20 Geschosse, (fast) ganz aus Holz

20 Geschosse, (fast) ganz aus Holz

Gefäss: 
In vielen europäischen Ländern sind die Bauordnungen in den vergangenen Jahren angepasst worden und gestatten den Einsatz von Holzbau bei Gebäuden mit vier, fünf und mehr Geschossen. Am weitesten geht die aktuelle Fassung der österreichischen Bauordnung. Ein österreichisches Planungsbüro hat es sich zum Ziel gesetzt, ein Holzhochhaus mit 20 Geschossen zu realisieren.
 
Nachhaltiges Bauen ist aktuell eines der wichtigsten Ziele der Planer und Ausführenden im Baugewerbe. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, leicht, tragfähig und einfach zu bearbeiten. Die Energiebilanz von hölzernen Bauelementen ist erheblich besser als bei den üblichen im Hochbau eingesetzten Materialien wie Stahl oder Beton. Und in den letzten Jahren sind Holzwerkstoffe entwickelt worden, deren Tragfähigkeit gegenüber dem gewachsenen Vollholz teilweise verdoppelt wurden. So ist die Idee, eine Hochhaus aus Holz zu bauen, nur die konsequente Fortsetzung dieser Entwicklungen der letzten Jahre. Im Jahr 2008 hat die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) der nationalen Förderstelle für anwendungsorientierte und wirtschaftsnahe Forschung in Österreich ein Projekt finanziert, das den Namen 8+ bekam. Beteiligt waren die Firmen Rhomberg Bau GmbH, Wiehag GmbH und das Architekturbüro Schluder und weitere Einrichtungen. Das Ziel war, wie der Name schon vermuten lässt, die Untersuchung von Holzhochhäusern mit mehr als acht Geschossen. Es wurden verschiedene Systeme untersucht, verglichen und vorbemessen. Der Bericht endet mit einem Konzept für ein Hochhaus mit 20 Geschossen in Holzbauweise.

Forschungsprojekt LifeCycle Tower

Anfang 2009 wurde beschlossen, das Forschungsprojekt über die Grundlagenforschung hinaus in die Experimentelle Forschung fortzusetzen. Die Firmen Rhomberg und Wiehag suchten neue Partner für die nächste Stufe des Forschungsprojektes, die das hölzerne Hochhaus bis Baugenehmigungsreife entwickeln sollten. Die Wahl fiel auf das Architekturbüro Architekten Hermann Kaufmann ZT GmbH, Arup als Fachplaner für Tragwerksplanung, Brandschutz und Fassadenplanung und die TU Graz für den Bereich technische Ausrüstung und Energiedesign. Seit Februar 2009 wird in diesem Team das Konzept für ein Holzhochhaus weiterentwickelt. Das Hochhaus, das neben Flächen für Gewerbe und Einzelhandel im Sockel in den oberen Geschossen Büro-, Wohn und Hotelnutzung erlauben soll, wird für einen konkreten Standort in Österreich geplant und soll an diesem Standort ab 2010/2011 realisiert werden. Diese Projektphase wird im Rahmen des Programms «Haus der Zukunft Plus» von der FFG und dem Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) gefördert. Die Projektpartner Rhomberg, Wiehag, Kaufmann und Arup sind ebenfalls finanziell an dem Forschungsprojekt beteiligt.
 
Als Erstes wurden die Bauabläufe für ein Gebäude in Holzbauweise untersucht, um daraus Rückschlüsse auf mögliche Systeme zu ziehen. Da Holz erheblich leichter ist als Beton, sind Vorfertigung und Montage von Fertigteilen erheblich günstiger. Daraus resultierte die Idee, das Hochhaus als Systemhaus in Fertigteilbauweise auszuführen und wo möglich «trockene» Verbindungen zu wählen und Betonier- oder Estricharbeiten zu reduzieren. In der Folge wurden dann die Elemente Decke, Fassade und Kern als Fertigteile entwickelt. Vorgesehen ist ein 1000-Quadratmeter-Geschossgrundriss mit einem zentralen Kern.

Flexible Nutzung dank Systembau

Die Systembauweise soll ebenfalls Varianten dieses Grundrisses ermöglichen, um eine flexible Nutzung und Anpassung an lokale Gegebenheiten zu ermöglichen. Ein entscheidender Punkt bei der Realisierung des Hochhauses sind die Herstellungskosten. Trotz eines nachhaltigen Gebäudekonzepts wird dieses Konzept nur Erfolg haben, wenn die Baukosten mit einem klassischen Skelettbau vergleichbar sind. Parallel zur technischen Planung läuft daher ein kontinuierlicher Optimierungsprozess zu den Baukosten, denn das Gesamtkonzept muss sich auch im Kostenwettbewerb mit herkömmlichen Systemen durchsetzen können.
 
Das geplante Holzhochhaus wird aufgrund des verwendeten Baustoffes nachhaltig sein; man strebt eine höchstklassige Zertifizierung nach LEED, DGNB oder ÖGNB (US-amerikanische, deutsche und österreichische Normen zur Quantifizierung von nachhaltigen Gebäudekonzepten) an.

