Bestandsplänen oder einem groben Aufmaß reicht meistens für die Entwurfs- und Ausführungsplanung der Architektur aus. Das exakte, digitale Aufmaß liegt idealerweise als Leistung bei der ausführenden Baufirma oder Zimmerei, die dieses im Rahmen ihrer Produktionsplanung erstellt. Damit trägt der Unternehmer die Verantwortung für die spätere Maßhaltigkeit der Bauteile. Die berührungslose Vermessung (z. B. Fotogrammmetrie, Tachymetrie oder 3D-Laserscan) liefert ein dreidimensionales digitales Gebäudemodell, das die Basis für die Werk-

D 4.3

stattplanung im CAD bildet. Die Definition aller zu messenden und dokumentierenden Punkte am Gebäude und die gemeinsame Interpretation der Ergebnisse im Planungsteam stellen den wichtigsten Teil der Vorbereitung dar. Das präzise Aufmaß umfasst insbesondere die Gebäudekanten, die Fensteröffnungen mit der Lage der inneren und äußeren Laibungen sowie Gebäudevor- und -rücksprünge. Die Wahl der Methode hängt vom gewünschten Ergebnis und den technischen Möglichkeiten der unterschiedlichen Aufmaßmethoden ab (Abb. D 4.3).

Aufstockung Der Gebäudebestand weist in den meisten Fällen eine ausreichende statische Lastreserve auf, um eine oder mehrere Ebenen baulich zu ergänzen. Eine Aufstockung ist oft eine wirtschaftlich interessante Möglichkeit, um über den Gewinn attraktiver Nutzfläche die Baumaßnahme zu finanzieren. Für den Ausbau oder Ersatz vorhandener Dachgeschosse bzw. die

Aufstockung um ein oder mehrere Stockwerke bietet der Holzbau die Vorteile einer leichten, vorgefertigten und schnellen Bauweise. Die Beeinträchtigung der darunter liegenden Etagen lässt sich in der Bauphase weitgehend minimieren. Der Bauwerksschutz hat hohe Priorität, der Schutz vor Schädigungen durch Wettereinflüsse kann durch ein Notdach, Zusatzgerüste oder einer Abdichtung auf der oberen Geschossdecke erfolgen. Das rasche Bauen reduziert allerdings bereits das Risiko der Durchnässung des Bestands beträchtlich. Die Bandbreite der an den Bestand anpassbaren Holzbauelemente reicht von abgebundenen Einzelteilen (z. B. Pfetten, Stützen, Trägern) über vorgefertigte Holztafelbauelemente für Wand und Dachflächen bis hin zu kompletten Raumzellen. Die Kombination einer Aufstockung mit einer Fassadenertüchtigung in Holztafelbauweise hat den Vorteil, dass der Übergang von der Fassade zur Dachkonstruktion wärmebrückenfrei und die Ausbildung der Schnittstelle durch ein und dasselbe Gewerk erfolgt.

D 4.4

151

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

D 4.5 Lastabtragung

Neben der Erfüllung der baurechtlichen Anforderungen ist die Realisierbarkeit einer Aufstockung in erster Linie eine Frage der Tragfähigkeit des Bestands. Die Aufstockung mit einem oder mehreren zusätzlichen Geschossen ist abhängig von den statischen Lastreserven der vorhandenen Fundamente, Stützen, Wände und Decken. Aufgrund des geringeren Gewichts der Holzbauweise im Vergleich zu Mauerwerk oder Beton ist die Belastung der bestehenden Bauwerksstruktur geringer. Im Fall eines Erdbebens bedeutet dies, dass die horizontalen Massenkräfte, die aus den neuen Aufbauten resultieren, vergleichsweise klein sind. Entspricht die bestehende Konstruktion jedoch nicht mehr den verschärften Anforderungen an die Standsicherheit im Erdbebenfall, muss sie durch zusätzliche Aussteifungen in Längs- und Querrichtung verstärkt werden. Die Lasteinleitung der Aufstockung erfolgt entweder direkt in die bestehenden Bauteile oder

in zusätzliche Wände oder Stützen, die auch in die Ebene einer neuen vorgesetzten Fassade integriert sein können. Durch das geringere Gewicht der Holzkonstruktion ist es manchmal auch möglich, die Lasteinleitung in den Bestand punktuell zu konzentrieren, die tragenden Bauteile im Gebäudeinneren anzuordnen und die Fassade zugunsten einer größeren Gestaltungsfreiheit der Öffnungen weitgehend von statisch lastabtragenden Elementen freizuhalten. Das zeigt die Aufstockung zu einem Wohn- und Gewerbehaus in Zürich (siehe S. 198f.), die ohne zusätzliche Verstärkungsmaßnahmen viergeschossig ausgeführt werden konnte [2]. Die Konstruktion aus Holzrahmenbauwänden und Hohlkastendecken bedeutet eine Reduzierung des Eigengewichts der Konstruktion um mehr als 50 % im Vergleich zur mineralischen Massivbauweise. Im Zuge einer Modernisierungsmaßnahme kann es notwendig werden, bestehende konstruktive Bauteile zu ertüchtigen. Die Kon-

D 4.6

152

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

aufgeschraubte Holzwerkstoffplatte Bauzustand mit Notdach, Treehouse Bebelallee, Hamburg (DE) 2010, blauraum Architekten D 4.6 Treehouse Bebelallee, Hamburg (DE) 2010, blauraum Architekten D 4.7 konstruktive Möglichkeiten zur Deckenverstärkung: a Verstärkung der Schubsteifigkeit der Originaldecke b Ertüchtigung des tragenden Querschnitts c Ersatz der Bestandskonstruktion durch eine neue Holzdecke D 4.8 Holzbauelemente folgen der vorhandenen Tragstruktur von Wänden und Decken D 4.9 Anordnung der Holzbauelemente quer zur vorhandenen Tragstruktur D 4.10 Geometrie Aufstockung

Holz-Beton-Verbunddecke

D 4.5

struktion der obersten Geschossdecken ist, insbesondere bei Gebäuden der 1950erund 1960er-Jahre, oft ausgedünnt und ohne weitere Lastreserve ausgebildet [3]. Hier wird eine Verstärkung notwendig, wenn die Tragfähigkeit der Bestandskonstruktion, der Schallschutz oder die Aussteifung des Gebäudes ertüchtigt werden muss. Dabei bieten sich folgende konstruktive Möglichkeiten an (Abb. D 4.7): • Verstärkung der Schubsteifigkeit der Originaldecke (z. B. Aufschrauben einer Holzwerkstoffplatte oder Ausbildung einer Holzbetonverbunddecke) • Ertüchtigung des tragenden Querschnitts (z. B. Auflage einer Balkenlage oder einer Brettsperrholzplatte) • Ersatz der Bestandskonstruktion durch eine neue Holzdecke Reaktion auf den Bestand

Die einfachste Form der Ergänzung ist die Ertüchtigung oder der Ersatz des bestehenden Dachstuhls. Bei einer Aufstockung um ein oder mehrere Geschosse wird die neue Raumstruktur grundsätzlich durch die vorhandene Erschließung, das raumbildende Gefüge lastabtragender Wände und Stützen sowie durch die Versorgungsschächte der haustechnischen Anlagen bestimmt. Der Übernahme dieser Strukturelemente steht oft der Bedarf nach einem differenzierten Raumangebot aufgrund einer neuen Nutzungsstruktur oder der Wunsch nach größerer gestalterischer Freiheit entgegen. Mit den leichten großformatigen Holztafelbauwandelementen und weitgespannten Decken- und Dachkonstruktionen als Balken-, Brettstapel-, Brettsperrholz oder Hohlkastendecke ist es möglich, der Anordnung bestehender Wände oder Stützen zu folgen (Abb. D 4.8) oder das neue Tragwerk quer zur Hauptrichtung der bestehenden Wände oder Stützen anzuordnen (Abb. D 4.9). Die Geometrie einer Aufstockung kann in Anlehnung an den Bestand unterschiedliche Formen haben. Die statisch wirksamen Holztafelbauelemente erlauben dabei auch die Lastableitung über mehrere Geschossebenen bei auskragenden Bauteilen. Folgende Lösungen sind denkbar (Abb. D 4.10) [4]:

a Verstärkung

Auflage einer Brettsperrholzplatte

Auflage einer Balkenlage

b Ertüchtigung

neue Balkenlage

neue Brettsperrholzdecke

c Ersatz D 4.7

D 4.8

D 4.9

D 4.10

153

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

D 4.11

Aufstockung Wylerpark, Bern (CH) 2008, Rolf Mühlethaler D 4.12 horizontale oder vertikale Anordnung der Fassadenelemente D 4.13 Montage von Fassadenelementen a eingestellt b vorgestellt c angehängt d abgehängt D 4.14 Ableitung der Vertikallasten über Einzelfundament D 4.15 Ableitung der Vertikallasten über Kragträger D 4.16 Ableitung der Vertikallasten über Konsole

• Aufstockung schließt bündig mit der Außenwand ab • Aufstockung als Auskragung über Bestandswand • Aufstockung als Staffelgeschoss mit Dachterrasse Exemplarisch für die Überlagerung verschiedener Tragwerks- und Raumtypologien aufgrund unterschiedlicher Nutzungen ist das Projekt Wylerpark in Bern von Rolf Mühlethaler (Abb. D 4.11) [5]. Auf einem zweigeschossigen Bürobau aus Stahlbeton mit zwei unterirdischen Lagergeschossen ist ein dreigeschossiger Wohnbau in Holzbauweise aufgesetzt. Das Raster der Tragstruktur, die Art der Erschließung und die Haustechnikinstallation wechseln zwischen Büro und Wohnen. Eine vorgefertigte Betonrippenplatte liegt auf einem Betonstützenraster und kragt über das zweigeschossige Erdgeschoss aus. Auf dieser lastverteilenden Plattform befindet sich ein aufgeständerter Hohlraumboden zur Verteilung der Lüftungsund Sanitärinstallation von wenigen Schächten aus der Büronutzung auf mehrere Schächte im Wohnbau. Der dreigeschossige Wohnbau bestehend aus Schotten in Holztafelbaubauweise und Holzdecken gehorcht in Raster und Schächten seiner eigenen Logik. Die Erschlie-

ßung des Wohnbaus erfolgt über Laubengänge. Die Erhöhung des alten Industriegebäudes um drei Wohngeschosse war nur aufgrund des geringen Gewichts der Holzbauweise sowie der Auslastung des Untergeschosses und der Fundamente ohne zusätzliche Ertüchtigung möglich. Baurecht und Brandschutz

Ein Dachausbau oder eine Bauwerksaufstockung kann die Verschärfung relevanter baurechtlicher Anforderungen an die Konstruktion zur Folge haben, wenn das Gebäude nach der Veränderung einer höheren Gebäudeklasse zuzuordnen ist. Normalerweise bestehen an die tragenden Bauteile des obersten Geschosses keine erhöhten Anforderungen, sofern es sich nicht um ein Sonderbauteil wie eine Brandwand handelt. Es ist jedoch in der Planung frühzeitig zu prüfen, welche Anforderungen sich an die Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen und die Brennbarkeit von Baustoffen in Abhängigkeit der geänderten Gebäudeklasse für das gesamte Bauwerk ergeben. Gegebenenfalls ist der Bestandsbau zu ertüchtigen und die Holzbaukonstruktion in hochfeuerhemmender oder feuerbeständiger Bauweise zu errichten (siehe »Brandschutz«, S. 72ff.).

D 4.11

154

Fassade Hochwärmegedämmte, vorgefertigte Holztafelbauelemente stellen eine interessante Alternative zu den gängigen Methoden der energetischen Sanierung der Gebäudehülle wie Wärmedämmverbundsysteme (WDVS) oder Elementfassaden aus Aluminium oder Stahl dar. Die Elemente werden additiv vor eine Bestandswand gesetzt oder als Fassadenersatz verwendet. Meist kommen dabei geschlossene Holztafelbauelemente mit Rippen aus Konstruktionsvollholz (KVH), Brettschichtholz (BSH) oder Stegträgern und statisch wirksamer Beplankung inklusive Wärmedämmung in den Gefachen (z. B. Zellulose, Mineralfaser) und eingebauten Fenstern zum Einsatz. Die Fassadenbekleidung bildet eine eigene Ebene. Je nach baurechtlicher Anforderung ist die Schicht zum Holztafelbauelement aus Gründen des Brandschutzes mit nicht brennbaren Baustoffen auszuführen und die Hinterlüftungsebene geschossweise zu unterbrechen. Die tragende Konstruktion des Holztafelbauelements erlaubt die Befestigung einer Bandbreite unterschiedlicher Bekleidungswerkstoffe (z. B. Brettschalung, Holz- oder Holzfasertafeln, Glas, Metall) und eröffnet damit einen großen Spielraum für die Fassadengestaltung. Die Ertüchtigung der Gebäudehülle bietet die Chance, die gestalterischen, konstruktiven und technischen Eigenschaften der Bestandsfassade in Abhängigkeit von der ursprünglichen Konstruktion neu zu gestalten. Der Aufwand für die Änderung der Öffnungen in der Gebäudehülle hängt wesentlich von der konstruktiven Struktur der bestehenden Außenwand ab. Bei lastabtragendem, monolithischen Mauerwerk sind die Eingriffsmöglichkeiten zur Veränderung begrenzt. Eine gemauerte Fensterbrüstung lässt sich zwar einfach abbrechen, die seitliche Vergrößerung der Öffnung stellt jedoch vor allem im bewohnten Zustand eine aufwendige Maßnahme dar. Eine Vorhangfassade aus einer Stahl-Glas- oder Stahlbetonkonstruktion kann dagegen einfacher abgebaut und durch eine neue Fassade ersetzt werden. Das bietet die Möglichkeit, die architektonischen und technischen Eigenschaften der Fassade komplett neu zu definieren. Auch bei mehrschichtigen

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

a

b

c

D 4.13

D 4.12

Fassaden aus Stahlbetonfertigteilen, bei denen die äußere Schale den Wetterschutz übernimmt, besteht die Möglichkeit, die vorgefertigte hölzerne Hülle vor den Bestand zu stellen, um vorhandene Fassadenschichten zu erhalten, was die Wirtschaftlichkeit des Systems erhöht. Auskragende Bauteile wie Balkone oder Loggien stellen meist gravierende Wärmebrücken dar, die entfernt werden müssen, da eine Überdämmung nicht machbar oder unwirtschaftlich ist. Die Einhausung dieser Bauteile kann eine Lösung sein und zusätzlich die räumliche Situation aufwerten, indem die Flächen als Wohnraumerweiterung dem beheizten Gebäudevolumen zugeschlagen werden. Bei der Modernisierung der Wohnanlage an der Grüntenstraße in Augsburg (Abb. D 4.1, S. 150) wurde beispielsweise die Stahlbetonstruktur der Balkone belassen und mit vorgefertigten Fassadenelementen eingehüllt und somit in das beheizte Gebäudevolumen einbezogen (Abb. D 4.20, S. 157). Lastabtragung von Fassaden

Die horizontale und vertikale Zusatzbeanspruchung einer neuen Fassadenebene kann über die Tragstruktur des Bestandsgebäudes oder in eigene Fundamente eingeleitet werden.

D 4.14

d

Grundsätzlich sind deshalb im Rahmen der Planung die Lastreserven des Bestands genau zu bestimmen, damit das zusätzliche Eigengewicht sowie Wind-, Schnee- und Erdbebenlasten kraftschlüssig in den Bestand aufgenommen werden können. Gegebenenfalls ist die Bestandskonstruktion vor der Montage neuer Bauteile konstruktiv zu ertüchtigen. Lastübertragende Befestigungen müssen daher statisch nachgewiesen und auf die Bestandskonstruktion abgestimmt werden. Die Holztafelbauelemente lassen sich je nach Gebäudegeometrie horizontal geschossweise oder vertikal gebäudehoch vor die bestehende Außenwand montieren (Abb. 4.12). Die Anbringung vor die bestehende Tragstruktur kann entsprechend der Art der Lasteinleitung in vier Varianten erfolgen (Abb. 4.13): • eingestellt auf die bestehende Deckenkante (a) • vorgestellt auf einem Zusatzfundament (b) • angehängt (c) • abgehängt (d) Die Einleitung der Horizontal- und Vertikallasten kann über ein und dasselbe Auflager geschehen. Werden sie jedoch getrennt abgeleitet, wird die Vertikallast aus Eigengewicht über Zusatzfundamente oder Auflagerkonsolen verteilt und die Horizontallasten mittels Rück-

verankerung in die Bestandskonstruktion der Decken geführt. Idealerweise werden die Vertikallasten direkt im Sockelbereich auf ein Einzelfundament (Abb. D 4.14), Kragträger (Abb. D 4.15) oder eine Konsole (Abb. D 4.16) aufgestellt. Hierbei ist auf die Einhaltung des konstruktiven Holzschutzes der neuen Wandelemente zu achten und der Sockelpunkt vor dauerhafter Durchfeuchtung zu schützen. Die Horizontallasten aus Windsog und Winddruck können geschossweise über eine Verankerung im Bereich der Deckenstirnkanten mittels Stahlwinkelkonsolen lastabtragend eingeleitet werden. Eine günstigere Lösung ist die Verankerung eines umlaufenden Richtbalkens (»Bauchbinde«) auf Höhe der Deckenstirnkante. Dieser Querschnitt dient als Anschlag für das Fassadenelement während der Montagephase und als Befestigungspunkt zur Übertragung der Horizontallasten. Wird die Fassade vor eine bestehende Außenwand montiert, erweist sich ein Abstand von 6 bis 8 cm als zweckmäßig, um Unebenheiten der Wandfläche auszugleichen. Diese Ausgleichsebene zwischen der Bestandswand und der neuen Fassade muss mit Dämmstoff hohlraumfrei gefüllt werden, der als Flocken eingeblasen oder vorher auf die Rückseite des

D 4.15

D 4.16

155

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

D 4.17

D 4.18

156

Fassadenelements in Form einer Matte aufgebracht wird, um unkontrollierte Konvektion zu vermeiden. Bei einem eingestellten Fassadenelement ist wie beim Hybridbau die offene Anschlussfuge zwischen dem Element und der Geschossdecke zu verfüllen, beispielsweise in Form eines Dämmstoffs mit einer Hitzebeständigkeit von über 1000 °C [6]. Die Innenseite des Fassadenelements wird als luftdichte Ebene und Dampfbremse ausgeführt, um den Wandaufbau vor Feuchte durch Konvektion und Diffusion zu schützen. Bei Gebäuden mit unterschiedlichen Nutzungseinheiten, wie beispielsweise mehrgeschossige Wohnbauten, muss darauf geachtet werden, dass keine Schallbrücken durch Hohlräume in der Ausgleichsebene des Elements entstehen. Fugen- und Anschlussdetails, die sich im Neubaubereich für die Fügung von Holztafelbauelementen bewährt haben, gewährleisten die Dichtheit der Fassade auf der Außenseite. Bei einem hohen Vorfertigungsgrad mit bereits aufgebrachter Fassadenbekleidung ist auf eine gute Erreichbarkeit der Verankerungsund Fügepunkte zu achten. Die Erfahrung zeigt, dass eine formschlüssige Stoßverbindung in Form einer Zapfen- oder Nut-und-Feder-Verbindung den Montageablauf der einzelnen Bauteile als Führungshilfe deutlich vereinfacht und zudem eine exzentrizitätsfreie, horizontale Verankerung im Bestand ermöglicht.

der Innenkante sitzt, luftdicht abgeklebt werden. Diese Lösung stellt eine sichtbar homogene und glatte Ausführung dar, erfordert jedoch mehrere Arbeitsgänge in der Wohnung. Eine schnellere Alternative, die sich insbesondere im bewohnten Zustand eignet, ist die Ausbildung des Fensteranschlusses als vorgefertigter Laibungskasten (beispielsweise aus Holzwerkstoffplatten), der von innen gegen den Blendrahmen des Fensters geschoben wird (Abb. D 4.18 und D 4.19). Ein besonderes Augenmerk ist auf die Planung des Anschlusses und der Abdichtung einer zweiten wasserführenden Ebene unter dem Fensterblech zu legen, die nach außen entwässert. Der Fensterblendrahmen muss entsprechend den normativen Anforderungen wärmebrückenreduzierend von außen überdämmt werden. Die Abdeckung und Kapselung der Fensterlaibung und insbesondere des Sturzbereichs sind aus brandschutztechnischer Sicht zu beachten. Der Übergang zwischen Wandund Fensteröffnung, der durch den Ausgleichsspalt entsteht, muss mit einem mindestens 50 cm dicken umlaufenden Mineralwollstreifen (Schmelzpunkt > 1000 °C) ausgefüllt und mit einer brandschutztauglichen Konstruktion geschlossen werden. Hier können nicht brennbare Bauplatten oder zementgebundene Spanplatten der Baustoffklasse A2-s1, d0 zum Einsatz kommen (Abb. D 4.17).

Fenstereinbau

Baurecht und Brandschutz

Durch ein exaktes Aufmaß und eine sorgfältige Planung mit den erforderlichen Toleranzen können Fenster mit Laibung, Fensterblech und Sonnenschutz bereits bei der werkseitigen Vorfertigung in die Fassadenelemente eingebaut werden. Damit lassen sich Anpassarbeiten auf der Baustelle reduzieren. Eine besondere Herausforderung stellt der Anschluss der inneren Fensterlaibung zur vorgestellten Holztafelbaufassade dar. Insbesondere in bewohnten Wohnungen empfiehlt es sich, die alten Fenster von außen auszubauen. Nach Montage der Fassadenelemente wird die innere Laibung begradigt und verputzt oder mit einer doppelten Lage Gipskarton bekleidet. Auf der ersten Lage kann der Blendrahmen, der in der Ebene des Holztafelbauelements auf

Außenwandelemente, die bei der Modernisierung der Gebäudehülle mit dem Bauwerk verbunden werden, um ausschließlich Eigen- und Windlasten zu übertragen, gelten im brandschutzrechtlichen Sinn als nicht tragende Bauteile [7]. Das heißt, eine feuerhemmende Ausführung der Konstruktion ist auch bei höheren Gebäuden ausreichend. Dabei ist zu beachten, dass das neue Wandelement im baurechtlichen Sinn raumabschließende Funktion (EI) übernimmt, wenn es als Fassadenersatz eingesetzt wird. In jedem Fall gilt es darauf zu achten, dass Hohlräume vermieden werden und die Befestigung in entsprechender Feuerwiderstandsdauer ausgebildet ist, sodass im Brandfall eine Gefährdung durch das Herabfallen größerer Teile ausgeschlossen werden kann.

Lösungen für die Gebäudemodernisierung

D 4.19

Architekturfotografie Gempeler Alexander Gempeler Fotograf SBF|SWB Seidenweg 8a Postfach 524 CH-3000 Bern 9 E-Mail T +41 31 301 84 10

D 4.17

Brandschottung und Abdichtung Fensterlaibung, Ansicht, Wohnanlage Grüntenstraße, Augsburg (DE) 2012, lattkearchitekten D 4.18 Vertikalschnitt Grüntenstraße, Maßstab 1:20 D 4.19 Horizontalschnitt Grüntenstraße, Maßstab 1:20 D 4.20 Fassade Grüntenstraße

Anmerkungen: [1] König, Holger: Bauen mit Holz als aktiver Klimaschutz. In: Kaufmann, Hermann; Nerdinger, Winfried: Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft. München 2011 [2] Schihin, Yves: Brown land densification – Urbane Aufstockung in Zürich. In: Tagungsdokumentation 18. Internationales Holzbau-Forum. Garmisch-Partenkirchen 2012 [3] Isopp, Anne: Belastungstest. Was ist dem Bestand zuzumuten? In: zuschnitt 42, 06/2011 – Obendrauf, S. 9 [4] Tulamo, Tomi-Samuel u. a.: Book 2. TES Extension. München 2014 [5] Mooser, Marcus u. a.: Aufstocken mit Holz – Verdichten, Sanieren, Dämmen. Basel 2014 [6] wie Anm. [3] [7] ebd. D 4.20

157

Teil E

Abb. E

Gebaute Beispiele im Detail

E 1 Anschlüsse im Detail

160

01

Acton Ostry Architects, Studentenwohnheim in Vancouver

166

02

Kaden Klingbeil Architekten, Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin

170

03

Rossiprodi Associati, Wohnanlage Via Cenni in Mailand

174

04

pool Architekten, Wohn- und Geschäftshaus in Zürich

178

05

OOPEAA, Wohnanlage in Jyväskylä

182

06

Deppisch Architekten, Wohnanlage in Ansbach

186

07

Bucher-Beholz Architekten, Reihenhäuser in München

190

08

Florian Nagler Architekten, Wohngebäude – Parkplatzüberbauung in München

194

09

burkhalter sumi architekten, Aufstockung und Umbau zu einem Wohnund Gewerbehaus in Zürich

198

10

lattkearchitekten, Sanierung eines Wohngebäudes in Augsburg

202

11

Rolf Mühlethaler, Wohnhäuser Zollfreilager in Zürich

206

12

Florian Nagler Architekten (Systementwicklung und Entwurf), Kampa GmbH (Ausführung), Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen

211

13

Architekten Hermann Kaufmann, Illwerke Zentrum Montafon in Vandans

214

14

architekturwerkstatt, Bürogebäude in St. Johann in Tirol

220

15

Michael Green Architecture, Wood Innovation and Design Centre in Prince George

224

16

Bruno Mader, Verwaltungsbau in Clermont-Ferrand

228

17

Cukrowicz Nachbaur Architekten, Gemeindezentrum in St. Gerold

232

18

Architekten Hermann Kaufmann und Florian Nagler Architekten, Gymnasium in Diedorf

236

19

NKBAK, Europäische Schule in Frankfurt am Main

242

20

Agence R2K, Schulkomplex in Limeil-Brévannes

246

21

Fink Thurnher, Sanierung und Neubau einer Internatsschule in Altmünster

250

22

Oskar Leo Kaufmann und Albert Rüf, Hotel Ammerwald bei Reutte in Tirol

254

Wohnanlage in Jyväskylä (FI) 2015, OOPEAA

159

Anschlüsse im Detail Stefan Krötsch

Die Möglichkeiten der Kombination verschiedener Tragwerkssysteme, die Vielschichtigkeit von Bauteilen, unterschiedliche Arten und Grade der Vorfertigung, aber auch stetig wachsende Anforderungen an die Baukonstruktionen führen zu sehr komplexen und sehr spezifischen Detailausführungen. Selbstverständliche und verallgemeinerbare – bestenfalls standardisierte – Ausführungen sind bis heute im Holzbau eher die Ausnahme als die Regel. Bleibt das Tragwerk sichtbar, sind die technischen Aspekte der Bauteilanschlüsse unmittelbar mit den gestalterischen verknüpft. Der Anschluss der Geschossdecke an die tragende Außenwand dokumentiert die Abhängigkeiten beim Fügen der Bauteile im mehrgeschossigen Holzbau besonders gut: Die Kontinuität des Schichtenverlaufs der Außenwand als Teil der thermischen Gebäudehülle sowie die Decken als Trennung zwischen den Geschossen ist mit dem Auflager der Decken und dem Ableiten der Lasten aus darüber liegenden Geschossen in Einklang zu bringen. Diese Parameter werden weiter überlagert durch die spezifischen Gesetzmäßigkeiten aus Vorfertigung und Bauprozess. Je höher das Gebäude ist, umso prägender wird dieses sich in jedem Stockwerk wiederholende Regeldetail für die Gesamtkonstruktion. Als Einleitung der Projektdokumentationen werden in diesem Kapitel die Details des Decken-

160

auflagers in der Außenwand von fünf sehr unterschiedlichen Holzbauten einander vergleichend gegenübergestellt. Das Illwerke Zentrum Motafon in Vandans und das Gemeindezentrum in St. Gerold sind Skelettbauten, die allerdings hinsichtlich Nutzungsanforderungen, Deckenkonstruktion und Montageprozess unterschiedlicher kaum sein könnten. Die Tragwerke des Hotels Ammerwald in Reutte und der Wohnanlage Via Cenni in Mailand bestehen aus Wandscheiben und Deckenplatten aus Brettsperrholz. Sie unterscheiden sich jedoch fundamental: auf der einen Seite die Vorfertigung der Hotelzimmer als Raumzellen auf der anderen Seite die konventionelle Montage der Wohngebäude aus Wand- und Deckenelementen. Diesen Beispielen werden die Wohnhäuser Zollfreilager, mehrgeschossige Gebäude mit tragenden Rahmenbauwänden, vergleichend gegenübergestellt. Während die Projekte im Dokumentationsteil ausführlich beschrieben und in ihrer Gesamtheit dargestellt sind, wird hier zunächst nur ein spezielles Detail – der Anschluss von Geschossdecke an die Außenwand – vergleichend betrachtet. Jeder dieser Anschlüsse ist – analog zu den Themenschwerpunkten in den vorangegangenen Kapiteln B, C und D – nach den Gesetzmäßigkeiten des Tragwerks, der Baukonstruktion und des Bauprozesses analysiert und im Kontext des Gesamtsystems des Gebäudes dargestellt.

Anschlüsse im Detail

Detail 1 Tafelbauwand – Brettstapeldecke

Wohnhäuser Zollfreilager in Zürich Projektdokumentation S. 206ff. Isometrien ohne Maßstab Vertikalschnitte M 1:50

Tragwerk

Die tragende Außenwand besteht aus Tafelbauelementen. Eine L-förmige Wandpfette, die in eine Ausnehmung der Ständer am oberen Ende der Elemente eingelegt ist, bildet ein lineares Auflager für die Decken aus Brettstapelelementen. Die Tafelbauelemente haben weder Schwelle noch Rähm, die Ständer laufen über die gesamte Wandhöhe durch, sodass die vertikalen Lasten über den Elementstoß querholz- und setzungsfrei von Hirnholzfläche zu Hirnholzfläche der Ständer übertragen werden.

Schichtenverlauf

Die Tafelbauelemente der Außenwände sind zweilagig ausgedämmt. Die innere Beplankung mit verklebten Stößen bildet die luftdichte Schicht. Sie ist als Folienlappen um die einbindenden Geschossdecken herum fortgesetzt und im Bereich des Fußbodenaufbaus mit der Beplankung verklebt. Kurze Vordächer schützen Holzfassade und Fenster vor Bewitterung. Die Anforderungen des Schall- und Brandschutzes an die Geschossdecken werden durch einen schwimmenden Estrich und eine unterseitige Abhangdecke erfüllt.

Vorfertigung und Montage

Die Tafelbauelemente werden einschließlich Fenster, Vorrichtung Sonnenschutz, Innenbekleidung, Unterkonstruktion der Außenbekleidung und äußere Sturzbekleidung als Bauteile mit jeweils vier Fensterachsen vorgefertigt. Lediglich die ebenfalls vorgefertigten, geschosshohen Paneele der Außenwandbekleidung und die Vordächer waren vor Ort anzubringen. Nach dem Aufstellen des Wandelements wurden die Deckenelemente aufgelegt und oberseitig mit einer Richtlatte versehen, in die dann das darüber folgende Wandelement mit einer unterseitigen Aussparung einzupassen war.

161

Anschlüsse im Detail

Detail 2 Tafelbauwand / Skelettkonstruktion – Brettstapeldecke

Gemeindezentrum in St. Gerold Projektdokumentation S. 232ff. Isometrien ohne Maßstab Vertikalschnitte M 1:50

Tragwerk

Stützen und Träger aus Konstruktionsvollholz, die in die Außen- und Innenwände integriert sind, bilden eine Skelettkonstruktion, die sich an den Stützen in den Fensterbändern ablesen lässt. Auf den Trägern liegen Decken aus verdübelten Brettstapelementen linear auf. Das tragende Skelett ist zusammen mit zusätzlichen Ständern in die Tafelbauelemente der Außenwände integriert, die mit einer diagonalen Brettschalung ausgesteift sind. Die Gebäudeaussteifung erfolgt über die vier Außenwände und den Liftschacht aus Brettsperrholztafeln, sodass die Brettstapeldecken keine steife Scheibe bilden müssen. Schichtenverlauf

Die Tafelbauelemente der Außenwand sind ausgedämmt und mit einer außenseitigen zweiten Dämmlage versehen, in der die Fenster positioniert werden und die ungestört vor Deckenauflager und Tragwerk durchläuft. Die luftdichte Schicht bildet ein Ölpapier zwischen innerer Brettschalung und Dämmung. Im Bereich der einbindenden Decken verbindet ein um die Deckenstirn geführter Folienlappen die luftdichte Schicht der oben und unten anschließenden Wand. Die Anforderungen des Schall- und Brandschutzes an die Geschossdecken werden durch einen schwimmenden Estrich und eine unterseitige Abhangdecke erfüllt. Vorfertigung und Montage

Zunächst wurden die Außenwände aus gebäudehohen Tafelbauelementen sowie der Aufzugskern aus Brettsperrholz-Elementen errichtet. Schlitze in den Wandelementen dienten zum Einfädeln der Brettstapelemente der Geschossdecken, wobei ein zuvor eingelegter Folienlappen die luftdichte Schicht der Wände verbindet. Die Aufstellung der Innenwände, Stützen und Träger erfolgte sukzessive mit der Montage der Geschossdecken. Nach Fertigstellung des Tragwerks wurden die zweite Lage der Dämmschicht, die Fenster, die Fassadenbekleidung, die Installationsschicht, Bodenaufbau und Abhangdecke vor Ort angebracht.

162

Anschlüsse im Detail

Detail 3 Brettsperrholzwand – Brettsperrholzdecke

Wohnanlage Via Cenni in Mailand Projektdokumentation S. 174ff. Isometrien ohne Maßstab Vertikalschnitte M 1:50

Tragwerk

Die Spannrichtung der Decken ist in verschiedenen Geschossen um 90° gedreht, sodass sich die Lasten auf sämtliche Wände in Gebäudelängs- und -querrichtung verteilen. Durch lineare Auflager werden die Lasten außerdem über eine große Länge eingeleitet. Diese beiden Maßnahmen ermöglichen trotz der Gebäudehöhe von neun Geschossen ein simples Fügen der Brettsperrholzelemente, ohne dass Querholzpressungen und damit verbundene Setzungen entstehen. Wände und Decken liegen voll aufeinander auf und sind kreuzweise diagonal miteinander verschraubt. Schichtenverlauf

Die tragende Schicht der Brettsperrholzwände bildet gleichzeitig die luftdichte Schicht. Die einbindenden Geschossdecken sind mit außenseitigen Folienlappen überklebt. Die Dämmschicht ist geometrisch einfach außenseitig auf die Wände aufgebracht und als WDVS verputzt. Die Befestigung der Fenster erfolgte von innen vor der Brettsperrholzwand. Sie bilden zusammen mit dem Sonnenschutz eine Störung im Schichtenverlauf. Die Böden sind mit einem konventionellen Aufbau schallentkoppelt ausgeführt. Decken und Wände wurden aus Gründen des Brandschutzes mit Gipsfaserplatten bekleidet, an der Außenwand mit Installationsschicht. Vorfertigung und Montage

Wände und Decken sind aus abgebundenen Brettsperrholztafeln und mittels diagonaler Verschraubung und Stahlverbindungsteilen zu einem kastenartigen Tragwerk gefügt. Der Ausschnitt von Fenster- und Türöffnungen erfolgte werkseitig. Nach Fertigstellung des Rohbaus wurden von außen die Fenster und der Sonnenschutz eingebaut, die Balkonplatten abgedichtet, die luftdichte Schicht durch Abkleben der Tafelstöße hergestellt und das WDVS aufgebracht. Fußbodenaufbau und Kapselung von Wänden und Decken erfolgten ebenfalls konventionell vor Ort.

163

Anschlüsse im Detail

Detail 4 Brettsperrholzwand / Brettsperrholzdecke bei Raumzellen

Hotel Ammerwald bei Reutte Projektdokumentation S. 254ff. Isometrien ohne Maßstab Vertikalschnitte M 1:50

Tragwerk

Das Tragwerk der drei aus Raumzellen zusammengesetzten Geschosse bildet eine regelmäßige Schottenstruktur quer zur Gebäudelängsrichtung, sodass die längsseitige Außenwand nichttragend ist und sich ohne weitere Maßnahmen Fensteröffnungen sturzlos ausbilden lassen. Deckenplatten aus fünflagigem Brettsperrholz spannen parallel zur Fassade und liegen auf doppelten Wandscheiben aus dreilagigem Brettsperrholz auf, die auch die Gebäudeaussteifung übernehmen. Die unterseitige Platte des zweischaligen Deckenaufbaus ist der Raumzellenfertigung geschuldet und nichttragend. Schichtenverlauf

Die Fassade bilden kurze Wandstücke und raumhohe Fenster. Die Wandstücke bestehen aus innen sichtbarem Brettsperrholz mit außenseitiger Dampfbremse als luftdichter Schicht, drei Lagen Mineralfaserdämmung zwischen kreuzweise zueinander angeordneter Unterkonstruktion sowie einer hinterlüfteten Fassadenbekleidung aus Edelstahlblech. Die doppelten Decken- und Innenwandaufbauten, die sich durch die Stapelung der Raumzellen ergeben, sind durch Neoprenauflager und Dämmung der Zwischenräume schallentkoppelt und werden unmittelbar zur Umsetzung eines angemessenen Schallschutzes genutzt. Vorfertigung und Montage

Die Logik der gesamten Fügung folgt der Zusammensetzung des Gebäudes aus vorgefertigten Raumzellen. Die Stapelung der Zellen bildet das Tragwerk, doppelte Wände und Decken ermöglichen einen guten Schallschutz. Die Stöße in der Außenwand wurden während der Montage auf der Baustelle gedämmt und abgedichtet. Die Fassadenbekleidung ist nachträglich vor Ort aufgebracht, sodass die Raumzellen von Außen nicht ablesbar sind. Innenausbau und Haustechnik konnten in den Raumzellen komplett vorgefertigt werden, sodass im Zuge der Montage lediglich Verbindungsstellen zusammengeschlossen werden mussten.

164

Anschlüsse im Detail

Detail 5 Skelettkonstruktion – Holz-Beton-Verbund-Balkendecke

Illwerke Zentrum Montafon in Vandans Projektdokumentation S. 214ff. Isometrien ohne Maßstab Vertikalschnitte M 1:50

Tragwerk

Stützenachsen in den Längsfassaden und mit doppeltem Stützenabstand im Gebäudeinneren bilden zusammen mit den Hauptträgern in Gebäudelängsrichtung die primäre Tragkonstruktion. Zwischen diesen Hauptträgern spannen Balkendecken als Holz-Beton-Verbundkonstruktion. Der Randbalken der vorgefertigten Deckenelemente besteht wie die Decklage aus Beton und bildet feldweise den Hauptträger. Auf diesen Randbalken stehen jeweils die Stützen des folgenden Geschosses, sodass die Lasten der darüberliegenden Stockwerke querholzfrei von den Hirnholzflächen der Stützen durch den Beton übertragen werden. Schichtenverlauf

Die Außenwand besteht aus Fensterbändern und geschlossenen Brüstungen als Tafelbauelemente mit zweilagiger Dämmschicht. Das Tragwerk (Stützen und Beton-Randbalken) liegt in der Ebene der inneren Dämmlage. Die äußere Dämmlage auf Fensterebene läuft wärmebrückenfrei durch. Die innere Beplankung der Brüstungsfelder bildet eine luftdichte Schicht, die um die Geschossdecken und um die sichtbaren Stützen herumgeführt und an die Fensterrahmen angeschlossen ist. Die Vordächer in jedem Geschoss schützen Holzfenster und Fassade vor Bewitterung und nehmen den Sonnenschutz auf. Vorfertigung und Montage

Die Holz-Beton-Verbunddecken sind als Elemente mit je vier Holzbalken sowie Randbalken und Decklage aus Beton vorgefertigt und wurden über eingelegte Hülsen auf die Dorne am Stützenkopf gesteckt, sodass sie in ihrer Position sofort fixiert sind. Nach Verguss der Elementstöße gewährleistet die Betonschicht den Feuchteschutz während der Bauzeit. Die Brüstung und drei Stützen bilden zusammen ein vorgefertigtes Element, sodass alle Anschlüsse der Stützen an die Tafelbauelemente bereits werkseitig hergestellt werden können. Fenster, Fassadenbekleidung und Vordächer wurden vor Ort angebracht.

