Holzbau 2/2022

- Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben

- Nass-in-Nass geklebte Holz Beton-Verbunddecken

- Holzsperren – Entwurf und Konstruktion

- Kreislaufeffektive Bauwende

- Ein Hängedach für das Olympische Wassersportzentrum in Saint-Denis

- Trogbrücke mit Versprung

- EDGE Suedkreuz Berlin: Konstruktion mit niedrigem CO2 Fußabdruck

Die neue Zeitschrift nbau . Nachhaltig Bauen bringt die Silos des sektoralen Denkens zum Tanzen. Denn für den Bausektor heißt Nachhaltigkeit ökologisch, sozial und ökonomisch ganzheitlich Planen, Bauen und Betreiben.

- Das Themenspektrum reicht von Stadt- und Raumplanung, Architektur und den Ingenieurdisziplinen bis hin zu Herstellung, Bauausführung und Facility Management mit all den unterschiedlichen Akteur:innen.

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Klimaschutz, Kreislaufwirtschaft und Ressourcenschutz erfordern die Transformation des Bausektors mit Lebenszyklusdenken, Digitali sierung oder CO 2 -Reduktion. Die nbau ist dafür die ganzheitliche Wissensbasis.

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Zum Titelbild: Weltweit erlebt Holz als nachwachsen der Rohstoff und als ältestes Baumaterial der Geschichte eine beeindruckende Renaissance. Gerade in puncto Dekarbonisierung kann der Holzbau – insbesondere bei großvolumigen, mehrgeschossigen Bauvorhaben – einen wichtigen Beitrag leisten. Die HASSLACHER Gruppe unterstützt diese Entwicklung als Komplettanbieter für den modernen Holzbau mit ihrem innovativen Produktportfolio im Bereich Brettschichtholz und berücksichtigt damit speziell die besonderen Anforderungen von Bauherren, Architekten, Generalunternehmern und Projektentwicklern. (Foto: Mark Hazeldine)

November 2022, Sonderheft Holzbau – Ausgabe 2 ISSN 0932-8351 (print) ISSN 1437-0999 (online)

Peer-reviewed journal

Die Bautechnik ist im Journal Citation Report von Clarivate Analytics (vormals Thomson Reuters) sowie bei Scopus von Elsevier gelistet.

Impact Factor 2021: 0,529 CiteScore 2021: 0,9 http://wileyonlinelibrary.com/journal/bate

www.ernst-und-sohn.de/bautechnik

Bautechnik Inhalt Sonderheft

HOLZBAU

EDITORIAL

Philipp Dietsch 47 Kennt der Holzbau Grenzen des Wachstums?

AUFSÄTZE

Kevin Hölz, Frank Bremer, Maximilian Giebel, Sven Matthiesen 48 Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben

Stephan Arendt, Melf Sutter, Marie Breidenbach, Robert Schlag, Volker Schmid 56 Neue Forschungsergebnisse zu Nass-in-Nass geklebten Holz Beton-Verbunddecken

Jürgen Suda, Walter Krättli, Massimiliano Schwarz 66 Holzsperren – Entwurf und Konstruktion Jürgen Graf, Stephan Birk, Viktor Poteschkin, Yannick Braun 76 Kreislaufeffektive Bauwende

BERICHTE

Benjamin Touraine, Michael Zimmermann, Cecilia Gross, Laure Mériaud 85 Ein Hängedach aus Holz für das Olympische Wassersportzentrum in Saint-Denis

Susanne Jacob-Freitag, Frank Miebach 94 Trogbrücke mit Versprung

Martin Elze, Sabine Müller, Veronica Günther 100 Industrielle modulare Konstruktion mit niedrigem CO2 Fußabdruck –EDGE Suedkreuz Berlin 109

BAUTECHNIK aktuell 111 VERANSTALTUNGSKALENDER

Produkte & Objekte A4 Holzbau

Innovationsführer Brettschichtholz

Weltweit erlebt Holz als nachwachsender Rohstoff und als ältestes Baumaterial der Geschichte eine beeindruckende Renaissance. Gerade in puncto Dekarbonisierung kann der Holzbau – insbeson dere bei großvolumigen, mehrgeschossigen Bauvorhaben – einen wichtigen Beitrag leisten. Die HASSLACHER Gruppe unterstützt diese Entwicklung als Komplettanbieter für den modernen Holzbau mit ihrem innovativen Produktportfolio im Bereich Brettschichtholz und berücksichtigt damit speziell die besonderen Anforderungen von Bauherren, Architekten, Generalunternehmern und Projekt entwicklern.

Bei Brettschichtholz (BSH) handelt es sich um ein industriell gefertigtes Bauprodukt für tragende Konstruktionen. Brettschichtholz besteht per Definition aus mindestens zwei faserparallel miteinander verklebten, technisch getrockneten Brettlamellen. Aufgrund der maschinellen Sortierung mittels Röntgenscanner, dem Auskappen unerwünschter oder festigkeitsmindernder Wuchsmerkmale sowie der Verklebung weist Brettschichtholz eine höhere Homogenisierung und Tragfähigkeit sowie eine verbesserte Formstabilität bei erheblich minimierter Rissbildung im Vergleich zu üblichem Bauholz auf. Als Innovationsführer im Bereich Brettschichtholz verfügt die HASSLACHER Gruppe über die unterschiedlichsten Ausprägungen in diesem Bereich: von geraden Standardbauteilen, blockverklebten Verbundquerschnitten für statisch hoch beanspruchte Stützen, Kompositträgern, theoretisch endlos langen Brettschichtholzträgern für weitspannende Konstruktionen bis hin zu frei geformten Geometrien, hybriden Bauteilen und Brettschichtholz aus Laubholz.

Blockverklebte Brettschichtholzbauteile

In der Bauteilbreite ist Standard Brettschichtholz aufgrund der verfügbaren Breiten des Rohholzes begrenzt. Besonders bei statisch hochbeanspruchten Konstruktionen, wie beispielsweise Stützen im mehrgeschossigen Holzbau, reichen die marktüblichen Bauteilquerschnitte oftmals nicht aus. Aus diesem Grund kann Brettschichtholz zu sogenannten Verbundquerschnitten, gemäß den jeweiligen Projektanforderungen, verklebt werden. Diese Verklebung von einzelnen Brettschichtholz Blöcken –auch Blockverklebung genannt – ermöglicht überbreite Bauteil­

querschnitte, die zumeist als Stützen im mehrgeschossigen Wohnbau Anwendung finden.

Brettschichtholz Hybrid

Im modernen Ingenieurholzbau bildet der Einsatz von Laubholz nach wie vor die Ausnahme. Dabei bieten verschiedene Laubholzarten gerade im Bereich Brettschichtholz neue Chancen im Hinblick auf Gestaltungsfreiheit, Oberflächenbeschaffenheit sowie physikalisch mechanische Eigenschaften. Das breite Produktportfolio der HASSLACHER Gruppe ermöglicht bereits heute den Einsatz von Laubhölzern wie Eiche, Walnuss, Birke Buche und Kastanie. Neben der Nutzung als Vollquerschnitt eignen sich spezielle Laubholzarten auch für hybride Bauteile oder als Deckschicht für optisch hohe Ansprüche.

Brettschichtholz Hybrid stellt die perfekte Synergie zweier Holzarten mit dem Ergebnis eines hochwertigen und zugleich wirtschaftlichen Produktes dar und eignet sich besonders für unterschiedlichste Anwendungen im Interieur Bereich. Der Kern des Brettschichholzträgers besteht dabei aus Nadelholz – wie beispielsweise Fichte – und bildet den statisch tragenden Querschnitt. Lediglich die äußere Trägerschicht ist aus einer edlen Holzart wie Eiche, Kastanie, Buche oder Walnuss aufgebaut.

Individuell und gemäß den jeweiligen Projektanforderungen sind außerdem dreidimensionale Bauteile mit dieser innovativen Form der Verarbeitung realisierbar. Im Londoner Stadtteil Mayfair, der an den Hyde Park grenzt und unweit des Buckingham Palace liegt, entstand in den Jahren 2018 bis 2021 eine Wand und Deckenverkleidung der besonderen Art. Die freigeformten hybriden Brettschichtholzbauteile veredeln das Interieur einer Empfangshalle (Arrivals Court) des geschichtsträchtigen Gebäudes in der Grosvenor Street. Der Kern der Bauteile besteht aus herkömmlichem Brettschichtholz der Holzart Fichte und lediglich die äußere, im eingebauten Zustand sichtbare Ummantelung besteht aus edlem Walnuss Brettschichtholz. Die Konstruktion besticht durch eine einzigartige Optik und verleiht

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

dem

Bild 1 Die blockverklebten Querschnitte der Brettschichtholzstützen des 84 m hohen Holzhochhauses „HoHo“ in der Seestadt Wien Aspern erstrecken sich von 400 × 400 mm2 bis zu 400 × 1.240 mm2

Bild 2 Brettschichtholz Hybrid stellt die perfekte Synergie zweier Holzarten mit dem Ergebnis eines hochwertigen und zugleich wirtschaftlichen Produktes dar und eignet sich besonders für unterschiedlichste Anwendungen im Interieur-Bereich

Bild 3 Arrivals Court in der Grosvenor Street in

Der Kern der Bauteile besteht aus herkömmlichem Brettschichtholz der Holzart Fichte und lediglich die äußere, im eingebauten Zustand sichtbare Ummantelung, besteht aus edlem Walnuss-Brettschichtholz

Interieur ein elegantes und sehr hochwertiges Gesamtbild. Der hybride Brettschichtholzaufbau wurde durch eine spezielle Produktionstechnologie realisiert. Dieses Verfahren konnte in den vergangenen Jahren bereits bei verschiedenen Projekten erfolgreich angewendet werden. Das Besondere ist, dass der hybride Aufbau auch freigeformte, dreidimensionale Bauteile erlaubt und daher besonders im Interieur Bereich bei Architekten und Planern großen Anklang findet. Zudem ist nahezu jede Holzart als Oberfläche einsetzbar.

Neue ETA setzt auf alternative Pionierbaumart Birke

Die aktuellen Auswirkungen des Klimawandels sind auch im Bereich der Versorgung mit dem Nadelholz Fichte spürbar. Laubholz ist im Vormarsch. Die HASSLACHER Gruppe war und ist eine der ersten Holzindustrien, die aktiv darauf reagierte und das Laubholz Birke in verschnittfähigen Qualitäten und Mengen nutzbar machte. Birke besticht nicht nur durch ihre unverwechselbare Optik, sondern führt durch ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften zu schlankeren Bauteilen.

Im Zuge eines langjährigen Forschungsprojektes mit der TU Graz und Prüfungen an der MPA Stuttgart konnten nunmehr alle erforderlichen mechanischen und verklebungstechnischen Prüfungen zur Erlangung einer Europäischen Technischen Bewertung (ETA) durchgeführt und beim OIB eingereicht werden. Mit der nun vorliegenden ETA 19/0031 wird der Bauwirtschaft mit HASSLACHER Brettschichtholz Birke ein Bauprodukt zur Verfügung gestellt, das sich durch eine unvergleichliche Optik und hohe mechanische Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Weit gespannte Tragwerke bzw. Trägersysteme sind bei gleichzeitig hohen Ansprüchen an die Ästhetik ressourcenschonend umsetzbar.

Bild 4 Für den Neubau des Verwaltungsgebäudes der Kreisverwaltung Mainz-Bingen lieferte die HASSLACHER Gruppe in Summe 50 m3 Brettsperrholz mit einer Exzellentoberfläche in Birke und ca. 313 m3 Birke-Brettschichtholz inkl. Abbund

810 Holzstützen, 790 Holzbalken, ca. 2.200 m2 Holzdecken mit einer Dicke von 200 mm – das sind die Rahmendaten für ein ehrgeiziges Projekt, das in der Konrad Adenauer Straße im rheinland pfälzischen Ingelheim entsteht: das neue Verwaltungsgebäude der Kreisverwaltung Mainz Bingen. Darin sind auf einer Grundfläche von ca. 5.000 m2 Büro und Verwaltungsräume geplant, die ausreichend Platz für mehr als 300 MitarbeiterInnen bieten sollen.

Nachdem der Betonbau der Treppenhäuser und Nassräume abgeschlossen ist, werden aktuell das Holztragwerk, bestehend aus Stützen und Trägern, und die Brettsperrholz Decken montiert. Die Primärtragkonstruktion wird aus Brettschichtholz aus Laubholz der Holzart Birke, die Decken aus Brettsperrholz Fichte hergestellt. Die Vorhangfassade besteht aus einer Holzrahmenkonstruktion mit 400 Einzelelementen. Insgesamt lieferte die HASSLACHER Gruppe 50 m3 Brettsperrholz mit einer Exzellentoberfläche in Birke und ca. 313 m3 Birke Brettschichtholz inkl. Abbund.

Brettsperrholz Birke

Auch mit HASSLACHER Brettsperrholz Birke konnten bereits mehrere Pilotprojekte errichtet und sowohl für die sichtbaren Innenwände als auch die Dachscheiben und Zwischengeschoß­

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Neubau Verwaltungsgebäude der Kreisverwaltung

London:

Bild 5 Einsatz von HASSLACHER Brettsperrholz Birke und HASSLACHER Brettschichtholz Birke für Wände und Decken.

decken verwendet werden. Vor allem bei der Bemessung der Zwischendecke zeigte sich aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls von 15.000 N/mm2 gegenüber Brettsperrholz aus Nadelholz ein signifikantes Einsparungspotenzial von 10 bis 15 %, was einen Dimensionssprung in der Deckendicke bedeutet.

Die HASSLACHER Gruppe als Komplettanbieter

Die HASSLACHER Gruppe ist ein global agierender Innovationsführer im Bereich intelligenter und integrierter Systemlösungen für den modernen Holzbau. Das familiengeführte

Unternehmen ist seit vielen Generationen mit Holz als wunderbar nachwachsendem Rohstoff verwurzelt und steht seit mehr als 120 Jahren für Pioniergeist, Leistung, Qualität, Langfristigkeit und gesellschaftliche Verantwortung. Gemeinsam mit ihren 2.000 MitarbeiterInnen produziert die HASSLACHER Gruppe für Europa und den weltweiten Markt innovative Produkte in den Bereichen Schnittholz, Hobelware, Brettschichtholz, Brettsperrholz und Konstruktionsvollholz für den modernen Holzbau. Getreu dem Motto „From wood to wonders“.

www.hasslacher.com

Fokusthemen der LIGNA 2023 in Hannover

Transformation der Holzbearbeitung, Vorfertigungsprozesse im Holzbau und Prozesstechnologien der Bioökonomie lauten die Fokusthemen der kommenden LIGNA vom 15. bis 19. Mai 2023 in Hannover. Sie greifen aktuelle Branchenentwicklungen auf und werden sowohl im Ausstellungsbereich präsentiert als auch durch Zusatzformate begleitet.

„Nach Konsultation des Marktes haben wir gemeinsam mit unserem Partner VDMA entschieden, die ursprünglich für die pandemiebedingt abgesagte LIGNA 2021 geplanten Fokust hemen auf der LIGNA 2023 fortzuführen. Sie sind nach wie vor hochaktuell – haben in der Bedeutung sogar noch an Fahrt aufgenommen – und werden die Entwicklung unserer Branche in den kommenden Jahren maßgeblich bestimmen“, erklärt Stephanie Wagner, Projektleiterin der LIGNA. „Wir freuen uns darauf, die Themen gemeinsam mit unseren Aus stellern endlich live vor Ort in Hannover mit Leben füllen zu können.“

Vom Handwerksbetrieb bis zum Industriekonzern, vom Produkt über individuelle Lösungen – die Digitalisierung hat längst Einzug in alle Bereiche der Holzindustrie gehalten und verändert Geschäftsmodelle und Prozesse von Unter nehmen grundlegend. Die Corona Pandemie hat diese Ent wicklung noch weiter beschleunigt. Deshalb steht das Fo kusthema „Transformation der Holzbearbeitung“ zur LIGNA 2023 auf der Agenda. Mit der Vernetzung von Ma schinen, der Mensch Maschine Interaktion, IoT Plattformen, Building Information Modeling (BIM) oder Augmented und Virtual Reality werden aktuelle und zukünftige Entwicklun gen in der Digitalisierung entlang der gesamten Wertschöp fungskette behandelt. Darüber hinaus werden Themen wie Holzflusssteuerung, Robotik, Logistik, Standardisierung,

Oberflächenbearbeitung und cloudbasierte Datenverwaltung aufgegriffen.

Die Bedeutung von Holz im Bau nimmt immer weiter zu – sowohl bei reinen Holzgebäuden als auch bei Holz Mischkonstruktionen. Dies führt zu neuen Anforderungen an Effizienz und Vorfertigung. Mit dem Fokusthema „Vorfertigungsprozesse im Holzbau“ greift die LIGNA 2023 diese Entwicklung auf. Auf der Messe wird der gesamte Prozess von der Planung über die Be und Verarbeitung bis zur Logistik im Betrieb sowie zur und auf der Baustelle erlebbar sein. Dabei geht es auch um Lösungen für die derzeit angespannte Lieferkettensituation. Außerdem wird die Harmonisierung der genannten Prozesse mit den allgemeinen Trends, wie etwa Elementierung und Standardisierung, mehrgeschossiger Holzbau, Hybridbauten, Modulbau und serielle Fertigung behandelt.

Holz als wichtigster nachwachsender Rohstoff bildet eine zentrale Grundlage der Bioökonomie auf dem Weg von einer auf fossilen, mineralischen Rohstoffen basierenden Wirtschaft hin zu einer, die auf erneuerbare Ressourcen setzt. Die holzba sierte Bioökonomie gilt als innovativer Treiber von Technolo gien und Produkten. Die Rahmenbedingungen zum Ausbau der ressourceneffizienten Holzverwendung sind Teil des Euro pean Green Deal und Stützpfeiler einer zirkulären Bioökono mie. Grund genug, „Prozesstechnologien der Bioökonomie“ als Fokusthema der LIGNA 2023 zu wählen. Gezeigt werden Entwicklungslinien der holzbasierten Bioökonomie und tech nologische Innovationen für eine verantwortungsvolle Nut zung der natürlichen Ressourcen ebenso wie Prozesstechnolo gien um die Formgebungsverfahren chemisch aufgeschlossener Holzfasern.

„Als Weltleitmesse gilt die LIGNA mit ihrem Themen Setting als Impulsgeber für die Branchenentwicklung. Mit der Wahl der Fokusthemen werden wir diesem Anspruch gerecht. Im Mai 2023 werden wir in Hannover endlich wieder die Innovationen erleben, die die LIGNA zum Schaufenster der Zukunft macht“, erklärt Stephanie Wagner.

www.ligna.de

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Berlin: Eröffnung des zweiten Modularen Ergänzungsbaus in Holzmodulbauweise (Holz-MEB) im Bezirk Steglitz-Zehlendorf

Mit einer symbolischen Übergabe wurde im September 2022 der neu errichtete Modulare Ergänzungsbau in Holzbauweise (HolzMEB) an der Alt-Lankwitzer Grundschule im Berliner Stadtbezirk Steglitz-Zehlendorf eröffnet. Die Errichtung dieses zweiten Ergänzungsbaus konnte in weniger als einem Jahr realisiert werden. Die Baufeldübergabe erfolgte im Mai 2021. Bereits im März 2022 wurde der Rohbau fertiggestellt.

„Qualität, Nachhaltigkeit, Schnelligkeit: Mit diesen Attributen können wir die Mo dularen Ergänzungsbauten aus Holz kurz und prägnant beschreiben. Wir nennen diese Bauten in Kurzform Holz MEB. Die hauptsächliche Verwendung von Holz, dessen Oberflächen robust und pflegeleicht sind, schaffen ein sehr angenehmes Raum klima. Mit dem bereits eröffneten Holz MEB der Schule am Königsgraben und dem Holz MEB für die Grundschule an der Bäke entstehen in Steglitz Zehlendorf rund 1.000 neue Schulplätze. Im Rahmen der Berliner Schulbauoffensive sind insge samt bis zu 30 dieser nachhaltigen modula ren Bauten geplant – ein Erfolgsrezept!“, so Astrid Sabine Busse, Senatorin für Bildung.

„Mit der Eröffnung des Ergänzungsbaus wurde in kürzester Zeit am Standort Alt Lankwitzer eine helle, offene und moderne Schule auf Höhe der Zeit errichtet, in der beengte Platzverhältnisse der Vergangenheit angehören! Durch die zügige Fertigstellung können nun ca. 570 Kinder von der ersten bis zur sechsten Klasse an der Alt Lankwitzer Grundschule betreut werden und sich auf das konzentrieren, was wirklich zählt: Lernen und Spaß dabei zu haben!“, erläutert Cerstin Richter Kotowski, Bezirksstadträtin für Bildung, Kultur und Sport.

Im neuen dreigeschossigen Ergänzungs bau finden sich 16 voll digital ausgestatte

te Klassenräume, acht Teilungsräume, ein Lehrer und Lehrerinnenzimmer, eine Es senausgabe und eine Mensa für 100 Kinder. Außerdem wurden mit den Sitznischen entsprechend den Ideen des neuen Musterraum und Funktionsprogrammes zusätzliche Kommunikationsräume für die Schülerinnen und Schüler geschaffen. Die Entwicklung dieses Holz MEB wurde aufgrund der guten Erfahrungen der vor herigen Berliner Holzmodulschulen im Auftrag der Senatsverwaltung für Bildung, Jugend und Familie von der Senatsverwal tung für Stadtentwicklung und Wohnen umgesetzt. Verantwortlich für die Umset zung sind das Generalplaner Team ARGE HOMEB und der Generalunternehmer Kaufmann Bausystem. Das Bezirksamt Steglitz Zehlendorf übernahm den Abriss eines Teilstücks des alten Erweiterungs baus zur Schaffung von Baufreiheit auf dem Grundstück. Die Gesamtkosten belaufen sich auf ca. 8,5 Millionen €.

Ein weiterer Modularer Ergänzungsbau aus Holz wurde bereits in diesem Jahr in Steglitz Zehlendorf an der Grundschule am Königsgraben fertiggestellt. Die Holz MEBs können flexibel als Ergänzung für Grundschulen, Sekundarschulen oder Gymnasien genutzt werden. Der Typenentwurf bietet Platz für bis zu 416 Schülerinnen und Schüler und ist barrierefrei über einen Aufzug erschlossen. Die effiziente Konstruktion der Holz MEB erlaubt einen sehr schnellen Aufbau des Rohbaus innerhalb von wenigen Wochen. Bodentiefe Fenster, Sanitäranlagen, Haustechnik und Heizkörper werden bereits im Werk installiert, sodass die vorgefertigten Module auf der Baustelle lediglich zusammengefügt werden müssen.

www.stadtentwicklung.berlin.de/bauen/ hochbau/de/modulare_schulergaenzungsbauten.shtml

Fassade des HOMEB Alt-Lankwitzer Grundschule in Berlin

Ein Holzbauunternehmen auf dem Weg zum digitalen Prozess – ein ehrlicher Zwischenbericht

Seit 2018 steht in allen Präsentationen der Gumpp und Maier GmbH: „Bis 2025 wollen wir den komplett digitalen Prozess“. Warum haben wir uns dieses Ziel gesetzt, was verstehen wir darunter und wie ist der aktuelle Stand?

Letztendlich geht es immer um einen Effizienzgewinn in den bisher definierten Prozessen, welcher aus unterschiedlichen Gründen notwendig ist. Zum einen stellt eine effektive Arbeitsweise Wirtschaftlichkeit und damit Wettbewerbsfähigkeit sicher, was für ein erfolgreiches Unternehmen elementar ist. Aber auch andere Probleme der aktuellen Lage wie z. B. der Fachkräftemangel – egal ob qualifiziertes Personal auf der Baustelle, im Werk oder im Büro, können mit Hilfe der Digitalisierung entschärft werden. An allen Stellen gibt es Fleißarbeit, die durch (Teil )Automatisierung wichtige Kapazitäten spart und den verfügbaren Fachkräften die Möglichkeit gibt, die komplexen Aufgaben zu erfüllen, für die sie ausgebildet wurden. Das steigert gleichzeitig die Attraktivität von Arbeitsplätzen, denn die wenigsten Angestellten wollen auf Dauer langweilige Prozessschritte übernehmen.

Neben den internen Gründen bereiten wir uns mit der Digitalisierung auch auf die Zusammenarbeit mit externen Projektbeteiligten vor. Denn bei den kleinteiligen und stark vernetzten Prozessen in Bauprojekten kann ein interner digitaler Workflow nur funktionieren, wenn auch der Input von anderen Planern effektiv genutzt werden kann.

Dabei bedeutet „digitaler Prozess“ zwar auch, jedoch nicht ausschließlich, modellbasiert. Es ist nämlich nicht erforderlich, dass alle Planungsbeteiligten ihre Informationen in ein Modell eintragen. Ein Beispiel dafür ist unsere Fensterliste (Excel), die wir aus unserem Kalkulationsmodell exportieren und den Projektbeteiligten online zur Verfügung stellen. Dort tragen dann die Architekten z. B. Öffnungsrichtungen, Einbruchschutz und Fensterteilungen sowie der Bauphysiker U Werte etc. ein. Im Anschluss können wir die Liste mit den zusätzlichen Informationen wieder ins Modell laden. Dieses Vorgehen verhindert z. T. komplizierte Schnittstellen verschiedener 3D Zeichenprogramme oder den Umstand, dass einige Fachplaner solche Programme nicht benötigen und ihren Input daher überhaupt nicht in ein Modell eintragen könnten.

Die bisher oft unterschiedlichen Dokumente der einzelnen Beteiligten zum Thema Fenster verschmelzen somit zu einem kongruenten Dokument, welches auch mit dem Modell übereinstimmt, wenn es importiert oder exportiert wird.

Das vorherige Beispiel ist nur einer von vielen kleinen Bausteinen zu einem vollständig digitalen Prozess, zeigt jedoch bereits, wie komplex und schnittstellenlastig die Digitalisierung sein kann. Damit dieser Workflow funktioniert, müssen im Hintergrund sehr viele kleine Zahnräder ineinandergreifen und Arbeitsabläufe vereinheitlicht und digital abbildbar gemacht werden – d. h. es ist nicht mehr ausreichend, dass es ein Mensch lesen und verstehen kann, sondern die Daten müssen vom Computer interpretierbar sein.

Ein Hindernis der zügigen, digitalen Transformation ist dabei häufig die Tatsache, dass alte analoge Prozesse, die nicht oder nur mäßig funktioniert haben, auch digitalisiert nicht funktio nieren. Dieser Umstand ist inzwischen vielen bewusst, die Arbeitsabläufe digitalisieren wollen und dabei nicht den vorher versprochenen Effizienzgewinn erreichen oder gar ganz scheitern. Ein negativer Nebeneffekt dabei kann zudem die Frustration der Mitarbeiter sein, die vielleicht vorher schon skeptisch waren und jetzt mit komplexen digitalisierten Pro zessen, deren Mehrwert sie nicht erreicht, täglich belastet werden.

Aus unserer Sicht sind diese kleinen Schritte zurück jedoch notwendig, um dann einen großen Schritt nach vorne machen zu können. Dabei vermeiden wir es, analoge Prozesse zu „digitalisieren“, sondern versuchen diese digital neu zu denken. Dabei ist es hilfreich, den Prozess von hinten nach vorn aufzurollen und sich zu überlegen, wer warum welche Informationen zu welchem Zeitpunkt und in welcher Form benötigt. Somit erkennt man, welche Informationen vielleicht in einem analogen Prozess notwendig waren, aber digital ganz anders gelöst werden können oder in einer komplett anderen Form vorhanden sein müssen. Die Königsdisziplin ist dabei, diese Daten miteinander zu verknüpfen und nutzbar zu machen. Dafür müssen dann Bau Profis, welche die Inhalte und Zusammenhänge verstehen, mit IT Profis, die wissen, wie Datenbanken, Algorithmen etc. funktionieren, eng zusammenarbeiten.

Wie soll eigentlich unser digitaler Prozess aussehen? Diese Frage kann nicht in einem kurzen Artikel zusammengefasst werden, aber am Beispiel der Planung eines Einfamilienhauses, sollen einzelne Bestandteile daraus gezeigt werden:

Erfassung des Baufelds (ggf. inkl. Bestand) mit einem 3D Laserscanner Modellierung des Entwurfs mit Autodesk REVIT und regelbasierte Mengenermittlung als Basis für Kalkulation und bautechnische Nachweise (wie z. B. CO2 Bilanz), Visualisierung der Planung mit einer Rendering Software Angebot und Kalkulation mit Nevaris BUILD inkl. NU Ausschreibungen im GAEB Standard weiterführende Nutzung des Modells für Ausführungsplanung bis zur Übergabe in die Konstruktions Software Ableitung von 2D Plänen für Nachunternehmer und die Baustelle Übergabe der Konstruktionsmodelle auf die CNC gesteuerte Maschine in der Fertigung, Projektion von Linien auf die Fertigungslinie (z. B. als Basis für Unterkonstruktion) CNC gesteuertes Nageln, Schrauben und Zusägen der Elemente auf Basis der Konstruktionsdaten Abgleich des Rohbaus mithilfe des 3D Laserscanners Einmessen auf der Baustelle mit Tachymeter, um die Elemente passgenau setzen zu können.

Das Thema der Digitalisierung begleitet uns jeden Tag. Durch kontinuierliche Analyse der Prozesse versuchen wir, stetig besser zu werden und den Fortschritt für den Holzbau zu si chern. www.gumpp maier.de

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Leben über den Dächern Kopenhagens: Fassadenrinnen halten modulare Wohnhäuser trocken

Mit der Neukonzeption eines teilgefertigten Einkaufszentrums ist im Kopenhagener Stadtteil Vanløse ein einzigartiger Gebäudekomplex entstanden. Auf mehreren Ebenen präsentiert sich das Quartier heute als innovative Kombination aus öffentlichem Raum, der zum Shoppen sowie Verweilen einlädt, und privaten Wohnflächen über den Dächern der Stadt. Die besonderen Anforderungen an die Entwässerung und Entlüftung der Wohngebäude aus Holzmodulen erfüllen dauerhaft Fassadenrinnen der Firma Richard Brink. Ihre speziellen Eigenschaften unterstützen das Zusammenspiel der verschiedenen Ebenen sowohl in Funktion als auch im Design.

Der im Westen der dänischen Hauptstadt gelegene Stadtteil Vanløse ist der bevölkerungsmäßig kleinste der Kommune Kopenhagen. Doch mit dem Shopping Center Kronen Vanløse hat er einen neuen Anziehungspunkt gewonnen. Er steht vorbildhaft für ein innovatives Baukonzept, das viele verschiedene Lebensbereiche miteinander vereint. Auf ca. 59.000 m2 umfasst das Gelände zahlreiche Geschäfte, Restaurants, Orte zum Verweilen und vieles mehr. Doch die eigentliche Besonderheit schließt oberhalb der Dachflächen des Einkaufszentrums an: Wohnraum, der großartige Ausblicke über die Stadt gewährt und zur Revitalisierung des Quartiers beiträgt.

Alles an einem Ort

Die kompakten Reihen und Stadthäuser thronen mit ihren zwei bis vier Stockwerken 12 m über dem Boden und sind architektonisch in das Einkaufszentrum im Erd und Obergeschoss integriert. Somit verbindet der Gebäudekomplex modernes Wohnen mit einer Vielzahl von Einkaufsmöglichkeiten und ist darüber hinaus durch seine Nähe zur U Bahn Station gut an das öffentliche Verkehrsnetz angebunden. Den nachhaltigen Charakter des Quartiers unterstützt auch die Bauweise der Wohngebäude, die aus vorgefertigten Holzmodulen schnell und umweltfreundlich montiert wurden. Auf großen Teilen der Holzkonstruktion wurden im Anschluss Abdeckungen aus Metall angebracht. In einzelnen Gebäude Abschnitten, auf Höhe der Terrassenbereiche, setzen Verkleidungen aus Holz einen Kon­

trast zur sonst metallisch gehaltenen Fassadengestaltung. Durch ihren modularen Holzaufbau verfügen die Häuser über einen speziellen Sockel, der einer besonders effizienten Entlüftung und Entwässerung bedarf. Nur so kann sichergestellt werden, dass der Anschlussbereich zwischen den Wohneinheiten und dem Dachbereich des Einkaufszentrums dauerhaft vor Feuchtigkeit geschützt ist.

Gut belüftet dank Fassadenrinne

Um anfallende Niederschläge bestmöglich abzuleiten und die Fassadenbereiche der oberen Ebenen vor eindringender Feuchtigkeit zu schützen, wurden rund um die Gebäude Fassadenrinnen des Typs „Stabile Air“ der Richard Brink GmbH & Co. KG verbaut. Insgesamt lieferte der Metallwarenhersteller 870 m seiner funktionalen Rinne aus feuerverzinktem Stahlblech. Durch ihre Einlaufbreite von 150 mm und einer Sonderhöhe von 470 mm können sie auch große Wassermengen problemlos aufnehmen. Das Produkt zeichnet sich aber vor allem durch seinen gut durchlüfteten Wandanschluss aus, der sowohl Staunässe als auch Kapillarwirkungen verhindert. Dafür sorgen sowohl großflächige Öffnungen am fassadenseitigen Bereich der Rinne als auch die hervorkragenden Auflageflächen für die Roste und der ebenso weit hervorstehende Rinnensockel. Diese halten einen ausreichenden Abstand zur Fassade und gewährleisten somit einen gut durchlüfteten Wandanschluss. Dank ihrer MAGNELIS Beschichtung konnten die in einer Länge von je 1.000 mm gelieferten „Stabile Air“, wenn überhaupt nötig, von den Verarbeitern ohne weitere Nachbehandlung zugeschnitten und passgenau montiert werden.

www.richard brink.de

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 1 Stadtteil Vanløse in Kopenhagen: Auf Höhe der Terrassenbereiche setzen Verkleidungen aus Holz in einzelnen Gebäude-Abschnitten einen Kontrast zur sonst metallisch gehaltenen Fassadengestaltung

Bild 2 Um Niederschläge abzuleiten und die Fassadenbereiche der oberen Ebenen vor eindringender Feuchtigkeit zu schützen, wurden rund um die Gebäude 870 m Fassadenrinnen des Typs „Stabile Air“ der Richard Brink GmbH & Co. KG verbaut

(Fotos: Richard Brink)

Holz mit doppeltem Boden – Bürobau in Berlin

Im Berliner Stadtteil Marzahn hat die DIBAG ein nachhaltiges Gebäude-Ensemble von Bürobauten entwickelt, darunter eines in Holzbauweise. Für die Geschossdecken kamen weitgespannte Flächenelemente (LFE) von Lignatur mit Hohlbodenaufbau zum Einsatz – eine neue Kombination, die die hohen Anforderungen an den Schallschutz erfüllt.

Den DGNB zertifizierten Gebäudetypus für die neuen fünfgeschossigen Bürobauten in der Beilsteiner Straße in Marzahn hat die DIBAG Industriebau AG in Kooperation mit dem Unternehmen HBH Holzbau als Prototyp entwickelt. Er lässt sich wahlweise in Holz, Stahl oder Stahlbeton ausführen. Ziel ist, die im

Grundriss H förmigen Gebäude an verschiedenen Standorten und Städten zu realisieren. Der erste Neubau dieser Art wurde im Herbst 2021 fertig gestellt – und zwar der Holzbau. Dabei kam mit den Geschossdecken aus LIGNATUR Elementen zudem ein System zum Einsatz, das in jeder Hinsicht überzeugt hat und in neuartiger Kombination mit einem Doppelboden auch die gewünschten Schallschutzwerte erreichte, sodass die erstmalige Nutzung durchaus Pioniercharakter hat.

Konzeption als Skelettbau

Um in der Grundrisseinteilung je nach Nutzung maximale Flexibilität zu erhalten, hat der Architekt diesen Gebäudetypus als Skelettbau konzipiert. Das Tragwerk des ca. 20 m hohen Bürobaus besteht in den Außenwandebenen aus geschosshohen

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 3 Passgenau vorgefertigte, tragende Deckenelemente von Lignatur.

Bild 1 Die DIBAG entwickelt in Berlin-Marzahn ein nachhaltiges Gebäude-Ensemble von Bürobauten, darunter eines in Holzbauweise mit Deckenelementen von Lignatur.

Bild 2 Der ca. 20 m hohe Bürobau hat ein Tragwerk, das in den Außen wandebenen aus geschosshohen Brettschichtholz-Stützen und -Trägern besteht.

Bild 4 Die größte Spannweite der Deckenelemente beträgt ca. 6 m bei diesem Bürobau. Für sie ergab sich eine Standardelement-Höhe von 24 cm (LFE 240 mit Feuerwiderstandsklasse REI90).

schallschwingungen im Tieftonbereich und minimieren so die Übertragung von Gehgeräuschen ohne zusätzliche Unter decke. Auf die LFEs folgen eine Tritt schalldämmplatte sowie ein Estrich mit Brandschutzzeugnis. Darauf aufgestän dert wurde das Hohlbodensystem. In der Summe erreicht das Deckenpaket eine Höhe von 47 cm.

Brettschichtholz Stützen und Trägern. Die Stützen sind im Achsraster von 2,70 m platziert. Die knapp 14 m breiten und 62,50 m langen Gebäuderiegel, die die H Schenkel bilden, sind dagegen in vier Längsachsen unterteilt. Die beiden mittleren Achsen bilden den zentralen Flur zur Erschließung der Büroflächen. Hier kamen schlanke Stahlstützen und träger zum Einsatz. Aus den ungleichen Abständen der Außenwand Längsachsen zu den Flurachsen ergeben sich die Deckenspannweiten mit 6,05 und 2,10 sowie 5,70 m.

Optimaler Schallschutz

Lignatur fertigte die 100 cm breiten Deckenelemente entsprechend passge nau vor, inklusive schmalerer Randele mente an den Riegelstirnseiten. Für die auf Basis der größten Spannweite von ca. 6 m bemessenen Deckenelemente ergab sich eine Standardelement Höhe von 24 cm (LFE 240 mit Feuerwider standsklasse REI90). Sie wurden vollflä chig mit Splitt (50 kg/m2) verfüllt sowie an definierten Stellen mit Tilger Steinen silence12 (25 kg/m2) belegt. Die paten tierten schallschutztechnisch wirksamen Schwingungstilger dämpfen Körper

So bietet der neue Holzbau seinen Mietern nun in den OG moderne, helle Büros mit optimalem Schallschutz. Die Decken mit Lignatur spezifischen Profilierungen des Akustiktyps 1 tun ihr Übriges. So lautete die Devise bei Einzug für die Nutzer: Wohlfühlen und in Ruhe arbeiten.

Bautafel Bürobauten, Berlin-Marzahn Standort: Beilsteiner Straße, 12681 Berlin Bauherr: DIBAG Industriebau AG, München Architekt: Dipl. Ing. Jörg Fricke, Architekt Mitarbeit: M.Sc. Mario S. Escobar, beide bei der DIBAG GU: HBH Holzbau Zimmerei GmbH, Landau an der Isar Tragwerks planung: Dipl. Ing. Peter Hinter berger, München Brandschutz prüfung: Ingenieur & Prüf Consult, Schwalmtal Bauzeit: April 2020 bis Dezember 2021 Baukosten: 21 Mio. Euro (netto) Decken elemente: Lignatur AG, Waldstatt, Schweiz

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Schwungvoll überdachte Eisschlange

Die ca. 1.350 m lange Rennschlittenbahn in Oberhof erhielt eine neue Überdachung aus freigeformten Schalenelementen aus Holz und Stahl. Aufgrund des Verlaufs und der Geometrie der „Eis schlange“ ist jedes Dachelement ein Unikat.

Im Januar 2023 wird Thüringens Wintersporthochburg Oberhof zum vierten Mal Gastgeber der Rennrodel Weltmeisterschaft sein. In Vorbereitung darauf sanierte der Zweckverband Thüringer Wintersportzentrum die Rennschlittenbahn, die 1971 errichtet und 2004 erstmals generalsaniert wurde. Neben der grundlegenden Erneuerung der Gebäude, des Haupteingangs sowie des Zielbereichs erhielt die aus Stahlbeton Segmenten zusammengesetzte Bahnschale im Zuge des Umbaus und der Modernisierung eine neue Überdachung. Diese besteht aus freigeformten Holzschalenkonstruktionen.

Ursprünglich war die in Oberhof als „Eisschlange“ bezeichnete Bahn zu 75 % mit Elementen aus Stahl überdacht und erfüllte in großen Bereichen nicht mehr die Anforderungen an den Betrieb einer Rodelbahn. Die Stahlkonstruktion verursachte zudem Kondensatprobleme und damit Tropfwasser, was die Qualität der Bahn stark beeinträchtigte. Durch die neue Holzkonstruktion kann dies künftig minimiert werden.

Anforderungen an die Konstruktion in Holzbauelemente übersetzen

Die Rennschlittenbahn hat eine maximale Wettkampflänge von 1.070 m und eine Gesamtlänge von 1354,50 m. Dabei überbrückt sie einen Höhenunterschied von ca. 96 m, hat 14 Kurven sowie eine weitere, nach der Generalsanierung 2004 hinzugefügte Kurve im Auslauf nach dem Ziel.

Die beauftragten Büros sprachen sich bereits im Rahmen des VOF Verfahrens für eine Ausführung der neuen Überdachungen in Holz aus, und zwar mit relativ weitgespannten Bereichen. Bauherr und Nutzer formulierten die wesentlichen Anforderungen an die Überdachung wie folgt: Sie soll vor (Schlag )Regen, Schnee, Wind und Sonne schützen, die Kondenswasserbildung beim Eisherstellen und in der Nutzung sowie die Kälteabstrahlung minimieren, weitgehende Sichtfreiheit für die Zuschauer und die TV Übertragung während der Wettkämpfe gewährleisten und zu guter Letzt ansprechend gestaltet sein. Weitere Randbedingungen ergaben sich daraus, dass am Standort der Rodelbahn in einer Höhe von 700 bis 800 m über NN nur eine

Bild 2 Übersicht der Überdachungen und Bahnbereiche mit 15 Kurven und einem Gefälle von durchschnittlich 9,2 %

Bild 3 Realisierung: Die Überdachung der Anlage ist weitestgehend stützenfrei ausgeführt und erfüllt damit moderne Ansprüche von Besuchern und Fernsehteams an optimale Sichtfreiheit; auf der Innenseite erhält die neue Dachschale eine Holzleistenschalung

begrenzte Zeit für die Montage auf der Baustelle zur Verfügung stand und zusätzlich in der Bauzeit auch noch Einzelwettkämpfe, praktisch im Bauzustand, zu ermöglichen waren.

