Ingenieure auf der ganzen Welt setzen auf Holz, um den CO2-Fußabdruck von Gebäuden zu reduzieren

In einem Zeitalter von Stahl und Beton erinnert die Pagode, ein Bauwerk japanischer buddhistischer Tempel, an die lange Geschichte des Holzes als Baumaterial. Neue Techniken zeigen, dass Holz heute für den Bau noch höherer Gebäude verwendet werden kann, von denen einige in Städten weltweit bereits errichtet wurden.

Der 14-stöckige Apartmentkomplex Treet im norwegischen Bergen ist der derzeit höchste. Das 18-stöckige hölzerne Studentenwohnheim Brock Commons der University of British Columbia in Kanada wird jedoch erst 2017 fertiggestellt. Dies ist auch der voraussichtliche Termin für den Bau des Alto in Amsterdam. Laut Arup, dem am Projekt beteiligten Beratungsunternehmen, wird der Turm aus nachhaltiger europäischer Kiefer gebaut. Einige Architekten haben bereits mit der Ausarbeitung von Holzentwürfen begonnen. Tratoppen, ein 40-stöckiger Wohnturm in Stockholm, der sich noch in der Entwurfsphase befindet, ist einer dieser Entwürfe.

Holz hat als Baumaterial neben seinen ästhetischen Qualitäten viele weitere attraktive Eigenschaften. Ein Holzgebäude wiegt fast ein Viertel eines vergleichbaren Gebäudes aus Stahlbeton. Das bedeutet, dass das Fundament kleiner ausfallen kann.

Holz ist ein nachhaltiges Material und ein natürlicher CO2-Speicher. Bäume absorbieren Kohlenstoff aus der Atmosphäre, der dann in der Gebäudestruktur gespeichert wird. Große Beton- und Stahlkonstruktionen hingegen hinterlassen tendenziell einen enormen CO2-Fußabdruck. Der Hauptgrund dafür ist die Herstellung des Materials, das zu ihrer Unterstützung benötigt wird. Studien zufolge kann die Verwendung von Holz Ihren CO2-Fußabdruck um 60 bis 75 Prozent reduzieren. Es gibt zwei wesentliche Herausforderungen bei der Verwendung von Holz für großflächige Konstruktionen. Die erste ist, ob es stabil genug ist. In den letzten Jahren wurden im Bereich der Holzwerkstoffe große technische Fortschritte erzielt, und wir haben jetzt einige Optionen. Eine davon ist Brettsperrholz (CLT), das aus miteinander verleimten Holzschichten besteht, deren Fasern im rechten Winkel ineinandergreifen. Während Verfahren wie die Ausrichtung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen Fahrzeuge widerstandsfähiger machen, verleiht CLT Strukturen deutlich mehr Steifigkeit, wieinternationalen Studien

Laut Edward Borgstein von Mitsidi gibt es noch einen weiteren wichtigen Punkt: die Notwendigkeit, gutes Rohmaterial zu beschaffen. Das bedeutet, dass es unerlässlich ist, Balken aus Holz mit einem Qualitäts- und Herkunftszertifikat zu verwenden, wie beispielsweise dem FSC – Forest Stewardship Council – international anerkannt für die Überprüfung der Einhaltung ökologischer und sozioökonomischer Aspekte von Wäldern. Darüber hinaus ist es, wie bei jeder Änderung der Baupraktiken, unerlässlich, dass die Mitarbeiter geschult werden, um sich an den Umgang mit dem Material und die Erbringung qualitativ hochwertiger Arbeit zu gewöhnen.

Neben der Verbesserung der Nachhaltigkeit des Projekts eröffnet die Verwendung von Holz durch den Einsatz verschiedener Bauformen, Vorfertigung und Strukturen mit sichtbaren Oberflächen eine Reihe neuer architektonischer Möglichkeiten.

Ein kürzlich vom Architekturbüro Skidmore, Owings & Merrill und der Oregon State University durchgeführtes Experiment zeigt beispielsweise, wie widerstandsfähig Holzwerkstoffe sein können. Die Forscher entwickelten eine Hybridform aus Schichtholz mit Betonverbindungen. Sie besteht aus einem 11 Meter langen CLT-Träger, auf dessen Oberfläche eine dünne Schicht Stahlbeton aufgebracht ist. Dickere Betonschichten wurden an Stellen aufgebracht, an denen der Boden von Säulen getragen wird.

Die Struktur wurde in einen großen Prüfstand gestellt und von einer leistungsstarken hydraulischen Presse gepresst. Die Forscher wussten, wie sich die Struktur unter Druck verhalten würde, aber sie konzipierten das Experiment, um ihre Grenzen auszuloten. Der Boden begann schließlich zu reißen, als die Last 37.200 kg erreichte. Dies ist fast das Achtfache des Lastwerts für die Qualität der entworfenen Struktur.

