Brettsperrholz-Elemente aus Laubholz im Experiment

Tanzende Treppe

Angesichts der zunehmenden Beliebtheit von Holzbauten wird in letzter Zeit die Frage diskutiert, ob Laubholz sich ebenfalls für konstruktive Lösungen eignet. Anhand einer begehbaren Skulptur aus amerikanischem Tulpenholz wurden jetzt materialtechnische und statische Fragen durchexerziert.

Ein großer Spaß für das Publikum und ein großer Gewinn für die Initiatoren – so lässt sich die Wirkung der »Endless Stair« zusammenfassen. Bereits vor der offiziellen Eröffnung krabbelten Besucher die 15 Treppenläufe auf der einen Seite hinauf und auf einer anderen herunter, fotografierten in 8 m Höhe mit Blick über die Themse den zunächst geplanten Standort St. Paul’s Cathedral (s. db 8/2013, S. 11) und umrundeten die Skulptur. Von M. C. Eschers Grafiken inspiriert, spielte sie mit ihren verschiedenen Perspektiven: mal raumgreifend mit expressiven Gesten in Richtung Stadtsilhouette, mal schmal und schlicht, »nur« eine Treppe.

Die Skulptur wurde vom Londoner Büro dRMM entworfen und von einem Projektteam bei Arup statisch definiert. Von Anfang an stand fest, dass die Treppe aus amerikanischem Tulpenholz (tulipwood) bestehen sollte, um als Prototyp für verschiedene Untersuchungen zu dienen: Welche Eigenschaften hat das Holz? Wie verhält es sich als Brettsperrholz (BSP)? Wie sieht die Lebenszyklus-Bilanz aus? Und nicht zuletzt: Lässt es sich auch sichtbar als Oberfläche einsetzen? Der entwerfende Architekt, Alex de Rijke, beschäftigt sich seit Längerem mit nachhaltiger Gestaltung und sieht Holz als »den Beton des 21. Jahrhunderts«. Deshalb waren zwei der maßgeblichen Parameter, die Treppe demontierbar und wiederverwendbar zu gestalten, und außerdem die einzelnen Elemente so zu definieren, dass möglichst wenig Abfall entstehen würde. So wurden etwa die übereinandergeschuppten, L-förmigen Trittstufe-Geländer-Elemente so geplant, dass sie den fertigen Dimensionen des eingesetzten dreilagigen Tulpenholz-BSPs (580 mm breit, 60 mm dick) entsprechen. Sie bestehen aus drei verschiedenen Qualitäten: die »schlechteste« – aus kleineren Holzlamellen, die nach dem Herausschneiden von Ästen übrigblieben – befindet sich in der Mitte, umgeben von der besten Qualität für die Sichtseiten des BSP oben und der zweitbesten für die Untersichten. Als Abstandhalter wurden 100 mm hohe Blöcke aus fünflagigem Tulpenholz-BSH eingesetzt. Die Geländerstäbe auf der zweiten Seite der Stufen bestehen ebenfalls aus Tulpenholz.
Eigenschaften als Brettsperrholz
Der Tulpenbaum (liriodendron tulipifera) stammt aus den USA und hat den kuriosen Namen von seinen tulpenförmigen Blüten. In den letzten gut 50 Jahren hat sich sein natürlicher Bestand mehr als verdoppelt. Das zusammen mit der Tatsache, dass das Holz bislang eher als Nutzholz, z. B. für Betonschalungen, verwendet wird, ist ein Grund, weshalb es relativ günstig ist. Außerdem ist es in der Verarbeitung unproblematisch: Das helle Holz trocknet recht schnell, hat wenige Äste und lässt sich somit einfach bearbeiten. Die Eigenschaften des Materials waren bereits gut erforscht – es ist leicht aber fest –, doch nicht das Verhalten als BSP. Deshalb untersuchten die Ingenieure von Arup für den Entwurf der filigranen Treppe drei BSP-Testelemente. Auch Nadelholz-BSP, so Andrew Lawrence, Holzspezialist bei Arup, sei noch nie zu einer solch komplexen Konstruktion verbaut worden. Im Mittelpunkt der Versuche stand der sogenannte Rollschub, der auftritt, wenn BSP belastet wird. Im Gegensatz zur Stabilität der Holzfasern parallel zur Last zeigen die Fasern in den querliegenden Brettern die Tendenz, übereinander zu »rollen«, mit entsprechenden Auswirkungen. Das Ergebnis zeigt, dass Tulpenholz etwa dreimal so fest und steif gegenüber Rollschub wie Nadelholz ist.
Tragwerk
Obwohl die Treppe einen wild bewegten Eindruck macht, ist das statische System relativ einfach. Je zwei Treppenläufe bilden eine Art Bogen. Die Lasten werden durch die Trittstufen und die Abstandhalterblöcke direkt bis in den Antritt aus Beton übertragen, der auf Einzelfundamenten ruht; die Geländerelemente steifen durch ihre Überlappung und den geringen Rollschub die Treppenläufe aus. Auch als Gesamtsystem ist die Treppe in sich stabil, da die Treppenläufe sich gegenseitig stützen. Ganz ohne profane Stützen geht es dennoch nicht: Fünf (aufgelöste) Pfosten sind in die Konstruktion eingearbeitet.
Eine wesentliche Einflussgröße stellten die Personen dar, die sich auf der Skulptur tummeln würden – für Alex de Rijke ein wichtiges architektonisches Element einer Treppe. Für die Simulation wurde das Verhalten von Menschen auf Rolltreppen angesetzt: Selbst bei hoher Personendichte ist nur jede zweite Stufe belegt. Das ergab eine Last von 2 kN/m². Für Fälle, in denen die Besucher auf der Skulptur dichter stehen würden, nahm man eine Last von 4 kN/m² an. In der Simulation ergab sich außerdem eine Verformung von max. 20 mm an der Spitze des auskragenden Treppenlaufs – in der Tat spürbar, doch tolerierbar. Doch man beließ es nicht bei Simulationen: Es wurden Test-Treppenläufe gebaut, auch am endgültigen Standort gab es noch einen Durchlauf. Begleitende Messungen zeigten, dass die Konstruktion steifer als erwartet war.
Nachhaltig?
Nicht zuletzt stellt sich angesichts des Aufwands vom Transport über die Herstellung der Treppe bis zur dreiwöchigen Ausstellungszeit die Frage nach ihrer Nachnutzung. Es ist geplant, den Prototyp oder Teile davon im nächsten Jahr an verschiedenen Orten zu zeigen. Erste Station war bereits im Oktober die Werkschau »architektur 0.13« in Zürich. •
  • Architekten: dRMM, London Tragwerksplanung: Arup, London Holzbauer: Nüssli, Hüttwilen Holzlieferant: American Hardwood Export Council
  • Weitere Informationen: Projektbroschüre, Informationen zum Holz: www.americanhardwood.org www.americanhardwood.org

  • Technik aktuell (S. 70)
    Dagmar Ruhnau (dr)
    1968 in Stuttgart geboren. Studium der Kunst, Anglistik, Architektur. 2001 Diplom. Volontariat. Berufstätigkeit in Architekturbüros, Redaktionen und PR-Agentur. Seit 2006 bei der db.