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Technisch-konstruktive Entwicklungen im Hallenbau

Helmut Stingl
Erschienen in
Zuschnitt 10: Werkhalle Holz
Juli - September 2003, Seite 6ff

Theorie 
Den Wald vor lauter Bäumen nicht gesehen zu haben, das war meine persönliche Erfahrung vor gut einem Jahr: Es ging um die Grazer Stadthalle von Architekt Klaus Kada und die damit verbundene Herausforderung, für das Dachtragwerk alternativ eine »Holzlösung« zu finden. Die Vorgaben, ein 150 x 70m großes Dach auf nur vier Stützen zu setzen und es dabei noch 45m frei auskragen zu lassen, waren anspruchsvoll genug, um erst einmal ausschließlich an eine Stahlkonstruktion zu denken. Bei näherem Hinsehen und in Kreativklausur zusammen mit dem Tragwerksingenieur Georg Hochreiner war bald der Nebel gelichtet und das adäquate Holztragwerk überraschend schnell am Papier: Als einfache Verwendung von BSH-Trägern höherer Festigkeitsklasse in Kombination mit ausgeklügelten, »synergetischen« Verbindungselementen, effizienten Stahlzuggliedern und einem kräftigen Schuss Fertigungs-Know-how. Für uns als Holzbauer landete dann leider das Projekt, um knapp sieben Prozent teurer als der Stahl-Bestbieter, in der Schublade der Virtualität. Allerdings war es ein mutmachendes Erlebnis, so knapp an den Stahlpreis heranzukommen. Die Überschreitung des Rubikon war nun denkbar, sie stand im Raum und mit ihr die neue Lust an Holz-Engineering.
Es geht dabei um die Wahrnehmung des gesamten Wissens, die Auslotung von Material- und Humanfähigkeiten und letztlich um ein gezieltes Zusammenführen von Potenzialen innerhalb der Gesamtaufgabe Bauen. 
 
Die großen Aufholschritte und Fortschritte des europäischen Holzbaus der letzten vier Jahrzehnte sind in drei technischen Komponenten begründet: Brettschichtholz als dimensionsstabiles, ausgeformtes, verbindungsfreudiges Industrieprodukt, vertiefte und umfangreiche Grundlagen- und Anwendungsforschung mit Wissenstransfer und die Kombination von Holzwerkstoffen und anderen Materialien. Erst das zeitgerechte Aufeinandertreffen von Ideen und Markterfordernissen lässt neue Entwicklungen zu, leert das Füllhorn der Potenziale. Alles braucht seine Zeit.

Entwicklungspotenziale bei den Holz-Einzelkomponenten.
Zurück zu den Baukomponenten, den Holz-Bauteilen. Was steckt in ihnen, was kann noch entwickelt werden, ohne in Sackgassen zu enden oder in Unverantwortlichkeit zu münden?
 
Stabentwicklungen
Unter Stab wird allgemein jeder tragende Bauteil verstanden, ob mit Biegungs- und/ oder Normalkraftbeanspruchung, gerade oder gekrümmt. Brettschichtholz wird durch weiter verbesserte Festigkeitssortierung der Brettlamellen zu einem Bauteil höherer Zuverlässigkeit, was soviel heißt wie geringere Streuung, bessere Ausnützung und in der Folge geringere Träger-Dimension. In die Zugzone von Biegeträgern gelegte und starr verklebte Kohle- oder Aramid- oder Glasfaser-Lamellen erhöhen die Tragfähigkeit und senken die Querschnittshöhe. Weiterschreiten in der Automatisierung der BSHHerstellung garantiert exakten Querschnittsaufbau, auch nach speziellem statischen Erfordernis (Individualität durch flexible Automation). Abgesehen davon erfolgt der Zuschnitt bzw. Abbund automatisch auf CNC-Anlagen mit allen Vorteilen der Passgenauigkeit und Kraftschlüssigkeit.

Entwicklungen bei flächigen Bauteilen
Die Anwendung neuer Holzwerkstoffe wie OSB-Platte, Kerto-Furnierschichtholz oder Brettsperrholz findet durch Formatangebote wie 20m Lieferlänge, durch angepasste Zuschnitte und gut einsetzbare, mehrachsige Festigkeitswerte enorme Verbreitung.
 