Bereits bei den ersten Entwürfen zeichnete sich ab, dass es sinnvoll ist, die dynamische Form der Bahnschale in eine formgleiche Tragwerksstruktur mit Schalenwirkung zu überführen. So wie die Form der Bahnschale durch die physikalischen Gesetze der Fahrdynamik bestimmt wird, folgt nun die Form der Dachschale den Prinzipien der Statik mit zweckmäßig gewählten Randbedingungen der Stützung. Diese Überlegungen dienten als Basis für die Formfindung der einzelnen Bahnbereiche.

Dabei galt es vier verschiedene Situationen zu unterscheiden:

a) Die Schale folgt der Kurvenform und setzt direkt auf die Gründung auf.

b) Die Schale setzt direkt auf dem oberen Rand der Bahnschale auf.

c) Die Schale spannt mit geringer Krümmung im Grundriss über eine größere Strecke frei zwischen zwei Kurvenbereichen vom Typ a oder b.

d) Die Schale folgt auf einer langen, geraden Strecke der Bahn und hat nur eine beschränkte Zahl von Zwischenstützungen auf einer Seite.

Diese komplexen Randbedingungen machten schnell deutlich, dass sich die Schalenformen nur mit Freiformflächen beschreiben lassen. Klar war auch, dass die kurze Bauzeit bzw. die sehr kurzen Montagezeiträume einen hohen Vorfertigungsgrad der

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Bild 1 Die modernisierte Rennschlittenbahn im thüringischen Wintersportzentrum von Oberhof misst ca. 1.350 m und wartet mit zahlreichen Kurven, einem Loop/Kreisel, aber auch langen geraden Strecken auf

Elemente erforderlich machten, denn der Zusammenbau konnte nur innerhalb der trainings und wettkampffreien Zeit zwischen März und September erfolgen.

Aufgrund der statischen Anforderungen und der Randbedingungen bei der Montage entschieden sich die Tragwerksplaner –im Gegensatz zum ursprünglichen Wunsch nach einer reinen Holzkonstruktion – für eine hybride Konstruktion der Schalenelemente aus Stahl und Holz. Diese bestehen aus gekrümmten Rohrgurten, die mit der Holzschale und ihren Versteifungen schubsteif verbunden sind.

Unterschiedliches Tragverhalten gekrümmter und gerader Streckenüberdachungen

In Bereichen, wo die Schalen direkt auf der Gründung aufsetzen (Situation a), tragen die Elemente die Lasten vorrangig über Membrankräfte ab, ähnlich wie bei einem gekrümmten Rohrsegment. Entsprechend unterschiedliche Zug und Druckkräfte ergeben sich in den verschiedenen Auflagerbereichen zur Herstellung des Gleichgewichts.

Ähnlich verhält es sich bei Situation b: Die Dachschalen müssen zusätzlich torsionssteif sein, da sie weniger Schalenfläche mit ausreichender Krümmung aufweisen, d. h. die Schalenelemente wirken dann wie ein Ring aus einem geschlossenen Rohr, das am äußeren Rand gestützt wird. Je größer der überdeckte Winkel des Ringsegmentes ist, desto größer ist auch die Tragwirkung.

Bei den Bahnbereichen der Situationen c und d dagegen entfällt die positive Wirkung der Krümmung im Grundriss. Hier kann die Tragfähigkeit nur durch die Krümmung der Schale im Aufriss erzeugt werden. In Situation c können zusätzlich die Effekte aus den Übergängen zu den benachbarten Bereichen mit Krümmung im Grundriss und teilweise auch mit direkt aufstehender Schale genutzt werden. Im Bereich der langen Gerade entfallen solche günstigen Wirkungen jedoch vollständig. Hier galt es, andere, wirksame Tragwirkungen zu „wecken“.

Die Haupttragwirkung bei den Übergangselementen besteht im Abtrag der Vertikallasten über die Druckkräfte in die Rohrgurte. Die Holzschale übernimmt die Schubkräfte und gewährleistet in Kombination mit den Schottbögen eine ausreichende Sicherheit gegen lokales und globales Stabilitätsversagen.

Die Aufstandselemente unterscheiden sich von den Übergangselementen dadurch, dass ein größerer Teil der Lasten direkt von den Schottbögen in die Gründung eingeleitet wird. Neben den vertikalen Auflagerkräften wird mit dem Anschluss – je nach Krümmung im Grundriss – auch ein Teil der Einspannmomente aufgenommen.

Im Bereich von längeren Geradenabschnitten sorgen die Einspannungen für die Haupttragwirkungen und sind deshalb etwas kräftiger dimensioniert. Die Aufsatzelemente bestehen aus der oberen gekrümmten Sperrholzschale und der unteren Schale aus einer ebenen Kerto Q Platte. Diese beiden Schalen bilden über die Schubkopplungen an den Rohrgurten und an die Schottbögen ein Element mit hohem Torsionswiderstand.

Konstruktion und Lastabtragung mit Platten und Bögen

Die Vorfertigung der einzelnen Abschnitte der Bahnüberdachung erfolgte vollständig im Werk. Da die Grundgeometrie der Schalenflächen Freiformflächen sind, hat jedes Einzel­

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Bild 4 Bahnüberdachung Bereich K6-K7

Bild 5 Konstruktionsprinzip und Einbau der Aufstandselemente

Bild 6 Werkseitige Vorfertigung der Schalenelemente. Links im Bild: Aufsatzelemente. Rechts im Bild: Übergangselemente

element eine andere Geometrie. Um die geometrischen Anforderungen mit vertretbarem Aufwand beherrschen zu können, legten die Ingenieure als Grundprinzip fest, alle Elementstöße und damit auch die Einzelbauteile im Stoßbereich in vertikaler Ebene anzuordnen.

Dabei bestehen alle Übergangselemente aus den beiden äußeren Rohrgurten (S235 oder S355) mit Schubkopplung an die Schale, den Bogenspanten aus Kerto Furnierschichtholz, den Querrippen und der aufgebogenen mehrlagigen Sperrholzschale. Die Sperrholzschale ist als Translationsschale im Regelfall doppelt gekrümmt. Die Verwindung dieser Schalenfläche stellt den anspruchsvollsten Teil der Vorfertigung dar.

Die Bogenspanten bzw. Schottbögen sind jeweils aus drei Einzelplatten Kerto Q 33 mm blockverklebt und komplett mit der CNC Fräse bearbeitet. Zusammen mit den Querrippen bestimmen diese die Geometrie des Einzelelements. Die vor gefertigten Stahlrohre mit Stirnplatten und Anschlussblechen an die Schottbögen wurden über unterseitig an die Schale angeschraubte Stahlplatten schubfest mit dieser gekoppelt. Die Anpassung an die Winkeldifferenzen erfolgte über Dre hung im Bereich des Lochspiels des Anschlusses an das Stahlrohr.

Mit einem Fugenuntermaß von 2 mm ließen sich auch die Fertigungstoleranzen integrieren. Dies hat sich sowohl hinsichtlich des Stahlbaus als auch des Holzbaus als ausreichend erwiesen. Das geringe, aber dennoch vorhandene Quellmaß des Sperrholzes führte dazu, dass sich im Endzustand eine Druckvorspannung zwischen Sperrholzschale und Stahlgurten aufbaute, die sich statisch günstig auswirkt.

Umfangreiche Vorarbeiten fürs richtige Kleben und

Fertigen

Wie bei allen Bauwerken mit Freiformflächen waren die Anforderungen an die Planung und Fertigung der Konstruktion ausgesprochen komplex. Angefangen von der minutiösen Vorplanung, damit die Elemente nach der Vorfertigung sowohl in sich als auch im Gesamten zusammenpassen, bis hin zur Fertigung der Schottbögen per Roboter, der Verklebung und dem Abbund der bis zu fünflagigen und z. T. doppelt gekrümmten BFU Schale und schließlich dem Einbau der Stahlteile für die Kopplung der Elemente auf der Baustelle.

Bild 7 Die Schalenelemente wurden während der Montage abgestützt und abgespannt, erst nach Fertigstellung der Gesamtkonstruktion sind sie in sich tragfähig

So hat man bei ZÜBLIN Timber im bayerischen Aichach, wo alle Schalenelemente vorgefertigt wurden, sogar Biege und Klebever suche für doppelt gekrümmte Elemente mit Radien unter 2,20 m durchgeführt, um die Machbarkeit solcher Konstruktionen zu überprüfen. Erste Versuche, bei denen die BFU Platten im Wech sel längs und quer zum Radius verlegt wurden, scheiterten, da die Spannung für die längsverlegten Platten aufgrund des geringen Radius‘ zu groß wurde. Die Lösung für eine funktionierende Konstruktion bestand darin, die Platten ausschließlich quer zur Krümmung zu verlegen. Das hatte jedoch zur Folge, dass keine standardmäßige Schraubpressklebung angewendet werden konn te. In enger Abstimmung mit der Materialprüfanstalt (MPA) Stutt gart und nach bestandenen Tests einigte man sich auf eine Schraubpressklebung mit 12 cm × 12 cm Schraubenraster.

Die Fertigung der Schalenelemente umfasste sieben Arbeitsschritte. Der erste und wichtigste bestand darin, die KertoBögen auszufräsen. Anschließend wurden die fünf Lagen BFU Platten verklebt. Aufgrund der Verwendung von Resorzinharz konnte pro Tag jedoch nur eine Lage je Element verklebt werden. Bei vier Klebefugen kostete dieser Arbeitsschritt alleine vier Arbeitstage pro Element – ZÜBLIN Timber hatte damit eine sehr diffizile und zeitintensive Produktion zu bewerkstelligen. Deshalb erfolgte die Fertigung „stufenweise“ auf sechs Montageplätzen. So ließ sich sicherstellen, dass alle Arbeitsschritte kontinuierlich ausgeführt wurden.

Nach dem Fräsen der Kerto Bögen folgte der Zusammenbau der einzelnen Elemente. Anschließend hat man die Schalen verklebt, abgebunden und die Stahlteile eingebaut. Die Dachschalen er hielten unterseitig – also in den Sichtbereichen – noch eine Be kleidung aus Lärchenholzlamellen mit Sichtfugen von 2 cm zwi schen den Elementen. Die Lamellen wurden an den Schottbögen bzw. an zusätzlichen Zwischenschotten befestigt und waren Bestandteil der 3D Modellierung. Als Dacheindeckung dienen 1 mm dicke Schindeln aus eloxiertem Aluminiumblech auf Konterlattung und wasserdichtem Unterdach; diese zwischen 45 cm × 45 cm großen, ebenfalls vorgefertigten Schindeln wurden erst auf der Baustelle angepasst. Alle Elemente erhielten zudem eine Blende am Dachrand, die die Rollos für die Verschattung und den Witterungsschutz aufnehmen und abdecken.

Rundum verpackt wurden die knapp 300 Dachschalen Elemente mit einer Einzelfläche von bis zu 18 m2 dann zur Baustelle gebracht.

(2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Präzises, zwängungs- und verkantungsfreies Fügen

Die große Zahl an Unikaten des 4.500 m2 großen Dachtrag werks bedeutete eine organisatorische und logistische Heraus forderung. Die Platzverhältnisse an der Rodelbahn waren sehr beengt, und die Bahn selbst war für große Transportgeräte nicht befahrbar. Die Elemente konnten daher nur an einigen wenigen erreichbaren Stellen entladen werden. Danach muss ten sie einzeln per Radbagger zu ihrem Einbauort transportiert werden.

Die Montage erfolgte durch einen regionalen Projektpartner. Dieser hob die Dachschalen zunächst über einen direkt an der Rodelbahn platzierten Kran an die richtige Position und justierte sie so, dass sie exakt angeschlossen werden konnten. Zur Platzierung der Elemente wurde ein spezielles Lastenverteilungsgerät namens TW Balance eingesetzt. Der Kranbalancierer ermöglichte es, Kranlasten bis zu 5 t mit hoher Präzision und großer Effizienz an den jeweiligen Stellen abzusetzen. Über eine Fernbedienung konnten die Dachelemente exakt in die richtige Neigung gebracht und montiert werden. Das war von elementarer Bedeutung, da ein Fehler bei der Justierung Konsequenzen für alle Folge Elemente gehabt hätte. Die intensive Zusammenarbeit des Planungs und Ausführungsbereichs, aber auch des Montagebetriebs samt neuester Maschinentechnik ermöglichte erst das perfekte Ergebnis. Selbst geringe Differenzmaße zwischen Neubau und Bestand im Bereich von 30 mm bis 50 mm konnten geplant und die Übergänge auf der Baustelle problemlos ausgeführt werden.

Solange die gesamte Überdachung noch nicht komplett war und die Betonbauer die vorbereiteten Köcherfundamente nicht vergossen hatten, wurden die Dachschalen Elemente der verschiedenen Streckenabschnitte teilweise abgestützt oder abgespannt.

Bahn frei für die Rennrodel-WM 2023

Die Überdachung ist nach Fertigstellung weitestgehend stüt zenfrei. Damit erfüllt sie die modernsten Ansprüche und den Wunsch des Bauherrn nach maximaler Sichtfreiheit. Die erste offizielle Gelegenheit, die rundum erneuerte Rennschlitten

Praxis-Tipp: Decke und Dach selbst konfigurieren

Mit dem Konfigurator auf der Homepage (www.lignatur.ch) der Lignatur AG lassen sich Decken- und Dachaufbauten mit projektspezifischen Eigenschaften einfach gestalten und sofort visualisieren.

bahn zu testen, wird die Weltmeisterschaft im Januar 2023 sein.

Dr. Ing. Josef Trabert, M.Sc. Kilian Busch (ZÜBLIN Timber), Dipl. Ing. (FH) Susanne Jacob Freitag

Bautafel Umbau und Modernisierung Rennschlittenbahn Oberhof Bauherr: Zweckverband Thüringer Wintersportzentrum (TWZ) Oberhof, www.zv-twz.de Architekten: HSP HOFFMANN.SEIFERT.PARTNER architekten ingenieure, 98527, Suhl, www.hsp-plan.de Tragwerksplanung und 3D-Modellierung: TRABERT + PARTNER, 36419 Geisa, www.trabert.de Werkstattplanung Ingenieurholzbau und Fertigung: ZÜBLIN Timber GmbH, 86551 Aichach, www.zueblin-timber.com Montage (Holzüberdachung): ZÜBLIN Timber GmbH, STRAB Ingenieurholzbau Hermsdorf GmbH, 07629 Hermsdorf, www.strab-holz.de Montagepartner: BENNERT GmbH, 99102 Klettbach, www.bennert.de

www.zueblin timber.com

Die Lignatur AG bietet mit ihrem Konfigurator ein effektives Werkzeug, um den besten Aufbau für Decken und Dächer zu finden, die bestimmte bauphysikalische Kriterien erfüllen sollen. Denn der Konfigurator (konfigurator.lignatur.ch) ermöglicht es Planern, individuelle Systemlösungen anhand konkreter Vorgaben und Wünsche zu simulieren und das ideale Element für ein Bauvorhaben zu entwickeln. Dazu können projektspezifische Rahmendaten zu Brand , Schall und Wärmeschutz oder für Holzoptik, Raumakustik, spezielle Decken und Dachaufbauten sowie Aussteifungskriterien eingegeben werden. Der jeweilige Aufbau wird dann direkt neben der Eingabemaske als Visualisierung angezeigt.

Mit einer großen Anzahl von Variationen lässt sich die Vielseitigkeit von LIGNATUR Elementen auch bei anspruchsvollen Bauaufgaben und architektonischen Ideen voll ausschöpfen. Testen Sie selbst, wie einfach der Konfigurator funktioniert. Haben Sie Fragen zur Auslegung Ihrer Decken und Dächer, schreiben Sie eine E Mail an beratung@lignatur.ch

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Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 8 Erstes Proberodeln in der neu überdachten Eisbahn

(Fotos/Grafik: 1 Patrick Muschiol; 2, 3 u. 4 TRABERT + PARTNER; 5 TRABERT + PARTNER/Züblin Timber; 6 ZÜBLIN Timber GmbH; 7 Zweckverband Thüringer Wintersportzentrum; 8 ZÜBLIN Timber/Zweckverband Thüringer Wintersportzentrum)

Der Konfigurator der Lignatur AG für die Gestaltung und Visualisierung von Decken- und Dachaufbauten

Dauerhafter Holzschutz mit Flüssigkunststoff

Mit FRANKOSIL 1K Plus von FRANKEN SYSTEMS können sichere Abdichtungen im Holzbau geplant werden: Der Flüssigkunststoff ist als Sockelabdichtung geprüft. Untersuchungen des Fraunhofer Instituts für Bauphysik bestätigen, dass Wasser aus der Holzbauwand durch die Abdichtung nach außen hin regelmäßig und dauerhaft abtrocknet.

Eine Herausforderung für die Konstruktion von Außenwänden in Holzbauweise ist die Abdichtung gegen Spritzwasser in der Sockelzone bei gleichzeitiger Erhaltung der Rücktrocknungsmöglichkeit der Holzbauteile. Viele Lösungen dichten den Holzbausockel außenseitig zwar zuverlässig gegen flüssiges Wasser ab, hemmen aber u. U. den Wasserdampfdiffusionsstrom, sodass eine Rücktrocknung von im KVH vorhandener Feuchtigkeit nicht sicher stattfinden kann. Insbesondere ist dies dann kritisch, wenn eine diffusionshemmende außenseitige Abdichtung im Sanierungsfall erneuert oder nachträglich angebracht wird und über die Innenseite der betroffenen Wand Raumluftfeuchte in die Konstruktion eindringen kann, weil dort keine Dampfbremse vorhanden ist.

FRANKOSIL 1K Plus mit niedrigem Diffusionswert

Optimal ist Holzschutz, der vor Schlagregen, Bodenfeuchte sowie Spritzwasser schützt, dauerhafte Standsicherheit garantiert und einfach in der Anwendung ist, insbesondere in der Altbausanierung. FRANKOSIL 1K Plus weist einen der niedrigsten Dampfdiffusionswiderstände aller am Markt erhältlichen Abdichtungen auf, verfügt über eine Europäische technische Zulassung und ermöglicht auch bei relativer hoher Einbauholzfeuchte ein sicheres Austrocknen der Holzkonstruktion. „Der Sd Wert unserer Abdichtung liegt bei unter zwei Metern, wenn die Anforderung an die Abdichtung gemäß Zulassung (ETA) von 3,2 kg/m2 erfüllt ist“, sagt Wolfgang Schreiber, Vertriebsleiter Deutschland bei FRANKEN SYSTEMS.

Der Sd Wert beschreibt die äquivalente Luftschichtdicke eines Materials, vergleichbar mit einer ruhenden Luftbarriere, die einen natürlichen Widerstand gegen den Feuchtetransport (Diffusion) darstellt. Je niedriger der Wert ist, desto geringer ist auch der Widerstand gegen den Feuchtetransport. Für das Holz,

Bild 2 Die Verläufe der Wassergehalte der äußeren OSB-Platte in Ver bindung mit FRANKOSIL 1K Plus von FRANKEN SYSTEMS zeigen im Test des Fraunhofer Instituts für Bauphysik, dass der Flüssigkunststoff Holzbausockel sicher und dauerhaft abdichtet.

(Grafiken/Foto:

Bild 3 In Verbindung mit dem FRANKOSIL Turbo Shot härtet die Abdichtung FRANKOSIL 1K Plus von FRANKEN SYSTEMS besonders schnell aus. Aktuelle Tests bestätigen, dass der Flüssigkunststoff Holzbausockel sicher und dauerhaft abdichtet.

auf dem die Abdichtung aufgebracht ist, bedeutet das: Das Wasser, das während des Baus oder vor der Abdichtung von außen ins Holz eingedrungen ist, diffundiert langsam wieder heraus, sodass die Holzschwelle z. B. im Sommer abtrocknen kann.

Niedriger Sd-Wert der Abdichtung schützt Holz vor dauerhaften Schäden

Eine Abdichtungslösung mit einem niedrigen Sd Wert unterstützt also den Feuchtetransport aus dem Holz heraus. Sobald der Holzbau optimal abgedichtet ist, sodass er regelmäßig abtrocknen kann, bleiben schädliche Mikroorganismen und Fäulnis außen vor. „Wichtig dabei ist, dass von der Innenseite aus keine großen Mengen Feuchtigkeit in die Wandkonstruktion gelangen, etwa feuchte Raumluft oder Wasser aus Leckagen in der Luftdichtheitsebene der Holzwand“, erläutert Wolfgang Schreiber. Außerdem gilt zu beachten, dass Holzwände heterogen aufgebaut sind und die Bauphysik dynamisch ist: Unterschiedliche Materialien und Witterungseinflüsse wie Sonne, Wind, Regen oder Temperaturänderungen beeinflussen den Feuchtegehalt und die Temperatur der Wandkonstruktion.

Praxis-Test im Fraunhofer Institut für Bauphysik

Bild 1 Für den Holzbausockel-Test für FRANKOSIL 1K Plus von FRANKEN SYSTEMS hat das Fraunhofer Institut für Bauphysik die gesamte Schwelle, den äußeren Zentimeter der Schwelle sowie die OSB Platten über der Schwelle, im unteren Bereich sowie im äußeren Bereich der Abdichtung untersucht.

Um die Diffusion des Wassers aus dem Holz für den Flüssigkunststoff FRANKOSIL 1K Plus unter diesen heterogenen und dynamischen Bedingungen nachzuweisen, hat das deutschlandweit anerkannte Fraunhofer Institut für Bauphysik im Auftrag

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FRANKEN SYSTEMS)

von FRANKEN SYSTEMS die Feuchteentwicklung in einer abgedichteten Holzwand überprüft. Mit dem speziell dafür entwickelten Programm WUFI haben die Ingenieure über mehrere Monate hinweg eine Praxis Situation simuliert. Grundlage dafür waren die in unabhängigen Laboren geprüften Materialeigenschaften von FRANKOSIL 1K Plus.

Der einkomponentige Flüssigkunststoff auf Polyurethan Hybrid Basis mit dem niedrigen Sd Wert ist dauerelastisch und rissüberbrückend. Er lässt sich auf verschiedenen Untergründen verarbeiten und eignet sich auch für Detailanschlüsse. Die Abdichtung ist zudem geruchsneutral und emissionsarm, wofür sie mit dem Siegel EC 1PLUS zertifiziert worden ist. In Verbindung mit dem FRANKOSIL Turbo Shot härtet die Abdichtung besonders schnell aus und ist bereits nach 1,5 Stunden wieder belastbar.

„Das Ergebnis der Untersuchung am Fraunhofer Institut zeigt, dass unser Flüssigkunststoff dauerhaft schlagregendicht ist. Feuchte kann dauerhaft und regelmäßig aus der Holzbauwand durch die Abdichtung nach außen abtrocknen“, fasst Wolfgang Schreiber die Testresultate zusammen. Für Planer, Zimmerer und Holzbautechniker bedeutet das: FRANKOSIL 1K Plus realisiert sichere Abdichtungen auch in der „Spritzwasserzone“, sodass Regen, Nässe und Bodenfeuchte die tragenden Holzbauteile auch auf lange Sicht nicht schädigen können.

info@franken systems.de, www.franken systems.de

https://www.facebook.com/FrankenSystems https://www.instagram.com/frankensystems https://www.linkedin.com/company/franken systems gmbh/ https://www.youtube.com/user/Voutevan

Die HOLZ HANDWERK, die Europäische Fachmesse für Maschinentechnologie und Fertigungsbedarf, findet 2024 bereits zum 20. Mal statt und ist eine der wichtigsten Veranstaltungen der Branche im europäischen Bereich. Ein hochwertiges Rahmenprogramm mit zahlreichen Highlights und Sonderschauen rundet das Messekonzept ab. Veranstaltet parallel zur FENSTERBAU FRONTALE im Messezentrum Nürnberg vom

19.–22. März 2024, bietet die Messe alles rund um die Themen Holzbearbeitung, Holzverarbeitung und Holzbearbeitungsmaschinen, u. a. Elektrowerkzeuge, Pneumatikwerkzeuge, Schleif und Poliermittel, Oberflächentechnik, Software und Organisation, Entsorgungstechnik, Befestigungstechnik und Beschläge, Bauelemente, Halbfabrikate, Einbauteile und systeme für Möbel und Innenausbau, Hölzer, Holzwerkstoffe und Materialien sowie Umwelt und Arbeitsschutz.

www.holz handwerk.de

Holz

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BESCHÜTZT SPIELEN UND LERNEN

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Die schwer entflammbare SWISS KRONO OSB/3 SF-B EN300 bietet effektiven baulichen Brandschutz in Kitas, Schulen und allen Gebäuden bei denen es darauf ankommt. Sie verhindert die übermäßige Ausbreitung eines Brandes, enormen Temperaturanstieg und starke Rauchentwicklung. swisskrono.com/de

Holzbrücken jetzt rutsch- und sturzsicher

Die Technische Universität München (TUM) zählt zu den besten Universitäten, in internationalen und nationalen Rankings schneidet sie regelmäßig hervorragend ab. Auf dem weitläufigen Campus Weihenstephan in Freising gibt es mehrere alte pittoreske Holz brücken, die Teil der Geh- und Radwege sind. Doch bei nasser Witterung entpuppen sich die Holzplanken als Rutschbahnen. Nach einigen Unfällen und Beschwerden suchte man nach einer hand festen Lösung, die sowohl Fußgängern als auch Radfahrern bei Regen, Feuchtigkeit und überfrierender Nässe eine sichere Überquerung bietet. Fündig wurde das Gebäudemanagement bei den Schweizer Experten der GriP Safety Coatings AG.

Spitzenleistungen in Forschung und Lehre, Interdisziplinarität und Talentförderung – dafür steht die Technische Universität München (TUM). Sie ist eine der drei ersten Exzellenz Universitäten Deutschlands und umfasst elf Schools und Fakultäten mit 48.000 Studierenden und 600 Professoren. Bisher brachte die TUM 17 Nobelpreisträger hervor. Auf dem Weihenstephaner Campus gilt der Fokus den Lebenswissenschaften, in Freising werden die Kompetenzen an der TUM School of Life Sciences gebündelt. Vom Molekül über die Pflanze und das Tier bis zum Ökosystem und zur Landschaft wird unter dem Motto „One Health“ molekularbiologisch, systemisch und ingenieurwissenschaftlich geforscht und gelehrt. Neben der TUM befinden sich weitere Institutionen auf dem Campus: Die Hochschule Weihenstephan Triedorf (HSWT), die Landesanstalt für

Landwirtschaft (LfL), die Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF) sowie die Staatsbrauerei Weihenstephan.

Der Geländekörper des Campus Weihenstephan erstreckt sich über ein ca. 9 km2 großes Areal: Im Talgebiet sind das Zentrale Hörsaalgebäude, die Universitätsbibliothek und die Mensa eingerichtet. Auf dem Weihenstephaner Berg befinden sich die Verwaltung, weitere Institutionen und die Bayerische Staatsbrauerei Weihenstephan. Auf der gegenüberliegenden Anhöhe ist das Gebäudemanagement untergebracht. Zum Thalhauser Graben, dem Bachlauf von West nach Ost, verlaufen parallele Wege für Fußgänger und Radfahrer. Wer die Seiten im Thalhauser Grabenwechseln will, nutzt dazu einige Holzbrücken.

Edelstahl im Holzbau –eine sichere Verbindung

Ob am Wohnhaus (Holzfassade, Sichtschutz, Carport oder Terrasse) oder im modernen Holzingenieurbau (Lagerhallen, Brückenbau, Schwimmbad- und Sportstättenbau) – die richtige Auswahl der Verbindungselemente benötigt besondere Aufmerksamkeit. Immer dann, wenn Holzbauten dauerhafter Feuchtigkeit ausgesetzt sind, kommt den eingesetzten Verbindungselementen wie Schrauben, Muttern und Gewindestangen eine ganz besondere Bedeutung zu.

Und genau hier setzen wir von TOBSTEEL an.

Von der Schraube für Ihr Holzhaus bis hin zur speziellen Befestigung für den anspruchsvollen Holzingenieurbau:

Wir haben für jede Anwendung die richtige Holzbauschraube!

Wir sind der Spezialist, wenn es um nichtrostenden und hochkorrosionsbeständigen Edelstahl bei hochwertigen Verbindungselementen geht und haben für alle fünf Korrosionsbeständigkeitsklassen (CRC) den richtigen Werkstoff auf Lager!

Brücken zu Rutschbahnen verwandelt Doch die Feuchtigkeit, das sich ablagernde Moos, überfrie rende Nässe und Regen sorgten dafür, dass sich die Brücken vor allem im Herbst und Winter in Rutschbahnen verwandel ten. „Es sind immer wieder Menschen gestürzt. Ich selbst habe mit dem Rad die Erfahrung gemacht und festgestellt, dass die Brücken ungeheuer glatt werden können“, erklärt Michael Weißwange vom TUM Gebäudemanagement Cam pus Weihenstephan. Durch das viele Befahren und Belaufen haben die Holzdielen aus Douglasie schon viel an eigener Struktur eingebüßt.

Die Brücken sind abgegriffen und abgenutzt. An das Gebäude management wurden immer wieder Beschwerden herangetra gen, zumal die Unfälle sich häuften. Michael Weißwange: „Als Betreiber sind wir verantwortlich und zügig der Sache nachgegangen, haben verschiedene Versuche gestartet, um dem Problem beizukommen.“ Doch weder Gummimatten noch Streusplitt brachten den erhofften Erfolg auf den unebenen Bohlen. Auch der Einsatz von Chemikalien gegen den Moos bewuchs war keine Lösung, um eine dauerhafte Rutschhem mung zu erzeugen. „Die Suche nach der optimalen Lösung war recht spannend“, erinnert sich Michael Weißwange, der selbst Meister in der Gebäudereinigung ist. „Für den Innenbe reich gibt es einige Firmen, die Rutschhemmungen anbieten, beispielsweise in Form von Holzversiegelung und beschich tung. Aber das lässt sich nicht eins zu eins nach draußen verla gern.“

Bild 1 Auf dem weitläufigen Campus der Technischen Universität München in Freising gibt es mehrere alte pittoreske Holzbrücken, die Teil der Geh- und Radwege sind

(Fotos: GriP Safety Coatings AG)

Informationen zum Produkt

GriP AntiRutsch wurde Mitte der 1990er Jahre entwickelt und hat sich in diesen zwei Jahrzehnten zur weltweit meist verwendeten Anti Rutsch Beschichtung entwickelt. GriP AntiRutsch eignet sich ideal für alle Duschbereiche, Frei und Hallenbäder, Eingangs und Übergangsbereiche, Treppen, Terrassen und Balkone. Auch Nassbereiche auf Schiffen und Booten wie in Großküchen und in der Klinik und Pflegebranche werden damit abgesichert.

GriP Antirutsch erfüllt sowohl die anti bakteriellen als auch anti mikrobiellen ISO Normen und besitzt eine zertifizierte Beständigkeit gegen Bakterien und Pilze. Führende Sanitärhersteller beschichten ihre Wannen und Duschtassen mit dem Produkt. Weltbekannte Hotelketten verwenden GriP AntiRutsch in Bädern und Duschen sowie in Saunalandschaften und Pool und Wellnessbereichen.

GriP AntiRutsch erfüllt alle gängigen Hygienestandards und ist in unter schiedlichen Rutschsicherheitsklas sen für den privaten und kommerzi ellen Einsatz erhältlich. Im Barfuß bzw. Nassbereich besitzt das Produkt die höchste Rutschsicherheitsklasse (GB2/C) und im Schuhbereich R11 und R12. Die Oberflächenbeschich tung ist leicht in 30 Minuten aufzu bringen, nach bereits zwölf Stunden ist die Fläche wieder benutzungsbe reit.

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sollte. „Es gab genau einen Tag, an dem Sonne vorausgesagt wurde – davor gab es nur Regen und danach auch“, erin nert sich Dieter Stelker, Technischer Leiter der GriP Safety Coatings AG. Also wurden alle anderen Termine verlegt, um die günstigen Witterungsbe dingungen auszunutzen. „Ich weiß noch, wie die Herren vom Gebäudema nagement mit dem benzinbetriebenen Laubsauger und der warmen Luft die Oberfläche trocken geblasen haben, sodass ich gleich loslegen konnte.“ Im Vorfeld waren die Holzbrücken mit dem Hochdruckreiniger gesäubert und kaputte Bohlen ausgetauscht wor den.

Transparente und wetterfeste Antirutschbeschichtung

Die drei Holzbrücken mit insgesamt 105 m2 Fläche wurden an einem Tag vom Fachmann mit einem speziellen Spritzverfahren beschichtet. Für Reini gung, Ausbesserung, Aufbringung und Abtrocknung wurden die Brücken ledig lich mit Sperrzäunen drei Tage lang abgesichert.

Eingesetzt wurde die transparente und wetterfeste Antirutschbeschichtung GSAS mit der Rutschsicherheitsklasse R11. Das lösemittelfreie Material ist umweltfreundlich, transparent und beschädigt den Untergrund nicht. „Um den Antirutscheffekt möglichst lange zu erhalten, sollte der Winterdienst nicht mit Splitt abstreuen – das hätte eine abrasive Wirkung“, rät Dieter Stelker. Das Gebäudemanagement nutzt auch nicht zuletzt aus Umweltschutzgründen Calciumcarbo nat als Streugut.

Standzeit von sieben bis zehn Jahren

„Wir haben uns das System und die Details am Telefon ausführlich erklären lassen. Warum es schlüssig ist und wie die körnige Zwei Komponenten Be schichtung funktioniert. Vor allem hat uns die Aussicht auf eine Standzeit von sieben bis zehn Jahren überzeugt – das ist für den Außenbereich eine hohe Zahl“, sagt Michael Weißwange. Doch nach der Entscheidungsfindung gab es nur ein sehr enges Zeitfenster, da die Applikation von SWISSGrip noch rechtzeitig vor dem Herbst erfolgen

Dass es trotz Oberflächenbeschichtung keine optische Veränderung gibt, erstaunt Michael Weißwange bis heute: „Man sieht nicht wirklich, dass da etwas drauf ist. Ich bin erst in die Hocke und dann auf die Knie gegangen, um das zu begutachten. Lediglich haptisch ist die Körnung zu spüren, die sich wie eine Sandfläche anfühlt.“ Über die Entscheidung, die Holzbrücken mit SWISSGrip zu beschichten, ist er genauso zufrieden wie über das Ergebnis. „Als Fahrradfahrer habe ich immer mal wieder bei Feuchtigkeit und im Regen den Bremstest gemacht. Tatsächlich rutscht man nicht mehr weg, da ist jetzt eine deutliche Haftung vorhanden.“

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MicroCity in Neuenburg/Schweiz ist ein Gebäude, das der Mikrotechnik gewidmet ist und mithilfe der DELTABEAM® Verbundträger von Peikko sowie eines Holz-Beton-Verbunddeckensystems errichtet wurde. Damit kombinieren die Verantwortlichen zwei HybridFertigteilsysteme und sorgen für einen effizienten Bauablauf.

Die Schweizer Stadt Neuenburg (frz.: Neuchâtel) kann auf eine lange Tradition in der Uhrenherstellung zurückblicken. So kommt es, dass viele bekannte und wichtige Unternehmen aus

dieser Branche hier ihren Sitz haben. Der Kanton Neuenburg errichtete hier ein Gebäude mit ca. 2.500 m² Grundfläche für die Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (EPFL). Das Objekt trägt den Namen MicroCity und beherbergt mehrere Büros und Forschungseinrichtungen. Das Gebäude gilt als erster Schritt der nachhaltigen Erweiterung dieses Wirtschaftsbereichs zu einem der größten Kompetenzzentren für Mikrotechnik in Europa.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Bild 1 Das MicroCity-Gebäude soll der erste Schritt hin zu einem der größten Kompetenzzentren für Mikrotechnik in Europa sein (© Yves Andre)

Bild 2 DELTABEAM® Verbundträger werden mit PCs® Konsolen an aufgehende Betonbauteile angeschlossen

Bild 3 PCs® Konsolen ermöglichen eine durchgehende, glatte Schalung

MicroCity: Stahl-Beton-Verbund und Holz-Beton-Verbund in Kombination

Innerstädtische Situation und Anliegerschutz

Mit dem Bau des Objektes wurde als Generalunternehmung ERNE aus Laufenburg, beauftragt. Es hat sich auf vorgefertigte Systeme im Holz und Holz Verbundbau spezialisiert. Eine große Herausforderung stellte die dichte Bebauung rund um die Baustelle dar. Vor Ort war nur wenig Platz und die Bedürfnisse der Anlieger mussten berücksichtigt werden. Für das Bauunternehmen bedeutete dies konkret: Die Fläche zur Lagerung von Material war knapp und die zum Verdichten von Beton erforderlichen Vibrationen und andere Emissionen mussten auf ein Minimum reduziert werden. Gleichzeitig musste eine extrem kurze Bauzeit eingehalten werden, wobei hohe Anforderungen an den Brand und Schallschutz zu erfüllen waren. Darüber hinaus sollte die MicroCity den Richtlinien des Schweizer Minergie ECO Standards entsprechen. Dieser sieht u. a. den rationellen Energieeinsatz und die Einhaltung der im Kyoto Protokoll festgelegten Reduktion von CO2 durch den Einsatz erneuerbarer Energien vor.

Hybride Fertigbauweise

So kam es, dass sich die Verantwortlichen dafür entschieden, das Gebäude in Hybridbauweise so weit wie möglich vorzuferti­

Bild 5 Die Holzverbund-Elementdecken werden einfach auf den DELTABEAM® aufgelegt – die unterzugslose Deckenunterseite ist der große Vorteil des DELTABEAM® Verbundträgers

gen und die Elemente erst auf der Baustelle zusammenzufügen. Hierfür setzen sie ein Element Deckensystem „SupraFloor“ ein, das die Vorteile von Holz und Beton gekonnt verbindet. Es ermöglicht große Spannweiten und gewährt guten Schallschutz. Dieses hybride System kombinierten sie mit Betonfertigteilen sowie den innovativen Produkten von Peikko. Peikko bietet weltweit Produkte an mit dem Schwerpunkt kraftübertragender Bauteilverbindungen. Diese Produkte lehnen sich stark an die Empfehlungen des fib (Internationale Föderation des Betons) an und erhöhen die Effizienz auf der Baustelle. Beim MicroCity Gebäude kam u. a. der seit Mitte der 1980er Jahre bewährte DELTABEAM® Verbundträger zum Einsatz.

Bauen ohne Unterzüge mit Verbundträgern

Der DELTABEAM® ist ein trapezförmig geschweißtes Stahlprofil, das seitlich kreisförmige Öffnungen aufweist. Auf seinen verbreiterten Unterflanschen können alle Arten von Deckensystemen aufgelagert werden. Bei der Baustelle in Neuenburg kommen jedoch stattdessen die Holz Beton Verbunddecken von ERNE zum Einsatz. Dadurch wurde der Anteil an erneuerbaren Rohstoffen, die im Gebäude verwendet werden, erhöht und die CO2 Bilanz des gesamten Gebäudelebenszyklus erheblich verbessert. Alle weiteren Arbeitsschritte blieben wie gewohnt. Das

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 4 DELTABEAM® Verbundträger von Peikko sind ein ideales Auflager für die Holzverbunddecken von ERNE

bedeutet, die Decke wird anschließend mit Beton vergossen, wobei dieser durch die kreisförmigen Öffnungen in den Innenraum des Stahlprofils fließt. Damit wirkt der Träger im Montagezustand als reine Stahlkonstruktion und nach dem Aushärten des Betons als Verbundkonstruktion. Ein großer Vorteil des DELTABEAM® Verbundträgers ist, dass er in der Decke integriert ist und so durch ihn ein Unterzug überflüssig wird. So lassen sich i. d. R. zwischen 10 und 30 % der Deckendicke – und Gebäudehöhe – einsparen und die Deckenuntersicht ist praktisch eben. Beim MicroCity Gebäude leiten die meisten DELTABEAM® Verbundträger die anfallenden Lasten über Fertigteilstützen ab. Und auch hier machen Peikko Produkte den Gebäudebau wesentlich effizienter. In diesem Fall erleichtern sie die Schalungsarbeit im Betonfertigteilwerk.

PCs® Konsolen – eine effiziente Alternative

Damit ein Träger an eine durchgehende Fertigteilstütze ange schlossen werden kann, sind normalerweise Betonkonsolen erforderlich. Diese stören meist architektonisch und erschwe ren den Schalungsbau. Dank der PCs® Konsolen von Peikko kann das ausführende Unternehmen die Stützen mit einer glatten Schalung herstellen, denn das System besteht aus zwei Bauteilen, mit deren Hilfe eine unsichtbare Konsole erstellt wird. Das Stützeneinbauteil wird zusammen mit der Beweh rung in die Schalung eingebaut und anschließend im Beton eingegossen. Erst nachdem dieser ausgehärtet ist und die Scha lung entfernt wurde, wird die eigentliche Konsole, d. h. der Konsolblock, daran angeschraubt und horizontal sowie verti kal justiert. Damit erübrigen sich aufwendige Schalungsgeome trien und die Schalung bleibt unversehrt. DELTABEAM® und PCs® Konsolen wurden von Peikko just in time auf die Bau stelle geliefert. Dabei legt das Unternehmen großen Wert dar auf, schon in der Vorplanung mit seinen Kunden Hand in Hand zu arbeiten. Dipl. Ing. Samuel Bieber, der Projektleiter des Neuenburger Bauvorhabens, sagt hierzu: „Wir kannten die Peikko Produkte schon von anderen Objekten und wussten, dass wir uns auf das Unternehmen verlassen können.“ Micro City wurde im Herbst 2013 fertiggestellt. Das viergeschossige

Bild 6 DELTABEAM® Verbundträger können mit allen Stützen- und Deckensystemen kombiniert werden – das Bild zeigt eine Holzstütze und eine Holz-Beton-Verbunddecke

Gebäude, dessen Fassade ein interessantes Wechselspiel von durchgehenden Fensterbändern und geschlossenen Elementen zeigt, zieht seitdem zahlreiche Besucher aus der Mikrotechnik branche an und zeigt, welche ästhetisch ansprechenden und technisch beeindruckenden Möglichkeiten die Hybridbauweise bietet.

Bautafel MicroCity, Neuenburg/Schweiz Architekturbüro: Bauart Architectes et Urbanistes SA, Neuchâtel/Schweiz Projektentwickler: Etat de Neuchâtel Bauunternehmen: ERNE AG Nutzfläche: 94.000 m2 Geschosse: 7 Lieferzeitraum: 2011 Fertigstellung: 2013

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Ansbach SUITES: stilvolle Eigentumswohnungen

Ansbach in Mittelfranken macht sich chic: In attraktiver Innenstadtlage entstanden zwei Mehrfamilienhäuser in Holzrahmenbauweise – die Ansbach SUITES. Es sind die ersten viergeschossigen Holzhäuser in Ansbach. Sie befinden sich innerhalb eines Sanierungs gebiets und bilden den Startschuss zur Aufwertung der Ansbacher Innenstadt. Die Gebäude bestechen durch opulente Terrassen und Balkone auf der Südseite, elegante Fassadengestaltung, FlachdachArchitektur und Tiefgarage.

