Die Verwendung von Laubhölzern für tragende Holzkonstruktionen

Neue Werkstoffe, neue Optionen

Bisher bestehen tragende Holzbauteile überwiegend aus Fichte oder Tanne. Seit einigen Jahren ist jedoch ein Trend hin zu Laubhölzern zu beobachten. So gibt es mittlerweile eine Reihe neuer Bauteile, die daraus verklebt sind oder Nadelhölzer mit Laubhölzern kombinieren – sei es für Platten, Stützen oder Träger. Ihre Eigenschaften, die sich deutlich von denen aus purem Nadelholz unterscheiden, bieten neue Möglichkeiten beim Entwerfen. Doch was leisten die »neuen« Brettschichthölzer tatsächlich, was zeichnet sie im Vergleich zum »klassischen« Fichte-Querschnitt aus und wie ist der Stand der Technik bei ihrer Verwendung?

Text: Susanne Jacob-Freitag, Fotos: Christian Grass; Eckhart Matthäus; Daniele Portanome; Ralf Rosin u. a.

Holzbauteile aus Laubholz sind wegen ihres Erscheinungsbilds für sichtbare Tragwerke und Fassadenkonstruktionen inzwischen sehr beliebt. Vorausschauende Unternehmen sowie Forschung und Entwicklung widmen sich seit Jahren dem Thema Brettschichtholz (BSH) aus Laubhölzern, um diesen Produkten den Markt zu öffnen. Am bekanntesten dürften Buchen- und Eichen-BSH sein, aber es gibt auch BSH aus Esche und Edelkastanie.
Laubhölzer haben im Vergleich zu Nadelhölzern eine deutlich höhere Festigkeit und Steifigkeit, was dem Bauen mit Holz neue Möglichkeiten eröffnet. Aus ihnen lassen sich Bauteile mit sehr hoher Tragfähigkeit herstellen und damit im Vergleich zu Fichte kleinere Querschnitte dimensionieren oder bei gleichen Querschnittsabmessungen größere Spannweiten überbrücken. So können architektonisch anspruchsvolle Bauwerke realisiert werden, die bisher in Holz nicht möglich waren. Das verschafft dem Holzbau die Option, mit anderen Baumaterialien wie z. B. Stahl oder Beton zu konkurrieren und neue Marktsegmente zu erschließen.
Brettschichtholz-Zulassungen für Buche, Eiche und Edelkastanie
Die Herstellung und Verwendung geklebter Bauprodukte aus Laubhölzern wird von bestehenden Normen und Regelwerken jedoch nicht oder nur teilweise abgedeckt, denn sie erlauben für BSH bisher v. a. die Verwendung von Nadelholz. Geklebte Produkte aus Laubholz benötigen daher in Deutschland eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) bzw. eine europäische technische Zulassung (ETA) oder eine Zustimmung im Einzelfall.
Innovative Unternehmen oder Interessenvertretungen von Herstellern verklebter Holzbauteile wie die Studiengemeinschaft Holzleimbau beantragten bereits vor Jahren Zulassungen verklebter Produkte aus Laubholz: BSH aus Buche und BSH-Buche-Hybridträger (kombinierte Träger aus hochfesten Buchenholzlamellen als Decklagen und einem Kern aus Fichtenlamellen) erhielten etwa im Oktober 2009 eine abZ (Z-9.1–679) für den Einsatz als tragendes Bauprodukt. Weitere folgten: Das sogenannte »VIGAM BSH aus Eiche« des Herstellers Gamiz aus Nord-Spanien wurde im Mai 2012 bauaufsichtlich zugelassen (Z-9.1–704) bzw. erhielt 2013 eine ETA (ETA-13/0642); dem Pfosten-Riegel-BSH aus Eiche von Holz Schiller aus Regen wurde die Zulassung (Z-9.1–821) ebenfalls 2013 erteilt.