Deckensysteme

Bei den Decken sind ausser den statischen auch bauphysikalische und brandschutztechnische Randbedingungen zu berücksichtigen. Im Einzelnen sind dies:
  • Deckenspannweite:6, 7, 8 oder 10 Meter?
  • Schallschutz:Wie viel Masse muss die Deckenkonstruktion aufweisen, um die Trittschallanforderungen für Büro- oder Hotelnutzung zu erfüllen?
  • Schallschutz: Wie sieht ein möglicher Trennwandanschluss aus?
  • Brandschutz: Wie kann die Brandweiterleitung von Geschoss zu Geschoss vermieden werden?
 
Schnell war klar, dass kleine Spannweiten, obwohl besser für den Holzbau geeignet, die Nutzung im Vergleich zu einem konventionellen Stahlbetonskelettbau zu sehr einschränken. Als Deckenspannweiten wurden daher 8,1 Meter und 9,45 Meter festgelegt. Diese Spannweiten lassen sich nicht mehr als Vollholzdecken (zum Beispiel in Kreuzlagenholz) realisieren. Für den Schallschutz ist eine Massivholzdecke ebenfalls nicht ausreichend schwer und müsste mit entsprechender Schüttung oder Estrich verbessert werden. Und schliesslich gibt es noch den Brandschutz, der sich in Massivholz nicht realisieren lässt, wenn die Decken nicht komplett gekapselt werden.
 
Daher wurde eine Stahlbeton-Holz-Verbundkonstruktion als Deckensystem gewählt, um die Anforderungen zu erfüllen. Die Holzschicht wird in einzelne Träger aufgelöst. So kann zum einen Brettschichtholz statt Kreuzlagenholz verwendet werden (beim Brettschichtholz laufen alle Fasern in einer Tragrichtung, beim Kreuzlagenholz jeweils 50 Prozent in Längs- und Querrichtung, also hat das Brettschichtholz bei der gewählten Anordnung die höhere Tragfähigkeit), zum anderen erfüllt die Stahlbetonschicht die Anforderungen des Brandschutzes und des Schallschutzes.
 
Zurzeit werden drei Deckensysteme untersucht:
  • eine Verbunddecke mit 20 cm Stahlbetonplatte und 16 cm starken BSH-(Brettschichtholz-) Lamellen;
  • eine Version mit 16 cm Stahlbetonplatte und 20 cm starken BSH-Lamellen;
  • eine Pi-Platte mit 12 cm Spiegel und 16 cm starken BSH-Lamellen.
 
Hinsichtlich des Brandschutzes ist diese Lösung ideal, die Stahlbetonplatte trennt die Geschosse in einzelne Brandabschnitte und unterbindet ein Durchbrennen im Brandfall.
 
Für den Schallschutz wird nun geprüft, wie dünn die Decke unter Berücksichtigung der Anforderungen werden kann. Hierbei wird die Wirkung eines vorgesehenen Estrichs auf Trittschalldämmung mit berücksichtigt.

Aussteifungskonzept und Bauweise des Kernes

Für die Erschliessung und Aussteifung wird ein zentraler Kern geplant. Als Material für die aussteifenden Kernwände wird ebenfalls BSH eingesetzt. Zurzeit werden Konstruktionsvarianten geprüft:
  • Bauweise aus senkrechten BSH-Trägern, die als zwei bis zweieinhalb Meter lange Wandstücke aneinander gesetzt werden. Hier liesse sich der gesamte Kern in zwei vertikalen Abschnitten realisieren, da 30 Meter Länge bei der Trägerherstellung möglich sind.
  • Auflösung in Fachwerkscheiben aus BSH-Stäben. Diese Bauweise ist erheblich leichter. Die Aussteifung über einen zentralen Kern ist für den Systembau vorteilhaft, da in der Fassade grösserer Gestaltungsspielraum gegeben ist. Ein Holztragwerk zur Aussteifung ist für die Einhaltung der Behaglichkeitskriterien im Hochbau günstiger als ein Stahlbetonkern. Verschiedene Normen (zum Beispiel die ISO 6897 sowie der Kanadische NBCC) regeln die zulässigen Querbeschleunigungen am Kopf eines Hochhauses in Abhängigkeit von der Nutzung. Die vorgesehene Wohn- oder Hotelnutzung ist hier natürlich kritischer als eine Büronutzung. Der Baustoff Holz hat mit seinen Eigenschaften und auf Grund der Verbindungsmittel bessere Dämpfungseigenschaften als ein monolithischer Stahlbetonkern. Für die Aufzüge wird ein Stahlgerüst vorgesehen, das eine einfache Montage der Lifte ermöglicht.

Integriertes Fassadenkonzept

Die Fassade des Hochhauses ist zurzeit als Doppelfassade konzipiert. Basierend auf einem Raster von 2,7 Meter sind Fertigelemente geplant mit integrierten Fassadenstützen und der vollständigen «Gebäudehaut». Die Trennung der Gewerke Rohbau und Fassade wurde hier ausdrücklich aufgegeben, um die Vorteile der Vorfertigung optimal auszunutzen.
 