Ein natürliches Raumklima, eine gute Energieeffizienz und der Einsatz nachhaltiger Baumaterialien waren dem Bauherrn ein Anliegen. Beide Objekte sind als KfW Effizienzhaus 40 ausge führt. Kubische Architektur mit Flachdach, bodentiefe Fenster und eine gehobene Ausstattung machen die Gebäude nicht nur von außen zum Blickfang, sondern auch neugierig auf die Gestaltung der Räumlichkeiten. Die Wohnungen überzeugen durch variantenreiche Grundrisse mit durchdachter Raumauf teilung.

Moderner Holzbau: Zeitgemäße Architektur und kurze Bauzeit

Der Holzrahmenbau wurde von der Zimmerei Mohr mit SWISS KRONO OSB/4 EN300 realisiert. Produziert mit formaldehydfreien Bindemitteln, wird diese OSB Platte hauptsächlich für den ökologischen Holzrahmenbau eingesetzt. SWISS KRONO OSB/4 EN300 stellt mit EPD, PEFC Siegel und dem Blauen Engel unter Beweis, dass diese OSB Platten ein Maximum an Qualität und Nachhaltigkeit aufweisen. Die hervorragenden technischen Werte machen die SWISS KRONO OSB/4 EN 300 zum Allrounder für hohe Ansprüche an Statik und Wohngesundheit.

Die beiden Objekte wurden binnen weniger Monate errichtet. Durch den hohen Vorfertigungsgrad der Elemente in Holzrah menbauweise verlief die Montage sehr schnell. Das wussten auch die Nachbarn zu schätzen. Da die Baustelle mitten in der

Bild 1 Außenansicht der fertigen Ansbach SUITES

Bild 2 Vorfertigung der Wandelemente in Holzrahmenbauweise mit SWISS KRONO OSB diffusionsfähig Sd-Wert < 2m

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Glückliche Eigentümer und Bewohner

Die Ansbach SUITES mit ihren lichtdurchfluteten Räumen sind sowohl für Kapitalanleger als auch für Selbstnutzer attraktiv.

Ein bepflanzter Innenhof mit Spielflächen, Tiefgaragen Stellplätze und barrierefreier Zugang zu allen Wohnungen bilden ein überzeugendes Gesamtpaket. So war es nicht verwunderlich, dass die 31 Eigentumswohnungen und eine Praxis im Nu vergeben waren.

Bautafel

Neubauensemble Ansbach SUITES

2 viergeschossige Mehrfamilienhäuser mit 31 Eigentumswohnungen und einer Praxis, insgesamt 2.400 m2 Wohnfläche, KfW 40 Effizienzhaus, Herrieder Vorstadt, 91522 Ansbach

Bauherr: MohrHolzhaus GmbH, Industriestraße 8, 91578 Leutershausen, www.mohrholzhaus.de

Architekt/Planer: Holzinger Eberl Fürhäußer Architekten GbR, Würzburger 21.23, 91522 Ansbach, www.hef-architekten.de Ausführendes Unternehmen Vorfertigung und Montage: Zimmerei Mohr GmbH, Industriestraße 8, 91578 Leutershausen, https://www.mohrholzbau.de Verarbeitete OSB-Produkte und CO2-Bindung: SWISS KRONO OSB/4 EN300: Dach: ca. 42 m3 OSB-Platten Wände: ca. 140 m3 OSB-Platten Insgesamt wurden ca. 182 m3 OSB verarbeitet, die 182 Tonnen CO2 speichern.

Im Detail: Außenwände, Wohnungstrennwände und tragende Innenwände Haus A: 22 mm dick, 2.800 mm × 1.250 mm Haus B: 22 mm dick, 2.500 mm × 1.250 mm Nichttragende Innenwände und Terrassenbrüstungen beide Häuser: 15 mm dick, 2.800 mm × 1.250 mm Baujahr: 2020–2021

www.swisskrono.com/de

Bild 3 Montage der vorgefertigten Holzrahmenbau-Elemente

(Fotos: © SWISS KRONO tm studios)

Kennt der Holzbau Grenzen des Wachstums?

Grünes Wachstum ist die Antwort vieler Regierungen auf die Klimakrise. Ihre „Green Deals“ rücken den Holzbau in den Fokus: Dieser soll wachsen. Eine große Chance für die Holzbau Com munity. Doch können wir den damit einhergehenden Anforderungen gerecht werden? Oder gibt es vielleicht Einflüsse, die dem Holzbau Grenzen seines Wachstums setzen können? Es mag eine überraschende Frage sein in Zeiten des Holzbau Booms, doch sie beschäftigt mich. Und noch mehr beschäftigt mich die Frage, wie wir diesen möglichen Herausforderungen begegnen können.

Wir erleben zunehmende Kalamitäten bei Nadelbäumen und eine nachlassende Aufforstung mit Nadelholz. Der wissenschaftliche Beirat für Waldpolitik sieht unseren Nadelholzbedarf noch für 15 bis 20 Jahre ausreichend durch inländische Versorgung gedeckt. Das bedeutet: Der Waldumbau muss noch stärker im konstruktiven Holzbau ankommen, um uns von individuellen Preisentwick lungen und einer zunehmenden Abhängigkeit von Importen zu entkoppeln.

Unsere knapper werdenden Ressourcen und die stark gestiegenen Energiekosten sind klare Indizi en für deutlich steigende Baustoffpreise. Ressourceneffizienz wird auch wirtschaftlich notwendig. Dem könnte man z. B. durch aufgelöste Tragwerke begegnen. Die Bestandteile vollflächiger Quer schnitte könnten vermehrt entsprechend ihrer Beanspruchung ausgewählt werden. Die Holzbau forschung geht diese Themen bereits an: Brettsperrholz mit auf Lücke gelegten Lamellen, Einsatz von Schadholz oder Altholz in Mittellagen, Diagonallagenholz, Stäbchenlamellen …

Auch „Re use“ ist ein Gebot nachhaltigen Handelns. Die stark steigenden Preise für die Entsorgung von Bauschutt macht die Wiederverwendung von Bauteilen oder zumindest die Trennung von Bau teilen in wiederverwertbare Rohstoffe zunehmend auch zu einem wirtschaftlichen Erfordernis. Bauen wird jedoch auch in Zukunft hybrid bleiben, denn hybride Bauteile machen Sinn. Dem Thema der lösbaren Verbindungen sollten wir jedoch mehr Aufmerksamkeit widmen. „Re use“ muss mit dem jetzigen Gebäudebestand beginnen. Dies bedingt, den heutzutage meist grobmotori schen Abriss durch einen sorgfältigeren Rückbau zu ersetzen. Aber auch dieser führt häufig zu Bauteilen, die zwar noch gleiche Querschnitte, jedoch kürzere Längen aufweisen. Tragwerksent wicklungen könnten dies aufgreifen, vor 100 Jahren fand Zollinger eine Lösung zu dieser Frage. Gebrauchte Holzbauteile wieder in eine baurechtlich abgesicherte Anwendung zu bringen, erfor dert weitere Forschungsarbeit.

Last but not least: Ja, der Holzbau steht vor spannenden Aufgaben. Damit ergeben sich Chancen, aber auch eine große Verantwortung. Die Community, die diese Aufgaben bewältigen kann, ist ver gleichsweise klein, noch, aber sie wächst. Das bedeutet auch: Talentierte und begeisterte Nach wuchskräfte zu gewinnen, wird mehr denn je zur Kernaufgabe. Es reicht nicht mehr, die verbliebe nen Studierenden/Auszubildenden auf Jobmessen zu umwerben. Wir sollten bereits Schüler von unserer schönen Aufgabe überzeugen. Der Holzbau steht für Digitalisierung und Vorfertigung/ Robotik – treffen wir damit nicht die Neigung vieler „digital natives“? Und im Vergleich zu anderen Berufszweigen haben wir einen weiteren Vorteil: Wir können zeigen, was wir tun.

Auch dieses Heft zeigt Ausschnitte unseres Tuns, es ist Spiegelbild der Innovationskraft und Forschungsstärke der Holzbau Community. Mögen ihm viele weitere folgen.

Univ. Prof. Dr. Ing. Philipp Dietsch Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hinweis: Dies ist ein Auszug aus der Antrittsvorlesung von Prof. Dietsch am KIT vom 7.10.2022. Ein vollständiges Video ist auf dem YouTube Kanal „KIT Lehre und Wissen“ verfügbar.

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Philipp Dietsch

Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben

Die Ausziehtragfähigkeit ist eine relevante Kenngröße für die Bemessung von Schrauben als Holzverbindungsmittel, sog. Holzschrauben. Diese wird, in Wechselwirkung mit den Holz eigenschaften, durch die Gewindegeometrie der Holzschraube beeinflusst. Bisherige Untersuchungen konnten die Einflüsse der Gewindeparameter auf die Ausziehtragfähigkeit noch nicht hinreichend ermitteln, um eine konstruktive Optimierung des Gewindes zu ermöglichen. In Versuchen mit Gewinde-Test objekten, welche gerade Gewindeflanken besitzen, konnte der Einfluss verschiedener Gewindeparameter auf die Tragfähigkeit ermittelt werden. Allerdings ist die Übertragbarkeit auf Holzschrauben bislang nicht untersucht worden. In diesem Beitrag wird die Untersuchung dieser Übertragbarkeit vorgestellt. Dazu wurden auf Basis der Ergebnisse zu den GewindeTestobjekten zwei bezüglich der Ausziehtragfähigkeit optimierte Gewindegeometrien entworfen. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse zu prüfen, werden die Ausziehtragfähigkeiten von zwei Holzschraubenvarianten mit optimierten Gewindegeo metrien, mit einer Referenzvariante sowie einer kommerziellen Holzschraube verglichen. Die zwei optimierten Holzschraubenvarianten weisen signifikant höhere Ausziehtragfähigkeiten gegenüber der Referenzvariante sowie der kommerziellen Schraubenvariante auf. Damit wird gezeigt, dass die Erkenntnisse der Gewinde-Testobjekte übertragbar sind. Hersteller können diese daher zur Optimierung der Holzschraubengeo metrie nutzen.

Investigation of the withdrawal capacity of thread-optimized wood screws

The withdrawal capacity is necessary for the design of screws for application in timber, so called wood screws. The withdrawal capacity is influenced by the thread geometry of the screw which interact with the wood properties. Prior investigations have not been able sufficiently determine the influence of the thread parameters on the withdrawal capacity to enable thread geometry optimization. In investigations with so-called thread-test-objects with straight thread flanks, the influences of thread parameters were determined. However, the transferability of these results to wood screws is still unclear. Aim of this paper is to investigate this transferability. To do so, various thread geometries optimized for withdrawal capacity were designed. To test the transferability of the results, the withdrawal capacity of two screw variants with optimized thread geometries, a reference variant and a commercial wood screw is measured. The two optimized screw variants show significantly higher withdrawal capacities compared to the reference variant and the commercial screw variant. This demonstrates that the findings based on the thread-test-objects are transferable for the design of wood screws. Manufacturers can therefore use these to optimize the wood screw geometry.

Keywords wood screws; thread; withdrawal capacity; testing

1 Einleitung

Holzschraubverbindungen sind aus wirtschaftlicher Sicht sehr attraktiv und zeichnen sich durch ein breites Anwen dungspotenzial aus [1]. Die Verwendung von Holzschrau ben hat v. a. durch die Entwicklung von selbstbohrenden Holzschrauben in den letzten Jahrzehnten deutlich zuge nommen [2]. Belastet werden Holzschraubverbindungen bevorzugt in axialer Richtung [3]. Axial belastete Holz schrauben können nach Ringhofer et al. [4] auf unter schiedliche Arten versagen. Das Ausziehversagen des Gewindeteils ist dabei die häufigste Versagensart, welche durch die Gewindegeometrie und die Holzeigenschaften beeinflusst wird [4].

Die Ausziehtragfähigkeit charakterisiert diese Versagens art, ist eine von den Herstellern in der Leistungserklärung zu deklarierende charakteristische Eigenschaft und daher eine Entwicklungszielgröße für die Schraubenoptimie rung. Für eine solche Schraubenoptimierung ist das Wis

sen notwendig, wie die Gewindeparameter der Holz schrauben gewählt werden müssen, um die Ausziehtrag fähigkeit zu erhöhen.

Die Ausziehtragfähigkeit von Holzschrauben wird in Prü fungen nach EN 1382:2016 07 ermittelt [5]. Bisher wurde sie vielfach unter den Gesichtspunkten der Holzparame ter untersucht. Untersuchungen mit Fokus auf die Gewin deparameter sind bislang aber selten [6, 7]. Es sind daher nur wenige Einflüsse bekannt, welche von Herstellern für die Optimierung von Holzschrauben genutzt werden können. Diese Untersuchungen werden im Folgenden vorgestellt.

Gaunt [8] untersuchte die Ausziehtragfähigkeit von fünf eigens gefertigten Holzschraubenvarianten, welche sich in Gewindesteigung, Profilhöhe und Flankenwinkel un terschieden. Die Gewindeparameter wurden dabei nicht

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Kevin Hölz, Frank Bremer, Maximilian Giebel, Sven Matthiesen

Stichworte Holzschrauben; Gewinde; Ausziehtragfähigkeit; Testing

einzeln, sondern als Parametersätze untersucht. Die Ver suche wurden in Kiefer, mit faserparallelem Einschrau ben durchgeführt. Ein signifikanter Einfluss der gewähl ten Parametersätze auf die Ausziehtragfähigkeit konnte nicht gezeigt werden [8]. Hübner [9] konnte in einer Aus wertung von Ausziehversuchen mit Fichtenholz weder für ein faserparalleles Einschrauben noch senkrecht zur Holzfaser einen signifikanten Einfluss der Gewindestei gung zeigen. In den Ausziehversuchen wurden kommer zielle Holzschrauben verwendet. Diese unterscheiden sich neben der Gewindesteigung auch in Kerndurchmes ser, Flankenwinkel und in der Anzahl an Gewindegän gen.

Sydor et al. [10] konnten für eine tangentiale Ein schraubrichtung in Kiefer einen positiven Einfluss einer kleineren Gewindesteigung auf die Ausziehtragfähigkeit beobachten. Bei einer radialen Einschraubrichtung konn te kein starker Zusammenhang zwischen Gewindestei gung und Ausziehtragfähigkeit beobachtet werden. Statis tische Tests wurden nicht angewendet.

Dieser von Sydor et al. [10] beobachtete Einfluss in tan gentialer Einschraubrichtung konnte von Hoelz et al. [11] in Fichte statistisch abgesichert nachgewiesen werden. Dazu wurden statt Holzschrauben sog. Gewinde Testobjekte mit geraden Gewindeflanken verwendet. Diese wurden nicht in das Holz eingeschraubt, sondern in den in Bild 1a gezeigten Versuchsaufbau eingepresst. Dieser Aufbau wurde genutzt, da in einer vorhergehenden Un tersuchung festgestellt wurde, dass die Ausziehtragfähig keit von Versagensmechanismen bestimmt wird, welche von der Orientierung der Holzfaser zum Schraubenge winde abhängen [12]. Die Gewinde Testobjekte ermögli chen die Bestimmung der Gewindeparameter in einer bestimmten Orientierung zur Holzfaser. Bestimmt wurde der Einfluss in den Ebenen radial tangential (RT) und tangential longitudinal (TL) zur Holzfaser.

In einer weiteren Untersuchung wurde der Versuchs aufbau genutzt, um den Einfluss der Gewindesteigung, Profilhöhe, Steigungswinkel, Flankenwinkel sowie deren Wechselwirkungen auf die Ausziehtragfähigkeit zu bestimmen und statistisch abzusichern. In Bild 1b ist exemplarisch der Zusammenhang zwischen der Profilhöhe und der Ausziehtragfähigkeit für die beiden Ebenen RT und TL gezeigt. Eine höhere Tragfähigkeit wird neben einer größeren Profilhöhe auch durch eine kleinere Gewindesteigung und einen spitzeren Flan kenwinkel erreicht – wobei die Parameter sich gegen seitig beeinflussen. Obwohl diese Einflüsse der Gewindeparameter in theoretischen Modellen erklärt wurden [11, 13, 14], ist durch den verwendeten Ver suchsaufbau die Übertragbarkeit auf Holzschrauben bislang unklar.

Hoelz [15] nutzte die mit den Gewinde Testobjekten ermittelten Einflüsse der Gewindeparameter zur Opti mierung der Gewindegeometrie bezüglich der Auszieh tragfähigkeit. In Bild 2 sind die Gewindeparameter der drei vorgeschlagenen Schraubenvarianten mit verän derten Gewindegeometrien gezeigt. Hoelz schlägt die Untersuchung von zwei Schraubenvarianten (OP1, OP2) mit optimierten Gewindegeometrien, verglei chend zu einer Referenzvariante (REF), vor. Diese Re ferenz sollte laut Hoelz [15] eine niedrigere Auszieh tragfähigkeit als OP1 und OP2, aber eine ähnliche Ausziehtragfähigkeit wie kommerzielle Holzschrauben aufweisen.

Für die Vergleichbarkeit der Tragfähigkeiten sollen alle Schraubenvarianten aus dem gleichen Drahtrohling fer tigbar sein und daher ein ähnliches Materialvolumen haben. Aufgrund der Berechnungen von Hoelz [15] sollte die Variante OP2 die höchste Tragfähigkeit aufweisen. Die Tragfähigkeit der Schraubenvarianten wurde bislang jedoch nicht experimentell untersucht.

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K. Hölz, F. Bremer, M. Giebel, S. Matthiesen: Investigation of the withdrawal capacity of thread-optimized wood screws

Bild 1 a) Versuchsaufbau und die Gewinde-Testobjekte mit gerader Gewindeflanke [11], b) ermittelte Zusammenhänge zwischen Profilhöhe und Ausziehtragfähigkeit [13] a) Test setup and threaded test objects with straight thread flanks [11], b) determined relationships between thread height and withdrawal capacity [13]

Bild 3 Für die Untersuchung verwendete Schraubenvarianten

Screw variants used for this study

Zusammengefasst ist der Einfluss der Gewindeparameter auf die Tragfähigkeit von Holzschrauben weitgehend un bekannt. In Untersuchungen mit Gewinde Testobjekten mit geraden Gewindeflanken konnte der Einfluss von einzelnen Gewindeparametern zwar ermittelt werden, al lerdings wurde die Übertragbarkeit auf Holzschrauben bislang nicht untersucht.

2 Untersuchungsziel

Das Untersuchungsziel ist, die Ausziehtragfähigkeiten der von Hoelz [15] vorgeschlagenen Schraubenvarianten mit unterschiedlichen Gewindegeometrien zu ermitteln. Diese sollen auch mit einer kommerziellen Holzschraube verglichen werden. Durch die Prüfung dieser Schrauben varianten soll die Übertragbarkeit der mit den Gewinde Testobjekten ermittelten Zusammenhänge von Hoelz et al. [13] untersucht werden. Sind die Zusammenhänge auf Holzschrauben übertragbar, können diese zukünftig von Holzschraubenherstellern zur Optimierung der Gewinde geometrie genutzt werden.

3 Versuchsaufbau

3.1 Versuchskörper

Die für die Untersuchung verwendeten Schraubenvarian ten Referenz (REF), Optimierung 1 (OP1) und Optimie rung 2 (OP2) sind in Bild 3 gezeigt. Diese Schrauben wurden nach den Geometrievorgaben von Hoelz [15] mittels Flachbackenwalzen eigens für diese Untersuchung gefertigt. Als kommerziell genutzte Variante wurde die Power Fast 8,0 × 120 (fischerwerke) [16] (FIS) verwendet.

Zur Bestimmung der Gewindeparameter der gefertigten und der kommerziellen Holzschraube wurden diese mit einem Digitalmikroskop (Keyence Corporation, Modell VHX 6000) vermessen. In Tab. 1 sind Mittelwert und Va rianz der gemessenen Gewindeparameter von jeweils fünf Schrauben gezeigt. Fertigungsbedingt gibt es Abweichun gen zu den Vorgaben der Gewindeparameter von [15] (Bild 2). Beispielsweise musste für die Variante Referenz ein größerer Drahtdurchmesser für das Walzen gewählt werden, wodurch die Vergleichbarkeit verschlechtert wird, da aufgrund des größeren Materialvolumens höhere Produktkosten für die Referenzvariante zu erwarten sind.

K. Hölz, F. Bremer, M. Giebel, S. Matthiesen: Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben

Bild 2 Vorgeschlagene Schraubenvarianten mit Gewindegeometrien mit höherer Ausziehtragfähigkeit (OP1, OP2) sowie eine Referenzgeometrie (REF) [15] Proposed screw variants with thread geometries with higher withdrawal capacities (OP1, OP2) as well as a reference geometry (REF) [15]

Tab. 1 Gewindeparameter und Vorbohrdurchmesser der verwendeten Schraubenvarianten Referenz (REF), Optimum 1 (OP1), Optimum 2 (OP2) und fischer Power-Fast (FIS); angegeben sind die Mittelwerte, dahinter die Varianz in Klammern Thread parameters and pilot hole diameters of the screw variants Reference (REF), Optimum 1 (OP1), Optimum 2 (OP2) and fischer Power-Fast (FIS): mean values are shown, with the variance in parentheses

REF OP1 OP2 FIS

Außendurchmesser d in mm 7,78 (0,002)7,74 (0,001)7,72 (0,004)7,71 (0,009)

Profilhöhe a in mm 1,08 (0,002)1,35 (0,002)1,28 (0,001)1,24 (0,001) Gewindesteigung P in mm 5,93 (0,004)3,06 (0,001)6,20 (0,001)5,64 (0,019) Flankenwinkel α in ° 36,00 (2,460)51,43 (0,192)51,98 (0,484)45,45 (0,664) Kerndurchmesser d1 in mm 5,84 (0,001)5,06 (0,001)5,17 (0,002)5,28 (0,003)

Schaftdurchmesser ds (Drahtdurchmesser) in mm 6,18 5,97 5,99 5,85

Besonderheiten

Das verwendete Holz war Fichtenholz (Picea Abies) mit dem Querschnitt 80 × 100 mm. Das Konstruktionsvoll holz wurde bei Normalklima (20 °C, 65 % Luftfeuchte) konditioniert und hatte eine mittlere Rohdichte ρ (13,5 %) von 0,44 g/cm3. Das Holz wurde vorsortiert und es wurde nur geradfasriges, riss und astfreies Holz verwen det.

3.2 Versuchsdurchführung der Ausziehversuche

Die Ausziehtragfähigkeit wurde in Ausziehversuchen nach EN 1382:2016 07 [5] gemessen. Die Versuche wur den mit einer Universalprüfmaschine (TesT GmbH, Mo dell 112, 50 kN, Erkrath, Deutschland) mit einer konstan ten Ausziehgeschwindigkeit von 0,065 mm/s durchge führt. Für die Abstützung der Holzproben gegenüber der Maschine wurde nach EN 1382:2016 07 [5] ein Achsabstand von 62 mm zur Holzschraube eingehalten.

3.3 Studiendesign

Die Holzschrauben wurden mit einem Einschraubwinkel von 90° zur Holzoberfläche tangential zur Holzfaserrich tung eingeschraubt. Die Einschraubtiefe war mit 64 mm der Anforderung nach EN 1382:2016 07 [5] größer als das Achtfache des Gewindeaußendurchmessers. Um glei che Versuchsbedingungen zu gewährleisten, wurden Holzproben mit einer Länge von 400 mm erzeugt. In jede dieser Holzproben wurden jeweils die vier Schraubenva rianten eingeschraubt. Die Reihenfolge der Schraubenva rianten auf den Holzproben wurde randomisiert und es wurde die Rohdichte jeder Holzprobe anhand eines mit tig herausgeschnittenen Probekörpers bestimmt. Die Min destabstände zu den Rändern und zwischen den Schrau ben wurden nach EN 1382:2016 07 [5] eingehalten.

Untersuchungsziel ist die Ermittlung der Ausziehtragfä higkeit der Gewindegeometrien der Schraubenvarianten. Um den Einfluss der Schraubenspitze auszuschließen, wurde vorgebohrt. Nach Ringhofer [17] hat das Vorboh

doppelgängigFräsrippen im Gewinde

ren mit einem Durchmesser kleiner als 1,1 d1 des Kern durchmessers keinen Einfluss auf die Ausziehtragfähig keit. Auch in der Zulassung [16] der kommerziellen Schraube FIS ist für Nadelholz ein Vorbohren bis auf Kerndurchmesser erlaubt. Es wurde daher für jede Schraubenvariante individuell kurz unterhalb des Kern durchmessers vorgebohrt. In Tab. 2 sind die Kerndurch messer d1 und die individuellen Vorbohrdurchmesser db für jede Schraubenvariante aufgeführt. Durch das Vor bohren auf einen geringfügig kleineren Durchmesser als den Kerndurchmesser kann neben dem Einfluss der Schraubenspitze auch der Einfluss des Schraubenkerns, bspw. durch Komprimieren oder Verdrängen des Holzes, vermieden werden.

In der Praxis ist für Schrauben mit einem Außendurch messer d von 8 mm ein Vorbohren mit einem Durchmes ser von 5,0 mm oftmals üblich [16]. Daher wurde zusätz lich in Tastversuchen für jede Schraubenvariante mit einem konstanten Durchmesser von 5,0 mm vorgebohrt. Insgesamt wurden somit mit individuellen sowie einheitli chen Vorbohrdurchmessern 80 Ausziehversuche durch geführt. In Tab. 2 ist der Versuchsumfang aufgeführt.

Tab. 2 Kerndurchmesser und Anzahl der Versuchswiederholungen für die Schraubenvarianten Referenz (REF), Optimum 1 (OP1), Optimum 2 (OP2) und fischer Power-Fast (FIS) Pilot hole diameters and test repeats of the screw variants Reference (REF), Optimum 1 (OP1), Optimum 2 (OP2) and fischer Power-Fast (FIS)

REFOP1OP2FIS

Kerndurchmesser d1 5,84 mm 5,06 mm 5,17 mm 5,28 mm Individueller Vorbohrdurchmesser db 5,8 mm 5,0 mm 5,1 mm 5,1 mm

Anzahl Versuche N: individuell vorgebohrt 14151415 Konstanter Vorbohrdurchmesser 5,0 5,0 mm 5,0 mm 5,0 mm

Anzahl Versuche N: konstant vorgebohrt 5665

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

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Bild 4 Ausziehtragfähigkeit der Schraubenvarianten mit a) individuellem Vorbohrdurchmesser und b) mit einem einheitlichen Vorbohrdurchmesser von 5,0 mm; ein Versuch des Schraubentyps FIS mit Vorbohrdurchmesser 5,0 mm mit einer Ausziehtragfähigkeit von 1,2 kN ist aufgrund der Skalierung nicht dargestellt

Withdrawal capacity of screw variants with a) individual pilot hole diameters and b) a uniform pilot hole diameter of 5.0 mm; one test with screw type FIS with pilot hole diameter of 5.0 mm with a withdrawal capacity of 1.2 kN is not shown due to the chosen scaling

3.4

Versuchsauswertung

Die Versuche mit individuellem Vorbohrdurchmesser wurden statistisch mit dem Programm SPSS Statistics Version 28.0.0.0 ausgewertet. Dazu wurde eine mehrfak torielle Varianzanalyse (ANOVA) durchgeführt, um Un terschiede zwischen den Tragfähigkeiten der Schrauben varianten zu zeigen. Für die Anwendung einer ANOVA muss die Anforderung erfüllt sein, dass die abhängigen Variablen normalverteilt sind. Die Normalverteilung der Schraubenvarianten (α = 0,05) wurde mittels Kolmogorov Smirnov sowie Shapiro Wilk Test geprüft. Die Varianzhomogenität konnte mit dem Levene Test (F(25.32) = 0,688; p = 0,831) gezeigt werden. Um mögli che Dichteunterschiede zwischen den Holzproben zu be rücksichtigen, beinhaltet das Modell der ANOVA neben dem Faktor Schraubenvariante auch den Faktor Roh dichte der Holzproben. Die Versuche mit einheitlichem Vorbohrdurchmesser entsprechen Tastversuchen und wurden nicht statistisch untersucht.

4 Ergebnisse

Das Ergebnis der Ausziehtragfähigkeiten für die vier Schraubenvarianten ist in Bild 4 gezeigt. In Bild 4a sind die Tragfähigkeiten für die individuellen Vorbohrdurch messer nach Tab. 1 und in Bild 4b die Tastversuche für einen einheitlichen Vorbohrdurchmesser von 5,0 mm ge zeigt.

In Bild 4a ist zu sehen, dass die optimierten Schraubenva rianten OP1 und OP2 höhere Ausziehtragfähigkeiten als die Referenz sowie die kommerzielle Holzschraube FIS erreichen, wobei OP1 die höchste Tragfähigkeit erreicht. Es ist zu beobachten, dass die Referenz und die kommer zielle Schraube ähnliche Ausziehtragfähigkeiten haben.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

In Bild 4b sind die Ausziehtragfähigkeiten der Schrauben mit einem einheitlichen Vorbohrdurchmesser von 5,0 mm gezeigt. Die relativen Unterschiede zwischen den Schrau benvarianten in Bild 4b sind, wie erwartet, ähnlich zu denen in Bild 4a. FIS weist einen Ausreißer mit sehr ge ringer Tragfähigkeit auf, eine mögliche Ursache dafür ist ein Holzdefekt.

Tab. 3 zeigt die Tragfähigkeiten aus Bild 4a für die vier Schraubenvarianten für das Vorbohren mit individuellen Durchmessern. Die prozentuale Veränderung der Tragfähigkeiten ist in Bezug zur REF angegeben. OP1 weist eine um ca. 30 % höhere Tragfähigkeit auf.

Um den Unterscheid zwischen den Schraubenvarianten statistisch zu zeigen, wurde für die Versuche mit individuellen Vorbohrdurchmessern eine mehrfaktorielle Varianzanalyse angewandt. In der statistischen Auswertung

Tab. 3 Ausziehtragfähigkeiten der vier Schraubenvarianten für individuelle Vorbohrdurchmesser; angegeben sind Versuchsanzahl (N), Median, Maximum (Max), Minimum (Min) und Standardabweichung (SD) in kN

Withdrawal capacities of the four screw variants for individual pilot hole diameters; the number of tests (N), median, maximum (Max), minimum (Min) and standard deviation (SD) are given in kN

Anzahl N 15151414

Median in kN 6,94 9,018,667,10 Max in kN 9,42 11,6610,768,71 Min in kN 5,82 7,887,645,73 SD in kN 1,06 1,001,040,94

Median in Bezug zu REF in % 100 130125102

K. Hölz, F. Bremer, M. Giebel, S. Matthiesen: Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben

Tab. 4 Ergebnis der mehrfaktoriellen Varianzanalyse für die Versuche mit individuellem Vorbohrdurchmesser – signifikante Effekte sind die Schraubenvariante und die Rohdichte Result of the multifactorial analysis of variance for individual pilot hole diameters – significant effects are the screw variant and the wood density

Abhängige Variable: Ausziehtragfähigkeit

Fp-WertPartielles Eta2

Korrigiertes Modell61,03 < 0,010,92

Schraubenvariante94,74 < 0,010,86

Rohdichte der Probe43,02 < 0,010,84

R 2 = 0,92 (korrigiertes R 2 = 0,91)

in Tab. 4 zeigt sich, dass das Gesamtmodell signifikant ist (F(9.48) = 61,03; p < 0,01; korrigiertes R2 = 0,91; N = 58).

Es kann für den Faktor Schraubenvariante (F(3.48)  = 94,74; p < 0,01) und Rohdichte (F(6.48) = 43,02; p < 0,01) jeweils ein signifikanter Einfluss auf die Tragfähigkeit ge zeigt werden. Mit einer Effektstärke von f = 2,43 ist der Effekt der Schraubenvariante auf die abhängige Variable nach Cohen [18] als stark einzustufen. Um den Unter schied zwischen den Schraubenvarianten zu prüfen, wur den Bonferroni korrigierte Post hoc Tests angewandt. Die Tests zeigen, dass sich die Schraubenvarianten OP1 und OP2 untereinander (p = 0,01) sowie jeweils von FIS (p < 0,01) und REF (p < 0,01) signifikant unterscheiden. Zwischen FIS und REF kann kein signifikanter Unter schied (p = 1,00) gezeigt werden. Damit bestätigt die sta tistische Auswertung die Ergebnisse aus den Diagrammen in Bild 4 und zeigt, dass die Variante OP1 die Schraube mit der höchsten Ausziehtragfähigkeit ist.

5 Diskussion

Die von Hoelz [15] vorgeschlagenen Gewindegeometrien der Schraubenvarianten OP1 und OP2 weisen höhere Ausziehtragfähigkeiten auf als die Referenz sowie die kommerzielle Variante. Aufgrund des Versuchsaufbaus können die Unterschiede in der Tragfähigkeit auf die Un terschiede in der Gewindegeometrie zurückgeführt wer den. Es besteht ein Unterschied von 30 % zwischen OP1 und REF sowie von 25 % zwischen OP2 und REF. Dieses Ergebnis zeigt, entgegen den Untersuchungen von Gaunt [8], dass durch die Variation von Gewindesteigung, Profil höhe und Flankenwinkel die Ausziehtragfähigkeit von Holzschrauben signifikant gesteigert werden kann. Pirn bacher und Schickhofer [7] untersuchten ebenfalls den Einfluss der Gewindegeometrie auf die Tragfähigkeit. Al lerdings konnte zwischen den sieben untersuchten kom merziellen Holzschraubenvarianten nur ein Unterschied von knapp ± 10 % in der Tragfähigkeit gezeigt werden. Die erzielte Steigerung der Tragfähigkeit mit den gewin deoptimierten Varianten übertrifft diese Untersuchungs ergebnisse. Besonders praxisrelevant ist, dass die Varian te OP2 zwar eine etwas niedrigere Tragfähigkeit aufweist als Variante OP1, allerdings – aufgrund des doppelgängi

gen Gewindes und damit einer doppelt so großen Gewin desteigung wie OP1 – eine deutlich kürzere Einschraub zeit hat.

Die Ergebnisse der Ausziehtragfähigkeit der Schrauben varianten bestätigen die mit den Gewinde Testobjekten ermittelten Zusammenhänge von Hoelz et al. [13]. Diese Zusammenhänge wurden von Hoelz [15] zur Optimie rung der Gewinde der Schraubenvarianten genutzt. Durch die Prüfung der Schraubenvarianten wurde somit die Übertragbarkeit auf Holzschrauben gezeigt.

Aufgrund verfahrensbedingter Fehler beim Flachbacken walzen [19] gab es Abweichungen zwischen den vorge schlagenen und den gemessenen Gewindeparametern der Schraubenvarianten. Besonders die Profilhöhe der Schrauben liegt unterhalb des geforderten Werts. Diese geometrischen Abweichungen bedingen, dass – entgegen der Vorhersage von Hoelz [15] – nicht OP2, sondern OP1 die höchste Tragfähigkeit zeigt. Wird allerdings die Be rechnung von Hoelz [15] um die gemessenen Gewindepa rameter der Varianten OP1 und OP2 korrigiert, ergibt sich ebenfalls, dass OP1 eine höhere Ausziehtragfähigkeit als OP2 hat. Dies bestätigt die Übertragbarkeit der Er kenntnisse der Gewinde Testobjekte auf Holzschrauben.

REF wurde so entworfen, dass sie ähnliche Tragfähigkei ten wie die kommerzielle Holzschraube erreicht. Da zwi schen REF und FIS kein signifikanter Unterschied nach gewiesen werden kann, bestätigt dies ebenfalls die Über tragbarkeit der Erkenntnisse der Gewinde Testobjekte auf Holzschrauben. Die Zusammenhänge können daher zukünftig auch von Herstellern für die Entwicklung von Holzschraubengewinden mit hohen Tragfähigkeiten ge nutzt werden. Weiterhin können diese zur Erhöhung der Genauigkeit von bestehenden Bemessungsansätzen für Holzschraubverbindungen verwendet werden.

Es ist zu erwarten, dass Schraubenvarianten, welche näher an den vorgeschlagenen Werten aus Bild 2 sind, höhere Tragfähigkeiten erzielen. OP1, OP2 und REF wurden so entworfen, dass diese mit dem gleichen Drahtdurchmesser gefertigt werden können. Dadurch wird ein vergleichbares Materialvolumen im Gewinde benötigt, wodurch eine bes sere Vergleichbarkeit zwischen den Varianten erzielt wird. Bemerkenswert ist, dass trotz des größeren Drahtdurch messers von REF – wodurch höhere Produktkosten zu er warten sind – diese eine niedrigere Tragfähigkeit aufweist als OP1 und OP2. Nach Hoelz [15] wurden durch die Randbedingungen des gleichen Materialvolumens zwi schen den Varianten Kompromisse in der Gewindeopti mierung von OP1 und OP2 eingegangen. Dies bedeutet, dass ohne diese Randbedingungen Gewinde mit noch hö herer Tragfähigkeit entwickelt werden können.

6 Fazit und Ausblick

Ziel des Beitrags ist die Prüfung der Übertragbarkeit von in Versuchen mit Gewinde Testobjekten ermittelten Zu

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

K. Hölz, F. Bremer, M. Giebel, S. Matthiesen: Investigation of the withdrawal capacity of thread-optimized wood screws

sammenhängen zwischen den Gewindeparametern und der Ausziehtragfähigkeit. Dazu wurde die Ausziehtragfä higkeit von Schraubenvarianten mit auf Basis dieser Zu sammenhänge optimierten Gewindegeometrien unter sucht und mit einer kommerziellen Schraubenvariante sowie einer Referenzvariante verglichen. Die Versuche wurden in tangentialer Einschraubrichtung in Fichte durchgeführt. Das Ergebnis ist, dass die zwei gewindeoptimierten Varianten eine signifikant höhere Tragfähig keit als die Referenz, aber auch als die kommerzielle Va riante aufweisen. Dadurch ist bestätigt, dass die für die Optimierung genutzten Einflüsse der Gewindeparameter, auf Basis der Gewinde Testobjekte mit geraden Gewinde flanken, auf Holzschrauben übertragbar sind. Eine höhe re Ausziehtragfähigkeit wird erreicht durch:

eine größere Profilhöhe eine kleinere Gewindesteigung einen spitzeren Flankenwinkel

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Hersteller von Holzschrauben können diese Zusammen hänge zur Optimierung der Gewindegeometrie nutzen, wodurch der Holzbau von einer höheren Ausziehtragfä higkeit profitiert. Weiterhin können diese Zusammen hänge zur Verbesserung der Genauigkeit der Bemes sungsmodelle von Holzschraubverbindungen genutzt werden. In weiteren Untersuchungen sollten die Gewin de Testobjekte genutzt werden, um die Einflüsse von Ge windeparametern auf die Tragfähigkeit für weitere Ein schraubtiefen sowie die Einschraubrichtungen radial und axial zur Holzfaser zu ermitteln.

Dank

Vielen Dank an die fischerwerke GmbH & Co. KG für die freundliche Unterstützung durch die Fertigung der verwendeten Schraubenvarianten.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

screws in scots pine wood. Annals of WULS – SGGW, Fore stry and Wood Technology 96, pp. 151–156.

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K. Hölz, F. Bremer, M. Giebel, S. Matthiesen: Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben

Autoren

Dr.-Ing. Kevin Hölz kevin.hoelz@kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) IPEK – Institut für Produktentwicklung Kaiserstraße 10 76131 Karlsruhe

Dr.-Ing. Frank Bremer (Korrespondenzautor) frank.bremer@kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) IPEK – Institut für Produktentwicklung Kaiserstraße 10 76131 Karlsruhe

Maximilian Giebel B. Sc. utscv@student.kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) IPEK – Institut für Produktentwicklung Kaiserstraße 10 76131 Karlsruhe

K. Hölz, F. Bremer, M. Giebel, S. Matthiesen: Investigation of the withdrawal capacity of thread-optimized wood screws

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Sven Matthiesen sven.matthiesen@kit.edu

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) IPEK – Institut für Produktentwicklung Kaiserstraße 10 76131 Karlsruhe

Zitieren Sie diesen Beitrag Hölz, K.; Bremer, F.; Giebel, M.; Matthiesen, S. (2022) Untersuchung der Ausziehtragfähigkeit von gewindeoptimierten Holzschrauben. Bautechnik 99, Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 48–55. https://doi.org/10.1002/bate.202200044

Dieser Aufsatz wurde in einem Peer Review Verfahren begutachtet. Eingereicht: 27. April 2022; angenommen: 30. August 2022.

Auf dem Weg zum klimaneutralen Stahlbau

Die Stahlindustrie ist eine Branche, die mittelfristig erhebliche Mengen CO2 ein sparen kann. Sowohl mit Wasserstoff wie auch mit grünem Strom sind die Reduktionspotenziale bei der Stahlherstellung erheblich. Mithilfe der Direktreduktion können für den Übergang bereits durch den Einsatz von Erdgas erhebliche CO2 Minderungen erzielt werden. Ein weite rer wichtiger Baustein einer klimaneutra len Stahlindustrie ist die schrottbasierte Elektrostahlproduktion. Die Rolle von Stahl als wesentlicher Baustein der Circular Economy ist schon jetzt durch den etablierten und ökonomisch funktionie renden Schrotthandel gesetzt. In diesem Beitrag werden alle Potenziale und Hebel für das Bauen mit Stahl für eine CO2 neutrale Zukunft aufgezeigt.