Auch die Edelkastanie ist eine (seit der Antike) bekannte und häufig genutzte Holzart in vielen Gebieten Süd- und Mitteleuropas. Sie hat aufgrund ihrer ansprechenden optischen Erscheinung und der guten, natürlichen Dauerhaftigkeit große Bedeutung. Das vom nordspanischen Unternehmen Siero lam hergestellte BSH aus Edelkastanie (Abb. 4) wartet seit 2013 mit einer ETA (ETA-13/0646) auf.
In aller Munde: »Baubuche«
Seit Ende 2013 gibt es außerdem das bauaufsichtlich zugelassene BSH aus Buchen-Furnierschichtholz (FSH), das mit schlanken, hochbelastbaren Bauteilen mit astfreien Oberflächen weitgespannte Konstruktionen ermöglicht und so dem Stahlbau Konkurrenz macht. Die Herstellerfirma Pollmeier aus Creuzburg in Thüringen hat ihm den Namen »BauBuche« gegeben (Z-9.1–837 für »BauBuche«-Träger; Z-9.1–838 für »BauBuche«-Platten). Seitdem sind schon einige Gebäude damit errichtet worden: Etwa das dreigeschossige Bürogebäude Euregon in Skelettbauweise in Augsburg (lattkearchitekten, Tragwerksplaner bauart konstruktions GmbH, Abb. 5, 6 und 7), oder der Erweiterungsbau der Europäischen Schule in Frankfurt am Main (NKBAK Architekten, Tragwerksplaner Bollinger + Grohmann, s. db 11/2015, S. 69), bei dem Unterzüge aus dem Buche-FSH die erforderliche ›
› Klassenzimmerbreite von 9 m bei gleichzeitig geringer Höhe der Deckenkonstruktion ermöglichten (Abb. 8). Im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojekts untersucht und entwickelt die TU München derzeit außerdem ein Bausystem für Parkhäuser (Abb. 9) mit dem neuen, hochtragfähigen Werkstoff. Auch Gewerbehallen mit Fachwerkträgern aus »BauBuche« sind derzeit im Bau – nicht nur in Deutschland, sondern auch in Österreich. Sie erreichen Längen von bis zu 35,5 m. In Österreich wurde im Juli 2015 sogar ein »BauBuche«-Gebäude mit dem Vorarlberger Holzbaupreis ausgezeichnet: die Werkstatt mit Ausstellungsraum der Tischlerei Mohr (Architekt Andreas Mohr, Tragwerksplaner merz kley partner) im Bregenzerwald (Abb. 1).
Was bieten Buche-BSH und Buche-FSH?
Kommen wir zurück auf Buche-BSH. Dieses darf, auch in Form der o. g. Hybridträger, für alle Holzbauteile eingesetzt werden, für die nach der europäischen Holzbaunorm DIN EN 1995–1–1 (Eurocode 5–1–1, kurz EC 5) die Verwendung von Vollholz oder BSH aus Nadelholz erlaubt ist. Die Höhe der Bauteile darf jedoch höchstens 60 cm, diejenige der Hybridträger 90 cm betragen. Die Breite ist auf max. 15 cm festgelegt. Der Einbau dieser Holzbauteile ist auf beheizte Innenräume beschränkt (Nutzungsklasse 1); Durchbrüche sind nicht zulässig. Mit chemischem Holzschutz- oder Feuerschutzmitteln behandelte Holzbauteile sind jedoch nicht zugelassen. Die Träger eignen sich für ebene und räumliche Fachwerke und Tragwerke, deren einzelne Bauteile mit mechanischen Verbindungen zusammengefügt werden. Beachtenswert in diesem Zusammenhang ist, dass – im Vergleich zu gleichartigen herkömmlichen Verbindungen in Nadelholz – in der Regel etwa die halbe Anzahl von Stabdübeln aus hochfestem Stahl ausreicht. Das führt zu einfachen und sparsamen Verbindungen und Knotenpunkten.