165

Beispiel 01

Studentenwohnheim Vancouver, CA 2017 Architekten: Acton Ostry Architects, Vancouver Russell Acton, Mark Ostry, Matthew Wood (Projektleiter) Mitarbeiter: Rafael Santa Ana, Andrew Weyrauch, Gjergj Hondro, Nebojsa Slijepcevic, Nathaniel Straathof, Warren Schmidt Berater Holzbau: Hermann Kaufmann, Christoph Duenser Tragwerksplaner: Fast + Epp, Vancouver Konzept Die University of British Columbia ist Bauherr eines der ambitioniertesten Holzbauprojekte. Das Wohnheim für 400 Studierende wird zum Zeitpunkt seiner Fertigstellung mit 55 m Höhe das weltweit höchste Gebäude aus Massivholz sein. Seine 18 Geschosse werden über zwei Treppen und Liftkerne aus Stahlbeton erschlossen. Das Projekt ist im Rahmen der Initiative »Tall Wood« des Canadian Wood Council entstanden. Die Holzindustrie sieht in British Columbia ein enormes Potenzial in der Nutzung von massivem Holz als Alternative zum herkömmlichen Rahmenbau der BalloonFrame-Bauweise. Auf dem Gebiet des Massivholzbaus und der modularen Vorfertigung hat die lokale Bauwirtschaft bisher erst wenige Erfahrungen gesammelt, die Initiative möchte dem entgegenwirken. Der 18-geschossige Holzbau auf dem Campus Brock Commons demonstriert mit rund 15 000 m2 Nutzfläche die Effizienz des Baustoffs. Um Holzbauten in die Höhe wachsen zu lassen, haben die lokalen Behörden bereits 2009 die maximale Geschosszahl von vier auf sechs erhöht. Außerdem sieht das kanadische Baurecht Ausnahmeregelungen im Rahmen einer »site-specific regulation« vor. Zudem vergügt der Campus über eine eigenständige Bauverwaltung. Diese Faktoren ermöglichten schließlich unter strengen Auflagen einen Holzbau in dieser Dimension. Konstruktion Die vertikalen Konstruktionselemente bilden Stützen aus Brettschichtholz von 26 ≈ 26 cm und zwei in Ortbeton mittels Gleitschalung errichtete Treppentürme, die die Aussteifung gewährleisten. Die Stützen sind in einem Raster von 2,85 ≈ 4,00 m angeordnet. Auf ihnen liegen Deckenplatten aus fünfschichtigem Brettsperrholz (BSP) in einer Gesamtstärke von 16,6 cm direkt auf. Die versetzt angeordneten Zwei- und Dreifeldplatten sind zweiachsig gespannt und ermöglichen eine Decke ohne Unterzüge. Neben einer schnellen Montage birgt dies außerdem den Vorteil, dass die technische Gebäudeausrüstung einfach verlegt werden kann. Der Schubverbund zwischen den einzelnen

166

Studentenwohnheim in Vancouver

BSP-Platten erfolgt durch eine versenkte Dreischichtplatte, wodurch aus den Einzelplatten eine statisch nutzbare Scheibe entsteht. Alle horizontalen Kräfte (Wind und Erdbeben) werden über Stahlbänder aus dieser Scheibe in die betonierten Treppenhäuser übertragen. Bei hohen Gebäuden stellt die Lastweiterleitung von Stütze zu Stütze eine besondere Herausforderung dar, die hier über eigens ent-

wickelte Stahlteile erfolgt, welche zugleich eine schnelle Montage ermöglichten. Das Gebäude konnte innerhalb kürzester Zeit errichtet werden: Pro Woche wuchs der Bau um zwei Geschosse.

bauteile mit Gipskarton für eine Feuerwiderstandsdauer von 120 Minuten gekapselt. Lediglich im obersten Geschoss, das als Aufenthaltsraum für die Studierenden dient, ist die Konstruktion sichtbar und gestattet einen anschaulichen Blick auf die Holzbauweise des Hochhauses. Das Brandschutzkonzept geht davon aus, dass ein Feuer aufgrund der Kapselung und

Brandschutz Um die Widerstandsfähigkeit der Holzkonstruktion gegen Brand zu erhöhen, sind die Holzb

8

8

9

9 b

8

8

Regelgeschoss 2.–18. OG

a

3

1

4

3

2

2 6 2

5

7

5

a

EG

Grundrisse • Schnitt Maßstab 1:400 1 2 3

5

Eingang Gemeinschaftsraum Küche

4 5 6 7 8 9

Arbeitsraum Technik / Elektro Müll Wäscherei Einzimmerapartment Wohngemeinschaft

aa

167

Beispiel 01

Tragstruktur Beton

Tragstruktur Holz

der Balkendicke nach 90 Minuten von selbst erlischt, bevor die Konstruktion zur Brandlast beitragen würde. Zusätzlich ist eine Sprinkleranlage eingebaut, ein redundantes System versorgt diese auch dann noch mit Wasser und Strom, wenn die Anschlüsse an das öffentliche Netz unterbrochen sind. Fassade Die Fassaden bestehen aus der in Kanada üblichen Stahlrahmenkonstruktion mit einer Bekleidung aus Schichtpressstoffplatten (HPL) aus Holz und Papier, wobei sich Elemente mit großformatigen HPL-Platten und raumhohen Fenstern abwechseln, die Verglasungen werden über Eck geführt. Das Gebäudes passt sich in seinem Erscheinungsbild der nüchternen Sprache des gesamten Campus an. Die Fassadenelemente inklusive eingebauter Fenster wurden vorgefertigt und geschossweise in die zuvor an die Decken montierten Stahlwinkelprofile eingehängt, wodurch die Konstruktion zügig vor der Witterung geschützt werden konnte – essentiell im regnerischen Klima Vancouvers. Neben der Demonstration des technisch Machbaren im aktuellen Holz-Hybridbau, sind ambitionierte Ziele bezüglich Nachhaltigkeit angestrebt: Das Label LEED-Gold soll erreicht und der Standard ASHRAE 90.1-2010 (Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings) erfüllt werden. Gegenüber einem konventionell erstellten Gebäude muss das neue Wohnheim dafür 25 % graue Energie und Verbrauch im Betrieb einsparen. Einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Umwelt hat die Bauherrschaft bereits mit der Wahl des Baumaterials geleistet: Mit der Konstruktion aus Vollholz konnte ein Volumen von 2650 m3 Beton eingespart werden, was einem Äquivalent von rund 500 t CO2 entspricht.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

168

18 15 115 m2 ca. 35 Mio. € ca. 2 Monate 17 Monate

Installationen

Studentenwohnheim in Vancouver

c

c

1 4 7 2

8 9

6

5 3

BSP-Decken und Stützen mit Stahlverbindungsstück

bb Vertikalschnitt Horizontalschnitt Fassade Maßstab 1:20

4 5

1 2

6

3

Aluminiumfenster mit Zweifachisolierverglasung Verbindungsstück der Fassadenelemente Abdichtung vorgefertigte Fassade: Schichtpressstoffplatte (HPL) 8 mm Lattung 25 mm Stahlunterkonstruktion thermisch getrennt, dazwischen Wärmedämmung 50 mm Abdichtung dampfdurchlässig (flüssig aufgebracht) Gipskartonplatte 13 mm Unterkonstruktion Stahl dazwischen Wärmedämmung Glasfaser 152 mm vor Ort eingebracht: Dampfbremse Gipskartonplatte 16 mm Innenanstrich

7

8 9

Fensterbank Zierholz Stahlwinkel fortlaufend installiert nach Fasadeneinbau, verankert in Dichtungsschicht zur Verhinderung von Wasser- und Estricheintritt im Bauablauf Geschossdecke: Bodenbelag Estrich 40 mm Trennlage Brettsperrholzdecke 169 mm Gipskarton feuchtebeständig 16 mm Abhangdecke Halteprofil Stahl 38 mm Stahlunterkonstruktion 19 mm Gipskartonplatte 2≈ 16 mm Innenanstrich Stütze Brettschichtholz (Standardmaß 265 ≈ 265 mm im Grundraster 2,85 ≈ 4,00 m) Bekleidung Gipskartonplatten dreilagig Gewindestab Ø 16 mm Stahlverbindung als Steckverbindung

teilweise Bekleidung der Elemente im Bauablauf

7

cc

3

1

fertige Konstruktion

169

Beispiel 02

Wohn- und Geschäftshaus c 13 Berlin, DE 2013 Architekten: Kaden Klingbeil Architekten, Berlin Entwurf Tom Kaden Mitarbeiter: Tom Kaden, Tom Klingbeil, Kora Johanns, Malte Reimer, Fabio Verber Tragwerksplaner Holzbau: Pirmin Jung, Rain

Konzept Das Wohn- und Geschäfthaus c 13 füllt eine Baulücke in einer gründerzeitlichen Blockrandbebauung im Berliner Stadtteil Prenzlauer Berg. Es besteht aus einem siebengeschossigen Vorderhaus und einer fünfgeschossigen rückwärtigen Bebauung, sodass die gesamte Tiefe der Parzelle entlang einer 46 m langen, sechsgeschossigen Brandwand des westlichen Nachbarn ausgenutzt wird. Vom östlichen Nachbarn ist die Bebauung über die gesamte Länge versetzt und gibt den Blick ins Innere des Stadtblocks frei. In dieser Fuge ist die vertikale Erschließung in Form von zwei frei stehenden Treppenanlagen organisiert. Das Rückgebäude ist von der Brandwand über drei Innenhöfe abgerückt, die Süd- und Ostlicht in die Tiefe des Gebäudes transportieren und sorgfältig inszenierte Ein-, Aus- und Durchblicke erlauben. Trotz der konstruktiven Disziplin, die für die wirtschaftliche Umsetzung als Holzbau notwendig war, ist eine außergewöhnliche räumliche Vielfalt über alle Geschosse entstanden, die den unterschiedlichen Nutzungen des Gebäudes von Bistro, Begegnungsstätte, Kindertagesstätte, Familienzentrum bis hin zu Arztpraxen, Büros und Wohnungen in unterschiedlichsten Formen entspricht. Die Skelettkonstruktion mit ihren großen Spannweiten und das unabhängige Erschließungssystem über die gesamte Länge des Gebäudes ermöglichen eine hohe Flexibilität, die sich bereits während der Planung bewähren musste, da das Nutzungskonzept mehrfach geändert wurde.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

170

7 4673 m2 ca. 4,7 Mio. € (netto) 5 Monate 15 Monate

Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin

Lageplan Maßstab 1:3000 Schnitt • Grundrisse Maßstab 1:500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Brandschutz Die Berliner Bauordnung erlaubt für Gebäude, deren oberstes Geschoss höher als 13 m OKFF liegt, keine Brennbarkeit wesentlicher Tragwerksteile. Die Genehmigung verdankt der Holzbau trotz oberster Fußbodenhöhe von 19,50 m einem individuellen Brandschutzkonzept, dessen wesentliche Elemente analog zum Vorgängergebäude E3 (Abb. A 1.8, S. 12) ausgeführt sind, das 2008 der erste siebengeschossige Holzbau in Deutschland war. Die Entscheidung, die Treppenhäuser offen auszubilden, vom Gebäude abzurücken und die Nutzungseinheiten auf allen Ebenen von außen zu erschließen, entstammt zudem dem städtebaulich-architektonischen Konzept des vielschichtig lesbaren, vertikal verzahnten und multifunktionalen Stadthauses. Für den Brandschutz bietet es gleichzeitig den besonderen Vorteil, dass jede Nutzungseinheit direkt ins Freie entfluchtet und eine Verrauchung des Fluchttreppenhauses aufgrund der offenen Gestaltung nicht zu befürchten ist. Die Holzkonstruktion von Wänden und Stützen wurde mit Gipsfaserplatten gekapselt, sodass sie mindesten 90 Minuten Feuerwiderstand leistet. Die Untersichten der Brettstapeldecken sind mit einer transparenten, schwer entflammbaren Brandschutzbeschichtung versehen und die Stahlträger unterseitig mit Gipsfaserplattenstreifen bekleidet, die die Konstruktion nachzeichnen.

A

B

aa

C/D

9 10 11

9

10

9

11

9

2

3

Spielstraße Hof Kita Küche Büro Saal Bistro Tiefgaragenzufahrt Luftraum Terrasse Wohnung

4. OG

1

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6

a

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2

2

5

a

4

EG

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Beispiel 02

1 b

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b

bb

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2

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1

2

3

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5 6

7 8

9

Wärmedämmverbundsystem mit Putz mineralisch 110 mm Gipskartonplatte 18 mm, Dampfbremse Massivwand Brettsperrholz 140 mm Gipsfaserplatte 2≈ 18 mm Geschossdecke Wohnraum: Bodenbelag Parkett 16 mm Heizestrich 74 mm, Trennlage Trittschalldämmung 30 mm, Abdichtung Aufbeton bewehrt 120 mm Brettstapeldecke mit Brandschutzanstrich (B1) 140 mm Deckenaufbau Erker (Nacktdach): Abdichtung Kunststoff einlagig Gefälledämmung EPS im Mittel 135 mm Aufbeton bewehrt 120 mm Brettstapeldecke mit Brandschutzanstrich (B1) 140 mm Stahlträger HEB 220 Gipskarton (Brandschutzbekleidung) 25 mm Gipsfaserplatte 15 mm Holzfenster Fichte mit Isolierverglasung Wärmedämmverbundsystem mit Putz, mineralisch 150 mm Gipskartonplatte 18 mm, Dampfbremse Massivwand Brettsperrholz 100 mm Gipsfaserplatte 2≈ 18 mm Stütze Stahlbeton 300/300 mm Wärmedämmverbundsystem Putz, mineralisch 70 mm Gipsfaserplatte 18 mm Holzständerkonstruktion 60/180 mm, dazwischen Wärmedämmung Mineralfaser 180 mm Gipsfaserplatte 18 mm, Dampfbremse Gipsfaserplatte 18 mm Randunterzug Funierschichtholz (FSH)

172

B

7

A

Wohn- und Geschäftshaus c 13 in Berlin

A B C D E

Vertikalschnitt Vorderhaus (Nordfassade) Maßstab 1:20 Vertikalschnitt Hinterhaus (Südfassade) Maßstab 1:20 statisches System Schubverbund Umkehrung des Momentenverlaufs im Auflagerbereich durch Auskragung der Decke Vertikalschnitt Decke über Außenraum, 4. OG Rückgebäude Maßstab 1:10

b

b

a a

b c d

e

Die Brettsperrholzwand mit horizontaler Deckenlage funktioniert als wandartiger Träger. Position und Größe der Fenster sind auf die Trägerwirkung der Wand abgestimmt. Der Betonsteg des Treppenhauses liegt auf der Wand auf. Die Wand spannt von Stütze zu Stütze. Brettsperrholzwand mit Schubnocken an der Unterseite. Die Brettsperrholzwand steht auf Stahlträgerstützen auf und nicht auf der Geschossdecke. Die Aufbetonschicht der Holz-Beton-Verbunddecken ist mit Kerven der Wand schubsteif vergossen.

Tragwerk und Vorfertigung Eine hybride Skelettkonstruktion aus deckengleichen Stahlträgern, die im Erdgeschoss auf Betonstützen, in den oberen Geschossen auf Stützen aus Furnierschichtholz und Brettschichtholz aufliegen, unterteilt das Gebäude über seine Länge in annähernd gleiche Deckenfelder von etwa 5 m Spannweite, die von Brettstapeldecken mit Aufbeton als Verbundkonstruktion überspannt werden. Die 14 cm starken Brettstapel sind unterseitig sichtbar und liegen auf dem unteren Flansch der HEBProfile der Primärträger auf, während die 12 cm starke, vor Ort aufgebrachte Betonschicht mit der Oberkante der Träger abschließt. Die aussteifenden Wände des fünfgeschossigen Rück10

11

c d

e

C

D

gebäudes bestehen aus Tafelbauelementen, in die die Stützen des Skeletttragwerks teilweise integriert sind. Die aussteifenden Wände des siebengeschossigen Vorderhauses bestehen aus Brettsperrholz (BSP), die Stützen stehen hier vor den Wänden. Bei der Montage des Tragwerks wurden die BSP-Elemente mit unterseitigen Kerven auf die Stahlträger gestellt. Durch Vergießen der Kerven beim Aufbringen der Betonschicht konnte die schubsteife Verbindung mit den Holz-Beton-Verbunddecken (HBV) auf äußerst einfache Art hergestellt werden. Die BSP-Elemente der westlichen Außenwand dienen über die reine Aussteifung hinaus als wandartige Träger, die beidseitig auf den Stahlträgern und somit auf den Stützen auflie-

gen, an die über die Erschließungsstege das Treppenhaus angehängt ist. Die Erker an der Straßenfassade und das vierte Obergeschoss des Rückgebäudes werden durch Auskragungen der Decken getragen. Eigentlich sind HBV-Konstruktionen in ihrer üblichen Wirkungsweise als Durchlaufträger und für Auskragungen wegen der Umkehr von Druck- und Zugzone ungeeignet. Über eine Verstärkung der Armierungslage, die durch Aussparungen in den Stahlträgern geführt ist, wird die Aufbetonschicht jedoch in die Zugzone eines Kragträgers umgewandelt. Der druckfeste Anschluss der Brettstapeldecke an den Stahlträger über Quellmörtel ermöglicht deren Wirkung als Druckzone (siehe Abb. E).

12

13

14 E 10

11 12 13 14

Decke über Außenraum: Bodenbelag Parkett 16 mm, Zementestrich 80 mm Trittschalldämmung 30 mm, Abdichtung, Aufbeton bewehrt 120 mm, Brettstapeldecke 140 mm Dampfbremse, Metallprofil, dazwischen Wärmedämmung 100 mm, Putz 10 mm Stahlarmierung Verguss Quellmörtel Stahlprofil HEB 220 Wärmedämmverbundsystem 70 mm Gipsfaserplatte 18 mm, Holzständerkonstruktion dazwischen Wärmedämmung 180 mm Gipsfaserplatte 18 mm, Dampfbremse Gipsfaserplatte 18 mm

173

Beispiel 03

Wohnanlage Via Cenni Mailand, IT 2013 Architekten: Rossiprodi Associati, Florenz Mitarbeiter: Davide Canepa, Maria De Santis, Vincenzo Inforzato, Benedetto Selleri, Gaetano Selleri Tragwerksplaner Massivbau: Tekne, Mailand Tragwerksplaner Holzbau: Borlini & Zanini, Pambio Noranco

aa

5

a

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5 4

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5 7 7

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a 6 6

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7 2 4 5

4

7 5

Schnitt Grundriss 1. OG Maßstab 1:800 Axonometrie des Wohnturms

174

1 2 3 4

Freitreppe Gemeinschaftsraum / Restaurant Laubengang Wohnen / Küche

5 6 7 8

Schlafen Übergang, überdacht Zimmer Einzimmerapartment

Wohnanlage Via Cenni in Mailand

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

9 30 325 m2 15,8 Mio. € 6 Monate 18 Monate

Konzept Die Wohnanlage an der Via Cenni liegt in einem sehr heterogen bebauten Mailänder Vorort zwischen einer Kleingartensiedlung, einem Eisenbahndepot, einem alten Bauernhof und Kasernen- und Wohngebäuden. Die beiden sich gegenüberliegenden geknickten Zeilen der Anlage lassen in der Mitte eine introvertierte Freifläche entstehen. Aus den zweigeschossigen Sockelbauten erheben sich vier neungeschossige Wohntürme mit einer Grundfläche von 13,60 ≈ 19,10 m und einer Höhe von ca. 27 m. Insgesamt umfasst die Anlage 124 Wohnungen und verschiedene flankierende Nutzungen. Der Gebäudekomplex ist Italiens erster reiner Holzbau mit mehr als drei Geschossen.

175

Beispiel 03

Tragwerk Sämtliche tragenden Wände und Decken oberhalb des betonierten Kellergeschosses bestehen aus Brettsperrholz (BSP), selbst Aufzugs- und Installationsschächte sowie das Treppenhaus. Während die zweigeschossigen Verbindungsbauten eine regelmäßige und gerichtete Schottenstruktur besitzen, sind die Wände der Wohntürme allseitig lastabtragend. Vier Wandachsen in Quer- und drei Wandachsen in Längsrichtung ergeben zusammen mit den Decken eine dreidimensionale, wabenartige Tragstruktur, die ihre optimale Leistungsfähigkeit dadurch erreicht, dass die flächig wirkenden BSP-Elemente linear miteinander verbunden sind. An wenigen Stellen ist die Struktur zugunsten von Öffnungen in Stützen und Träger aufgelöst. Die Deckenspannrichtung ändert sich teilweise von Geschoss zu Geschoss, sodass die vertikalen Lasten auf alle tragenden Wandscheiben verteilt sind. Diese Verteilung der Lasten auf alle BSP-Wände und die Länge der linearen Auflager ermöglichen trotz der Höhe von neun Geschossen ein simples Auflegen der Decken auf die Wände ohne Querholzpressung durch die Wand des darüberliegenden Geschosses. Entsprechend der unterschiedli-

Systematik Holzverbindung Maßstab 1:10

176

chen Spannrichtung befinden sich die auskragenden Balkone entweder an verschiedenen Seiten oder werden von auskragenden Wandscheiben getragen. Die tragenden Wände bestehen aus fünfschichtigem BSP, dessen Stärke sich von 20 cm im Erdgeschoss sukzessive bis auf 12 cm im achten Obergeschoss reduziert. Die Decken mit Spannweiten bis zu 5,80 bzw. 6,70 m sind aus fünfschichtigem BSP von 20 cm Stärke bzw. aus siebenschichtigem BSP von 23 cm Stärke. An den Stellen, an denen große Zugkräfte auftreten können, bestehen die linearen Verbindungen der Wandscheiben und Deckenplatten aus Schlitzblechen mit Stabdübeln, deren Kopfplatten durch die Deckenelemente miteinander verschraubt sind. In Bereichen geringerer Belastung wurden die BSP-Elemente mit Vollgewindeschrauben miteinander »vernäht«, d. h. durch gegenläufig diagonales Einbringen der Schrauben verbunden. Erdbebensicherheit und Robustheit Wie ganz Italien liegt Mailand in einem Bereich erhöhter seismischer Aktivität. Das Tragwerk aus BSP-Scheiben und -Platten begegnet den erhöhten Anforderungen an die Erdbebensicherheit durch die Steifigkeit der Gesamtstruk-

tur. Die Verbindungen sind dabei so ausgelegt, dass sie einen Großteil der Bewegungsenergie aufnehmen können, indem sie sich elastisch verformen. Für die Wohntürme musste außerdem die Robustheit gesondert nachgewiesen werden. Das Tragwerk wurde so ausgeführt, dass beispielsweise im Fall eines Erdbebens oder einer Gasexplosion an mehreren Stellen im Gebäude Wände oder Stützen versagen können, ohne dass das Gebäude einstürzt. Die Decken sind so mit den oberen Wänden verschraubt, dass sie sich beim Ausfall der darunterliegenden tragenden Wand an die obere Wand hängen können, die wie ein Träger wirkt. Brandschutz Nach italienischem Recht besteht keine Anforderung an die Brennbarkeit der Baustoffe tragender Bauteile, wenn sie die geforderten Feuerwiderstandsklassen einhalten, in diesem Fall REI 60 bzw. 90. Die tragenden Wände wurden mit einer doppelten Gipskartonbeplankung versehen, im Treppenhaus, dem ersten Rettungsweg, mit einer doppelten Beplankung aus Gipskartonfeuerschutzplatten. Die Geschossdecken sind mit einer einlagigen abgehängten Gipskartondecke bekleidet.

Wohnanlage Via Cenni in Mailand

1

2

3

4

Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 Dachaufbau: Ausgleichschicht mit wasserdichtem Anstrich 40 mm Abdichtung 3 mm, Gefälledämmung 120 –150 mm Brettsperrholz 220 mm Unterkonstruktion Aluminium Gipskartonplatte 40 mm 2 Fassade (nichttragend): Fassadenplatte Leichtbeton 12,5 mm Metallständerkonstruktion, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm Luftraum 10 mm, Wärmedämmung 40 mm Metallständerkonstruktion, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm, Dampfsperre Gipskartonplatte 2≈ 12,5 mm 3 Fassade (tragend): Putz 10 mm, Wärmedämmung 120 mm Brettsperrholz 160 – 220 mm (variiert von Geschoss zu Geschoss) 4 Loggia Sonnenschutz: Schiebeelement Aluminium 5 Geschossdecke: Bodenbelag Fliesen 15 mm, Heizestrich 55 mm Wärmedämmung 30 mm Estrich als Ausgleichsschicht 80/110 mm Abdichtung PE-Folie 0,3 mm Brettsperrholz 220 mm Unterkonstruktion Aluminium Gipskartonplatte 12,5 mm 6 Loggia Bodenaufbau: Bodenbelag Fliesen 15 mm, Estrich 50 mm Abdichtung 1,5 mm Estrich als Ausgleichsschicht 40 mm Wärmedämmung 60 mm, PE-Folie 0,3 mm Brettsperrholz 220 mm 7 Bodenaufbau EG: Bodenbelag Fliesen 15 mm Heizestrich 55 mm Wärmedämmung 30 mm, Abdichtung PE-Folie 0,3 mm Wärmedämmung 100 mm Bodenplatte Stahlbeton 280 mm

5 6

7

177

Beispiel 04

Wohn- und Geschäftshaus Zürich, CH 2010 Architekten: pool Architekten, Zürich Mathias Heinz, David Leuthold Mitarbeiter: Andreas Wipf, Jves Lauper Tragwerksplanung: Henauer Gugler, Zürich Holzbauingenieure: SJB.Kempter.Fitze, Herisau

Konzept Die Wohn- und Gewerbeüberbauung an der viel befahrenen Badenerstraße ist als erstes Gebäude in Zürich konsequent nach den Kriterien der 2000-Watt-Gesellschaft entwickelt worden. Jedem Einwohner steht demnach mittelfristig ein dauerhafter Energiebezug von 2000 Watt und die Emissionen von 1 t CO2 pro Jahr zu. Der Holzbau eignet sich besonders gut, diese hohen Standards zu erfüllen. Sechs zueinander verschobene Gebäudevolumen mit vier bis sechs Wohngeschossen erheben sich über einem Supermarkt. Die Rücksprünge ermöglichen eine optimale Belichtung der bis zu 24 m tiefen Wohnungsgrundrisse. Die Ausrichtung der Fenster erfolgt aufgrund der im Norden verlaufenden verkehrsreichen Straße nach Osten und Westen und sichert den Wohnungen so einen erhöhten Lärmschutz. In den 54 Wohnungen ermöglicht die lineare Abfolge von Räumen durchgehende Sichtbezüge, die trotz der beschränkten Fläche der Zwei- und Dreizimmerwohnungen ein großzügiges Raumgefühl schaffen. Die gefalteten Fassadenelemente unterstützen den städtischen Charakter und verweisen auf die Bossenquader großbürgerlicher Wohnhäuser der Gründerzeit, ohne die vorgehängte Konstruktion zu verheimlichen.

1

aa

6

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1 2 3 4 5 6

178

Supermarkt Wohnen Küche Zimmer Balkon Dachterrasse

4

3 3 a

2

2. / 3. OG

Schnitt • Grundriss Maßstab 1:750

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a

Wohn- und Geschäftshaus in Zürich

Vertikalschnitt Maßstab 1:20 7

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Dachaufbau: Rundkies 80 mm, Schutzbahn 10 mm Abdichtung Bitumen zweilagig (obere Schicht wurzelfest), Gefälledämmung Mineralwolle 150 − 250 mm (im Randbereich nahe Attika Wärmedämmung PUR, aluminiumkaschiert druckfest 130 mm) Abdichtung EVA 3,5 mm, OSB-Platte 10 mm Brettstapeldecke 200 mm Luftdichtungsfolie, Unterkonstruktion mit Federbügeln 27 mm, Gipsfaserplatte (Brandschutz) 18 mm, Weißputz 5 mm Sonnenschutz Rafflamellenstores Geschossdecke: Bodenbelag Parkett 10 mm Zementestrich mit Fußbodenheizung 70 mm Trennlage PE-Folie Wärme- und Trittschalldämmung Mineralwolle 30 mm Hohlkastenelement (insg. 240 mm) aus: Dreischichtplatte 40 mm, Holzrippen 160 mm dazwischen Splittschüttung ca. 50 mm Dreischichtplatte 40 mm Unterkonstruktion mit Federbügeln 27 mm Gipsfaserplatte (Brandschutz) 18 mm, Weißputz 5 mm Bodenkanal mit Stahlplatte 80 ≈ 150 mm, in Gipsfaserplatte verschraubt Bodenaufbau Dachterrasse: Holzrost Lärche massiv lasiert Lattung 35 mm, Trennlage / Dachfolie 8 mm Abdichtung Bitumen zweilagig Gefälledämmung PUR mit Aluminiumkaschierung, druckfest 60 −100 mm, Dampfsperre Gipsfaserplatte 15 mm Brettstapeldecke 200 mm, Luftdichtungsfolie Unterkonstruktion mit Federbügeln 27 mm Gipsfaserplatte (Brandschutz) 18 mm Weißputz 5 mm Wandaufbau: Fassadenbekleidung Glasfaserbetonelement 70 mm Holzunterkonstruktion/Hinterlüftung 30 mm Windpapier, Wärmedämmung Mineralwolle 160 mm Brettstapelwand 100 mm Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm Unterkonstruktion 30 mm, Filzbahn Gipsfaserplatte 2≈ 12,5 mm Weißputz oder Spachtel 5 mm Glasgewebe Wohnungstrennwand: Glasgewebe Weißputz oder Spachtel 5 mm Gipsfaserplatte 2≈ 12,5 mm, Filzbahn Unterkonstruktion 30 mm Holzbohle 100 mm Wärmedämmung Mineralwolle 40 mm Holzbohle 100 mm Unterkonstruktion 30 mm, Filzbahn Gipsfaserplatte 2≈ 12,5 mm Weißputz oder Spachtel 5 mm, Glasgewebe

13

179

Beispiel 04

Axonometrie zur Steckverbindung Wand – Geschossdecke – Wand Montagesequenz des Holzbaus oberhalb der Erdgeschoss-(Supermarkt-)Decke: Erstmals wurde bei dem Wohn- und Geschäftshaus ein neu entwickeltes Massivholzsystem aus geschosshohen Fichtenkanthölzern verwendet.

180

Wohn- und Geschäftshaus in Zürich

Tragwerk Das Sockelgeschoss und die Erschließungskerne sind aus Brandschutzgründen und zur Gebäudeaussteifung in Stahlbeton ausgeführt, die darüber versetzt angeordneten Wohngeschosse in Holzbauweise. Die einfache, über alle Geschosse gleichbleibende Schottenstruktur erlaubt eine wirtschaftliche Erstellung und wird im Ladengeschoss in Stützenreihen aufgelöst. Für die Außen- und Wohnungstrennwände wurde erstmals ein neu entwickeltes Massivholzsystem eingesetzt: Aneinandergereihte raumhohe Bohlen in der Abmessung 100 ≈ 195 mm wurden ohne Hilfe von Maschinen mittels Hartholzdübeln auf ein Schwellenholz aufgesteckt und auf mittiger Höhe mit einem Querdübel untereinander ausgerichtet. Bei Fensteröffnungen kommen kürzere Bohlen zum Einsatz. Eine Zweiermannschaft konnte so pro Tag eine Etage bauen. Rähm und Schwelle bestehen aus Birkensperrholz, durch den großen Flächenanteil von stehendem Holz ergeben sich keine Probleme durch Querholzpressung. Auf die Wand, mit einem horizontalen Einbinder in die Flucht gebracht, wurden vorgefertigte Deckenelemente aus Kastenträgern aufgelagert. Die Elemente sind in ihrer Ebene

als Scheibe zur Gebäudestabilisierung ausgebildet und geben ihre horizontalen Kräfte an die massiven Treppenhäuser ab. Im Hohlraum zwischen den Rippen sorgt eine Schlackeschüttung für hervorragenden Schallschutz. Die Holzoberflächen sind aus Brandschutzgründen mit Gipskarton beplankt und daher nicht sichtbar. Nachhaltigkeit und Haustechnik Die Bohlen der Wände sind untereinander und mit anderen Bauteilen lediglich mit Holzdübeln verbunden und lassen sich somit aus der Struktur heraustrennen und wiederverwenden. Die vorgehängte Fassade aus Glasfaserbetonelementen kann einfach ausgewechselt werden. Das stranggepresste Profil ist durch seine geknickte Form besonders stabil – die Unterlattung wurde in einem größeren Abstand montiert, wodurch Material gespart werden konnte. Die kontrollierte Wohnungslüftung erfolgt dezentral mit einem in die Fenster integrierten Einzelraumlüfter mit Wärmerückgewinnung. Dadurch konnte komplett auf die aufwendige Montage und brandschutztechnische Bekleidung von Lüftungskanälen verzichtet werden. Eine Steue-

rungseinheit misst den CO2-Gehalt der Abluft und regelt die Luftleistung. Die Wärmeerzeugung erfolgt über die Abwärmenutzung der Kühlaggregate des Supermarkts im Erdgeschoss und über eine Grundwasserwärmepumpe. Der Strom für die Wärmerückgewinnung, die Lüftungsventilatoren und den Betrieb der Haustechnik wird auf dem Dach generiert.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

7 13 876 m2 33,5 Mio. € ca. 2,5 Monate 18 Monate

Horizontalschnitt Fenster Maßstab 1:10 1 Glasfaserbetonelement 70 mm Holzunterkonstruktion/Hinterlüftung 30 mm Windpapier, Wärmedämmung 160 mm Brettstapelwand 100 mm Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm Unterkonstruktion 30 mm, Filzbahn Gipsfaserplatten 2≈ 12,5 mm Glasgewebe 2 Holz-Metallfenster mit Zweifachisolierverglasung 3 Lüftungselement

1

2

3 bb

181

Beispiel 05

Wohnanlage Jyväskylä, FI 2015 (Haus 1, Haus 2 + 3 voraussichtlich 2017) Architekten: OOPEAA, Helsinki /Seinäjoki Anssi Lassila (Projektleiter) Mitarbeiter: Jussi-Pekka Vesala, Iida Hedberg, Juha Pakkala Tragwerksplaner Holzbau: SWECO, Helsinki Heikki Löytty, Lauri Lepikonmäki

Konzept Das erste achtstöckige Holzwohngebäude Finnlands wurde in der Peripherie von Jyväskylä, einer Stadt mit 135 000 Einwohnern, 270 km nördlich von Helsinki errichtet. Auf einem verbindenden Betonsockel mit Parkplätzen und Abstellräumen entstehen bis Ende 2017 in Kooperation mit der Stadtplanungsbehörde in zwei Bauabschnitten 150 Wohnungen in drei solitären Baukörpern mit leicht geknickten Fassaden und flach geneigten Satteldächern. Mit diesem Pilotprojekt sollen ökologisch hochwertige und bezahlbare Wohnungen geschaffen werden: Die Mieter beteiligen sich mit einer moderaten Startzahlung und werden nach 20 Jahren Miet- / Ratenzahlungen zu Eigentümern der Wohnungen. Der Bebauungsplan wurde eigens angepasst, um die hohe Dichte der Bebauung zu ermöglichen. Der Flächenverbrauch des Gebäudes auf dem hügeligen Grundstück wurde soweit wie möglich minimiert, um auf der Westseite ein kleines Wäldchen und damit einen Freibereich mit hoher Aufenthaltsqualität zu erhalten. Ansonsten ist das Grundstück von breiten Straßen umgeben. Die Baukörper reagieren auf die unterschiedlichen Seiten in Form und Material: Auf der »grünen« Seite treten zum Teil verglaste Loggien bzw. Balkone aus der Fassade heraus, die diese beleben und zugleich die Wohnzimmer der kleineren Wohnungen vergrößern. Die Fassade besteht hier aus unbehandelter Lärche, während die Fichtenbekleidung zu den Straßen hin dunkel gestrichen ist. Die Baukörper weisen eine hohe Kompaktheit auf. Dies wird durch die jeweils nur nach Osten bzw. Westen orientierten Wohnungen und eine Mittelflurerschließung mit interessant gestalteten und belichtete Lufträumen über die gesamte Gebäudehöhe erreicht. Tragwerk und Vorfertigung Ein innovativer Einsatz von Raummodulen zeichnet das Projekt aus: In jeder Wohnung befindet sich an der Fassadenseite ein Modul mit Schlafzimmer, Wohnzimmer und Loggia, ein zweites nimmt die innenliegenden Bäder, Küchen und weitere Zimmer auf. Die Flurdecken lagern brückenartig zwischen den

182

Wohnanlage in Jyväskylä

Modulen der Wohnungen. Installationen sind in die Wand zum Hausflur integriert und machen so eine unabhängige Wartung von außen möglich. Die Raummodule aus Fichtenbrettsperrholz tragen die vertikalen und horizontalen Lasten ab. In der Sockelzone überspannen Hohlkörper-Stahlbetondecken die PKW-Stellplätze. Die vorgefertigten Module werden mit Innenausbau und Fassadenaufbau inklusive Winddichtung angeliefert. Die Holzbekleidung wird nachträglich in Elementen vorgefertigt montiert. Die Bauzeit des ersten Bauabschnitts betrug lediglich sechs Monate, was insbesondere

unter den finnischen Klimabedingungen einen essenziellen Vorteil darstellt. Brandschutz Die Wände der Wohnungen und Treppenhäuser sind mit Gipskarton bekleidet. An den Decken der Wohnungen bleibt die Holzoberfläche sichtbar und prägt die ansonsten weiß gestalteten Treppenhäuser. Hier kommt das Brettsperrholz als Tragkonstruktion und gleichzeitig als Gehbelag zum Einsatz. Eine Sprinkleranlage ist Bestandteil des Brandschutzkonzepts.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) 1.– 8. Geschoss Keller und Parken Baukosten Bauzeit Holzbau: Fertigung der Module Montage vor Ort Bauzeit gesamt

8 5335 m2 1495 m2 ca. 11 Mio. € 5 Monate 2 Monate 6 Monate

Lageplan Maßstab 1:2500 Schnitt • Grundrisse Maßstab 1:500 1 2 3 4

Eingang Erschließung Luftraum Wohnen

5 6 7 8

Küche Bad Zimmer Loggia

3 7 7

3 5

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8

3 2

6

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5

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4. OG C

a

A 3

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B

3

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EG

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Beispiel 05

A

Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

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Geschossdecke: Bodenbelag Parkett Eiche 15 mm, Estrich 40 mm Trittschalldämmung mit Fußbodenheizung 30 mm Brettsperrholzplatte 140 mm Hohlraumdämmung Glaswolle 50 mm Luftraum 77 mm, Brettsperrholzplatte 80 mm Fassade: Holzschalung Fichte gestrichen/Lärche, unbehandelt 28 mm Holz-Unterkonstruktion mit Hinterlüftung 50 mm Brettschichtholz 100 mm Brüstungselement Aluminiumrahmen mit Glasfüllung Aluminium-Schiebefenster Holz-Schiebefenster mit Dreifachisolierverglasung, schwellenlos Bodenaufbau Loggia: Abdichtung, Sperrholzplatte im Gefälle, Keillattung Brettsperrholzplatte 140 mm Hohlraumdämmung Glaswolle 50 mm Brettsperrholzplatte 80 mm Abdichtung der Fuge zwischen den Raummodulen Geschossdecke über Keller: Bodenbelag Parkett Eiche 15 mm, Estrich 40 mm Trittschalldämmung mit Fußbodenheizung 30 mm Brettsperrholzplatte 140 mm Hohlraumdämmung 100/50 mm, Luftraum Hohldielendecken Beton vorgefertigt Dachaufbau: Abdichtung Bitumen, OSB-Platte 18 mm, Lattung mit Hinterlüftung, Wärmedämmung Einblasdämmung 450 mm, Brettsperrholz 80 mm Geschossdecke über Tiefgarage: Bodenbelag Parkett, Eiche 15 mm, Estrich 40 mm Trittschalldämmung mit Fußbodenheizung 30 mm Brettsperrholzplatte 140 mm Hohlraumdämmung 100/50 mm, Luftraum Stahlbetondecke 800 mm

2

3

4

1

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6

7

7

2

2

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5

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2

2

B

9

C

D

Wohnanlage in Jyväskylä

Gebäudestruktur Raummodule

Wohnung aus zwei zusammengefügten Raummodulen

185

Beispiel 06

Wohnanlage Ansbach, DE 2013 Architekten: Deppisch Architekten, Freising Michael Deppisch Mitarbeiter: Johannes Dantele (Projektleiter), Simon Huber, Christian Klessinger, Andreas Kopp Tragwerksplaner: Planungsgesellschaft Dittrich, München

aa

Konzept In einem stark heterogenen Umfeld bilden jeweils zwei sich gegenüberstehende Wohnund Nebengebäude eine geschlossene Vierseitanlage mit zentralem ruhigem Innenhof. Die Höhenstaffelung der Baukörper reagiert auf die Umgebung und akzentuiert das Ensemble. Die Wohnanlage ist das Ergebnis eines Wettbewerbs und wurde als energieeffizienter Wohnungsbau speziell gefördert. Beide 16 m tiefen, nicht unterkellerten, sehr kompakten und klar strukturierten Wohnhäuser verfügen bei ca. 2400 m2 Gesamtwohnfläche über 37 Wohnungen mit acht unterschiedlichen Grundrissvarianten.