Verbindungstechnik
Unter den Stift-Verbindungen sind rasante Entwicklungen im Gange. Sie verhelfen dem Holzbau insgesamt zu einem ordentlichen Vorwärtsschub. Zu denken ist hier an Schrauben mit Zweifach-Gewinde bei hohen Übertragungskräften, akzeptablen Preisen und geringen Arbeitsaufwändungen. Ähnlich vorteilhaft ist das Angebot an Stahlblech/ Stabdübelsystemen: sie erlauben hohe Anschlusskräfte und ergeben geringe Verschiebungen, wenn beispielsweise Holz und Stahlblech in einem gebohrt werden, oder der Stabdübel noch vor seiner eigentlichen Aufgabe zum Bohrer wird. Verkleben von Holz mit Metall ist ein lange gehegter Wunsch - er wird in der Baupraxis der nächsten Jahre Wirklichkeit werden. Alle Versuche und Forschungen weisen darauf hin. Das wird dann elegante Rahmeneck- Verbindungen, wie etwa eingeleimte Bleche mit Stahlbau-Montageverschraubung, ermöglichen. Auch reine Zugverbindungen in Stäben sind nicht ausgeschlossen, ebenso könnte der Wirkungsgrad einer Knotenverbindung auf 80 % gesteigert werden. Nicht zu übersehen sind die laufenden Forschungen und Produktentwicklungen bei den modernen Holzleimen. Sie geschehen unter den Anforderungen einer problemlosen Anwendung, leichter Entsorgung, und sind deshalb auf eine sehr scharfe Rezeptur ausgelegt. Der Vorteil einer Leimverbindung liegt im Aspekt der Vollflächigkeit und Kompaktheit als »Holz in Holz« - Lösung.
 

Kombinationen 
Im Hallenbau zählt nun die Kombination der Einzelkomponenten miteinander. Hier entsteht aus der Konfiguration der Teile das Formgebende, Gebäudebestimmende, sowohl in der Tragwirkung, als auch im optischen Erscheinungsbild. Die Aufgabenstellung heißt »Raumabschluss, Gebäudehülle« und impliziert Wand, Dach und Licht - das Tragwerk ist »nur« Stützstruktur. Oft begegne ich einer unbegründeten Forderung nach Senkung der Tragwerkskosten bei gleichzeitiger »Vergoldung der Fassaden«. Bei aller subjektiven, vereinzelten Verschiebung der Wertigkeiten in einer Aufgabenstellung gibt es doch in der Praxis andere Prioritäten, geht es doch um möglichste Stützenfreiheit in der Halle und um die Garantie bestmöglicher Funktionalität über eine bestimmte Zeitspanne. Adaptierungen sollten ohne schwierige Umbaumaßnahmen möglich sein. Die Konstruktion entwickelt sich aus Funktion, Material und dem Wissen um den Umgang mit beidem. Materialgerechtes Konstruieren, im ständigen Hinterfragen der Nützlichkeit führt zu angenehmer, wohltuender Reduziertheit. Das passt doch zum Holzbau?
 
Stab und Fläche
Aus den vorangegangenen Ansätzen kommt der Verbindung Stab-Fläche große Bedeutung zu. Die Entwicklungen zeigen es und sind lange nicht abgeschlossen: Schachtelartige Hallen werden aus Wand-Dach-Großelementen aufgebaut. Die BSH-Stäbe (Binder), mit Holzwerkstoffplatten verleimt, bilden Rippenplatten mit Biegeplatten- und Scheibenwirkung in ein und demselben Element. Die statische Funktion wird um die gegenseitige Stabilisierung bereichert, diese ist ein Nebenprodukt der neuen Systeme, senkt die Kosten und vermindert die Bauzeit. 700 m² Tages-Verlegeleistung je Montagegruppe an fertigen Hüllen sind Standard und die Vorfertigung verläuft dabei kontrolliert und wettergeschützt in den Werkhallen.
 
Systematisierung
Ein weiterer Entwicklungsschritt passiert in den Architektur- Statik-Büros zusammen mit Holzbau-Praktikern. Die Angleichung von Bauelementen auf Standards in Aufbau und Details wirkt entlastend und ist künftig unverzichtbar, damit nicht immer alles neu erdacht werden muss. Das gilt ebenso für die Zugriffe auf genormtes Ausgangsmaterial, wie Brettschichtholz und Platten-Werkstoffe.
Der Einsatz von Stahl-Zuggliedern für Unterspannungen, die die Tragkonstruktion leicht und weit machen, lohnt immer. Der Stahleinsatz liegt in einem guten Verhältnis zur Aufgabenstellung und zielt in Richtung Entmaterialisierung der Tragkonstruktion, um dem neuen Paradigma gerecht zu werden. 


Text

Helmut Stingl
  • geboren 1942
  • 1960 – 62 Bauingenieurstudium an der TU Graz
  • 1962 Übernahme des väterlichen Zimmereibetriebs
  • seither begeisterter Konstrukteur
  • 1963 Beginn mit Holzleimbau
  • Holzleimbauunternehmer bis 2000
  • verschiedene Funktionen im Österreichischen Holzleimbauverband (ÖLV), Vorsitzender von Glulam (glued laminated timber)
  • seit 1989 Univ. Lektor für Holzleimbau an der TU Graz 
  • seit 2005 Büro für Entwicklung und Berechnung von Holzkonstruktionen