Buchen-Vollholz hat im Vergleich zu Buchen-FSH deutlich höhere Quell- und Schwindmaße. Das aus 3,7 mm dicken Buche-Schälfurnieren hergestellte FSH ist dagegen besonders formstabil und homogen. Gegenüber herkömmlichen Holzbauprodukten aus Nadelholz (BSH, FSH, Brettsperrholz (BSP) und Konstruktionsvollholz (KVH)) ist Buche-FSH bis zu dreimal tragfähiger. Verantwortlich für die höhere Festigkeit ist v. a. die große Dichte der Buche. Die Biegefestigkeit von Buchen-FSH wurde auf + 53 % gegenüber Nadel-FSH (Kerto) und + 17 % gegenüber Buchen-BSH festgestellt. Entsprechend schlanker lassen sich die Bauteile dimensionieren. Zusammen mit dem geringeren Materialverbrauch bzw. den größeren Spannweiten gleicht dieser Vorteil die erhöhten Kosten für Buche-FSH (laut Hersteller unter 700 Euro/m3, Stand 2015) gegenüber z. B. Fichten-BSH (unter 400 Euro/m3) schnell aus.
Was bietet Eichen-BSH?
Schon in den Jahren vor der Erteilung der abZ wurde immer öfter – baurechtlich zunächst ungeregelt – BSH aus Eiche v. a. im Fassadenbau für Pfosten-Riegel-Konstruktionen eingesetzt. Für eine Reihe von Gebäuden wurden hierzu Zustimmungen im Einzelfall erwirkt, meist auf Basis experimenteller Untersuchungen und gutachtlicher Bewertungen. Seit Mai 2012 darf, wie eingangs bereits erwähnt, »VIGAM BSH aus Eiche« für alle Holzbauteile verwendet werden, für die nach dem EC 5 die Verwendung von Vollholz oder BS-Holz aus Nadelholz erlaubt ist. Die Bauteile dürfen max. 40 cm hoch sein, die Breite muss mind. 5 cm und darf max. 16 cm betragen. Die Trägerlänge ist auf 12 m beschränkt. Eichen-BSH darf nur unter den klimatischen Umgebungsverhältnissen der Nutzungsklassen 1 und 2 (beheizte Innenräume und nicht bewitterter Außenbereich) verwendet werden und zielt auf einen speziellen Nischenmarkt ab: Es findet hauptsächlich dort Einsatz, wo Qualität, Ästhetik und Beständigkeit im Vordergrund stehen. Den gestalterischen Vorteil ausnutzend, wird es daher derzeit hauptsächlich bei Pfosten-Riegel-Fassaden verwendet sowie im Objektbau und bei sichtbaren Dachkonstruktionen, bei der Restaurierung denkmalgeschützter und dem Wiederaufbau historischer Gebäude oder oftmals bei Wintergärten. ›
Esche-BSH: nicht in Deutschland, aber in der Schweiz
Für geklebte Produkte aus Eschenholz gibt es in Deutschland noch keine bauaufsichtliche Zulassung. Allerdings ist in der Schweiz der Einsatz von BSH aus Esche aufgrund eines liberaleren Baurechts möglich. Seine Leistungsfähigkeit konnte dort bereits in mehreren Bauwerken eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden.
Eschenholz kann bei hochbelasteten Bauteilen ebenfalls eine wirtschaftliche und gestalterische Option sein. Es bietet mind. 50 % höhere Biege- und Schubfestigkeiten als Fichte, sodass Trägerquerschnitte bei gleicher Belastung um etwa 60 % kleiner dimensioniert werden können. Hinzu kommt, dass sich Esche einfach mit Fichte kombinieren lässt. Da es dreimal so teuer ist wie Fichte, ist es möglich, Esche nur dort einzusetzen, wo es zwingend erforderlich ist.