Treibhauspotenzial Tragwerk & Fundamente einer Halle für Herstellung (A1–A3) und End of Life (C+D)

Siebers, R. (2022) Auf dem Weg zum klimaneutralen Stahlbau. Stahlbau 91, H. 4, S. 247–252. https://doi.org/ 10.1002/stab.202200016

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

EMPFEHLUNG DER REDAKTION

Neue Forschungsergebnisse zu Nass-in-Nass geklebten Holz-Beton-Verbunddecken

Holz-Beton-Verbunddecken (HBV-Decken) kombinieren die positiven mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe Holz und Beton und setzen diese in einem Gesamtbauteil struktur optimiert ein. Eine gut geplante und ausgeführte HBV-Decke verfügt über gute Schall- und Brandschutzeigenschaften sowie eine geringe Schwingungsneigung. Sichtbares Holz auf der Deckenunterseite wird von Bauherren und Architekten vielfach geschätzt. Der größte Vorteil von HBV-Decken gegenüber klassischen Stahlbetondecken ist die Reduktion des notwendigen Betonvolumens. Entsprechend geringer ist der CO2-Ausstoß. Die gleichzeitige Reduktion des Deckeneigengewichts wirkt sich zudem positiv auf die Gründung aus. Die aktuellen Verbindungstechnologien für HBV-Decken sind vergleichsweise aufwendig und ermöglichen meist nur einen nachgiebigen Verbund von Holz und Beton. In diesem Aufsatz werden neue Forschungsergebnisse zur Herstellung einer HBV-Decke mittels Nass-in-Nass-Klebung vorgestellt. Basierend auf Schubversuchen an Slip-Block-Proben werden wesentliche mechanische Eigenschaften der Klebung und Randbedingungen für eine erfolgreiche Umsetzung vorgestellt. Im Anschluss werden Bauteilversuche an geklebten HBV-Deckenelementen mit bis zu 8 m Spannweite präsentiert. Im letzten Abschnitt dieses Beitrags werden die Herausforderungen starr verbundener HBVDecken aus Betonschwinden und klimatischen Einwirkungen diskutiert.

Stichworte Holz-Beton-Verbund; Holz; Beton; Nass-in-Nass-Klebung; Kleben

New research results on wet-on-wet bonded wood-concrete composite ceilings

Timber-concrete composite ceilings (TTC ceilings) combine the positive mechanical properties of the materials timber and concrete and use these as a building element in a structurally optimized manner. A well-planned and executed TTC ceiling has good sound and fire protection properties as well as a low tendency to vibrate. Visible wood on the bottom side of the ceiling is valued by User and architects in many ways. The biggest advantage of TTC ceilings compared to classic reinforced concrete ceilings is the reduction in the required concrete volume. The CO2 emissions are correspondingly lower. The simultaneous reduction of the slab’s own weight also has a positive effect on the foundation. This article presents new research results for the production of a TTC ceiling using wet-on-wet bonding. Based on shear tests performed with slip-block tests, essential mechanical properties of the bond and its boundary conditions for a successful implementation are presented. Subsequently, structural tests on bonded TTC ceiling elements with a span of up to 8 m will be presented. In the last section of this article, future challenges of rigidly connected TTC ceilings from concrete shrinkage and climatic influences are discussed.

Keywords timber-concrete composite; timber; concrete; wet-on-wet bonding; bonding

1 Kontext

In modernen mehrgeschossigen Wohnungs und Gewer bebauten werden Deckenspannweiten von ca. 6–8 m nachgefragt, in Bürogebäuden und öffentlichen Gebäu den wie Schulen, Verwaltungen oder Gesundheitsbauten Spannweiten von 8 m und mehr.

Holz Beton Verbunddecken (HBV Decken) benötigen in etwa die gleiche Deckenhöhe wie Stahlbetondecken. Sie ersetzen jedoch den Beton in der Zugzone durch Holz tragglieder und reduzieren das Betonvolumen der Decke i. d. R. um ca. 2/3. Da die Decken ca. 70–80 % des Volu mens der Tragstruktur mehrgeschossiger Gebäude aus machen, wird durch die Anwendung von HBV Decken ein einfacher und hoher Beitrag zur Reduktion des CO2 Ausstoßes im Bauwesen möglich. Aktuell sind HBV De cken bei der Herstellung ca. 5–10 % teurer als vergleich bare Massivdecken. Eine Ursache dafür ist der Aufwand für die Realisierung des tragfähigen Verbunds zwischen

Holz und Beton. Mit dem Ziel, den Kostennachteil von HBV Decken gegenüber Stahlbetondecken zu egalisieren und gleichzeitig die Verbindungssteifigkeit zwischen Holz und Beton zu erhöhen, haben die Technische Uni versität und die Cordes Holzbau GmbH & Co. KG im Zuge eines vom BMEL geförderten Kooperationsprojekts zum Nass in Nass geklebten Holz Beton Verbund ge forscht.

2 Stand des Wissens

Die Idee, Holz und Beton im Verbund als Deckenelemen te einzusetzen, wurde bereits vor 100 Jahren durch Mül ler [1] vertreten. In den folgenden Jahrzehnten erfolgte die Weiterentwicklung bspw. durch Sperle [2], Pincus [3] und Möhler [4]. In den letzten 20 Jahren des 20. Jahrhun derts intensivierte sich die Forschung zum Holz Beton Verbund und es wurden zunehmend mehr Projekte, ins besondere im mehrgeschossigen Wohnungsbau, in die

Ernst

Sohn GmbH, Berlin. Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Stephan Arendt, Melf Sutter, Marie Breidenbach, Robert Schlag, Volker Schmid

Praxis umgesetzt. Die umgesetzten Praxisbeispiele basie ren nahezu ausschließlich auf dem von Möhler beschrie benen nachgiebigen Verbund mittels mechanischer Ver bindungsmittel. Der starre Verbund mittels geklebtem HBV befindet sich noch immer in der Forschungsphase.

Ein starrer Verbund zwischen Holz und Beton kann durch eine kontinuierliche und quasi unverschiebliche Klebung beider Baustoffe erreicht werden. Dies konnte bspw. von Negrão [5, 6] an Nass in Nass geklebten HBV Elementen und von Schäfer [7] an geklebten Proben aus Fichtenholz und ultrahochfestem Beton (UHPC) gezeigt werden. Ein starrer Verbund schöpft das Steifigkeitspo tenzial einer HBV Konstruktion voll aus. Sofern die Trag fähigkeit der Verbundfuge nicht geringer als die Tragfähigkeit der Holz und Betonquerschnitte ist, wird zu gleich auch das Tragpotenzial einer HBV Konstruktion vollständig aktiviert. Für einen ressourceneffizienten Um gang mit Holz und Beton ist bei HBV Konstruktionen daher ein starrer Verbund einem nachgiebigen Verbund vorzuziehen.

Die Klebung von Holz und Beton kann auf zwei grund sätzliche Arten erfolgen. Zum einen kann ein Betonfertig teil auf einen entsprechenden Holzbalken geklebt wer den. Aktuelle Forschungen in diesem Bereich werden bspw. von Frohnmüller [8] durchgeführt. Zum anderen kann die Klebung des Holzes direkt mit noch nicht hydriertem Frischbeton erfolgen, dies zeigen Brunner [9], Zauft [10–12] und Pincus [13].

Negrão [5, 6] zeigte, dass bei mittels Epoxidharz in dün ner Fuge geklebten Elementen aus Brettschichtholz (BSH) und Beton C20/25 quasi ausschließlich ein Versa gen des Holzes oder des Betons, nicht aber der Klebefuge erfolgt, wobei das Betonversagen häufiger eintritt. Bei höheren Betonfestigkeiten verlagert sich das Versagen zum Holz [7].

Mehrjährige Versuche von Tannert [14, 15] ergaben, dass mittels Epoxidharz geklebte HBV Elemente sowohl bei Innenklima als auch bei Außenklima lediglich die beton und holzinduzierten Kriechverformungen erfahren und die Klebung weder relevanter Kriechverformung noch einem Festigkeitsverlust unterliegt.

3 Neue Forschungsergebnisse zu Nass-in-Nass geklebtem Holz-Beton-Verbund

Unter einer Nass in Nass Klebung versteht man die direk te Klebung von Holz und Frischbeton. Der starre Ver bund wird bereits während der frühen Hydratationsphase des Betons erreicht. In der praktischen Umsetzung wird auf das Holzelement ein geeigneter Klebstoff aufgetragen und im direkten Anschluss auf den noch nicht erhärteten Klebstoff betoniert. Von großem Vorteil bei diesem Ver fahren ist, dass die Klebefuge lediglich die statische Auf gabe der Kraftübertragung zwischen Holz und Beton übernimmt und nicht zusätzlich Bauteiltoleranzen aus

gleichen muss. Zusätzlich ermöglicht die Nass in Nass Klebung, dass der Klebstoff direkt an die Gesteinskörnung des Betons und nicht nur an die stark zementmatrixlastige Betonoberfläche anbindet. Für eine erfolgreiche Klebung muss der Klebstoff nicht nur Holz und Beton kleben können, er muss auch eine hohe Festigkeit aufwei sen, unempfindlich gegenüber Wasser und alkalischer Einwirkung sein sowie ohne großen Volumenverlust und ohne flüchtige Nebenprodukte erhärten. In früheren Un tersuchungen haben sich 2K Epoxidharze als grundsätz lich gut geeignet gezeigt [9]. Das Auftragen des Epoxid harzes auf einen Holzquerschnitt gelingt am besten und sichersten mit niedrig viskosen Harzsystemen. Beim Be tonieren werden diese Harze jedoch durch den Beton leicht verdrängt, sodass keine vollflächige Klebung statt findet. Zauft hat bei der Nass in Nass Klebung von Brett schichtholz und Leichtbeton positive Ergebnisse mit sandgefüllten Epoxidharzen mittlerer Viskosität erzielt [10]. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden an der TU Berlin unterschiedliche Epoxidharzsysteme auf ihre Eignung für eine Nass in Nass Klebung von Holz und Normalbeton untersucht.

Gegenstand der hier vorgestellten Forschung waren somit Untersuchungen zur Tragfähigkeit von Nass in Nass ge klebten HBV Elementen aus Brettschichtholz GL24h und GL24c sowie Normalbeton C25/30, die mit 1–2 mm dicken Klebefugen aus Epoxidharz mit mindestens plasti scher Konsistenz verklebt wurden. Neben klassischen Epoxidharzen auf Mineralölbasis wurden zwei Epoxid harzsysteme mit Bestandteilen aus nachwachsenden Roh stoffen betrachtet.

3.1 Verwendete Epoxidharzsysteme

Zur versuchsgestützten Untersuchung wurden an der TU Berlin sieben Epoxidharzsysteme als Klebstoff getes tet. Die Viskosität der Epoxidharze ist vergleichbar mit weichem bis plastischem Beton. Systeme mit Verarbei tungszeiten von 30 min und mehr sind für die Herstellung größerer Bauteile vorteilhaft und wurden somit in dem Projekt bevorzugt eingesetzt. In Tab. 1 werden die we sentlichen Eigenschaften der verwendeten Systeme zu sammengefasst. Bei den gefüllten Epoxidharzen der Sika AG handelt es sich um Fertigsysteme zur Sanierung von trockenem (Sikadur 31) bzw. erhärtetem, aber feuchtem (Sikadur 32) Beton. Compono 100H ist das reine Epoxid harz zur Herstellung eines bauaufsichtlich zugelassenen gefüllten Epoxidharzsystems zur Sanierung von Holzbau werken. Zulassungsinhaber ist die Bennert GmbH. Um die avisierte Klebefugendicke von 2 mm zu erreichen, wurde das Harz abweichend von der Zulassung nicht mit dem zugehörigen Füllsand der Korngröße 0–4 mm ge mischt, sondern ungefüllt eingesetzt. Von dem Hersteller Henkel wurde das gefüllte Epoxidharz Loctite EA 9497 verwendet. Dieses Epoxidharz ist nach Herstellerangaben für strukturelle Klebungen und Temperaturen bis 180 °C geeignet. Loctite EA 9497 hat keine bauaufsichtliche Zu lassung.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

S. Arendt, M. Sutter, M. Breidenbach, R. Schlag, V. Schmid: New research results on wet-on-wet bonded wood-concrete composite ceilings

Tab. 1 Grundlegende Eigenschaften der verwendeten Klebstoffsysteme Basic properties of the adhesive systems

EpoxidharzsystemVerwendungszweck lt. HerstellerViskosität bei 20 °CVerarbeitungszeit bei 20 °C Zugfestigkeit nach 7 d bei 20–23 °C

Sikadur 31 CF rapid Reparaturmörtel für Beton, Kleben von Holz ca. 10.000 mPa sca. 45 min 14–24 N/mm2

Sikadur 32 normal Reparaturmörtel für Beton, Kleben von Holz ca. 10.000 mPa sca. 55 min 34 N/mm2

Compono 100H Bindemittel für mineralstoffhaltigen Verguss 500–900 mPa s16 min 70 N/mm2

Loctite EA9497 Universalklebesystem > 6000 mPa s > 120 min. 52 N/mm2 GreenPoxy 56 Klebeanwendung, Herstellung von Laminaten 900 mPa s ca. 60 min 49 N/mm2

Resin ONE Herstellung von Laminaten und Beschichtungen 800 mPa s ca. 43 min 68 N/mm2

Zusätzlich zu diesen mineralölbasierten Epoxidharzen wurden zwei weitere Epoxidharze getestet. GreenPoxy56 von Sicomin basiert zu 51 % auf nachwachsenden Roh stoffen. Resin ONE von der Firma Entropy Resins enthält 29 % nachwachsende Rohstoffe. Beide Epoxidharze wer den als Systeme zur Herstellung von GFK und CFK La minaten ohne Füllstoffe und ohne bauaufsichtliche Zulas sung vertrieben.

Grundsätzlich strebt Cordes Holzbau eine Klebung mit einem Epoxidharzsystem aus nachwachsenden Rohstof fen wie GreenPoxy 56 oder Resin ONE an. Die chemi sche Industrie ist in diesem Bereich derzeit hoch innova tiv und entwicklungsfreudig. Folglich werden die chemi schen Zusammensetzungen und Rezepturen der Produkte laufend verändert und verbessert. Dies ist generell eine positive Entwicklung. Änderungen in der Zusammenset zung des Epoxidharzes können sich ggf. negativ auf ein laufendes Zulassungsverfahren auswirken. Aus diesem Grund wurden vorerst die mineralölbasierten Epoxid harzsysteme vorgezogen.

3.2

Slip-Block-Versuche

Zur Bestimmung der Schubtragfähigkeit der geklebten Systeme wurden 260 Slip Block Versuche durchgeführt. Bei den in Bild 1 gezeigten Versuchen wurden sowohl der Einfluss unterschiedlicher Zementarten als auch un terschiedliche Dicken der Klebefuge betrachtet. Die Holz güte NH C24 und die Betonfestigkeitsklasse C25/30 wurden bei allen Versuchen unverändert gelassen. Zwi schen dem üblichen Zement CEM II/A LL 32,5 und dem umweltfreundlicheren Zement mit reduziertem CO2 Ausstoß CEM III/B 42,5 N LH/SR(na) konnte in den Versu chen kein signifikanter Unterschied der Trageigenschaf ten festgestellt werden. Bei der Dicke der Klebefuge wur den 1 mm und 2 mm dicke Fugen untersucht, dabei zeigten die 2 mm dicken Fugen unabhängig vom betrach teten Epoxidharz durchgehend höhere Traglasten. Im Mittel waren die Traglasten 10 % höher als bei einer

Bild 1 Slip-Block-Versuch an der TU Berlin Slip-block-test at the TU Berlin

1 mm dicken Fuge. Gleichzeitig war die Varianz der Er gebnisse bei 2 mm Fuge geringer als bei 1 mm Fuge. Die ses Ergebnis deckt sich mit den Untersuchungen von Ne grão [5], der bei 0,5 mm Fuge einzelne Proben mit sehr geringer Traglast und folglich eine große Varianz in den Ergebnissen feststellte.

In Tab. 2 werden die Ergebnisse der Slip Block Versuche mit 2 mm Fugendicke und C25/30 Beton aus CEM II/ A LL 32,5 vorgestellt. In jeder dieser Versuchsgruppen wurden 20 Einzelversuche durchgeführt.

Die Ergebnisse der Tab. 2 zeigen durchgehend charakteris tische Schubfestigkeiten über 4 N/mm2. In allen Versuchs gruppen fand das Versagen nahe der Klebefuge im Beton oder im Holz statt. Die Klebung selbst versagte in keinem

S. Arendt, M. Sutter, M. Breidenbach, R. Schlag, V. Schmid: Neue Forschungsergebnisse zu Nass-in-Nass geklebten Holz-Beton-Verbunddecken

Tab. 2 Mittlere und charakteristische Festigkeiten von Nass-in-Nass geklebten Slip-Block-Versuchen aus NH C24 und C25/30 Mean and characteristic shear strengths of wet-on-wet bonded slip-block tests made with NH C24 and C25/30

EpoxidharzsystemDicke der Klebefuge Mittelwert der aufnehmbaren Schubspannung

Variations koeffizient charakteristische Schubfestigkeit* Versagen der Klebefuge Bruchbild

Sikadur 31 CF rapid 2 mm 6,4 N/mm2 0,12 5,2 N/mm2 neinkombiniert Beton/Holz

Sikadur 32 normal 2 mm 5,3 N/mm2 0,14 4,1 N/mm2 neinkombiniert Beton/Holz

Compono 100H 2 mm 5,8 N/mm2 0,08 4,9 N/mm2 neinkombiniert Beton/Holz

Loctite EA9497 2 mm 7,0 N/mm2 0,08 6,0 N/mm2 neinkombiniert Beton/Holz

GreenPoxy 56 2 mm 5,6 N/mm2 0,14 4,3 N/mm2 neinkombiniert Beton/Holz

Resin ONE 2 mm 6,1 N/mm2 0,11 5,0 N/mm2 neinkombiniert Beton/Holz

* Schätzwert für die Grundgesamtheit basierend auf der Stichprobe (n = 20) im linksseitig beschränkten Konfidenzintervall

In der unteren Bildhälfte ist zudem ein kleiner Bereich mit Holzversagen nahe der Klebung zu sehen.

Die in den Tests ermittelten Schubtragfähigkeiten spie geln die Tragfähigkeit der versagensrelevanten Baustoffe Holz und Beton wider. Dies ist auch an der geringen Schwankung zwischen den Versuchsgruppen erkennbar. So beträgt die mittlere aufnehmbare Schubspannung über die sechs Versuchsgruppen 6,0 N/mm2 und der zugehörige Variationskoeffizient 0,10.

Nach den durchgeführten Versuchen lässt sich feststel len, dass alle untersuchten Epoxidharzklebstoffe grund sätzlich gut geeignet sind, um Holz und Beton im Nass in Nass Verfahren miteinander zu kleben, und dass die Kle bung im Slip Block Versuch eine höhere Tragfähigkeit zeigt als die Fügeteile.

Die vollständigen Versuchsergebnisse können dem on line frei zugänglichen Abschlussbericht zum Forschungs projekt entnommen werden [16].

3.3 Bauteilversuche mit 5 m, 6 m und 8 m Spannweite

(a)

(b)

der aufgeführten Versuche. Beispielhaft für das Bruchbild zeigt Bild 2 eine mit Sikadur 31 CF rapid verklebte Probe. Das Bruchbild wird hier durch Betonversagen dominiert.

Im Anschluss an die Slip Block Versuche wurden 4 Punkt Biegeversuche an Deckenelementen mit 5 m, 6 m und 8 m Spannweite durchgeführt. Die Versuche sollten bestätigen, dass es mittels Nass in Nass Klebung möglich ist, den Verbund in einer HBV Decke quasi starr und mit so hoher Tragfähigkeit herzustellen, dass das Bauteilversagen nicht durch die Verbundfuge, sondern durch ein Biegezugversagen des Holzquerschnitts initiiert wird. Die Dicke der Betonplatte wurde so gewählt, dass sie keine Biegezugbeanspruchung erfährt.

Hinsichtlich der Klebefuge wurden zwei unterschiedliche Konfigurationen untersucht. Beide Konfigurationen wer

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Bild 2 Bruchbild einer mit Sikadur 31 CF geklebten Probe in der Seiten ansicht (a) und mit Blick auf die Bruchfuge (b) Fracture pattern of a specimen bonded with Sikadur 31 CF in side view

and with view of the fracture joint

Quelle:

Bild 3 Querschnitte der Bauteilversuche mit 5 m (a – oben), 6 m (a – mittig) und 8 m Spannweite (a – unten) und Foto während der Betonage (b) Cross-sections of the component tests with 5 m (a – top), 6 m (a – center) and 8 m spans (a – bottom) and photo during concreting (b)

Bild 4 Breite der Epoxidharzklebefugen (rot) in der schmalen Klebefugenkonfiguration [m] Width of epoxy resin adhesive joints (red) in the narrow adhesive joint configuration [m]

den in den Bildern 4, 5 gezeigt und im Folgenden erläu tert. In der ersten Konfiguration erfolgte die Klebung zwischen Holz und Beton nicht vollflächig, sondern le diglich partiell über die Breite. Sie wird im Folgenden schmale Fugenkonfiguration genannt. Die Breite der Kle befuge wurde unter Beachtung der Slip Block Versuche bestimmt und der Schubnachweis direkt an der Klebefu ge geführt [17]. In Bild 4 sind die aus der Rechnung resul tierenden Klebeflächen für die untersuchten Spannwei ten dargestellt. Die dargestellte abgestufte Breite der Kle bung ist ein Kompromiss aus möglichst einfacher Herstellung und ressourceneffizientem Epoxidharzein satz. Für die praktische Umsetzung der Klebefugen wurde eine 2 mm tiefe Fräsung über die entsprechende Breite der Holzbalken vorgenommen und mit dem Epoxidharz gefüllt.

Die zweite untersuchte Klebefugenkonfiguration sieht für die 6 m und 8 m spannenden Plattenbalkenelemente eine vollflächige Klebung über die gesamte Balkenlänge vor. Bei der 5 m spannenden HBV Decke mit Brettsperrholz (BSP) wurden die Bereiche am Auflager über eine Länge von 40 cm vollständig und in den restlichen Bereichen streifenweise geklebt.

Zusätzlich zu den zwei Klebefugenkonfigurationen wurde untersucht, ob der Kontakt des Holzes entlang der Klebe fuge mit Wasser aus dem Frischbeton Einfluss auf das Tragverhalten hat. Dazu wurde in der schmalen Klebefu genkonfiguration ein Teil der Holzelemente so mittels Klebeband und Folien abgeklebt, dass das Holz nicht in Kontakt mit dem Frischbeton kam. Aufgrund der vollflä chigen Klebung in der vollflächigen Klebefugenkonfigura

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Bild 5 Breite der Epoxidharzklebefugen (rot) in der vollflächigen Klebefugenkonfiguration [m] Width of epoxy resin adhesive joints (red) in the full-surface adhesive joint configuration [m]

tion war der direkte Kontakt von Wasser und Holz ausge schlossen. Insgesamt ergab sich das in Tab. 3 dargestellte Versuchsprogramm.

Aufgrund der Größe der Proben wurde auf eine Variation der Klebstoffsysteme analog zu den Slip Block Versuchen verzichtet. Die Herstellung aller Proben erfolgte mit Sika Dur 31 CF rapid.

28 d nach der Herstellung wurden die Proben in 4 Punkt Biegeversuchen bis zum Querschnittversagen belastet. Die Bauteilversuche fanden als weggesteuer te 4 Punkt Biegeversuche in Anlehnung an die DIN EN 408 [18] statt. Die in Bild 3 gezeigten Quer schnitte wurden dabei näherungsweise in den Drittels punkten der Spannweite belastet. Eine Belastung genau in den Drittelspunkten war aufgrund der notwendigen Anschlagpunkte für den Transport der Elemente nicht möglich.

Tab. 3 Versuchsprogramm der Bauteilversuche Test program of the TTC-ceilings

Klebefugen konfiguration BSP-Decken element mit 5 m Spann weite

Plattenbalken mit 6 m Spannweite

Plattenbalken mit 8 m Spannweite

schmal ohne Abkleben 4 Proben 4 Proben4 Proben schmal mit Abkleben 4 Proben 3 Proben3 Proben vollflächig 2 Proben3 Proben3 Proben

In Tab. 4 sind die Mittelwerte der Bruchmomente aller Versuche und die zugehörigen rechnerisch prognosti zierten Bruchmomente zusammengefasst. Für die Nach rechnung wurde nach Burger und Glos [19], unter Be rücksichtigung der Probengröße, die maßgebende mitt lere Biegezugfestigkeit des Holzes mit 30 N/mm2 angesetzt.

Die Probekörper mit vollflächiger Klebung zeigten bis kurz vor dem Bruch ein quasi ideales linear elastisches Versagen. Unmittelbar vor dem Versagen kündigten Holzbruchgeräusche das Versagen an. Der Bruch erfolg te durch das angestrebte Biegezugversagen des Brett schichtholzes. Ausgehend von diesem Primärversagen stellten sich zwei unterschiedliche sekundäre Versagens zustände ein. In Bild 6 ist zu sehen, wie der Beton quer zugbedingt klebefugennah versagt. Bei diesem Sekun därversagen verbleibt noch ein sehr geringes Resttrag vermögen nach dem Bruch. Bild 7 zeigt den zweiten möglichen Bruchzustand. In diesem Fall versagt der Beton direkt im Anschluss an das BSH Versagen auf grund hoher lokaler Biegebeanspruchung. In dieser Konstellation kollabiert der HBV Verbundträger ohne Resttragfähigkeit.

Unabhängig von der betrachteten Spannweite zeigten alle Probekörper mit schmaler Klebefuge ohne Abkle ben der verbleibenden Holzoberfläche ein Fugenversa gen innerhalb der ersten drei Tage nach der Herstellung. Zum Versagenszeitpunkt der Fuge waren die Holz Be ton Verbundelemente noch eingeschalt und keiner äu ßeren Beanspruchung ausgesetzt. Das Fugenversagen ging von mindestens einem Trägerende aus und zeichnet sich als Schubriss zwischen Epoxidharz und Beton ab.

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Tab. 4 Vergleich der Beanspruchung im Versuch und dem rechnerisch ermittelten Erwartungswert Comparison of the load bearing capacity in the test and the expected value by calculation

Spannweite der Elemente

Klebefugen konfiguration Status der Klebefuge vor Versuchsbeginn

mittleres Bruchmoment/ Versagenstypus

rechnerisches Bruch moment/Versagenstyp rechnerisch angesetztes Verbundverhalten

5 m schmal Fuge geschädigt 71 kNm Biegezugversagen Holz 63 kNm Biegezugversagen Holz

ohne Verbund vollflächig Fuge intakt 101 kNm Biegezugversagen Holz 100 kNm Biegezugversagen Holz starrer Verbund

6 m schmal Fuge geschädigt 55 kNm Biegezugversagen Holz 87 kNm Biegezugversagen Holz ohne Verbund vollflächig Fuge intakt 127 kNm Biegezugversagen Holz 135 kNm Biegezugversagen Holz starrer Verbund

8 m schmal Fuge geschädigt 122 kNm Biegezugversagen Holz 156 kNm Biegezugversagen Holz ohne Verbund vollflächig Fuge intakt 266 kNm Biegezugversagen Holz 288 kNm Biegezugversagen Holz starrer Verbund

Der Schaden an der Verbundfuge zog sich jeweils über 1,25–1,75 m. Das identische Schadensbild konnte bei schmaler Klebung mit Abklebung bei allen Proben mit 5 m Spannweite, bei zwei von drei Proben mit 6 m Spannweite sowie bei einer von drei Proben mit 8 m Spannweite beobachtet werden. Bei der vollflächigen Klebung wurde bei keiner Probe ein vorzeitiges Fugen versagen zwischen Probenherstellung und Versuch fest gestellt.

Der Einfluss des Betonschwindens gemäß DIN EN 1992 [20] auf die Schnittgrößen im HBV Träger und die Schub kraftverteilung entlang der Nass in Nass Klebung wurde vor der Versuchsdurchführung theoretisch untersucht. Die Berechnungen nach DIN EN 1992 negieren jedoch die daraus resultierende hohe Beanspruchung in den ers ten Tagen nach der Herstellung.

Bild 7 Typisches Biegezugversagen des Holzquerschnitts am Beispiel eines 6 m langen HBV-Plattenbalkens mit vollflächiger Klebung und zusätzlichem sekundärem Biegeversagen des Betons

Typical bending tensile failure of the wood cross-section of a 6 m long HBV-Plate beam with full-surface bonding and additional secondary bending failure of the concrete

3.4 Einfluss des frühen Betonschwindens und klimatische Beanspruchungen auf Nass-in-Nass geklebte HBV-Deckenelemente

Bild 6 Typisches Biegezugversagen des Holzquerschnitts am Beispiel eines 6 m langen HBV-Plattenbalkens mit vollflächiger Klebung und zusätzlichem sekundärem Querzugversagen des Betons nahe der Klebefuge

Typical bending tensile failure of the timber cross-section of a 6 m long HBV-Plate beam with full-surface bonding and additional secondary transverse tensile failure of the concrete close to the glued joint

Holz und Beton haben nicht nur stark unterschiedliche E Moduln und ein divergierendes Kriechverhalten, sie dehnen sich auch bei Temperatur oder Feuchteänderung unterschiedlich. Die Temperaturdehnungsdifferenz spielt im Hochbau eine untergeordnete Rolle. Für Brettschicht holz beträgt αt in Faserrichtung rd. 4 · 10–6 1/K und für Beton etwa 10 · 10–6 1/K. Selbst bei Temperaturschwan kungen von 80 K beträgt die Dehnungsdifferenz lediglich 0,24 ‰. Wesentlich relevanter sind Dehnungen aus Feuchteänderung. Beim Beton äußert sich die Dehnung primär als Schwinden. Das Holz kann dagegen bei ent sprechendem Umgebungsklima quellen oder schwinden. Ausgehend von dem Normalklima bei 20 °C und 60 % re lativer Luftfeuchte (RH) ergeben sich für Innenräume

Quelle: FG Verbundstrukturen/TU Berlin

Tab. 5 Enddehnungen von GL24c und C25/30 ausgehend von Normalklima (20 °C, 60 % RH) bei unterschiedlichen Grenzklimata final strain of GL24c and C25/30 starting at normal climate (20 °C, 60 % RH) with different final climates

Klimasituation 20 °C und 30 % RH 20 °C und 80 % RH

autogenes Betonschwinden –0,038 ‰ –0,038 ‰ Trocknungsschwinden des Betons –0,57 ‰ –0,29 ‰

Ausgleichsfeuchte des Holzes 18 % 6 % Feuchtedehnung des Holzes –0,6 ‰ 0,6 ‰

zwei Extremklimata. Die erste Klimasituation stellt ein sehr feuchter Sommer dar. Für diese Situation wurde das Innenraumklima zu 20 °C bei 80 % RH definiert. Das zweite Extremklima kann sich während trockener, kalter Winterperioden ausbilden. Heizbedingte 20 °C und 30 % RH stellen die Untergrenze der Behaglichkeit dar. Ausgehend von dem Normalklima werden in Tab. 5 für die be schriebenen Grenzklimata die Ausgleichsfeuchte nach Popper und die daraus resultierende Dehnung gemäß DIN EN 14080 für das BSH GL24c und die Schwinddeh nung für den Beton C25/30 nach DIN EN 1992 darge stellt [20–22].

Aus Tab. 5 ist zu erkennen, dass in der trockenen Winter situation die Summe der Schwindanteile des Betons für t → ∞ quasi identisch zur Schwinddehnung des Holzes ist. Es treten keine nennenswerten Zwangsspannungen auf. In der nassen Sommersituation entsteht dagegen eine Dehnungsdifferenz von ∈ ≈ 1 ‰ zwischen Holz und Beton, die in den Endbereichen der starren Klebefuge zu Spannungsspitzen führt. Sowohl das Betonschwinden als auch das Holzquellen stellen sich nicht plötzlich ein und lokale Spannungsspitzen können durch Kriechen beider Materialen reduziert werden. Für die theoretischen Be trachtungen wurde das Holzquellen linear über sechs Monate angenommen und das zeitabhängige Beton schwinden nach DIN EN 1995 bestimmt [17]. Unter Be rücksichtigung des zeitabhängigen Kriechens wurde der Zeitpunkt t = 6 Monate nach der Betonage als bemes sungsrelevant identifiziert. Im FEM Modell (Bild 8) erge ben sich nach sechs Monaten für den HBV Plattenbal kenquerschnitt mit 6 m Spannweite und der schmalen Klebefugenkonfiguration fugennahe Betonzugspannun gen von 3 N/mm2 und Holzdruckspannungen von –4 N/mm2. Die vereinfacht linear elastisch berechnete Schubspannungsspitze an der Klebefuge erreicht in den Balkenendbereichen lokal konzentriert 4,5 N/mm2

Wie beschrieben, wurde das Schwind und Kriechverhal ten beider Werkstoffe über die Zeit analysiert. Eine große

Bild 8 Ergebnisplots der linear elastischen FEM-Berechnung unter einer Zwangsbeanspruchung von –0,6 ‰ Dehnungsdifferenz zwischen Beton und Holz (Darstellung am halben System) Result plots of the linear elastic FEM calculation under a constraint load of –0.6 ‰ strain difference between concrete and wood (representation at half system)

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Herausforderung stellte dabei die Modellierung des Be tonverhaltens innerhalb der ersten drei Tage dar. Für diese Zeit fehlen in der DIN EN 1992 Daten zum Beton schwinden und der Betonzugfestigkeitsentwicklung. In der Literatur finden sich lediglich unspezifische Aussagen ohne quantitative Angaben zum Frühschwinden. Für die sen Zeitraum konnte das Verhalten deshalb nur grob ab geschätzt werden. Das frühzeitige Versagen der in Abschn. 3 beschriebenen Versuche mit der schmalen Klebefuge zeigt, dass die Abschätzung der frühen Bean spruchung in der Fuge bei der Versuchsplanung unzurei chend war. Die Interaktion von Frühschwinden, zügig erhärtender Fuge und der sehr geringen Festigkeit des jungen Betons ist noch tiefer zu untersuchen. Bei der voll flächigen Klebung trat kein frühzeitiges Fugenversagen während der ersten Tage auf. Diese Träger erreichten immer die volle, durch die Biegezugfestigkeit des Holzes begrenzte Tragfähigkeit von starr verbundenen HBV Trä gern. Zur Bestimmung der Zwangsspannungen während der ersten Tage bei Nass in Nass Klebungen sind folglich weitere theoretische und praktische Untersuchungen not wendig.

4 Zusammenfassung und Ausblick

Aufbauend auf bekannten Untersuchungen zu Nass in Nass geklebten HBV Elementen wurde die Eignung von verschiedenen gefüllten Epoxidharzen zur Umsetzung

Literatur

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201110017

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einer starr geklebten Verbundfuge zwischen Holz und Beton nachgewiesen. Bauteilversuche mit Spannweiten bis 8 m zeigten zum einen, dass die Nass in Nass Klebung auch bei realen Größenverhältnissen umgesetzt werden kann. Zum anderen zeigten die Probekörper mit sehr schmaler Klebefuge, dass eine Optimierung der Fugen geometrie nicht allein hinsichtlich der Fugenbelastung im Nutzungszustand erfolgen kann, sondern das Schwind verhalten des Betons in den ersten 72 h maßgeblich wird. Für eine materialoptimierte Ausbildung der Klebefuge sind zum Verhalten in diesem Zeitfenster und mit realen Bauteilabmessungen weitere Forschungen notwendig. Darüber hinaus zeigen die theoretischen Untersuchungen zur klimatischen Beanspruchung von HBV Decken Schubspannungen in der Verbundfuge, die mittels ver suchsgestützter Forschung zu evaluieren sind. Unabhän gig von diesen Forschungsthemen bestätigten die For schungsarbeiten das hohe Tragpotenzial Nass in Nass ge klebter HBV Decken mit starrem Verbund, auch für praxisrelevante Spannweiten von 8 m.

Dank

Die Cordes Holzbau GmbH und die TU Berlin bedanken sich bei dem Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) und der Fachagentur Nachwach sende Rohstoffe e. V. (FNR) für die Projektförderung.

[10] Zauft, D. (2014) Untersuchungen an geklebten Verbund konstruktionen aus Holz und Leichtbeton [Dissertation]. TU Berlin. Herzogenrath: Shaker Verlag.

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[17] DIN EN 1995 (2010) Eurocode 5: Bemessung und Kon struktion von Holzbauten. Berlin: Beuth. Ausgabe Dez. 2010.

[18] DIN EN 408 (2012) Holzbauwerke – Bauholz für tragende Zwecke und Brettschichtholz – Bestimmung einiger physi kalischer und mechanischer Eigenschaften. Berlin: Beuth. Ausgabe Dez. 2012.

[19] Burger, N.; Glos, P. (1997) Strength relationships in structu ral timber subjected to bending and tension in: Görlacher, R. [ed.] Proceedings of the CIB W18 Meeting 30. Vancou ver, Aug. 25–28, 1997. Paper 30 6 1.

Autorin und Autoren

Dipl.-Ing. Stephan Arendt (Korrespondenzautor) stephan.arendt@tu-berlin.de

Technische Universität Berlin

FG Entwerfen & Konstruieren – Verbundstrukturen Sekr. TIB1-B11

Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin

M.Sc. Melf Sutter melf.sutter@tu-berlin.de

Technische Universität Berlin

FG Entwerfen & Konstruieren – Verbundstrukturen Sekr. TIB1-B11

Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin

M.Sc. Marie Breidenbach Breidenbach@campus.tu-berlin.de Technische Universität Berlin FG Entwerfen & Konstruieren – Verbundstrukturen Sekr. TIB1-B11

Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin

Im Rahmen des SDE 21/22 entwickelt das interdisziplinäre Team coLLab der Hochschule für Technik Stuttgart (HFT) ein ganzheitliches und übertragbares Konzept für die Aufstockung und Sanierung eines Bestandsgebäudes auf dem Campus der Hochschule in der Stadtmitte von Stuttgart. Dabei handelt es sich um einen für die Nachkriegszeit typischen Stahlbeton Skelettbau mit Verwaltungsnutzung aus den 1950er Jahren. Im Sinne hoher Übertragbarkeit und einer möglichst günstigen GesamtÖkobilanz kommt eine leichte Holzkonstruktion zum Einsatz. Für den Wettbewerbsbeitrag werden außerdem Low

[20] DIN EN 1992 (2011) Eurocode 2: Bemessung und Kon struktion von Stahlbeton und Spannbetontragwerken. Berlin: Beuth. Ausgabe Jan. 2011.

[21] Popper, R. (2009) Wasserdampfsorptionsverhalten ausge wählter heimischer und überseeischer Holzarten. Bauphy sik 31, H. 2, S. 117–121. https://doi.org/10.1002/bapi. 200910017

[22] DIN EN 14080 (2013) Holzbauwerke – Brettschichtholz und Balkenschichtholz – Anforderungen. Berlin: Beuth. Ausgabe Sept. 2013.

B.Sc. Robert Schlag rs@cordes-holzbau.de Cordes Holzbau GmbH & Co. KG Waffensener Dorfstraße 20 27356 Rotenburg

Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid Volker.schmid@tu-berlin.de Technische Universität Berlin FG Entwerfen & Konstruieren – Verbundstrukturen Sekr. TIB1-B11 Gustav-Meyer-Allee 25 13355 Berlin

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Arendt, S.; Sutter, M.; Breidenbach, M.; Schlag, R.; Schmid, V. (2022) Neue Forschungsergebnisse zu Nass in Nass geklebten Holz Beton Verbunddecken. Bautechnik 99, Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 56–65. https://doi.org/10.1002/bate.202200068

Dieser Aufsatz wurde in einem Peer Review Verfahren begutachtet. Eingereicht: 8. Juli 2022; angenommen: 5. September 2022.

Tech Konzepte mit innovativen Technologien und Methoden kombiniert. Dies wird insbesondere an der Fassade des Entwurfs durch den Einsatz von organischen Photovoltaikzellen (OPV) und einem Solarkamin sichtbar, auf deren Integration und Funktionsweise in diesem Bericht eingegangen wird.

Stave, J. L.; Cremers, J.; Herb, S.; Claus, L.; Gronau, A.; Bleicher, V. (2022) coLLab – Low Tech trifft Innovation bei einer Aufstockung und Sanierung mit einer OPV Fassade. Bauphysik 44, H. 3, S. 159–165. https://doi.org/10.1002/ bapi.202200012

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2 65

Holzsperren – Entwurf und Konstruktion

Im vorliegenden Aufsatz wird auf die wichtigsten konstruktiven Vorgaben zur Konstruktion von möglichst dauerhaften Holzsperren eingegangen. Da Holz ein biogener Werkstoff ist, ist beim Entwurf und bei der Ausführung die Problematik des biogenen Holzabbaus zu berücksichtigen. Des Weiteren sind durch Abrasion stark beanspruchte Bereiche leicht austauschbar zu gestalten. Der korrekten Ausgestaltung der Abfluss sektion, den Verbindungen des Holzkastens und den Aus fachungen ist besonderes Augenmerk zu schenken. Im Aufsatz sind die dafür relevanten konstruktiven Lösungen aus der Literatur und aus den Ergebnissen eines Expertenseminars zusammengestellt.

Stichworte Holz; Holzsperren; Wasserbau; Wildbachverbauung; Querbauwerke; Sperrenbauwerke; Holzkasten; Konsolidierungssperren

1 Einleitung

Holzsperren (Bild 1) zählen zu den ältesten Bautypen im Wasserbau. Spätestens im 19. Jahrhundert wurden sie nachweislich im Alpenraum systematisch eingesetzt. Ob wohl sich im darauffolgenden Jahrhundert zuerst das Ze mentmauerwerk, unbewehrte Betonsperren und danach die Stahlbetonkonstruktionen durchgesetzt haben, wer den nach wie vor Holzsperren errichtet. Holzsperren las sen sich rasch und mit einem günstigen Kosten Nutzen Verhältnis realisieren. Laut der Bauwerksdatenbank des österreichischen forsttechnischen Dienstes für Wildbach

Timber checkdams – design and construction

This article focuses on the most important design specifications for a durable construction of timber barriers. Since wood is a biogenic material, the fact of biogenic wood degradation must be considered in the design and construction. Furthermore, areas that are heavily stressed by abrasion must be designed replaceable. Particular attention should be paid to the correct design of the flood section, the connections of the timber components and the infills. The relevant constructive solutions from the literature and from the results of an expert seminar are summarized in this article.

Keywords timber; barriers; dams; checkdams; water engineering; torrent control

verbauung (WLV) sind in Österreich von 24.000 beste henden Konsolidierungssperren 6000 Holzsperren, also 25 %. Des Weiteren ist Holz ein biologischer, nachwach sender und damit auch nachhaltiger Baustoff. Da er aus diesem Grund auch von unterschiedlichen Organismen abgebaut werden kann, ergeben sich daraus besondere Anforderungen an die Bauwerkserhaltung. Dies beginnt bei einer möglichst dauerhaften Konstruktion des Sper rentragwerks. Die wichtigsten konstruktiven Vorgaben dazu aus der Literatur, aus den Ergebnissen eines Fachseminars in Sarnen (Schweiz) [1] und aus eigenen Erfah rungen sollen hier zusammengestellt werden.