186

Eine einfache Tragstruktur und zentral angeordnete Sanitärkerne ermöglichen hohe Flexibilität durch veränderbare Innenwände. Alle öffentlichen Nutzungen befinden sich im Erdgeschoss zum Innenhof orientiert. Die Wohnungen in den Obergeschossen sind entweder durchgesteckt oder Eckwohnungen und damit immer von mindestens zwei Seiten belichtet. Die sturzlosen Fenster und die hellen Laibungsbekleidungen gewährleisten eine maximale Tageslichtnutzung bei einem energetisch optimierten Fensteranteil in den Fassaden. Die innenliegenden Küchen werden über Fenster zum Treppenhaus belichtet, das Tageslicht über eine Verglasung im Dach erhält. Das kom-

pakte Volumen in Kombination mit der hochgedämmten, homogenen Gebäudehülle ermöglichte die Realisierung der energetischen Ziele eines KfW-Effizienzhauses 40.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau (inkl. Fassade) Bauzeit gesamt

4 3667 m2 4,34 Mio. € 4 Monate 13 Monate

Wohnanlage in Ansbach

Schnitt • Grundrisse Maßstab 1:500 1 2 3 4

14 16

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

16 15

Innenhof Sandspielfläche Sitzbank Laube (Ausbau zum Gemeinschaftsraum vorgesehen) Heizung Pelletlager Elektroraum Fahrräder Müllraum Windfang Waschraum Kinderwägen Abstellräume Plattformaufzug Aufzug (optional) Luftraum

1. OG

8

9

13 14 10

2 11

12

1

11

3

12 a

a

10 15 13

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5

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EG

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Beispiel 06

Tragwerk Die tragende Konstruktion besteht aus Wänden und Decken aus Fichtenbrettsperrholz. Die Deckenelemente durchdringen längsseitig die Außenhülle und ergeben damit eine sehr einfache durchlaufende Balkonkonstruktion. Durch die bauphysikalischen Eigenschaften von Holz entsteht hier keine Gefahr von Kondensatbildung, eine unterseitige Nut an der Deckenplatte verhindert die Feuchtewanderung im Holz von außen nach innen und verringert die Wärmebrücken. Der notwendige luftdichte Anschluss lässt sich damit ebenfalls einfach herstellen. Die Außenwände bestehen aus vorgefertigten Holzrahmenelementen mit 28 cm Kerndämmung aus Mineralwolle. Die Fenster sowie die äußere Bekleidung aus einer vorvergrauten und damit wartungsfreien Horizontalschalung aus heimischer Weißtanne wurden vor Ort montiert. Die nach außen orientierten Erdgeschossfassaden des viergeschossigen Gebäudes und die Nebengebäude sind aus sandgestrahltem Sichtbeton. Die drei hölzernen Obergeschosse ruhen somit auf einem robusten Sockel, der auch das Ensemble fasst. Innen sind die Wände mit Gipsfaserplatten bekleidet und weiß gestrichen, während Türen und Fenster aus farblos lasierter Fichte bestehen. Die Holzfenster mit Luftkammerrahmen sitzen aus gestalterischen Überlegungen und aus Gründen des Witterungsschutzes tief in der Laibung. Sie sind dreifachverglast und zur Vermeidung von

188

Wärmebrücken am Fensterstock überdämmt. Die Dachkonstruktion besteht ebenfalls aus innen sichtbaren Brettsperrholzelementen mit 32 cm Aufdachdämmung. Brandschutz Die unterschiedlichen Höhen der beiden Wohngebäude führen zur Einordnung in verschiedene Gebäudeklassen und damit zu unterschiedlichen Anforderungen an den baulichen Brandschutz mit Auswirkung auf die Materialien der Fassade. In Bayern ist in der Regel ab dem vierten Geschoss eine schwer entflammbare Außenwandbekleidung vorgeschrieben. Damit beide Baukörper in gleicher Weise mit Holz verschalt werden konnten, wurde bei dem viergeschossigen im Erdgeschoss als Kompensation der nicht brennbare Betonsockel ausgeführt. Damit ist die brennbare Oberfläche auf drei Geschosse begrenzt und die Gefahr von Brandstiftung reduziert. Dennoch war hier für die Außenwände noch eine K260-Kapselung hochfeuerhemmend mit nicht brennbarem Dämmstoff erforderlich. Zusätzlich wirken die von innen nach außen durchlaufenden Deckenplatten für die Balkone an den Längsseiten als eine Art Brandschott, da die Außenwände dadurch geschossweise voneinander getrennt sind. Außerdem wurden bei allen Fenstern die umlaufenden Laibungsbekleidungen mit einer Stärke von 6 cm so bemessen, dass ein Feuerwiderstand F 30 durch Abbrand gegeben ist und ein Brandüberschlag aus dem Raum in die

Hinterlüftungsebene vermieden wird. Damit konnte auf Brandschutzbleche an den Stirnseiten des Gebäudes verzichtet werden. Zur Kompensation der laut geltender Bauordnung nicht zulässigen sichtbaren Brettsperrholzdecken wurde in jeder Wohnung eine hausvernetzte Rauchmeldeanlage installiert. Begünstigend wirkten sich dabei auch die kleinen Wohneinheiten mit maximal 100 m2 und die Massivholzbauweise der Decken ohne Hohlräume aus.

Wohnanlage in Ansbach

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Montage Brettsperrholzplatte mit vorgefertigter Fuge für Wand- und Fenster anschluss

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Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 2

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Photovoltaikanlage (60 000 kWh /a > Eigenverbrauch) Dachaufbau: Abdichtungsbahn mit unterseitigem Vlies, Wärmedämmung EPS 50 –130 mm, Wärmedämmung EPS 160 mm Notabdichtung / Dampfsperre Brettsperrholzplatte Fichte 160 mm Tropfblech schwarzgrau gestrichen Laibung Dreischichtplatte Fichte farblos lasiert 30 mm Fenstertür mit Hohlkammerrahmen Fichte farblos lasiert, Lüftungsöffnung oben selbstregelnd schalldämmend mit Dreifachverglasung argongefüllt Uf = 0,91 W/m2K, Ug = 0,50 W/m2K Schwelle barrierefrei Handlauf Flachstahl 75/10 mm Balkonbrüstung: Weißtanne vorvergraut patiniert 30 mm auf Unterkonstruktion Stahlrohr schwarzgrau | 40/40 mm Bodenaufbau Balkon: Lärche unbehandelt 30 mm Konstruktionsvollholz (KVH) konisch 60/100 –120 mm, Bautenschutzmatte, Abdichtungsbahn Trittschalldämmung EPS 20 –50 mm Notabdichtung Elastomerbitumenbahn Brettsperrholzplatte Fichte 180 mm Geschossdecke:

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Mosaikparkett Eiche massiv geölt 10 mm Heizestrich 65 mm, Trennlage PE-Folie Trittschalldämmung Mineralwolle 40 mm Splittschüttung gebunden 80 mm Notabdichtung Elastomerbitumenbahn Brettsperrholzplatte Fichte 180 mm Kapselung (K230) GKF 18 mm, Brettsperrholzplatte Fichte 90 mm, Wärmedämmung Mineralwolle 60 mm Brettsperrholzplatte Fichte 90 mm Kapselung (K230) GFK 18 mm Beplankung Gipskartonplatte 12,5 mm Brandschutzstreifen Mineralwolle nicht brennbar, Anschluss luftdicht, Nut (unterseitig in Brettsperrholzdecke) gedämmt Fassade: Schalung Weißtanne vorvergraut patiniert 20 mm, Lattung 40/50 mm Fassadenbahn diffusionsoffen Holzrahmenelement vorgefertigt Kapselung (K260) Gipskartonfeuerschutzplatte (GKF) 2≈ 18 mm, Wärmedämmung Mineralwolle 2≈ 140 mm / Pfosten KVH 60/280 mm OSB-Platte 15 mm Kapselung (K260) GKF-Platte 2≈ 18 mm (innere Platte vor Ort montiert) Hofbelag Asphalt sandfarben Sockel Stahlbetonfertigteil sandgestrahlt Perimeterdämmung Polystyrol Hartschaum 100 mm

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Beispiel 07

Reihenhäuser

München, DE 2011 Architekten: Bucher-Beholz Architekten, Gaienhofen Ingo Bucher-Beholz, Martin Frey Mitarbeiter: Isabelle Honeck, Marc Jöhle Tragwerksplaner: Helmut Fischer, Bad Endorf

Konzept Die Reihenhaussiedlung im Stadtteil Riem besteht aus sechs kurzen Zeilen mit je vier vertikal orientierten Wohneinheiten, deren Grundrisse weitgehend flexibel sind. Lediglich die Position der Treppe, der beiden Stützen gegenüber der Treppe und der Sanitärinstallationen ist festgelegt. Die Raumeinteilung erfolgt über Leichtbauwände bzw. Einbauschränke und konnte ohne größeren Aufwand den individuellen Vorstellungen der 24 verschiedenen Bauherren angepasst werden. Während sich so im Inneren vielfältige unterschiedliche Raumsituationen ergeben, sind die Gebäudezeilen außen durch den Gegensatz geschlossener, mit schwarzen Schieferplatten bekleideter Wandflächen und verglaster bzw. offener Flächen kraftvoll strukturiert.

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Tragwerk Die Häuser sind in Holz-Stahl-Hybridbauweise errichtet, wobei ein filigranes Stahlskelett aus Rechteckrohrstützen (70/70/4 mm) und IPETrägern (140/70 mm) mit Deckenelementen aus Dreischichtplatten und tragenden Schotten aus Tafelbauwänden kombiniert ist. Der Schottenabstand von 5 m ist durch das Stahlskelett in Spannweiten von 2 und 3 m geteilt und erlaubt äußerst schlanke Deckenquerschnitte von 50 bzw. 75 mm und somit eine Reduzierung des Materials auf ein Minimum. Das System ermöglicht Deckenöffnungen und Lufträume ohne aufwendige Auswechslungen und damit eine flexible Raumgestaltung auch über die Geschossebenen hinweg. Deckenplatten und Untergurt der Stahlträger sind unterseitig bündig und unverkleidet, sodass die Tragwerksstruktur ablesbar bleibt. Die Aussteifung quer zur Gebäudezeile erfolgt durch die Schotten der Wohnungstrennwände, längs zur Gebäudezeile durch Auskreuzungen aus Stahlseilen, die in den oberen beiden Geschossen in die geschlossenen Außenwände integriert sind und im Erdgeschoss vor einem großen, festverglasten Fensterelement sichtbar bleiben.

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Schnitt Grundrisse Maßstab 1:400

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Diele Wohnen Küche Terrasse Tiefgaragenzufahrt Zimmer Loggia Schlafen Studio Gäste

Reihenhäuser in München

Wirtschaftlichkeit Die Hybridbauweise und die damit einhergehende Reduzierung des für die Konstruktion benötigten Materials ermöglicht es, die Baukosten trotz hoher energetischer und konstruktiver Standards mit 1650 €/m2 (KGR 300 und 400) sehr niedrig zu halten. Damit ist ein Weg aufgezeigt, Holz für alltägliche Bauaufgaben konkurrenzfähig zu machen. Vorfertigung und Montage Träger, Stützen und Auskreuzungen aus Stahl in der Ebene der Außenwände sind in die vorgefertigten Tafelbauelemente integriert. Die Anschlüsse von Stahl- und Holzbauteilen sowie

der kontiunierliche Verlauf der Bauteilschichten konnten so unter kontrollierten Bedingungen präzise gefertigt werden. Auf der Baustelle wurden die Elemente dann mit dem übrigen Stahlskelett verbunden die Deckenplatten in das Primärtragwerk eingelegt.

Horizontalschnitte Maßstab 1:20

Energiekonzept Die hochwärmegedämmte Gebäudehülle, Dreifachverglasung und kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung minimiert den Heizenergiebedarf der Mittelhäuser auf 15 kWh/m2a, den der Endhäuser auf 20 kWh/m2a. Die Beheizung der sechs Häuserzeilen erfolgt über zwei Pelletheizungen.

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Schieferplatten, Lattung 50/30 mm Hinterlüftung 20 mm Unterspannbahn Wärmedämmung 220 mm Dampfsperre Gipsfaserplatte 15 mm Holzenster Eiche mit Dreifachisolierverglasung Gebäudetrennwand: Holzrahmenbauelement beidseitig aus Gipsfaserplatte 15 mm Rahmen 100/60 mm dazwischen Wärmedämmung Dreischichtplatte 30 mm dazwischen Schalldämmung 30 mm Festverglasung Dreifachisolierglas Stütze Stahlrohr | 70/70/4 mm

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Beispiel 07

Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

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Dachaufbau: extensive Begrünung 100 mm, Abdichtung Wärmedämmung 300 mm, Dampfsperre Dreischichtplatte 75 mm Holzenster Eiche mit Dreifachisolierverglasung Holzbohlen 70/40 mm Unterkonstruktion 60 mm Gummigranulatmatte 10 mm, Abdichtung Vakuumdämmplatte 30 mm, Dampfsperre Dreischichtplatte 50 mm Fassadenaufbau: Schieferplatten Holzlattung 50/30 mm

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Konterlattung 20 mm Unterspannbahn Wärmedämmung 220 mm Dampfsperre Gipsfaserplatte 15 mm Stahlprofil IPE 140/70 mm Stütze Stahlrohr | 70/70/4 mm Geschossdecke: Bodenbelag 10 mm Heizestrich 60 mm, Trennlage Trittschalldämmung 80 mm Dreischichtplatte 50 mm Trennwand beidseitig Holzrahmenbauelement, wärmegedämmt aus Gipsfaserplatte 15 mm Holzrahmen 100/60 mm, Dreischichtplatte 30 mm, dazwischen Schalldämmung 30 mm

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Reihenhäuser in München

1 Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

3 3744 m2 6,36 Mio. € 12 Monate 24 Monate

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Beispiel 08

Wohngebäude – Parkplatzüberbauung München, DE 2016 Architekten: Florian Nagler Architekten, München Mitarbeiter: Tobias Pretscher, Patrick Fromme, Benedikt Rauh, Laura Kwanka Holzbau: Huber + Sohn, Bachmehring Tragwerksplaner Holzbau: Franz Mitter-Mang, Waldkraiburg Tragwerksplaner Stahlbeton: r.plan Büro für Bauplanung, Chemnitz

Konzept »Wir brauchen mehr günstigen Wohnraum – und das schnell!« Vor diesem Hintergrund wurde das Projekt Parkplatzüberbauung am Dantebad entwickelt. Zu den günstigen Voraussetzungen gehörte, dass das Grundstück Eigentum der Landeshauptstadt München ist, dass die darauf befindlichen Stellplätze nicht gebunden waren und dass alle Beteiligten ein Interesse daran hatten, das Projekt zügig und in angemessener Qualität umzusetzen. Entstanden ist ein Gebäude mit insgesamt fünf Stockwerken, wovon ein Stockwerk als offenes Geschoss für die Überbauung der Stellplätze notwendig ist. Der über 100 m lange Baukörper

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fügt sich städtebaulich gut in die Umgebung ein, die von großformatigen Wohnbauten geprägt ist, und führt zu einer besseren Fassung der vorhandenen Freiflächen. Die Wohnungen werden von den Treppenhäusern aus über Laubengänge erschlossen. Vor jeweils drei Wohnungen ist der Laubengang zu einer kleinen Nische ausgeweitet, die sich möblieren lässt und als Treffpunkt für die Bewohner dient. 86 der 100 Wohnungen sind Einzimmerapartments, die restlichen 14 Einheiten stehen als 2,5-Zimmer-Wohnungen zur Verfügung. Die Wohnungen wurden für berechtigte Haushalte verschiedener Einkommensstufen sowie

anerkannte Flüchtlinge errichtet, die es auf dem hochpreisigen Münchner Wohnungsmarkt besonders schwer haben. Als zusätzliches Angebot für die Bewohner gibt es Gemeinschaftsräume, ein Waschcafé und eine Dachterrasse mit Spielflächen, Liegedecks und der Möglichkeit, Gemüse und Kräuter anzupflanzen. Tragwerk Um die meisten der vorhandenen Parkplätze erhalten zu können, wurde zunächst eine Konstruktion aus Stahlbetonstützen und Unterzügen erstellt, auf der dann die eigentliche Wohnbebauung in Holzbauweise erfolgte. Das Haus berührt den Grund nur mit zwei

Wohngebäude – Parkplatzüberbauung in München

Treppenhäusern und den beiden Kopfbauten, in denen Technik, Lager und Müllräume untergebracht sind. Die tragenden Innenwände und Decken bestehen aus wohnungsgroßen Brettsperrholzelementen. Die Decken bleiben raumseitig sichtbar, die Wände sind beidseitig zweilagig mit Gipsfaserplatten bekleidet, um den erforderlichen Schallschutz gewährleisten zu können. Die Außenwände bestehen aus mit 20 cm Mineralfaser gedämmten Holztafelkonstruktionen, die den Vorgaben der EnEV 2016 entsprechen. Auch das äußere Erscheinungsbild weist das Gebäude als Holzbau aus: Die differenziert

gestalteten Fassaden mit Rahmen und Füllungen aus sägerauem Holz machen den Bauprozess nachvollziehbar und verleihen dem Gebäude durch die gleichmäßige Wiederholung einen ruhigen Rhythmus. Die farbigen Fassaden fügen sich wie selbstverständlich in das städtische Umfeld ein. Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF)

Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

Lageplan Maßstab 1:2000 Schnitte • Grundrisse Maßstab 1:750 1

5 4630 m2 (a) 722 m2 (b) 192 m2 (c) ca. 8,4 Mio. € 2 Monate 7 Monate

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Laubengang / Erschließung Einzimmerapartment Nasszelle vorgefertigt Gemeinschaftsräume Kellerersatzraum 2,5-Zimmer-Wohnung barrierefreies Apartment

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3. OG

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1. OG

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Beispiel 08

Vorfertigung Die Stahlbetonkonstruktion des Gebäudes ist in Ortbetonbauweise hergestellt, die Errichtung des Holzbaus hingegen erfolgte mit einem hohen Vorfertigungsgrad. Nach der Montage der Außen- und Wohnungstrennwände wurden die Fertigbäder witterungsgeschützt vom Kran in die Wohneinheiten gehoben und diese mit der Holzdecke geschlossen. Sobald anschließend der Laubengang aus Betonfertigteilen und damit ein Geschoss fertiggestellt war, konnte mit der darüberliegenden Etage begonnen werden.

Diese Bauweise, aber auch die bereits vollständig installierten und vor Ort eingesetzten Bäder, führten dazu, dass sich die für die Montage auf der Baustelle benötigte Zeit auf ein Minimum reduzieren ließ. Nur so war das Bauvorhaben innerhalb der knappen Planungs- und Bauzeit von April bis Dezember realisierbar. Brandschutz Das Haus fällt in die Gebäudeklasse 4, was eine Feuerwiderstandsdauer der oberen Geschosse von 60 Minuten erfordert. Der »Tisch« aus Stahlbeton der Parkplatz-

Grundrissausschnitt der beiden Wohnungstypen Maßstab 1:100

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ebene weist eine Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten auf, um die darüberliegenden Wohngeschosse vor der Brandlast der darunter befindlichen Autos zu schützen. Auch die Laubengangerschließung besteht aus nicht brennbaren Materialien. Die zwei Treppenhäuser garantieren zwei baulich unabhängige Rettungswege. Sie sind ebenso wie der Aufzugschacht im Erdgeschoss aus Stahlbeton, in den Obergeschossen aus Massivholz. Durch die beidseitige Beplankung gelten sie als Brandwandersatzwände mit einer Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten.

Wohngebäude – Parkplatzüberbauung in München

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Vertikalschnitt Fassade Maßstab 1:20 1 Dachaufbau: Begrünung extensive oder Kiesfläche, Dränageelement 40 mm, Bautenschutzmatte 6 mm Abdichtung Bitumen zweilagig, Dämmung EPS im Gefälle 20 – 200 mm Wärmedämmung PU 60 mm, Splittschüttung latexgebunden 60 mm Dampfsperre (Notabdichtung), Brettsperrholzdecke 140 mm 2 Schalung Lärche strukturgehobelt dunkelblau gestrichen 19 mm, Horizontallattung 35 ≈ 80 mm Vertikallattung 16 ≈ 80 mm, Brettsperrholz 100 mm 3 Dreifachisolierverglasung in Holzrahmen 4 Regelgeschossdecke: Bodenbelag Linoleum 2,5 mm, Spachtel Untergrundvorbehandlung 2 mm Zementestrich 55 mm, Trennlage PE-Folie 2≈ 0,2 mm Trittschalldämmung Mineralfaser 40 mm, Splittschüttung latexgebunden 100 mm, Brettsperrholzdecke Industrie-Sichtqualität 140 mm 5 Abdeckung Stahlblech verzinkt, Elementrahmen Lärche sägerau 100 ≈ 100 mm 6 Verschalung Elementstoß Lärche strukturgehobelt, dunkelblau gestrichen 19 mm 7 Abdeckung Lärche sägerau rot gestrichen 210 ≈ 40 mm 8 Rolladenkasten, Kunststofflamellen 9 Geschossdecke 1. OG: Bodenbelag Linoleum 2,5 mm, Spachtel Untergrundvorbehandlung 2 mm Zementestrich 55 mm, Trennlage PE-Folie 2≈ 0,2 mm Trittschalldämmung Mineralfaser 20 mm Wärmedämmung EPS 40 mm, Dampfsperre Wärmedämmung EPS 120 mm, Stahlbetondecke 250 mm 10 Gehwegplatten 50 mm, Splittbettung 30 mm, Tragschicht 182 mm Dränageelement 40 mm, Bautenschutzmatte 6 mm Abdichtung Bitumen zweilagig, Dämmung EPS im Gefälle 20 – 200 mm Wärmedämmung PU 60 mm, Splittschüttung latexgebunden 60 mm Dampfsperre (Notabdichtung), Brettsperrholzdecke 140 mm 11 Stabgeländer Stahl verzinkt 12 Stahlbetonfertigteil 13 Stahlbetonfertigteil PMMA-beschichtet 140 – 210 mm 14 Brettschichtholz 200/160 mm 15 Dämmstreifen 16 Abhängung Wärmedämmung 120 mm Holzwolleleichtbauplatte nicht brennbar 15 mm

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Beispiel 09

Aufstockung und Umbau zu einem Wohn- und Gewerbehaus Zürich, CH 2013 Architekten: burkhalter sumi architekten, Zürich Mitarbeiter: Steffen Sperle, Célia Rodrigues Tragwerksplaner Massivbau: Dr. Lüchinger + Meyer Bauingenieure, Zürich Tragwerksplaner Holzbau: Makiol+Wiederkehr, Beinwil am See Landschaftsarchitekten: Klötzli Friedli Landschaftsarchitekten, Bern

Konzept Das Areal wurde ehemals als Kiesgrube genutzt, bis hier 1892 der Bahnhof und Umschlagplatz der Sihltalbahn entstand. Vor dem Umbau war davon nur noch das zweigeschossige, 11 m tiefe Lager- und Betriebsgebäude eines Nahverkehrsunternehmens aus den 1960er-Jahren in Betrieb, der Rest der Fläche diente als Parkplatz. Im Zuge einer umfassenden Revitalisierung wurde das vorhandene Gebäude aufgestockt und zwei weitere Neubauten errichtet. Für die Aufstockung sprach, dass im Untergeschoss des Bestandsgebäudes für den Bahnbetrieb notwendige Relaisstationen untergebracht waren, deren Umsetzung unverhältnismäßig hohe Kosten verursacht hätte. Allerdings war eine Aufstockung nur in leichter Bauweise mit den Lastreserven des Bestands vereinbar. Ein zweigeschossiger Stahlskelett-Aufbau aus den 1980er-Jahren wurde rückgebaut. Der Grund- b riss ist durch die Tragachsen klar in ungestörte Felder mit durchgesteckten Koch-Ess-Wohnbereichen und Felder mit ineinandergreifenden Nebenräumen und Nassbereichen gegliedert. Es entstanden so Einzimmer-Apartments, Zweiund Vierzimmerwohnungen, die für eine soziale Durchmischung sorgen sollen. Das Gebäude ist erst auf den zweiten Blick als Holzbau erkennbar: Eine homogenisierende Putzschicht überzieht Bestand und Aufstockung, nur die dunkel gestrichenen Kragarme der Balkone lassen die Konstruktion erahnen.

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c Aufstockung Wohnen 2. – 5. OG (Regelgeschoss)

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EG Bestand Gewerbe

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Lageplan Maßstab 1:2500 Grundrisse • Schnitte Maßstab 1:500

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Gewerbe Erschließungskern Wohnen / Essen /Kochen Zimmer

Aufstockung und Umbau zu einem Wohn- und Gewerbehaus in Zürich

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Tragwerk Im Bestand tragen Stahlbetonträger im Achsraster von 5 m die Lasten aus Dach und Decken in die Außenwände ab. Dieses Raster wird in den neuen Geschossen weitergeführt: Träger aus Brettschichtholz laufen abhängig vom Wandanschluss mit einem oder zwei Montagestößen über die Gebäudetiefe durch und bilden auskragend Auflager für die Balkone aus. Diese Träger ruhen auf Stützen im selben Material, die in die Wohnungswände integriert sind. Von oben nach unten werden diese Stützen aufgrund der steigenden Lasten breiter, allerdings nur in einer Achse, um in allen Geschossen die gleichen Wandstärken zu ermöglichen (Abb. »Schema statisches System zur Lastabtragung«, S. 201). Zwischen den Trägern verlaufen 275 mm starke Kastendecken mit einer Beplankung aus Dreischichtplatten. Diese wirken als steife Deckenscheibe. Die Last aus der Aufstockung wird mit I-Trägern in die Außenwände eingeleitet. Diese scheinen zwar auf den bestehenden Stahlbetonträgern zu liegen, sind von diesen jedoch statisch getrennt und dienen dazu, den Höhenunterschied der im Gefälle betonierten Bestandsdecken auszugleichen. Die Stahlbetonkerne der beiden Lifte und der beiden Treppenhäuser übernehmen die Gebäudeaussteifung. Geschlossene Außenwandbereiche sind nichttragend in Tafelbauweise errichtet. Vorfertigung Zuerst wurden die Erschließungskerne in Ortbeton ausgeführt, danach konnte innerhalb von fünf Wochen der Holzbau erstellt werden. Die Decken wurden als Rohbauelemente angeliefert, die Wandelemente, in die auch die Hauptträger integriert sind, kamen inklusive Gipskartonbeplankung.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse (Holzbau) Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau: Vorbereitungsarbeiten (UK mit Stahlträgern über Bestand) Aufrichten Holzbau Bauzeit gesamt

4 5127 m2 ca. 9,6 Mio. €

3 Wochen 5 Wochen 16 Monate

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Beispiel 09

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Aufstockung und Umbau zu einem Wohn- und Gewerbehaus in Zürich

Brandschutz Die tragenden Holzteile wurden mit einer Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten für die Tragfähigkeit und 30 Minuten für Raumabschluss und Hitzeabschirmung bemessen. Alle Oberflächen sind mit nicht brennbaren Baustoffen gekapselt. Die Balkone haben keine Brandschutzanforderung, deshalb kann hier die Konstruktion sichtbar verbleiben. Sie verhindern jedoch effektiv den Brandüberschlag zwischen den Geschossen. In den Bereichen ohne Balkone besteht die Fassade aus nicht brennbarem Material.

Schema statisches System zur Lastabtragung Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

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Dachaufbau: Begrünung extensiv, Filtersubstrat und Dränage 120 mm, Schutzschicht PP-Folie 10 mm Dachhaut zweilagig 10 mm Wärmedämmung im Gefälle 60 –140 mm Wärmedämmung 140 mm, Dampfsperre 3,5 mm Dreischichtplatte 27 mm, Balkenlage 220 mm Dreischichtplatte 27 mm, Lattung dazwischen, Wärmedämmung 50 mm, Gipskarton 2≈ 12,5 mm Putz gestrichen 5 mm Kiesschüttung 40 mm, Dränagematte 8 mm Abdichtung zweilagig 10 mm Dreischichtplatte 27 mm, Balkenlage 190 – 220 mm Dreischichtplatte gestrichen 27 mm Dacheinlauf Fassade: Rahmenelement Stahlblech zweifach gekantet ca. 5 mm, Stöße mit schwarzem Gummi hinterlegt, mit Senkkopfinnensechskant über Distanzhalter an Dreischichtplatte befestigt Hebe-Schiebe-Holztür Fichte gestrichen mit Dreifachisolierverglasung Abdichtung, Schalldämmelement Dampfsperre innenseitig Holzbodenrost mit Gefällelattung Gummischrotmatte 10 mm Abdichtung zweilagig 10 mm Dreischichtplatte 27 mm, Balkenlage 190 – 220 mm, Dreischichtplatte gestrichen 27 mm Geschossdecke: Parkett 15 mm, Anhydritestrich 55 mm Trennlage PE-Folie, Trittschalldämmung 20 mm Gartenplatten/Kiesschüttung 40 mm, Trennlage Vlies Dreischichtplatte 27 mm, Balkenlage 220 mm, dazwischen Wärmedämmung 60 mm Dreischichtplatte 27 mm, Lattung mit Federbügel 60 mm, dazwischen Wärmedämmung 40 mm Gipskartonplatte 2≈ 12,5 mm, Putz gestrichen 5 mm Sonnenschutz Vertikalstores Gitterstoffgewebe Flachstahl feuerverzinkt beschichtet 35 ≈ 5 mm Balkontrennwand: Formboardplatte gestrichen 10 mm Putz gestrichen 5 mm, Wärmedämmung, Mineralfaser 180 mm, Betonwand (Bestand) 350 mm Wohnungstrennwand: Putz gestrichen 1,5 mm, Gipskarton 2≈ 12,5 mm Ständerkonstruktion Metall, dazwischen Wärmedämmung 50 mm, Gipsfaserplatte 15 mm Dreischichtplatte 27 mm, Ständerkonstruktion Holz, dazwischen Wärmedämmung 180 mm Dreischichtplatte 27 mm, Ständerkonstruktion Metall, dazwischen Wärmedämmung 50 mm Gipskarton 2≈ 12,5 mm, Putz gestrichen 1,5 mm Hauptträger Brettschichtholz Fichte / Tanne 540/180 mm Gewindestange aufgeschweißt Hohlraumdämmung 80 mm, Gipsfaserplatten 15 mm Brettschichtholz 94/340 mm als Deckenauflager Stahlträger HEA 600 Betondecke Bestand

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Beispiel 10

Sanierung eines Wohngebäudes Augsburg, DE 2012 Architekten: lattkearchitekten, Augsburg Frank Lattke Mitarbeiter: Markus Hölzl, Esther Strahl Tragwerksplaner: bauart konstruktions GmbH, München Landschaftsarchitekten: emminger&nagies, Augsburg

Konzept Als eines von neun Projekten sollte das Gebäude an der Grüntenstraße mit 60 Wohnungen im Rahmen des bayerischen Modellvorhabens »e% Energieeffizienter Wohnungsbau« der Obersten Baubehörde im bewohnten Zustand modernisiert werden mit dem Ziel, die Anforderungen der zum Bauzeitpunkt gültigen EnEV 2009 um 40 % zu unterschreiten und einen barrierefreien Zugang zu ermöglichen. Die Bauphase sollte für die Mieter möglichst zügig und reibungslos ablaufen, ein entsprechender Bauprozess stand daher im Mittelpunkt, da die Baumaßnahme neben der Gebäudehülle auch die komplette Renovierung der Badezimmer und der Wasseranschlüsse

202

in den Küchen betraf. Ein entsprechendes Informationsmanagement und eine Abstimmung mit den Bewohnern waren daher notwendig. Die Gebäude erhielten eine neue Hülle aus vorgefertigten Holztafelbauelementen mit einer gestrichenen Bekleidung aus sägerauen Brettern. Die bestehenden Balkone wurden als Wintergärten zu einer Wohnraumerweiterung umgebaut, die nicht nur als Klimapuffer, sondern zugleich auch als Schallschutz für die an der Gebäudesüdseite vorbeiführende Hauptstraße dient. Durch einen hohen Vorfertigungsgrad der Gebäudehülle konnte die Bauzeit auf ein Minimum reduziert werden. Das sechsgeschossige Gebäude war nicht barrierefrei, da der Eingang ein halbes Ge-

schoss tiefer als das Erdgeschossniveau lag und die Erschließung über den Aufzug jeweils im Halbgeschoss endete. Im Zuge der Modernisierung wurde das Gelände auf Straßenniveau angehoben und ein barrierefreier Vorplatz geschaffen. Ein neuer Aufzug erschließt nun den Laubengang jeder Geschossebene. Tragwerk Die Fassadenkonstruktion aus großformatigen, vorgefertigten und gedämmten Holztafelbauelementen steht selbsttragend vor dem Ziegelmauerwerk der Außenwand. Die Ableitung der Vertikallasten aus dem Eigengewicht erfolgt direkt in ein vor die Kellerwand betoniertes Streifenfundament. Die horizontale Beanspru-

Sanierung eines Wohngebäudes in Augsburg

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF)

6 7124 m2 (vorher) 7730 m2 (nachher) 5,9 Mio. € 5 Monate 14 Monate

Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

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(vor der Sanierung)

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(nach der Sanierung)

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a Regelgeschoss vor der Sanierung b

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chung aus Windsog und -druck wird geschossweise in die bestehende Stahlbetondecke übertragen. Dazu wurde ein durchlaufender Holzriegel mit Schwerlastdübeln in der Deckenstirnkante verankert und die Fassadenelemente darauf verschraubt. Der Austausch der Fenster erfolgte von innen nach außen: Zunächst wurde der gemauerte Anschlag der Laibung eingeschnitten und abgebrochen, um anschließend den Blendrahmen nach außen wegzuheben. Die neuen Fenster sitzen in der Ebene der Holztafelbauelemente bündig auf der Innenkante und schließen an die Rohbauöffnung an. Die innere Laibung wurde durch eine doppelte Lage Gipskarton hergestellt. Auf der ersten Lage ist der neue Blendrahmen luftdicht angeschlossen. Die Stahlbetonkonstruktion der Balkone im Bestand mit den auskragenden Geschossdecken und ins Mauerwerk einbindenden Seitenwänden stellte eine große Wärmebrücke dar. Zentrale Idee des Sanierungskonzepts war es, die Balkone zu erhalten und diese lediglich durch Entfernen der Brüstungen und einem Teil der Seitenwände zu Wintergärten mit großflächigen Glasschiebetüren umzubauen. Dadurch gewinnen die Wohnungen einerseits an Fläche und Licht. Gleichzeitig ergeben sich energetische Vorteile: So befinden sich nun sämtliche auskragende Betonbauteile innerhalb der Gebäudehülle. Außerdem dienen die Wintergärten als Klimapuffer. Hier kann sich die im Winter durch Nachströmöffnungen in der Wand eintretende kalte Frischluft erwärmen, bevor sie durch Lufteinlässe im oberen Fensterrahmen in die Wohnung gelangt und mit einer Abluftanlage über Küchen und Bäder wieder abgesaugt wird. Durch die zusätzlich zwischen die Wintergärten in Holzbauweise eingefügten neuen Loggien verfügen die Bewohner außerdem nach wie vor über einen Balkon. Schnitte • Grundrisse Maßstab 1:500

7

A

Regelgeschoss nach der Sanierung

b

B

d

1 2 3 4 5

Zimmer Küche Wohnen Bad / WC Abstellraum

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Loggia Balkon Aufzug neu Laubengang geschlossen

203

Beispiel 10

c

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3

4

A

Brandschutz Hinsichtlich der brandschutztechnischen Anforderungen wird unterschieden zwischen der bestehenden lastabtragenden Primärkonstruktion und der nichttragenden neuen Gebäudehülle. Die bestehende Konstruktion der Wände und Decken in Mauerwerk und Stahlbeton erfüllt die Anforderung REI 90 oder REI 90 M. Bei den zur energetischen Ertüchtigung des Gebäudes vorgesetzten zusätzlichen Fassadenelementen handelt es sich um nichttragende Außenwände. Sie werden weder zur Aussteifung des Gebäudes noch zur Lastabtragung aus anderen Bauteilen herangezogen. Daher ist lediglich die Anforderung an die Feuerwiderstandsdauer der Bau-

204

c

B

teile von W 30 B zu erfüllen, was den Einsatz von Holz für die Ständerkonstruktion der Tafelbauelemente und der Bekleidung auch bei sechs Geschossen erlaubte. Die vorgefertigten Fassadenelemente wurde außenseitig und an den Elementstößen durch eine Gipsfaserplatte mit einer Stärke von 15 mm geschlossen. Zur Verhinderung eines Einbrands in die Konstruktion im Bereich der Fensteranschlüsse sind die Laibungen mit einem Holzquerschnitt von 60/200 mm ausgebildet und umlaufend mit einer Gipsfaserplatte ausgekleidet. Der Hohlraum zwischen den Holztafelbauelementen und der bestehenden Mauerwerkswand wurde komplett mit Zellulosefaserdämmung ausgeblasen, um unkontrollierbare Konvektion und Brandweiterleitung zu verhindern. Die Bekleidung des Gebäudes mit einer normal entflammbaren hinterlüfteten Wechselfalzschalung konnte unter Einhaltung der Schutzziele realisiert werden: Die Dicke der Bretter beträgt 24 mm, der Falzstoß überdeckt 20 mm und die Schrauben binden mehr als 20 mm in die Unterkonstruktion ein. Brandschutzbleche in der Ebene des vertikalen Elementstoßes verhindern die geschossübergreifende Brandausweitung im Spalt der Hinterlüftung der Bekleidungsebene. Das 1,5 mm starke Stahlblech liegt dicht auf der Gipsfaserplatte auf und wurde in einem Abstand von 300 mm in die Unterkonstruktion des Holztafelbauelements geschraubt.