Der Beton wurde ursprünglich nur zur Schalldämmung über dem Boden aufgebracht. Doch letztendlich hilft er, das zweitgrößte Problem bei der Verwendung von Holz zu lösen: Feuer. Der Beton dient als Brandschutzschicht zwischen den Böden.

Normalerweise ist es schwierig, große Holzmassen, wie beispielsweise CLT-Böden, ohne eine konstante Wärmequelle zu verbrennen. Aus demselben Grund ist es auch schwierig, ein Feuer zu entzünden, wenn man nur Baumstämme hat. Die Außenseite des Materials verkohlt, wodurch verhindert wird, dass das Innere des Holzes zu brennen beginnt.

Große Stadtbrände der Vergangenheit, wie beispielsweise der Große Brand von London, wurden fast ausschließlich durch kleinere Holzbrände verursacht, die die Intensität des Feuers verringerten und dazu führten, dass es sich auf größere Gebäude ausbreitete. Dank feuerfester Beschichtungen und moderner Sprinkleranlagen können große Holzgebäude heute den meisten Bränden standhalten, sagt Benton Johnson, der das Projekt bei Skidmore, Owings & Merrill leitete.

Johnson sagt, die Tests zeigten, dass Holz nicht nur stabil genug für den Bau gemacht werden kann, sondern dass es auch „sehr sinnvoll ist, es für diesen Zweck zu verwenden“. Obwohl ein Kubikmeter Beton günstiger ist als die gleiche Menge Holz, ergeben sich konkrete Vorteile bei der Bauzeit. Er ist überzeugt, dass Holz aufgrund seiner Attraktivität – sowohl optisch als auch in Bezug auf die Nachhaltigkeit – ein wirtschaftlich attraktives Material für Immobilienentwickler darstellt.

Aber was ist mit Termiten und Fäule? „Wenn man sie nicht bekämpft, können sowohl Stahl als auch Beton ihre Tragfähigkeit genauso schnell verlieren wie Holz“, sagt Michael Ramage, Direktor des Centre for Natural Material Innovation an der Universität Cambridge. Dr. Ramage und seine Kollegen testen derzeit den Einsatz von Holz im Großbau, darunter auch bei einem 80-stöckigen Wolkenkratzer, der als Konzeptstudie in London vorgestellt wurde. Wenn es gebaut würde, wäre es nach dem 95-stöckigen Shard das zweithöchste Gebäude Londons. Für eine geschäftige Stadt wie London bietet der Bau höherer Gebäude aus Holz noch weitere Vorteile, fügt Dr. Ramage hinzu. Zunächst einmal wäre die Baustelle ohne schwere Baumaschinen und Anlagen, Anweisungen zum Legen tiefer Fundamente, Betonieren und Installieren von Stahlkonstruktionen deutlich ruhiger. Auch der baubedingte Fahrzeugverkehr würde reduziert. Für jede LKW-Ladung Holz bräuchte man fünf weitere, um die gleiche Menge Beton und Stahl zu transportieren. All diese Faktoren wirken sich auf die Gesamtbaukosten aus: Ein Holzgebäude kann deutlich günstiger sein. Anders Berensson, der Architekt, der Tratoppen entworfen hat, ist überzeugt, dass die Verwendung von Holzwerkstoffen in Zukunft die günstigste Baumethode für große Gebäude sein wird. Ein weiterer Vorteil des Materials, so Berensson, sei die Möglichkeit, Details leicht in das Holz zu schnitzen. In seinem aktuellen Projekt wird die Nummer jedes Stockwerks in die Fassade des Gebäudes eingraviert. Ein großes Hindernis für diese Renaissance des Holzes ist die Gesetzgebung, schließlich sind die Bauvorschriften weltweit unterschiedlich. In den USA beispielsweise können Städte Holzgebäude mit nur fünf oder sechs Stockwerken haben. Natürlich gibt es Ansätze, und Holzbefürworter glauben, dass die Gesetze mit zunehmender Anzahl von Konstruktionen aus diesem Material an die neue Realität angepasst werden. In Brasilien erschweren Bauvorschriften, die auf nicht standardisierten Normen und überwiegend verbindlichen Vorschriften basieren, die Verwendung von Holz als Baumaterial. Die jüngsten Änderungen in der Standardisierung durch Leistungskriterien eröffnen jedoch neue Wege für den Einsatz von Holzbausystemen. Die kürzlich verabschiedete neue Bauordnung der Stadt São Paulo hebt die in der Fassung von 1992 enthaltene maximale Höhenbegrenzung von 8 Metern für zweistöckige Holzgebäude auf.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die bloße Verwendung nachhaltiger Materialien im Bauwesen nicht garantiert, dass ein Gebäude auch während der Betriebsphase nachhaltig ist. Während der Entwurfsphase müssen Tests durchgeführt werden, um die Energieeffizienz und den Komfort für den Endnutzer zu verbessern und Optimierungsmöglichkeiten durch einen integrierten Entwurfsprozess zu identifizieren.

Quelle: The Economist