Ernst

Sohn GmbH, Berlin. Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Jürgen Suda, Walter Krättli, Massimiliano Schwarz

Bild 1 Beispiele für Holzsperren: a) neu errichtete Holzsperre mit Flügeln aus Wasserbausteinen, b) eingewachsene Holzsperre mit Vorfeldischerung mit Wasserbausteinen

Examples of timber barriers

Quelle: a) fobatec, b) Jürgen Suda

2 Funktion und Beanspruchung von Holzsperren

Holzsperren werden als Vollwandsperren (d. h. öffnungs frei) eingesetzt. Sie erfüllen (laut [2]) die Funktion der Stabilisierung/Konsolidierung. Die Stabilisierung umfasst alle Maßnahmen, die dazu dienen, die Sohle und die Ufer von Gewässern, inkl. der seitlichen Hänge in der beste henden Lage, zu sichern und gegen Seiten und Tiefen erosion zu schützen. Durch die Abtreppung der Bachsohle mit Sperren reduziert sich das Sohlgefälle und es bilden sich freie Überfälle (Abstürze) aus (Bild 3). Dies führt zu einer Verringerung der Fließgeschwindigkeit und einer Reduktion der Energie des Fließprozesses. Damit verbunden ist eine Reduktion der Geschiebetransportka pazität, die entweder zu einer Verringerung der Erosions leistung oder zur temporären Ablagerung (Sedimentati on) transportierter Feststoffe führt. Die Reduktion des Verlandungswinkels (bzw. des Grenzgefälles) bewirkt eine Stabilisierung der Sohle. Erfolgt gleichzeitig eine Verbesserung der Standsicherheit der seitlichen Hänge, wird dies als Konsolidierung bezeichnet. Konsolidie rungssperren aus Holz sind für Hochwasserabfluss und bei entsprechender Konstruktion in schmäleren Bächen auch für stärker geschiebeführende Prozesse einsetzbar.

3 Maßgebliche Schäden und Schadmechanismen an Holzsperren

Bei einer Holzsperre (Konsolidierungssperre) kann man laut [1, 3] vier Bereiche unterscheiden, die während der Nutzungsdauer typischerweise beschädigt werden (Bild 2).

In den seitlichen Einbindungen (Bild 2 – Bereich A) gibt es hauptsächlich Probleme mit Erosionen im Flügelbe reich und verstärktem Holzabbau durch wechselfeuchte Bedingungen. Durch luftseitige Erosionen sinkt die Tiefe der seitlichen Einbindung der Sperre. Durch den Holzab bau reduziert sich die Tragfähigkeit der Holzquerschnitte.

Diese Umstände können zu einem Abtrag der oberen Flügel und zu einem Verlust des luftseitigen Flankenwiderstands führen. Letztgenannter liefert einen wesentlichen Beitrag zur Standsicherheit der Sperre. Sind Flan kenwiderstände nicht mehr vorhanden, ist die Sicherheit gegen Gleiten und insbesondere gegen Kippen herabge setzt.

Im luftseitigen Sperrenvorfeld (Bereich B) gibt es haupt sächlich Probleme mit übermäßiger Kolkausbreitung und genereller Sohlabsenkung. Beides reduziert den luftseiti gen Widerstand der Sperre im Bereich der Sohle. Dies kann zu einer Unterströmung der Sperre und zu Stabili tätsproblemen in den Hängen führen, da die stützende Wirkung der Sohle entfällt. Des Weiteren wird die Sicher heit gegen Gleiten, Kippen und mechanischen Grund bruch reduziert.

In der Abflusssektion (Bereich C) gibt es hauptsächlich Probleme infolge Hydroabrasion. Dabei gilt es laut [5] zwischen schleifender und schlagender Abrasion zu un terscheiden. Die schleifende Abrasion reduziert je nach Geschiebeanteil kontinuierlich die angeströmten Holz querschnitte. Die schlagende Abrasion findet bei fluviati lem Feststofftransport und Murgang statt und ist in der Lage, Holzteile in kurzer Zeit zu zerstören. Versagen die Holzquerschnitte (besonders die Längshölzer), wird die Verfüllung des Holzkastens erodiert. Biogener Holzab bau begünstigt diesen Mechanismus.

Die Verfüllung (Bereich D) des Holzkastens wird haupt sächlich durch Erosion in Mitleidenschaft gezogen. Die Erosion kann durch den zerstörten Holzkasten oder durch zerstörte Ausfachungen (innere Erosion) ausgelöst werden. Dabei wird die Verfüllung des Kastens ausge schwemmt. Dadurch kommt es zu einem Verlust der Ge brauchstauglichkeit und bei weiterem Fortschreiten der Erosion zu einem Verlust der Standsicherheit durch redu ziertes Eigengewicht.

4 Bautechnische Bemessung

Konsolidierungssperren sind prozessseitig durch Erd und Wasserdrücke beansprucht. Die Wasserdrücke resultie ren aus Hangwässern unter der Bachsohle und den Ab flüssen im Bach mit unterschiedlich hohem Feststoffan teil. Auf die Sperre wirken einerseits statische Wasserdrü cke bis zur Oberfläche des Abflusses und andererseits dynamische Wasserdrücke an allen direkt angeströmten Bereichen.

Bild 2 Schematischer Überblick über Sperrenbereiche, die während der Nutzungsdauer typischerweise beschädigt werden [4] Schematic overview of areas that are typically damaged during service life [4]

Bei der Bemessung sind die Grenzzustände der Tragfähig keit (innere und äußere Tragsicherheit), der Gebrauchs tauglichkeit (z. B. hydraulische Bemessung) sowie der Dauerhaftigkeit zu berücksichtigen. Letztere wird durch konstruktive Vorgaben erreicht. Für die äußere Tragsi cherheit (Nachweise Gleiten, Kippen, Grundbruch) wer den Holzsperren als Gewichtsmauern betrachtet. Die Widerstände resultieren hauptsächlich aus der Geometrie

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

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in Verbindung mit dem Eigengewicht und dem daraus resultierenden rückdrehenden Moment. Widerstände in den seitlichen Einbindungen sollten vorsichtig angesetzt werden. Beim Nachweis der inneren Tragsicherheit ist bei der Festlegung der Bemessungswerte der Festigkeiten immer von der Nutzungsklasse 3 laut [6] auszugehen. In der Praxis werden Holzsperren in den meisten Fällen ohne statischen Nachweis aufgrund von erprobten Bautypen errichtet. Als Faustformel für standsichere zwei wandige Holzkästen mit einem luftseitigen Anzug von 5:1 wird in [7] empfohlen, die Basisbreite (B) mit der halben Sperrenhöhe (H) bis OK Flügel anzunehmen. Übliche Durchmesser der Längshölzer und Zangen sind in Abschn. 5.2 zusammengestellt. Eine leichte bogenförmige Ausgestaltung des Grundrisses der Sperre (polygonal an genähert) erhöht die Standsicherheit. Einwirkungsmodel le und die Vorgehensweise bei der Bemessung einer Sperre finden sich in [7–9].

(häufig 25–35 cm) verwendet, für Schwerböden und Quer hölzer häufig Durchmesser 15–20 cm. Die Stämme werden entrindet oder nicht entrindet eingesetzt. Um das holzab bauende Pilzwachstum zu verzögern, sollte das verbaute Holz möglichst nass gehalten werden [10, 12]. Im Bereich der Abflusssektion ist dieser Umstand meist erfüllt. Im Flü gelbereich kann man die Holzfeuchtigkeit mittels Beschat tung durch entsprechende Bepflanzung erhöhen [10].

5.3 Anordnung der Sperren im Bach

Sperren sind möglichst im rechten Winkel zur Fließrich tung anzuordnen. In den meisten Fällen werden Holz sperren als Sperrenstaffel (Serie von regelmäßig angeord neten Querwerken) eingesetzt (Bild 3). In diesem Fall stellt sich zwischen den Sperren einer Staffel im Ver gleich zum Gefälle des unverbauten Wildbachs ein gerin geres Gefälle ein. Dieses Verlandungsgefälle hängt von der Kornzusammensetzung der Bachsohle und der Art des Fließprozesses ab. Es lässt sich bspw. nach [7] über die Sieblinie des Bachmaterials bestimmen. In der Praxis kommen häufig Werte zwischen 0 und 7 % vor.

5.1 Einsatz von Holzsperren

In der Praxis werden Holzsperren in schwer zugängli chen Gräben eingesetzt, da sich die Rundhölzer leicht transportieren oder teilweise nahe des Verwendungsorts gewinnen lassen. In Bezug auf die Lebensdauer der Werke gibt es gemäß [10] Standortunterschiede. Kühle, schattige Standorte wie nord bis ostexponierte Runsen und solche in höheren Lagen sind diesbezüglich vorteil haft. Aufgrund der kurzen Bauzeit dienen Holzsperren auch als Sofortmaßnahme nach Ereignissen. In Wild bachgerinnen mit sehr instabilen Hängen, an denen mit seitlichem Hangdruck [3, 11] zu rechnen ist, werden die relativ flexiblen Holzsperren als Konsolidierungsmaßnah me eingesetzt. Nach dem Ende der Nutzungsdauer der Holzsperren und einem Beruhigen der Einhänge werden Beton oder Stahlbetonsperren vorgesetzt.

5.2 Holzwahl

Bei der Holzwahl muss ein Kompromiss zwischen dauer hafter Holzart, deren Verfügbarkeit und den erforderli chen Stammlängen gefunden werden. Da die sehr dauer haften Hölzer wie Eiche, Edelkastanie und Robinie relativ teuer sind und häufig gebogene Stämme aufweisen, die schwer zu verarbeiten sind, werden diese nur selten und bei kleineren Werken eingesetzt. Sehr häufig wird Lär chenholz verwendet, aber auch Tanne, Kiefer oder Doug lasie. Fichtenholz wird nur in Ausnahmefällen eingesetzt. Ein anderes Bild zeigt sich in der Schweiz. Dort zieht man niedrige Erstellungskosten durch Holzgewinnung in Pro jektnähe der Wahl dauerhafter Holzarten häufig vor und setzt deshalb oft Fichte oder Tanne ein. Dies bedingt je doch eine besonders sorgfältige Evaluierung der Standort eignung für Holzsperren. Je nach Größe des Werks wer den für Längshölzer Durchmesser zwischen 25 und 60 cm

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Beim Entwurf der Staffel (Bild 3) muss ein Optimum zwi schen Sperrenhöhe Hs und Sperrenabstand L gefunden werden. Der Abstand L der Sperren innerhalb einer Staf fel muss laut [8] mind. der Länge des Kolks Lk entspre chen. Kolklängen können nach hydraulischen Gesetzmä ßigkeiten (z. B. Wurfparabel [13]) oder nach [7] berechnet werden. Die erforderliche Sperrenhöhe ergibt sich aus dem Schnittpunkt zwischen der ursprünglichen Sohle und dem angenommenen minimalen Verlandungsgefälle zwischen den Sperren. Ab diesem Schnittpunkt muss die Sperre 1–1,5 m (T) tief gegründet werden (Richtwert laut [7] mind. 1 m). Weiter muss das maximal mögliche Ver landungsgefälle abgeschätzt werden. Die Abflusssektion der obenliegenden Sperre muss mind. 0,5 m (h) aus der Bachsohle ragen, da sonst eine Konzentration des Abflus ses nicht mehr gewährleistet werden kann.

In Bild 4 ist der Zusammenhang zwischen dem Sperren abstand L infolge des angenommenen Verlandungsgefäl

J. Suda, W. Krättli, M. Schwarz: Holzsperren – Entwurf und Konstruktion

5 Konstruktion und Anwendung von Sperrenbauwerken aus Holz

Bild 3 Längsschnitt durch eine Sperrenstaffel Longitudinal section through a barrier stepping

Bild 4 Berechnete Kolklänge (rote Linie) und Sperrenabstand (schwarze Linie) als Funktion der Nutzhöhe Dh für folgendes Fallbeispiel: Länge des horizontalen projektierten Bachabschnitts: 100 m, ursprüng liches Sohlgefälle: 0,15, spezifischer Abfluss q: 9 m2/s, Korngröße 95 % quantil, d95: 0,35 m, Korngröße 90 % quantil, d90: 0,1 m

Calculated scour length (red line) and checkdam distance (black line) as a function of effective height Dh

les L sowie der Kolklänge LK mit der Nutzhöhe Dh darge stellt. Die Kolklänge wurde laut [7], S. 41 berechnet. Nutzhöhen/Sperrenabstände zwischen roter und schwar zer Linie rechts der gestrichelten Linie können ohne Ero sionsschutz zwischen den Sperren errichtet werden.

5.4 Konstruktion der Holzkästen

Ein Holzkasten (Bild 5) besteht aus miteinander verbun denen Längs und Querhölzern (Zangen). In den durch diesen Kasten gebildeten Hohlraum wird Material einge

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füllt. Dieses Füllmaterial erhöht das Eigengewicht der Holzkastenkonstruktion und erzeugt so ein entgegen den Einwirkungen aus Erd und Wasserdrücken drehendes Moment. Somit wirken diese Konstruktionen als Ge wichtsmauer bzw. sperre. Bei zweiwandigen Sperren tragwerken, wenn unvermeidliche Stöße der Längshölzer versetzt werden und die Einbindung der Sperre in den seitlichen Flanken ausreichend tragfähig ist, kann der Holzkasten auch eine horizontale Tragwirkung ausüben.

Je nach der Anzahl der Ebenen von Längshölzern werden ein und zweiwandige Holzkästen unterschieden (Bild 5). Einwandige Konstruktionen bestehen aus Längshölzern, die mit Zangen im Erdreich verankert werden (Bild 5 –A). Der zweiwandige Holzkasten besteht aus zwei Ebe nen parallel angeordneter Längshölzer, welche durch Querhölzer (Zangen) verbunden sind (Bild 5 – B).

Einwandige Holzkästen werden bis Nutzhöhen von 2 m, zweiwandige bis 5 m errichtet. Fallweise werden für spe zielle Anwendungen dreiwandige Holzkästen eingesetzt. Hier können Höhen über 10 m erreicht werden. Der luft seitige Sperrenanzug sollte für eine bessere Benetzung der Längshölzer unterhalb der Abflusssektion eher fla cher gewählt werden ([10] empfiehlt als Maximum 5:1). Aus statischen Gründen wird für zweiwandige Systeme 7:1 (laut [7]) und für einwandige (mit luftseitigen Piloten) 10:1 (laut [10]) als Maximum empfohlen.

Die Längs und Querhölzer müssen an den Knotenpunk ten tragfähig miteinander verbunden werden. Dies erfolgt mittels Nägel, Holzschrauben, Gewindestangen mit Mut tern an beiden Seiten oder geschmiedeter Stahlklam mern. Am häufigsten werden 0,6–1 m lange Nägel einge setzt. Dazu werden Bewehrungsstäbe (∅14 bis ∅20) un gespritzt oder mit geschmiedeter Spitze verwendet. Die meisten Praktiker [10] empfehlen, die Nagellöcher 1–2 mm unter dem Nageldurchmesser vorzubohren und dann den Nagel hydraulisch einzurammen. Durch das

5

je nach Art der Flügel in Bild 9 dargestellt Construction types of timber barriers: (A) single-walled, (B) double-walled, (C)

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Bild

Gängige Bautypen von Holzkästen: (A) einwandig, (B) zweiwandig, (C) dreiwandig (Details: A – Bild 7, B – Bild 8, C – Bild 10); die Ansichten der Sperren sind

three-walled (details: A – Fig. 5, B – Fig. 6, C – Fig. 8)

Quelle: Jürgen Suda

Quelle: Jürgen Suda

Common

Vorbohren wird ein Aufreißen des Holzes durch die Ver nagelung vermieden, denn die Lebensdauer einer Holz konstruktion hängt im Wesentlichen von der Qualität der einzelnen Verbindungen und Anschlüsse ab.

Da ein Teil der Schubbeanspruchung durch Reibung in folge des vertikalen Drucks aufgenommen wird, ist es statisch günstig, die Zangen auszukehlen. Eine Empfeh lung aus der Praxis ist, nur die Unterseite der Zangen auszufräsen. Die maximale Frästiefe soll ¼ des Zangen durchmessers nicht überschreiten. Die Zangen werden auf das darunterliegende Längsholz gesetzt und vernagelt. Das darüberliegende Längsholz wird wiederum mit einem neuen Nagel verbunden usw. Wichtig ist gene rell eine saubere „fachwerksmäßige“ Verbindung aller Holzteile.

Stöße von Längshölzern sind möglichst einfach auszu führen. Von der Haltbarkeit her haben sich in der Praxis einfache gerade oder schräge Schnitte bewährt, zeitwei se werden auch Überblattungen ausgeführt (Bild 6). Bei Stößen ist direkt darunter oder besser links und rechts

des Stoßes ein Querholz anzuordnen. Bei Sperren soll ten die Querhölzer zumindest im Bereich der Abfluss sektion übereinander angeordnet werden, um laut [7] die Angriffsfläche für herabfallendes Geschiebe zu mini mieren (Bild 9). Diese Anordnung ist auch für einen möglichst linearen Kraftabtrag auf das Fundament, ohne zusätzliche Momente infolge Geschiebeanpralls auf die vorstehenden Querhölzer, vorteilhaft. Aus Erfahrungen hat sich die Verbindungsart Bild 6 – A bewährt. Im Be reich des Überfalls sollten keine Stöße angeordnet wer den.

5.5 Verfüllung und Ausfachungen

Ein leerer Holzkasten hat eine sehr geringe Steifigkeit, da statisch gesehen die Knoten Gelenke darstellen. Die erforderliche Steifigkeit erlangt das System erst durch die Verfüllung der Hohlräume mit groben Steinen, Grobkies Sandgemischen oder dem Aushubmaterial. Werden Füllmaterialien mit hohem Feinanteil verwen det, sollten die Ritzen z. B. mit Schafwollzöpfen ausge stopft werden.

Um die Verfüllung des Holzkastens einzubauen, müssen zuvor die verbleibenden Öffnungen zwischen den Längs hölzern geschlossen werden. Diese Ausfachungen wer den sehr häufig aus Holz hergestellt. Die Ausfachung mit Holz parallel zum Längsholz kann auf zwei Arten erfol gen (Bild 7 – B, C). Bei der ersten Variante werden die Hölzer mit demselben Durchmesser wie die zu verfüllen den Öffnungen verwendet (Bild 7 – B). Diese Rundhölzer werden an die Längshölzer genagelt. Bei der zweiten Va riante verwendet man Hölzer mit einem größeren Durch messer als die zu schließenden Ausfachungen und verfüllt damit die Öffnung von hinten (Bild 7 – C). Dabei ist der Nagelaufwand deutlich geringer, allerdings können sich die eingelegten Hölzer durch nachträgliche Setzungen verschieben. Eine in der Westschweiz häufig umgesetzte Ausfachung wird aus parallel zu den Zangen eingelegten Rundhölzern oder Holzscheiten hergestellt (Greyerzer system (Bild 7 – D)). Der Vorteil einer Steinausfachung

Quelle: Jürgen Suda

Infill

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Bild 6 Häufige Ausführungen der Verbindungen der Längshölzer: (A) gerader Schnitt, (B) schräger Schnitt, (C) Überblattung

designs of longitudinal beam joints: (A) straight cut, (B) oblique cut, (C) overlapping

Bild 7 Ausfachung von Holzkästen (Detail A): (A) mit Steinen, (B), (C) mit Rundhölzern parallel zu den Längshölzern, (D) mit Rund- oder Spalthölzern parallel zu den Querhölzern

of timber boxes (detail A): (A) with stones, (B), (C) with round timbers parallel to the longitudinal timber beams, (D) with logs parallel to the crossbars

Quelle: Jürgen Suda

Bild 8 Ausführung der Abflusssektionen (Detail B): (A) Rundholzabdeckung, (B) Auspflasterung, (C) Kronsteine, (D) Stahlblechabdeckung

Construction types of flood sections (detail B): (A) log cover, (B) paving, (C) crown stones, (D) steel sheet cover

liegt in der höheren Steifigkeit und in der längeren Le bensdauer, der Nachteil im deutlich höheren Arbeitsauf wand. Die Steine werden so in die Ausfachung eingebaut, dass sie nicht herausfallen können (Bild 7 – A). Nach [7] soll die erste Lage aus Steinen, die sich in der Öffnung verkeilen können, bestehen. Nach den Ausfachungsstei nen sollte idealerweise eine durchgehende Wand aus Steinen trocken aufgemauert werden.

5.6 Abflusssektion

Die Abflusssektionen sind hydraulisch auf den Bemes sungsabfluss auszulegen (z. B. nach [8]). Die Breite der Unterkante der Abflusssektion (bA) soll ca. der mittleren Gerinnebreite bachaufwärts entsprechen. Die Abflusssek tionen der Holzsperren unterliegen je nach Geschiebe trieb einer Beanspruchung durch Abrasion. Zur Erhö hung der Lebensdauer sind die Abflusssektionen mit einem durchgehenden Abrasionsschutz auszustatten. Der am häufigsten ausgeführte Abrasionsschutz ist jener mit Rundholz (Bild 8 – A). Weiter kann die Oberseite des obersten Kastens mit plattigen Steinen abgepflastert wer den (Bild 8 – B). Darunter kann auch ein noch bachauf wärts gezogener Teppich aus Geotextil eingebaut werden. Da die Längshölzer hier ungeschützt sind, sollte hier an der Vorderkante ein zweites Längsholz angeordnet wer den. Die Krone im Bereich der Abflusssektion kann auch mit behauenen Steinen (oder Betonelementen (Bild 8 –C)) oder mit mind. 8 mm starkem Stahlblech (Bild 8 – D) abgedeckt werden. Für die Instandhaltung ist es wichtig, dass der Abrasionsschutz leicht ausgetauscht werden kann.

5.7 Sperrenflügel

Um den Abfluss in Bachmitte zu zentrieren, muss mittels Sperrenflügel eine Abflusssektion ausgebildet werden (Bild 9). Um ein Überströmen der Sperrenflügel mög lichst zu verhindern, wird in [8] empfohlen, die Krone der Flügel mit einem Flügelanzug von mind. 10 % auszustat

ten, aber nicht geringer als das maximale Verlandungsge fälle im betrachteten Bachabschnitt. Die Sperrenflügel können unterschiedlich ausgeführt sein.

In der derzeitigen Praxis werden vorwiegend Holzflügel gebaut. Diese werden häufig als Holzkästen errichtet (Bild 9 – D). Um den Widerstand zu erhöhen, können die Flügel auch ein Stück bachaufwärts verlängert werden. Eine Verbindung mit der darüberliegenden Sperre ist auch möglich. Einen von Haus aus höheren Widerstand gegen Abscheren bieten Einsteckflügel. Hier werden, wie in Bild 9 – B dargestellt, die Rundhölzer der Flügel zwi schen die Längs und Querhölzer gesteckt. Bei schmäle ren Bächen können die Flügel auch wie in Bild 9 – A dargestellt ausgeführt werden.

Um der Problematik der verkürzten Lebensdauer der Holzkonstruktionen im Einbindebereich zu begegnen, können laut [7] die Flügel mit Drahtsteinkörben (Bild 9 –E) oder geschlichteten Wasserbausteinen (Bild 9 – C) ausgeführt werden. Hier gilt es zu beachten, dass durch die weniger gute Verbindung mit dem Sperrenkörper diese durch den Abfluss leichter von der Sperre herunter geschoben werden können. In der Praxis hat sich gezeigt, dass wasserseitig angeböschte Flügel oder im Grundriss V förmig zulaufende Flügel evtl. auch kombiniert mit seit lichen Leitwerken die Nutzungsdauer deutlich erhöhen.

Die Sperrenflügel bzw. Längshölzer sollten seitlich 1,2–1,5 m (bei Murgängen mind. 2 m) in die Flanken ein gebunden sein. [7] empfiehlt bei einwandigen Sperren eine seitliche Einbindung von mind. 1 m.

5.8 Fundierung

Holzkästen müssen nach [4] auf einer sauber ausgegliche nen und tragfähigen Aufstandsfläche fundiert werden. Die Sperrenbauwerke sollten zur Erhöhung der Robust heit auf einen Schwerboden (Prügelboden) gestellt wer den. Dieser besteht aus dicht an dicht verlegten Rundhöl zern und lagert luftseitig auf einem Längsholz. Ein

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Quelle: Jürgen Suda

Bild 9 Ausbildung der Sperrenflügel (dargestellt sind die luftseitigen Ansichten von Holzsperren): (A), (B) Einsteckflügel, (C) Blocksteinflügel, (D) geneigte und horizontale Holzflügel, (E) Flügel aus Drahtsteinkörben

Construction types of dam wings: (A), (B) insert wings, (C) block stone wing, (D) inclined and horizontal timber wings, (E) wire stone basket wings

Schwerboden verhindert ein Ausspülen der Verfüllung des Holzkastens und reduziert die Gefahr der inneren Erosion erheblich. Anstelle des Schwerbodens werden auch Packungen aus feinem Geäst oder Reisigmaterial in den untersten Lagen der Konstruktion eingebaut.

5.9 Sicherung des Sperrenvorfelds

Durch den Überfall und die Erosionskapazität in Abhän gigkeit vom Fließprozess entsteht vor der Sperre ein Kolk. Der Wasserpolster im Kolk wirkt sich günstig auf die Energieumwandlung beim Überfall aus. Die einfachs te Form der Ausgestaltung des Sperrenvorfelds ist der freie Kolk. In diesen Fällen müssen die Entwurfsregeln in Abschn. 5.3 eingehalten werden. Weiter wird empfohlen, die Breite des Vorfelds mit 1,2–1,5 × bA auszuführen (bA laut Bild 12). Je höher beim Entwurf der minimale Ver landungswinkel angenommen wird bzw. wenn die Ent wurfsregeln aus Abschn. 5.3 nicht eingehalten werden können (z. B. Gerinne zu steil), umso wahrscheinlicher sind Erosionen im Sperrenvorfeld. Dieses muss dann konstruktiv gesichert werden. Bei Holzsperren sind Sohlsicherungen durch Wasserbausteine (Bilder 10 – A, 1b), mittels Vorkasten oder Vorsperre (Bild 10 – D), mittels Rundholzboden (Bilder 10 – C, 11) oder liegendem Holz rost mit Steinausfachung (Bild 10 – B) üblich. Seitlich können die Kolke mittels Leitwerken aus Holzkästen (Bild 11) oder Grobsteinschlichtungen begrenzt werden. Die überwiegende Zahl der Praktiker empfiehlt, die Vor feldsicherung konstruktiv unabhängig von der Sperre auszubilden, um Setzungen nicht auf die Sperre zu über tragen. Des Weiteren lassen sich eigenständige Konstruk tionen besser warten.

5.10 Ausführungen bei höherer Beanspruchung

In der Regel wird der Bautyp Holzkastensperre nicht in murfähigen Bächen eingesetzt [14]. In Sonderfällen bei eher schlammigen Muren werden fallweise trotzdem Holzsperren verwendet, da man durch eine geschickte Konstruktion den Widerstand erhöhen kann. Bei einer eher geringeren Frequenz der Murgänge (30–100 Jahre) ist das Kosten Nutzen Verhältnis von Holzssperren immer noch sehr gut. Generell sind bei Murgängen vor

Bild 10 Gebräuchliche Bautypen von Vorfeldsicherungen bei Holzsperren (Detail C): (A) Wasserbausteine, (B) Holzrost, (C) Rundholzboden, (D) Vorkasten(-sperre)

Construction types of downstream zone protection measures: (A) blockstones, (B) timber grate, (C) log floor, (D) front barrier

Quelle: Jürgen Suda

Bild 11 Verbundene Sperrentreppe

Connected barrier stepping

stehende Teile im Abflussbereich zu vermeiden. Weiter ist bei Murgängen unbedingt das Sperrenvorfeld zu si chern (Abschn. 5.9). Als besonders widerstandsfähig haben sich Sperren erwiesen, die luft und wasserseitig

Tab. 1 Konstruktive Empfehlungen für Holzsperren laut [1] Design recommendations for wooden barriers [1]

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kraftschlüssig seitlich über die Flügel und an der Sohle mit dem Schwerboden verbunden sind (verbundene Sper rentreppe (Bild 11)). Es sollten Einsteckflügel verwendet werden (Abschn. 5.7). Wichtig ist dabei, dass die Flügel nahtlos in prozessseitige Leitwerke übergehen und nicht vorstehen. Mit Rundhölzern abgedeckte Abflusssektio nen haben sich als sehr widerstandsfähig erwiesen, be sonders wenn man sie oberwasserseitig verlängert und mit der oberen Sperre verbindet. Dadurch kann man (laut [7]) eine zusätzliche Rückverankerung erreichen. Eine solche Lösung kommt nicht infrage, wenn im Ver landungsbereich größere Bodensetzungen zu erwarten sind. Bei dieser Konstruktion muss jedoch bewusst sein, dass spätere Wartungen eines höheren Aufwands bedür fen, da in sich verbundene Holzteile schwer zu tauschen sind.

6 Zusammenfassung

Die maximal möglichen Bauhöhen von Quer und Längs bauwerken orientieren sich nach der Bauart der Holzkäs ten. Einwandige Holzkästen sind bis zu einer Bauhöhe von 1,5 m, unter optimalen Bedingungen bis 2 m Höhe möglich. Doppelwandige Holzkästen können bei sorgfäl tiger Bauweise eine Höhe bis zu 4 m, bei besonders guten Bedingungen 5 m erreichen. Maximal baubare Breiten ergeben sich aus den verfügbaren Stammlängen. Hier

Nr.Beschreibung Bereich 11) Berücksichtigung des maßgebenden Fließprozesses (Hochwasser bis Murgang) und grundsätzliche Eignung von Holzsperren A bis C 21) Konservative Abschätzung des minimalen Verlandungswinkels B 31) Tiefe der seitlichen Einbindung mind. 1,5 m (bei Murgang mind. 2 m) A 41) Leicht wechselbarer Abrasionsschutz C

51) Sorgfältige Ausgestaltung der Ausfachung, eventuell auch seitliche und rückwärtige Ausfachung D

6Schwerboden gegen innere Erosion D

7Bepflanzung der Einhänge, möglichst dauerhafte Beschattung der Flügelbereiche, reduziert die Feuchtigkeitsschwankungen und den biogenen Holzabbau A

8Wasserseitig abgeböschte und/oder eingesteckte Flügel A

9Bemessung der Abflusssektion auf Bemessungsereignis A

10Berechnung der Kolkgröße und/oder Vorfeldsicherung A

11Anordnung von Vorfeldwangen, Leitwerke A

12Breite UK Abflusssektion (bA) ca. mittlere Gerinnebreite C

13Breite Vorfeld 1,2–1,5 × bA (Breite UK Abflusssektion) A

14Sperrenabstand ein bis zweifache Kolklänge B

15 Sperrenhöhe max. 5 m B

16Geotextil in der Bachsohle im Bereich der Abflusssektion D

17Keine überstehenden Bauteile C

18Abflusssektion als Trapezprofil ausführen, seitlicher Flügelanzug mind. 10 % (bei Murgängen mind. 15 %)C

1) besonders relevant

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Quelle: Forsttechnischer Dienst für Wildbachund Lawinenverbauung

sind oft 6 m in Verwendung. Einwandige Holzkästen sind durch diese Längen begrenzt. Bei zwei und dreiwandigen Systemen können die Stöße erd und luftseitig versetzt werden. Oder es gelangen lang ausgehaltene Stämme bis 10 oder 12 m, abwechselnd ausgerichtet, zum Einsatz. Es hat sich gezeigt, dass Holzsperren bei granularen Mur gängen mit größeren Blöcken oder bei großvolumigen Murgängen nicht ausreichend standsicher sind. Beson ders anfällig sind die Hölzer gegen anprallende Blöcke. Für die Instandhaltung und auch im Zuge der Kosten Nutzen Untersuchung [15] bei der Projektierung wird bei Holzsperren von einer Nutzungsdauer von 40 Jahren ausgegangen. Je nach Umgebungsbedingungen am Sper renstandort können diese unter oder deutlich überschrit ten werden. Günstige Umgebungsbedingungen für Holz sperren sind schattige, dauerfeuchte/nasse Standorte. An häufig sonnigen und regelmäßig austrocknenden Runsen haben Holzbauwerke eine recht kurze Lebensdauer (oft nur wenige Jahre). Abgesehen davon ist der Bereich der seitlichen Einbindungen (wechselfeuchte Zone) immer limitierend für die Nutzungsdauer, da dort meist Umge bungsbedingungen herrschen, die sich optimal auf das Pilzwachstum auswirken.

Auf Basis der Ausführungen in den Abschn. 3, 4 und auf Basis von [1] können die wichtigsten Empfehlungen zur

Bild 12 Konstruktive Empfehlungen für Holzsperren

Design recommendations for wooden barriers

Konstruktion von möglichst dauerhaften Holzsperren in Tab. 1, Bild 12 zusammengefasst werden. Weiter ist eine regelmäßige Überwachung und Instandsetzung dieser Bauwerke zur Erreichung der vorgesehenen Nutzungs dauer erforderlich. In Österreich werden solche Schutz bauwerke nach ONR 24803 [16] überwacht. Dabei ist ein Inspektionsintervall von sechs Jahren vorgesehen.

Literatur

[1] Fobatec [Hrsg.] (2018) Pflege und Sanierung von Sperren projekten aus Holz [online]. Tagungsdokumentation Sar nen, 27. April 2018. http://www.fobatec.ch/fileadmin/user_ upload/customers/fobatec/09Unterlagen/Tagungsunterla gen/PflegeUSanierungSperrenprojekteHolz.pdf [Zugriff am: 28. Jan. 2022]

[2] ONR 24800 (2009) Schutzbauwerke der Wildbachverbau ung – Begriffe und ihre Definition sowie Klassifizierung Wien: Austrian Standards. Ausgabe Nov. 2011.

[3] Suda, J. (2012) Instandhaltung von Schutzbauwerken gegen alpine Naturgefahren. Wien: Guthmann Petersen.

[4] Suda, J.; Hübl, J. (2007) Schäden und Schadensmechanis men an Schutzbauwerken der Wildbachverbauung. Wild bach und Lawinenverbau 155, H. 71, S. 56–83.

[5] Jacobs, F.; Winkler, K.; Hunkeler, F.; Volkhart, P. (2001) Betonabrasion im Wasserbau – Grundlagen, Feldversuche, Empfehlungen. Mitteilungen der Versuchsanstalt für Was serbau Hydrologie und Glaziologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich. Zürich: Eigenverlag.

[6] ÖNORM EN 1995 1 1 (2019) Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1 1: Allgemeines – All gemeine Regeln und Regeln für den Hochbau (konsolidierte Fassung). Wien: Austrian Standards. Ausgabe Juni 2019.

[7] Böll, A. (1997) Wildbach und Hangverbau. Berichte der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft, Nr. 343. Birmensdorf: Eigenverlag.

[8] ONR 24802 (2011) Schutzbauwerke der Wildbachverbau ung – Projektierung, Bemessung und konstruktive Durch bildung. Wien: Austrian Standards. Ausgabe Nov. 2011.

[9] Suda, J.; Bergmeister, K. (2020) Wildbachsperren in: Berg meister, K.; Fingerloos, F.; Wörner, J. D. [Hrsg.] Beton Ka­

lender 2020. Wasserbau. Konstruktion und Bemessung 1. Berlin: Ernst & Sohn, S. 503–718.

[10] Böll, A.; Gerber, W.; Graf, F.; Rickli, C. (1999) Holzkonstruktionen im Wildbach , Hang und Runsenverbau. Eid genössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Land schaft, Birmensdorf.

[11] Bergmeister, K.; Suda, J.; Hübl, J.; Rudolf Miklau, F. (2009) Schutzbauwerke gegen Wildbachgefahren. Grundlagen, Entwurf und Bemessung, Beispiele. Berlin: Ernst & Sohn.

[12] Rickli, C., Graf, F. (2014) Wildbachsperren aus Fichte und Tanne: Festigkeit und Pilzbefall in den ersten Jahren Schweizer Zeitschrift für Forstwesen 165, H. 4, S. 79–86.

[13] Angerholzer, F. (1913) Über die Länge des Vorfeldes bei Querwerken in Wildbächen. Centralblatt für das gesamte Forstwesen 39, S. 504–509.

[14] Wagner, P.; Mayer, K.; Rimböck, A. (2018) Planung von Stabilisierungs und Konsolidierungssperren: Lernen aus 150 Jahren Verbauungsgeschichte. Wildbach und Lawinen verbau 181, H. 82, S. 200–209.

[15] BMNRT [Hrsg.] (2006) Richtlinien für die Wirtschaftlich keitsuntersuchung und Priorisierung von Maßnahmen der Wildbach und Lawinenverbauung [online]. Wien: Bundes ministerium für Land und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft. https://info.bml.gv.at/dam/jcr:06785a80 8c2d 4fcb 85af c02a2a5d2e16/Wirtschaftlichkeitsuntersuch ung_20und_20Priorit_tenreihung.pdf [Zugriff am: 30. Juli 2022]

[16] ONR 24803 (2008) Schutzbauwerke der Wildbachverbau ung – Betrieb, Überwachung und Instandhaltung. Wien: Austrian Standards.

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J. Suda, W. Krättli, M. Schwarz: Holzsperren – Entwurf und Konstruktion

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Priv.-Doz. DDI Dr. Jürgen Suda (Korrespondenzautor) juergen.suda@gmail.com Lehrbeauftragter am Department für Bautechnik und Naturgefahren, BOKU ALPINFRA

Lilienberggasse 13/2 1130 Wien, Österreich

BSc BFH Walter Krättli walter.kraettli@fobatec.ch Fachstelle forstliche Bautechnik Försterschule 2 7304 Maienfeld, Schweiz

Dr. Massimiliano Schwarz massimiliano.schwarz@bfh.ch Berner Fachhochschule Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL Fachbereich Waldwissenschaften Länggasse 85 3052 Zollikofen, Schweiz

J. Suda, W. Krättli, M. Schwarz: Timber checkdams – design and construction

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Suda, J.; Krättli, W.; Schwarz, M. (2022) Holzsperren – Entwurf und Konstruktion. Bautechnik 99, Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 66–75. https://doi.org/10.1002/bate.202200026

Dieser Aufsatz wurde in einem Peer Review Verfahren begutachtet. Eingereicht: 18. März 2022; angenommen: 29. August 2022.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Kreislaufeffektive Bauwende

Auf dem Weg zu einer neuen Tektonik

Europa strebt bis 2050 an, klimaneutral zu sein. Für die Bau wirtschaft bedeutet dies neben der Reduzierung von klimaschädlicher Energie während der Gebäudenutzung v. a. die Reduzierung des Ressourcenverbrauchs und der grauen Emissionen bei der Herstellung und dem Abriss von Gebäuden. Die Umsetzung kann durch eine kreislaufeffektive Bauwende ge lingen, wobei der Holzbau eine zentrale Rolle einnehmen wird. Hierzu bedarf es einer auf Elementierung, Standardisierung und Reversibilität gestützten andersartigen Tektonik, innova tiver Architekturansätze und einer neuen Baukultur. Jetzt braucht es einen politisch initiierten Wandel in der Bauwirtschaft, parallel müssen Planer:innen einen Paradigmenwechsel vollziehen.

Bauwende – towards a new tectonic Europe aims to be climate neutral by 2050. For the construction industry, this means not only reducing climate-damaging energy during building use, but above all reducing resource consumption and grey emissions in the production and the demolition of buildings. The implementation can succeed through a cycle-effective building turnaround, in which timber construction will play a central role. This requires a different kind of tectonics based on elementation, standardisation and reversibility, innovative architectural approaches and a new building culture. What is needed now is a politically initiated change in the construction industry, and in parallel, planners must carry out a paradigm shift.

Stichworte kreislaufeffektive Bauwende; neue Tektonik; innovative Architekturansätze; graue Emissionen; Ressourcenverbrauch

1 Einführung

Um das gesteckte 1,5 Grad Ziel des Pariser Abkommens aus dem Jahr 2015 in Reichweite zu halten, darf ab sofort keine Steigerung der globalen CO2 Emissionen mehr stattfinden und müssen die Treibhausgasemissionen weltweit zwischen 2040 und 2050 auf null zurückgefahren werden [1]. Das Bauwesen steht in der Verantwortung, Abfall zu vermeiden und CO2 Emissionen drastisch ein zusparen [2]. Zukunftsweisendes, klimaneutrales und res sourcenschonendes Bauen erfordern eine Bauwende im Umgang mit dem Bestand sowie im Entwerfen und Konstruieren mit standardisierten Bauweisen für Neubauten. Das Handeln in Kreisläufen ist die Grundlage für die Bauwende. So entstehen urbane Minen, die nicht nur als Rohstofflager, sondern vielmehr als Materiallager dienen,

Keywords building transition; new tectonics; innovative architectural approaches; gray emissions; resource consumption Bild 1 Die verschiedenen Ebenen der Kreislauffähigkeit von Bauwerken The different levels of reusability of buildings

die „die verlustfreie und werterhaltende, wiederholende Verwendung und Verwertung von Bauteilen, Materialien und Stoffen“ erlauben [2]. Die Kreislauffähigkeit von Bau werken findet dabei auf fünf (baukonstruktiven) Hierar chieebenen statt (Bild 1). Diese sind:

Die Gebäudeebene: Die Nutzungsneutralität ermöglicht Flexibilität sowie Veränderbarkeit und bedeutet damit Langlebigkeit der Grundrissstruktur. Umnutzungs und Aufstockungspotenziale im Bestand bedeuten Res sourcenerhalt sowie Einsparungen grauer Emissionen. Die Bauteilebene (z. B. Außenwand, Geschossdecke, Innenwand etc.): Der zerstörungsfreie Rück bzw. Ausbau des gesamten (standardisierten) Bauteils garantiert die Wiederverwendung an anderer Stelle/in anderen Bauwerken.

Ernst

Sohn GmbH, Berlin. Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Jürgen Graf, Stephan Birk, Viktor Poteschkin, Yannick Braun

Bild 2 Statische Gebäudegrundformen kreislaufeffektiven Bauens (schematische Darstellung): a) freier Grundriss/Einraumsystem als z. B. Aufstockung eines Gebäudebestands, b) Skelettbau als z. B. mehrgeschossiger Neubau

Static basic building forms of circular construction (schematic representation): a) free floor plan/one-room system as e. g., heightening storey to a building stock, b) skeleton construction as e. g., multi-storey new building

Die Bauelementebene (z. B. Tragelement/Konstruktionsschicht, Fenster, Türe, Sonnenschutzelement etc.): Die standardisierte Elementierung gliedert syste matisch das Bauteil und steigert die Wiederverwend barkeit. Die Ausbaufähigkeit aus der Bauteilebene er laubt in Abhängigkeit von tektonisch lösbaren Elem entgruppen (z. B. außen und raumseitige Bekleidung) die Anpassung an Austauschzyklen [3].