Horizontalschnitt • Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1 Wechselfalzschalung Fichte sichtbar geschraubt, sägerau weiß gestrichen 28 mm, Unterkonstruktion Holz mit Hinterlüftung 30 mm, Konterlattung OSBStreifen 10/120 mm, Fassadenbahn diffusionsoffen Gipsfaserplatte 15 mm, Konstruktionsvollholz (KVH), Fichte 60/200 mm, dazwischen Wärmedämmung Zellulosefaser 200 mm, OSB-Platte 10 mm, Ausgleichsebene 50 mm Bestand: Putz 10 mm, Mauerwerk 365 mm 2 Putz 10 mm, Putzträgerplatte 60 mm, KVH 60/160 mm, dazwischen Wärmedämmung Zellulosefaser 160 mm OSB-Platte 10 mm, Installationsebene 50 mm Bestand: Putz 10 mm, Mauerwerk 365 mm Putz 10 mm 3 Außenwandluftdurchlass 4 Holz-Aluminiumfenster inkl. Unterputzjalousiekasten mit Dreifachisolierverglasung 5 Kunststofffenster (Abbruch) 6 Holzfenster mit Lüftungselement mit Dreifachisolierverglasung 7 Dachaufbau: Abdichtung Bitumen einlagig 5 mm Bestand: Abdichtung Bitumen einlagig 5 mm, Dämmung PUR 120 mm, Stahlbeton 170 mm 8 Attika Stahlblech verzinkt 1,5 mm 9 Geschossdecke Bestand 10 Loggia: Linoleum 5 mm, Verspachtelung 5 mm Bestand: Fliesen 10 mm, Zementestrich 75 mm Bitumen, Stahlbeton 160 –120 mm 11 Absturzsicherung Stahlgeländer 12 Wechselfalzschalung Fichte 24 mm Unterkonstruktion Fichte 30/50 mm, Konterlattung OSB-Platte 12 mm, Unterspannbahn 0,5 mm Gipsfaserplatte 15 mm, KVH Fichte 120 mm OSB-Platte 10 mm 13 Holzrost Lärche unbehandelt, Gefälleausgleich 40 – 60 mm, Abdichtung Kunststoff 5 mm Brettschichtholz in Sichtqualität 51 mm 14 Brandschutzblech Stahl 1,5 mm 15 Fundament Ortbeton mit Verbundanker

Sanierung eines Wohngebäudes in Augsburg

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Beispiel 11

Wohnhäuser Zollfreilager Zürich, CH 2016 Architekt: Rolf Mühlethaler Mitarbeiter: Thomas Moser (Projektleiter), Chantal Amberg, Julia Grommas, Marion Heinzmann, Sandra Stein, Jonas von Wartburg, Simon Wiederkehr Tragwerksplaner Massivbau: Ingenta Ingenieure + Planer, Bern Tragwerksplaner Holzbau: Indermühle Bauingenieure, Thun

Konzept Auf dem Gelände des ehemaligen Zollfreilagers in Zürich Albisrieden entstand ein neues Wohnquartier mit rund 190 Wohnungen, die sich auf drei Hochhäuser in Massivbauweise aus Stahlbeton und drei sechsgeschossige Gebäudezeilen aus Holz verteilen. Die starke horizontale Gliederung der Zeilen durch umlaufende Balkone vermittelt zwischen der städtebaulichen Großform und der Kleinteiligkeit der Wohnungsfassaden. Fensterbreite und Tiefe der Balkonzone unterscheiden sich je nach Himmelsrichtung und entsprechen einem ehrgeizigen energetischen Konzept (Minergie-P-eco). Die tiefen Balkone bilden zugleich den Witterungsschutz der Holzfassade aus druckimprägniertem Fichten-

206

A B C

holz und schaffen differenzierte Freibereiche. Durchgesteckte Treppenhauskerne aus Stahlbeton erschließen auf jeder Ebene zwei Wohnungen – ein Prinzip, das sich in allen Geschossen wiederholt. Die Wohnungen der beiden nördlichen Gebäudezeilen (Haus A + B) bestehen aus einer Abfolge nutzungsneutraler Räume, die über eine innenliegende Halle flurlos erschlossen sind. Die Wohnungen des südlichen Gebäuderiegels (Haus C) sind über einen durchgehenden Koch-Ess-Wohnbereich erschlossen. Tragwerk Die Klarheit und Konsequenz beider Grundrissvarianten entspricht der jeweiligen Trag-

werkstruktur. Die Decken der Häuser A und B liegen auf den Längsfassaden und auf zwei parallel dazu verlaufenden Mittelwänden auf. Die Decken von Haus C spannen entlang der Längsfassaden und liegen auf Innenwänden auf, die eine regelmäßige Schottenstruktur bilden. In beiden Fällen bestehen die Decken aus Brettstapelelementen, die Aussteifung erfolgt über aufgebrachte OSB-Platten. Obwohl die Gebäude sechsgeschossig sind, gelingt die vertikale Lastabtragung über Innenund Außenwände aus vorgefertigten Tafelbauelementen. Um Setzungen gegenüber den aussteifenden Stahlbetonkernen der Treppenhäuser zu verhindern, sind die Tafelbauelemente ohne

Wohnhäuser Zollfreilager in Zürich

Lageplan Maßstab 1:5000 Axonometrien zur Lastabtragung im Vergleich Schnitt • Grundrisse Maßstab 1:500

Haus A + B

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Haus C

Wohnen / Essen / Küche Zimmer Wohnungs-Entree Bad Technik Erschließung Windfang Tiefgaragenzufahrt Fahrradraum

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EG Haus C

207

Beispiel 11

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3 4

7 6

Rähm und Schwelle ausgeführt. Die Ständer der geschosshohen Elemente stehen mit ihren Hirnholzflächen direkt aufeinander, sodass Querholzpressungen vermieden werden. Die linearen Auflager der Decken bilden L-förmige Wandpfetten, die in eine Ausnehmung der Ständer eingelegt sind. Montageablauf Die Montage des Holzbaus erfolgte nach Fertigstellung der Stahlbeton-Treppenhäuser. Tragende und nichttragende Wände sowie darauf aufliegende Decken wurden geschossweise montiert. Die Tafelbauelemente der Außenwände wurden einschließlich Innenbekleidung, Fenstern, Unterkonstruktion der Fassade und äußeren Sturzblenden vorgefertigt. Die Fassadenbekleidung besteht aus vorgefertigten Kassetten, die auf der Baustelle angebracht wurden, ebenso wie die Brettstapeldecken einschließlich der aussteifenden OSB-Beplankung. Die Erstellung des Fußbodenaufbaus und der Abhangdecke erfolgte vor Ort.

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9 10

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bb

208

Wohnhäuser Zollfreilager in Zürich

Vertikalschnitte Längsfassade mit Balkon Haus A + B + C Maßstab 1:20 1

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Axonometrie Fassadenaufbau

Dachaufbau: Begrünung extensiv Schüttung 128 – 328 mm Schutz- / Dränage- / Filterschicht 20 mm Abdichtung Kunststoffbahn Wärmedämmung EPS im Gefälle 10 –190 mm Wärmedämmung EPS 140 mm, Trennstreifen, Mineralwolle, Dampfsperre lose verlegt Rippendecke: OSB-Platten 22 mm verklebt zu Rippen (a = 650 mm) 80/220 mm Hohlraum für Installationen / Lüftung 68 mm Hohlraumdämmung mit Federbügeln zur schalltechnischen Entkoppelung abgehängt 50 mm Gipskartonplatte gestrichen 15 mm Sonnenschutz Veranda: Stoffmarkise (ein Feld pro Wohnung) Handkurbel mit seitlichen Führungsseilen Stirnbrett Unterzug Weißtanne druckimprägniert zweifach geölt 24 mm, Träger Brettschichtholz, Weißtanne verleimt druckimprägniert zweifach geölt b = 140 mm Sonnenschutz Verbundraffstoren mit Lamellen und seitlichen Führungsschienen Holzfenster Fichte mit Dreifachisolierverglasung, Schutzlasur braun, Ug = 0,6 W/m2K Fassadenstützen Brettschichtholz Weißtanne, druckimprägniert zweifach geölt in unterschiedlichen Dimensionen: EG  160 mm /1.– 4. OG  140 mm / 5. OG  120 mm mit Stirnplatte rund Stahl, nichtrostend 5 mm in Unterzug eingelassen Trennwand Veranda: Weißtanne, druckimprägniert einfach geölt Tropfblech Aluminium farbbeschichtet dunkelbraun, Stirnbrett Weißtanne druckimprägniert einfach geölt sägerau 24 mm Bodenaufbau Veranda 2.– 5. OG: Dielen Weißtanne druckimprägniert, gehobelt /geschliffen 27 mm, Lattung 27 mm Schiftung 51– 81 mm Elastomerlager (Trittschall) 20 mm Abdichtung Kunststoffbahn mechanisch befestigt Brettschichtholzplatte im Gefälle 1,5 %, Untersichten glanzlasiert 94 mm Bodenaufbau OG: Bodenbelag Parkett Eiche massiv hochkant 15 mm Estrich mit Fußbodenheizung 53 mm Trennlage Trittschalldämmung mit Kraftpapier 27 mm Schüttung gebunden (Installationsebene) 30 mm OSB-Platte als Deckenscheibe zur Aussteifung 15 mm, Brettstapeldecke 180 mm Gipsfaserplatte (Brandschutz) 18 mm Hohlraum für Installationen / Lüftung 50 mm Hohlraumdämmung abgehängt mit Federbügeln (Schallschutz) 50 mm Gipskartonplatte gestrichen15 mm Bodenaufbau EG: Bodenbelag Parkett Eiche massiv natur hochkant 15 mm, Estrich mit Fußbodenheizung 53 mm Trennlage, Trittschalldämmung 27 mm Schüttung gebunden (Installationsebene) 30 mm Stahlbeton 250 mm Wärmedämmung EPS mit zementgebundener Holzwolle-Akustikplatte 200 mm Blendbrett über Kassette und Holzfenster Weißtanne druckimprägniert einfach geölt 27 mm Staketengeländer Metall pulverbeschichtet Staketen rund Ø 15 mm Fassadenaufbau (keine Installationen in den Außenwänden): Schalung Weißtanne druckimprägniert (Nut / Feder) 22 mm in Rahmen Weißtanne druckimprägniert einfach geölt massiv 50 ≈ 50 mm Hinterlüftung 33 mm, Fassadenfolie Polyestervlies Gipsfaserplatte 15 mm Holzständer/ Wärmedämmung Mineralwolle 360 mm OSB-Platte (Luftdichtigkeitsschicht) Stöße abgeklebt 15 mm, Gipsfaserplatte 18 mm Putz weiß gestrichen 1 mm

209

Beispiel 11

2

Gebäudekennwerte Gebäude A Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt Gebäude C Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Bauzeit Holzbau

6 9500 m2 11,5 Monate (inkl. Fertigung) 36 Monate

Bauzeit gesamt

6 10 554 m2 12 Monate (inkl. Fertigung) 36 Monate

Gebäude A + B + C Bauinvestitionsvolumen

ca. 330 Mio. €

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Horizontalschnitte Eckdetail Elementfuge einer Wohnungstrennwand (nichttragend) Maßstab 1:10

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Fassadenaufbau (keine Installationen in den Außenwänden): Schalung Weißtanne druckimprägniert (Nut / Feder) 22 mm in Rahmen Weißtanne druckimprägniert einfach geölt massiv 50/50 mm Hinterlüftung 33 mm Fassadenfolie Polyestervlies Gipsfaserplatte 15 mm Holzständer/ Wärmedämmung Mineralwolle 360 mm OSB-Platte (Luftdichtigkeitsschicht) Stöße abgeklebt

4

4

15 mm, Gipsfaserplatte 18 mm Putz weiß gestrichen 1 mm Holzfenster Fichte gestrichen mit Dreifachisolierverglasung Ug = 0,7 W/m2K, Uf = 1,1 W/m2K Wohnungstrennwand nichttragend: Gipsfaserplatte 12,5 mm, Gipsfaserplatte 10 mm Ständerkonstruktion Metall 75 ≈ 0,6 mm Hohlraumdämmung 70 mm, Hohlraum 20 mm Hohlraumdämmung 70 mm Ständerkonstruktion Metall 75/0,6 mm Gipsfaserplatte 10 mm Gipsfaserplatte 12,5 mm Elektrosteckdosen in luftdichten Kästen aus Gipskartonplatten 2≈ 12,5 mm

Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen

Kampa Verwaltungsgebäude Aalen, DE 2014 Systementwicklung und Entwurf: Florian Nagler Architekten, München Ausführung: Kampa GmbH, Aalen Josef Haas, Johann Wellner Tragwerksplanung, Brandschutzplanung und Bauphysik: bauart Konstruktions GmbH, Lauterbach

Konzept Der Firmensitz des Fertighausherstellers ist – in Analogie zum Verkaufsprodukt – als Prototyp eines anpassbaren Bausystems entworfen worden. Das System erlaubt geometrische Variationen eines definierten Gebäudetyps und eignet sich für fünf bis achtgeschossige Gebäude. Der Abstand der Querachsen kann zwischen 2,5 und 3,2 m variieren, die Tiefe des Gebäudes zwischen 12,0 und 13,5 m. Der realisierte siebengeschossige Bau weist bei einer Tiefe von 12,5 m ein Achsraster von 2,5 m auf. Das Untergeschoss nimmt vorrangig die umfangreichen Haustechnikanlagen auf. Das Erdgeschoss umfasst neben einem weiträumigen Foyer, einen Konferenzraum und die Kantine. Die fünf darüberliegenden Geschosse dienen als Ausstellungs- und Bemusterungsetagen, in denen sich auch die Büro- und Tagungsräume des Unternehmens befinden. Tragwerk Bei dem Tragwerk des Verwaltungsbaus handelt es sich um eine reine Holzkonstruktion, die auf einem Kellergeschoss aus Stahlbeton auflagert. Im Wesentlichen ist der Bau als Skelettkonstruktion aus Brettschichtholz konzipiert. Einfeldträger in Querrichtung liegen auf Ausklinkungen der Stützen auf. Der verbleibende Restquerschnitt der Stützen reicht für die direkte vertikale Kraftübertragung von Stütze zu Stütze aus. Die steifen Deckenscheiben und das Dach bestehen aus Brettsperrholz, ebenso die Erschließungs- und Sanitärkerne, die neben der Lastabtragung das Gebäude in Längsrichtung aussteifen. Die Aussteifung in Querrichtung übernehmen vier Wandscheiben aus Brettsperrholz. In die acht Stützen, die an diese Wandscheiben anschließen, sind Zugverankerungen eingebaut, die die hohen Windkräfte ableiten. Um jedoch die Anzahl dieser aufwendigen Verbindungen zu minimieren, laufen die Stützen über drei Geschosse durch. Brandschutz Die tragenden Holzteile des Gebäudes sind mit einer Feuerwiderstandsdauer von 90 Minuten auf Abbrand dimensioniert. Kleine Rauch- und Brandabschnitte und kurze Fluchtwege zu den beiden Treppenhäusern erhöhen die Sicherheit

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Beispiel 12

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten (gesamt) Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

im Brandfall, sodass sowohl auf eine Sprinkleranlage als auch auf eine Kapselung der tragenden Teile verzichtet werden konnte. Lediglich die Treppenhäuser sind mit Gipsfaserplatten bekleidet und die Treppenläufe und -podeste als Stahlbetonfertigteile konstruiert. Der Brandschutznachweis wurde noch auf Grundlage der Bauordnung für Baden-Württemberg von 2010 geführt. Seit der Novellierung der Landesbauordnung 2015 ist in Baden-Württemberg der Holzbau in Gebäudeklasse 5 bauordnungskonform planbar. Haustechnik Unter den tragenden Decken spannen statisch unabhängig und damit schallentkoppelt

multifunktionale Deckensegel zwischen den Unterzügen. Auf einer Holzunterkonstruktion sind unterseitig gelochte Gipskartonplatten montiert, die mit den Unterzügen bündig abschließen. Diese im Werk vorgefertigten Elemente mit integrierter Leitungsführung (Elektro, Heizen, Kühlen) gewährleisten zudem eine gute Raumakustik. Die Gebäudehülle im Passivhausstandard, die Nord-SüdOrientierung, die kontrollierte Lüftung mit 75 % Wärmerückgewinnung, saisonale Eisspeicher mit 685 m3 Fassungsvermögen in Verbindung mit Wärmepumpen für Heizung und Kühlung sowie die Photovoltaikanlage auf dem Dach des Gebäudes ermöglichen Energiegewinne im Gebäudebetrieb.

7 3386 m2 (zzgl. UG) ca. 6 Mio. € 6 Monate (inkl. Innenausbau) 10 Monate

Aufzug Der Aufzugsschacht ist als doppelschalige Holzkonstruktion ausgeführt. Die äußere Schale besteht aus beidseits mit 2≈ 18 mm Spezialgipskartonplatten beplankten Brettsperrholzwänden. Die schallentkoppelte innere Schale ist aus 10 cm starkem Brettsperrholz gefertigt und nicht bekleidet. Dieser Schacht wurde als mehrgeschossiges Raummodul in drei Teilen vorgefertigt. Er steht konstruktiv weitgehend unabhängig von der äußeren Schale auf der Kellersohle aus Stahlbeton.

6

5 4

4

Regelgeschoss a

2

3 1 aa

EG a Das Tragwerkskonzept eignet sich unverändert für die Anwendung für variable Gebäudestrukturen, wobei das Achsmass zwischen 2,5 m und 3,2 m variieren kann. Basisgrundriss: 38,75 ≈ 12,50 m bei einem Achsraster in Querrichtung von 2,50 m.

212

Grundrisse · Schnitt Maßstab 1:400 1 Empfang / Foyer 2 Konferenz

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Kantine Ausstellung Büro Besprechung

Kampa Verwaltungsgebäude in Aalen

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Grundriss Fahrstuhlschacht Maßstab 1:50 Vertikalschnitt Anschluss Außenwand – Innenwand Maßstab 1:10 7

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vorgesetztes Fassadenelement: Sichtschalung Holz 25 mm mit Deckleisten in unterschiedlichen Querschnitten (35 /44 mm und 47/44 mm), Lattung 40 / 60 mm, Gipskartonplatte (Brandschutzklasse A1) 15 mm Riegelwerk 80/300 mm, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 300 mm Tragkonstruktion: Brettsperrholz 140 mm, beidseitig zweilagig mit Gipskartonplatten (Brandschutzklasse A1) gekapselt 2≈ 18 mm

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Aufzugsschacht: Brettsperrholz 100 mm, als dreigeschossiges Raummodul vorgefertigt ohne weitere Bekleidung Innenwand: Vorsatzschale 25 mm Schalldämmung Mineralfaser 110 mm Gipskartonstreifen 2≈ 18 mm Brettsperrholz 160 mm Stahlwinkelverbindung zur Lagersicherung (2 je Element) Schlitzblech Gipskartonplatte horizontal durchlaufend 25 mm OSB-Platte zur Scheibenausbildung 22 mm Geschossdecke: Fußbodenbelag Teppich 10 mm Estrich 23 mm, Trennlage Trittschalldämmung 10 mm

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Brettschichtholz 150 mm Gipskartonplatte 25 mm (Brandschutzklasse A1) Hohlraum 360 mm Unterkonstruktion für abgehängte Decke Gipskartonplatten 2≈ 12,5 mm Mineralfaserdämmstreifen zur Schallentkoppelung Tragkonstruktion Brettsperrholz 140 mm Querzugsicherung Schrauben 6≈ 120 mm Gipskartonstreifen (Brandschutzklasse A1) 30 ≈ 125 mm Fremdfeder Sperrholz F 20/10 27 mm Schraubenpaar horizontal gekreuzt Elastomerauflager zur Schallentkopplung Lagerholz 80/160 mm mit Schrauben befestigt Ummantelung Gipskartonstreifen (Brandschutzklasse A1) 30 mm

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Beispiel 13

Illwerke Zentrum Montafon Vandans, AT 2013 Architekten: Architekten Hermann Kaufmann, Schwarzach Mitarbeiter: Christoph Dünser, Stefan Hiebeler, Thomas Fußenegger, Michael Laubender, Guillaume Weiss, Ann-Katrin Popp, Benjamin Baumgartl Tragwerksplanung: merz kley partner, Dornbirn

Konzept Das Illwerke Zentrum Montafon (IZM) in Vadans ist das neue Verwaltungsgebäude des Vorarlberger Stromerzeugers mit über 10 000 m2 Nutzfläche. Die statische Struktur des Bausystems mit den vorgefertigten Rippendecken und die Absicht, für alle 270 Arbeitsplätze vergleichbare Bedingungen zu schaffen, waren die maßgeblichen Vorgaben bei der Gestaltung des Baukörpers. Dadurch war die Tiefe des Hauses begrenzt, und in der Folge wuchs das Gebäude auf eine Länge von 120 m an. Der klar geschnittene Holzbau schiebt sich mit einem Drittel seiner Länge über den Rand des Ausgleichsbeckens hinaus auf die angrenzende Wasserfläche, was baurechtlich möglich war, da es sich um einen künstlichen See handelt. Das Grundrisskonzept reagiert darauf, indem die Betriebskantine sowie das Besucherzentrum sich an dieser besonderen Stelle befinden. Das Haus bildet den Abschluss des vorgelagerten Parks und präsentiert sich in seiner ganzen Breite dem Besucher. Ein großzügig bemessenes Vordach markiert den Eingang. Die Fassade gliedert sich in horizontale Schichten aus Brüstungen, Fensterbändern und Vordächern. Die Gebäudelänge sowie das Konstruktionsmodul werden zum Leitmotiv des Hauses. Konstruktion Das Gebäude verfügt über zwei Erschließungskerne zur horizontalen Aussteifung, die hauptsächlich aus Brandschutzgründen aus Ortbeton gefertigt wurden. Ebenfalls aus Ortbeton ist das gesamte Erdgeschoss inklusive der Erdgeschossdecke. Dies war notwendig, da das Gebäude im See steht und somit besondere Maßnahmen zur Erdbebensicherheit erforderlich waren. Eine Ausführung in Ortbeton erwies sich dabei als wirtschaftlich sinnvoll. Die Obergeschossdecken bestehen aus 3 m breiten und 8,10 m langen vorgefertigten Holz-Beton-Verbundelementen, die als Plattenbalken ausgebildet sind. Die Betonplatte ist auf eine Dicke von 8 cm reduziert und erfüllt damit die geforderten Schall- und Brandschutzanforderungen (REI 90) bei einem normgemäßen Schwingungsverhalten. Die einzelnen Elemente wurden nach dem

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Illwerke Zentrum Montafon in Vadans

aa

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2. OG

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1. OG Lageplan Maßstab 1:4000 Schnitte • Grundrisse Maßstab 1:1000 b

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a 2

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EG b

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Foyer Büro Kopierzentrum Vortragssaal Küche Restaurant Open Space Büro Besprechung Think Tank Zellenbüro Kopier-/ Plotterraum offene Teeküche Pausenbereich

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Beispiel 13

A

B

Montieren mittels Fugenverguss und teilweise Schraubverbindungen kraftschlüssig zu einer aussteifenden Deckenscheibe zusammengefasst. Die Pendelstützen an der Fassade sind als Doppelquerschnitte von 2≈ 24 ≈ 24 cm ausgebildet. Über die in das Deckenelement integrierten Randbalken aus Stahlbeton ist ein direkter Lasttransfer vom Stirnholz der oberen Stütze ins Stirnholz der unteren Stütze ohne die Verwendung aufwendiger Verbindungsmittel möglich. Montage Die gesamte Holzkonstruktion inklusive der vorgefertigten Fassaden mit unbehandelter Außenverschalung aus Eiche sowie die Dachelemente wurden in lediglich sechs Wochen

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C

zusammengefügt. Auch die vorgefertigten Eichenholzfenster konnten im Zuge der Montage der Holzkonstruktion zeitgleich eingebaut werden. Somit war das Risiko der Durchnässung der Konstruktion während der Montage und damit die notwendigen Witterungsschutzmaßnahmen auf ein Minimum reduziert. Brandschutz Die gesamte Konstruktion ist sichtbar belassen und in Feuerwiderstandsklasse REI 90 ausgeführt. Als Kompensationsmaßnahme wurde eine Sprinkleranlage eingebaut, die es auch ermöglichte, dass alle oberirdischen Geschosse einen einzigen Brandabschnitt bilden, der lediglich in mehrere Rauchabschnitte unterteilt wurde.

Energie Der Primärenergieverbrauch des Gebäudes liegt unter 30 kWh/m2a, der Heizwärmebedarf bei 14 kWh/m2a (Passivhausstandard). Dieser wird vollständig durch das Abwärmesystem des Kraftwerks bereitgestellt, während die Kühlenergie vom kalten Wasser der umliegenden Speicherseen gedeckt wird.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

5 11 497 m2 26 Mio. € netto 6 Wochen 17 Monate

Illwerke Zentrum Montafon in Vadans

A B

C D E F

Montageabfolge des Gebäudes LCT-System (LifeCycle Tower One, Dornbirn, Vorgängerbau und erstes achtgeschossiges Holzgebäude in Österreich) IZM-System Montageabfolge im Detail Isometrie des Tragsystems Holz-Beton-Rippenverbunddecke, Vertikalschnitt Spannweite 8,50 m, Elementbreite 2,70 – 3,00 m

1 2 3 4 5 6 7

Wandelement aus drei Stützpaaren mit Brüstung Holz-Beton-Rippenverbunddecke Fenstermodul Vordach Stützen bestehend aus Brettschichtholz 2≈ 260 / 260 mm Stahlbeton C30/37 d = 80 mm mit Polypropylenfasern Holzrippen e = 860 mm

2

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E

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Beispiel 13

Fassade Horizontalschnitte Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

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f 2 3 4 5

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ESG emailliert 6 mm Hinterlüftung 46 mm zementgebundene Spanplatte 16 mm Wärmedämmung Mineralwolle 130 mm OSB-Platte 18 mm Stütze Brettschichtholz Fichte 2≈ 240/240 mm Festverglasung Holzfenster Eiche massiv mit Dreifachverglasung Holzfenster Eiche massiv mit Dreifachverglasung Ug = 0,5 W/m2K Vordachkonsole HEA 140 mm Wechselfalzschalung Eiche natur 27 mm Horizontallattung 40/60 mm Vertikallattung 40/60 mm Spanplatte zementgebunden mit verklebten Stößen 16 mm Rahmenkonstruktion Brettschichtholz 59/340 mm, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 340 mm Luftdichtigkeitsebene Dampfbremse OSB-Platte mit verklebten Stößen (Dampfbremse) 18 mm Wärmedämmung Mineralwolle (Installationsebene) 77 mm Brüstungsschrankrückwand Spanplatte Eiche furniert 19 mm Dachaufbau: extensive Begrünung 100 mm Dachabdichtung Wärmedämmung EPS 2≈ 140 mm Gefälledämmung 0 –140 mm, Dampfbremse Holz-Beton-Rippenverbunddecke: Stahlbeton 80 mm, Rippe Brettschichtholz Fichte 240/280 mm abgehängte Decke: Heiz- /Kühlpaneel Lochblech mit aufkaschiertem Akustikvlies, Strukturlack Attikabekleidung Kupferblech Holzschalung 27 mm Lattung 40/40 mm, Konterlattung 40/40 mm Winddichtung Papier, Gipsfaserplatte 16 mm Holzkonstruktion / Wärmedämmung Mineralwolle 170 mm, Dampfbremse OSB-Platte 18 mm, Dachabdichtung Vordach: Kupferblech 0,6 mm Abdichtung Bitumen dreilagig Spanplatte 24 mm, Kantholz 120/60 mm Holzschalung Eiche 20 mm Sonnenschutzjalousie Spanplatte Eiche furniert 24 mm Geschossdecke: Teppich mit Akustikunterlage Mineralstoffplatte faserverstärkt 38 mm Installationsschicht 125 mm mit Hohlraumdämmung, Mineralfaser 30 mm Holz-Beton-Rippenverbunddecke: Stahlbeton 80 mm Rippe Brettschichtholz Fichte 240/280 mm abgehängte Decke: Schalldämmung 50 mm Vlies, Weißtanne 30/40 mm

Illwerke Zentrum Montafon in Vadans

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Beispiel 14

Bürogebäude St. Johann in Tirol, AT 2015 Architekten: architekturwerkstatt, Breitenbach am Inn Mitarbeiter: Bruno Moser, Florian Schmid, Thomas Schiegl Tragwerksplaner: dibral, Alfred R. Brunnsteiner, Natters Holzbau: Holzbau Saurer, Höfen

Konzept Der wettbewerbsentscheidende Entwurfsgedanke für eine Serie von Gebäuden des Holzwerkstoffherstellers Fritz Egger war die Verwendung der vom Bauherrn produzierten OSB4-Top-Platte mit den maximalen Maßen von 2,80 ≈ 11,40 m, deren Abmessungen das Raster des Gebäudes sowie der vorgefertigten Decken- und Wandelemente ergibt. Der Abstand der Stützen und die Wandhöhe entsprechen dabei der Plattenbreite von 2,80 m. Das Haus in St. Johann am Stammsitz der Firma besteht aus zwei parallelen viergeschossigen Baukörpern, die über ein dazwischenliegendes überdachtes Atrium miteinander verbunden und erschlossen werden. Die Dreiteilung des Hauses lässt sich von außen jedoch nicht ablesen, da geschossweise umlaufend auskragende Decken mit versetzt angeordneten Lärchenholzlamellen die Baukörper zusammenschließen. Das Haus zeichnet sich durch die konsequente und präzise Umsetzung des Bausystems aus verbunden mit einem hohen Maß an Individualität in der Gestaltung. Es wird so zum Blickfang vor alpenländischer Kulisse. Tragwerk Das Untergeschoss mit Tiefgarage, Fitnessstudio und Nebenräumen besteht bis zur Oberkante der Decke aus Ortbeton. Die Spannweite des Hauptrasters von 11,40 m wird hier mit vorgespannten Unterzügen bewältigt. Alle oberirdischen Geschosse mit Foyer, Kantine, Seminar- und Büroräumen sind als reine Holzkonstruktion ausgeführt. Die Decken – mit Splitt befüllte Kastenelemente aus Brettschichtholzrippen und beidseitig aufgeleimten OSB-Platten mit integrierter Leitungsführung (Lüftung, Heizung, Kühlung) – liegen punktgelagert auf Brettschichtholzstützen auf. Nur die Randelemente an den Gebäudelängsseiten sind teilweise auf aussteifende, vorgefertigte Tafelelemente mit Installationsführung aufgelegt. Damit entsteht eine vollkommen unterzugfreie Konstruktion. Der Aufzugsschacht über fünf Geschosse, die Verbindungsbrücken durch das Atrium sowie die auskragenden Treppenläufe bestehen aus fünf bzw. sieben Schichten nagelpressverleimter OSB-Platten. Die tragenden OSB-Flächen bleiben dabei weiß lasiert im

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Bürogebäude in St. Johann in Tirol

Schnitte • Grundriss Maßstab 1:500 1 Eingang 2 Empfang 3 Atrium 4 Treppenhaus / Fluchtweg 5 Schulung / Seminar 6 Büro 7 Lager / Technik 8 Küche 9 Pausenbereich 10 Kantine 11 Spülküche 12 Speisesaal

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Gebäude sichtbar. Für Konstruktion und Ausbau wurden fast ausschließlich firmeneigene Produkte verwendet. Brandschutz Eine perfekt abgestimmte Entwurfs- und Brandschutzplanung ermöglichte die sichtbaren Holzoberflächen im Gebäude sowie die hölzerne zentrale Treppe im Atrium. Eine Reihe von Kompensationsmaßnahmen spielen hierbei eine entscheidende Rolle: Die Fluchtweglängen sind mithilfe der drei Treppen im bzw. vor dem Atrium auf nur 25 m reduziert. Das gesamte Gebäude ist in insgesamt vier Brandabschnitte aufgeteilt: das Kellergeschoss, das Erdgeschoss mit Atrium sowie die zusammengefassten Obergeschosse je Gebäudetrakt. Die Decke über dem Erdgeschoss erhielt aus diesem Grund eine doppelte Beplankung aus Gipsfaserplatten in Feuerwiderstandsklasse REI 90. Die umlaufende Auskragung dient hier als Brandschott, wohingegen sie in den Obergeschossen aus gestalterischen Gründen bzw. zu Reinigungszwecken geplant ist. Der horizontale Brandüberschlag zwischen den Gebäuderiegeln wird durch eine Art Wasservorhang unterbunden. In den auskragenden Deckenplatten des Atriums sind dafür Sprinkler eingebaut. Eine frühzeitige Branderkennung und Alarmierung der Feuerwehr ist über eine aufgeschaltete vollflächige Brandmeldeanlage gewährleistet. Ergänzt wird das Brandschutzkonzept durch eine brandlastarme Ausstattung des Atriums, sowie eine erhöhte Übersichtlichkeit in den Bürotrakten, die sich aus den gläsernen Trennwänden und einer Maximalhöhe der Möblierung ergibt.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

4 9940 m2 k. A. 5 Monate 12 Monate

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Beispiel 14

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Bürogebäude in St. Johann in Tirol

Modulares System Das Stammhaus des Holzwerkstoffherstellers ist das jüngste von mittlerweile vier Gebäuden einer Serie, die vorher bereits in Rumänien, Österreich und Deutschland errichtet wurden. Grundlage ist ein aus einem Wettbewerb entstandenes modulares Holzbausystem, das die Nutzungsflexibilität trotz eines strengen Rasters nicht einschränkt. Anpassungen sowohl in der Geometrie als auch in der Erfüllung architektonischer, funktionaler, bauphysikalischer und baugesetzlicher Anforderungen sind möglich, wenngleich der Einpassung in enge Grundstücke durch das verhältnismäßig große Grundraster Grenzen gesetzt sind. Die Modularität erlaubt große Stückzahlen gleicher Elemente und damit eine industrielle Produktion. Um dies zu erreichen, wurden die Querschnitte der Elementkonstruktionen auf den jeweils größten Lastfall ausgelegt, eine damit einhergehende teilweise Überdimensionierung konnte durch die Effizienz der Produktion wettgemacht werden. Um Sonderlängen und -bauteile grundsätzlich zu vermeiden, liegt auch das Atrium zwischen den Büroriegeln im Modulraster.

Vertikalschnitt Maßstab 1:20

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Dachaufbau: Abdichtung EPDM mechanisch befestigt Wärmedämmung Steinwolle 2≈ 140 mm Dampfsperre Bitumenbahn aluminiumkaschiert 4 mm Dachkonstruktion vorgefertigt: OSB-Platte 22 mm auf Keillattung OSB4-Top-Platte nagelpressverleimt 6≈ 30 mm Träger Brettschichtholz 530/200 mm Leitungsführung im Zwischenraum OSB4-Top-Platte weiß lasiert 30 mm Vordach: Abdichtung EPDM OSB-Platte 22 mm auf Keillattung OSB4-Top-Platte nagelpressverleimt 5≈ 30 mm Träger Brettschichtholz 500/100 mm OSB4-Top-Platte farblos lasiert 30 mm

5 6

Holz-Aluminium-Fenster mit Dreifachisolierverglasung VSG 12 + SZR 14 + ESG 6 + SZR 14 + ESG 8 mm Geschossdecke über EG: Bodenbelag Laminat mit Trittschalldämmung 10 mm OSB-Platte Nut / Feder 18 mm Holzfaserdämmplatte Nut / Feder 32 mm OSB4-Top-Platte 30 mm verleimt auf Träger Brettschichtholz 200/520 mm, dazwischen Leitungsführung Splittschüttung 60 mm OSB4-Top-Platte 30 mm, Gipskartonplatte 2≈ 20 mm, Abhängung / Leitungsführung 500 mm OSB4-Top-Platte weiß lasiert 18 mm Heizungsauslass Brandschutz EG zu OG: Lattenrost Lärche unbehandelt Abdichtung Kunststoffbahn EPDM 1,8 mm OSB-Platte 30 mm verleimt auf Träger Brettschichtholz 100/300 – 320 mm

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OSB4-Top-Platte nagelpressverleimt, Untersicht farblos lasiert 4≈ 30 mm Kupferblech, Abdichtung, OSB-Platte 30 mm Fassade: Lattung Lärche vertikal 85/44 mm Lattung Lärche rombenförmig gehobelt 85/44 mm Fassadenbahn diffusionsoffen als Windpapier Holzfaserdämmplatte (feuerrobust) Nut / Feder 32 mm Holzbalken 60/280 mm, dawischen Wärmedämmung Steinwolle 2≈ 140 mm OSB4-Top-Platte weiß lasiert 22 mm Bodenaufbau: Bodenbelag Laminat mit Trittschalldämmung 10 mm OSB-Platte 22 mm, OSB-Platte 30 mm Dampfsperre einlagig verklebt Lattung 60/140 mm dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle Ausgleichsschicht ca. 30 mm Bodenplatte Stahlbeton 300 mm

223

Beispiel 15

Wood Innovation and Design Centre Prince George, CA 2014 Architekten: Michael Green Architecture, Vancouver Mitarbeiter: Michael Green (Projektleiter), Mingyuk Chen, Carla Smith, Seng Tsoi Design-Team: Kristalee Berger, Alfonso Bonilla, Jordan van Dijk, Guadalupe Font, Adrienne Gibbs, Jacqueline Green, Asher deGroot, Soo Han, Kristen Jamieson, Vuk Krcmar-Grkavac, Alexander Kobald, Sindhu Mahadevan, Maria Mora Tragwerksplaner: Equilibrium Consulting, Vancouver Konzept Das Holz Innovations- und Designcenter (WIDC) der University of North British Columbia in Prince George mit einer Nutzfläche von knapp 5000 m2 ist ein Pilotprojekt im mehrgeschossigen Holzbau in Kanada. Es gilt als Hochhaus, da der oberste Geschossfußboden bei ca. 25 m liegt und damit deutlich über der Hochhausgrenze von 22 m. Das Gebäude dient als Zentrum für Forscher, Wissenschaftler, Ingenieure und Architekten, die zum Thema des modernen Bauens mit Holz lehren und forschen. Es wurde im Rahmen des kanadischen Tall-Wood-Programms, einer regierungsgestützten Initiative zur Förderung von großen und hohen Holzbauten, errichtet. Die unteren drei Stockwerke des insgesamt siebengeschossigen und knapp 30 m hohen Gebäudes werden von der Universität für die Masterausbildung Holzbau genutzt. Die oberen Etagen bieten Büroräume für die Holzindustrie und Regierungsorganisationen aus dem

Bereich Forst und Holz. Ziel des Architekten war es, »den Baustoff Holz zu zelebrieren, ihn überall erlebbar zu machen und seine Schönheit sowohl außen als auch innen zu zeigen«. Außerdem galt es den Prototyp für ein innovatives, aber sehr einfaches und replizierbares Konstruktionssystem für hohe Gebäude zu entwickeln, das auch zu weiteren Entwicklungen im Holzbau Anstoß geben soll. Tragwerk Bei dem Konstruktionssystem handelt es sich um einen Skelettbau, dem ein quadratisches Grundraster von ca. 8 ≈ 8 m zugrundeliegt und der durch einen zentralen Erschließungskern ausgesteift wird. Die gesamte Tragkonstruktion inklusive Kern besteht ausschließlich aus verschiedenen kanadischen Nadelhölzern. Verbundkonstruktionen wurden vermieden, um einen einfachen Rückbau und die Wiederverwertung am Ende der Lebensdauer zu ermöglichen. An die sichtbar belassenen Brettschicht-

holzstützen, 36/36 cm in den unteren und 30/30 cm in den oberen Geschossen, sind die ebenfalls sichtbar belassenen, je nach Last zwischen 60 cm und 100 cm hohen Hauptträgern, befestigt. Somit wird die Last der oberen Stütze direkt in die untere weitergeleitet, was eine Querholzpressung und Setzungen verhindert. Auf die Hauptträger sind zwei Lagen, wechselweise versetzte, ebenfalls sichtbar bleibende Brettsperrholzelemente mit Stärken von 10 bzw. 17 cm und Breiten von ca. 120 bis 160 cm gelegt. Die dadurch entstehenden Hohlräume werden als Installationszonen genutzt. Diese sind an der Decke akustisch wirksam geschlossen. Die Trittschalldämmung erfolgt über Teppiche auf einer weichen Unterlage. Abgesehen von einer in der unteren Installationszone abgehängten Gipskartonplatte konnte aufgrund der kanadischen regulativen Bestimmungen auf spezielle Maßnahmen zur Luftschalldämmung weitgehend verzichtet werden.

