Massivholzbau mit erweiterten Möglichkeiten

Stadtwerke Kirchheim setzen erstmals in Deutschland neuartiges Konstruktionssystem für mehrgeschossiges Gebäude ein.

Die Stadtverwaltung Kirchheim unter Teck (Baden-Württemberg) hat seit 2013 ein Klimaschutzkonzept mit dem Ziel, die eigenen CO2-Emissionen bis 2030 um 37 % im Vergleich zu 2013 zu senken. Ein Neubau der Stadtwerke in Holz-Hybridbauweise soll zu diesem Ziel beitragen. Eingesetzt wird hier erstmals für ein mehrgeschossiges Gebäude in Deutschland ein Verbindungssystem für unterzugfreie Decken aus Brettsperrholz, das große Stützweiten von 7 × 7 m und eine Lastdurchleitung von 5 000 kN ermöglicht.

Neubau der Stadtwerke Kirchheim mit umgebauten Bestandsgebäuden auf der Rückseite Visualisierung: Media 4D GmbH

Der dreigeschossige Erweiterungsbau mit 831 m² Bruttogeschossfläche im Gewerbegebiet Bohnau soll nach der geplanten Fertigstellung im Frühjahr 2024 zusammen mit den umgebauten Bestandsgebäuden alle Sparten des Eigenbetriebs, die bislang auf verschiedene Standorte verteilt sind, unter einem Dach zusammenführen. Das Gebäude wird in Holz-Hybridbauweise errichtet: Treppenhauskern und Untergeschoss werden mit Recycling-Beton bzw. wasserundurchlässigem Beton errichtet, die Obergeschosse in Skelettbauweise mit Brettschichtholz-Stützen, Decken und Dach aus Brettsperrholz (CLT) und die nicht-tragenden Außenwände in Holzrahmenbauweise.

„In Deutschland ist dieser Neubau tatsächlich das erste Gebäude mit der Konstruktionsweise der punktgestützten Massivdecke – es gibt bisher nur je ein gebautes Beispiel in Österreich und in der Schweiz“, erklärte Uwe Ruckgaber vom Architekturbüro Bankwitz, Kirchheim/Teck, beim Spatenstich im Juli 2022. Bankwitz hat in diesem Projekt neben der Planung in den Leistungsphasen 1 bis 9 auch die Holzbauplanung übernommen. Warum sich Planer und Bauherrschaft auf eine vorher noch kaum eingesetzte Bauweise eingelassen haben, erklären die Vorteile dieser Art, mit Holz zu bauen: Die Tragkonstruktion ermöglicht große Spannweiten mit einem Stützenraster von 7 × 7 m, was insbesondere für den gewerblichen Bereich große Flexibilität bei der Leitungsführung, der Trennwandanordnung und damit in der Nutzung die Schaffung eines großen Foyers im Erdgeschoss und großzügiger Besprechungsräume ermöglicht. Der verantwortliche Tragwerksplaner vom Büro Furche Zimmermann Geiger in Köngen, hatte auf einem „Brettsperrholz-Seminar“ 2019 bei Rothoblaas, Kurtatsch (Italien), das Potenzial dieser Konstruktionsweise kennengelernt, sie in die Planung eingeführt und auch die Bankwitz-Architekten überzeugt. Von Seiten der Bauherrschaft war von vornherein eine innovative Ausführung in Holzbauweise gefordert, um eine entsprechende Förderung zu erhalten.

Weitere Vorteile einer unterzugfreien Konstruktion, die sich mit zunehmender Größe von Gebäuden auswirken, liegen darin, dass sich auf großen Geschossflächen leichter Brandabschnitte ausbilden lassen. Auch reduziert sich die Geschosshöhe und damit die Fassadenfläche bzw. deren Kosten.

Das architektonische Konzept von Bankwitz sieht vor, auf aufwändige Oberflächenbearbeitungen oder -verkleidungen zu verzichten: Sichtbeton und sichtbare Holzdecken ohne zusätzliche Bauteilschichten wie abgehängte Decken, Vorsatzschalen oder Installationsebenen sollen zur Ressourcenschonung beitragen. Die skelettartige Bauweise folgt dem architektonischen Anspruch des Gebäudes insbesondere im Erdgeschoss mit Foyer und großzügigen Besprechungsräumen.