Die Komponentenebene (z. B. Rähm, Schwelle, Holz werkstoffplatte, Verbindungsmittel, Elektrodose etc.): Sortenreinheit und reversible Verbindungen garantie ren die Rückbaubarkeit aus der Bauelementebene und die anschließende Wieder und Weiterverwendung der Komponenten.

Die Materialebene (z. B. Holz, Lehm, Stahl, Fasern etc.): Kreislauffähig sind Materialien wie Holz oder Lehm im biologischen Kreislauf bzw. wie Stahl und Kupfer im technischen Kreislauf. Die sortenreine Wiederver wertung (Recycling) verstärkt die Kreislaufwirkung.

2 Kreislaufeffektives Bauen mit Holz

Konstruktionen und Bauweisen mit Holz haben das Po tenzial, auf allen (fünf) Hierarchieebenen kreislauffähig zu sein. Dies wird nachfolgend verdeutlicht.

In urbanen Zentren wird aufgrund von Flächenknappheit das mehrgeschossige Bauen für Wohnen und Arbeiten die vorherrschende Bauart sein. Dies gilt gleichermaßen für Neubauten wie für Gebäudeaufstockungen. Hochverdich tete Bauweisen sind per se flächigen, niedrigen Struktu ren aufgrund maßgeblicher Kriterien wie Landverbrauch und Versiegelungsgrad vorzuziehen. Diese Bauten und Aufstockungen müssen, um über viele Jahrzehnte im Sinne urbaner Ansprüche langlebig zu sein, mit flexiblen Grundrissen entworfen und konstruiert werden und so für

Bild 3 Abhängigkeit der Langlebigkeit der lastabtragenden Baukonstruk tion von der Nutzungsflexibilität des Gebäudes; oberer Grenzwert ist das Einraumsystem

Dependence of the longevity of the load-bearing structure on the flexibility of use of the building; the upper limit is the one-room system

unterschiedlichste Nutzungen Raum bieten. Nutzungsfle xibel werden mehrgeschossige Bauwerke, wenn die stati sche Struktur für alle unterschiedlich geplanten Nutzun gen für die gesamte Lebensdauer eines Bauwerks unver änderlich bleibt. Diese statischen Gebäudegrundformen kreislaufeffektiven Bauens bestehen grundsätzlich aus wenigen statisch erforderlichen Bauteilen (Bild 2).

Wenn es bei mehrgeschossigen Neubauten gelingt, diffe renzierte Ausbaustufen im architektonischen und konstruktiven Entwurf zu fixieren, ist nicht nur die Langlebigkeit von Einraumsystemen, sondern auch von Ske lettbauten gegeben (Bild 3).

Ideal ist der freie Grundriss, bei dem das Tragwerk über die gesamte Gebäudetiefe frei spannt und die größte Grundrissflexibilität freigibt (Bild 2a). Typische Vertreter

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sind eingeschossige Aufstockungen und Hallentragwerke: Auf mehrgeschossige Wohn und Bürogebäude bezogen würden zur Einhaltung der Tragfähigkeit und Gebrauchs tauglichkeit von Geschossdecken höhere Deckenaufbau ten erforderlich (Bild 5a). Ist dies wirtschaftlich nicht ab bildbar oder stehen bautechnische Gründe (bspw. Schall schutz oder Bauteilschwingungen) dem entgegen, ist die nutzungsflexible Skelettbauweise über mehrere Geschos se hinweg kreislaufeffektiv (Bild 2b). In vertikaler Rich tung sind Stützen geschossübergreifend im Raster positio niert. Aussteifungswände, z. B. die Treppenhauswände, werden ebenfalls zur vertikalen Lastabtragung herangezogen. Alle zusätzlichen raumgestaltenden Bauteile

sind temporärer Art und können versetzt oder entfernt werden, je nach sich verändernder Nutzung. Dies hat auch für Trennwände von Nutzungseinheiten, vertikale Erschließungen oder für raumabschließende Fassadenelemente Gültigkeit, die nicht gleichzeitig der Gebäude aussteifung und dem Brandschutz dienen. Für einen Brandabschnitt mit einem nutzungsflexiblen Grundriss von bspw. 400 m2 – 16 m breit und 25 m lang – sowie einer Geschosshöhe von 3,66 m (Bild 2) beträgt die Ab wicklungsfläche der Außenwände je Geschoss 300 m2, also 3/4 der Grundrissfläche. Die Kreislauffähigkeit be achtend, machen raumabschließende Außenwandbauteile ohne vertikal lastabtragende und aussteifende Funktion Sinn, weil damit eine große Bauteilmenge zur Wiederver wendung bereitsteht. Rückbaubare Holzaußenwände sind in vielen Anwendungen bereits Stand der Technik [3]. Um einen hohen Wiederverwendungsgrad zu erzie len, müssen neben der Elementierung der Außenwände die Standardisierung und die Reversibilität der Bauteile über geeignete Bauteilverbindungen weiterentwickelt werden.

Unter Berücksichtigung aller Innen und Außenwände sind bei günstigen Tragkonstruktionen von Gebäuden je Geschoss ca. 50 % aller flächigen Bauteile (Decke und Wände) nichttragend und können rückbaufähig zur Wie derverwendung konstruiert werden. Dazu müssen Mehr fachfunktionen – statischer, versorgungstechnischer und raumprägender Art – dieser nichttragenden Bauteile kreis laufgerecht so ausgebildet werden, dass die innere und äußere Bekleidung sowie die Dämm und Installations ebene trennbar von stützenden Elementen sind (Bild 4).

Dieses tektonisch sortenreine Denken und Handeln ist auch für lastabtragende Bauteile anzuwenden. Dies ist effektiv, weil bei lastabtragenden Bauteilen der statische Teil der Bauteile fest im Bauwerk über dessen gesamte Lebensdauer eingebaut bleibt bzw. bei nichttragenden Bauteilen der stützende Teil der Bauteile (Bild 4, Pos. 3)

Bild 4 Trennungsreinheit im Sinne der Bauteilfunktionen eines Bauteils –statischer, versorgungstechnischer und raumbildender Art Separation purity in the sense of the structural element and com ponent functions of a building part – static, supply-technical and space-forming kind

Bild 5 Deckentragwerke: a) Beispiel für weitgespannte Tragwerke [5], b) Beispiel für mittlere Deckenspannweiten, c) Beispiel für punktgelagerte Brett sperrholzplatten mit engem Stützenraster (z. B. Studentenwohnheim in Vancouver) Ceiling structures: a) example of long-span structures [5], b) example of medium slab spans, c) example of point-supported cross-laminated timber panels with a narrow column grid (e. g., student residence in Vancouver)

geschützt durch Bekleidungen unversehrt bleibt und damit wiederverwendet werden kann. Der raumbildende Teil, v. a. die Bekleidung, wird demgegenüber in regelmä ßigen Intervallen während der Lebensdauer des Gebäu des erneuert und muss daher leicht entfernbar von den tragenden und stützenden Strukturen sein.

Zusammenfassend folgt: Trennungsreinheit im Sinne der Bauelement und Komponentenfunktionen ist zu wahren. Das gelingt mit reversiblen Verbindungen. Für die einzel nen Bauteilfunktionen gilt zusätzlich Sortenreinheit, um eine Kreislauffähigkeit im Sinne des Recyclings zu garan tieren.

Eine kreislaufeffektive Tektonik erfordert auch einfache Bauteilaufbauten [4], wohl wissend, dass brand , schall und wärmeschutztechnische Anforderungen Vereinfa chungen erschweren können. Ein Optimum an Vereinfa chung und konstruktiver Durchbildung wird in mehrfach durchlaufenden Optimierungsschritten erreicht und spricht auch aus wirtschaftlichen Gründen für elementierte, stan dardisierte Bauteile.

Dach, Geschossdecken und Bodenplatte tragen außer dem Eigengewicht vertikal die Nutzlasten ab, horizontal steifen sie das Gebäude aus. Da Nutzlasten von Decken tragwerken nutzungsabhängig unterschiedlich sind, ist über alle Geschosse hinweg die Nutzungsvielfalt dadurch gegeben, dass die höchste Nutzlast angesetzt wird. Somit können alle Geschossdecken gleich ausgebildet und damit standardisiert werden. Mittlere Deckenspannweiten bis ca. 8 m, wie sie im mehrgeschossigen Holzbau vorkom men, können als Verbundtragwerk aus Deckenplatte und Trägerstruktur hergestellt werden (Bild 5b). Dies können auch Hohlkastensysteme sein, die auch dann als sorten rein anzusehen sind, wenn sie aus verschiedenen Holz werkstoffen zu Verbundelementen verklebt sind. Werden diese als Deckenelemente gleicher Breite, Höhe und Länge reversibel auf stützenden Bauteilen eingebaut, sind sie wiederverwendbar. Die Stützungen sind im Skelettbau nutzungsneutral im Raum zu verteilen und auf die Deckenelemente abzustimmen.

Punktgelagerte Decken aus reinen Brettsperrholzelemen ten sind im mehrgeschossigen Holzbau möglich und erge ben den einfachsten Deckenaufbau (Bild 5c). Allerdings ist die Elementierung dieser Plattenformate auf die Her stellungsbreiten und das Durchstanzvermögen der Brett sperrholzplatten beschränkt. Daher ist ein enges Stützen raster erforderlich, welches eine Nutzungsflexibilität des Grundrisses erschwert. Beispielhaft soll das 18 geschossi ge Studentenwohnheim in Vancouver mit einem Stützen raster von 2,85 m/4 m und 166 mm hohen Brettsperr holzplatten genannt werden [6].

3 Neue Tektonik im Holzbau

Die im Bau befindliche Werk und Forschungshalle des t lab Campus Diemerstein (Bild 6) veranschaulicht die

Bild 7 100 % Reversibilität aller Bauteile der Werk- und Forschungshalle 100 % reversibility of all structural elements of the work and research hall

architektonischen und konstruktiven Möglichkeiten kreislaufeffektiven Bauens und damit eine neue Tektonik im Holzbau. Der t lab Campus Diemerstein liegt auf dem Gelände der Stiftung für die TU Kaiserslautern in Frankenstein, mitten im Pfälzer Wald (www.architektur. uni kl.de/tlab).

Das rund 360 m2 große Gebäude bietet als Einraum eine flexibel nutzbare Fläche, die außer als Werk und For schungshalle auch für Workshops, Seminare und Veran staltungen genutzt werden kann. Für die Primärkonstruk tion, die Fassaden sowie den Ausbau wird Holz zum Einsatz kommen. Alle Bauteile sind reversibel lösbar und können wiederverwendet werden (Bild 7).

Die Halle ist 12,5 m breit, 27,5 m lang, 7 m hoch bei ca. 4 m Traufhöhe. Das Tragwerk besteht aus zwei Giebel wänden und zehn Dreigelenkrahmen aus Buchenfurnier schichtholz (BauBuche GL 75) und Kunstharzpressholz

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Visualisierung: t-lab

Bild 6 Werk- und Forschungshalle des t-lab Campus Diemerstein Work and research hall of the t-lab campus Diemerstein

Visualisierung: t-lab/Nicolai Becker Images, Stuttgart)

(KP) im Abstand von 2,50 m. KP ist ein unter hoher Tem peratur stark verdichtetes Buchenfurnierschichtholz, im prägniert und verfestigt mit Phenolharz. Die 12,5 m weit spannenden Dreigelenkrahmen sind in Stabtragwerke aufgelöst und damit effizient (Bild 8). Sie werden durch die vertikalen und horizontalen Lasten aus dem Dach und Wandtragwerk beansprucht und übernehmen auch die Queraussteifung der Halle.

Das Dach und Wandtragwerk besteht aus einschichtigen Dach und Wandplatten aus Brettsperrholz (BSP), die 2,50 m zwischen den Dreigelenkrahmen von Fußkante bis Traufkante und von Traufkante bis Firstkante span nen. Die BSP Platten dienen auch der Längsaussteifung. Die Gebäudehülle als Ganzes besteht aus vorgefertigten dreischichtigen Bauelementen: Weichfaserplatte, Konter lattung sowie vertikale Verschalung – mit 2,50 m Breite zwischen den Dreigelenkrahmen. Diese vorgefertigten Elemente werden reversibel auf den BSP Platten befes tigt. Im Bereich der aufgeständerten Bodenplatte und der Fundamente wird auf Stahlbeton verzichtet, indem histo risch bekannte Kriechkellerkonstruktionen als Vorbild dienten. Das Bauwerk schließt nach unten mit einer selbsttragenden BSP Bodenplatte ab.

Aktuelle Forschungen zu Kriechkellerkonstruktionen haben gezeigt, dass unter Beachtung ausreichender Lüf tung und bei ausreichendem Schutz gegenüber Boden

Bild 10 Detaildarstellung des reversiblen Anschlusses einer elementierten BSP-Decken- und Wandplatte an den Dreigelenkrahmen im Bereich des Traufknotens

Detailed view of the reversible connection of a elemented CLT ceiling and wall panel to the three-hinged frame in the area of the eaves node

feuchte eine Kriechkellerkonstruktion dauerhaft ist. Dies wird durch Monitoring am Objekt verifiziert. Bodenplatte und Rahmentragwerk werden auf Stahlträgern und Pfäh len rückbaubar gegründet.

Die konstruktiven Besonderheiten der reversiblen Bau teilanschlüsse fußen auf diversen Forschungsergebnissen des t lab Holzarchitektur und Holzwerkstoffe. Für das Primärtragwerk kommen erstmals hocheffiziente Ring knoten aus KP zum Einsatz [7] (Bild 9). Die bauliche Umsetzung wird mit ausgesuchten Firmen für das Haupt tragwerk durchgeführt, da die Forderung der Reversibili tät wesentlich höhere Anforderungen an die Bauteil genauigkeiten der Verbindungen stellt als normativ gefor dert. Der Ausbau wird unter Beteiligung der Studierenden als Design Build Projekt durchgeführt. Der Baubeginn der Gebäudestruktur erfolgte im Frühjahr 2022.

Der Dreigelenkrahmen selbst besteht aus BauBuche Stäben und KP Knoten, die komplett in ihre Einzelteile sortenrein zerlegbar sind. Die Rahmenecken am Trauf sind fachwerkartig aufgelöst – Druckstäbe innen zum Raum hin, Zugstäbe außen entlang von Wand und Dach. Der kurze Diagonalstab ist druckbeansprucht. Alle Druckstäbe sind 160 mm breit und 200 mm hoch. Alle Zugstäbe, die durch die Schnee und Windbeanspruchun gen auch querkraft und biegebeansprucht sind, sind 160 mm breit und 300 mm hoch. Die Verschneidung der Druck mit den Zugstäben erfolgt über Treppenversätze [8] (Bild 12). Die Wand und Dachelemente werden durch Scheibendübel aus KP, vergleichbar mit histori schen Schubdübeln aus Eichenholz, oder durch Konus dübel aus KP mit den Dreigelenkrahmen formschlüssig und damit ebenfalls reversibel verbunden [9] (Bild 10). Zur Lagesicherung werden rein auf Zug beanspruchte Zylinderkopfschrauben verwendet, die in Einschraub muttern und nicht direkt ins Holz eingedreht werden, um sicherzustellen, dass die Reversibilität auch nach 50 oder 100 Jahren gewährleistet ist.

Auch die Vorspannung wird zukünftig neben den Dübel varianten – Scheibendübel und Konusdübel – ein wichti ges Mittel zur Umsetzung reversibler Verbindungen sein.

Foto: t-lab

Bild 8 Detailmodell der Werk- und Forschungshalle Detailed model of the work and research hall

Foto: t-lab/Bernhard Friese, Pforzheim

Bild 9 Traufknoten aus Kunstharzpressholz (KP) – Querkraftanschluss über Schubnocken

Eaves node made of synthetic resin pressed wood (KP) – lateral force connection via thrust cam

Foto: t-lab/DEUTSCHE HOLZVEREDELUNG Schmeing GmbH & Co. KG, Kirchhundem

Durch Vorspannung lassen sich zugbeanspruchte Stab verbindungen rückbaubar gestalten, die bisher im Holz bau mit unlösbaren Verbindungen, z. B. mit Stabdübeln, ausgeführt werden. Dies gelingt, indem die aufzunehmen de Zugkraft durch die Vorspannkraft überdrückt wird.

Sämtliche KP Knoten der Werk und Forschungshalle, also Fußpunkte, Traufknoten (Bilder 11, 13) und der Firstknoten (Bild 12), sind kraft und formschlüssig mit den BauBuche GL 75 Stäben verbunden. Jeweils zwei Gewindestangen M16 GK 8.8 werden gegen die Innen wand der KP Knoten und die in den BauBuche Stäben eingelassenen Quadratbolzen (50 mm/50 mm) vorge spannt. Die Quadratbolzen liegen 300 mm von der Kon taktfläche der beiden Materialien entfernt. In den Kon taktflächen werden zur Übertragung der Querkräfte und zur Knotenversteifung formschlüssige Anschlüsse vorge sehen. Dies sind an den Traufknoten Schubnockenver bindungen (Bilder 9, 13) und an den inneren Druckkno ten und am Firstknoten (Bild 12) KP Scheibendübel.

Die vorgespannten Knoten wurden durch Bauteilversuche auf ihre Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit hin untersucht. Dazu wurden Querkraftversuche der formschlüssigen Kontaktflächenverbindung mit Schubnocken am Traufknoten (Bild 13), Zugversuche an den Gewindestangen zur Verankerung der KP Knoten mit den BauBuche GL 75 Stäben sowie Zugversuche des KP Traufknotens selbst durchgeführt. Das Versagen der Querkraftversuche trat auf hohem Lastniveau und grund sätzlich horizontal im BauBuche GL 75 Stab im Bereich der Lochöffnung ein (Bild 13). Bei den Zugversuchen der Verbindung KP Knoten und BauBuche GL 75 Stab hat sich einheitlich gezeigt, dass sich ein für das Tragwerk günstiges, weil duktiles Versagen durch den Bruch der Gewindestangen eingestellt hat. Die Quadratbolzenver bindung in der BauBuche war nicht versagensrelevant. Auch ein Blockscherversagen der BauBuche trat nicht ein. Das gleiche günstige Versagensmuster, der Zugbruch der Gewindestangen, zeigte sich beim reinen Bauteilver such der KP Knoten.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 11 Mock-up (M 1:1) des reversiblen Trauf- und inneren Druckknotens Mock-up (scale 1:1) of the reversible eaves and inner pressure node

Bild 12 Mock-up (M 1:1) des reversiblen Firstknotens Mock-up (scale 1:1) of the reversible ridge knot

Vorgespannt werden die Knoten über die Muttern im KP Knoten. Da Holz auf Feuchteeinflüsse durch Schwinden und Quellen und auf Temperaturschwankungen durch Verformungen reagiert sowie zusätzlich unter konstan tem Druck kriecht, sind nach [10] die daraus entstehen

den Vorspannkraftverluste zu ermitteln und auf die sta tisch erforderliche Vorspannkraft aufzuschlagen. Gleiches gilt für die Relaxation der vorgespannten Gewindestan gen sowie die Ausdehnungen des Stahls bei Temperatur schwankungen. Quellen von Holz führt zum Anstieg der Vorspannung und bleibt deshalb genauso unberücksich tigt wie der nach Bild 13 nicht vorhandene Ankerschlupf. Die Vorspannkraftverluste (DPgesamt) sind nach (Gl. (1)) wie folgt [10]: gesamtcrprT s PP PP P∆∆ ∆∆ =+∆ ++ ∆ (1)

Die Vorspannkraft zum Zeitpunkt t = ∞ ergibt sich damit zu (Gl. (2)):

m,0 gesamtPP P=−∆ ∞ (2) mit: P∞ Vorspannkraft zum Zeitpunkt t = ∞ in kN Pm,0 Vorspannkraft zum Zeitpunkt t = 0 in kN DPgesamt Summe der Vorspannkraftverluste in kN DPcr Spannkraftverlust infolge Kriechen der Hölzer in kN

Long-term

Bild 13 Bruchbild einer Querkrafttragfähigkeitsprüfung für den reversiblen Traufknoten mit Schubnocken Fracture pattern of a shear force load-bearing capacity test for the reversible eaves node with shear cams

Bild 14 Langzeitversuche zum Vorspannkraftverlust der reversiblen Knotenverbindungen der Dreigelenkrahmen der Werk- und Forschungshalle unter Luftfeuchtigkeit, Temperatur, Kriechen und Relaxation

tests on the loss of prestressing force of the reversible node connections of the three-hinged frames of the work and research hall under humidity, temperature, creep and relaxation

DPpr Spannkraftverlust infolge Relaxation der vorge spannten Gewindestangen in kN

DPDT Spannkraftverlust infolge Dehnungsdifferenz zwischen Stahl und den angrenzenden Holzbau komponenten bei Temperaturänderung in kN

DPs Spannkraftverlust infolge Schwinden der Höl zer in kN

Zur Beurteilung der Spannkraftveränderungen im Kno tenpunkt zwischen KP und BauBuche wurden bereits seit März 2021 zwei Langzeitversuche im Bauteilmaßstab 1:1 durchgeführt (Bild 14). Der eine Versuchskörper ist mit 50 kN, der andere mit 70 kN vorgespannt. Dazu sind knotenseitig am KP Kraftmessdosen unter den Unterleg scheiben der Gewindestangen zur Dokumentation der zeit und umgebungsabhängigen Vorspannkraftverläufe angeordnet. Gleichzeitig werden Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit gemessen.

Die Versuchskörper sind in einer niedrig beheizten Werk halle aufgestellt, keiner direkten Sonneneinstrahlung sowie wechselnden Luftfeuchtigkeiten durch natürliche Konvektionsströme ausgesetzt. Die Temperatur und Feuchteverläufe sind dadurch gleichartig (Bild 14) und entsprechen auch den zukünftig zu erwartenden Bedin gungen in der Werk und Forschungshalle in Diemer stein.

Es hat sich gezeigt, dass die Vorspannkräfte (15 d Mittelwertkurven in Bild 14) beim Versuchsaufbau mit Pm,0 = 50 kN um ca. 7 % und beim Versuchsaufbau mit Pm,0 = 70 kN um ca. 11 % abfallen. Die Ergebnisse verdeut lichen, dass in Nutzungsklasse 1 nach DIN EN 1995 1 1 die Vorspannung zur Umsetzung reversibler Zugverbin dungen sehr gut geeignet ist. Diese Erfahrung wurde mit ca. 13 % Vorspannkraftverlust auch in [10] für die Vor spannung von BSP Wänden mit Spannlitzen gemacht.

Unter Beachtung der auftretenden Spannkraftschwan kungen infolge der bauphysikalischen Randbedingungen einer Werkhalle, der Verwendung von steifen Gewinde stangen sowie der reibungsfreien Vorspannlänge wird daher konservativ empfohlen, dass ein Vorspannkraftver lust von 15 % beim statischen Knotennachweis berück sichtigt wird. Grundsätzlich ist die Vorspannung von Holz in Faserrichtung dauerhaft möglich.

4 Schlussfolgerungen

Das Bauwesen verursacht weltweit maßgeblich die klima schädlichen CO2 Emissionen und den ungezügelten Res sourcenverbrauch. Beides ist zur Einhaltung der Pariser Klimaziele von 2015 – die auf der COP26 in Glasgow be stätigt wurden [11] – nicht länger hinnehmbar. Es bedarf eines sofortigen Wandels des Bauens: die kreislaufeffektive Bauwende.

Im Einzelnen beinhaltet eine kreislaufeffektive Bauwen de folgende Punkte:

Der Bestandserhalt ist dem Neubau vorzuziehen. Dem kreislaufeffektiven Bauen im Bestand, allen voran der Gebäudeaufstockung, muss viel mehr Auf merksamkeit geschenkt werden. Dies muss durch po litische Vorgaben und Anreize erreicht werden.

Alles neu Gebaute und Umgebaute sollte nutzungsfle xibel und rückbaubar sein.

Die Standardisierung von reversiblen Bauteilen, Bau elementen und Komponenten ist für eine umfassende Wiederverwendung unerlässlich.

Einfaches Bauen mit wenigen sortenreinen Kompo nenten sowie die damit verbundene kreislaufeffektiv angepasste Tektonik sind umzusetzen.

Eine Dokumentation (Digitaler Zwilling), d. h. ein di gitaler Material und Bauteilkatalog, ist verpflichtend für alle Bauten zu erstellen und zu veröffentlichen.

Auf dem Weg dorthin bedarf es verschiedener Maßnah men, Anreize und Förderungen:

Die Rückbaubarkeit von Gebäuden und die Wieder verwendung von Bauteilen, Bauelementen und Kom ponenten müssen politisch eingefordert und gesetz lich fixiert werden.

Staatliche Förderung zur Weiterentwicklung zirkulä rer Bauteile und Verbindungen mit innovativen Fir men ist zu gewähren.

Eine Veränderung der Bauordnung und des Vergabe rechts ist zugunsten kreislaufeffizienter Bauweisen vorzunehmen. Dafür ist eine Abkehr von der rein auf die Erstellungskosten ausgerichteten Definition von Wirtschaftlichkeit hin zu einer Betrachtung des ge samten Lebenszyklus von Bauteilen und Gebäuden erforderlich.

Reallabore sind einzurichten, zu finanzieren und deren bundesweite Zusammenarbeit ist zu fördern. Wissenschaftliche Erkenntnisse, Ergebnisse aus Real laboren und angewandter Forschung sind schnell zu verbreiten.

Bestehenden Hemmnissen und fehlendem Wissen bei Planer:innen und Entscheidungsträger:innen muss mit finanzierten Fort und Weiterbildungsangeboten entgegengewirkt werden.

Öffentliche Hand und Politik müssen den Rahmen setzen und durch Pilotprojekte in der Umsetzung von kreislaufeffektiven Bauwerken als Vorbilder voran schreiten.

In der Ausbildung (Architektur, Bauingenieurwesen, Handwerk) müssen für die Schwerpunkte der Bau konstruktion, des Entwurfs, der Materialverwendung und verarbeitung sowie der Emissionseffizienz neue Wege beschritten werden. Dafür sind durch die Län der Personal und finanzielle Mittel für einen Umbau der Ausbildungen bereitzustellen.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

J. Graf, S. Birk, V. Poteschkin, Y. Braun: Bauwende

Literatur

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Autoren

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Graf (Korrespondenzautor) juergen.graf@architektur.uni-kl.de Technische Universität Kaiserslautern Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerk und Material Forschungsleitung: t-lab Holzarchitektur und Holzwerkstoffe Pfaffenbergstraße 95 67663 Kaiserslautern

Univ.-Prof. Stephan Birk, Architekt BDA s.birk@tum.de

Technische Universität München TUM School of Engineering and Design Lehrstuhl für Architektur und Holzbau Mitglied TUM.wood Gruppe Arcisstraße 21 80333 München

Dipl.-Ing. Viktor Poteschkin Technische Universität Kaiserslautern Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerk und Material Pfaffenbergstraße 95 67663 Kaiserslautern

NACHRICHTEN

Master of Engineering (M.Eng.) Yannick Braun

Technische Universität Kaiserslautern Fachbereich Architektur Fachgebiet Tragwerk und Material Pfaffenbergstraße 95 67663 Kaiserslautern

Zitieren Sie diesen Beitrag Graf, J.; Birk, S.; Poteschkin, V.; Braun, Y. (2022) Kreislaufeffektive Bauwende – Auf dem Weg zu einer neuen Tektonik. Bautechnik 99, Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 76–84. https://doi.org/10.1002/bate.202100111

Dieser Aufsatz wurde in einem Peer Review Verfahren begutachtet. Eingereicht: 17. November 2021; angenommen: 21. März 2022.

Schweizer Studie: Rückbau und Wiederverwendung von Holzbauten

Auch wenn Holz als natürlicher und lokal verfügbarer Baustoff grundsätzlich gute Voraussetzungen für ökologisches und kreislauffähiges Bauen hat, sind doch einige Punkte zu beachten. Im Auftrag des Schweizer Bundesamts für Umwelt BAFU hat die Pirmin Jung Schweiz AG die Kreislauffähigkeit des Holzbaus untersucht und die wichtigsten Einfluss­

faktoren bestimmt. Nach einem Review der verfügbaren Literatur zu Rückbau, Wiederverwendung und Recycling wurden erfahrene Praktiker befragt. Im nächsten Schritt wurde der Prozess von Rückbau und Wiederverwendung von Holzbauten definiert, die wichtigsten Einflussfaktoren ermittelt und mit dem Recyclingprozess verglichen. Abschlie­

ßend wurden die Einflussfaktoren und Maßnahmen an konkreten Beispielen definiert und eine Anwendungshilfe erstellt.

Download: www.pirminjung.ch/files/all gemein/220502_PJ_Rueckbau Wieder verwendung Holzbauten.pdf

84 Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

J. Graf, S. Birk, V. Poteschkin, Y. Braun: Kreislaufeffektive Bauwende

Ein Hängedach aus Holz für das Olympische Wassersportzentrum in Saint-Denis

Das neue Olympische Wassersportzentrum in Saint-Denis wird für die Olympischen Spiele 2024 in Paris erbaut und soll danach als Multifunktionsarena weitergenutzt werden. Die nach unten gewölbte Hängedachkonstruktion reduziert nicht nur das Luftvolumen in der Haupthalle und damit den Energieverbrauch der Arena, sondern minimiert als Holzkonstruktion auch den CO2 Fußabdruck des Gebäudes. Die Dachkonstruktion besteht aus bis zu 89 m langen Holzträgern. Nach seiner Fertigstellung gehört das Wassersportzentrum weltweit zu den größten in Holzbauweise ausgeführten Sportstätten und stellt gleichzeitig einen neuen Weltrekord für weitgespannte Holzkonstruktionen auf. Der folgende Beitrag stellt den Gesamtentwurf und die wichtigsten technischen Merkmale sowie Berechnungsmethoden der Konstruktion vor. Auch das Lang- und Kurzzeitverhalten der eingesetzten Materialien (Beton, Stahl, Holz) sowie die nichtlineare Analyse der großen Dachverformungen werden erläutert. Außerdem befasst sich der Beitrag mit der Sensitivität des Dachtragwerks in Hinblick auf Fundamente, Betonsockel und Steifigkeit der Holzverbindungen, die speziell für hohe Torsionslasten und die verschiedenen geometrischen Konfigurationen ausgelegt sind. Darüber hinaus geht der Bericht auf das Montageverfahren und die Steuerung von Fertigungs-/ Montagetoleranzen sowie die Geometrieprüfung vor Ort ein, die für eine solche zugbeanspruchte Struktur unerlässlich sind.

Timber catenary roof of the Olympic Aquatics Center in Saint Denis

The Saint-Denis Aquatics Center is a multi-sports facility built for the Paris 2024 Olympic Games and for the city of Saint-De nis. Its concave roof reduces the air volume of the main hall and thus its energy consumption; the timber design limits its carbon footprint. The result is a pure timber roof made of catenary elements spanning up to 89 m. When completed in 2024, it will be one of the largest wooden sports complexes and the world record holder in terms of span for tensioned timber structures. The report on the Aquatics Center timber roof presents its global design and its details of the main technical characteristics required for its construction. Also included are the calculation methods combining the materials used (concrete, steel, timber) with their long and short-term performance and a large displacement non-linear analysis. Moreover, the report focuses on the sensitivity of the roof to factors such as foundation, concrete base, and stiffness of the wood connections that are especially designed to withstand the high tension loads and the various geometric configurations. Finally, the installation methodology and the management of the fabrication/ erection tolerances as well as the control of the geometry on site, which are essential for such tensile structure, are presented in the report.

Keywords timber; tensile structure; lightweight structure; catenary roof

1 Projektbeschreibung

Das Wassersportzentrum Saint Denis ist die größte Sporteinrichtung, die für die Olympischen Spiele 2024 in Paris neu gebaut wird (Bild 1). Der Entwurf der olympischen Spielstätte ist eine Zusammenarbeit der Architekturbüros Atelier 2/3/4 und VenhoevenCS sowie den Tragwerkspla nern von schlaich bergermann partner aus Paris. Die Bau firmen Bouygues Construction und Mathis sind mit dem Bau der Holzkonstruktion beauftragt. Im Jahr 2024 wer den hier die olympischen Wettkämpfe im Wasserpolo, Synchronschwimmen und Wasserspringen ausgetragen.

Das Gebäude besteht aus einer Haupthalle, die ein 50 m Schwimmbecken beherbergt und während der Olympi schen Spiele Platz für etwa 6000 Zuschauende bietet. Die Schwimmhalle mit einer Grundfläche von fast 10.000 m2 wird von einer weitgespannten Hängedachkonstruktion aus Holz überdacht. Im folgenden Beitrag sollen das Tragwerkskonzept des Dachs, die statische Berechnung sowie generell die Verwendung des Baustoffs Holz in die sem Projekt näher erläutert werden.

Nach den Olympischen Spielen wird die Kapazität des Wassersportzentrums auf 2500 feste Sitzplätze reduziert, um so eine Nachnutzung für andere Events zu ermögli chen. Das Gebäude wird dann um einen Wellness und Fitnessbereich sowie um eine Kletterhalle ergänzt, wobei sich die Hauptnutzung weiterhin auf den Schwimmsport konzentrieren soll. Bei Bedarf kann der ursprüngliche

Sohn GmbH, Berlin. Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Benjamin Touraine, Michael Zimmermann, Cecilia Gross, Laure Mériaud

Stichworte Holz; zugbeanspruchte Konstruktion; Leichtbau; Hängedach

Bild 1 Gesamtansicht des Wassersportzentrums

Overall view of the Aquatics Center

Zustand wiederhergestellt und die Zahl der Sitzplätze auf 6000 erhöht werden, um wichtige Schwimmwettkämpfe wie Europa oder Weltmeisterschaften auszurichten. Damit wird es im Großraum Paris zum wichtigsten Was sersportzentrum der Region.

1.1 Architektonische und nachhaltige Ziele für das Dach

Im Mittelpunkt der Überlegungen zum Entwurf des Was sersportzentrums stand die Frage, wie das Dach zur Nachhaltigkeit des Projekts beitragen kann. Zwei wesent liche Gestaltungsmerkmale wurden daher erarbeitet: Zum einen ist das Dach als Holzkonstruktion ausgeführt, zum anderen passt sich die Geometrie an die Nutzfläche der Schwimmhalle an und optimiert so das Hallenvolu men auf ein Minimum. Dadurch verringert sich der Ener gieaufwand für deren Beheizung. Das Dach des Olympi schen Wassersportzentrums orientiert sich an den Ab messungen und lichten Höhen, die über den Becken und Tribünen einzuhalten sind, wodurch eine hängende, konkave Geometrie entsteht (Bild 2).

Das Volumen der Schwimmhalle konnte durch die be sondere Form des Dachs um fast 30 % reduziert werden, was zu einer Energieeinsparung in derselben Größenordnung führt. Außerdem werden durch den Einsatz von Holzträgern sowohl das Gesamtvolumen an benötigtem Baumaterial (das Gewicht des Primärtragwerks beträgt 90 kg/m2 bei einer Spannweite von 89 m) als auch die CO2 Emissionen pro kg/Material optimiert. Im Ver gleich zu einer einfachen Stahlfachwerkkonstruktion (100 kg/m2) werden so Emissionen von rund 2000 t Koh lenstoff eingespart.

1.2 Tragwerkskonzept und Dachkonstruktion

Das Dach des Wassersportzentrums wird durch eine Serie von parallel angeordneten, hängenden Holzlamellen ge halten (Bild 3). Die Holzlamellen sind in einem regelmäßi gen Abstand von 1,05 m angeordnet. Ihre maximale Spannweite beträgt 89 m. Sie werden in drei Abschnitten von 25 m bis 30 m Länge auf die Baustelle geliefert und vor Ort zusammengebaut. Die horizontalen Kräfte des Dachs werden von zwei waagerechten Fachwerkträgern mit einer Breite von 3 m bis 9 m aufgenommen und auf die seitli chen Stützen verteilt, die in einem Raster von 10,5 m ste hen. Die konkaven Holzlamellen können in diesem effizi enten Tragsystem filigran ausgeführt werden. Die Dachrän der dagegen bilden das Rückgrat der Konstruktion und müssen durch ihre konstruktive Durchbildung den hohen horizontalen Lasten standhalten. Die horizontale Steifig keit wird durch das Dreieck aus Stützen und Zugstangen gewährleistet. Wegen seiner hervorragenden Fähigkeit Druckkräfte aufzunehmen und um gleichzeitig dem archi tektonischen Gesamtkonzept zu folgen, sind die Stützen im Innenbereich der Schwimmhalle aus Holz. Aufgrund der Witterungseinflüsse, denen die Stützen außerhalb der Halle ausgesetzt sind, sind sie hier aus Stahl.

Das primäre Dachtragwerk wird durch eine obenliegende Dachschalung aus Holz sowie seitlich angeordnete Aus kreuzungen vervollständigt (Bild 4). Die Stabilität der Konstruktion in Spannrichtung der Holzlamellen wird durch das Kräftepaar aus Stützen und Abspannung ge währleistet. Die Aussteifung senkrecht zur Trägerachse erfolgt durch zwei mittig angeordnete, vertikale Auskreu zungen aus Stahl.

Hängedächer reagieren empfindlich auf Sog und asym metrische Windlasten. Die filigranen, weitgespannten

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Bild 2 Regelquerschnitt des Wassersportzentrums mit den einzuhaltenden Lichtraumprofilen über den Sitzreihen und dem Becken Cross-section of the Aquatics Center with clearances above seating area and swimming pool

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 3 Modell im Maßstab 1:150 eines Holzträgers für das Dachtragwerk Model in scale 1:150 of a timber girder for the roof structure

Quelle: schlaich bergermann partner

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 4 Explosionszeichnung des Dachtragwerks Elements of roof structure

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 5 Konstruktionsprinzip des Dachs Roof structure

Holzträger (21 cm × 52 cm, GL24h) tragen die Lasten aber nicht nur auf Zug ab, sondern können auch Druck und sogar Biegung als Träger aufnehmen. Bei Soglasten kehrt sich das statische System um. Die hängende Holzla melle wird zum Bogen. In diesem Fall werden die Dachränder auf Druck beansprucht, was zum Vorzei chenwechsel in Stützen und vertikalen Elementen führt (Bild 5).

Für das Projekt des Wassersportzentrums wurde ein de tailliertes Windgutachten mithilfe einer Windkanalstudie erstellt. Trotz optimierter Windlasten müssen Sogkräfte und zum Teil erhebliche asymmetrische Lasten bei der Dimensionierung des Dachs berücksichtigt werden. Bei einem klassischen Hängedach aus Stahlbändern hätten diese Beanspruchungen zusätzliche stabilisierende Ab spannungen oder zusätzlichen Ballast im Dach erfordert. Durch die Verwendung der Holzlamellen ist jedoch nur eine lokale Verstärkung der außenliegenden Holzlamel len notwendig – insbesondere, um die Schnittstelle aus Dach und Glasfassade sauber auszubilden.

1.3 Maße und Geometrie der Konstruktion

Das Besondere an dem hängenden Holzdach des Wasser sportzentrums ist seine Größe. Die Grundrissabmessun gen ohne Fassaden betragen 95 m in Längsrichtung (Ras ter 10,5 m) sowie 70–105 m in Querrichtung. In Quer richtung ist das Dach in drei Teile gegliedert: den mittleren, größten Teil, bestehend aus den Holzlamellen, sowie den zu beiden Seiten auskragenden Vordächern (4–9 m), bestehend aus den horizontalen Fachwerkträ gern (Bild 6).

Die Variation der Holzquerschnitte im Projekt verdeut licht die unterschiedliche Beanspruchung der Tragele mente. Die Stützen haben einen Querschnitt von 60 cm  × 150 cm. Die Randbalken der horizontalen Fachwerkträger variieren von 40 cm × 70 cm bis 40 cm  × 150 cm. Verwendet wurden Brettschichtholzbin der der Qualität GL28h. Dagegen wirken die Holzlamel len mit 21 cm × 52 cm in GL24h filigran und betonen die Leichtigkeit des Dachs.

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

B. Touraine, M. Zimmermann, C. Gross, L. Mériaud: Timber catenary roof of the Olympic Aquatics Center in Saint-Denis

Neben seiner Größe besteht eine weitere besondere Herausforderung in der variablen Geometrie des Quer schnitts. Denn das von den Architekten entworfene Dach folgt dem exakt notwendigen Mindestvolumen und ent spricht keiner linearen Form. Die Höhen der Stützen va riieren entlang der Längsachse des Gebäudes und orien tieren sich in horizontaler wie auch in vertikaler Rich tung am Lichtraumprofil der Schwimmhalle (die lichte Höhe im Bereich des Sprungturms ist größer als die über dem Schwimmbecken).

In der Folge unterscheiden sich alle 91 Holzlamellen des Wassersportzentrums in ihrer Form, ihren Anschluss punkten sowie in ihrer Krümmung voneinander. Ange sichts der Fertigung der Balken in drei Segmenten und ihrer geplanten Montage auf der Baustelle hätten so insge samt 273 große und unterschiedlich gekrümmte Holzele mente hergestellt werden müssen, was einen erheblichen Einfluss auf die Kosten bedeutet hätte. Um diese Mehrkos ten zu vermeiden und die Anzahl der modularen Holzele mente zu begrenzen, wurde die Dachgeometrie optimiert. Der höchste Punkt und damit wichtiger Bereich bei der Geometriefindung ist der Bereich der Sprungtürme (in Bild 7 zwischen den gestrichelt angedeuteten Referenzla mellen). Auf beiden Seiten des Turmspringerbereichs wer den zwei Referenzlamellen definiert, welche nach außen in Ost und Westrichtung in gleicher Krümmung mit un terschiedlichen Längen geometrisch weiterentwickelt sind.

Die Holzlamellen im Turmspringerbereich werden in ihrer Form einzeln definiert, um sich so weit wie möglich an die geplante Dachform anzupassen. Auf diese Weise kann die Anzahl der Segmente mit unterschiedlicher Krümmung von 273 auf 66 verringert werden.

2 Tragwerksuntersuchungen und Berechnungen

2.1 Berechnungsmethode

Zu den Merkmalen einer gekrümmten, konkaven Geo metrie gehört, dass sie nichtlineare Berechnungen zwei ter Ordnung erfordert, bei denen große Verschiebungen berücksichtigt werden müssen. Es handelt sich zudem um Konstruktionen, die zwar sehr effizient, aber auch sehr sensitiv auf veränderte Rahmenbedingungen, Kräfteüber tragungen und veränderte Steifigkeiten reagieren. Dies führt unter Umständen zu erheblichen Auswirkungen auf die Bemessung.