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Grundrisse Schnitte Maßstab 1:500 Lageplan Maßstab 1:2000

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Eingang Ausstellungsbereich Café Erschließung Hörsaal

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Untersuchungslabor Büro Elektro Technik

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Müll- und Recyclingraum Anlieferung Fahrräder Büro (Mieterausbau)

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Wood Innovation and Design Centre

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Beispiel 15

Brandschutz Dank eines speziell erstellten Brandschutzkonzepts konnte die gesamte Konstruktion innen sichtbar bleiben und musste nicht gekapselt werden. Sie weist eine auf Abbrand dimensionierte Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten auf. Eine Sprinklerung bietet zusätzlichen Schutz. Die hölzerne Pfosten-Riegel-Fassade ist großteils verglast im Wechsel mit opaken Elementen aus naturbelassener oder angekohlter Senkrechtverschalung. Auf einen außen liegenden Sonnenschutz wurde verzichtet. Vorfertigung Der Vorfertigungsgrad des Gebäudes war aufgrund der wenigen Erfahrung der kanadischen Holzbaufirmen nicht sehr hoch. Zunächst wurde die Konstruktion errichtet und anschließend die Fassaden erstellt, was während der Konstruktionsphase intensive Wetterschutzmaßnahmen notwendig machte. Das Gebäude ist ein wichtiger Beitrag zum großvolumigen Bauen ausschließlich aus Holz in trockener Bauweise und besticht durch seine besondere Atmosphäre aufgrund der sorgfältigen Materialisierung.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

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7 4820 m2 ca. 11,4 Mio. € 5 Monate 15 Monate

Wood Innovation and Design Centre

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Dachaufbau: Abdichtung Bitumen, zweilagig Wärmedämmung Mineralwolle, bitumenbeschichtet 100 mm Wärmedämmung PIR 2≈ 50 mm Gefälledämmung EPS ca. 100 –140 mm Dampfbremse, Sperrholzplatte 25 mm Sperrholzplatte 19 mm Brettsperrholz siebenlagig 239 mm Lattung mit Zwischenraum 19/40 mm, Akustikvlies Schalldämmung 24 mm Träger Brettschichtholz 320/500 mm Brettschichtholzstütze 320/320 mm Blendschutz: Holzlamellen (horizontal) vorgehängte Fassade: Aluminiumblech Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm Pfosten-Riegel-Fassade Holz /Aluminium mit Dreifachisolierverglasung Heizungs- und Versorgungskanal Installationsraum: Sperrholzplatte 2≈ 13 mm Installationsleitungen Schalldämmung Glasfaserplatte 2≈ 25 mm Geschossdecke (Regelgeschoss): Bodenbelag Teppich 9 mm Trittschalldämmung 7 mm Brettsperrholz dreilagig 99 mm Brettsperrholz fünflagig 169 mm Träger Brettschichtholz 220/500 mm Fassade: Holzschalung Zeder hitzebehandelt, mit geflämmter oder naturbelassener Oberfläche, in unterschiedlichen Breiten 30 mm Unterkonstruktion Sperrholzleiste wetterfest 13 mm Holzleiste horizontal 10 mm, Dampfbremse Holzfaserplatte 13 mm, Wärmedämmung 165 mm Holzfaserplatte 18 mm, Gipskartonplatte 16 mm Installationsraum: Holzbohle 89/40 mm Metallhohlschiene gefedert Gipskartonplatte 2≈ 16 mm Schalldämmung Glasfaserplatte 50 mm Sprinkler Bodenplatte Stahlbeton poliert Sockel: Wärmedämmung Hartschaum mit latexhaltiger Betonbeschichtung Stahlwinkel in Bodenplatte fixiert, Abdichtung

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Beispiel 16

Verwaltungsgebäude Clermont-Ferrand, FR 2014 Architekt: Bruno Mader, Paris Mitarbeiter: M. Guzy, C. Grispello, E. Ranalletti, A. Veyssier, A. Bertrand, J. Varela Bauleitung: Atelier 4 Architekten, Clermont-Ferrand Tragwerksplaner Holzbau: Sylva Conseil, Clermont Ferrand Tragwerksplaner Massivbau: Sibat, Paris

Konzept Der fünfgeschossige repräsentative Bau des Verwaltungszentrums mit 18 000 m2 Nutzfläche passt sich mit seiner polygonalen Form exakt in sein städtisches Umfeld ein. Eine netzartige Fassadenstruktur unterstützt das skulpturale Erscheinungsbild, die verschiedenen Öffentlichkeitsgrade des Hauses werden durch unterschiedliche Baustoffe ablesbar. Die zwei Sockelgeschosse aus Beton beherbergen die öffentlichen Bereiche wie Eingangshalle, Versammlungssaal und weitere Räume für den Bürgerservice. Darüber befinden sich drei Geschosse aus Holz mit der Verwaltung und verschiedenen Ämtern ohne Publikumsverkehr. Die Haupterschließungsachse durch das Gebäude führt entlang der drei mit Nadelbäumen bepflanzten, glasgedeckten und natürlich belüfteten Innenhöfe, zu denen sich die Büros orientieren. Das Projekt ist ein Vorzeigebeispiel für nachhaltiges Bauen in der Region und steht nicht nur für hohe Energieeffizienz, sondern auch für Ressourcenschonung durch Verwendung nachwachsender Rohstoffe. So wurde das Tragwerk mit Douglasie aus der Auvergne ausgeführt, wo seit den 1950er-Jahren dieser Baum gezielt angepflanzt wird. Das spart durch kurze Transportwege zusätzlich CO2Emissionen und unterstützt die regionale Wertschöpfung. Tragwerk Auf dem zweigeschossigen Betonsockel steht ein dreigeschossiger Holzskelettbau, der hinter einer vorgehängten, schützenden Glashülle sichtbar bleibt. Die im Raster von 2,50 m angeordneten Stützen aus Douglasie-Brettschichtholz reichen über drei Geschosse, die sichtbar belassenen Träger werden über eingeschlitzte Stahlbleche an den Stützen befestigt. Die Gebäudeaussteifung erfolgt über die Diagonalstützen in der Fassade sowie über die in Beton ausgeführte Mittelzone der Büroeinheiten, die Nebenräume, Treppen und Aufzüge aufnimmt. Im Bereich der Innenhöfe stehen die Stützen hinter der Gebäudehülle – im Gegensatz zu den Außenfassaden, wo die Konstruktion zwischen Dämmebene und äußerer Glashaut liegt und als Gestaltungselement wirksam in Erscheinung tritt. Somit durchdrin-

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Lageplan Maßstab 1:3000 Grundrisse Maßstab 1:750

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Eingangshalle Empfang Garderobe Catering Pausenraum Lager Büro Bürozone offen Innenhof begrünt Besprechungsraum

Versammlungsraum Regieraum, Übersetzerkabine Postraum Reprografie Anlieferung Umkleide Vorarchivierung Archiv Dokumentation Pressestelle Abgeordnetenempfang Gastraum

Verwaltungsgebäude in Clermont-Ferrand

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gen hier die Hauptträger die thermische Gebäudehülle, was aufgrund der Eigenschaften von Holz kondensatfrei möglich ist. Die Innenwände sind in Tafelbauweise ausgeführt. Die auf den Hauptträgern liegenden Deckenelemente bestehen aus 14,60 cm starken Brettsperrholzelementen, die über 16 m spannen und mit dem Brüstungselement vorgefertigt und montiert wurden. Die einzelnen Platten sind schubsteif verschraubt und wirken so als Scheibe zur Aufnahme der Horizontalkräfte. Die Horizontallasteinleitung in die Betonkerne erfolgt über angedübelte Randträger. Die gesamte Tragkonstruktion wurde für eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten bemessen.

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Raumklima Die belüftete Doppelfassade wirkt als klimatische und akustische Pufferzone. Im Winter bleibt sie geschlossen und reduziert somit die Wärmeverluste, ab 26 °C Außentemperatur werden die Glaslamellen geöffnet, um Überhitzung zu vermeiden. Als Sonnenschutz befinden sich motorbetriebene Jalousien an der Außenseite der drei besonnten Fassaden. Die Innenhöfe sind glasüberdeckt und wirken ebenfalls als thermische Pufferzonen. Im Winter stellt sich hier eine Zwischentemperatur ein, im Sommer unterstützt die Verdunstung der Pflanzen die natürliche Kühlung zusammen mit der über die Glaslamellen der Fassade und die Öffnungen im Dach einströmenden Frischluft. Die Glaslamellen werden entsprechend der Temperaturschwankungen zentral gesteuert, lassen sich aber auch unabhängig davon direkt von den Büros aus bedienen. Die Südfassaden der Atrien werden durch Bepflanzung und transluzente Photovoltaikmodule im Glasdach verschattet.

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7 Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

5 16 757 m2 45 Mio. € 6 Monate 28 Monate

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Beispiel 16

Vertikalschnitt Straßenfassade Maßstab 1:100 Vertikalschnitt Hoffassade Maßstab 1:20

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Verwaltungsgebäude in Clermont-Ferrand

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Abdichtung, Wärmedämmung 60 mm Träger Brettschichtholz Douglasie 138/765 mm Isolierverglasung ESG 6 mm + SZR 16 mm + 2≈ 5 mm VSG auf Tragkonstruktion aus Pfetten Stahlprofil IPE 100 Dachträger Brettschichtholz 2≈ 90/360 mm Stahlprofil IPE 200 Aussteifung Zugstab Stahl Ø 34 mm Fassadenbekleidung Stahlblech 1,5 mm Dampfsperre Randbalken Brettschichtholz Douglasie 138/1035 mm Stütze Brettschichtholz Douglasie 250/264 mm (F 60), über Stahlkonsole auf Stahlbetondecke befestigt Holz-Aluminium-Fenster mit Isolierverglasung ESG 6 mm + SZR 14 mm + ESG 4 mm Geschossdecke: Bodenbelag Teppich 10 mm Gipskartonplatte 3≈ 12,5 mm Trittschalldämmung 15 mm Wärmedämmung mit Bienenwabenstruktur 30 mm Brettsperrholzdecke 5-lagig 146 mm (Feuerwiderstand 60 Minuten) Fassadenbekleidung Stahlblech 1,5 mm Dampfsperre OSB-Platte 10 mm Holzständer 46/155 mm, dazwischen Wärmedämmung 155 mm, Dampfsperre Wärmedämmung 60 mm Fassadenaussteifung Furnierschichtholzplatte 22 mm alle 2,50 m (jeweils auf Achse der Stütze) Aussteifung horizontal Kantholz 60/155 mm Träger Brettschichtholz Douglasie 112/355 mm, alle 2,50 m über Stahlblech-Balkenträger an Mauerwerkswand befestigt Querträger Brettschichtholz 138/225 mm Randbalken Brettschichtholz Douglasie 185/495 mm

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Beispiel 17

Gemeindezentrum St. Gerold, AT 2009 Architekten: Cukrowicz Nachbaur Architekten, Bregenz Andreas Cukrowicz, Anton Nachbaur-Sturm Mitarbeiter: Stefan Abbrederis (Projektleiter), Michael Abt, Christian Schmölz Tragwerksplaner: M+G Ingenieure, Feldkirch

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Gemeindezentrum in St. Gerold

Lageplan Maßstab 1:2000 Schnitte • Grundrisse Maßstab 1:400 1 2 3 4

Gruppenraum Büro Lager Teeküche

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Garderobe Eingang Technik Archiv Laden Bewegungsraum Sitzungsraum Bürgermeister

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Konzept An einem steilen Südhang oberhalb der Propstei St. Gerold im Großen Walsertal gelegen, beherbergt das Gemeindezentrum unterschiedliche öffentliche Funktionen des kleinen Orts. Eine hohe Stützmauer entlang der Straße bildet einen Vorplatz aus, zu dem sich das Gebäude zweigeschossig präsentiert. Ebenerdig erschließt sich ein Dorfladen und ein Mehrzweckraum und im Geschoss darüber die Gemeindeverwaltung. Die zwei Geschosse unterhalb des Eingangs nutzen die steile Hanglage für einen Kindergarten und eine Kinderspielgruppe mit einem Freibereich am Fuß der Stützwand. Abgesehen von Bodenplatte und Stützwand ist das insgesamt viergeschossige

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Gebäude komplett aus Holz errichtet. Tragwerk, Außenbekleidung, Ausbau und Möblierung aus Tannenholz bilden eine homogene Einheit, die in beeindruckender Konsequenz bis hin zu Lüftungskanälen aus Holz umgesetzt ist. Tragwerk Das viergeschossige Gebäude ist ein Skelettbau, dessen Stützen sich in den berg- und talseitigen Fensterbändern abbilden. Die Hauptträger liegen in vier Achsen in den Außenwänden parallel zum Hang und in den beiden Innenwänden seitlich des Aufzugs. Zwischen diesen Trägerachsen spannen Decken aus Brettstapelholzelementen. Die

EG

Vollholzstützen und -träger sind in die Tragschicht des Außenwandaufbaus integriert und waren bereits in die vorgefertigten geschosshohen Tafelbauelemente eingebaut. Der Aufzugsschacht aus Brettsperrholz und die Außenwände steifen das Gebäude aus. Das Dach ist als Balkendecke ausgeführt. Ökologisches Konzept Das Gemeindezentrum St. Gerold ist ein Musterbeispiel ökologisch bewussten Bauens. Die Baustoffe stammen aus den Wäldern des Großen Walsertals und wurden von regionalen Zimmereien verarbeitet. Bis auf den Aufzugsschacht fand ausschließlich Vollholz als Baustoff Verwendung, auf verleimte Holzwerkstoffe

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Beispiel 17

Vertikalschnitte Maßstab 1:20 1

wurde verzichtet. Als Dämmstoffe kamen Holzfaserdämmungen und Schafwolle zum Einsatz. Obwohl weitgehend auf Plattenwerkstoffe verzichtet wurde, basiert die Konstruktion auf den Prinzipien moderner Holzbauten: Diagonale Brettschalungen ersetzen aussteifende Plattenwerkstoffe in den Wandaufbauten, verdübelte Brettstapeldecken bieten leimfreie Massivholzdecken. Der Betriebsenergiebedarf ist auf ein Minimum reduziert. Mit seiner hochwärmegedämmten Gebäudehülle und einer Lüftung mit Wärmerückgewinnung genügt der Bau den Anforderungen an Passivhäuser. Die Außenwände haben eine zweilagige Dämmschicht – eine Lage ebenengleich mit den Tragwerksteilen

und eine außenseitig durchlaufende Schicht, die die Deckenränder überdämmt. Die Dachkonstruktion ist dreilagig gedämmt und als hinterlüftetes Flachdach ausgeführt. Die Restwärmebereitstellung erfolgt über eine Erdwärmepumpe. 2

3

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau (Rohbau) Bauzeit gesamt

4 773 m2 1,9 Mio. € (netto) 2 Wochen 10 Monate

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Gemeindezentrum in St. Gerold

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Dachaufbau: Bitumenbahn zweilagig beschiefert 5 mm Schalung Fichte Nut / Feder 27/100 mm Hinterlüftung mit Unterkonstruktion Holz 500 mm Notdach PE-Folie vollflächig 2 mm Schalung Fichte stumpf gestoßen 27/100 mm Gefällebildung Kantholz 40 – 230 mm, dazwischen Wärmedämmung Holzfaser Kantholz Fichte 180/100 mm dazwischen Wärmedämmung Holzfaser Holzbalken 220/100 mm dazwischen Wärmedämmung Holzfaser Schalung Fichte Nut / Feder 27/100 mm Dampfbremse PE-Folie, Installationsebene 110 mm Akustikdämmung Schafwolle 30 mm Rieselschutzvlies schwarz Lattung Weißtanne unbehandelt 40/36 mm Holzfenster Weißtanne fein geschliffen mit Dreifachisolierverglasung Float 6 + SZR 16 + Float 6 + SZR 14 + VSG 2≈ 6 mm, Ug = 0,6 W/m2K,

3 4

Fensterbrett Weißtanne gehobelt massiv Fassade: Bekleidung Lattung Weißtanne sägerau 30/50 –120 mm Unterkonstruktion Lattung Fichte schwarz gestrichen 30/50 mm Konterlattung/Hinterlüftung Fichte 30/50 mm Windpapier schwarz Element vorgefertigt: Schalung Fichte Nut / Feder diagonal 25/80 –150 mm Pfosten Fichte 125/60 mm dazwischen Dämmung Holzfaser Element vorgefertigt: Schalung Fichte Nut / Feder diagonal 25/80 –150 mm, Pfosten Fichte 200/60 mm dazwischen Wärmedämmung Holzfaser Schalung Fichte Nut / Feder diagonal 25/80 –150 mm Dampfbremse PE-Folie Lattung Fichte, dazwischen Installationsebene 40/50 mm Wärmedämmung Schafwolle Innenbekleidung Schalung Weißtanne Nut / Feder 20/50 –120 mm

5

6

Geschossdecke: Riemenboden Weißtanne sägerau, genagelt Nut / Feder 27/80 –100 mm Lagerhölzer 62 mm, dazwischen Lehmbauplatten Trittschalldämmung Holzfaser 30 mm Brettstapelholz gedübelt 180 mm Installationsebene Schalldämmung Schafwolle 40 mm Gipsfaserplatte 15 mm Installationsebene 36 mm Akustikdämmung Schafwolle 30 mm Rieselschutzvlies schwarz Decke Weißtanne unbehandelt 40/35 mm auf Abstand verlegt Rost Eiche natur 30 mm Unterkonstruktion Edelstahlrohr | 25/25 mm Gefälleausgleich Kunststoffpad schwarz 5 – 25 mm Bitumenbahn zweilagig geflämmt 10 mm Dämmung Schaumglas 120 mm Dampfsperre Brettstapelholz gedübelt 100 mm

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235

Beispiel 18

Gymnasium Diedorf, DE 2015 Architekten: ARGE »Diedorf« Architekten Hermann Kaufmann, Schwarzach und Florian Nagler Architekten, München Projektleitung: Claudia Greußing, Stefan Lambertz Tragwerksplanung: merz kley partner, Dornbirn Landschaftsarchitekten: ver.de landschaftsarchitektur, Freising

Konzept Der Neubau des Schmuttertal-Gymnasiums für ca. 1000 Schüler ist ein Forschungs- und Modellprojekt gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). Vier Häuser – zwei für die Klassen, eines für die zentralen Nutzungen sowie die Sporthalle – umschließen einen Hof. Die holzverschalten Volumen mit den leicht geneigten Dächern mit integrierter Photovoltaikanlage zitieren die landwirtschaftlichen Bauten der Region und fügen sich in die sensible Landschaft des Schmuttertals am Rand des Naturparks »Augsburg – Westliche Wälder« ein. Die hochgesteckten Ziele der Nachhaltigkeit und Pädagogik werden mit den ureigenen Mitteln der Architektur erreicht: Offene

236

und vielfältig nutzbare Räume bieten Platz für selbstständiges gemeinschaftliches Lernen und entsprechen damit dem neuen pädagogischen Konzept der Lernlandschaften. Speziell ausgesuchte Baustoffe und Materialien garantieren eine schadstoffarme Lernumgebung, helle Räume mit sichtbarer Holzkonstruktion schaffen eine angenehme Atmosphäre. Konstruktion Die klare Struktur der sichtbaren Skelettkonstruktion erlaubt es, auch in Zukunft flexibel auf neue pädagogische Konzepte zu reagieren. Stützen, Träger und Balken oder Sparren aus weiß lasiertem Brettschichtholz mit jeweils eigenen Dimensionen erzeugen eine übergeordnete Verbun-

denheit aller Gebäude. Stützenreihen im Abstand von 2,70 m lassen Räume mit basilikalem Charakter entstehen. Für Bereiche mit großen Spannweiten gibt es Variationen, aber keine Sonderlösungen. Große Brettschichtholzträger im einheitlichen Konstruktionsrhythmus überspannen Aula und Turnhalle, auf ihnen lagern die Pfetten der einfachen und sichtbaren Dachkonstruktion. Die Decken sowie die gesamte Gebäudehülle im Passivhausstandard wurde in großen Elementen mit bis zu 12 m Länge vorgefertigt, der konstruktive Aufbeton für die Holz-Beton-Verbunddecken erst vor Ort eingebracht. Da es keine abgehängten Decken gibt, sind die Installationen vertikal geführt und in die tiefen Gangwände der Klassen integriert.

Gymnasium in Diedorf

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

3 16 046 m2 35,44 Mio. € 6 Monate 24 Monate

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16 Lageplan Maßstab 1:5000 Schnitt • Grundriss EG Maßstab 1:750 16 15

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Eingang /Windfang Aula Bühne Bibliothek Mensa Küche Musiksaal Kunstsaal Lager/Archiv

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Werkraum Physik Biologie Chemie Versammlungsraum Sporthalle Geräte Schulhof

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Beispiel 18

Brandschutz und Energiekonzept Aufgrund der durch die gewählten Konstruktionen minimierten Geschosshöhen fällt das Bauwerk in die Gebäudeklasse 3, was einen Feuerwiderstand von lediglich 30 Minuten notwendig macht. Grundlage des Nullenergiekonzepts, das auch den nutzerinduzierten Energieverbrauch umfasst, ist das Passivhauskonzept und die Photovoltaikanlage mit mehr als 1600 Modulen und 440 kWp, die in die großen Dachflächen integriert werden konnten. Zwei Pelletkessel und zwei Pufferspeicher mit je 7500 l reichen zur Beheizung aus. Die Wärmeverteilung und die Kühlung erfolgt über eine Fußboden-

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heizung bzw. -kühlung. Ein ausgeklügeltes Konzept zur Nutzung des Tageslichts senkt in Kombination mit LEDs und Leuchtstofflampen den Verbrauch an elektrischer Energie. Die Lüftungsverluste werden durch eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung minimiert. Bei allen Baustoffen wurde auf Schadstofffreiheit geachtet (siehe »Raumluftqualität«, S. 34f.). Akustikelemente aus Holzwolle-Leichtbauplatten im Wechsel mit sichtbaren Holzoberflächen prägen die Innenräume. Die Erreichung der hochgesteckten Ziele wurde von der DBU evaluiert, um das Modell »Diedorf« auch für andere Schulen nutzbar zu machen.

Gymnasium in Diedorf

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3 Vertikalschnitt Sporthalle 1

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Maßstab 1:20

Vegetationsmatte 20 mm, Extensivsubstrat 80 mm Dränagematte gefüllt mit Substrat 40 mm, Speichervlies 10 mm EPDM-Bahn, wurzelfest parallel zum Ortgang verlegt 1,3 mm Sanierungsplatte Mineralwolle 20 mm Holzlattung 100/60 mm für EPDM-Bahn Befestigung, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle druckfest 60 mm Wärmedämmung Mineralwolle druckfest 160 mm Holzlattung auf Sparren befestigt 100/160 mm, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 160 mm Dampfsperre vollflächig verschweißt, Trennlage Bitumenbahn vernagelt Furnierschichtholzplatte im Rand- und Stützenbereich 51 mm Sparren Brettschichtholz Fichte weiß lasiert 100/320 mm Hauptträger 240/2000 mm Fassadenelement: Schalung stehend Fichte 30 mm wild verlegt, mit unterschiedlichen Brettbreiten (120, 160, 200 mm) Holzlattung liegend 30/50 mm Konstruktionselement: Holzlattung stehend 100/60 mm Windpapier, Stöße verklebt Holzfaserplatte diffusionsoffen hydrophobiert 16 mm Ständer Riegel 60/120 horizontal Wärmedämmung Mineralwolle 120 mm Ständer Riegel 60/240 Wärmedämmung Minerallwolle OSB-Platte (Dampfbremse) 18 mm (sd ≥ 20 m) Innenausbau Prallwand: Birkensperrholzpaneel gelocht 18 mm Glasfaserschutzgewebe, Akustik-Rieselschutzvlies, Akustikdämmung Schraubkonstrukion Stahlrohr 40 ¡ bzw. 100/30/2 mm verzinkt Tragkonstruktion Stahlrohr ¡ 40/30/2 mm verzinkt Montagewinkel 35/50/35/3,0 mm verzinkt mit Nageldichtband auf OSB-Platte montiert Fertigparkett 15 mm (5 mm Nutzschicht) Sperrholzplatte 9 mm, Sperrholzplatte 12 mm, Trennfolie PE 0,4 mm Sperrholz-Streifenlager 18 mm, Sperrholz-Streifenlager 18 mm Wärmekammer, Stehhölzer elastisch gelagert 125 mm, Unterlage 18 mm Wärmedämmung/Fußbodenheizung100 mm Feuchtigkeitsabdichtung 5 mm, Voranstrich Bodenplatte Stahlbeton (WU) 200 mm, Wärmedämmung XPS 80 mm Sauberkeitsschicht 50 mm, Kiesschicht kapillarbrechend 400 mm

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Beispiel 18

Vertikalschnitt Mittelachse und Fassade Maßstab 1:20 1

2 3 4

Dachaufbau: Begrünung Extensivsubstrat 40 mm Dränage gefüllt mit Substrat 40 mm Speichervlies Abdichtung EPDM wurzelfest 10 mm Wärmedämmung Mineralwolle 20 mm Holzlattung, dazwischen Wärmedämmung, Mineralwolle druckfest 60 mm Wärmedämmung Mineralwolle druckfest 160 mm Lattung Holz 100/160 mm, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle druckfest 160 mm Dachelement vorgefertigt: Abdichtung Bitumenbahn Holzwolle-Leichtbauplatte im Rand- und Stützenbereich 50 mm (sonst Dreischichtplatte Fichte) Sparren BSH Fichte weiß lasiert 100/360 mm Dachrinne innenliegend Sonnenschutz Flachlamellen Aluminium weiß Holzfenster Fichte weiß lasiert mit Dreifachisolierverglasung 4 mm Float + 18 mm SZR + 4 mm Float +

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18 mm SZR + 4 mm ESG/H Fensterbrett außen Aluminium Fassadenelement an Außenwand gehängt: Schalung Fichte stehend wild verlegt mit unterschiedlichen Bretterbreiten 30 mm Unterkonstruktion Holzlatten 40 ≈ 40 mm Außenwandelement: Holzlattung liegend 40/40 mm Holzlattung stehend 110 mm Windpapier Holzfaserplatte diffusionsoffen hydrophobiert 16 mm Tragkonstruktion Fichte, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 140 mm Tragkonstruktion Fichte, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 220 mm OSB-Platte (Dampfbremse) Stöße verklebt 18 mm Fensterbrett innen Dreischichtplatte weiß lasiert Raumlüftung Quellauslass Einbauregal Dreischichtplatte Fichte weiß lasiert 42 mm Innenwandaufbau: Gipsfaserplatte 12,5 mm OSB-Platte 18 mm Tragkonstruktion Fichte 80/60 mm, dazwischen Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm

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OSB-Platte 18 mm Gipsfaserplatte 12,5 mm Geschossdecke: Beschichtung mineralisch 5 mm Heizestrich Lochplatte 85 mm Trennlage PE-Folie Trittschalldämmung 30 mm Ausgleichsdämmung 50 mm Trennlage PE-Folie zweilagig, Stahlbeton 98 –120 mm Deckenelement Schalung OSB-Platte 22 mm Balkenlage 2≈ 180/320 mm dazwischen Akustikelement: Wärmedämmung Mineralwolle 40 mm Holzwolle-Akustikplatte magnesitgebunden Festverglasung VSG aus 2≈ 12 mm Floatglas Randträger Brettschichtholz 100/740 mm Bodenaufbau: Beschichtung mineralisch 5 mm Heizestrich Lochplatte 85 mm Trennlage PE-Folie Trittschalldämmung 30 mm Ausgleichsdämmung 50 mm Trennlage PE-Folie zweilagig Stahlbeton 250 mm Wärmedämmung 80 mm Lüftungskanal

Gymnasium in Diedorf

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Beispiel 19

Europäische Schule Frankfurt am Main, DE 2015 Architekten: NKBAK, Frankfurt am Main Nicole Kerstin Berganski, Andreas Krawczyk Mitarbeiter: Simon Bielmeier, Larissa Heller Tragwerksplaner: Bollinger + Grohmann, Frankfurt am Main merz kley partner, Dornbirn

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2

5 1

Konzept In Frankfurt besteht wie in allen wachsenden deutschen Städten derzeit ein großer Bedarf an Schulraum. Mit der Erweiterung der Europäischen Zentralbank stieß auch die Europäische Schule an die Grenzen ihrer räumlichen Kapazitäten, der zusätzliche Platzbedarf musste rasch gedeckt werden. Das neue Gebäude war nur als temporärer Bau genehmigungsfähig und sollte innerhalb von 17 Monaten – von der Planungsanfrage bis zum Beginn der Nutzung – umgesetzt werden. Der Erweiterungsbau bietet Platz für 400 Schüler im Alter von 3 bis 8 Jahren, die räumlich getrennt in Vor- und Grundschule unterrichtet werden.

242

Die Raumzellenbauweise machte die Einhaltung des sehr engagierten Terminplans möglich und erfüllt die Anforderung an eine spätere Wiederverwendung. Die Architekten nutzten das räumliche Potenzial der Bauweise und kombinierten die Module mit Flurdeckenelementen und Glasfassaden zu differenzierten Raumfolgen mit wechselnd ein- und zweihüftiger Erschließungsfigur und vielfältigen Außenraumbezügen. Der Entwurf sieht bereits eine zukünftige Erweiterung der Grundschule an der Nordseite vor. Tragwerk und Vorfertigung Das Gebäude ist bestimmt durch Modulgrößen von 3 ≈ 9 m, die auf die Klassenraumtiefen Be-

zug nehmen. Die tragenden Wände der Raumzellen sind in Brettsperrholz ausgeführt, die Deckenplatten der Flure werden zwischen die Module eingehängt oder auf Skelettkonstruktionen aus Brettschichtholz (BSH) aufgelegt. Die Klassenräume bestehen aus je drei Raumzellen, 550 ≈ 220 mm starke Unterzüge aus hoch belastbarem Buchenfurnierschichtholz (FSH) überspannen diese in Längsrichtung. Decken und Böden aus Brettsperrholz bewältigen die Spannweite von 3 m in Querrichtung. Die Verwendung von FSH-Trägern aus Buche ersparte pro Geschoss 8 cm Raumhöhe gegenüber konventionellem BSH aus Fichte. Die konsequente Modulbauweise ermöglichte die Fertigstellung des wetterdichten Rohbaus

Europäische Schule in Frankfurt am Main

Lageplan Maßstab 1:5000 Schnitt • Grundrisse Maßstab 1:500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Hauptgebäude Turnhalle Sportplatz Containerklassen Grund- / Vorschule Haupteingang Klassenzimmer Lehrerzimmer Materialraum Mensa Aufwärmküche Lager Bewegungsraum Gruppenraum für Vorschule Spielflur

ab der Bodenplatte innerhalb von nur dreieinhalb Wochen. Die Raumzellen wurden mit Innensichtoberflächen, Fenstern und Haustechnik vorgefertigt. Lediglich die Montage des Bodens und der Aluminiumfassade erfolgte vor Ort, um unerwünschte Fugen zu vermeiden und notwendige Transportschutzmaßnahmen zu minimieren. Die Gesamtbauzeit des Holzbaus ab fertiger Bodenplatte betrug drei Monate.

aa

Brandschutz Für das dreigeschossige Gebäude musste eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten nachgewiesen werden. Die sehr gute Fluchtwegsituation mit drei Treppenhäusern gewährleistet jederzeit zwei unabhängige Fluchtrichtungen aus jedem Klassenzimmer. Damit waren auch sichtbare Holzoberflächen an den Wänden möglich. Diese mussten lediglich in den Treppenhäusern mit einem Brandschutzanstrich versehen werden, wobei diese Bereiche, um dem Wunsch nach einer gewissen Farbigkeit nachzukommen und die Orientierung im Gebäude zu erleichtern, ohnehin farbig lasiert werden sollten.

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2. OG

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Haustechnik Haustechnik und Klimakonzept sind bewusst einfach gehalten. Die gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich der Wärmetransmission werden durch eine moderate Wärmedämmung und eine Dreifachverglasungen erfüllt. Die Lüftung erfolgt über die Fenster. Die Fassaden mit starker Sonneneinstrahlung sind mit einem außenliegenden Sonnenschutz ausgerüstet. Das Haus ist an das Fernwärmenetz angeschlossen, Heizsegel sind sichtbar an der Decke montiert.

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12 a EG

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Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

3 1215 m2 ca. 1,9 Mio. € (netto) 3 Monate 8 Monate

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Beispiel 19

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Europäische Schule in Frankfurt am Main

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cc Vertikalschnitte • Horizontalschnitt Maßstab 1:20 1

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Dachaufbau: Abdichtung Kunststoffbahn, Gefälledämmung EPS min. 120 mm, Dampfsperre, Brettsperrholz 80 mm, Wärmedämmung Mineralwolle 50 mm, Holzwolle-Akustikplatte 25 mm Träger Furnierschichtholz Buche 360/220 mm Rinne Folienblech Aluminiumblech lackiert 1 mm Windpapier, Wärmedämmung Mineralwolle 120 mm Träger Furnierschichtholz Buche 360/120 mm Holz-Aluminium-Fenster mit in den Rahmen eingelassener Absturzsicherung Geschossdecke Klassenzimmer: Modul 1: Linoleum 2,5 mm, Spanplatte verklebt 2≈ 16 mm, Trittschalldämmplatte 25 mm Brettsperrholz 80 mm, Wärmedämmung Mineralwolle 60 mm Modul 2: Brettsperrholz 60 mm, Wärmedämmung Mineralwolle 60 mm, Holzwolle-Akustikplatte 25 mm, Träger Furnierschichtholz Buche 560/220 mm Brettsperrholz 100 mm Akustikdämmung 50 mm Akustikpaneel perforiert Geschossdecke Flur: Linoleum 2,5 mm, Spanplatte verklebt 2≈ 16 mm Trittschalldämmplatte 25 mm Brettsperrholz 80 mm Installationsraum 265 mm Wärmedämmung Mineralwolle 60 mm Holzwolle-Akustikplatte 25 m Auflager Kantholz 100/200 mm Bodenaufbau EG: Linoleum 2,5 mm Spanplatte verklebt 2≈ 16 mm, Dampfsperre Trittschalldämmplatte 25 mm, Brettsperrholz 80 mm Wärmedämmung Mineralwolle 80 mm Bodenplatte Stahlbeton 300 mm

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Modul vorgefertigt: 11 Holz-Aluminium-Fenster mit in den Rahmen eingelassener Absturzsicherung 12 Stütze Furnierschichtholz Buche 120/360 mm 13 Brettsperrholz 80 mm weiß lasiert 14 Träger FSH Buche 360/220 mm 15 Deckenradiator 16 Holzwolle-Akustikplatte 25 mm Wärmedämmung Mineralwolle 50 mm Brettsperrholz 80 mm, Dampfsperre 17 Spanplatte verklebt 2≈ 16 mm, Trittschalldämmplatte 25 mm, Brettsperrholz 80 mm Wärmedämmung Mineralwolle 60 mm 18 Träger FSH Buche 560/220 mm 22

bauseits: 19 Aluminiumpaneel lackiert 1 mm, Windpapier Wärmedämmung Mineralwolle 120 mm 20 Abdeckung FSH Buche 21 Abdichtung Kunststoffbahn Gefälledämmung EPS min. 120 mm 22 Linoleum 2,5 mm dd

245

Beispiel 20

Schulkomplex Limeil-Brévannes, FR 2012 Architekten: Agence R2K, Grenoble Véronique Klimine, Olavi Koponen Tragwerksplaner Holzbau: Holzbau Amann, Weilheim Tragwerksplaner Massivbau: Gaujard Technologie, Avignon

Konzept Der aktuell größte Schulkomplex aus Holz in Frankreich umfasst 9500 m2 Geschossfläche für ca. 1000 Kinder in 50 Schulklassen und Kitagruppen. Um jeder der fünf Einrichtungen (drei Kindertagesstätten, zwei Grundschulen) eine eigene Identität zu geben, verfügen sie jeweils über einen eigenen Pausenhof, zu dem die Klassen- und Gruppenräume Zugang haben. Offene, von oben belichtete Durchgänge verbinden die Freibereiche miteinander. Die Bibliothek und die Schulmensa, die der Gemeinde des Orts als Mehrzwecksaal dient, werden gemeinsam genutzt. Unter Ausnutzung des großen Höhenunterschieds von 4 m auf dem Gelände sind die Neubauten trotz der erheblichen Bebauungsdichte maximal dreigeschossig. Dabei dienen die Flachdächer der tiefer gelegenen Gebäude als Hof und Freifläche. Das einzige vertikale Volumen ist der hohe Uhrenturm in Dreiecksform – das Wahrzeichen des Schulgebäudes. Der gesamte Gebäudekomplex sollte innerhalb eines Jahres fertiggestellt werden, was zur Entscheidung für den Holzbau führte. Nebenbei konnten dadurch auch die hochgesteckten Nachhaltigkeitsziele erreicht werden.

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Tragwerk Außer den Aufzugsschächten und erdberührenden Teilen, die in Beton ausgeführt sind, ist das Gebäude komplett aus rund 3000 m3 Holz erstellt. Die Decken aus BSP-Rippenelementen lagern auf einem System aus Tafelbauwänden, Stützen und Leimholzträgern. Für das Dach wurden BSP-Kastenelemente verwendet. Beim Bau kamen verschiedene Holzarten zum Einsatz: Im Inneren bestehen die konstruktiven Teile aus Fichte-BSH und -BSP, die 20 cm starken Rundstützen im Außenbereich hingegen aus Lärchenholz. Für die Fassadenbekleidung wurde das Lärchenholz in Wellenprofil ausgebildet, um das Material haptischer und erlebbarer zu machen. Die Terrassen sind aus thermisch behandeltem Buchenholz. Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten (inkl. Planung) Bauzeit gesamt

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3 9480 m2 18,6 Mio. € 14 Monate

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Schulkomplex in Limeil-Brévannes

Grundriss Maßstab 1:1000 Schnitt Maßstab 1:500 1 2 3 4

Pausenhof Klassenzimmer Schleuse Direktorat

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Lehrerzimmer Bibliothek Mehrzweckraum Ruheraum Innenhof Bewegungsraum Umkleide Mensa Küche Anlieferung

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Beispiel 20

Raumklima Die Gebäude verfügen über eine mechanische Be- und Entlüftung mit Wärmerückgewinnung. Ein Drittel der Fensterflächen in den Klassenzimmern lassen sich manuell öffnen. Zur Verschattung dienen auskragende Vordächer sowie markante Vertikallamellen aus lackiertem Stahl-Lochblech, die jedoch nur in einem Teil der Obergeschosse angebracht wurden und die Verglasung nicht vollflächig bedecken. Ein Oberlichtband bleibt verschattungsfrei und leitet Tageslicht tief in die Klassenzimmer. Um Wärmeeinträge zu begrenzen, wurden die Oberlichter mit Sonnenschutzgläsern ausgerüstet. Gemäß Simulationsrechnungen lässt sich die Übertemperaturhäufigkeit (> 28 °C)

dadurch auf unter 2 % der Betriebsstunden im Jahr reduzieren. Vorfertigung und Montage Der enge Zeitplan konnte nur mithilfe einer minutiösen Planung und Logistik bewältigt werden. Entscheidend dabei war, dass das Holzbauunternehmen von Anfang an in die Planung einbezogen war. Die BSH-Deckenelemente mit bis zu 7 m Spannweite wurden ab Werk mit endgefertigter Holzoberfläche und eingebautem, raumakustisch wirksamem Absorber geliefert, wodurch Innenausbauarbeiten unter der Decke in vielen Gebäudebereichen überflüssig waren. Auch Versorgungsleitungen konnten im Werk in die Hohlräume der Rippendecken ein-

gebaut werden. Die vorgefertigten Teile wurden dann von Deutschland mit insgesamt 108 Sattelzügen zeitlich abgestimmt auf die Baustelle in Frankreich gebracht und eingebaut. Schallschutz und Akustik Da manche Klassenräume unter Pausenhöfen liegen, war der Trittschallschutz besonders wichtig: Zunächst wurden die Hohlräume in den Deckenelementen zur Geräuschdämpfung mit Splitt befüllt. Zur Verbesserung der Raumakustik in den Innenräumen erhielten die Decken bereits im Werk Akustikprofile. Hinter einer fein lamellierten Oberfläche aus Weißtanne wird der Schall von einer Holzfaserdämmung absorbiert.

Vertikalschnitt Horizontalschnitt Maßstab 1:20 1

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Dachaufbau: Abdichtung Kunststoff (Polyolefine) OSB-Platte 22 mm Dachbalken 200 – 320 mm (3 % Neigung), dazwischen Wärmedämmung 200 – 320 mm OSB-Platte 15 mm, Dampfbremse Brettsperrholz-Kastenelement (vorgefertigt) 210 mm Brettsperrholz-Akustikpaneel mit integriertem Holzfaser-Absorber 18 mm Lattung Lärche außenseitig halbrund gefräst, grau lasiert, mit hohem Brandwiderstand 81–134 mm /44 – 63 mm, Konterlattung Holzständerwand 60/80 mm OSB-Platte 15 mm Abdichtung Kunststoff (Polyolefine) Dreischichtplatte Fichte 19 mm Träger Brettschichtholz 180/320 mm, Stütze Brettschichtholz Fichte  200 mm Geschossdecke Innenraum: Fußbodenbelag (weich) 10 mm Anhydritestrich 50 mm Holzfaserplatte 10 mm Brettsperrholz 109 mm Hohlraum für Lüftung und Installationen 719 mm Gipskartonplatte 2≈ 12,5 mm Bodenaufbau Außenraum: Kautschuk 20 mm Betonplatten 50 mm Stelzlager höhenverstellbar, Abdichtung OSB-Platte 22 mm Dachsparren seitlich mit Dreischichtplatte 40 mm Achsabstand 625 mm, dazwischen Wärmedämmung Zellulose im Gefälle im Mittel 260 mm OSB-Platte 15 mm Dampfsperre Brettsperrholz-Rippenelement 435 mm Brettsperrholz-Akustikpaneel Weißtanne mit integriertem Holzfaser-Absorber 18 mm Absturzsicherung: Geländerpfosten Stahlprofil 2≈ 8/100 mm, Achsabstand 1,5 m Stahlnetz rostfrei Glasdach Pfosten-Riegel-Konstruktion mit VSG 2 mm Verschattungselement Holzlamellen 60/100 mm Träger Brettschichtholz 180/800 mm Träger Brettschichtholz 180/580 mm Bodenaufbau EG: Bodenbelag 5 mm Fließestrich 5 mm Stahlbetondecke 200 mm Wärmedämmung 100 mm Bohle Buche termisch behandelt 30 mm

Schulkomplex in Limeil-Brévannes

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Beispiel 21

Sanierung und Neubau einer Internatsschule Altmünster, AT 2011 Architekten: Fink Thurnher, Bregenz Mitarbeiter: Josef Fink, Markus Thurnher, Sabine Leins, Carmen Schrötter-Lenzi Tragwerksplaner Holzbau: merz kley partner, Dornbirn Tragwerksplaner Massivbau: Mader & Flatz, Bregenz

‡ Bestand

Konzept Das Vorhaben, junge Landwirte mit zusätzlichen, erwerbsunterstützenden Fähigkeiten in Handwerk und Tourismus auszubilden, wurde in der Zusammenlegung der bestehenden Landwirtschafts- und der Hauswirtschaftsschule konkretisiert. Die Landwirtschaftsschule blieb soweit wie möglich erhalten und wurde zu einem geschlossenen Vierkanthof mit etwa 70 m Kantenlänge ergänzt. Dieser in der Region traditionelle Typus untermauerte den Entwurfsgedanken, sich eher introvertiert zu orientieren, dabei aber gleichzeitig Außenbezüge zur eindrucksvollen See- und Gebirgslandschaft zu schaffen. Diesem Ziel folgte auch die Idee einer mäandrierenden Erschließungsfigur, die mit wech-

250

selnden Bezügen zum Hof und zum Außenraum keine Mittelflur-Monotonie aufkommen lässt. Die Funktionen sind im Wesentlichen horizontal geschichtet: Im Untergeschoss mit dem Tiefhof liegen Werkstätten und Fachklassen. Die mittlere Eingangsebene ist den öffentlichen Bereichen wie Aula, Kantine und der doppelgeschossigen Turnhalle vorbehalten. Auf der oberen Ebene sind der Schulbetrieb mit Klassenzimmern, Lehrerzimmer und Verwaltung sowie die Internatszimmer organisiert. Tragwerk Das Tragwerk ist eine pragmatische Mischkonstruktion aus Holz, Stahl und Beton. Aufgrund

der Hangsituation besteht das Untergeschoss aus Stahlbeton. Die oberen Geschosse sind in den Bereichen mit großen Spannweiten als Skelettbau konzipiert: In den Außenwänden befinden sich quadratische Stahlstützen, frei stehende Stahlstützen werden aus Brandschutzgründen ausbetoniert. Stahlträger verbinden die Stahlstützen als Durchlaufträger, Holz-Beton-Verbunddecken überspannen dazwischen 5,0 – 8,5 m breite Felder. Die durchlaufende 120 mm dicke Betonschicht wirkt mit den primären Stahlträgern statisch im Verbund. Auf die wechselnden Spannweiten reagiert die untere Brettstapellage mit variierenden Höhen von 120 bis 240 mm. Die Aussteifung erfolgt

Sanierung und Neubau einer Internatsschule in Altmünster

Lageplan Maßstab 1:3000 Grundrisse Maßstab 1:750

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Aula Sporthalle Laden Seminarbereich / Werken Zentralgarderobe Kantine/Servierraum Speiseraum Internetcafé

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Küche Lebensmittellager Lehrküche Internat Zweierzimmer Internat Viererzimmer Innenhof Direktion / Verwaltung Bibliothek IT-Raum Klassenzimmer Lehrerzimmer

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OG

über Wandscheiben aus Brettsperrholz. In den Bereichen mit kleineren Spannweiten – den Ergänzungen des Internats – wird ein ähnliches System eingesetzt: Die gleichen Decken liegen hier jedoch ohne Stahlskelett direkt auf den Wänden auf. Im Dach sind die Primärträger aus Stahl und die Sekundärträger aus Holz. Darüber verläuft eine aussteifende Schalung aus Dreischichtplatten.

Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau Bauzeit gesamt

3 12 948 m2 23,9 Mio. € ca. 2 Monate 28 Monate

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Beispiel 21

Vorfertigung Das Stahlskelett wurde auf dem Untergeschoss aus Ortbeton stabweise montiert. Die Betonschicht der Decken ist vor Ort eingebracht. Die Wandelemente wurden ohne Bekleidung vorgefertigt. Während die zum Teil geschossübergreifende Fassadenbekleidung ebenso wie die Abhangdecken in allen Geschossen elementiert angeliefert wurden, ist die Innenbekleidung der Wände konventionell vor Ort ausgeführt. Fast alle Oberflächen sind aus regionaler Weißtanne, zum Großteil sägerau und unbehandelt. Brandschutz Das Untergeschoss aus Stahlbeton erfüllt die Anforderung REI 90, die tragenden Teile der beiden oberen Geschosse REI 60 (ausbetonierte Stahlstützen). Das Dach ist in REI 30 ausgeführt. Zwei Fluchttreppenhäuser in Massivbauweise bilden die Hauptfluchtwege für das gesamte Gebäude. Die Ausbildung eines etwa 1200 m2 großen Brandabschnitts über drei Geschosse ermöglichte eine offene Gestaltung der zentralen Treppe in der Nähe des Haupteingangs. Kapselungen oder eine Sprinkleranlage waren nicht erforderlich.

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Axonometrie Verbunddecke Vertikalschnitt Erdgeschoss mit Verbunddecke Maßstab 1:50 Details Verbunddecke Maßstab 1:20

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1 2 3 4 5

Stahlbeton 120 mm Kopfbolzdübel Ø 19, zweireihig Brettstapeldecke 200 mm Stahlträger HEB 320 Stahlwinkel angeschweißt mit Verschraubung

6 7 8 9 10

Baustahlgitter, Zulagen Ø 12/10 Brettstapeldecke 120 mm Stahlträger HEB 450 Stahlträger HEB 240 Stahlstab Ø 16 mm

Sanierung und Neubau einer Internatsschule in Altmünster

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Vertikalschnitt Fassade Internat kurze Spannweiten: Verbunddecke direkt in die Holzriegelwand eingebunden Vertikalschnitt Fassade Schule große Spannweiten: Verbunddecke mit Stahlträger und angeschweißtem Stahlwinkel zur Kraftübertragung in die Holzriegelwand Maßstab 1:20 11

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Fassade: Schalung Weißtanne 72/30 mm Lattung und Konterlattung 60 mm Winddichtung UV-beständig 7 mm Schalung Fichte 20 mm Holzständerkonstruktion 80 /370 mm, dazwischen Wärmedämmung Zellulose 370 mm Schalung Fichte 20 mm Dampfbremse 0,3 mm Gipskartonplatte 12,5 mm (Schule) Installationsebene 40 mm Gipskartonplatte 2≈ 12,5 mm (Internat) bzw. Schalung Weißtanne unbehandelt 20 mm (Schule) Auflager Holz in Holzriegelwand Gipskartonlochdecke 12,5 mm Wärmedämmung Schafwolle 50 m Abhängung und Tragprofil 457 mm Dachaufbau: Begrünung extensiv, Substrat 100 mm Dränage 10 mm Abdichtung Bitumenbahn 2≈ 5 mm Abdichtung Bitumenbahn selbstklebend mit Glasgewebeeinlage als Hitzeschild 3 mm Wärmedämmung EPS im Gefälle 300 – 500 mm Dampfsperre vollflächig verklebt 3,8 mm Dreischichtplatte 40 mm Träger Brettschichtholz 360 mm Installationsebene 290 mm: Wärmedämmung Schafwolle 30 mm Akustikvlies 1 mm abgehängte Holzlamellendecke Weißtanne, unbehandelt 30/30 mm Sonnenschutz textil motorbetrieben Festverglasung Holzfenster Tanne mit Dreifachisolierverglasung, mit Aluminium-Klemmprofil zweiseitig gelagert, Vertikalstöße aus Silikon Geschossdecke OG: Fußboden Riemenboden Weißtanne unbehandelt 27 mm Lagerhölzer, dazwischen Wärmedämmung EPS mit Fußbodenheizung 30 mm Trittschalldämmung 40 mm Schüttung Blähton 53 mm Holz-Beton-Verbunddecke: Stahlbeton 120 mm mit Brettstapelelement 200 mm Holztragkonstruktion für abgehängte Decke 290 mm Trittschalldämmung Schafwolle 30 mm Akustikvlies 1 mm Holzlamellendecke Weißtanne unbehandelt 30 mm Stahlträger HEB 200 mit angeschweißtem Stahlwinkel zur Kraftübertragung in die Holzriegelwand Geschossdecke über EG: Riemenboden Weißtanne unbehandelt 27 mm Lagerhölzer dazwischen Wärmedämmung EPS mit Fußbodenheizung 30 mm Trittschalldämmung 40 mm Schüttung Blähton 100 mm Stahlbeton 330 mm Installationsebene 260 mm: Trittschalldämmung Schafwolle 30 mm Akustikvlies 1 mm abgehängte Holzlamellendecke Weißtanne, unbehandelt 30/30 mm Vorbereitung für innenliegende Verdunkelung

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Beispiel 22

Hotel Ammerwald Reutte in Tirol, AT 2009 Architekten: Oskar Leo Kaufmann und Albert Rüf, Dornbirn Mitarbeiter: Bernd Riegger (Projektleitung), Matthias Reichert, Eva Hagmayer Tragwerksplaner Holzbau: merz kley partner, Dornbirn Tragwerksplaner Massivbau: Mader & Flatz, Bregenz

Architektur In den Ammergauer Alpen betreibt die BMW Group das 3-Sterne-Hotel Ammerwald auf 1100 m üNN vornehmlich als Seminarzentrum für seine Mitarbeiter. Der L-förmige Baukörper ersetzt einen Vorgängerbau. Ein Wettbewerb erbrachte das Konzept für das 93-ZimmerHotel, dessen öffentliche Bereiche sich sachlich und großzügig präsentieren, während die Zimmer aufgrund der durchgängigen Holzoberflächen behaglich, durch die reduzierte Gestaltung und die Integration aller Einrichtungselemente zugleich aber auch modernwirken. Die unteren Geschosse nehmen die Gemeinschaftsnutzungen auf und sind ebenso wie die Treppenhäuser aus Stahlbeton, was neben konstruktiven Aspekten durch die winterlichen Schneehöhen begründet ist. Robust, elegant, hochwertig und pflegeleicht sollte die Fassade sein, und so fiel die Entscheidung auf Edelstahlblech, das Licht und Wetter im Jahreslauf auf vielfältige Weise spiegelt. Dass es sich um einen Holzbau handelt, wird jedoch auch von Außen erkennbar: In den tiefen Fensternischen, die als französische Balkone zu nutzen sind, ist der Baustoff, aus dem das Innere besteht, deutlich ablesbar. Konstruktion Die Raumzellen stehen auf ausnivellierten Hartholzschwellen mit Sylomerlagern auf dem Ortbetonunterbau. Drei Treppenkerne aus Stahlbeton gewährleisten sichere Fluchtwege. Die Raumzellen sind aus innen sichtbar belassenem Brettsperrholz. Auf die 140 mm starken Bodenplatten wurden die tragenden Innenwände mit einer Stärke von 95 mm montiert und darauf eine 60 mm dicke Deckenplatte befestigt. Das ergibt eine in sich ausgesteifte, transportfähige Raumzelle mit einem Außenmaß von 4,50 ≈ 5,00 ≈ 3,00 m, von denen immer drei übereinandergestapelt und zur Verhinderung von Körperschallübertragung mit elastischen Sylomerlagern entkoppelt wurden. Die Konstruktion der Mittelerschließung besteht ebenfalls aus 160 mm starken Brettsperrholzplatten, die elastisch auf den Raumzellen auflagern und durch einen Estrich sowie Beplankung mit Gipskartonplatten die Brand- und Schallschutzauflagen erfüllen. Durch die Dop-

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pelschaligkeit von Wänden und Decken sowie teilweise direkte Gipskartonbeplankungen können die geforderten Luft- und Trittschallschallschutzwerte eingehalten werden. Auch die Wände und Böden der Nasszellen inklusive Dusche bestehen aus sichtbar belassenen Brettsperrholzplatten, die mittels einer speziellen transparenten Beschichtung geschützt sind. Die Außenhaut wurde aus gestalterischen sowie Brandschutzgründen aus Edelstahl entwickelt, sie konnte erst vor Ort montiert werden, da Blechfassaden für den Transport nicht robust genug sind und kleinste Beschädigungen große Reparaturaufwände bewirken. Produktion Ein kleiner Zimmereibetrieb aus dem Bregenzer Wald hat alle Raumzellen in der Abbundhalle vorgefertigt. Zu dem Zweck wurde eine Produktionsstraße eingerichtet, auf der die 93 Module, händisch weitergeschoben, zwölf Fertigungsstationen durchliefen, in denen sämtliche Haustechnikinstallationen montiert, die Oberflächen fertiggestellt und sogar die Einrichtungsgegenstände samt Vorhängen eingebaut werden konnten. Die komplett vorgefertigten Zimmer wurden zwischengelagert, nach Abschluss des Rohbaus auf Lastwagen zur Baustelle transportiert und innerhalb von zehn Tagen aufeinandergestapelt. Die Deckenplatten des langen Mittelgangs aus Brettsperrholz wurden vor Ort auf die Zellen aufgelegt, die Montage der Wandbekleidungen der Erschließungszonen aus Gipskarton und der Fassaden aus Edelstahlblechen geschah bauseits. Ebenfalls vor Ort ausgeführt wurden die Koppelungen der Technikstränge. Der sehr hohe Vorfertigungsgrad ermöglichte eine erhebliche Reduzierung der Bauzeit und damit eine wetterunabhängige Herstellung des Zimmertrakts. Die Vorfertigung gewährleistet ferner eine mit herkömmlichen Baumethoden der Vorortmontage kaum erreichbare Ausführungsqualität zu vertretbaren Kosten und mit einem hohen fertigungstechnischen Innovationsgrad. Die extrem kurze Produktionszeit der 93 Zimmermodule in nur 31 Tagen erforderte eine ausgeklügelte Logistik, die eher der industriellen Fertigung im Automobilbau entspricht als der handwerklichen Arbeitsweise im klassischen Hochbau.

Hotel Ammerwald bei Reutte in Tirol

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a Lageplan Maßstab 1:3000 Schnitt • Grundriss Maßstab 1:750 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Eingang Lobby Restaurant Terrasse Bar Speisesaal Spülküche Küche Anlieferung Personalräume Fahrzeughalle Haustechnik Müllräume Zimmer

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Beispiel 22

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Gebäudekennwerte Anzahl der Geschosse Bruttogrundfläche (BGF) Baukosten Bauzeit Holzbau: Aufrichten Komplettierung Bauzeit gesamt

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5 8175 m2 ca. 15 Mio. € 12 Tage 6 Wochen 28 Monate

Hotel Ammerwald bei Reutte in Tirol

Brandschutz Das Projekt entspricht nicht in allen Teilen der geltenden Bauordnung, daher wurde ein eigenes Brandschutzkonzept erstellt. Da in der Gebäudeklasse 5 ausschließlich nicht brennbare Baustoffe für tragende Bauteile erlaubt sind, wurden die Brandabschnitte gegenüber den gesetzlich zulässigen stark verkleinert, indem man die Zimmertrakte in drei Brandabschnitte à 800 m2 (maximal möglich 1200 m2) teilte und die Fluchtweglängen auf maximal 20 m verkürzte. Der Brandwiderstand der Trennwände zwischen den Zimmern beträgt 30 Minuten (REI 30), zwischen Zimmer und Gang 60 Minuten (REI 60) und der Geschossdecken 90 Minuten (REI 90). Wand und Deckenoberflächen im Gangbereich mussten mit nicht brennbarer Oberfläche, d. h. mit Gipskartonbeplankung, ausgeführt werden. Die Holzbauweise wurde durch eine Brandmeldeanlage mit dem Schutzumfang »Vollschutz« kompensiert.

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Vertikalschnitt Horizontalschnitt Maßstab 1:20 1

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Dachaufbau: Kies 60 mm Abdichtung Bitumenbahn dreilagig 11 mm Wärmedämmung PUR-Hartschaum ohne Gefälle 200 mm Dampfsperre Brettsperrholzplatte innenseitig geölt 140 mm Holzfenstertür Lärche mt Wärmeschutzverglasung ESG 6 mm + SZR 16 mm + ESG 6 mm U = 1,1 W/m2K Absturzsicherung Geländer Aluminiumrohr geschweißt lackiert 25/25/6 mm französischer Balkon: Edelstahlblech 2 mm geschliffen Dreischichtplatte Lärche 42 mm OSB-Platte 12 mm Wärmedämmung Mineralwolle 64 mm Dampfbremse Wärmedämmung Mineralwolle 64 mm bauseits montiert (Modulstoß) Dampfbremse Wärmedämmung Mineralwolle 64 mm OSB-Platte 12 mm Dreischichtplatte Lärche 42 mm Edelstahlblech 2 mm geschliffen mit Hinterlüftung, bauseits montiert Lagerkantholz mit Sylomerstreifen 12 mm Geschossdecke: Beschichtung Polyurethanharz 1 mm (im Bad) Brettsperrholzplatte 140 mm Luftschicht 30 mm (Modulstoß) Trittschalldämmung Mineralwolle 50 mm Brettsperrholzplatte innenseitig geölt 60 mm Plattenstoß mit Verbindungslasche Dreischichtplatte vierreihig verschraubt 27/160 mm Dach- / Deckenplatte bauseitig montiert Vorsatzschale Gipskarton bauseitig montiert Zimmertrennwand: Brettsperrholzplatte innenseitig geölt 95 mm Gipskartonplatte 12,5 mm Wärmedämmung Mineralwolle 50 mm Luftschicht 15 mm (Modulstoß) Gipskartonplatte 12,5 mm Brettsperrholzplatte innenseitig geölt 95 mm Windpapier Wärmedämmung Mineralwolle dreilagig 380 mm Dampfbremse Brettsperrholzplatte innenseitig geölt 72 mm

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Autoren Hermann Kaufmann geboren 1955 Univ.- Prof. Dipl.-Ing. Architekt Architekturstudium an der Technischen Hochschule Innsbruck und an der Technischen Universität Wien 1981 –1983 Mitarbeit im Büro Hiesmayer in Wien 1983 Gründung eines eigenen Architekturbüros in Schwarzach, Vorarlberg in Bürogemeinschaft mit Christian Lenz mit Schwerpunkten zur Nachhaltigkeit im Bauen und zu Möglichkeiten des modernen (mehrgeschossigen) Holzbaus 1995 –1996 Gastdozent für Holzbau an der Liechtensteinischen Ingenieurschule 1998 Gastprofessor an der Technischen Universität Graz 2000 Gastprofessor an der Universität Ljubljana seit 2002 Professur für Entwerfen und Holzbau am Institut für Bautechnik und Entwerfen, Technische Universität München

Stefan Krötsch geboren 1973 Jun.- Prof. Dipl.-Ing. Architekt 1994 – 2001 Architekturstudium an der Technischen Universität München und an der Polytechnika Wroclawska in Breslau, Polen 2001– 2003 Mitarbeit in bogevischs büro, München 2003 – 2005 Projektleiter bei Söldner und Stender Architekten, München 2005 – 2013 Architekturbüro Stefan Krötsch in München 2008 – 2014 Akademischer Rat am Fachgebiet Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München seit 2009 Braun Krötsch Architekten in Partnerschaft mit Florian Braun seit 2015 Juniorprofessor, Leitung des neu gegründeten Fachgebiets Tektonik im Holzbau, Fachbereich Architektur der Technischen Universität Kaiserslautern

Stefan Winter geboren 1959 Univ.-Prof. Dr.-Ing. 1980 –1982 Zimmererlehre 1982 –1987 Studium des Bauingenieurwesens an der Technischen Universität München und der Technischen Universität Darmstadt 1987–1990 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik und am Institut für Massivbau der Technischen Universität Darmstadt 1990 –1993 Leitung und Geschäftsführung des Instituts des Zimmerer- und Holzbaugewerbes, Darmstadt 1993 Firmengründung Ingenieurbüro bauart Konstruktions GmbH & Co. KG mit Sitz in Lauterbach und Niederlassungen in München, Darmstadt und Berlin 1993 – 2003 Fachberater Informationsdienst Holz Hessen 1998 Promotion an der Technischen Universität Darmstadt zum Thema »Tragverhalten von Profilverbundstützen aus hochfestem Feinkornbaustahl StE 460« seit 2000 öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Holzbau bei der IHK Gießen-Friedberg 2000 – 2003 Inhaber des Lehrstuhls für Stahlbau und Holzbau der Universität Leipzig 2001– 2010 Gesellschafter der MFPA Leipzig GmbH seit 2003 Ordinarius für Holzbau und Baukonstruktion an der Technischen Universität München seit 2006 Prüfingenieur für Baustatik für die Fachrichtung Holzbau in Bayern 2009 – 2012 FiDiPro Professur an der Aalto Universität Helsinki seit 2012 Vorsitzender des Normenausschusses Bau Fachbereich 04 »Holzbau«, Mitglied im Beirat des Normenausschusses Bau im DIN seit 2014 Vorsitzender des europäischen Normenausschusses CEN TC 250/SC 5 Eurocode 5 – Holzbau – Bemessung und Ausführung

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Heinz Ferk geboren 1961 Dipl.-Ing. 1990 Diplom Bauingenieurwissenschaften mit Auszeichnung, Technische Universität Graz 1991 –1996 Universitätsassistent am Institut für Hochbau, Technische Universität Graz 1996 Gründung Ingenieurbüro für Bauphysik seit 1998 Lektor der Technischen Universität Graz seit 2000 Leiter des Labors für Bauphysik der Technischen Universität Graz seit 2004 Leiter der europäischen notifizierten, akkreditierten Prüfstelle 2006 – 2014 stellvertretender Institutsleiter des Instituts für Hochbau, Technische Universität Graz seit 2014 stellvertretender Leiter des Labors für Konstruktiven Ingenieurbau (LKI)

Sonja Geier geboren 1973 Dipl.-Ing. 1991– 2000 Architekturstudium an der Technischen Universität Graz 2006 Lehrgang Internationales Projektmanagement Wirtschaftsuniversität Wien 1992 – 2008 Mitarbeit und Projektleitung in diversen Architektur- und Bauingenieurbüros 2008 – 2012 internationale und nationale Forschungsprojekte bei AEE INTEC im Bereich Nachhaltige Gebäude und Holzbau seit 2012 internationale und nationale Forschungsprojekte an der Hochschule Luzern – Technik & Architektur im Bereich Holzbau und Planungsprozesse

Annette Hafner geboren 1971 Prof. Dr.-Ing. Architektin 1990 –1997 Architekturstudium an der Technischen Universität München und ETSAB Barcelona 1998 – 2004 Architektin in London und München 2004 – 2014 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion Prof. Winter und Leiterin Zertifizierungsstelle ZQ MPA BAU, Technische Universität München 2012 Promotion an der Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen, Technische Universität München seit 2014 Juniorprofessorin am Lehrstuhl Ressourceneffizientes Bauen der Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften

Wolfgang Huß geboren 1973 Prof. Dipl.-Ing. Architekt 1994 – 2000 Architekturstudium an der Technischen Universität München und ETSA Madrid, Diplom 2000 2000 – 2007 angestellter Architekt bei SPP München 2007 – 2016 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München seit 2013 Büro HKS Architekten (Huß Kühfuss Schühle) seit 2016 Professor für Industrialisiertes Bauen und Fertigungstechnik, Fakultät für Architektur und Bauwesen, Hochschule Augsburg

Holger König geboren 1951 Dipl.-Ing. Architekt, Buchautor 1971–1977 Architekturstudium an der Technischen Universität München arbeitet seit über 30 Jahren für Umwelt und Gesundheit im Baubereich

Maren Kohaus geboren 1975 Dipl.-Ing. Architektin Architekturstudium an der Universität Dortmund, Technischen Universität München, ETSA Madrid 2001– 2008 Mitarbeit bei Allmann Sattler Wappner Architekten, München 2008 – 2012 Mitglied der Geschäftsleitung bei Allmann Sattler Wappner Architekten, München seit 2012 wissenschaftliche Mitarbeiterin /Akademischer Rat an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München seit 2012 Tätigkeit als freiberufliche Architektin 2015 – 2016 Lehrbeauftragte der Technischen Universität München

Frank Lattke geboren 1968 Dipl.-Ing. Architekt BDA Tischlerlehre, Architekturstudium an der Technischen Universität München und ETSA Madrid seit 2003 eigenes Büro in Augsburg 2002 – 2014 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München Tätigkeit in Lehre und Forschung: TES EnergyFacade (WoodWisdom ERA Net) smartTES (WoodWisdom ERA Net) 2014 – 2017 Projektpartner Forschungsprojekt leanWOOD

Lutz Müller geboren 1969 1989 –1992 Schreinerlehre in München 1995 –1999 Architekturstudium an der HTWG Konstanz 1999 – 2001 Mitarbeit bei Prof. Wolfgang Lauber und Prof. Steidle + Partner, München 2001– 2005 Mitarbeit bei RRP Architekten, München 2005 – 2014 Projektleiter bei agmm Architekten, München 2007 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Bauen in den Tropen Prof. Dr. Wolfgang Lauber, HTWG Konstanz 2007– 2009 Masterstudium bei Prof. Hans Kollhoff an der ETH Zürich 2011– 2014 Studium der Kunstgeschichte an der Ludwig Maximilian Universität München 2015 Mitarbeit bei Henn Architekten, München seit 2015 Korrekturassistent an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München seit 2016 Mitarbeit bei Gassmann Architekten, München

Anne Niemann geboren 1976 Dipl.-Ing. Architektin 1996 – 2002 Architekturstudium an der Technischen Universität München, ETSA Madrid und BGU Negev 2003 – 2009 Partnerin bei Niemann Ingrisch Architekten, München 2006 Deutsche Akademie Villa Massimo, Rom: Stipendium in der Casa Baldi, Olevano Romano, Italien 2008 – 2014 Korrekturassistentin an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München 2009 – 2013 Partnerin bei m8architekten, München seit 2014 wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München seit 2017 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Entwerfen und Konstruieren Prof. Florian Nagler, Technische Universität München

Daniel Rüdisser geboren 1974 Dipl.-Ing. Technischer Physiker und Bauphysiker bearbeitet Forschungsprojekte zum Thema Wärme, Feuchte, Klima am Labor für Bauphysik der Technischen Universität Graz Inhaber des Ingenieurbüros HTflux, das sich vorwiegend auf die Entwicklung von bauphysikalischer Software konzentriert

Christian Schühle geboren 1971 1995 – 2002 Architekturstudium an der Technischen Universität München 2000 – 2005 Mitarbeit bei Herzog & de Meuron in München und Basel seit 2007 eigenes Architekturbüro, seit 2013 HKS Architekten (Huß Kuehfuss Schühle) seit 2010 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München

Manfred Stieglmeier geboren 1962 M. Eng. Architekt 1982 –1991 Architekturstudium an der Akademie der Bildenden Künste München, Hochschule München 1987–1998 Mitarbeit in verschiedenen Münchener Architekturbüros, u.a. bei Auer + Weber 1999 – 2000 Partner bei Schmidhuber + Partner 2007– 2009 Masterstudium Holzbau für Architekten an der Hochschule Rosenheim seit 2000 freischaffender Architekt, eigenes Büro in München mit Schwerpunkt Holzbau seit 2009 wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Entwerfen und Holzbau Prof. Hermann Kaufmann, Technische Universität München

Martin Teibinger geboren 1972 Dipl.-Ing. Dr. techn. Kombinationstudium Holzwirtschaft an der Universität für Bodenkultur und Bauingenieurwesen an der Technischen Universität Wien Doktorat an der Technischen Universität Wien seit über 20 Jahren an der Holzforschung Austria in der Abteilung Bautechnik tätig seit 2006 Leiter des Fachbereichs Bauphysik Forschungs-, Gutachter- und Publikationstätigkeit in den Bereichen Bauphysik, Brandschutz und mehrgeschossiger Holzbau seit 2016 allgemein beeideter und gerichtlich zertifizierter Sachverständiger Vortragender und Lehrer für die Fachgebiete Bauphysik, Holzbau und Brandschutz als Univ.-Lektor, FH-Lektor und HTL-Lehrer Gerd Wegener geboren 1945 Prof. Dr. Dr. habil. Drs. h.c. TUM Emeritus of Excellence 1993 – 2010 Ordinarius für Holzkunde und Holztechnik sowie Leiter der Holzforschung München der Technischen Universität München über 400 Publikationen in einem breiten Spektrum der Forst- und Holzwissenschaften weltweite Gastprofessuren und Gutachtertätigkeit zahlreiche Preise und Auszeichnungen

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Glossar Abbund Bearbeitung von Hölzern zur Vorbereitung und Vorfertigung von Holzbauteilen normalerweise in der Werkshalle, z. B. Zuschnitt, Herstellen der Verbindungen, Fälzen und Nuten, Fertigung des Stabwerks eines Tafelbauelements. Acetylierung Chemische Modifikation von Holz mit Essigsäureanhydrid, um die Besiedelung durch holzzerstörende Pilze oder Insekten zu verhindern, die Feuchteaufnahme des Holzes zu reduzieren und das Quell- und Schwindverhalten zu mindern. Die Nutzungsdauer von Holz in bewitterten oder feuchteexponierten Bereichen wird dadurch wesentlich erhöht. Anisotropie Richtungsabhängigkeit bestimmter physikalischer Eigenschaften. Im Holzbau bezieht sich dies in der Regel auf das ungleiche Verhalten von Holz in Faserrichtung und senkrecht dazu. Balken Horizontaler, stabförmiger Teil einer Deckenkonstruktion; meist Teil einer Balkenlage. Einzelne Unterzüge oder primäre Teile einer Skelettkonstruktion werden eher als Träger bezeichnet. Bauelement Vorgefertigter Bestandteil eines Bauteils, z. B. vorgefertigtes Tafelbauelement als Teil des Bauteils Außenwand, vorgefertigtes Brettstapeldeckenelement als Teil des Bauteils Geschossdecke etc. Bauteil Statisch-konstruktiver, geometrisch abgeschlossener Teil eines Bauwerks, z. B. Außenwand, Innenwand, Geschossdecke, Bodenplatte, Dachfläche. Bauteile können aus Einzelteilen oder aus vorgefertigten Bauelementen gefügt sein. Bauweise Verallgemeinerbares Konstruktionsprinzip hinsichtlich Tragwerk (z. B. Skelettbau oder Schottenbau), Materialisierung (z. B. Holzbauweise, Hybridbauweise), Vorfertigungsgrad und Montage (z. B. Tafelbauweise, Raumzellenbauweise) oder baukonstruktiver Materialisierung (z. B. Leichtbauweise, Massivbauweise). Beplankung Flächige Bekleidung auf einer Unterkonstruktion, teilweise mit tragender oder aussteifender Funktion, z. B. Plattenwerkstoff oder Brettschalung auf den Rippen einer Tafelbauwand. Bohle Schnittholz mit Dicken über 40 mm und Breiten von mind. der dreifachen Dicke (DIN 4074-1); Dicken rauer Bohlen gemäß DIN 4070-1: 44, 48, 50, 63, 70, 75 mm. Blockbau Wandkonstruktion aus horizontal geschichteten, stabförmigen Querschnitten (oft Kantholz aus Vollholz, historisch auch Rundholz), die über die Eckverbindungen ausgesteift ist. Blower-Door-Test Messverfahren, das dazu dient, die Luftdichtheit der Gebäudehülle zu messen und eventuelle Leckagen durch Erzeugung eines Unter- und Überdrucks im Gebäude aufzuspüren. Wichtiges Instrument der Qualitätssicherung eines Bauwerks. Brandabschottung Verhinderung der unkontrollierten Brandweiterleitung (z. B. in Schächten, Hinterlüftungen). Brett Schnittholz mit Dicken bis 40 mm und Breiten über 79 mm (DIN 4074-1); Dicken rauer Bretter gemäß DIN 4070-1: 16, 18, 22, 24, 28, 38 mm.

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Brettschichtholz (BSH; engl. Laminated Timber / Glue Lam) Stabförmige Querschnitte aus gleichgerichteten verleimten normalerweise 40 mm starken Brettern (Lamellen), Breiten bis 30 cm, Höhe der Querschnitte nicht blockverleimt ca. 200 cm, Längen je nach Hersteller bis 65 m. Der maximale Radius bei gebogenen Trägern hängt von der Lamellenstärke ab. Brettsperrholz (BSP; engl. Cross Laminated Timber – CLT) Plattenförmige Bauteile aus lagenweise kreuzförmig miteinander verleimten Brettern in ungerader Lagenanzahl. Dicken bis 40 cm, Formate je nach Hersteller. Brettstapel Bauteile aus gestapelten, miteinander vernagelten, verdübelten (Hartholzdübel) Brettern oder Balken (Kanteln). Decken aus liegenden Brettschichtholzelementen werden als verleimte Brettstapeldecken bezeichnet. Building Information Modelling (BIM) Methode zur Optimierung der Arbeitsprozesse im Bauwesen unter Anwendung eines digitalen dreidimensionalen Gebäudemodells über den gesamten Gebäudelebenszyklus hinweg – von der Planung bis zum Rückbau. CAD (engl. Computer Aided Design) Computerunterstützte Planung. CAM (engl. Computer Aided Manufacturing) Computergesteuerte Fertigung. CNC (engl. Computerised Numerical Control) Computergestützte numerische Steuerung. Elektronisches Verfahren, mit dessen Hilfe Werkzeugmaschinen angesteuert werden, die dadurch in der Lage sind, komplexe Werkstücke mit hoher Präzision automatisch zu bearbeiten. Industrielle Webstühle sind die Vorgänger heutiger CNC-Maschinen. CNC-Fräse Werkzeugmaschine, die durch den Einsatz moderner Steuerungstechnik Werkstücke mit hoher Präzision auch für komplexe Formen automatisch herstellen kann. Die meisten Fräsen lassen sich über Werkzeugwechsler mit verschiedenen Fräswerkzeugen, Sägeblättern, Bohrern und anderen Spezialwerkzeugen bestücken. Dampfbremse Schicht in einem Bauteil (meist der Gebäudehülle) zwischen unterschiedlichen Temperaturniveaus mit hohem sd-Wert (> 2 m bis 1500 m) zur Verringerung von Wasserdampfdiffusion durch das Bauteil. Raumseitig der Wärmedämmung angebracht als Schutz gegen schädliches Kondenswasser in Bauteilen bzw. gegen eine Durchfeuchtung der Wärmedämmung und daraus resultierende Bauschäden. Oft aus luftdichten, diffusionshemmenden Holzwerkstoffplatten (OSB-, 3-S-Platte, FSH) mit luftdicht verklebten Plattenstößen. Dient meist gleichzeitig als luftdichte Schicht. Dampfbremse, feuchteadaptiv Der Diffusionswiderstand verändert sich entsprechend der umgebenden Luftfeuchte materialbedingt: In trockenem Umgebungsklima (im Winter an der Raumseite) weist sie einen höheren sd-Wert auf (bis sd = 10 m), bei höheren Luftfeuchtigkeiten (z. B. im Sommer) sinkt der Diffusionswiderstand (bis sd = 0,2 m). Dampfsperre Schicht in einem Bauteil (meist Außenbauteil) zwischen unterschiedlichen Temperaturniveaus mit sehr hohem sd-Wert (>1500 m) zur Verringerung von Dampfdiffusion durch das Bauteil. Raumseitig der Wärmedämmung angebracht als Schutz gegen schädliches Kondenswasser in Bauteilen bzw. gegen eine Durchfeuchtung der Wärmedämmung und daraus resultierende Bauschäden. Meist Bitumenbahn mit Aluminiumeinlage. Dient gleichzeitig als luftdichte Schicht.

Diele Bretter mit einer Stärke von meist 21 – 50 mm und hinreichender Breite (etwa ab 80 mm). Nach DIN EN 13 629 bezeichnet man Dielen bei einer Stärke von weniger als 40 mm als Brett, bei einer größeren Stärke auch als Bohle. Diffusion Physikalischer Prozess der vollständigen Durchmischung verschiedener Stoffe bis zur gleichmäßigen Verteilung der beteiligten Stoffteilchen. Im Bauwesen versteht man unter Diffusion meist den stofflichen Transport von Wasserdampf durch ein Außenbauteil bei feuchter Raumluft und trockener Außenluft im Winter. Bei nicht fachgerechter Ausführung kann dadurch Kondensat im Bauteil ausfallen. Der Diffusionswiderstand der Bauteilschichten von Außenbauteilen sollte deshalb von innen nach außen abnehmen. Elastizitätsmodul (E-Modul) Maß für die Verformungssteifigkeit bei mechanischer Beanspruchung im elastischen Bereich. Energieträger, erneuerbar Erneuerbare Energieträger wie z. B. Holz werden bei nachhaltiger Nutzung der Quelle, z. B. dem Wald, kontinuierlich erneuert und stehen so dauerhaft zur Verfügung. Energieträger, fossil Kohlenstoffhaltige Energieträger wie Erdöl oder Braunkohle, die in der erdgeschichtlichen Vergangenheit entstanden sind. Fassade, hinterlüftet Außenwandaufbau, bei dem sich zwischen Dämmschicht und Fassadenoberfläche ein in vertikaler Richtung ununterbrochener Hinterlüftungsraum geeigneten Querschnitts (üblicherweise 2 cm; siehe DIN 68 800-2) befindet, der durch Öffnungen geeigneten Querschnitts (üblicherweise mind. 50 % des Hinterlüftungsraums) am oberen und unteren Ende aufgrund des Kamineffekts stark durchströmt ist. Fassade, belüftet Außenwandaufbau, bei dem sich zwischen Dämmschicht und Fassadenoberfläche ein in vertikaler Richtung ununterbrochener Hinterlüftungsraum geeigneten Querschnitts (üblicherweise 2 cm; siehe DIN 68 800-2) befindet, durch dessen Öffnung am unteren Ende Kondensat aus dem Hinterlüftungsraum ablaufen und ein Luftaustausch stattfinden kann. Fassade, nicht hinterlüftet Außenwandaufbau, bei dem die Fassadenoberfläche die Dämmschicht abstandslos abschließt, z. B. Wärmedämmverbundsysteme oder Sandwichelemente (DIN 68 800-2). Feuerwiderstand Vorgegebene Dauer, während der das bezeichnete Bauteil im Brandfall seine Funktionen Tragfähigkeit (R) und / oder Raumabschluss (E) und /oder Wärmedämmung (I) beibehält. Formaldehyd Von lat. formica: Ameise, daher der frühere Name Ameisenaldehyd. Formaldehyd (chemische Bezeichung Methanal) ist ein bei Zimmertemperatur gasförmiger Stoff und wird wegen seines niedrigen Siedepunkts (-19 °C) definitionsgemäß nicht zur Gruppe der VOC gezählt, sondern zur Gruppe der V VOC (very volatile organic compounds – diese sehr flüchtigen Verbindungen verdampfen bereits bei einem Siedepunkt < 0 bis 50 …100 °C). Seit fast 150 Jahren wird Formaldehyd für die Herstellung und Verarbeitung industrieller Produkte verwendet. In der EU ist es seit 2016 als krebserregend im Tierversuch (1B) eingestuft. Furnierschichtholz (FSH; engl. Laminated Veneer Lumber – LVL) Aus mehreren Furnierlagen zusammengesetzter Holzwerkstoff. Die Furniere werden im Gegensatz zu Sperrholz in der Regel faserparallel geschichtet und mit PhenolFormaldehydharz wasserfest verleimt.

Furniersperrholz (FU) Aus mehreren Furnierlagen zusammengesetzter Holzwerkstoff. Die Furniere werden in ihrer Faserrichtung lagenweise 90° zueinander versetzt geschichtet und meist mit Phenol-Formaldehydharz wasserfest verleimt. Fußband Schräge Verbindung, die vom Zimmerer zur Stabilisierung zwischen einer Schwelle und einem Ständer eingesetzt wird (siehe Kopfband). Während das Kopfband oben unter einer Pfette sitzt, befindet sich das Fußband unten auf einer Schwelle. Fußbänder werden seltener eingesetzt als Kopfbänder. Gesamtenergiebilanz Maß zur Bewertung der Energiemenge, die für Errichtung, Nutzung und Rückbau eines Gebäudes aufzuwenden ist. Graue Energie Energie, die für Herstellung, Lagerung, Transport, Einbau und Entsorgung von Materialien bzw. Bauteilen und Gebäuden aufgewendet werden muss. Hirnholz Holz mit Schnittfläche quer zur Faserrichtung. Hirnholz nimmt Feuchtigkeit kapillar sehr gut auf und ist bei bewitterten Bauteilen besonders zu schützen. Über Stöße von Hirnholzflächen können Druckkräfte zwischen Bauteilen optimal und ohne Querholzpressung übertragen werden. Hohlkasten Deckenkonstruktion aus Rippen und statisch wirksamer Beplankung (siehe Kastendecke). Holzfaserplatte Plattenförmiger Holzwerkstoff aus gepressten, verdichteten Holzfasern in unterschiedlicher Dichte und Festigkeit. Am häufigsten verwendet werden MDF-Platten (mitteldichte Faserplatte), Weich- oder Hartfaserplatten. Holzfeuchte Wasseranteil von Holz in Prozent in Bezug zur Trockenmasse. Holz ist hygroskopisch und reagiert auf Schwankungen der Luftfeuchtigkeit – das Gleichgewicht (Sorptionsgleichgewicht) benötigt je nach Dicke des Holzes einige Zeit. Vor der Verarbeitung sollte das Holz grundsätzlich auf diejenige Feuchte getrocknet werden, die annähernd dem Gleichgewicht seiner späteren Umgebung entspricht. Damit wirken dann nur noch die periodischen Klimaschwankungen auf das Holz ein, wodurch die Formänderungen durch Quell- und Schwindvorgänge möglichst gering gehalten werden. Ab einer Holzfeuchte von 20 % besteht die Gefahr von Pilzbefall, daher ist Holz vorrangig durch konstruktive Maßnahmen vor zu hoher Feuchtigkeit zu schützen. Typische Holzfeuchten: waldfrisches Holz ca. 60 %, außengelagertes Holz 15 –18 %, wettergeschützte Außenverschalungen 15 – 20 %, nicht wettergeschützte Außenverschalungen 18 – 24%, nicht beheizte Innenräume 10 –12 %, beheizte Innenräume 6 – 8 %. Holzschutz, chemisch Verzögert die Holzzerstörung durch Pilze oder Insekten durch Behandlung des Holzes mit Bioziden. Die Anwendung ist in den einschlägigen Normen (z. B. DIN 68 800-3) geregelt. Grundsätzlich sollte chemischer Holzschutz möglichst sparsam eingesetzt werden, da die Entsorgung von chemisch behandeltem Holz aufwendig und umweltbelastend ist. Holzschutz, konstruktiv Trockenhalten von Holz und Holzwerkstoffen durch konstruktive und geometrische Maßnahmen (z. B. Abdecken von Holz durch geeignete Bekleidung, Witterungsschutz durch Dachüberstand, Entfernung aus dem Spritzwasserbereich, mechanische Trennung von kapilarer Feuchtigkeit durch Trennlagen etc.). In der Norm für konstruktive Holzschutzmaßnahmen im Hochbau (DIN 68 800-2) sind Beispielkonstruktionen aufgeführt. Holzschutz, physikalisch Erhöhung der Dauerhaftigkeit von Holz und Holzwerkstoffen z. B. durch Thermobehandlung.