Holzbau mit Spannweiten wie mit Stahlbetonbau

Die Idee einer punktgestützten Massivholzdecke ohne Unterzüge und mit möglichst großer Spannweite, wie es im Stahlbetonbau möglich ist, wird bereits seit 2013 an der Universität Innsbruck verfolgt. Mit der Firma Rothoblaas als Partner wurde dafür zur Lastdurchleitung der „Spider Connector“ entwickelt, der auf dem „Holzbauforum“ in Garmisch 2017 einer breiteren Fachöffentlichkeit vorgestellt wurde. Was die Verbindung der aufliegenden CLT-Platten betrifft, wurden seither verschiedene Varianten erprobt. Für das nun in Kirchheim ausgeführte System, die Platten über eingeschraubte Gewindestangen und eine baustahlbewehrte Ortbetongasse zu verbinden liegt eine Europäische Technische Bewertung (ETA) des Österreichischen Instituts für Bautechnik (OIB) vor.

Deckenmontage mit dem „Spider“-System Ende August: Über die beim Abbund im Werk eingebrachten Gewindestangen wird auf der Baustelle der Baustahl geschoben. Das anschließende Deckenbauteil wird dann zunächst auf die Stützen eingehoben, die dazu leicht aus ihrer senkrechten Position ausgelenkt werden, Danach werden die 3,5 × 14 m messenden CLT-Bauteile millimetergenau zusammengefügt, sodass eine 27,5 cm breite Gasse entsteht, die später mit Beton ausgegossen wird.
Ansicht der unterzugfreien Massivholzdecke im zweiten Obergeschoss bei der Montage. Die BSH-Stützen bleiben ebenfalls sichtbar und sind hier mit Schutzfolie abgedeckt. Links Details der statischen Konstruktion: oben die Fügung der CLT-Platten vor Einbringen des Betons; unten ein „Spider“ mit den rundum ausgreifenden Armen. Fotos: J. Härer (3) und Rothoblaas (2)

Die Geschossdecken des Neubaus der Stadtwerke Kirchheim ruhen auf jeweils acht Brettschichtholzstützen aus Fichte (GL 28 h, 300 × 300 mm), die in einem Raster von 7 × 5 m stehen. Die Lastdurchleitung erfolgt durch die Durchstanzbewehrung des Rothoblaas-„Spiders“, der bis zu 5 000 kN aufnehmen kann und hier in zwei verschiedenen Ausführungen verwendet wurde: im inneren Bereich des Geschosses, wo höhere Lasten auftreten, ist er deckenoberseitig mit sechs rundum ausgreifenden Armen verstärkt, die pro Stütze mit 48 Vollgewindeschrauben mit der Deckenplatte verbunden werden. Im Randbereich des Geschosses konnte auf diese Verstärkung verzichtet werden. Die Durchstanzbewehrung verschwindet später im Fußbodenaufbau, eine elastisch gebundene Schüttung, mit der die Anforderungen des Schall- und Brandschutzes erfüllt und die Schwingungsnachweise erbracht werden können. Darauf werden Trittschalldämmplatten aus Mineralwolle verlegt und ein Schnellzementestrich mit einer Flächenheizung (Vorlauftemperatur 38 °C) und -kühlung eingebaut. Die CLT-Deckenplatten über dem Erdgeschoss und dem ersten Obergeschoss sind 240 mm dick, die im Dach 200 mm. Die Unterseite der rund 14 m langen, siebenlagigen Platten ist in Sichtqualität ausgeführt. Hergestellt hat das CLT das Holzbauwerk Schwarzwald in Seewald-Besenfeld, wo auch die Gewindestangen mit Holzgewinde im Abstand von 25 cm etwa 50 cm tief in die Längskante der Platten eingeschraubt wurden.