Bei der Dachkonstruktion der »Parkgarage Innerarosa« im Schweizer Kanton Graubünden wurden diese Vorteile gezielt genutzt (Abb. 12). Aufgrund der bis zu knapp 20 m großen Spannweiten und der extremen Schneelasten (11 kN/m² auf 1 800 m Höhe) setzten die Planer (ARGE LutzBuss Architekten mit masKarade, Tragwerksplaner Walt + Galmarini) auf Eschen-BSH und kombinierte Esche-/Fichte-BSH-Träger. Denn sinnvolle Querschnitte waren herstellungs- und transportbedingt aus Fichte nicht möglich – in Fichte hätten zwei einzelne Träger mit einer Höhe von mehr als 2 m zu einem Querschnitt von 30 cm Breite verklebt werden müssen.
Einsparpotenzial Verbindungsmittel
Die konstruktiven Vorteile der Laubhölzer auch im Bereich von Anschlüssen sind auf die hohe charakteristische Rohdichte zurückzuführen: Bei der Verwendung von Verbindungsmitteln wie z. B. Stabdübeln und Passbolzen ist die Lochlaibungsfestigkeit höher, sodass sich, wie beim Buche-BSH und Buche-FSH bereits erwähnt, die Kräfte zwischen Bauteilen mit einer deutlich geringeren Anzahl an Verbindungsmitteln übertragen lassen. Ein weiterer Pluspunkt ist die höhere Querdruckfestigkeit der Laubhölzer. Diese ist etwa dreimal so hoch wie bei Nadelholz und ermöglicht beispielsweise die Einleitung höherer Auflagerkräfte in Bauteile [1]. Bei der Verwendung von Schrauben ist jeweils darauf zu achten, ob sie zur Verbindung tragender BSH-Bauteile aus Laubholz zugelassen sind. Bisher bietet lediglich SPAX drei abZ, die das explizit für BSH aus Buche, Eiche und Esche erlauben (Z-9.1–235, Z.9.–1–449 und Z-9.1–519) – und immer mit Vorbohrung [1].
Die Forschung muss noch Vieles klären
Um die Vorteile von Laubhölzern in der konstruktiven Anwendung umfassend zu nutzen, besteht in einigen Bereichen noch Entwicklungs- und Forschungsbedarf. Ungelöste Probleme lassen sich mittelfristig sicher klären. Dies betrifft beispielsweise holzartenspezifische Eigenschaften wie unerwünschte Verformungen bei der technischen Trocknung, die außerdem zeitintensiv und/oder teuer ist, oder das bei Feuchtewechseln im Vergleich zu Nadelhölzern stärkere Schwinden und Quellen aufgrund der höheren Rohdichte etc. Soll eine erhöhte Dauerhaftigkeit mithilfe von Schutzmitteln erreicht werden, kann sich die gute Imprägnierbarkeit von Buche und Esche als vorteilhaft erweisen. Verklebte Bauteile aus Laubholz und ihre Einsatzmöglichkeiten werden die Holzbauwelt – ob Unternehmen oder Forschung und Entwicklung – noch lange beschäftigen. •
Weitere Informationen und Quelle:
[1] Michael Schmidt (Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten), Stefan Torno und Markus Knorz (Holzforschung München, TU München): Laubholz im Bauwesen – ein aktueller Überblick. In: Bauen mit Holz, 12/2012, S. 34-38
  • Eines der ersten Projekte in der Schweiz, bei dem Laubholz (Esche) in Kombination mit Fichtenholz eingesetzt wurde, ist die Vierfach-Sporthalle in Sargans. S. db 5/2013, S. 38
  • Ein weiteres Beispiel zur Anwendung von Esche und einer Buchenholz-Beton-Verbunddecke s. db 10/2016, House of Natural Resources der ETH Zürich, ab S. 67
Hersteller: (Grupo) Gámiz, Sta. Cruz de Campezo (Álava) (ES), www.grupo-gamiz.com/ bzw. www.brettschichtholz-aus-eiche.de/gamiz/ Holz Schiller, Regen, www.holz-schiller.de/ Siero lam, Siero, Asturias (ES), www.sierolam.com Pollmeier Massivholz, Creuzburg, www.pollmeier.com/de/