Holzwerkstoff Werkstoffe, die durch Zerkleinern von Holz und anschließendes Zusammenfügen der Strukturelemente meist durch Verleimung oder Pressung erzeugt werden. Hybridbauteil Innerhalb eines horizontalen oder vertikalen Bauteils werden verschiedene Werkstoffe kombiniert. Bekanntestes Beispiel ist die Holz-Beton-Verbunddecke. Hybridbauweise Innerhalb einer Konstruktion werden systematisch hybride Bauteile oder Konstruktionselemente aus unterschiedlichen Materialien verwendet, z. B. Stahlträger mit BSPDeckenelementen. Hybidbauwerk Konstruktionen aus unterschiedlichen Baustoffen werden in einem Gebäude miteinander kombiniert. Beispielsweise Erschließungskerne aus Stahlbeton (Fluchtwege, Gebäudeaussteifung) integriert in eine Gebäudekonstruktion aus Holz, Holzelementfassaden an Stahlbetonskelettkonstruktionen. Inhomogenität Unter der Inhomogenität von Holz versteht man die Ungleichmäßigkeit seiner mechanischen und bauphysikalischen Eigenschaften durch beispielsweise Asteinwüchse, Harzgallen, ungleichmäßigen Faserverlauf im Werkstoff oder unterschiedliche Dichte und Festigkeit. Ziel der Sortierung von Vollholz und die Herstellung von Holzwerkstoffen wie KVH, Brettstapelelementen, Lagen-, Faseroder Spanwerkstoffen ist unter anderem seine Homogenisierung. intumeszierend Intumeszierende Produkte bewirken bei thermischer Beanspruchung durch Aufschäumen den Verschluss von Restöffnungen und verhindern damit den Durchtritt von Rauch und toxischen Gasen (Brandschutz). Jahresheizwärmebedarf Wärmemenge in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m2a), die nach einer Bilanzierung der in einem Gebäude auftretenden Wärmegewinne und -verluste aufgebracht werden muss, um eine angenehme Raumtemperatur zu erzielen. Kantholz Schnittholz mit einer Breite (b) des Querschnitts von mind. 40 mm und einer Höhe (h) des Querschnitts mit b ≥ h ≥ 3 b (DIN 4074-1); Vorratskantholz von 60/60 mm bis 160/180 mm. Kapselung Brandschutzbekleidung mit definierter Schutzzeit in Minuten (Kapselkriterium, z. B. K2 30 oder K2 60). Kapselungen begrenzen die Temperatur auf ihrer feuerabgewandten Seite im angegebenen Zeitraum auf T ≤ 300 °C und verhindern ein Mitbrennen des Holzes und damit einen Beitrag zur Brandlast. Die Kapselbekleidungen sollen zudem bei Tafelbauteilen mit gedämmten oder ungedämmten Hohlräumen ein Eindringen des Brands in die Konstruktion verhindern. Kastendecke / Kastendeckenelement Deckenkonstruktion aus Kastendeckenelementen. Diese bestehen aus Rippen schlanken Querschnitts in Deckenhauptspannrichtung, die zusammen mit den Randbalken einen Rahmen ausbilden und statisch wirksam mit der Beplankung verbunden sind. So entsteht konstruktiv ein Verbundelement aus den einzelnen Bestandteilen, ein Kasten. Kastenträger Träger mit rechteckigem, hohlem Querschnitt, bestehend aus Obergurt, Untergurt und zwei Stegen z. B. aus Brettern, Plattenwerkstoffen oder Brettschichtholz. Keilzinkung Längsverbindung zweier Bauteile aus Vollholz oder Holzwerkstoff als Weiterentwicklung der seit der Vorgeschichte angewendeten Schäftung von Brettern oder Balken.

Die Keilzinkenverbindung wird in der Regel geklebt. Ihre Zugfestigkeit beruht auf der Vervielfachung der Fläche der zur Faserrichtung des Holzes flach geneigten Klebefuge. Keilgezinkte Bauteile haben eine relativ hohe Biegefestigkeit und können unter optimalen Randbedingungen in der Produktion und Qualitätssicherung nahezu die Tragfähigkeit der am Stück gewachsenen Holzbauteile erreichen. Kern Der vom Splintholz ringförmig umgebene und sich durch eine oft dunklere Färbung abhebende innere Teil des Stamms, der im Gegensatz zum Splintholz keine wasserund nährstoffleitende Funktion hat. Kesseldruckimprägnierung Holzschutzverfahren, bei dem das Imprägniermittel in einem Kessel unter hohem Druck in das Holz gepresst wird, um das Splintholz möglichst gleichmäßig und tief damit zu tränken. Klimaneutralität / klimaneutral Prozesse werden als klimaneutral bezeichnet, wenn keine klimarelevanten Gase freigesetzt oder ausgestoßene Gase an anderer Stelle in gleicher Höhe wieder eingespart werden, d. h. das atmosphärische Gleichgewicht wird nicht verändert. Grundlage für die Beurteilung sind die Ausstöße klimarelevanter Gase, insbesondere CO2 (gemessen in GWP 100). Kohlenstoffspeicher Stoffliche Bindung von Kohlenstoff. Holzprodukte sind temporäre Kohlenstoffspeicher, da der Baum in seinem Wachstum Kohlendioxid (CO2) der Atmosphäre entzieht und als Kohlenstoff (C) speichert. Dieser Speicher bleibt bestehen, bis das Holz verbrannt und dann der Kohlenstoff als CO2 wieder freigesetzt wird. Kondensatbildung Übergang eines Stoffs vom gasförmigen in den flüssigen Zustand. Im Bauwesen ist meist der Ausfall von Kondenswasser bei Abkühlung der Innenluft im Bauteil oder an kühlen Oberflächen gemeint. Kondenswasser (Kondensat) tritt bei Unterschreiten der jeweiligen Taupunkttemperatur auf und kann zur Beschädigung des Bauteils oder zu hygienischen Problemen (Schimmel) führen. Zu Kondensation kommt es meist bei Leckagen der luftdichten Schicht der Gebäudehülle oder im Bereich von Wärmebrücken. Konstruktionselement In diesem Buch wird anstatt Konstruktionselement der Begriff Bauelement verwendet. Konstruktionsvollholz (KVH) Veredeltes Schnittholz, das erhöhten Anforderungen bezüglich Holzfeuchte (15 % ± 3 %), Einschnittart (herzgetrennt, herzfrei) und Oberflächenbeschaffenheit (gehobelt, gefast) genügt. KVH ist keilgezinkt (Aussortierung grober Inhomogenitäten) und daher in größeren Längen erhältlich. Konterlattung Querlattung zur eigentlichen Traglattung; ermöglicht z. B. das Anbringen einer horizontalen Lattung bei gleichzeitigem Erhalt einer durchgehenden Hinterlüftung. Konvektion Bezeichnet allgemein das Mitführen in einer Strömung, im Bauwesen meist das Mitführen von Wärme und /oder Wasserdampf. Beispielsweise kann es bei Konvektion von Innenluft durch die Gebäudehülle zu einem erheblichen Energieverlust und zu starkem Kondensatausfall in den Bauteilen kommen. Die durch Wasserdampfkonvektion anfallenden Kondensatmengen können jene durch Wasserdampfdiffusion um ein Vielfaches übersteigen. Kopfband Aussteifendes, diagonal eingebautes Element eines Stabwerks zwischen einem horizontalen (Pfette, Rähm, Balken) und einem vertikalen Bauteil (Pfosten, Stütze, Ständer) im oberen Bereich des jeweiligen Geschosses (z. B. in einer Fachwerkwand), siehe Fußband.

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Körperschall Schall, der durch die Anregung fester Körper entsteht und teilweise wieder als Luftschall abgestrahlt wird. Latten Gemäß DIN 4074-1 Schnittholz mit Dicken bis 40 mm und Breiten bis 80 mm; Dachlatten: 24/48, 30/50, 40/60 mm. Lebenszyklusanalyse (engl. Life Cycle Assessment – LCA) Die Lebenszyklusanalyse oder Ökobilanz ist eine etablierte Methode zur Quantifizierung der Umweltwirkung eines Produkts oder Gebäudes. Sie ermöglicht es, Umwelteffekte verschiedener Produkte miteinander zu vergleichen. Im Gebäudebereich können insbesondere die Umweltparameter unterschiedlicher Konstruktionsarten gegenübergestellt werden. Auf diese Weise gewonnene Informationen sind der Schlüssel, die positiven Klimaeffekte von Holz aufzuzeigen und bei der Entscheidungsfindung zu berücksichtigen. Leckage Undichtigkeit in der luftdichten Schicht (meist an Bauteilanschlüssen, Installationsdurchführungen etc.). Leckagen können trotz guter Messwerte für die Luftdichtheit vorhanden sein und zu Schäden in den Außenbauteilen führen. Ein Blower-Door-Test sollte daher immer eine gründliche Leckageortung unter Über-/Unterdruck des Gebäudes beinhalten, um Undichtigkeiten finden und beheben zu können. Leichtbauweise Bauweise mit Baustoffen und -teilen mit geringem Raumbzw. Eigengewicht oder mit aufgelösten Tragwerken (z. B. Holz- oder Stahlskelett). Lignin Gerüstsubstanz des Holzes, die neben Zellulose und weiteren Bestandteilen die Holzzellwand bildet. Der Abbau des Lignins durch UV-Strahlung führt bei Holz zur Braunfärbung. Luftdichtheit Hinsichtlich Luftdichtheit werden heute hohe Ansprüche an Gebäude gestellt, um Wärmeverluste, Feuchteschäden und Schallübertragung zu verhindern. Die Luftdichtheit eines Gebäudes sollte während der Errichtung / Sanierung überprüft werden (Blower-Door-Test mit Leckageortung). Eine kontinuierliche luftdichte Schicht in der Gebäudehülle bzw. zwischen Gebäudeabschnitten stellt die Luftdichtheit her. luftdichte Schicht Luftdichte Schicht in einem Bauteil (meist der Gebäudehülle) zwischen unterschiedlichen Temperaturniveaus zur Verhinderung von Luftkonvektion durch und in das Bauteil. Verhindert den Energieverlust durch Entweichen warmer Raumluft nach außen, Feuchteschäden im Bauteil durch Eindringen warmer, feuchter Raumluft und Kondensation der Feuchtigkeit an kalten Oberflächen. Bei Innenbauteilen hat die luftdichte Schicht primär die Funktion die Übertragung von Luftschall sowie von Rauchgasen / Feuer zu verhindern. Meist identisch mit der Dampfbremse / Dampfsperre. Oft aus luftdichten, diffusionshemmenden Holzwerkstoffplatten (OSB-, 3-S-Platte, FSH) mit luftdicht verklebten Plattenstößen. Luftschall Schall, der sich in der Luft ausbreitet. Massivholzbauweise Blockbauweise oder Konstruktionen aus Brettstapelelementen bzw. aus großformatigen Plattenwerkstoffen wie Brettsperrholz, Brettschichtholz etc. MDF-Platte Mitteldichte Faserplatten werden nach dem Trockenverfahren unter Zusatz eines synthetischen Bindemittels hergestellt. natürliche Dauerhaftigkeit Resistenz bzw. natürliche Widerstandsfähigkeit gegen Holzschädlinge. Nach DIN EN 350-2 Einteilung bei Pilzen

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in Resistenzklassen: 1 = sehr dauerhaft, 2 = dauerhaft, 3 = mäßig dauerhaft, 4 = wenig dauerhaft, 5 = nicht dauerhaft; bei Insekten D = dauerhaft, S = anfällig, SH = auch Kernholz anfällig. OSB-Platte (engl. Oriented Strand Board) Grobspanplatte aus ausgerichteten (oriented), langen und schlanken Holzspänen (strands) mit meist großer Tragfähigkeit, in verschiedenen Dicken und Ausführungen erhältlich (imprägniert, Nut-Feder-Kanten); ursprünglich aus Abfallprodukten der Furnier- und Sperrholzindustrie. Passivhaus, Passivhausstandard Energetischer Gebäudestandard, bei dem ein behagliches Innenklima ohne separates Heizsystem und ohne Klimaanlage erreicht wird. Jahresheizwärmebedarf gemäß PHPP (Passivhaus-Projektierungspaket) max. 15 kWh/m2a, Jahresprimärenergiebedarf (Heizung, Warmwasser, Haushaltsstrom) max. 120 kWh/m2a. Anforderungen Gebäudehülle: opake Außenbauteile mit U 1500 m) verwendet. Sichtqualität Bezeichnet die Eignung eines Rohbauelements zur sichtbaren Verwendung. Skelettbauweise Bauweise, bei dem die Lasten über die Tragstruktur, ein Skelett, bestehend aus Stützen und Trägern, abgetragen werden. Die Gebäudehülle und die innere Bekleidung ist unabhängig von der Tragstruktur, ihre Herstellung erfolgt entweder auf der Baustelle oder durch vorgefertigte, nicht tragende Wandbauteile. Spanplatte Platte aus gebundenen Holzspänen. Bindemittel sind z. B. Leim, Kunstharz oder Zement. speicherwirksame Masse Alternative Bezeichnung für die flächenbezogene wirksame Wärmekapazität (gemäß E DIN EN ISO 13 786: 2015-06). Beschreibt das Vermögen eines Bauteils während einer Temperaturschwankung im 24-Stunden-Zyklus Wärmeenergie aufzunehmen und wieder abzugeben. Dies ist besonders beim sommerlichen Wärmeschutz relevant, da sich damit Überwärmungen reduzieren oder verhindern lassen. Splintholz Äußerer, zwischen der Rinde und dem Kernholz liegender Teil des Stamms. Im Splintholz erfolgen die Wasserspeicherung und der Nährstofftransport und besitzt daher hohen Feuchtegehalt. Es ist empfindlich für Pilz- und Insektenbefall und normalerweise auch bei dauerhaften Holzarten ohne Imprägnierung nicht von hoher Beständigkeit. Stabwerk Konstruktion aus stabförmigen Bauelementen, z. B. Fachwerkwände, Skelettkonstruktionen, räumliche Fachwerke, sowie die aus Stäben bestehende Konstruktion von Tafelbauwänden (Ständer, Schwelle, Rähm), Kastendecken oder Kastendeckenelementen. Ständer Vertikale, von Rähm zu Schwelle durchlaufende Elemente des Stabwerks einer Ständerbau-, Rahmenbauoder Tafelbauwand. Meist als Kantholz aus Vollholz, Furnierschichtholz, BSH oder als Stegträger zur Minimierung der Wärmebrücken bei hoch wärmegedämmten Konstruktionen verwendet.

Ständerbau (engl. Timber framing) Weiterentwicklung des mittelalterlichen Fachwerkbaus, wobei die Aussteifung nicht mehr über diagonale Streben oder Kopf- bzw- Fußbänder, sondern über die Beplankung des Stabwerks erfolgt. Die Ständer, die vertikalen und lastabtragenden Elemente des Stabwerks, sind von schlankem, rechteckigem Querschnitt.

Tube-in-Tube-System Gebäudetragwerk, das aus zwei konzentrischen Schichten tragender bzw. aussteifender Wände besteht, die über Deckenplatten verbunden sind.

Stegträger Träger von meist I-förmigem Querschnitt mit geometrischer Unterteilung in Obergurt, Untergurt und Steg. Während der Untergurt Zug- und der Obergurt Druckkräfte resultierend aus dem Biegemoment des Trägers aufnehmen, ist der Steg hauptsächlich querkraftbelastet.

U-Wert Der Wärmedurchgangskoeffizient (U-Wert) beschreibt den Wärmestrom durch 1 m2 eines Bauteils, der sich bei einer Temperaturdifferenz von 1° Kelvin einstellt. Die physikalische Einheit ist W/m2K.

Stütze Lineares, vertikales, lastabtragendes Bauteil, z. B. als vertikales Element von Skelettkonstruktionen oder als Auflager von Trägern. Tafelbau Der Tafelbau ist eine Weiterentwicklung des nordamerikanischen Ständerbaus, bestehend aus einer stabförmigen Tragstruktur (Ständerwerk) und einer ein- oder beidseitigen aussteifenden Beplankung. Heutzutage sind Tafelbauelemente weitgehend vorgefertigt. Im Rahmen dieses Buchs wird vorwiegend der Begriff Tafelbau statt des häufig verwendeten Begriff des Rahmenbaus verwendet (entsprechend DIN 1995-1-1). Taupunkt Kurzform für Taupunkttemperatur. Bei Unterschreitung dieser Temperatur fällt Kondensat aus, z. B. im Bauteil. Die jeweilige Taupunkttemperatur ist von der Umgebungslufttemperatur und -feuchte abhängig. thermische Behaglichkeit Resultiert aus der Raumlufttemperatur, den Oberflächentemperaturen der raumumschließenden Flächen, der Wärmeableitung von Fußbodenoberflächen, der Luftgeschwindigkeit sowie der relativen Feuchte der Raumluft. Das Behaglichkeitsempfinden des einzelnen Nutzers hängt aber auch von dessen Aktivität, Bekleidung, Alter, Gesundheitszustand und Gewöhnung ab. thermischer Auftrieb Durch den Dichteunterschied von warmer und kalter Luft entstehen Druckunterschiede. Im Winter führen diese z. B. dazu, dass mit steigender Gebäudehöhe zunehmender Innendruck auf die Gebäudehülle ausgeübt wird. Dies erhöht das Risiko des Eindringens von Innenluft in die Konstruktion (z. B. bei Deckenanschlüssen oder im Fensterbereich) und damit die Gefahr von Kondensation im Bauteilinneren. Träger Auf punktförmige Auflager aufgelegter linearer, horizontaler Querschnitt zur Lastabtragung vertikaler Lasten auf Stützen oder Wände. Trittschall Durch Körperschall angeregter Luftschall in einem benachbarten Raum, z. B. wenn beim Gehen oder Springen auf Decken diese in Schwingung versetzt werden. Trocknung, künstlich bzw. technisch Trocknung unter künstlichen Klimabedingungen, meist in Kammern oder Durchlaufkanälen. Es können wesentlich niedrigere Endfeuchtigkeiten und kürzere Trocknungszeiten erreicht werden als bei der Freilufttrocknung. Trocknung, natürlich oder Freilufttrocknung Trocknung von Holz ohne Zuhilfenahme von künstlich erzeugter Wärmeenergie oder Entfeuchtung. Schonende Trocknungsmethode, die vorwiegend in gut durchlüfteten Räumen oder wettergeschützt im Freien erfolgt. Dient meist der Vortrocknung und dauert je nach gefordertem Trocknungsgrad 0,5 bis 2 Jahre.

TVOC – Total Volatile Organic Compounds Summenwert aller in der Raumluft gemessenen VOCs.

Verbundkonstruktion Bauteil oder Bauelement, dessen Tragfähigkeit auf dem immanenten Zusammenwirken verschiedener Einzelteile basiert, z. B. Holzdeckenkonstruktion und Aufbetonschicht als Zug- und Druckzone einer Holz-BetonVerbunddecke oder Rippen und Beplankung eines Kastendeckenelements. Verwitterung Farbveränderung aufgrund von Ligninabbau durch Nässe und UV-Lichteinwirkung. Dadurch wird das Holz in seiner Substanz nicht zerstört. Eine natürlich gealterte Holzfassade wird durch Nässeeinwirkung grau oder schwarz, bei starker Besonnung und trockenem Klima braun bis schwarz. VOC (engl. Volatile Organic Compounds) Leicht flüchtige organische Verbindungen ist die Sammelbezeichnung für organische, also kohlenstoffhaltige Stoffe, die leicht verdampfen, also flüchtig sind, bzw. schon bei niedrigen Temperaturen, z. B. Raumtemperatur, als Gas vorliegen. Vollholz Holz in seiner unveränderten gewachsenen Struktur im Unterschied zu den durch Trennen und erneutes Zusammenfügen hergestellten Holzwerkstoffen. Wärmespeicherfähigkeit Energiemenge, die ein Baustoff in einem bestimmten Zeitraum speichern kann. Holz hat aufgrund seines guten Verhältnisses von Wärmeleitfähigkeit und Dichte beträchtliche Wärmespeicherfähigkeit. Wasserdampfdiffusionswiderstand μ Widerstand des Baustoffs gegen die Durchdringung von Wasserdampf in Relation zum Diffusionswiderstand von unbewegter Luft (μ = 1). Wechsel, Wechselbalken Stabförmige Teile zur Lastumlenkung im Stabwerk von Balken-, Rippen- und Kastendecken sowie Fachwerkund Tafelbauwänden und in Dachkonstruktionen. Winddichtung Dicht verklebte bzw. aufgebrachte, diffussionsoffene Schicht, z. B. Kunststoffvlies, Weichfaserplatte, Putz, die auf der kalten Seite der Wärmedämmung liegt und verhindert, dass die Außenluft in die Dämmung eindringt, auskühlt und somit Wärmeverluste erzeugt. Die Winddichtung flankiert außerdem die Wirkung der luftdichten Schicht, indem sie verhindert, dass in der Dämmebene Unter- oder Überdruck entsteht, der Konvektion zwischen Raumluft und Dämmebene erzeugt. Die Winddichtheitsebene wird häufig auch als zweite wasserführende Schicht ausgeführt. Zellulose Zellulose ist der Hauptbestandteil von Holz und bildet zusammen mit Lignin und Hemicellulosen die Gerüstsubstanzen der Zellwände. Zellulose ist Rohstoff für die Papierherstellung. Eine häufige Anwendung im Holzbau ist Zellulosedämmung, die als Einblasdämmung in die Hohlräume von Tafelbauelementen eingebracht werden kann und kostengünstig sowie ökologisch hochwertig ist.

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DIN-Normen Die EU hat für eine Anzahl von Produkten Richtlinien erlassen, um insbesondere Sicherheit und Gesundheit der Anwender zu gewährleisten. Diese Richtlinien müssen in den Mitgliedsstaaten in verbindliche Gesetze und Verordnungen umgesetzt werden. Die Richtlinien selbst enthalten keine technischen Details, sondern nur verbindliche grundlegende Anforderungen. Die technischen Werte dafür sind in zugeordneten technischen Regeln und in Form von europaweit harmonisierten Normen (EN-Normen) festgelegt. Allgemein stellen technische Regeln Arbeitshinweise und Hilfsmittel für den Arbeitsalltag dar. Sie sind keine Rechtsvorschriften, sondern geben Entscheidungshilfen, bilden eine Richtschnur für einwandfreies technisches Vorgehen und /oder konkretisieren Inhalte von Verordnungen. Grundsätzlich steht die Anwendung der technischen Regeln jedermann frei. Erst wenn diese in Gesetzen, Verordnungen oder Vorschriften vorgesehen sind, werden sie rechtsverbindlich (z. B. im Baurecht) – oder wenn vertraglich die Verbindlichkeit einzelner Normen zwischen den Vertragspartnern festgelegt wird. Zu den technischen Regeln gehören u. a. DIN-Normen, VDI-Richtlinien und die als Regeln der Technik bezeichneten Werke (z. B. Technische Regeln für Gefahrstoffe TRGS). Die Normen unterscheiden sich in Produkt-, Anwendungs- und Prüfnormen. Oftmals beziehen sie sich nur auf eine spezifische Material- oder Produktgruppe. Diesen Normen liegen entsprechende Prüf- und Rechenmethoden für die jeweiligen Materialien zugrunde.Grundsätzlich gilt immer die neueste Version einer Norm, die dem Stand der Technik entsprechen soll. Eine neue oder überarbeitete Norm wird in Form eines Normentwurfs öffentlich zur Diskussion gestellt, um später als Norm verabschiedet zu werden. Welchen Ursprung und Einflussbereich eine Norm hat, lässt sich aus ihrer Bezeichnung ersehen: DIN plus Zählnummer (z. B. DIN 4108) besitzt überwiegend nationale Bedeutung (Entwürfe werden mit E und Vornormen mit V gekennzeichnet). Bei DIN EN plus Zählnummer (z. B. DIN EN 335) handelt es sich um die deutsche Ausgabe einer europäischen Norm, die unverändert von der europäischen Normungsorganisation CEN übernommen wurde. Bei DIN EN ISO (z. B. DIN EN ISO 13 786) spiegelt sich der nationale, europäische und weltweite Einflussbereich wider. Auf Grundlage einer Norm der internationalen Normungsorganisation ISO wurde eine europäische Norm erarbeitet, die als DIN-Norm übernommen wurde. Bei DIN ISO (z. B. DIN ISO 2424) handelt es sich um eine unveränderte Übernahme einer Norm der ISO als nationale Norm. Die nachfolgende Zusammenstellung ist eine Auswahl von Normen, die den Stand der Technik wiedergibt (Mai 2017). Verbindlich sind immer nur die Normblätter mit dem neuesten Ausgabedatum des DIN (Deutsches Institut für Normung e. V.). Freiwillige Vereinbarungen über das strikte Einhalten von Normen, die nicht baurechtlich gefordert werden sowie zusätzliche Eigenschaften und Anforderungen müssen vertragsrechtlich vereinbart werden. Der Hinweis in Verträgen, dass alle Normen einzuhalten sind, ist sinnlos und kann in Zukunft nicht mehr gelten. Um Widersprüche zu vermeiden, muss unbedingt festgelegt werden, welche Normen einzuhalten sind und welche Einzelheiten aus den Normen bei eventuellen Anforderungsstufen gelten sollen. DIN 4074-1:2012-06 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit – Teil 1: Nadelschnittholz DIN 4074-5:2008-12 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit – Teil 5: Laubschnittholz DIN 4102-1:1998-05 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Teil 1: Baustoffe; Begriffe, Anforderungen und Prüfungen DIN 4102-4:2016-05 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Teil 4: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile 2016-05 DIN 4108 Beiblatt 2:2006-03 Wärmeschutz und EnergieEinsparung in Gebäuden – Wärmebrücken – Planungsund Ausführungsbeispiele DIN 4108-2:2013-02 Wärmeschutz und Energie-Einspa-

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rung in Gebäuden – Teil 2: Mindestanforderungen an den Wärmeschutz DIN 4108-3:2014-11 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 3: Klimabedingter Feuchteschutz – Anforderungen, Berechnungsverfahren und Hinweise für Planung und Ausführung DIN 4108-7:2011-01 Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden – Teil 7: Luftdichtheit von Gebäuden – Anforderungen, Planungs- und Ausführungsempfehlungen sowie -beispiele DIN 4109 Beiblatt 2:1989-11 Schallschutz im Hochbau; Hinweise für Planung und Ausführung; Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz; Empfehlungen für den Schallschutz im eigenen Wohn- oder Arbeitsbereich DIN 4109-1:2016-07 Schallschutz im Hochbau – Teil 1: Mindestanforderungen DIN 20 000-1:2013-08 Anwendung von Bauprodukten in Bauwerken – Teil 1: Holzwerkstoffe DIN 20 000-7:2015-08 Anwendung von Bauprodukten in Bauwerken – Teil 7: Keilgezinktes Vollholz für tragende Zwecke nach DIN EN 15 497 DIN 68 800-1:2011-10 Holzschutz – Teil 1: Allgemeines DIN 68 800-2:2012-02 Holzschutz – Teil 2: Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau DIN 68 800-3:2012-02 Holzschutz – Teil 3: Vorbeugender Schutz von Holz mit Holzschutzmitteln DIN 68 800-4:2012-02 Holzschutz – Teil 4: Bekämpfungsund Sanierungsmaßnahmen gegen Holz zerstörende Pilze und Insekten DIN EN 300:2006-09 Platten aus langen, flachen, ausgerichteten Spänen (OSB) – Definitionen, Klassifizierung und Anforderungen; Deutsche Fassung EN 300:2006 DIN EN 301:2013-12 Klebstoffe, Phenoplaste und Aminoplaste, für tragende Holzbauteile – Klassifizierung und Leistungsanforderungen; Deutsche Fassung EN 301:2013 DIN EN 312:2010-12 Spanplatten – Anforderungen; Deutsche Fassung EN 312:2010 DIN EN 316:2009-07 Holzfaserplatten – Definition, Klassifizierung und Kurzzeichen; Deutsche Fassung EN 316:2009 DIN EN 338:2016-07 Bauholz für tragende Zwecke – Festigkeitsklassen; Deutsche Fassung EN 338:2016 DIN EN 350:2016-12 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten – Prüfung und Klassifizierung der Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten gegen biologischen Angriff; Deutsche Fassung EN 350:2016 DIN EN 622-4:2010-03 Faserplatten – Anforderungen – Teil 4: Anforderungen an poröse Platten; Deutsche Fassung EN 622-4:2009 DIN EN 622-5:2010-03 Faserplatten – Anforderungen – Teil 5: Anforderungen an Platten nach dem Trockenverfahren (MDF); Deutsche Fassung EN 622-5:2009 DIN EN 634-1:1995-04 Zementgebundene Spanplatten – Anforderungen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen; Deutsche Fassung EN 634-1:1995 DIN EN 634-2:2007-05 Zementgebundene Spanplatten – Anforderungen – Teil 2: Anforderungen an Portlandzement (PZ) gebundene Spanplatten zur Verwendung im Trocken-, Feucht- und Außenbereich; Deutsche Fassung EN 634-2:2007 DIN EN 635-2:1995-08 Sperrholz – Klassifizierung nach dem Aussehen der Oberfläche – Teil 2: Laubholz; Deutsche Fassung EN 635-2:1995 DIN EN 635-3:1995-08 Sperrholz – Klassifizierung nach dem Aussehen der Oberfläche – Teil 3: Nadelholz; Deutsche Fassung EN 635-3:1995 DIN EN 636:2015-05 Sperrholz – Anforderungen; Deutsche Fassung EN 636:2012 + A1:2015 DIN EN 975-1:2011-08 Schnittholz – Sortierung nach dem Aussehen von Laubholz – Teil 1: Eiche und Buche; Deutsche Fassung EN 975-1:2009 + AC:2010 DIN EN 1611-1:2002-11 Schnittholz – Sortierung nach dem Aussehen von Nadelholz – Teil 1: Europäische Fichten, Tannen, Kiefern, Douglasie und Lärchen (enthält Änderung 1:2002); Deutsche Fassung EN 1611-1:1999 + A1:2002

DIN EN 1912:2013-10 Bauholz für tragende Zwecke – Festigkeitsklassen – Zuordnung von visuellen Sortierklassen und Holzarten; Deutsche Fassung EN 1912:2012 + AC:2013 DIN EN 1991-1-1:2010-12 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke – Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau; Deutsche Fassung EN 1991-1-1:2002 + AC:2009 DIN EN 1991-1-1/NA:2010-12 Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 1-1: Allgemeine Einwirkungen auf Tragwerke – Wichten, Eigengewicht und Nutzlasten im Hochbau DIN EN 1995-1-1:2010-12 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeines – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN 1995-1-1:2004 + AC:2006 + A1:2008 DIN EN 1995-1-2:2010-12 Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall; Deutsche Fassung EN 1995-1-2:2004 + AC:2009 DIN EN 1995-1-2/NA:2010-12 Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter – Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall DIN EN 12 369-1:2001-04 Holzwerkstoffe – Charakteristische Werte für die Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken – Teil 1: OSB, Spanplatten und Faserplatten; Deutsche Fassung EN 12369-1:2001 DIN EN 13 168:2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Holzwolle (WW) – Spezifikation; Deutsche Fassung EN 13 168:2012 + A1:2015 DIN EN 13 171:2015-04 Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Holzfasern (WF) – Spezifikation; Deutsche Fassung EN 13 171:2012 + A1:2015 DIN EN 13 353:2011-07 Massivholzplatten (SWP) – Anforderungen; Deutsche Fassung EN 13353:2008 + A1:2011 DIN EN 13 501-1:2010-01 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten; Deutsche Fassung EN 13 501-1:2007 + A1:2009 DIN EN 13 501-2:2016-12 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten – Teil 2: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Feuerwiderstandsprüfungen, mit Ausnahme von Lüftungsanlagen; Deutsche Fassung EN 13 501-2:2016 DIN EN 13 986:2015-06 Holzwerkstoffe zur Verwendung im Bauwesen – Eigenschaften, Bewertung der Konformität und Kennzeichnung; Deutsche Fassung EN 13 986:2004 + A1:2015 DIN EN 14 080:2013-09 Holzbauwerke – Brettschichtholz und Balkenschichtholz – Anforderungen; Deutsche Fassung EN 14 080:2013 DIN EN 14 081-1:2016-06 Holzbauwerke – Nach Festigkeit sortiertes Bauholz für tragende Zwecke mit rechteckigem Querschnitt – Teil 1: Allgemeine Anforderungen; Deutsche Fassung EN 14 081-1:2016 DIN EN 14 279:2009-07 Furnierschichtholz (LVL) – Definitionen, Klassifizierung und Spezifikationen; Deutsche Fassung EN 14279:2004 + A1:2009 DIN EN 14 374:2016-07-Entwurf Holzbauwerke – Furnierschichtholz (LVL) – Anforderungen; Deutsche und Englische Fassung prEN 14 374:2016 DIN EN 15 026:2007-07 Wärme- und feuchtetechnisches Verhalten von Bauteilen und Bauelementen – Bewertung der Feuchteübertragung durch numerische Simulation; Deutsche Fassung EN 15 026:2007 DIN EN 15 251:2012-12 Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik; Deutsche Fassung EN 15 251:2007 DIN EN 15 283-1:2009-12 Faserverstärkte Gipsplatten – Begriffe, Anforderungen und Prüfverfahren – Teil 1:

Gipsplatten mit Vliesarmierung; Deutsche Fassung EN 15 283-1:2008 + A1:2009 DIN EN 15 425:2017-05 Klebstoffe – EinkomponentenKlebstoffe auf Polyurethanbasis (PUR) für tragende Holzbauteile – Klassifizierung und Leistungsanforderungen; Deutsche Fassung EN 15 425:2017 DIN EN 15 497:2014-07 Keilgezinktes Vollholz für tragende Zwecke – Leistungsanforderungen und Mindestanforderungen an die Herstellung; Deutsche Fassung EN 15 497:2014 DIN EN 15 804:2014-07 Nachhaltigkeit von Bauwerken – Umweltproduktdeklarationen – Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte; Deutsche Fassung EN 15804:2012 + A1:2013 DIN EN 15 978:2012-10 Nachhaltigkeit von Bauwerken – Bewertung der umweltbezogenen Qualität von Gebäuden – Berechnungsmethode; Deutsche Fassung EN 15 978:2011 DIN EN 16 449:2014-06 Holz und Holzprodukte – Berechnung des biogenen Kohlenstoffgehalts im Holz und Umrechnung in Kohlenstoffdioxid; Deutsche Fassung EN 16 449:2014 DIN EN ISO 717-2:2013-06 Akustik – Bewertung der Schalldämmung in Gebäuden und von Bauteilen – Teil 2: Trittschalldämmung (ISO 717-2:2013); Deutsche Fassung EN ISO 717-2:2013 DIN EN ISO 10 456:2010-05 Baustoffe und Bauprodukte – Wärme- und feuchtetechnische Eigenschaften – Tabellierte Bemessungswerte und Verfahren zur Bestimmung der wärmeschutztechnischen Nenn- und Bemessungswerte (ISO 10 456:2007 + Cor. 1:2009); Deutsche Fassung EN ISO 10 456:2007 + AC:2009 DIN EN ISO 14 044:2006-10 Umweltmanagement – Ökobilanz – Anforderungen und Anleitungen (ISO 14 044:2006); Deutsche und Englische Fassung EN ISO 14 044:2006 SIA 102:2014-11; SN 508102:2014-11: Ordnung für Leistungen und Honorare der Architektinnen und Architekten SIA 112:2014; SN 509112:2014 Modell Bauplanung – Verständigungsnorm SIA 265:2012 Holzbau

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Abbildungsnachweis Allen, die durch Überlassung ihrer Bildvorlagen, durch Erteilung von Reproduktionserlaubnis und durch Auskünfte am Zustandekommen des Buches mitgewirkt haben, sagen die Autoren und der Verlag aufrichtigen Dank. Sämtliche Zeichnungen in diesem Werk sind eigens angefertigt. Urheber der Grafiken und tabellarischen Darstellungen, zu denen keine andere Quelle angegeben ist, sind die Autoren und deren Mitarbeiter. Fotos, zu denen kein Fotograf genannt ist, sind Architektenaufnahmen, Werkfotos oder stammen aus dem Archiv der Zeitschrift DETAIL. Trotz intensiven Bemühens konnten wir einige Urheber der Abbildungen nicht ermitteln, die Urheberrechte sind jedoch gewahrt. Wir bitten in diesen Fällen um entsprechende Nachricht. Die Zahlen beziehen sich auf die Abbildungsnummern.