Die Integration des Tragwerks in die Fassadenebene gestaltet sich bei den ausgezeichneten Dämmeigenschaften des Baustoffes Holz wesentlich einfacher als mit den klassischen Materialien Stahl und Beton.
 
Es ist vorgesehen, die Fertigteile geschossweise zu montieren und dann die Deckenelemente aufzulegen. Die Übertragung der Lasten erfolgt über Pressung, es ist daher nur noch eine Lagesicherung vorzusehen, die durch den Verguss der Fugen der Deckenfertigteile erreicht wird. Bei der Detaillierung dieser Fugen wurde auf eine möglichst «trockene» Lösung geachtet.
 
Besonders dieses integrierte Fassadenkonzept ermöglicht eine Beschleunigung im Bauablauf. Die Fertigteillösung zum einen, aber vor allem die Kombination von Tragwerk und Gebäudehülle in einem Element erlauben eine verkürzte Bauzeit. Nach Einbau der Decken ist das darunter liegende Geschoss fertig für den Innenausbau.

Technische Gebäudeausrüstung

Die Gebäudetechnik wird zentral im Untergeschoss oder in einem Technikzwischengeschoss installiert und über die Schächte am Kern verteilt. Um den Kern herum wird ein abgekofferter Bereich vorgesehen, die Verteilung erfolgt dann in der Deckenkonstruktion, parallel zu den Holzrippen. So bleibt auch im Innenraum der Baustoff Holz erfahrbar und die Geschosshöhen sind niedriger, weil Tragwerk und Technische Installation sich den Raum im Deckenpaket «teilen» und daher auf eine Abhangdecke verzichtet werden kann.
 
Für die Installation im Fussboden sind Bodentanks und Kabelkanäle vorgesehen. So kann auch in den Büroflächen auf einen Doppel- oder Hohlraumboden verzichtet werden. Auch hier ist ein Gewinn an Höhe möglich, gegenüber den üblichen 15 Zentimetern kann mit einem Bodenaufbau von sieben bis neuen Zentimetern gearbeitet werden.

Brandschutz

Der Bereich Brandschutz ist natürlich bei einem Bauwerk aus Holz besonders wichtig. In der Planung sind hier noch verschiedene Ansätze zu prüfen und auf ihre Genehmigungsfähigkeit zu untersuchen. Für die Fassadenstützen und das Deckentragwerk wird der Feuerwiderstand über Abbrand nachgewiesen. Das Konstruktionsprinzip «Systembau» erlaubt den Austausch von geschädigten Fassadenelementen beziehungsweise die Sanierung von Brand geschädigten Holzrippen. Eine Sprinklerung wird generell vorzusehen sein, um eine Ausbreitung des Feuers im Brandfall zu vermeiden.
 
Für den Kern sind ausser dem Feuerwiderstandsnachweis über Abbrand auch Beplankungen in F 90-Qualität denkbar.
 
Zwischen den Geschossen bilden die Stahlbetondecken eine Abschottung, auch im Bereich der Fassadenstützen wird konsequent Bauteil auf Bauteil gestapelt, so dass hier immer mindestens 10 Zentimeter Beton zwischen den Etagen vorhanden ist. Für die Fassade wird im Moment die Frage des Brandüberschlags untersucht. Um psychologische Vorbehalte gegenüber dem Baustoff Holz abbauen zu können wird grosser Wert auf die Beurteilung des LifeCycle Towers durch etablierte Brandversicherer gelegt.

Programmpunkte für das vierte Quartal 2009 und 2010

Die Planung wird in den nächsten Monaten weitergeführt. Bis November wird es weitere Erkenntnisse zu präsentieren geben.
  • Für den Bereich Tragwerksplanung werden genauere Untersuchungen zum Schwingungsverhalten des Gebäudes am 3D-Modell geplant, um unter Berücksichtigung des Dämpfungsverhaltens von Holz sowie unter Berücksichtigung verschiedener Verbindungsdetails die Behaglichkeit im Gebäude zu prüfen. Das Beschleunigungsverhalten des Hochhauskopfes wird genauer untersucht werden, um für eine mögliche Hotel- oder Wohnnutzung in den obersten Etagen jederzeit hohe Behaglichkeit gewährleisten zu können.
  • Es sind erste Abstimmungsgespräche mit der Bauaufsicht vorgesehen, um die Genehmigungsfähigkeit der Konstruktion zu klären. Diese Gespräche werden Architektur, Brandschutz und Statik abdecken.n Die Deckenkonstruktionen werden nach abschliessender Bemessung getestet werden. Hierbei werden zum einen die statischen Eigenschaften (Auflagerdetails, Durchbiegung, Schwingung und Wirkung der Verbundmittel) geprüft werden, zum anderen sind Untersuchungen zu Tritt- und Raumschallübertragung geplant.
  • Für 2010 ist der Bau eines kleinen Prototyps geplant (drei bis vier Geschosse), um die einzelnen Produktionsschritte und die Montage zu prüfen.
(pd/küm)