Für das Wassersportzentrum erhöht sich diese Sensitivi tät aufgrund mehrerer Faktoren: das Bauwerk steht auf einem Betonsockel (zwei bis dreigeschossiges Gebäude), mögliche Auswirkungen durch die festen Stahltribü nen, die zum Teil auf den Stützen des Dachs ruhen, Fassaden, die ohne Stützen direkt am Dach aufge hängt sind und auf dieses erhebliche Kräfte übertra gen, Veränderung der Steifigkeit der Materialien während ihres Lebenszyklus durch das Kriechverhalten von Beton und Holz.

Um alle wesentlichen Punkte untersuchen und dimensio nieren zu können, wurde bereits im Wettbewerb ein Re chenmodell entwickelt, das alle konstruktiven Teile (Be tonsockel, Holztragwerk, Fassade) beinhaltet. Dieses Mo dell wurde im Laufe der Projektphasen weiter verfeinert und angepasst (Modelle in den Bildern 8a, 8b, 8c).

Bei einem Berechnungsmodell dieser Größe (19.000 Kno ten, 38.500 Elemente) ist es so gut wie unmöglich, nichtlineare Berechnungen für alle vorgeschriebenen Last kombinationen unter allen Bedingungen durchzuführen (d. h. die Berücksichtigung von nichtlinearem Verhalten bei kurz und langfristigen Belastungen mit separaten Kriechkoeffizienten für Holz/Beton/Stahl).

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Bild 6 Abmessungen eines Dachträgers Dimensions of a roof girder

Quelle: schlaich bergermann partner Bild 7 Geometrie des Dachtragwerks Geometry of the roof structure

Quelle: schlaich bergermann partner

Um dennoch eine präzise Berechnung mit allen Einflüs sen und Randbedingungen durchführen zu können, ent schied sich das Projektteam für eine lineare Kombination der grundlegenden Lastfälle (ständige Lasten, Schnee, Wind, Temperatur etc.), welche vorab nichtlinear nach zweiter Ordnung berechnet wurden.

Hierbei handelt es sich um einen konservativen Ansatz, da die mit zunehmender Verformung steigende struktu relle Effizienz der Holzlamellen nicht vollständig berück sichtigt wird. Der Ansatz bietet jedoch den Vorteil, dass einerseits die Ergebnisse in Bezug auf Kräfte und Verfor mungen nicht zu hoch angesetzt sind und andererseits in einer Berechnungszeit umgesetzt werden kann, die mit den Anforderungen des Projekts vereinbar ist.

Zu Beginn der Studie wurde die Gültigkeit dieses Ansat zes in einem Vergleich überprüft, der sich auf repräsenta tive Kombinationen aus Kurzzeitbelastungen bezog. Die Ergebnisse der zwei Methoden (Projektmethode und Kombination der nichtlinearen Berechnungen) verdeutli chen, dass bei dem gewähltem Rechenmodell sowohl Kräfte als auch Verformungen leicht höhere, also konser vativere Werte haben (Kräfte ca. 3–5 %, Verformungen ca. 10 %).

2.2 Sensitivitätsanalyse

Um die Bedingungen und Faktoren, die das Verhalten der hängenden Holzdachkonstruktion beeinflussen können, zu erfassen, wurde bereits zu Beginn der Entwurfsphase eine Sensitivitätsstudie durchgeführt. Ziel war es, ver schiedene Parameter zu testen und ihre Auswirkungen auf die Strukturelemente sowie die kritische Bedeutung für die Berechnungen zu bewerten und zu berücksichti gen. Getestet wurden u. a.:

Betonsockel (Verlängerung der Stützen/Zugelemen te), Federsteifigkeiten der Verbindungen am Fuß und Kopfpunkt der Stütze, Steifigkeit der Pfahlgründungen.

Die Ergebnisse dazu sind in Bild 9 dargestellt. Die größte Auswirkung auf das Holzdachtragwerk hat die Modellie rung des Sockels (d. h. Verlängerung der Stützenlänge und Drehung der Stütze/der Zugstangen durch Verfor mung der Stützen).

Die Federsteifigkeit der Anschlüsse hat geringeren Ein fluss und liegt bei 3–5 %.

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Bild 8 Ansicht der Modelle aus der Studienphase: a) Modell im Maßstab 1:200 für den Windkanaltest, b) globales Rechenmodell (GSA), c) BIM-Modell View of models during the study phase: a) model for wind-tunel testing (scale 1:200), b) global GSA model, c) BIM model

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 9 Ergebnisse für die verschiedenen Konfigurationen, die während der Sensitivitätsstudie getestet wurden (maximale Verformung der Holzlamellen) Results achieved considering several configurations tested during the sensitivity study (maximum deformation of the timber girders)

Quelle: schlaich bergermann partner

2.3 Anschlüsse

Die Anschlussdetails der Dachkonstruktion fallen je nach Geometrie und den zu übertragenden Kräften sehr unter schiedlich aus. Gleichwohl folgen sie zwei wesentlichen Vorgaben: Einerseits wurde besonders auf Steifigkeit ge achtet, um unerwünschte Verformungen in der Gesamt konstruktion zu vermeiden, andererseits sollten die An schlüsse so einfach und reduziert wie möglich gestaltet sein. Die Montage auf der Baustelle musste schnell, sicher und unkompliziert mittels Stahl Stahl Verbindungen durch Verschraubung oder einfache Bolzenverbindungen möglich sein. Nur so konnte die Montage den strengen Projektzeitplan einhalten.

Der Anschlussknoten am Dachrand (Schnittpunkt Stüt ze, Holzlamelle, Abspannelement) stellte eine besondere Herausforderung dar (Bild 10a). Dafür wurden große Be schläge mit einem Gewicht von mehr als 4000 kg entwi ckelt und hergestellt. Mittels des globalen Berechnungs modells wurden die Anzahl der Schlitzbleche sowie die Dicke der Beschläge berechnet. Der Beschlag wurde in der Werkstatt durch eine Stabdübelverbindung mit der Stütze verbunden (Bild 10b). Der Anschluss zum Vor dach und den Zugstangen erfolgt auf der Baustelle (Ga belkopfbolzenverbindungen). Die Untergurte der hori zontal verlaufenden Fachwerkträger schließen vertikal mit zwei außenliegenden Blechen an, um den Quer schnitt des stark beanspruchten Trägers nicht zu reduzie ren.

Eine weitere wichtige Verbindungsstelle findet sich zwi schen den drei Segmenten der Holzlamellen. Die hier auftretenden Kräfte sind zwar viel geringer (maximale Axialkraft von 600 kN, Moment von 250 kNm an der Verbindungsstelle), allerdings weisen sie auch einen viel kleineren Querschnitt auf. Für diesen Anschluss musste eine einfache und vor Ort schnell realisierbare Verbin dung gefunden werden (insgesamt 364 Anschlüsse), die

zudem nicht sichtbar sein sollte. Die dafür entworfene und ausgeführte Verbindung beruht auf der werkseitigen Anbringung von Schlitzblechen in den Holzlamellen. Diese Schlitzbleche werden vor Ort durch Stabdübel gruppen miteinander verbunden, die die Übertragung von Axialkräften und Momenten ermöglichen. Der Zuschnitt der Holzlamellen ist so ausgeführt, dass nach dem Zu sammenbau nur die Bohrungen für die Stabdübel sicht bar bleiben. Basierend auf diesem Fügeprinzip konnte ein Großteil der Arbeit in der Werkstatt erfolgen (z. B. An bringen der Schlitzbleche an den Zugelementen mit mehr als 40.000 Stahlstiften). Das ermöglicht eine schnelle Montage vor Ort (Einhub und Montage eines Holzzug teilsegments in weniger als 20 min).

2.4 Versuchsreihe

Im Rahmen des Projekts wurden mehrere Versuchsrei hen durchgeführt. Die meisten betrafen die Dachkonstruktion und die Methode zur Befestigung der PV Modu le darauf, einige bezogen sich auch indirekt auf das Holz dach.

So wurden v. a. Tests im Originalmaßstab an einem Mo dell durchgeführt, um die Wechselwirkung zwischen den Holzlamellen und der von ihnen getragenen Last ab schätzen zu können.

Ein Grund für diese Versuche war der besondere Aufbau der Dachkonstruktion. Diese besteht u. a. aus einer Schaumglasdämmung (übliche Dämmung für Dächer in Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit), welche auf einer Stahlwanne aufliegt, welche wiederum auf den Holzzug elementen montiert ist. Die Dämmung weist in Verbin dung mit der Dachschalung eine gewisse Steifigkeit auf, weshalb eine mögliche Wechselwirkung mit der Steifig keit der Holzlamellen untersucht wurde.

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Bild 10 a) Anschlussdetail zwischen Stütze/Fachwerkträger/Vordach, b) Montage der Beschläge in der Werkstatt a) Connection detail between support/truss/canopy, b) assembly of fittings in the workshop

Quelle: schlaich bergermann partner

Da diese Wechselwirkung in einem Rechenmodell nahe zu unmöglich darzustellen ist, wurde sie an einem maß stabsgetreuen Modell überprüft (Bild 11). Sie wurde so wohl unter zwei Lastsituationen (Biegung und Schwin gung eines Holzträgers) als auch im Hinblick auf zwei unterschiedliche Phasen getestet: vor und nach dem An bringen der Dacheindeckung über der Dachschalung aus Holz.

Die Versuche verdeutlichen, dass das Aufbringen des Dachs die Steifigkeit der Holzlamellen um etwa 10 % er höht. Außerdem wurde die darauf aufgebrachte Kraft auf einen Wert erhöht, der dem dreifachen Wert der zulässi gen Spannung, die sich aus dem Berechnungsmodell er gibt, entspricht. Unter dieser Belastung war ein Knistern des Schaumglases zu hören, was auf eine Neuordnung der Struktur der Schaumglasblöcke hindeutet. Sichtbare Schäden oder bleibende Verformungen wurden am Mo dell jedoch keine beobachtet.

3 Montage

3.1 Fertigung in der Werkstatt

Der Vorfertigungsgrad der Holzelemente in der Werk statt liegt bei diesem Projekt bei fast 100 %. Dort wurden die Brettschichtholzträger sowie die Verbindungsbeschlä ge hergestellt. Durchgeführt wurden die Arbeiten von der Firma Mathis und ihren Subunternehmen.

Die Fertigung der Holzträger erfolgte weitgehend ma schinell und mit Robotern, um exakte Anschlusspunkte von Stützen, Vordach oder Holzlamellen mit den Stahl beschlägen gewährleisten zu können (Bilder 12a, 12b). Neben der dadurch hohen Präzision ermöglicht diese Fertigungsweise auch eine schnelle Montage vor Ort. Daher waren für die Montage des primären Holztrag werks (einschließlich der Beplankung) auf der Baustelle weniger als sieben Monate erforderlich. Das entspricht einer Dachfläche von etwa 10.000 m2 und einem Volu men von 2200 m3 Holz.

3.2 Montageverfahren

Die Dachmontage verlief in mehreren Phasen, nach einer festgelegten Reihenfolge parallel zu den Materialtests; hauptsächlich, um den zeitlichen Ablauf der Montage phasen zu überprüfen und bei Bedarf spezielle bauliche Maßnahmen berücksichtigen zu können. Der Ablauf sah wie folgt aus:

Montage von Stützen/Vordach/Zugelementen am Boden, dann Einhub des Dachsegments mit einem 500 t Mobilkran Errichtung der mittleren Segmente (Verstrebungen) mit provisorischen Abspannseilen (Bild 13) Errichtung der Stützen von der Mitte hin zu den Sei ten Montage der Holzfassaden an den geneigten Stützen

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Bild 11 Versuchsreihe zur Belastung der Holzzugbänder mit aufgebrachter Dacheindeckung

Series of tests regarding the timber girders with roofing

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 12 a, b) Herstellung der Holzrahmen in der Fertigung der Firma Mathis a, b) Manufacturing the timber frames in the workshop of the company Mathis

Quelle: schlaich bergermann partner

Einhub und Montage von Gurten und Diagonalen der Fachwerkträger für das Vordach Montage der Holzlamellen mit zwei provisorischen Stützen in der Mitte der Dachkonstruktion (Bild 14) Verbindung der Holzlamellen und schrittweise Mon tage der Holzbeplankung

Nach dem oben beschriebenen Montageprinzip wirken die Kräfte in den Stützen und Zugstangen während der Bauphase und bis zum freien Spannen der Holzlamellen in umgekehrter Richtung. In diesem Zustand werden die schlanken vertikalen Zugstäbe Druckkräften ausgesetzt und müssen daher mit provisorischen Stützstreben stabi lisiert werden (Bild 13).

Ein weiterer entscheidender Schritt im Montageablauf ist die Montage der Glasfassaden im Westen und Osten des Gebäudes. In einem früheren Planungsstadium war vor gesehen, die Fassaden sukzessive, eine nach der anderen, zu montieren. Dies hätte jedoch einen für das Dachtrag werk kritischen Montagelastfall generiert, da Wind in die

auf einer Seite noch offene Halle eindringen hätte kön nen – wie in eine Art Tasche. Der Winddruck auf die Unterseite der Holzlamellen hätte zusammen mit dem natürlichen Windsog auf dem Dach zu einem Anheben der Dachkonstruktion geführt, das von den Zugbändern nicht hätte aufgenommen werden können. Um dem ent gegenzuwirken, wurde der zeitliche Ablauf angepasst und eine simultane Montage der zwei vorgehängten Glasfassaden (West und Ost) während eines Zeitfensters mit stabiler Wetterlage ohne starken Wind geplant.

3.3 Toleranzabweichungen

Bei diesem Projekt mussten, bedingt durch die großen Spannweiten, geringere Toleranzen als im Holzbau üb lich eingehalten werden. Zudem war es für die Statik wichtig, den Einfluss einer Geometrieabweichung auf das Tragverhalten des Dachs zu analysieren und zu verste hen.

Selbst unter Berücksichtigung strenger Ausführungstole ranzen (± 1 cm Betonanker am Fuß der Stütze, ± 2 mm für die Länge der Stahlanker, ± 3 mm für die Länge der Holzstützen) kann es im ungünstigsten Fall zu einer bis zu 4 cm großen horizontalen Verschiebung des Veranke rungsknotenpunkts der Holzlamellen kommen. Diese seitliche Verschiebung kann wiederum zu einer zusätzli chen vertikalen Verformung der Holzlamellen von bis zu ± 20 cm führen.

Diese geometrischen Abweichungen könnten zu Proble men bei der Dachentwässerung sowie der Montage der vorgehängten Fassaden führen und waren daher zu unter binden.

Um die Bautoleranzen ausgleichen zu können, wurde auf der Baustelle eine zusätzliche Unterfütterung im Bereich der Fußpunkte der Holzstützen vorgesehen. So konnte während des Einbaus die Position der Stützenfußpunkte in vertikaler Richtung um ± 2 cm verschoben werden. Um

(2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

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Bild 13 Montage des ersten Segments auf der Baustelle Assembly of the first segment on site

Quelle: schlaich bergermann partner

Bild 14 a, b) Montage der ersten Holzzugbänder auf der Baustelle a, b) Assembly of the first timber girders on site

Quelle: schlaich bergermann partner

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die Blechdicke der Unterfütterung zu bestimmen, wurde die genaue Position der Verankerungen für Stützen und Zugelemente erst auf der Baustelle ermittelt; die exakte Länge der Stützen und Zugelemente wurde bereits im Werk berechnet. Die Daten wurden dann final analysiert, um den Toleranzausgleich genau zu definieren und so die theoretisch errechnete Position der Lamellenveranke rung einzuhalten.

Autorinnen und Autoren

Benjamin Touraine (Korrespondenzautor) b.touraine@sbp.de schlaich bergermann partner 25 rue du Général Foy 75008 Paris, Frankreich

Michael Zimmermann m.zimmermann@sbp.de schlaich bergermann partner 25 rue du Général Foy 75008 Paris, Frankreich

Cécilia Gross

c.gross@venhoevencs.nl VenhoevenCS Hoogte Kadijk 143 F15 1018 BH Amsterdam, Niederlande

Mit dem Beitrag des Teams der FH Aachen zum SDE 21/22 wird im Projekt LOCAL+ ein kreislauffähiger Holzmodulbau mit einem innovativen Wohnraumkonzept geplant und umgesetzt. Ziel dieses Konzepts ist die Verringerung des stetig steigenden Wohnflächenbedarfs durch ein Raum in Raum Konzept. Gebäudetechnisch wird in dem Projekt nicht nur das Einzelgebäude betrachtet, sondern unter Berücksichtigung des Gebäudebestands wird für das Quartier ein innovatives und nachhaltiges Energiekonzept entwickelt. Ein zentrales Wasserstoffsystem ist für ein Quartier geplant, um den Stromverbrauch aus dem Netz im Winter zu reduzieren. Zentraler Bestandteil des TGA Konzepts ist ein un­

Mit dieser Vorgehensweise, Segment pro Segment, wer den die Bautoleranzen größtenteils ausgeglichen und auf ein Niveau reduziert, das für die Montage und Nutzung des Dachs und der Fassaden akzeptabel und zulässig ist.

Laure Mériaud l.meriaud@a234.de Workshops 2/3/4 234 rue du Faubourg Saint-Antoine 75012 Paris, Frankreich

Zitieren Sie diesen Beitrag

Touraine, B.; Zimmermann, M.; Gross, C.; Mériaud, L. (2022) Ein Hängedach aus Holz für das Olympische Wassersportzentrum in Saint Denis. Bautechnik 99, Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 85–93. https://doi.org/10.1002/bate.202200078

terirdischer Eisspeicher, eine PVT und eine Wärmepumpe mit intelligenter Regelstrategie. Ein Teil des neuen Ge­

bäudes (Design Challenge DC) wird in Wuppertal als Hausdemonstrationseinheit (HDU) präsentiert. Eine hygrothermische Simulation der HDU wurde mit der WUFI Software durchgeführt. Da im Innenraum Lehmmodule und platten als Feuchtigkeitspuffer verwendet werden, spielen die Themen Feuchtigkeit, Holzfäule und Schimmelwachstum eine wichtige Rolle.

Ghinaiya, J.; Lehmann, T.; Göttsche, J. (2022) LOCAL+ – ein kreislauffähiger Holzmodulbau mit nachhaltigem Energie und Wohnraumkonzept. Bauphysik 44, H. 3, S. 136–142. https://doi.org/ 10.1002/bapi.202200010

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2 93

Susanne Jacob-Freitag, Frank Miebach

Trogbrücke mit Versprung

Vor der Küste der holländischen Gemeinde Delfzijl werden im Rahmen eines Stadtentwicklungsprogramms Salzwiesen mit Sand und Schlick angelegt und der Seedeich in eine Rad- und Wanderpromenade umgewandelt. Seit Herbst 2020 verbindet nun auch eine neue Fußgänger- und Radwegbrücke das Stadtzentrum von Delfzijl mit dem Boulevard am Wattenmeer. Beauftragt hat sie die gleichnamige Gemeinde, verknüpft mit dem Wunsch nach einem nachhaltigen Bauwerk. So stand von vornherein fest, dass Holz zum Zug kommen sollte. Entsprechend nutzten die Planer Brettschichtholz (BSH) für das Haupttragwerk, kombinierten es mit Stahl jedoch so, dass ein auf geschickte Weise variierter Typus der Trogbrücke entstanden ist. Die daraus hervorgegangene Z-Form gibt der Brücke ihren eigenen Charakter und sorgt für ein markantes Erscheinungsbild, das auch aus der Ferne zu erkennen ist.

Stichworte Brücke; Trogbrücke; Fußgänger- und Radwegbrücke; HolzStahl-Konstruktion; Brettschichtholz; Stadtentwicklung Delfzijl (Niederlande)

Trough bridge with offset Off the coast of the Dutch municipality of Delfzijl, salt marshes with sand and silt are being created as part of an urban development programme, and the sea dike is being transformed into a cycling and walking promenade. Since autumn 2020, a new pedestrian and cycle bridge has connected the city centre of Delfzijl with the boulevard on the Wadden Sea. It was commissioned by the municipality of the same name, linked to the desire for a sustainable building. It was therefore clear from the outset that wood would be used. Accordingly, the planners used glued laminated timber (glulam) for the main supporting structure, but combined it with steel in such a way that a cleverly varied type of trough bridge was created. The resulting Z shape gives the bridge its own character and ensures a striking appearance that can also be recognised from a distance.

Keywords bridge; trough bridge; pedestrian and cycle bridge; wood-steel construction; glulam; urban development Delfzijl (Netherlands)

1 Allgemeines

1.1

Formschöne Verbindung dank Architektenentwurf

Den Entwurf für die Fußgänger und Radwegbrücke lieferten NEXT Architects aus Amsterdam (Niederlan de). Entwickelt haben sie ihn in Zusammenarbeit mit dem im Holzbrückenbau erfahrenen Ingenieurbüro Miebach aus Lohmar. Herausgekommen ist ein Trag werk in Z Form, das insgesamt 65 m überbrückt. Dabei überspannt der obere Z Schenkel mit etwa 38 m Länge eine Bahntrasse und eine Straße, während der untere mit rd. 23,50 m Länge der Neigung des Deichs folgt und dabei der auf Stahlstützen aufgeständerten, 27 m langen Gehbahn als Unterbau dient; auf der Deichkro ne treffen sie dann zusammen (Bilder 1, 2). Die Geh bahnbreite ändert sich über die 65 m Länge kontinuier lich und nimmt von 4,65 m Richtung Meer auf 3,15 m ab. Aus dem Zentrum der Stadt kommend, öffnet sich der Blick bei Überquerung der Brücke zum Strand und dem Eems Kanal (Bild 3). So verbindet das Bauwerk den Nutzer sowohl physisch als auch mental mit der Umgebung, so die Idee der Architekten. Die außerge wöhnliche Form gibt der Brücke zudem eine eigene Identität und Handschrift: Aus der Ferne ist sie an ihrer markanten Form zu erkennen, in der Nähe liegt der Mehrwert im Erleben des Holzes und dem Kontrast zwischen dem offenen und geschlossenen Bereich als Teil des Wegs zum Meer.

1.2 Tragwerk vereint eingebettete und aufgelöste Trogbrücke

Vom Brückentypus her handelt es sich um eine Trogbrü cke, d. h., der Querschnitt bildet die Form eines Trogs. Dennoch ist das Tragsystem der Brücke zweigeteilt: zum einen in den Teil mit eben jenem Trogquerschnitt, den zwei BSH Träger mit dazwischenliegender Gehbahn bil

Ernst

Sohn GmbH, Berlin. Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Bild 1 Die Z-förmige Fußgänger- und Radwegbrücke verbindet die Stadt Delfzijl mit dem Wattenmeer; ihre markante Form nimmt die Gegebenheiten vor Ort auf: mit dem oberen Schenkel überbrückt sie als geschlossener Trog Straße und Bahntrasse, mit dem unteren bildet sie die Topografie des Deichs nach und führt auf dessen Krone The Z-shaped pedestrian and cycle bridge connects the town of Delfzijl with the Wadden Sea; its striking shape reflects the local conditions: the upper leg bridges the road and railway line as a closed trough, while the lower leg replicates the topography of the dyke and leads to its crown

Quelle: Aerial Promos, Lemmer, NL –Schaffitzel Holzindustrie

trough bridge of about 38 m length, the other part is an elevated walkway of about 27 m length as a dissolved trough bridge with downward stepped girders

Quelle:

Bild 3 Die Trogbrücke lenkt den Blick mit ihren konisch geformten und am Übergang zum aufgelösten Brückenteil 2 m hohen Hauptträgern in Richtung Meer; im aufgeständerten Teil der Brücke sind Edelstahlnetze eingefügt

The trough bridge directs the view towards the sea with its conically shaped main girders, which are 2 m high at the transition to the dissolved part of the bridge; stainless steel nets are inserted in the elevated part of the bridge

den, zum andern in einen Teil, der die Trogform variiert, indem die beiden BSH Träger nach unten verspringen und eine darauf aufgeständerte Konstruktion die Geh bahn stützt (Bilder 3–6). Dabei bildet der „echte Trog“ den dominanten Teil der Brücke, dessen Höhenposition das Lichtraumprofil der Bahn bestimmt. Der maßgeben de Punkt liegt 16 m weit vom stadtzugewandten Widerlager entfernt. Damit die Brückenkonstruktion infolge der Durchbiegung unter Eigengewicht und Verkehrslas ten nicht in das Lichtraumprofil der Bahn hineinragt, wurden die Hauptträger überhöht ausgeführt.

Bei der Dimensionierung und Ausführung des Tragwerks galt es auch, Erdbebenlasten zu berücksichtigen – Delfzijl

Bild 4 Regelquerschnitt der Trogbrücke mit variabler Gehbahnbreite –innenseitig wurden an den U-förmigen Stahlrahmen zusätzlich Handläufe angebracht Regular cross-section of the trough bridge with variable walkway width – on the inside, additional handrails were attached to the U shaped steel frames

Quelle:

Bild 5 Der auf Stahlstützen aufgeständerte Teil der Gehbahn führt – seitlich transparent für einen Rundum-Ausblick – auf den Deich, dabei teilt die V-Stütze das Tragwerk in zwei Felder auf

The part of the walkway elevated on steel supports leads – laterally transparent for an all-round view – onto the dyke, the V-support divides the structure into two sections

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Quelle:

S. Jacob-Freitag, F. Miebach: Trough bridge with offset

Bild 2 Seitenansicht (a) und Draufsicht (b): der eine Teil der insgesamt 65 m langen Brücke ist eine klassisch eingebettete Trogbrücke von etwa 38 m Länge, der andere Teil eine aufgeständerte Gehbahn von etwa 27 m Länge als aufgelöste Trogbrücke mit nach unten verspringenden Trägern Side view (a) and top view (b): one part of the 65 m long bridge is a classical embedded

Ingenieurbüro Miebach

Quelle: Aerial Promos, Lemmer, NL –Schaffitzel Holzindustrie

Ingenieurbüro Miebach

Aerial Promos, Lemmer, NL –Schaffitzel Holzindustrie

Bild 6 Querschnitt mit untenliegendem Tragwerk und darauf aufgeständerter Gehbahn

Cross-section with supporting structure below and walkway elevated on it

Quelle: Ingenieurbüro Miebach

Bild 7 Die V-förmigen Portalrahmen nehmen an den Stützenenden oben und unten die Hauptträger auf The V-shaped portal frames accommodate the main beams at the top and bottom of the column ends

liegt in einer Erdbebenzone. Die Konstruktion musste außerdem so ausgelegt werden, dass Setzungen der Grün dung auf dem Deich spannungsarm aufgenommen wer den können.

So spannen die 44 cm breiten, blockverklebten BSH Hauptträger (GL 30c) mit rd. 38 m Länge vom Widerla ger, wo sie über eingeklebte Gewindestanden verankert sind, zum geneigten, V förmigen mittigen Portalrahmen (Bild 7). Dieser besteht ebenfalls aus blockverklebten BSH Trägern bzw. Stielen (b × h: 44 cm × 160 cm, GL 24h) mit Stahlauskreuzungen. Die konisch geformten Hauptträger (hvariabel: 1,40–2,0 m) schließen am 2,0 m hohen Ende über stirnseitig aufgebrachte Stahllaschen an den Rahmenstielen an bzw. im innenseitigen Rahmeneck über gelenkig ausgebildete Stahlanschlussbleche, sodass aufgelöste biegesteife Rahmenecken entstehen (Bilder 8, 9). Der Portalrahmen selbst ist an den Fußpunkten gelen

Quelle: Ingenieurbüro Miebach

Bild 8 Die überstehenden Bleche der werkseitig aufgebrachten Stahl laschen auf den Hauptträgerenden und den Köpfen der V-Stützen ermöglichten eine einfache Verbindung der Bauteile

The overhanging plates of the factory-applied steel brackets on the main girder ends and the heads of the V-columns made it easy to connect the components

Quelle: Schaffitzel Holzindustrie

Bild 9 Isometrie: Die Trogbrücke ist bis zu den Rahmenecken als Einfeldträger gerechnet; die an den Fußpunkten des Portalrahmens anschließenden BSH-Träger, auf denen die Stahlkonstruktion für die darüberliegende Fahrbahn aufgeständert ist, ist unabhängig vom Tragsystem der Trogbrücke Isometry: the trough bridge is calculated as a single span girder up to the frame corners; the steel girders at the base of the portal frame, on which the steel structure for the roadway above is supported, are independent of the load-bearing system of the trough bridge

Quelle: Schaffitzel Holzindustrie

Bild 10 Isometrie des Stahlgerippes der Brücke Isometry of the steel frame of the bridge

kig gelagert, ebenso die beiden daran anschließenden, 23,50 m langen BSH Träger für die aufgeständerte Geh bahn, die zur Deichkrone spannt.

Als Sekundärtragwerk fungieren zwischen den Hauptträgern im Abstand von 2,20 m eingefügte Querträger bzw. U Rahmen aus Stahl samt Stahlauskreuzungen (Bild 10). Letztere sorgen für die horizontale Aussteifung. Die vertikalen Schenkel der U Rahmen halten im Bereich des „echten Trogs“ zudem die Hauptträger seitlich und sichern sie gegen Kippen und Torsion. Überhaupt be stand eine der Herausforderungen und Besonderheiten darin, dass alle Bauteile geneigt angeordnet sind.

Quelle: Wagenborg

Zwischen die Flansche der Stahlquerträger (HEB 180) über Ausklinkungen eingefügte BSH Längsträger (b × h: 10 cm × 24 cm, GL 24h) bilden die Unterkonstruktion für die 4 cm dicke Gehbahn aus glasfaserverstärktem Kunst stoff (GFK) (Bild 11). Das Längsgefälle mit Gefällewech sel im Bereich des Lichtraumprofils der Bahn sorgt zu sammen mit den beidseitig am Längsrand der Gehbahn angeordneten Rinnen für die Entwässerung. Fallrohre an den Widerlagern leiten das anfallende Oberflächenwasser ab.

2 Vorfertigung mit konischem Zuschnitt im Bereich der Druckzone

Die bei Schaffitzel Holzindustrie vorgefertigten BSH Trä ger wurden aus zwei BSH Trägern von je 22 cm Breite zu 44 cm breiten Hauptträgern verklebt (Bild 12a). Die koni sche Form entstand durch Abfräsen der oberen Lamellen. Um die Tragfähigkeit nicht zu beeinträchtigen, wurden Bauteilfräsungen, bei denen auch jeweils die Fasern der BSH Lamellen angeschnitten sind, in der Druckzone aus geführt, d. h. auf der Oberseite der BSH Binder. Die La

S. Jacob-Freitag, F. Miebach: Trough bridge with offset

mellen der Zugzone auf der Binderunterseite sind ent sprechend vollständig durchgehend.

Alle BSH Träger und Stützen erhielten eine vierseitige Verschalung aus Accoya Brettlamellen auf einer Unter konstruktion (Bild 12b). Auf der Brückeninnenseite sind auch die U Rahmenschenkel hinter dieser Verschalung versteckt. Die Brücke gilt aufgrund der Einhausung der Haupttragelemente als geschützte Brücke nach DIN EN 1995 2/NA. Die Architekten wünschten die Rund um Verschalung aber auch, um der Brücke ein monolithisches Erscheinungsbild zu verschaffen. Aus diesem Grund sind auch die Trägeroberseiten mit Accoya be kleidet. Die sonst üblichen Blechabdeckungen haben die Planer kaum sichtbar darunter angeordnet (Bil der 13a, 13b). Darüber hinaus ist die gesamte Brücke mit einer diffusionsoffenen Abdichtung geschützt.

Die Accoya Lamellen sind jeweils entlang der Oberkan ten der BSH Träger angeschnitten, was eine hohe hand werkliche Präzision erforderte. Diese Ausführung war der ausdrückliche Wunsch der Architekten. Allerdings muss te man die Verschalung in den Stoßbereichen aussparen, sie konnte erst nach der Montage der Brücke vor Ort vervollständigt werden. Das bedeutete ebenfalls einen nicht zu unterschätzenden Aufwand.

Die ursprüngliche Entwurfsidee sah zwar vor, die gesam te Brücke ohne Bekleidung auszuführen. Hier konnten die Planer vom Ingenieurbüro Miebach jedoch alle Bau beteiligten überzeugen, dass auf einen konstruktiven Holzschutz absolut nicht verzichtet werden kann – insbe sondere, wenn das Bauwerk die erwünschte Lebensdauer von mindestens 60 Jahren erreichen soll. Vor diesem Hintergrund wurde auch eine Alternativlösung diskutiert, bei der die gesamte Tragstruktur aus Accoya BSH ausge führt worden wäre. Dies stellte sich bei den Vergleichsbe trachtungen dann jedoch nicht als wirtschaftlich heraus – zumal es hierbei die etwas geringere theoretische Le

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 11 Vormontierter Brückenteil mit Trägerrost für die Gehbahn Pre-assembled bridge section with support grid for the walkway

Quelle: Wagenborg

Bild 12 Werkseitige Vorfertigung der BSH-Träger (a) samt Verschalung aus Accoya-Brettlamellen (b) Factory prefabrication of the glulam beams (a) including cladding made of Accoya board lamellas (b)

Quelle: Schaffitzel Holzindustrie

Bild 13 a) Die Blechabdeckungen als Witterungsschutz wurden elegant unter der Accoya-Decklage platziert – so stört sie den optischen Eindruck der RundumVerschalung nicht, kommt aber als Zierstreifen beinahe wie ein Gestaltungselement zur Geltung; b) aufgrund der geneigten Träger kann Wasser zudem bei Regen und Schnee jederzeit auch wieder schnell seitlich von den Blechabdeckungen nach außen ablaufen a) The sheet metal covers as weather protection were elegantly placed under the Accoya deck layer – this way, it does not disturb the visual impression of the all-round cladding, but comes into its own as a decorative strip almost like a design element; b) due to the inclined beams, water can also quickly run off the sides of the sheet metal covers to the outside at any time during rain and snow

bensdauer von 50 Jahren zu beachten galt, die der Her steller von Accoya verspricht.

So ist die Brücke nun lediglich mit einer „Opferschicht“ aus Accoya Lamellen bekleidet und zählt damit zum Typus der geschützten Brücke. Die Bekleidung bildet zudem ein eigenständiges Gestaltungsmerkmal, denn die Anordnung lässt die feingliedrigen Bretter wie Höhenlinien erscheinen. Der konstruktive Holzschutz ist somit nicht nur notwendiges Beiwerk, sondern auch gestalte risch mitprägend.

3 Transport in Teilen ohne Sondergenehmigung

Die vorgefertigten Brückenteile sollten zunächst kom plett montiert per Lkw aus Schwäbisch Hall nach Delfzijl geliefert werden. Kurz vor dem Einbautermin zeigte sich jedoch, dass die erforderlichen Transportgenehmigungen für diesen Zweck nicht erteilt wurden. Dies gefährdete die Planung für den Einbau der Brücke und den weiteren Verlauf des Projekts.

Der Transport in Teilen erwies sich als die passende Lö sung: Es waren keine Sondergenehmigungen erforderlich und der Transport konnte ungehindert stattfinden. Die Brückenabschnitte trafen einzeln in Delfzijl ein (Bild 14), wo sie mithilfe eines 300 t und eines 400 t Mobilkrans zusammengebaut wurden (Bild 15). Zwar haben die Sperrzeiten der Bahntrasse die Montagezeiten vorgege ben, durch den hohen Vorfertigungsgrad konnte die Brü cke dennoch in kurzer Zeit errichtet werden.

4 Zusammenfassung

Variierende Trägerhöhen und Nutzbreiten sowie die Schrägstellung aller Hauptträger haben aus dem eigent lich einfachen Brückentyp der Trogbrücke ein komple xes, architektonisch ansprechendes Bauwerk gemacht (Bild 16). So fügt die neue Brücke der Stadt Delfzijl nicht nur eine Attraktion hinzu, sondern gibt ihr auch wieder ihr Gesicht als Tor zum Weltnaturerbe Wattenmeer zu rück.

Bild 14 Transport per Lkw Transport by truck

Quelle: Wagenborg

Bild 15 Brückenmontage mit Mobilkränen Bridge assembly with mobile cranes

Quelle: Wagenborg

S. Jacob-Freitag, F. Miebach: Trough bridge with offset

Bautafel

Bauvorhaben: Fuß- und Radwegbrücke Oosterveldweg in Delfzijl (NL)

Bauweise: Holz-Stahl-Konstruktion

Baujahr: 2021 Bauzeit: August 2020 bis Februar 2021 Bauherr: Gemeinde Delfzijl (NL)

Architektur: NEXT Architects, Amsterdam (NL)

Tragwerksplanung: Ingenieurbüro Miebach, Lohmar Ausführendes Holzbauunternehmen: Schaffitzel Holzindustrie GmbH + Co. KG, Schwäbisch Hall

Koordination und Bauleitung: Invraplus, Haren (NL)

Autorin und Autor

Dipl.-Ing. (FH) Susanne Jacob-Freitag (Korrespondenzautorin) info@texte-nach-mass.de Schubertstr. 21 76185 Karlsruhe

Dipl.-Ing. (FH) Frank Miebach info@ib-miebach.de Haus Sülz 7 53797 Lohmar

Zitieren Sie diesen Beitrag

Jacob Freitag, S.; Miebach, F. (2022) Trogbrücke mit Versprung. Bau technik 99, Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 94–99. https://doi.org/10.1002/bate.202200075

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bild 16 Markante Holzbrücke als Tor zum Weltnaturerbe Wattenmeer Eye-catching wooden bridge as gateway to the Wadden Sea World Heritage Site

Quelle: Aerial Promos, Lemmer, NL –Schaffitzel Holzindustrie

Industrielle modulare Konstruktion mit niedrigem CO2-Fußabdruck – EDGE Suedkreuz Berlin

EDGE Suedkreuz ist eines der größten in modularer HolzHybridbauweise geplanten Gebäudeensembles in Deutschland. Es erstreckt sich über zwei Bürogebäude mit je sieben Stockwerken und einer verbindenden Tiefgarage, die vollständig mit Ladestationen für E-Fahrzeuge ausgestattet ist. Vattenfall Deutschland wird hier sein Hauptquartier haben. Von Beginn an wurde ein Fokus auf die Nachhaltigkeit der Gebäude gelegt. Es galt sowohl den CO2-Fußabdruck des Gebäudes zu reduzieren, nachhaltige und gesunde Materialien zu verwenden als auch das Wohlbefinden der künftigen Nutzer:innen zu berücksichtigen. Die modulare Holz-Hybridbauweise ist ein wichtiger Bestandteil, um diesen Anspruch zu erreichen, und musste in das Engineering-Konzept integriert werden. Dazu wurde Buro Happold mit einem multidisziplinären Team beauftragt und lieferte ein ganzheitliches Konzept aus Tragwerksplanung, technischer Gebäudeausrüstung, BIM-Management und Nach haltigkeitsberatung. Der Beitrag geht darauf ein, wie es den Ingenieur:innen gelang, die innovative Holz-Hybridbauweise von CREE in dem Tragwerks- und TGA-Konzept umzusetzen und erläutert Sonderkonstruktionen wie u. a. das ETFE-Dach des Atriums.

Stichworte Holz-Hybridkonstruktion; modulare Bauweise; Tragwerksplanung; TGA; industrielle Vorfertigung

1 Holz-Hybridbau – ein Weg für den nötigen Wandel in der Bauindustrie

In der EU ist der Bausektor für 40 % des Energiever brauchs verantwortlich. Um bis 2050 ein klimaneutraler Kontinent zu werden, sind der klimafreundliche Bau und der Betrieb von Gebäuden wesentliche Stellschrauben. Bei der Reduzierung der Betriebsemissionen von Gebäu den sind aufgrund höherer Energieeffizienz und des grö ßeren Anteils erneuerbarer Energien schon sehr große Fortschritte zu sehen. Jetzt muss der Energieaufwand für Errichtung, Sanierung und Rückbau (graue Energie) in den Fokus unseres Handelns fallen. Vor diesem Hinter grund scheint es nur natürlich, den alten Baustoff Holz als industriellen Werkstoff für unsere Bauindustrie wie derzuentdecken. Zeitgleich erfährt die industrielle Vorfer tigung, die einen schnellen, sauberen und effizienten Bauprozess ermöglicht, einen Aufschwung.

Das Projekt EDGE Suedkreuz Berlin (Bilder 1, 2), in dem u. a. die neue Deutschlandzentrale von Vattenfall sitzt, vereint beide Aspekte. Das Ensemble aus zwei Büroge bäuden im Berliner Stadtteil Schöneberg wurde in inno

Industrial modular construction with low carbon footprint –EDGE Suedkreuz Berlin

EDGE Suedkreuz is one of the largest building ensembles planned in modular timber hybrid construction in Germany. It comprises two office buildings, each with seven floors and a connecting underground car park, which is fully equipped with charging stations for e-vehicles. Vattenfall Germany will have its headquarters here. From the very beginning, a focus was placed on the sustainability of the buildings. The aim was to reduce the building’s carbon footprint, to use sustainable and healthy materials and to take into account the well-being of the future users. The modular timber hybrid construction is an important part of achieving this and had to be integrated into the engineering concept. For this purpose, Buro Happold was commissioned with a multi-disciplinary team and delivered a holistic concept consisting of structural design, technical building equipment, BIM management and sustainability consulting. The article discusses how the engineers succeeded in implementing CREE’s innovative timber hybrid construction method in the structural and technical building services concept and explains special constructions such as the ETFE roof of the atrium.

Keywords timber hybrid construction; modular construction; structural design; TGA; industrial prefabrication

vativer Holz Hybridbauweise mit hohem Vorfertigungs grad umgesetzt. Von Beginn an wurde der Fokus auf die Nachhaltigkeit gelegt. Ziel war es, sowohl den CO2 Fußabdruck der Gebäude zu reduzieren als auch nachhaltige und gesunde Materialien zu verwenden und das Wohlbe finden der künftigen Nutzer:innen zu fördern.

Ernst

Sohn GmbH, Berlin. Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Martin Elze, Sabine Müller, Veronica Günther

Bild 1 Das Atrium im Carré-Gebäude von EDGE Suedkreuz The atrium at the heart of the Carré building of EDGE Suedkreuz

Bild: Ilya Ivanov/Tchoban Voss Architekten

1.1 Tragwerkskonzept – hybrid und modular mit CREE

Im Tragwerkskonzept wurden bereits mehrere modulare Konstruktionsbauweisen mit unterschiedlichen Vorferti gungsgraden untersucht. Die Initialzündung zum Holz Hybridbau lieferte CREE Buildings. Das Unternehmen hatte die technische Umsetzung von industriell vorprodu zierten Holz Betonverbunddecken bereits in mehreren Projekten erfolgreich realisiert. Somit wurde diese Vari ante in den Vergleich mehrerer Tragwerkskonzepte mit einbezogen. Anhand von Skripten hat das Planungsteam drei Modelle mit den unterschiedlichen Vorfertigungs konzepten erstellt und deren Massen und Mengen ausge lesen. Als Benchmark wurde ein viertes Modell mit Ort beton Flachdecken herangezogen. Diese Analyse lieferte in der Konzeptphase die Entscheidungsgrundlage für den Holz Hybridbau.