Vorwort

Gataric Fotografie

Teil A A

Christian Schittich

Entwicklung des mehrgeschossigen Holzbaus A 1.1 aus: Weston, Richard: Utzon – Inspiration, Vision, Architektur. Kiel 2001, S. 48 A 1.2 HGPhotography A 1.3 mykyotomachiya.com A 1.4 Sergio Somavilla A 1.5 Bernard Gagnon A 1.6 Neckar-Magazin, Esslingen / Neckar A 1.7 Peter Bonfig A 1.8 Bernd Borchardt A 1.9 Roland Pawlitschko A 1.10 TU München, Professur für Entwerfen und Holzbau, Univ. Prof. DI Hermann Kaufmann A 1.11 Waugh-Thistleton Architects A 1.12 Artec Arkitekter A 1.13 RLP Rüdiger Lainer + Partner Ressource Holz A 2.1 Friedrich Böhringer A 2.2 Tourist-Information Einbeck A 2.3 Münchner Stadtmuseum, Sammlung Graphik / Gemälde A 2.4, 2.5 Gerd Wegener / Ralf Rosin, Holzforschung München A 2.6 TU München, Professur für Entwerfen und Holzbau, Univ. Prof. DI Hermann Kaufmann A 2.7, 2.8 Ralf Rosin, Holzforschung München A 2.9 aus: Kaufmann, Hermann; Nerdinger, Winfried (Hrsg.): Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft. München, London, New York 2012, S. 17 A 2.10 Michael Christian Peters / Pollmeier Massivholz Vollholzprodukte und Holzwerkstoffe A 3.1a–d Heyer, Hans-Joachim, Werkstatt für Photographie, Universität Stuttgart A 3.1e SWISS KRONO A 3.1f proHolz A 3.1g Holzabsatzfonds, Bonn A 3.1h Mathias Kestel A 3.1i – l Holzabsatzfonds, Bonn A 3.1m Mathias Kestel A 3.1n ARGE Holz, Düsseldorf A 3.1o – q Holzabsatzfonds, Bonn A 3.1r Mathias Kestel A 3.2 nach: Rüter, Sebastian; Diederichs, Stefan: Ökobilanz-Basisdaten für Bauprodukte aus Holz. Arbeitsbericht aus dem Institut für Holztechnologie, Nr. 2012/1; Hrsg. vom Johann Heinrich von Thünen-Institut. Hamburg 2012

268

Lebenszyklusanalyse A 4.1 sps÷architekten, Thalgau A 4.2 aus: Kaufmann, Hermann; Nerdinger, Winfried (Hrsg.): Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft. München, London, New York 2016, S. 52 A 4.3 Hafner, Annette, Schäfer, Sabrina: Methodenentwicklung zur Beschreibung von Zielwerten zum Primärenergieaufwand und CO2-Äquivalent von Baukonstruktionen zur Verknüpfung mit Grundstücksvergaben und Qualitätssicherung bis zur Entwurfsplanung. Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Aktenzeichen 31943/01 A 4.4 Annette Hafner A 4.5 aus: Kaufmann, Hermann; Nerdinger, Winfried (Hrsg.): Bauen mit Holz – Wege in die Zukunft. München, London, New York 2016, S. 47 A 4.6 Stefan Müller-Naumann Raumluftqualität – Einflüsse des Holzbaus A 5.1 Adolf Bereuter A 5.2 nach: Leitwerte für TVOC in der Innenraumluft. Zusammengestellt von der Ad-hocArbeitsgruppe. Hrsg. vom Umwelbundesamt. Dessau 2007 A 5.3 nach: Wikipedia A 5.4 aus: Holzmann, Gerhard; Wangelin, Matthias; Bruns, Rainer: Natürliche und Pflanzliche Baustoffe. Wiesbaden 2012, S. 26 A 5.5 aus: Bauen und Leben mit Holz. Hrsg. vom Informationsdienst Holz. März 2013, S. 23 A 5.6 aus: Holzmann, Gerhard; Wangelin, Matthias; Bruns, Rainer: Natürliche und pflanzliche Baustoffe. Wiesbaden 2012, S. 33 A 5.7 TU München, Professur für Entwerfen und Holzbau, Univ. Prof. DI Hermann Kaufmann A 5.8 nach: Thünen Institut sowie Holzmann, Gerhard; Wangelin, Matthias; Bruns, Rainer: Natürliche und pflanzliche Baustoffe. Wiesbaden 2012, S. 32 A 5.9 TU München, Professur für Entwerfen und Holzbau, Univ. Prof. DI Hermann Kaufmann A 5.10 TU München, Professur für Entwerfen und Holzbau, Univ. Prof. DI Hermann Kaufmann A 5.11 nach: Paulitsch, Michael; Barbu, Marius C.: Holzwerkstoffe der Moderne. LeinfeldenEchterdingen 2015, S. 418 A 5.12 Stefan Müller-Naumann A 5.13 aus: König, Holger: Baustoffe – Lebenszyklusanalyse als Planungsinstrument. In: Djahanschah, Sabine; Kaufmann, Hermann; Nagler, Forian (Hrsg.): Schmuttertal-Gymnasium. Architektur – Pädagogik – Ressourcen. DBU Bauband 1. München 2016, S. 84 A 5.14 nach: Raumluftqualität – Grundlagen und Massnahmen für gesundes Bauen. Hrsg. von Lignum. Zürich 2013, S. 27

Teil B B

Eckhart Matthäus / lattkearchitekten

Struktur und Tragwerk B 1.1 Darko Todorovic B 1.7 a Architekten Hermann Kaufmann B 1.7 b, 1.10 Bernd Borchardt B 1.15 a proHolz Polaris B 1.15 b Bernd Borchardt B 1.15 c Architekten Hermann Kaufmann B 1.17 ETH Zürich B 1.18 TU München, Professur für Entwerfen und Holzbau, Univ. Prof. DI Hermann Kaufmann B 1.20 a Margherita Spiluttini, © Architekturzentrum Wien, Sammlung

Bauteile und Bauelemente B 2.1, 2.2 Matthias Kestel B 2.8 STEICO SE B 2.16 proHolz Polaris B 2.22 Finnforrest B 2.27 Bernd Borchardt B 2.31, 2.37 Matthias Kestel B 2.42 Ökoberatung G. Bertsch B 2.49 Binderholz GmbH B 2.53 Peter Cheret B 2.57 Architekten Hermann Kaufmann

Teil C C

ARTEC

Schutzfunktionen C 1.1 abcmedia – Fotolia C 1.2 nach MBO (2012) C 1.3 nach DIN 4102-2 und DIN EN 13 501-2 C 1.4 nach Deutsches Institut für Bautechnik: Bauregelliste – Bauregelliste A, Bauregelliste B und Liste C. Ausgabe 2015/2 C 1.5, 1.6 Technische Universität München C 1.7 nach EN 1995-1-2 C 1.9 Stefan Winter C 1.10 Dianna Snape C 1.11 Emma Cross photographer C 1.16 a aus: Zeumer, Martin; El khouli, Sebastian; John, Viola: Nachhaltig konstruieren. München 2014 C 1.17 Huber & Sohn GmbH & Co. KG, Bachmehring C 1.18 Midroc, Foto: Martin Johansson C 1.19 a Foto: Bosch C 1.19 b Hilti, Kaufering C 1.20 David Borland C 1.21, 1.22 Stefan Winter C 1.23 Christian Schittich Stefan Winter C 1.24 C 1.25 Holzforschung Austria /Grüll C 1.26 Thomas Madlener C 1.27 Stein, René; Schneider, Patricia; Kleinhenz, Miriam u. a.: Fassadenelemente für Hybridbauweisen – Vorgefertigte, integrale Fassadenelemente in Holzbauweise zur Anwendung im Neubau hybrider Stahlbetonhochbauwerke (unveröffentlicht). Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, Lehrstuhl für energieeffizientes und nachhaltiges Planen und Bauen & Lehrstuhl für Massivbau. Technische Universität München 2016 Sommerlicher Wärmeschutz C 2.1, 2.2 aus: Ferk, Heinz; Rüdisser, Daniel u. a., proholz Austria (Hrsg.): Sommerlicher Wärmeschutz im Klimawandel – Einfluss der Bauweise und weitere Faktoren. In: att.zuschnitt. Wien 2016 C 2.3, 2.4 Daniel Rüdisser / Labor für Bauphysik der TU Graz C 2.5, 2.6 aus: Ferk, Heinz; Rüdisser, Daniel u. a., proholz Austria (Hrsg.): Sommerlicher Wärmeschutz im Klimawandel – Einfluss der Bauweise und weitere Faktoren. In: att.zuschnitt. Wien 2016 Schichtenaufbau der Gebäudehülle C 3.1 Bruno Klomfar C 3.2 nach: Informationsdienst Holz und www.dataholz.com C 3.4 Huber & Sohn GmbH & Co. KG, Bachmehring C 3.6 nach: Winter, Stefan; Merk, Michael: Verbundforschungsprojekte Holzbau der Zukunft – Teilprojekt TP 02 – Brandsicherheit im mehrgeschossigen Holzbau. Technische Universität München, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion. München 2009

C 3.7 C 3.8 C 3.9 C 3.16 a

C 3.16 b

C 3.17 a

C 3.17 b

C 3.20 C 3.22 C 3.28

Adolf Bereuter Michael Meuter Bernd Borchardt in Anlehnung an DIN 68 800-2, A7; nach: Merk, Michael u. a.: Erarbeitung weiterführender Konstruktionsregeln /-details für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise der Gebäudeklasse 4. Stuttgart 2014 in Anlehnung an DIN 68 800-2, A4; nach: Merk, Michael u. a.: Erarbeitung weiterführender Konstruktionsregeln /-details für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise der Gebäudeklasse 4. Stuttgart 2014 in Anlehnung an DIN 68 800-2, A5; nach: Merk, Michael u. a.: Erarbeitung weiterführender Konstruktionsregeln /-details für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise der Gebäudeklasse 4. Stuttgart 2014 in Anlehnung an DIN 68 800-2, A2; nach: Merk, Michael u. a.: Erarbeitung weiterführender Konstruktionsregeln /-details für mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise der Gebäudeklasse 4. Stuttgart 2014 Bernd Borchardt nach DIN 68 800 bzw. www.dataholz.com RADON photography / Norman Radon

Schichtenaufbau von Innenbauteilen C 4.1 Ed White Photographics C 4.8 Köhnke, Ernst Ulrich: Schallschutztechnische Ausführungsfehler an Holzdecken, Beitrag zum 4. HolzBauSpezial: Akustik und Brandschutz im Holz- und Innenausbau (ISB 2013) Bad Wörishofen 2013 Gebäudetechnik – Besonderheiten im Holzbau C 5.1 Kiefer Holzbau GmbH & Co. KG, Stockach Informationsdienst Holz, Düsseldorf C 5.2 C 5.3 Manfred Mühe C 5.6 Informationsdienst Holz, Düsseldorf C 5.7 Eisedicht, Rinteln Kaiser GmbH & Co. KG, Schalksmühle C 5.10 C 5.11 Holzforschung Austria C 5.12 Informationsdienst Holz, Düsseldorf C 5.21, 5.22 Stefan Winter

Teil D D

Planung D 1.1 D 1.5 D 1.9 a D 1.9 b D 1.9 c

courtesy of University of British Columbia

TU München Professur für Entwerfen und Holzbau Gumpp & Maier, Binswangen Merz Kley Partner Architekten Hermann Kaufmann Kaufmann Bausysteme

Produktion D 2.1 BDF / Vennenbernd, Bad Honnef D 2.2 Hajotthu, CC BY-SA 3.0 D 2.3 AxelHH, Wikipedia D 2.4, 2.5 Hans Hundegger AG D 2.7 Weinmann Holzbausystemtechnik GmbH D 2.8 a Renggli AG – Schötz, Schweiz D 2.8 b, c Weinmann Holzbausystemtechnik GmbH Vorfertigung D 3.1 RADON photography / Norman Radon D 3.2 Huber & Sohn GmbH & Co. KG D 3.3 b lattkearchitekten D 3.4 b Darko Todorovic / Cree D 3.5 b Ignacio Martinez D 3.7 RADON photography / Norman Radon

D 3.11 D 3.13 b D 3.13 d D 3.13 f D 3.14 a D 3.15

thomasmayerarchive.de Vielstädte Holzbau GmbH & Co. KG Stefan Müller-Naumann Architekten Hermann Kaufmann Architekten Hermann Kaufmann Ignacio Martinez

Lösungen für die Gebäudemodernisierung D 4.1 lattkearchitekten D 4.2 Gumpp & Maier, Binswangen D 4.4 Bruno Klomfar D 4.5 Dominik Reipka D 4.6 Martin Lukas Kim D 4.11 Alexander Gempeler D 4.20 Eckhart Matthäus / lattkearchitekten

S. 228, 230, 231 S. 232, 233, 234 unten, 235 oben S. 235 unten S. 236, 239 –241 S. 237, 238 S. 242, 244 S. 245 S. 246 –248 S. 250, 251, 253 S. 252 S. 254, 255 links, 256 oben, 257

@ photo.Abbadie.Herve Hanspeter Schiess Cukrowicz Nachbaur Architekten Carolin Hirschfeld Stefan Müller-Naumann thomasmayerarchive.de RADON photography / Norman Radon Lignotrend, Weilheim-Bannholz / Fotografie Uwe Röder, Bischweier Walter Ebenhofer Fink Thurnher Architekten Adolf Bereuter

Teil E E

Mikko Auerniitty

Fügen im Detail S. 161 Gataric Fotografie S. 162 Hanspeter Schiess Pietro Savorelli S. 163 S. 164 Adolf Bereuter S. 165 RADON photography / Norman Radon Projektbeispiele S. 166 S. 167

KK Law; naturally:wood courtesy of Seagate Structures. Photographer: Pollux Chung S. 168 unten Stefen Errico S. 169 oben links Neil Taberner S. 169 oben mitte Neil Taberner S. 169 oben rechts Stefen Errico S. 170 –173 Bernd Borchardt S. 174, 175, 177 Pietro Savorelli S. 176 proHolz Polaris S. 178 oben Michael Meuter S. 178 unten Jakob Schoof S. 179 Giuseppe Micciché S. 180, 181 oben pool Architekten S. 181 unten Giuseppe Micciché Mikko Auerniitty S. 182, 183, 185 S. 184 Juha Pakkala S. 186 –188 Sebastian Schels S. 189 Deppisch Architekten S. 190, 191, 193 Florian Holzherr S. 192 Bucher-Beholz Architekten S. 194 oben Eva Schönbrunner S. 194 unten, 195, 196 Stefan Müller-Naumann S. 198 links S. 198 rechts S. 199 S. 200 oben S. 200 unten S. 201 S. 202 oben, 203 S. 202 unten S. 204 S. 206 –210 S. 211–213 214, 215, 218 217 links, mitte 217 rechts S. 220 –223 S. 224 –225, 227 S. 226 oben S. 226 unten

Sihltal Zürich Uetliberg Bahn SZU AG, www.szu.ch burkhalter sumi architekten Unirenova (Stephanie Künzler) Pino Ala Heinz Unger burkhalter sumi architekten lattkearchitekten Eckhart Matthäus Guido Koeninger, Firma Keimfarben Gataric Fotografie KAMPA GmbH Bruno Klomfar Thomas Giradelli Darko Todorovic Christian Flatscher Ed White Photographics ©2015 Photography by MAG (Michael Green Architecture, Vancouver) Courtesy of Forestry Innovation Investment

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Sachwortregister A Abbrandrate /-verhalten ∫ 18ff., 75 Abbund ∫ 139ff., 142, 260 Abbundmaschine ∫ 147 Abdichtungsebene ∫ 127 Abschottungssysteme ∫ 125f. Abtropfkante ∫ 85 Acetylierung /acetyliertes Holz ∫ 84 additive Fertigung ∫ 139ff., 147 Anisotropie/anisotrop ∫ 54f., 60, 260 Anschlüsse ∫ 160ff. Träger / Decke ∫ 56 Arbeitsplatz, ergonomisch ∫ 142f. Aufbauhöhe, gering ∫ 57 Aufbeton ∫ 42f., 64 Aufdachdämmung, Flachdach ∫ 104 Auflager ∫ 155 Auflagersituationen ∫ 61, 63, 68 Aufmaß ∫ 144, 151 Aufstockung ∫ 151ff., 198ff. Ausführungsplanung ∫ 132, 134, 137 Ausgleichsschüttung ∫ 116 Ausschreibung, funktional ∫ 132f., 135 außen gedämmte Konstruktionen ∫ 93, 96, 98f. Außenwand, zwischengedämmt ∫ 96, 99 Außenwandbekleidung / Fassade, hinterlüftet / belüftet ∫ 94f., 98f., 101 Außenwandkonstruktion ∫ 85 äußere Bekleidungsschicht ∫ 94 äußere Zusatzdämmung ∫ 93 Aussteifung ∫ 46f., 51f., 54f. Aussteifungselemente ∫ 46f. Auswechslung ∫ 51f., 58 automatisiertes Konfektionieren ∫ 147 Automatisierung ∫ 138 B Balkendecke ∫ 58, 67ff. Balkenlage ∫ 39 Balkenschichtholz ∫ 20 bauaufsichtliche Zulassung ∫ 54f., 130 Bauelemente ∫ 50ff., 260 Baufurniersperrholz ∫ 19, 22f. Bauphase, Feuchteschäden ∫ 143 Bauphysik ∫ 123ff., 137 Bauproduktenverordnung (BauPVO) ∫ 82 Bauproduktenrichtlinien ∫ 18 Baurecht ∫ 137, 154, 156 Baustelleneinhausung ∫ 81 Baustoffklassen ∫ 73 Bauteam-Modelle ∫ 133 Bauteilbibliothek ∫ 136 Bauteildicken ∫ 86 Bauteile ∫ 50ff., 137 Bauteilklassen ∫ 73 Bauteilschichten ∫ 92 Bauwerksanalyse ∫ 144, 150f. Bauwerksschutz ∫ 151 Be- und Hinterlüftung der Fassade ∫ 78, 81, 85 Befestigung, schallentkoppelt ∫ 117 Bekleidung, außen ∫ 94, 100, 118 Beplankung ∫ 39, 51ff., 57, 59f., 100, 260 Beschattung ∫ 90 Beton ∫ 42f. Betonbau ∫ 47 Bewehrung ∫ 64f. Bewitterung ∫ 85 Biegefestigkeit ∫ 18ff. Biegesteifigkeit ∫ 47 Biegeträger ∫ 48 BIM-Methode ∫ 135f., 260 Bindemittel ∫ 18, 21ff. Bleche, eingeklebt ∫ 64f. Blockbau ∫ 10, 39, 260

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Blower-Door-Test ∫ 80f., 98, 260 Bodenaufbau ∫ 115 Bodenbelag ∫ 145 Brandabschnitte ∫ 125 brandabschnittsbildende Wände ∫ 123f. Brandbarriere ∫ 95 Brandentstehungsrisko ∫ 72 Brandentwicklung /-entstehungsphase ∫ 74f. Brandlast ∫ 72,74 Brandmelder ∫ 77 Brandschott ∫ 95, 260 Brandschutz ∫ 43f., 69, 72ff., 101, 114, 123f., 126, 137 Aufstockung ∫ 154 Fassade ∫ 94, 156 Brandschutzbekleidung ∫ 75, 145 Brandsicherheit ∫ 42 Brandverhalten ∫ 18ff., 74, 75 Brennbarkeit ∫ 72ff. Brettlagen ∫ 54, 62 Brettlamellen ∫ 51, 57 Brettschalung ∫ 58f., 85 Brettschichtholz (BSH) ∫ 19ff., 52, 53, 56, 59, 166ff., 198ff., 214ff., 224ff., 236ff., 242ff., 246ff., 250ff., 260 Brettschichtholzrippen ∫ 220ff., 246ff. Brettschichtholzstütze ∫ 166ff. Brettsperrholz (BSP) ∫ 19ff., 38ff., 46f., 54, 62, 147, 164, 166ff., 170ff., 174ff., 182ff., 186ff., 194ff., 211ff., 220ff., 224ff., 228ff., 242ff., 250ff., 254ff., 260 Brettsperrholzdecke ∫ 62, 67ff., 163 Brettsperrholzwand ∫ 54, 66, 100f., 163 Brettstapel ∫ 39, 260 Brettstapeldecke ∫ 57, 64f., 67ff., 161f., 170ff., 206ff., 232ff., 250ff. Brettstapelkonstruktion ∫ 38ff.,178ff. Brettstapelwand ∫ 51, 66 Brüstungsriegel ∫ 51ff. Brüstungsträger ∫ 54 Buchenholz/Buche ∫ 19, 22f., 48, 51, 55, 63, 67 C C-Gehalt / Kohlenstoffgehalt ∫ 18ff. CAM-Daten ∫ 135, 260 chemischer Holzschutz ∫ 84, 261 CNC-Abbund ∫ 134, 139ff., 147 CNC-Fräsen ∫ 53, 60, 135, 260 CO2-Äquivalent ∫ 24 CO2-Senke ∫ 7, 102 CO2-Speicher ∫ 67f. D Dachkonstruktionen, geneigt ∫ 95 Dämmebene ∫ 93 Dämmung ∫ 86 Dampfbremse ∫ 98ff., 104, 260 Decken gegen Außenraum ∫ 103 Deckenauflager ∫ 44f. Deckenkonstruktionen ∫ 58 Deckenspannrichtung ∫ 63 Diagonalschalung ∫ 52, 58f., 66 Dichtungsebene ∫ 81 Dielendecke ∫ 39 Diffusion ∫ 79f. diffusionshemmende Anstriche ∫ 82, 85 ,87 diffusionsoffene Beplankung ∫ 98f. diffusionsoffene Folie ∫ 85, 97 digitale Prozesskette ∫ 135ff. Doppelboden ∫ 116 Doppelwand ∫ 119 Douglasie ∫ 20ff. Dränageebene ∫ 81, 94 Dreischichtplatte ∫ 19ff., 51, 58ff. Druckfestigkeit ∫ 45 Duo / Triobalken ∫ 19ff. Durchbiegungsverhalten ∫ 42 Durchdringungen ∫ 122f., 124f. Durchfeuchtungen ∫ 126

E E-Modul ∫ 48, 260 Einbaufeuchte ∫ 138 Einblasdämmung ∫ 80f. Einfachwände ∫ 119f. Einschichtplatte ∫ 19ff. Elastomerlager ∫ 121 Elektroinstallationen ∫ 124 Elemente, flächig / linear ∫ 144ff. Elementstoß ∫ 62f., 145, 148f. Energieplushaus ∫ 86 Energiesparverordnung (EnEV) ∫ 86f. Entkoppelung ∫ 45, 83, 118, 120 Entwurfsphase ∫ 131, 145f. Entwurfsplanung ∫ 134, 137 Erdbebensicherheit ∫ 10, 44, 47f., 152, 155, 174 Ergänzung / Ertüchtigung Dachstuhl ∫ 153f. ergonomische Arbeitsbedingungen ∫ 142f. Erschließungskern ∫ 41, 43, 47, 149 Erweiterung ∫ 143 Estrich ∫ 82f., 87, 115f., 145 F Fachwerkbau ∫ 11f. Fachwerkträger ∫ 56 Farbbehandlung /-beschichtung ∫ 85 Faserrichtung /-verlauf ∫ 51, 54f., 63 Faserwerkstoffe ∫ 18, 22, 38 Fassade, Gebäudemodernisierung ∫ 148f., 154ff., 202ff. Fassaden, hinterlüftet ∫ 94f., 98f., 101, 260 Fassadenbekleidungen ∫ 78 Fäulnisschaden ∫ 126 feingesägte Oberfläche ∫ 85 Fenstereinbau ∫ 156 Fertigung additiv/subtraktiv ∫ 139ff., 147 industrialisiert ∫ 38, 148 Fertigungsmethoden ∫ 147f. Festigkeiten ∫ 48 feuchteadaptive Dampfbremse ∫ 99f., 104 Feuchtegehalt ∫ 18, 79, 82, 138 Feuchteleckagen ∫ 80f. Feuchteschäden, Bauphase ∫ 143 Feuchteschutz ∫ 79ff. Feuchträume ∫ 126f. Feuerwiderstand ∫ 54, 73ff., 260 Feuerwiderstandsklasse ∫ 74, 76 Flachdach ∫ 99, 103ff. Fläche ∫ 38ff. flächige Elemente ∫ 145 Flachstahlschlösser in Sägenut ∫ 65 Flankenschallübertragung ∫ 121 Flankenverleimung ∫ 54 Flockstation ∫ 141 Fluchtweg ∫ 72f. Formaldehyd ∫ 32ff., 260 Formschluss ∫ 64 Fräsroboter, computergesteuert ∫ 52, 140 Fügen ∫ 106f., 108, 120, 148f. Fugen ∫ 97, 121, 126, 156 funktionale Ausschreibung ∫ 132f., 135 Furniere ∫ 22 Furnierschichtholz (FSH) ∫ 19, 22f.,38f., 55f., 60, 63, 260 Furnierschichtholz Buche ∫ 48, 55, 67, 242ff. Furnierschichtholzdecke ∫ 63, 67ff. Furnierschichtholzplatte ∫ 60, 63 Furnierschichtholzwand ∫ 55, 66 G Gebäudeaussteifung ∫ 41, 46ff., 55, 57, 62 ,63 Gebäudehülle ∫ 92, 143, 154 Gebäudeklassen ∫ 73f.,76 Gebäudemodernisierung ∫ 150ff. Gebäudetechnik ∫ 122ff.

Gebrauchsklassen (GK 0–5) ∫ 84 gekrümmte Fläche ∫ 54f. Genehmigungsplanung ∫ 134 geneigte Dachkonstruktionen ∫ 10, 95, 106 Glaserverfahren ∫ 79 Grundgeräuschpegel ∫ 82 Grundlagenermittlung ∫ 134 H Hartholz ∫ 52 Hartholzdübel ∫ 51, 54, 57 ,66 Hartschott ∫ 126 Haustechnik ∫ 122ff., 137 hinterlüftet ∫ 85 hinterlüftete Fassaden ∫ 94f., 98f., 101 hinterlüftetes Flachdach ∫ 105 Hochhaus(grenze) ∫ 12f.,15, 46f., 73ff., 77ff., 95, 102 Hohlkasten ∫ 60, 261 Hohlraumboden ∫ 116 Hohlraumdämmung ∫ 118 Holz-Beton-Verbunddecke (HBV-Decke) ∫ 38 ,40ff., 45, 64f., 67ff.,149, 165, 170ff., 214ff., 236ff. Holz-Beton-Verbundkonstruktion ∫ 42f. Holz-Stahl-Hybridbauweise ∫ 190 Holz, technisch getrocknet ∫ 140 Holzarten ∫ 18ff. Holzbauingenieur ∫ 136 Holzbauunternehmen ∫ 140ff. Holzfeuchte ∫ 79, 84, 261 Holzschutz ∫ 84, 261 Holzwerkstoffe ∫ 18ff., 261 Holzwerkstoffplatte ∫ 81 Holzwirtschaft ∫ 15 Holzwolle-Leichtbauplatte ∫ 19, 22f. Homogenisierung ∫ 55 Horizontallasten ∫ 155 Hybridbauweise ∫ 41ff., 46, 64, 149, 156, 261 hygroskopisch ∫ 82 I industrialisierte Fertigung ∫ 148 Industrialisierung ∫ 141, 148 industrielle Vorkonfektionierung ∫ 139 Informationsmodelle ∫ 136 Inhomogenität(en) ∫ 51, 54f., 57, 60 Innenwände ∫ 118 innere Bekleidung ∫ 100 innere Zusatzdämmung ∫ 94 Installationsschacht ∫ 125 Installationen in Außenwänden ∫ 123 Installationen in Dächern ∫ 124 Installationen in Decken ∫ 124 Installationen in Trennwänden ∫ 123f. Installationsebene ∫ 101, 118, 125 integrativer Planungsansatz ∫ 133f., 136 intumeszierendes Material ∫ 121, 125f., 261 J Jahresenergieverbrauch ∫ 86 K Kabelschott ∫ 126 Kaminwirkung ∫ 78, 81 Kapselkriterium ∫ 75 Kaskaden- bzw. Mehrfachnutzung ∫ 18, 27f. Kastendecke ∫ 38f., 60, 67ff., 198ff., 220ff. Kastenelemente ∫ 246 Kastenträger ∫ 56, 261 keilgezinkt / keilgezinktes Vollholz ∫ 19f., 261 Kerve ∫ 64f. Klebstoffe ∫ 18, 21ff., 66, 67 Klimaneutralität ∫ 25, 261 Kohlenstoff-Fußabdruck ∫ 24, 27, 28 Kohlenstoffsenke ∫ 24 Kohlenstoffspeicher ∫ 24ff., 102, 261

Kondensat ∫ 30, 93ff., 97f., 104, 261 Konfektionieren, automatisiert ∫ 147 Konservierung von Baumstämmen ∫ 138 Konstruktion, außen gedämmt ∫ 93, 98f. Konstruktionsvollholz (KVH) ∫ 19ff., 52, 56, 261 konstruktiver Holzschutz ∫ 84 Konvektion ∫ 80f., 87, 261 Körperschallschutz ∫ 83, 262 kraftschlüssige Verbindung ∫ 51, 53 Krananlage ∫ 140 Kriechverhalten ∫ 49 Kühlung, natürlich ∫ 90 Kyoto-Protokoll ∫ 24f. L Lagenwerkstoffe ∫ 20f., 52 Langspanholz ∫ 19, 22f. Langzeitlagerung ∫ 138 Lastabtragung Fassade ∫ 155f. Lastabtragung ∫ 101, 151ff. Lasur ∫ 85 Lattung ∫ 85, 262 Laubholz ∫ 7, 16ff., 48, 81 Lebenszyklusanalyse ∫ 24 Leckage ∫ 80, 97, 127, 262 Leerform ∫ 54f. Leerrohrverbinder ∫ 65 Leichtbauelemente ∫ 39 leichter Holzbauträger /-stütze ∫ 19ff. Leimanteil ∫ 55, 66f. leimfreie / klebstofffreie Konstruktion ∫ 39, 51f., 58, 66 Leimholz ∫ 33 Leiterträger ∫ 52f. Leitungsführung ∫ 123f. Lignin ∫ 85 lineare Elemente ∫ 144f. lineares Auflager ∫ 68 Loggia ∫ 103f., 155 luftdichte Ebene / Luftdichtheitsebene ∫ 80, 97, 123, 125, 262 Luftdichtheit ∫ 80, 83, 86f., 120, 262 Luftschalldämmmaß ∫ 82f., 100 Luftschallschutz ∫ 83, 262 Lüftungskanäle ∫ 124 Luftwechsel ∫ 80, 90f. M Massivholzbau ∫ 40f., 93, 102, 107, 127, 262 Massivholzelemente ∫ 39 Maßpräzision ∫ 140, 142 Materialbedarf ∫ 67, 68 Materialkombinationen ∫ 41 Mauerwerksbau ∫ 44f. mitteldichte Faserplatte ∫ 19, 22f. Modulbauweise ∫ 145ff., 242ff. Montage ∫ 107, 142ff. Multifunktionsbrücke ∫ 139, 141 Musterbauordnung (MBO) ∫ 73 N Nasslagerung ∫ 138 Naturbrandversuche ∫ 95 natürliche Kühlung ∫ 90 Niedrigenergiehaus ∫ 86 Norm-Trittschallpegel, bewerteter ∫ 82 Notdach ∫ 153 Nut-und-Feder-Schalung ∫ 59 Nut-und-Feder-Verbindung ∫ 62 Nutzholz ∫ 15 O Obergurt ∫ 56 Öffnungen ∫ 53f., 58f., 122ff., 137, 139, 154ff. Ökobilanz ∫ 24f., 27, 28 Ökobilanzierung ∫ 28, 103 ökologische Faktoren ∫ 102f. ökonomische Faktoren ∫ 102

Opferbrett ∫ 84 OSB-Platte ∫ 19, 22f., 38, 51f., 58f., 60 P Passivhaus ∫ 26f., 86, 262 Pfostenbau ∫ 11 Photooxidation ∫ 85 Pilzbefall ∫ 138 Pilze, holzzerstörend ∫ 79, 84 Planungsphase ∫ 130ff., 136, 143 Planungstiefe ∫ 144 Planungszeit ∫ 131 Platten ∫ 38ff., 139 Plattenbearbeitungszentrum ∫ 139 plattenförmige Werkstoffe ∫ 39 Plattenwirkung ∫ 44 Polyfunktionalität ∫ 93, 97, 105f. poröse Platte ∫ 19, 22f. Portalanlage ∫ 139 Präzision ∫ 142 Primärenergiebedarf /-verbrauch ∫ 26f., 262 Produktion ∫ 138ff. Produktionsabläufe ∫ 138, 141 Profilierung ∫ 51, 57 Prototypcharakter ∫ 142 Prozesskette, digital ∫ 135ff. punktuelle Auflager ∫ 61ff., 68 Q Quellen ∫ 54, 262 Querdruckfestigkeit ∫ 45 Querholz ∫ 52, 262 Querholzpressung ∫ 44, 45, 56, 163, 262 Querzugbeanspruchung ∫ 123 Querzugfestigkeit ∫ 45f. Querzugspannung ∫ 123 R Rähm ∫ 51ff., 262 Rahmenbau- /Tafelbau ∫ 7, 41, 262 Randbalken ∫ 60 Raumakustik ∫ 83, 262 Raumgeometrie ∫ 137 Raumklima ∫ 30, 102 Raumluftemissionen ∫ 31ff. Raumluftqualität ∫ 30 raumlufttechnische Anlagen ∫ 87 Raummodul/-zelle ∫ 54, 127, 130, 145ff., 148f., 150, 164, 182ff., 242ff., 254ff., 262 Recycling ∫ 78,84 relative Luftfeuchte ∫ 82, 87 Ressource Holz ∫ 7, 14ff. Ressourceneffizienz ∫ 26 Revisionsöffnungen ∫ 125f. Riegelwerkstation ∫ 139f. Rieselschutz ∫ 116 Rippen ∫ 60f., 262 Rippendecke ∫ 39 Rohdichte/spezifisches Gewicht ∫ 18, 20ff., 75, 79, 262 Rohstoffindustrie ∫ 138 Rückbau ∫ 65 Rundholz ∫ 15 S Sägewerk ∫ 138 Sanierung, Fassade ∫ 148f. Sanierung ∫ 58, 143, 148f., 150ff. Schacht(-wand) ∫ 125f. Schädlinge ∫ 84, 138 Schälfurnier ∫ 55 Schallabsorption ∫ 118 Schalldämmmaß ∫ 101 Schallentkoppelung ∫ 117, 146f. Schallschutz ∫ 42, 69, 100, 114 Schallweiterleitung ∫ 147 Scheibe ∫ 39 Scheibensteifigkeit ∫ 51 Scheibenwirkung ∫ 44, 66 Schichtenaufbau ∫ 92, 99, 115 Schimmel(bildung) ∫ 87

Schlagregen(schutz) ∫ 81, 85 Schmetterlingswendetisch ∫ 140 Schott ∫ 125f. Schrauben ∫ 64, 65 Schraubverleimung ∫ 52 Schubspannung ∫ 123 Schubsteifigkeit ∫ 153 Schubverbindung/schubsteife Verbindung ∫ 42, 64 ,65 Schüttung ∫ 145 Schutzfunktionen ∫ 72ff., 92, 97 Schwalbenschwanz ∫ 52, 147 Schwelle ∫ 51ff., 263 Schwinden ∫ 54, 262 Schwingungsnachweis ∫ 45 Schwingungsverhalten ∫ 42 sd-Wert ∫ 98, 99, 101, 263 sensibilisierte Personengruppen ∫ 33 sichtbar belassene Konstruktion ∫ 75ff., 79, 109, 117f., 130, 263 Skelettbau ∫ 10f., 40f., 46, 162, 165, 263 Sockelgeschoss ∫ 41 solarer Eintrag ∫ 90 sommerlicher Wärmeschutz ∫ 86ff. Sommertauglichkeit ∫ 102 Sortiervorgang ∫ 138 Späne ∫ 18, 22 Spannweite ∫ 67f., 263 Spanplatte ∫ 19, 22f. Spanwerkstoffe ∫ 22 speicherwirksame Masse ∫ 88ff., 263 Sperrlagen ∫ 55, 63 Spiegellagerung ∫ 42, 45 Sprinkler ∫ 72, 77ff. Stab/Stäbe ∫ 38ff., 139, 144, 147 stabförmige Werkstoffe ∫ 20f., 39 Stabwerk ∫ 39, 60f., 263 Stahlbetonbau ∫ 45 Stahlbetondecke ∫ 69 Stahlbetonkern ∫ 46f. Stahlkabel ∫ 48, 56 Stahlteile ∫ 43f., 46 Standardisierung ∫ 141f. Ständer(werk) ∫ 52f., 263 Ständerbau ∫ 11, 263 Ständerwerk ∫ 139 Stegträger ∫ 52f., 56, 263 Steifigkeit ∫ 57 stiftförmige Verbindungsmittel ∫ 64f. Stoßbildung / Elementstoß ∫ 62f., 145, 148f. Streckmetallblech, eingeklebt ∫ 65 Strömungswiderstand ∫ 80 Sturzbalken /-riegel ∫ 51ff. Stütze ∫ 39, 263 Substitution ∫ 25, 28 subtraktive Fertigung ∫ 139f., 147 T Tafelbau ∫ 39ff., 47, 93, 103, 107, 123, 186ff., 202ff., 220ff., 232ff., 246ff., 263 Tafelbauelement ∫ 139ff. Tafelbauwand ∫ 52, 66, 161f., 224ff., 236ff., 250ff. Tauwasser ∫ 79ff., 105 technisch getrocknetes Holz ∫ 140 technische Gebäudeausrüstung (TGA) ∫ 122ff., 131 Thermoholz/thermisch modifiziertes Holz ∫ 84 Totalunternehmer-Modelle ∫ 132 Träger ∫ 39, 56, 58 Trägerdurchbrüche ∫ 123 Trägergeometrie ∫ 56 Tragfähigkeit ∫ 66 Tragschicht ∫ 117 Tragwerk ∫ 28, 38ff., 50, 137 Tragwerksplanung ∫ 44 Transmissionswärmeverlust ∫ 86 Transport ∫ 27, 94, 144ff. Treibhausgasemissionen ∫ 24ff. Treibhauspotenzial ∫ 18ff., 24 Trittschall(schutz) ∫ 82f., 100, 110ff.,

118, 124, 263 Trittschallverbesserungsmaß ∫ 83 tropfbares Wasser ∫ 81 Tube-in-Tube-System ∫ 47, 263 TVOC ∫ 31, 263 U U-Wert ∫ 86, 110ff., 263 Überblattung ∫ 62 Überhitzung / Überwärmung ∫ 88ff. Untergurt ∫ 56 unterspannter Träger ∫ 56 V Vakuumhebezeug ∫ 140 Verbundelement ∫ 60 Verbundwirkung ∫ 39, 41, 52, 60f., 64 Verdübelung ∫ 51 Vergabe- und Kooperationsmodell ∫ 132, 135 Vergabe ∫ 133 Vergussmörtelfüllung ∫ 44f. Verkürzung der Bauzeit ∫ 143 Verleimung ∫ 51, 57, 60 Vermessung ∫ 151 Vernagelung ∫ 51, 57 Verschnitt ∫ 54, 143f. Verschraubung ∫ 53, 60, 62 Vertikallasten ∫ 155 VOC ∫ 31ff., 263 Vollholz (VH) ∫ 18ff., 51, 53, 56, 232, 263 Volumenstrom ∫ 81 Vorentwurfsphase ∫ 131 Vorfertigung ∫ 107f., 130f., 137, 142ff., 150f. vorgespannte Konstruktionen ∫ 48f. vorgespannter Träger ∫ 56 Vorplanung ∫ 134, 137 W wandartiger Träger ∫ 54 Wandscheiben ∫ 47 Wärmebrücke ∫ 86f., 93f., 97ff., 100, 106, 149, 151, 156 Wärmedämmverbundsystem (WDVS) ∫ 85, 98f., 101ff. Wärmedurchgangskoeffizient /-widerstand ∫ 86 Wärmeleitfähigkeit ∫ 18ff., 102 Wasser- und Heizungsleitungen ∫ 124 Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl ∫ 18ff., 263 wasserführende Ebene / Schicht ∫ 81, 85, 95ff. Wechselbalken / Wechselkonstruktionen ∫ 51, 57ff., 263 Wechselbalken ∫ 51, 57f. Weichschott ∫ 126 Werk- und Montageplanung ∫ 132 Werkstattbedingungen ∫ 143 Werkzeugkopf ∫ 140 Wetterschutzmaßnahme ∫ 143 Wetterunabhängigkeit ∫ 143 Winddichtheitsebene ∫ 80, 95, 97, 263 winterlicher Wärmeschutz ∫ 86f. Witterungsschutz ∫ 94 Z Zellulose ∫ 85, 263 zementgebundene Platte ∫ 19, 22f. Zimmererhandwerk, traditionell ∫ 142, 147f. zimmermannsmäßige Verbindungen ∫ 52, 60, 142 Zugfestigkeit ∫ 45 Zusatzdämmung ∫ 93f. Zusatzstoffe ∫ 66, 67 Zuschlag ∫ 18, 21ff. zweite wasserführende Schicht ∫ 95, 263 zweiter Rettungsweg ∫ 73, 76f. zwischengedämmte Außenwand ∫ 96 zwischengedämmtes Flachdach ∫ 104f.

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Autoren und Verlag danken den folgenden Institutionen für die Förderung der Publikation:

www.stmelf.bayern.de

www.zimmerer-bayern.com

www. proholz.at

ATLAS Mehrgeschossiger Holzbau Holz gilt als optisch und haptisch ansprechendes Material, es ist nachhaltig, nachwachsend und meist gut verfügbar. Dass sich Holz fast uneingeschränkt auch für den Einsatz im mehrgeschossigen Hochbau eignet, ist jedoch neu und bedarf eines kreativen Umgangs mit der bisher praktizierten Baukonstruktionsweise. Der »moderne Holzbau« löst sich von den klassischen Kategorisierungen wie Holzrahmenbau, -skelettbau etc. und lässt innerhalb eines Projekts bedarfsorientiert die Mischung verschiedener Bauweisen zu. Damit eröffnen sich für die Holzbauarchitektur völlig neue Möglichkeiten. Der Fokus dieser Publikation liegt demnach beim mehrgeschossigen Holzbau. Der Atlas vermittelt Architekten, Ingenieuren und Holzfachleuten die wesentlichen Fachkenntnisse zur neuen Systematik und Konstruktionsmethodik vom Entwurf, über die Vorfertigung bis hin zur Fügung vor Ort. Er schafft gegenseitiges Verständnis bei allen Projektbeteiligten für die Zusammenarbeit im integralen Planungsund Bauprozess und liefert die nötige technische Kompetenz, um den modernen Holzbau überzeugend zu vertreten.

Autoren: Hermann Kaufmann Stefan Krötsch Stefan Winter Heinz Ferk Sonja Geier Annette Hafner Wolfgang Huß Holger König Maren Kohaus Frank Lattke Lutz Müller Anne Niemann Daniel Rüdisser Christian Schühle Manfred Stieglmeier Martin Teibinger Gerd Wegener

Detail Business Information GmbH, München www.detail.de