Für die Deckenmontage wird die erste Reihe CLT-Platten mit dem Kran auf den zuvor senkrecht ausgerichteten Stützen abgelegt. Mit Zugankern und Schubwinkeln werden die Platten an den Treppenhauskern angeschlossen, der das Gebäude aussteift. Die Querstöße der Platten werden über Kreuz in einem 45°-Winkel mit Vollgewindeschrauben verbunden. Danach setzen die Betonbauer die vorgefertigten Bewehrungskörbe auf die rund 23 cm weit herausstehenden Gewindestangen. Die längsseitig anschließenden Platten müssen dann mit dem Kran eingeschwenkt werden, um mit den seitlich herausstehenden Gewindestangen ebenfalls in die Bewehrungskörbe einfahren zu können. Dazu werden kurzzeitig die Schrauben, mit denen die BSH-Stützen auf der Durchstanzbewehrung fixiert sind, gelockert, sodass sich die Stützen aus der senkrechten Position auslenken lassen. Die Mitarbeiter der Firma Holzbau Layh, Oberboihingen, die für die gesamte Ausführung des Holzbaus bei diesem Projekt verantwortlich ist, setzten die Platten millimetergenau aneinander, unerlässlich, um auf der Unterseite eine fugenfreie Deckenoberfläche in Sichtqualität zu schaffen.

Hofseitige Ansicht der Bestandsgebäude, rechts im Hintergrund der daran anschließende Holz-Hybrid-Neubau
Straßenseitige Ansicht des Neubaus während der Montage der abschließenden Gebäudedecke Ende August Fotos: J. Härer (2

Die 27,5 cm breite Gasse zwischen den Platten wird dann mit der bereits in der Vorfertigung aufgebrachten Schutzfolie ausgeschlagen und die Fuge mit einem Dichtband abgeklebt, bevor sie mit Beton der Güte C25/30 ausbetoniert wird. Nach dem Abbinden des Betons können Biege- und Querkräfte mittels der Gewindestangen zwischen den Brettsperrholzelementen übertragen werden.

Klimaschutzkonzept praktisch umgesetzt

Mit der Ausführung der Gebäudehülle unterschreitet der Erweiterungsbau  die Anforderungen des KfW-55-Standards um mehr als 25 %. Das Flachdach wird mit Mineralwolle gedämmt und extensiv begrünt. Die Begrünung unterstützt die Regenwasserrückhaltung und -pufferung, wirkt dämmend im Winter und dient im Sommer als Hitzeschutz, sodass sie zur Energieeinsparungen beiträgt. Durch die Kühlleistung der Begrünung wird sich auch die Effektivität der Photovoltaikanlage auf dem Dach erhöhen.

Die Außenwände entsprechen den Brandschutzanforderungen F 60-B und sind in Holzrahmenbauweise mit einem Achsraster von 62,5 cm erstellt: Innen beplankt mit 18 mm OSB, 160 mm Holzständer mit Zellulose-Einblasdämmung und 60 mm Rahmenhölzer mit einer Holzfaserdämmschicht. Die Fassade auf einer zweilagigen Holzunterkonstruktion ist mit einem Nut-Feder-Profil aus sägerauer, unbehandelter Weißtanne verschalt.

Der Wandaufbau der Innenwand erfüllt die Brandschutzanforderungen REI 60. Auch hier wird eine Holzständerkonstruktion eingesetzt mit KVH 60 × 140 mm, innen mit Mineralwolledämmung und abschließend über OSB und eine Gipsfaserplatte mit Fichte-Dreischichtplatten verkleidet.

Eine Lüftungsanlage mit 80 % Wärmerückgewinnung stellt im Gebäude den erforderlichen Luftwechsel her und reduziert thermische Verluste. Über eine Sole-Wasser-Wärmepumpe kann im Sommer ein Kühleffekt über die Fußbodenheizung erreicht werden. Die Wärmepumpe wird über eine eigene Photovoltaik-Anlage mit Strom versorgt.

Die Investitionskosten für das Bauprojekt belaufen sich, so der Planungsstand 2022, auf rund 5 Mio. Euro. Gefördert wird der Bau der Heizungsanlage mit rund 166 000 Euro durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa), der Holzbau mit rund 200 000 Euro durch das „Holz Innovativ Programm (HIP)“ des baden-württembergischen Ministeriums für Ernährung, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz (MLR). Zudem wurde ein Förderkredit der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) im Rahmen des Förderprogramms „Energieeffizientes Bauen“ aufgenommen.

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