Unser Weg zum mehrgeschossigen Holzbau

Bereits in den ersten mehrgeschossigen Holzbauprojekten vor 30 Jahren haben wir deutlich gespürt, dass bei den Aussenwand- und Deckenkonstruktionen eine umfangreiche Detailplanung zwingend nötig ist, um die vielfältigen Anliegen der Statik, des Schall-, Wärme- und Brandschutzes, aber auch der Optik, der Dauerhaftigkeit und der Kosten gerecht zu werden. Anders als im Massivbau, bei dem ein Grossteil der Planungsleistungen in einer späten Projektphase erfolgt, ist diese im Holzbau frühzeitig im Projektverlauf einzubeziehen, um Sicherheit und Klarheit gegenüber Bauherrschaften und der Architektur zu gewährleisten. Mit unserem Sinn für die Praxis und unserer wachsenden, vielfältigen Projekterfahrung entwickeln wir die Konstruktionen kontinuierlich weiter.

• Das Tragwerk mit Stützen und Unterzügen, sei es in den Wänden oder freistehend, welches möglichst wenige Setzungen verursachen darf – insbesondere in Kombination mit betonierten Treppenkernen.
• Die Aussenwandkonstruktionen, welche die Projektvorgaben hinsichtlich der architektonischen Gestaltung möglichst präzise umsetzen müssen und, da hier das Tragwerk meist in die Dämm- und Konstruktionsebene integriert wird, gleichzeitig die geforderten Wärme- und Brandschutzschutzanforderungen erfüllen müssen.
• Die Deckenkonstruktionen, welche flächenmässig oft einen grossen Anteil ausmachen, den statischen sowie den Schall- und Brandschutzanforderungen genügen müssen und für den Witterungsschutz während der Bauausführung zentral sind.

Vor 30 Jahren basierten die gängigen Wandkonstruktionen in Holzbauten, wie der Fachwerkbau und der nordamerikanische Rahmenbau, überwiegend auf Querholzverbindungen. Die dabei entstehenden hohen Spannungen quer zur Holzfaser im Stützenbereich und bei den Balkenköpfen der Decken führten jedoch zu unkontrollierten, grossen Verformungen im Tragwerk der Wandkonstruktionen. Damit der Weg in die Höhe möglich war, brauchte es neue Detaillösungen. Setzungen bzw. Verformungen, wie es sie in traditionellen, alten Holzbauten und im Rahmenbau Nordamerikas gibt, waren möglichst zu vermeiden. Als wesentlichster Punkt gilt dabei die Vermeidung von auf Querdruck beanspruchten Hölzern. Bei unseren ersten mehrgeschossigen Wohnbauprojekten haben wir nach Lösungen in der Konstruktion gesucht, um dieses belastete Querholz zu umgehen. Nach verschiedenen akzeptablen, für uns jedoch noch nicht zufriedenstellenden Lösungen, konnten wir im Jahr 2002 bei einem viergeschossigen Mehrfamilienhaus in Zug erstmals eine Detaillösung entwickeln und umsetzen, welche noch heute Standard im mehrgeschossigen Wohnungsbau ist: Die Skelett-Rahmenbauweise.

Entscheidende Innovation für den Holzbau: Der Skelett-Rahmenbau mit Kerto-L-Träger

Ausgangslage war die Forderung des Architekten nach hohen, relativ breiten Fenstern und Sonnenstoren, die in die Wand zu integrieren waren. Daraufhin entwickelten wir den entscheidenden Lösungsansatz des Kerto-L-Querschnittes – also eines L-förmigen Holzquerschnittes, welcher aus zwei verklebten und verschraubten Teilen Furnierschichtholz besteht und als Deckenauflager eingesetzt wird.

Mit diesem konnten wir die Stützen der Aussen- und der Innenwände über die vier Geschosse durchlaufen lassen und die Lasten aus den Decken über den Kerto-L-Träger auf die Hauptstützen abtragen. Zusätzlich wählten wir für die Lastabtragung in den Aussen- und in den Innenwänden nur noch einzelne Hauptstützen und reduzierten die Zwischenstützen auf das konstruktive Minimum, da wir sie nicht dem Tragkonzept zuwiesen und sie daher keine brandschutztechnische Bearbeitung erforderten. So konnte eine setzungsarme Konstruktion mit klar definiertem Lastpfad erreicht werden, ohne dass querverlaufendes Nadelschnitt- oder Nadelbrettschichtholz auf Druck beansprucht wurde. In der Fachsprache kann man bei dieser Bauweise von einer Skelett-Rahmenbauweise sprechen: Das tragende Skelett ist in die Rahmenbauwand integriert.

Klassischer Skelettbau für höhere Holzgebäude

Das siebengeschossige Mehrfamilien- und Geschäftsholzhaus c13 in Berlin, das wir zwischen 2010 und 2012 in der Tragwerksplanung, Bauphysik sowie im Brandschutz gestalten konnten, setzte zu seiner Bauzeit als damals höchstes Holzbauprojekt in Deutschland neue Massstäbe. Die Herausforderung bestand darin, dass die Architektur über die Fassade – anstelle von parallel angeordneten Fenstern – eine relativ freie Fenstereinteilung wünschte. Die Antwort auf diese Forderung fanden wir in der Skelettbauweise. Wir setzten daraufhin eine tragende Struktur aus Holzstützen ein, an die nichttragenden Aussenwandelemente befestigt wurden sowie Stahlunterzüge, in welche HBV-Decken montiert wurden. Die Aussteifung erfolgt über einzelne Innenwände in Längs- und in Querrichtung, die je zwischen zwei Stützen angeordnet sind.

Das Projekt zeigt eindrucksvoll, dass Holzbau bis zur Hochhausgrenze auch bei komplexen Nutzungen eine praktikable und nachhaltige Lösung darstellt. Das Skelettbausystem erachten wir heute bei höheren Gebäuden als absolut zweckmässig, vor allem ist es im Verhältnis kostengünstig und konstruktiv sauber: Das Tragwerk an den Aussen- und Innenwänden wird nicht ins Rahmenbauelement integriert und der Skelettbau kann so ausgeführt werden, dass die Setzungen minimal sind.

Weitere Lösungen für Deckenkonstruktionen und Aussenwandtragwerke in mehrgeschossigen Holzbauten stellen wir im Bereich Innovation und Forschung vor.