Die Holz Hybridkonstruktion (Bild 3) besteht aus Holz Betonverbunddecken, Brettschichtholzstützen in der Fas

sade sowie Stahlbetonfertigteilbalken und stützen im Gebäudeinneren, auf denen die einachsig spannenden Decken auflagern. Die erforderliche Betonstärke der Ver bunddecken (hier 10 cm) wird dabei viel mehr durch die bauphysikalischen Anforderungen (Brand und insbeson dere Schallschutz) als durch statische Erfordernisse be stimmt. Die Holzbalken tragen mit 28 cm zu einer Ge samtdeckenstärke von 38 cm bei. Der Verbund wird durch Kerven hergestellt, welche in die Oberfläche der Holzbalken eingefräst werden. Der Aufbeton wird in die Kerven gegossen, zusätzliche Verbindungsmittel sind sta tisch nicht erforderlich. Der Schubübertrag findet durch eine Verkeilung des Betons in den Kerven statt. Im Ge gensatz zu bisher gebräuchlichen Holz Betonverbund bauweisen mit Schrauben, Nägeln oder Streckmetall als Verbindungsmittel ist die Verbundwirkung mit Kerven wirksamer. Dadurch erweitert sich das ehemals einge schränkte Einsatzgebiet der Verbunddecken und macht sie für die industrielle Vorproduktion so interessant.

Die Deckenplatten weisen mit ca. 2,70 m eine gut trans portierbare Breite auf. Diese Breite bestimmt das Stützen raster in der Fassade, da jede Platte auf einem Doppel paar Holzstützen aufliegt. Im Gebäudeinneren lagern die Deckenplatten auf Betonfertigteilbalken, welche entwe der aus deckengleichen Trägern mit Hutprofil (Bild 4) oder einfachen Rechteckbalken (Bild 5) unterhalb der Decken bestehen. Die Abstände der Fertigteilstützen unter den Fertigteilbalken betragen mit ca. 5,40 m das Doppelte des Fassadenachsrasters.

Ein großer Vorteil des CREE Systems ist die Integration der tragenden Stützen in die Fassadenelemente ab Werk. So entsteht bei der Montage der darüberliegenden Decke unmittelbar nach dem Fugenverguss ein ausbaufähiger, witterungsgeschützter Raum.

Bautechnik 99 (2022),

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M. Elze, S. Müller, V. Günther: Industrial modular construction with low carbon footprint – EDGE Suedkreuz Berlin

Bild 2 Das Carré-Gebäude ist der neue Deutschlandsitz von Vattenfall The Carré building – the new headquarters of Vattenfall Germany

Bild: Ilya Ivanov/Tchoban Voss Architekten

Bild 3 Schematische Darstellung der Holz-Beton-Hybridmodule Schematic drawing of the timber-concrete-hybrid-modules

Bild: CREE

Bild 4 Detail Betonfertigteilbalken mit Hutprofil

Detail drawing of precast concrete beam with hat profile

Bild: Buro Happold

Bild: Buro Happold

Bild 5 Detail Rechteckbalken

Detail drawing of rectangular beam

Das Tragwerk der Untergeschosse wurde konventionell in WU Stahlbetonbauweise (Stahlbeton mit hohem Was serdurchdringwiderstand) errichtet. Das um bis zu 50 % geringere Eigengewicht der Holz Hybridkonstruktion half dabei maßgeblich, die Anforderungen an die Grün dung gering zu halten. So lässt sich die enge Stützenstel lung der Fassadenstützen in den Obergeschossen mit

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wenig Aufwand im Untergeschoss abfangen. Durch ge schickte Anordnung der Technik und Versorgungsräume konnte zusätzlich auf aufwendige Abfangkonstruktionen verzichtet werden.

Ausnahme bildet der zweigschosshohe Eingangsbereich zum Atrium, welcher mit nur wenigen, äußerst schlanken

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Rundstützen gebildet werden sollte. Die drei Geschosse in Holz Hybridbauweise sowie die Dachkonstruktion über der Loggia wurden auf eine große Stahl Betonver bundebene, liebevoll „der Tisch“ genannt, gestellt. Der Tisch trägt zweiachsig mit Durchlauf und Kragträgern und bietet Platz für Lüftungsgeräte und weitere Haustech nik. Zu sehen sind im fertigen Ausbau nur noch die Schleuderbetonstützen, die aufgrund der hohen Betongü te einen besonders dunklen Farbton aufweisen.

Stabilisiert wird das große Carré Gebäude durch vier Er schließungskerne in allen vier Ecken des Gebäudes, welche sowohl die Treppenhäuser und Haustechnik schächte als auch die Aufzüge bereitstellen. Für den klei neren Satelliten war ein zentraler Erschließungskern ausreichend. Auch hier wurde mit Halbfertigteilen (Stahl betonhohlwänden) ein möglichst wirtschaftlicher Vorfer tigungsgrad erzielt. Um ein weiteres Untergeschoss allein zur Schaffung von notwendigen Stellplätzen, die für die Betriebsflotte von Vattenfall dringend benötigt wurden, zu vermeiden, hat man ein Doppelparksystem geplant. Da jeder einzelne Parkplatz für die nachhaltige Flotte von Vattenfall elektrifiziert sein musste, entstand am Standort das erste vollständig elektrifizierte Doppelparksystem der Welt.

1.2 Wenn‘s eng wird – Haustechnik geschickt eingefädelt

Vollmodulare Konstruktionsweisen sind besonders effizient, wenn bereits im Konzept gewisse Konstruktionsregeln eingehalten werden. So wurde die Anordnung der Treppen und Aufzugskerne frühzeitig auf das modulare Raster abgestimmt. Um ein Ausfädeln und Verteilen der Haustechnik unterhalb der Holzbalken zu ermöglichen, wurden Räume mit geringen Anforderungen an die Raumhöhe, wie WC und Waschbereich, aber auch Lager und Putzmittelräume, direkt an die vertikalen Haustechnikschächte platziert. Aus dem abgesenkten Deckenbereich wurden die Leitungen dann in einen 40 cm tiefen Deckenkoffer eingefädelt, welcher entlang der Mittelachse verläuft und somit jedes Deckenpaneel erreichen kann.

Eine Herausforderung für die Haustechnik stellten die Holzbalken dar, die sichtbar bleiben sollten. Dadurch re duzierte sich der für Heizung, Kühlung, Lüftung, Be leuchtung und Sensorik verfügbare Deckeninstallations raum um etwa 40 % (Bild 6). Durch hybride Deckensegel, die sowohl heizen als auch kühlen können, wird Frisch luft geführt, was den Energieübertrag pro Fläche erheb lich steigert. Gleichzeitig wirken die Segel als akustische Absorber und stellen Installationsraum sowohl für die Beleuchtung als auch für die in Summe 17.000 verbauten Sensoren dar. Diese registrieren die Anwesenheit von Personen und messen CO2 Werte sowie Temperatur. Das Gebäude wird grundsätzlich zentral gesteuert. Jeder Mit arbeiter hat allerdings die Möglichkeit, über sein Smart phone sämtliche lokalen Werte an sein individuelles Wohlbefinden anzupassen.

Das Gebäude erlaubt eine vollständige Modularität im Raster von 1,35 m. Für größtmögliche Flexibilität und maximalen Komfort wurde u. a. in jeder Einheit eine Ringleitung entlang der Fassade installiert, an die bei Be darf zusätzliche Umluftkonvektoren angeschlossen wer den können. Zusammen mit einer flexiblen Steuerung der Luftmenge werden kleinere geschlossene Räume sowie

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Bild 6 Haustechnik zwischen den sichtbar bleibenden Holzbalken Building services between the wooden beams that remain visible

Bild: Buro Happold

Bild 7 Das Atrium mit der Baum-Treppenstruktur und dem ETFE-Dach The atrium with the tree stair structure and the ETFE roof

Bild: Ilya Ivanov/Tchoban Voss Architekten

Bild 8 Hauptträger des Atriumdachs Main beam of the atrium roof

Bild: Buro Happold

Bild: Buro Happold

Bild 9 Detail Hauptträger Atriumdach

Detail drawing of the main beam of the atrium roof

Bild: Buro Happold

Bild 10 Nebenträger Untergurt Anschluss

Secondary girder bottom chord connection

Bild 11 Hauptträger Obergurt Anschluss zum Randträger

Main girder top chord connection to edge girder

Besprechungsräume stets angenehm temperiert und er lauben lange Aufenthaltszeiten.

Da im Projekt unzählige Details im gesamten Planungsteam koordiniert und gelöst werden mussten, war die durchgän gige Arbeitsweise mit BIM erfolgsentscheidend.

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2 Holz auf der Hütte – Atrium und Loggia

2.1 Atriumdach – Form und Materialität

Mit der Entscheidung zur Holz Hybridbauweise wurde schnell ersichtlich, dass die Gebäude auf natürliche Weise

Bild: Buro Happold

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eine hochwertige Arbeitsumgebung bereitstellen. Das Atrium im Zentrum des Carré Gebäudes (Bild 7) sollte dabei die zentrale Kommunikationsplattform für die Mitarbeiter:innen bilden und selbst einen Raum zum Ver weilen und Wohlfühlen darstellen. Aus diesem Grund wurde vom Architekturbüro Tchoban Voss eine aufregen de Treppenlandschaft entworfen, die zentral die Geschos se erschließt. Das Atrium an sich sollte mit einer mög lichst leichten Konstruktion aus ETFE Folienkissen über spannt werden.

Im Gegensatz zu einer Verglasung erzeugen die Folien kissen signifikante seitliche Randzugkräfte, die bei der Wahl des Tragwerks berücksichtigt werden müssen. Auch

wenn sich die Randzuglasten benachbarter Folienkissen nahezu kurzschließen, muss immer mit einem möglichen Kissenausfall gerechnet werden. Aufgrund der limitierten Gebäudehöhe und einer Spannweite von mindestens 35 m fiel die Wahl auf Fachwerkträger, die mit ihrem ge krümmten Ober und Untergurt die seitliche Silhouette eines Fischs nachahmen (Bilder 8, 9). Dass im Regelfall nur Vertikallasten in das Gebäude weitergeleitet werden, war ein entscheidender Vorteil bei der Auswahl mögli cher Dachkonstruktionen. Die Randzuglasten der Folien kissen werden durch starre Träger in Querrichtung aufge nommen und über einen Untergurt in gleicher Richtung kurzgeschlossen. Auf Diagonalen wurde in Sekundär spannrichtung bewusst verzichtet. Bei der Materialwahl hat man, wie im gesamten Gebäude, auf den sinnvollen ökologischen Einsatz geachtet. Während für die Obergur te mit hauptsächlich Druck und Biegekräften die Fort führung der Holzbinder ideal war, wurden die Untergur te, Vertikalen und Diagonalen aus Stahlrohren gefertigt (Bild 14). Die um 60° verschränkte Richtung der Primär und Sekundärfachwerke entstand eher zufällig durch ein Verschränken des Skizzenpapiers in der Denkfabrik („Das sieht doch besser aus“). Im Grundriss entstehen so viele kleine Diamanten, die dem Dach seinen Charakter geben.

Eine ideale Kissenspannweite von ca. 4,50 m bestimmte den ungefähren Abstand der Fachwerkbinder. Die Kissen werden als langer Schlauch zwischen die Obergurte der Haupttragrichtung gespannt und bauchen mit 15–20 % aus. Die Obergurte der Sekundärspannrichtung mussten

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Bild 12 Hauptträger Obergurt Anschluss zum Randträger Main girder top chord connection to edge girder

Bild: Buro Happold

Bild 13 Nebenträger Obergurt Anschluss zu Hauptträger Obergurt Secondary girder top chord connection to main girder top chord

Bild: Buro Happold

daher höhenversetzt unter die Primärträger angeordnet werden. Die notwendige Höhe der Primärobergurte ergab sich somit nicht allein aus statischen Anforderungen, son dern musste auch eng mit der Kissenkonstruktion abge stimmt werden. Die Krümmung der Fachwerkobergurte wurde wiederum von der maximal möglichen Gebäude höhe bestimmt, die am Hochpunkt inkl. der Klemmkon­

struktion und des Kissenstichs nicht überschritten wer den durfte. Die Krümmung der Untergurte und somit die Stichhöhe der Fachwerke wurde wiederum mittels Para meterstudie optimiert.

Aufgrund des geringen Gesamtgewichts des Dachs von ca. 45 kg/m2 muss mit abhebenden Kräften aus Windsog gerechnet werden. Mögliche vorgespannte Konstruktio nen wurden zwar untersucht, nicht zuletzt aufgrund der größeren erforderlichen Holzbinderquerschnitte jedoch wieder verworfen. Diese hätten den Lichteinfall bei tiefer stehender Sonne gerade in den kälteren Jahreszeiten stark gemindert. Stattdessen wurden drucksteife Rundroh re gewählt, die mit eleganten Verbindungen ein passen des Ensemble im Fischbauträger schaffen (Bild 10).

Die Fachwerkträger werden von einem umlaufenden ver steckten Hohlprofil getragen, welches aufgeständert über regelmäßige Stützen die Lasten in die Holz Hybriddecken abgibt. Auch hier musste auf abhebende Kräfte geachtet werden. Nur durch ein ausgeklügeltes Verzahnungssystem zwischen den Holz Hybriddecken konnten die Windsogkräfte des 1600 m2 großen Atriumdachs mit aus rechend Gegengewicht belegt werden (Bilder 11, 12).

Ein besonderes Anliegen war es, sämtliche Verbindungen in den Holzbindern unsichtbar auszubilden. Bereits in den ersten Konzeptskizzen sah man innenliegende ge schlitzte Stahlbleche mit Steckbolzen vor, die über einen Holzstopfen verborgen wurden. Durch nachträgliches Anschleifen der Stopfen ist kaum mehr zu erkennen, wie sich die Binder zusammensetzen. Aufgrund der ver schränkten Spannrichtungen und des schiefwinkligen Grundrisses des Atriums ist jede Verbindung ein geometrisches Unikat (Bild 13).

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Bild 14 Atriumdach mit ETFE-Folienkissen

Atrium roof with ETFE foil cushions

Bild 15 Loggia in 3D-Ansicht Loggia in 3D view

Bild: Buro Happold

2.2 100 % Holz für das Loggiadach

Wie bereits eingangs erwähnt, stellt die notwendige Stär ke der Betondeckschicht aller Holz Betonverbunddecken eine bauphysikalische Notwendigkeit dar. Im zweige schossigen Bereich der Loggia/Terrasse, welche sich im nördlichen Abschnitt des 5. OG befindet, werden diese Anforderungen nicht gestellt, und so hat man beschlos sen, die Überdachung als reinen Holzbau auszubilden (Bilder 15, 16).

Brettsperrholzplatten mit einer Plattenstärke von 15 cm wurden im Grundriss versetzt auf Brettschichtholzbin dern angeordnet. Diese bilden mit ihrem Nagelbild eine starre Deckenscheibe, welche mit einfachen Stahlwin keln zwischen die Stahlbetontreppenhauskerne östlich und westlich gespannt wurde. Vertikal liegen die Platten auf Sekundärträgern aus Brettschichtholz, welche wiede rum zwischen Primärträgern im Abstand von 5,4 m span nen. Die Primärträger überspannen die Loggia stützenfrei und kragen über die Terrasse vollständig aus. Die Holz stützen in der Fassadenebene zwischen Loggia und Ter rasse werden unsichtbar in der Decke über dem 5. OG durch starke Stahlkastenprofile in Holzbalkenform abge fangen.

Die Höhe der Primärbinder von 1,50 m wurde gewählt, um der Haustechnik unter der Brettsperrholzdecke eine Kernbohrzone von 40 cm Höhe zu ermöglichen. Wegfal lende Verbundnägel wurden dabei durch Winkelverbin der vorsorglich ersetzt. Über der Fassadenstütze zur Ter rasse hätte die verbleibende statische Höhe von 1,10 m nicht ausgereicht, sodass die Kernbohrbereiche genau vorgegeben werden mussten. Um die Fassadenstütze am Kopf nicht aufweiten zu müssen, wurde der Primärträger im Auflagerbereich umfangreich verstärkt.

Die unterschiedlichen Nutzklassen zwischen dem tempe rierten Bereich der Loggia und der frei bewitterten Ter rasse wurden dabei genauso berücksichtigt wie möglicher Schlagregen gegen die sichtbare Stirnseite der Primärbin der. Die österreichischen Kollegen von CREE haben ein Opferholz vorgeschlagen, welches vor dem eigentlich tragenden Holzquerschnitt angebracht wurde. So wurden Holzoptik und Materialsprache zum offenen Vorplatz hi nausgetragen.

Maßnahmen sorgen für optimale Aufenthaltsqualität

Eine Vielzahl von Technologien stellt die hohe Aufent haltsqualität im Atrium sowie auf den Treehouses und der Loggia sicher. Für die Kühlung des großen, zusam menhängenden Raums wurden nicht weniger als sechs unterschiedliche Methoden verwendet. Zum einen kann der befahrbare Estrich sowohl zu Heizzwecken als auch zur Kühlung verwendet werden. Zum anderen führen Kühltürme im Atrium sowie Weitwurfdüsen an den Wän den um das Atrium herum zusätzliche Kühlleistung auf

die 1600 m2 große Fläche. Auf den Treehouses sorgen Quellluftauslässe für einen ruhigen Strom an konditio nierter Frischluft. In der Loggia im 5. OG ist durch die aufsteigende Thermik mit den höchsten Temperaturen im Sommer zu rechnen. Damit die Personen sich auch dort wohl fühlen, wird der Raum sowohl durch den Estrich als auch durch die hybriden Heiz und Kühlsegel tempe riert.

Die abzuführende Kühllast lässt sich auch durch das Atri umdach steuern. Die ETFE Folienkissen sind mit einer sich überlappenden Bedruckung versehen, sodass durch Aufblasen der Kissen mittels Luftzufuhr die Folienschich ten im Kissen verschoben werden können. Somit kann die Helligkeit im Atrium gesteuert werden. Das Absenken des g Werts um bis zu 0,1 stellt eine erhebliche Lastredu zierung im Sommer dar, während im Winter möglichst viel Sonnenlicht ins Atrium gelassen werden kann. Des Weiteren kann eine natürliche Luftzirkulation durch Öffnen von seitlichen Dachklappen erzielt werden. Diese wurden sowohl im Norden als auch im Süden des Atri umdachs angebracht, genau in der Hauptwindrichtung am Standort. Der Windzug hilft, die erwärmte aufgestie gene Luft abzusaugen, während über dem Atriumeingang eine natürliche Nachströmung stattfindet.

Aufwendige Energiesimulationen (Computational Fluid Dynamics) haben geholfen, die jeweiligen Bestandteile des Kühlungs und Lüftungssystems optimal aufeinan der abzustimmen. Unter Beachtung des Sonnenstands und der Ausrichtung des Gebäudes wurde ein ganzes Jahr in 5 min Schritten untersucht. In Vergleichsrechnungen konnte der optimale g Wert des Atriumdachs ermittelt werden, bei gleichzeitig höchstem Komfort für  die Nutzer:innen und optimaler Nutzung der Ressourcen.

3 Reduzierter CO2-Fußabdruck

Um die Frage zu beantworten, inwieweit die Holz Hybridbauweise CO2 einspart, wird das globale Erwärmungspo tenzial der Tragkonstruktion des Solitär Gebäudes ausge wertet und dem einer klassischen Stahlbetonkonstruk­

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

M. Elze, S. Müller, V. Günther: Industrial modular construction with low carbon footprint – EDGE

2.3 Keepin‘ it cool – aktive und passive

Bild 16 Loggia im 5. OG des Carré-Gebäudes Loggia on the 5th floor of the Carré building

Bild: Ilya Ivanov/Tchoban Voss Architekten

Tab. 1 Ergebnisse der Berechnung für das Solitär-Gebäude [1]

Results of the calculation for the solitaire building

CO2e* ohne Kellerkasten CO2e mit Kellerkasten

Holz Hybrid 68 kg CO2e/m2 133 kg CO2e/m2

Stahlbeton 132 kg CO2e/m2 195 kg CO2e/m2

*) CO2e: CO2-Äquivalente – Maßeinheit, die den Effekt aller Treibhausgase auf das Klima vergleichbar macht

tung des gesamten Lebenswegs für Holzbauteile aus nachhaltiger und – idealerweise – lokaler Waldbewirt schaftung sogar eine negative CO2 Bilanz entstehen.

tion gegenübergestellt. Dazu werden die Bauteildaten aus dem BIM Prozess mit der Datenbank ÖKOBAUDAT verknüpft und für die Phasen A1–A3 (Rohstoffbereitstel lung, Transport, Herstellung) der Ökobilanz betrachtet (Tab. 1).

Durch die Verwendung der Holz Hybridkonstruktion können im oberirdischen Tragwerk des Solitär Gebäudes 51 % Beton eingespart werden, und im Vergleich zu einer Stahlbetonkonstruktion ist der CO2 Fußabdruck um 48 % niedriger. Die eingesparten 510 t CO2e entsprechen einem CO2 Ausstoß von 110 Mittelklassewagen in einem Jahr.

Der Kellerkasten (inkl. Bodenplatte) hat eine große Aus wirkung auf die Ökobilanz des Tragwerks. Durch die leichtere Konstruktion sind das Betonvolumen des Kel lerkastens und die Gründung für die Holz Hybridkonstruktion etwas geringer. Dennoch sollte grundsätzlich wegen der hohen erforderlichen Betonvolumina bei der Evaluierung der Untergeschosse neben den Kosten stets die Ökobilanz in Betracht gezogen werden.

Um die Ergebnisse der hier angestellten Bilanzierung richtig einordnen zu können, ist eine klare Abgrenzung wichtig. Die durchgeführte Berechnung betrachtet allein die Herstellungsphasen A1–A3 für die tragenden Bautei le. Eine weiterführende Betrachtung bspw. der Nutzungs oder der Entsorgungsphase wird hier nicht abgedeckt. Auch wurden Aspekte wie Bodenaufbauten und Holzfas sade nicht mit einbezogen, da diese nicht zur Tragkonstruktion gehören. Bei einer umfassenderen Analyse würde zudem noch der im Holz gebundene Kohlenstoff berücksichtigt werden. Dadurch kann bei der Betrach

Autorinnen und Autor

Martin Elze

Martin.Elze@burohappold.com

Buro Happold

Pfalzburger Straße 43–44 10717 Berlin

Sabine Müller

Sabine.Mueller@burohappold.com

Buro Happold Pfalzburger Straße 43–44 10717 Berlin

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Um eine Betrachtung des Lebenswegs für alle Materialien künftig durchführen zu können, wurde für das Projekt ein Materialpass auf der globalen Online Plattform Madaster erstellt. Madaster ist ein Kataster, welches den zirkulären Einsatz von Produkten und Materialien in der Bauwirt schaft ermöglicht. Durch den Einsatz von BIM konnten alle verbauten Materialien des Projekts EDGE Suedkreuz Berlin auf der Online Plattform hochgeladen und für sämtliche Bauträger zugänglich gemacht werden, sodass die Materialien wiederverwertet werden können, statt anonym im Abfall zu landen. Das Projekt EDGE Sued kreuz kann somit als Rohstoffbank künftiger Generatio nen betrachtet werden.

4 Potenzial: Flexibilität und Zirkularität

Der am Projekt EDGE Suedkreuz erfolgreich umgesetzte modulare Holz Hybridbau zeigt einen von mehreren möglichen Wegen für einen nachhaltigen Wandel in der Bauindustrie auf. Die Verknüpfung eines hohen industri ellen Vorfertigungsgrads mit dem nachwachsenden Werkstoff Holz wirkt sich positiv auf die graue Energie aus, zeigt aber auch, wie notwendig ein Neudenken der Planungs und Konstruktionsmethoden ist. Dabei mag modulares System und Vorfertigung für viele nach einer Einschränkung im Gestaltungsspielraum klingen, das ist aber nicht der Fall. Die Erfahrung hat gezeigt, wie flexi bel die Holz Hybridbauweise auf Gestaltungswünsche angepasst werden kann. Zudem sehen die Autor:innen ein großes Potenzial der hier angewendeten Bauweise für das zirkuläre Bauen – denn wir müssen die gebaute Umwelt verstärkt als Ressource für zukünftiges Bauen betrachten.

Literatur

[1] Müller, S.; Scheibstock, P. (2021) CO2 Reduktion in der gebauten Umwelt – Von der Formulierung strategischer Leitlinien bis zur Planung und Umsetzung. Bautechnik 98, H. 11, S. 887–895. https://doi.org/10.1002/bate.202100083

Veronica Günther (Korrespondenzautorin)

Veronica.Guenther@burohappold.com

Buro Happold Pfalzburger Straße 43–44 10717 Berlin

Zitieren Sie diesen Beitrag Elze, M.; Müller, S.; Günther, V. (2022) Industrielle modulare Kon struktion mit niedrigem CO2 Fußabdruck – EDGE Suedkreuz Berlin. Bautechnik 99, H. Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2, S. 100–108. https://doi.org/10.1002/bate.202200077

M. Elze, S. Müller, V. Günther: Industrielle modulare Konstruktion mit niedrigem CO2-Fußabdruck – EDGE Suedkreuz Berlin

Aus dem Inhalt

TU Kaiserslautern entwickelt Verfahren, um Buchenholz niedriger Qualität künftig als Träger im Bauwesen nutzbar zu machen 109 Neue Ingenieurholzbau-Schriften 110 Holz steht im Mittelpunkt: Berufsbegleitende Weiterbildung mit EIPOS 110 Veranstaltungskalender ........................................................................ 111

NACHRICHTEN

BAUTECHNIK aktuell Sonderheft Holzbau Ausgabe 2

TU Kaiserslautern entwickelt Verfahren, um Buchenholz niedriger Qualität künftig als Träger im Bauwesen nutzbar zu machen

Baukomponenten im konstruktiven Holzbau sind fast ausschließlich aus Fichte, da sie einfach hergestellt werden können. Doch mit dem Klimawandel wird ihr Bestand zurückgehen. Eine Alternative könnte Buchenholz sein. Der äußere Teil eines Buchenstamms ist im Möbel und Treppenbau von Bedeutung. Der innere Teil, der Kern, findet meist nur als Lagerholz oder als Brennstoff Verwendung. Ändern möchte dies ein Team um Professor Dr. Ing. Jürgen Graf vom Fachbereich Architektur der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) und des Laubholzsägewerks Pollmeier Massivholz GmbH & Co.KG. Es entwickelt ein neues Verfahren, mit dessen Hilfe das Buchenholz im Bauwesen für standardisierte Träger und Stützen genutzt werden soll. Die Carl Zeiss Stiftung fördert das Vorhaben mit 75.000 Euro.

Die Bauwirtschaft verursacht 40 % aller weltweiten CO2 Emissionen. Um dies zu ändern, braucht es in den kommenden Jahren unter anderem einen Wandel hin zum Einsatz von ressourcenschonenden und nachhaltigen Materialien. Für diese kreislaufeffektive Bauweise spielt Holz eine große Rolle.

Allerdings sieht es für die Fichte, die beim Bau derzeit meist Verwendung fin det und eigentlich ein nordisches Holz ist, aufgrund des Klimawandels nicht gut aus. Die Bestände schrumpfen. Eine Al ternative im konstruktiven Holzbau könnte Buchenholz sein, das aktuell mit circa 70 % überwiegend als Brennholz verwendet wird. „Bislang kommt für Schnittholz von Holzbaukomponenten 96 % Nadelholz zum Einsatz, der größte Teil davon stammt von der Fichte“, sagt Professor Dr. Ing. Jürgen Graf, der im Fachbereich Architektur der TU Kaisers lautern (fatuk) zu Holzarchitektur und Holzwerkstoffen forscht. Das habe meh rere Gründe: „Fichte wächst einfach ge

Mit solchen Brettschichtholzträgern aus Buchenholzbrettern niedriger Qualität befasst sich das neue Projekt.

rade und ist leicht zu verarbeiten“, fährt er fort. „Buchen wachsen hingegen mit wechselnden und schrägen Triebspitzen mehrseitig krummwüchsig und sind des halb für die Verwendung als Bauholz forstwirtschaftlich kostspielig zu erzie hen.“ Auch trockne das Holz der Buche schwerer und ist aufwändiger zu verar beiten als Nadelholz. „Die Buche dient meist für den Innenausbau – als Möbel holz oder für Holztreppen“, so der Bauin genieur weiter. Verwendung findet hier der äußere Teil des Stammes. Das Innere, der Kern, wird oft energetisch verwertet. Teilweise wird es niederschwellig auch zur Produktion von Paletten verwendet.

Das Team um Graf beschäftigt sich schon länger mit den Eigenschaften dieses Laubholzes. „Wir haben beispielsweise untersucht, ob der Holzkern eine hohe Tragfähigkeit besitzt, wenn wir ihn als Bretter schneiden; ähnlich wie die guten äußeren Teile für den Möbelbau“,

Das Kernholz der Buche (Buchenholz niedriger Qualität) findet derzeit meist als Brennholz oder Lagerholz Verwendung.

sagt er. „Dabei haben wir festgestellt, dass es sich sehr gut im Bauwesen nutzen lässt, beispielsweise im Steg von I profilierten Trägern.“

Bei Buchenholz besteht jedoch das Problem, dass es sich beim Trocknen stark verformt – eine Tatsache, die nachteilig ist, wenn man Bretter durch Keilzinkung verbinden will. Hierbei werden die Bretter an ihren Enden durch Zinken zusammengebracht und verklebt. Bei Fichtenholz ist es mit dieser Verbindung zum Beispiel problemlos möglich, Endlosbretter für Träger großer Spannweite zu erzeugen. „Mit Buchenholz geht dies bisher im industriellen Maßstab nicht. Wir haben große Schwierigkeiten, die Tragfähigkeit des Grundmaterials über die Keilzinken hinweg zu gewährleisten“, so der Bauingenieur weiter.

Hier setzt nun das neue Vorhaben an: Dazu arbeitet das Team um Graf eng mit

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Foto: Pollmeier Massivholz GmbH

Foto: Pollmeier Massivholz GmbH

dem Unternehmen Pollmeier Massivholz im thüringischen Creuzburg zusammen. Sie möchten ein neues Verfahren entwickeln, mit dem eine stabile Keilzinkung auch bei Buchenholzträgern möglich ist. „Wir werden aus einzelnen Buchenholzbrettern zunächst einen Brettschichtholzträger, kurz BSH Träger, kleben. Die einzelnen Bretter haben dabei rund eine Länge von drei Metern“, erläutert Graf die geplante Methode. In seiner Gesamtheit ist der BSH Träger im Gegensatz zum Einzelbrett dann formstabil. „Im Anschluss soll eine Mechanik zum Einsatz kommen, die solch große Träger zusammenschiebt, um sie über Universalkeilzinken miteinander zu verkleben“, sagt Graf. „Diese Technik wollen wir im

NACHRICHTEN

industriellen Maßstab im Rahmen des Projekts entwickeln.“

Mit dem neuen Verfahren ließen sich mit Buchenholz Träger und Stützen mit großen Längen realisieren. Sie könnten beispielsweise als Bauelemente bei Gebäuden und Hallentragwerken zum Einsatz kommen. Darüber hinaus erforscht das Team Verbindungselemente, mit denen sich die Träger wieder leicht lösen lassen, um wiederverwendet zu werden und dadurch Ressourcen einzusparen.

Das Projekt „Standardisiertes Holzbauelement im Hallenbau – Ressourceneffizienz mit Buchenholz niedriger Qualität (ResBu)“ wird von der Carl Zeiss Stif­

Neue Ingenieurholzbau-Schriften

Die Studiengemeinschaft Holzleimbau e.V. hat im Oktober 2022 zwei überarbeitete Ingenieurholzbau Schriften herausgegeben:

Merkblatt zu ansetzbaren Rechenwerten für Bemessungen nach DIN EN 1995-1-1 in der 15. Auflage

Seit 2012 informieren die Studiengemeinschaft Holzleimbau e.V. und die Überwachungsgemeinschaft Konstruktionsvollholz e.V. über die anwendbaren Rechenwerte für die Bemessung kon struktiver Vollholzprodukte, wie keilgezinktes Vollholz, Duobalken/Triobalken (Balkenschichtholz), Brettschichtholz, Brettsperrholz und Furnierschichtholz. Das Merkblatt zu ansetzbaren Rechenwerten für die Bemessung nach DIN EN 1995 1 ist nunmehr in der 15. Auflage erschienen.

Holz

steht im

Holzschutztechnische Sanierungen planen? Gutachten erstellen? Holzschutzmaßnahmen überwachen und abnehmen? Das und vieles mehr erlernen Teilnehmende in der deutschlandweit einzigartigen Fachfortbildung zum „Sachverständigen für Holzschutz“. Seit 1992 bietet EIPOS – ein Weiterbildungsinstitut für berufsbegleitende Weiterbil­

Informationsdienst Holz „Holschutz bei Ingenieurholzbauten“ in der 2. Auflage

Der 2015 erstmals erschienene Informationsdienst Holz „Holzschutz bei Ingenieurholzbauten“ wurde an die aktuellen Normen angepasst. Gegenstand dieser Schrift ist die Darstellung der Grundsät­

tung gefördert. Die Arbeiten an der TU Kaiserslautern finden im Forschungsschwerpunkt „t lab – Holzarchitektur und Holzwerkstoffe“ statt, dessen Sprecher Prof. Graf ist. Ingenieur:innen und Architekt:innen arbeiten unter anderem an neuen Bauweisen, techniken und strukturen und daran, wie Holz im Bauwesen künftig stärker Verwendung finden kann. Auch neue digitale Techniken und Fertigungsprozesse spielen hierbei eine wichtige Rolle. Die Forschung ist dabei an der Schnittstelle von Architektur, Bauingenieurwesen, Fertigungstechnik und Informatik angesiedelt.

Weitere Informationen: www.architektur.uni kl.de/tlab

dung im Bauwesen – diese umfassende Qualifizierung in Dresden an.

Teilnehmende erwerben eine hohe fachliche Kompetenz auf dem Gebiet des Holzschutzes und qualifizieren sich, Holzschutzgutachten zu erstellen. Dabei wird der Holzzustand ermittelt, Art, Umfang und Ursache der Holzschäden sowie resultierende und geeignete Sanierungsmaßnahmen für wirtschaftliches und mängelfreies Bauen benannt.

ze des vorbeugenden baulichen Holzschutzes.

Weitere Informationen und kostenloser Download: www.ingenieurholzbau.de/aktuell/arti kel detail/neue ingenieurholzbau schrif ten oktober 2022 www.studiengemeinschaft holzleimbau.de

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe 2

Praxisorientierter Lehrplan

neuer Materialien, deren Kombinationen und auch Verarbeitungstechnologien eine Herausforderung für Planende, Ausführende und Sachverständige dar. Innovative Entwicklungen haben zu vielfältigen Lösungen in der Normung, in der Planung und Ausführung, in der Diagnostik und Sanierung von Holzbauwerken geführt. Alle Neuerungen in Teilen der Holzschutznorm 68800 sowie Entwicklungen im modernen Holzbau sind Inhalt des Lehrplans. Baustellen und Laborpraktika runden das inhaltlich anspruchsvolle Lehrprogramm ab.

Nächster Start: 27. April 2023 – jetzt noch anmelden!

Von der Weiterbildung zum Netzwerk

In den Seminargruppen wird gemeinsam gelernt, diskutiert, Wissen weitergegeben. Neue berufliche Kontakte entstehen. Dabei ist der Mix aus Architekt:innen, Bauingenieur:innen und Meistern ein Gewinn für alle: Ziel ist es, auch über die Weiterbildung hinaus in Kontakt zu bleiben und gegenseitig von

Erfahrungen zu profitieren. Der jährliche EIPOS Sachverständigentag Holzschutz und Holzbau bietet hierfür als wichtiger Branchentreff ein Forum für den gezielten Wissensaustausch. Aktuelle Herausforderungen, neueste Erkenntnisse sowie Visionen für künftige Entwicklungen des Bau und Werkstoffes Holz stehen im Mittelpunkt der Tagung.

Wissen kompakt vermittelt: „Alles Holz“Seminarreihe

Das Holzbau Kompetenz Zentrum Sachsen bietet gemeinsam mit EIPOS seit 2022 Tagesseminare rund um den Holzbau an. Mit dem Titel „Alles Holz –Moderner Holzbau“ ist die Seminarreihe Teil der Holzbauinitiative des Freistaats Sachsen, mit der klimabewusstes Bauen mit dem nachwachsenden Rohstoff Holz forciert werden soll. Themen wie Gebäudetechnik im Holzbau, Holzbeläge im Außenbereich oder Konstruktion und Tragwerk im mehrgeschossigen Holzbau werden auch im kommenden Jahr Inhalt von Seminaren in Dresden, Leipzig und Chemnitz sein.

Kongresse – Symposien – Seminare – Messen

Blick auf 2023

Holzbaubegeisterte Architekten, Ingenieure, Fachplaner und Ausführende dür fen sich den 28. Juni 2023 im Kalender freihalten! Der 1. Sächsische Holzbautag wird als Fachkongress der Holzbranche in Sachsen einen festen Platz im Kalender gewinnen. Ziel ist der Wissenstransfer und Erfahrungsaustausch zwischen Wis senschaft und Praxis rund um das Thema „Planen und Bauen mit Holz“, um den Einsatz von Holz im Bauwesen zu stär ken und klimabewusstes Bauen als Bau weise der Zukunft zu etablieren.

EIPOS ist einer der führenden Anbieter berufsbegleitender Weiterbildung für das Bauwesen.

Als gemeinnützige GmbH ist EIPOS Teil der TU Dresden Aktiengesellschaft (TUDAG).

Weitere Informationen zu anerkannten Fortbildungen zu Fachplanenden oder Sachverständigen: www.eipos.de

Änderungen vorbehalten – bitte beachten Sie die aktuellen Informationen der jeweiligen Veranstalter:innen. Ort und TerminVeranstaltung Auskünfte und Anmeldung

München 22.–23. November 2022 BIM World MUNICH www.bim world.de Online 22.–24. November 2022 Dauerhaftigkeit von Parkbauten kompakt www.betonverein.de/veranstaltungskalender

Leipzig 24.–26. November 2022 denkmal www.denkmal leipzig.de Köln 29. November 2022

Leipzig 30. November bis 1. Dezember 2022

Innsbruck 30. November bis 2. Dezember 2022

Online 5.–7. Dezember 2022

Reichenau 8.–10. Dezember 2022

München 24.–27. April 2023 Phoenix, Arizona 11.–15. September 2023

4. Symposium Ingenieurbaukunst – Design for Construction https://ingd4c.org/

10. Betonfachtagung

www.beton.org/aktuell/veranstaltungen/details pv/10 betonfachtagung

26. Internationales Holzbau-Forum www.forum holzbau.com

BIM-BASIS Seminar www.eipos.de/weiterbildung/kurs/bim basis

Historische Holzbauwerke (Tagung)

https://erhalten historischer bauwerke.de/ veranstaltungen

Grouting Fundamentals & Current Practice 2023 www.ernst und sohn.de/en/grouting fundamentals 2022

Bautechnik 99 (2022), Sonderheft Holzbau, Ausgabe

Bautechnik – Fachzeitschrift für Entwurf und Konstruktion, Berechnung und Ausführung, Brücken- und Verkehrsbau, Ingenieurhoch-, Holz-, und Mauerwerksbau, Grundbau, Wasserbau Bauwerkserhaltung und Baukultur.

Verlag

Ernst & Sohn GmbH

Rotherstraße 21, D-10245 Berlin

Tel. +49(0)30/47031-200, Fax +49(0)30/47031-270, info@ernst-und-sohn.de, www.ernst-und-sohn.de Amtsgericht Charlottenburg HRB 237294 B Geschäftsführung: Sabine Haag, Franka Stürmer Steuernummer: 47020/34142, Umsatzsteueridentifikationsnummer: DE 813496225

Chefredakteur Dr.-Ing. Dirk Jesse Tel.: +49 (0)30 / 47031-275, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 dirk.jesse@wiley.com

Project Manager Sarah Bräunlich Tel.: +49 (0) 30 / 47031-248, Fax: +49 (0)30 / 47031-270 sarah.braeunlich@wiley.com

Ehrenmitglieder

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Produkte und Objekte Dr. Burkhard Talebitari Tel.: +49 (0)30 / 47031-273, Fax: +49 (0)30 / 47031-229 btalebitar@wiley.com

Gesamtanzeigenleitung Verlag Ernst & Sohn Fred Doischer

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Chefredaktion

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Chefredaktion Bautechnik Verlag Ernst & Sohn Rotherstraße 21 D-10245 Berlin

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Redaktion – Fachbereich Holzbau

Dr. ès Sc. Till Vallée

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung

Adhesive Bonding Technology and Surfaces Wiener Straße 12 D-28359 Bremen

Tel.: +49 421 2246-474 till.vallee@ifam.fraunhofer.de

Beirat – Fachbereich Holzbau

Prof. Dr. Ing. Klaus Bollinger B+G Ingenieure Bollinger und Grohmann GmbH Westhafenplatz 1 60327 Frankfurt am Main kbollinger@bollinger-grohmann.de

Prof. Dr.-Ing. Steffen Francke Berner Fachhochschule Architecture, Wood and Civil Engineering Solothurnstraße 102 CH 2500 Biel 6 steffen.franke@bfh.ch

Prof. Dr.-Ing. Benno Hoffmeister RWTH Aachen University Ingenieurholzbau | Timber Structures Mies-van-der-Rohe-Str. 1 52074 Aachen hoff@stb.rwth-aachen.de

Pirmin Jung PIRMIN JUNG Schweiz AG Grossweid 4 CH 6026 Rain pirmin.jung@pirminjung.ch

Simon Schmid ZÜBLIN Timber GmbH Industriestr. 2 86551 Aichach simon.schmid@zueblin.de

Prof. Dr.-Ing. Mike Sieder

Technische Universität Braunschweig Institut für Baukonstruktion und Holzbau Schleinitzstraße 21 A 38106 Braunschweig m.sieder@tu-braunschweig.de

Em.o.Univ.Prof. DDI Wolfgang Winter Technische Universität Wien Karlsplatz 13 1040 Wien winter@iti.tuwien.ac.at

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