Von Prof. Dr.-Ing. Achim Vogelsberg
THM  I  Technische Hochschule Mittelhessen, Fachbereich Bauwesen, Fachgebiet Holzbau und Tragwerksentwurf

Holz. Einer der ältesten bekannten Baustoffe. Der einzig natürlich nachwachsende Rohstoff unter den gängigen Baumaterialien. Indem wir mit Holz bauen, bauen wir umweltfreundlich.

Warum ist das so?

Während des Wachstums wandeln Bäume Kohlendioxid in Sauerstoff und Kohlenstoff um. Damit entziehen sie unserer Umgebung CO2, geben dabei den Sauerstoff ab und speichern Kohlenstoff ein. Dieser Kohlenstoff bleibt im verbauten Holz enthalten. Und dort verbleibt er, solange wir das Holz nicht verbrennen oder verrotten lassen. Somit sind Holzgebäude ideale Kohlenstoffspeicher. Dies ist der erste positive Umwelteffekt des Bauens mit Holz.

Der zweite Effekt ist, dass bei der Verarbeitung von Holz weniger CO2 freigesetzt wird als bei der Produktion und Verarbeitung von Beton, Mauerwerk oder Stahl. Auch dieser Effekt, der als Substitution bezeichnet wird, trägt beim Bauen mit Holz erheblich zur CO2-Senkung bei. Bei der Herstellung eines Gebäudes aus Holz kann, im Vergleich zu einem technisch gleichwertigen Gebäude aus mineralischen Baustoffen, der CO2-Ausstoß für den Holzbau um bis zu 50 % geringer ausfallen [Hafner, et al.: Treibhausgasbilanzierung von Holzgebäuden, 2017].

Ein dritter Umwelteffekt ist die entstehende Knappheit unserer Rohstoffe, wie beispielsweise Sand für die Herstellung von Beton. Die Verfügbarkeit von Sand auf der Erde ist endlich. Der Sand, der für die Herstellung von Beton benötigt wird, muss den Meeren und Flüssen entnommen werden, da sich Wüstensand aufgrund der glatten und feinen Körner nicht für Bauwerke eignet. Durch den erforderlichen Abbau von Fluss- und Meersanden finden zudem Erosionen von Stränden und Ufern statt, ganze Archipele sind bereits verschwunden. Insbesondere in asiatischen Metropolen, in denen extrem viel mit Beton gebaut wird, ist diese Knappheit ein Problem. So kam es in einigen Regionen bereits zu „Raubbau“, um an Sand zu gelangen. Holz hingegen wächst nach und die Verfügbarkeit ist damit unendlich.

Deshalb muss es gesellschaftlich und politisch unterstützt werden, Holz im Bauwesen bevorzugt da einzusetzen, wo es sinnvoll ist. Dabei ist es wichtig, dass das Holz aus nachhaltiger, zertifizierter Forstwirtschaft stammt. Nur so kann das Ökosystem geschützt werden und die Bewirtschaftung der Wälder stabil bleiben. So kann der Bausektor erheblich zur Senkung der Treibhausgasemissionen beitragen.

Warum sollte das WoHo in Holz errichtet werden?

Mit dem vorgesehenen Entwurf für das Wohnhochhaus WoHo in Berlin-Kreuzberg können allein durch den Einsatz von Holzdecken schätzungsweise über 4.000 Tonnen CO2 gebunden und somit im Bauwerk gespeichert werden. Durch den Einsatz von geplanten Holzstützen und eventuell auch Holzwänden erhöht sich die gespeicherte Menge entsprechend.

Aber was bedeutet das konkret? Dazu folgende Vergleiche: In einem Jahr emittiert ein durchschnittliches Auto mit Verbrennungsmotor und 10.000 km Fahrleistung ca. 1,8 Tonnen CO2. Bei einem Flug von Berlin nach New York und zurück entsteht eine Emission von ca. 1,5 Tonnen CO2. Das heißt, wir könnten über 22 Millionen Kilometer mit einem durchschnittlichen Auto fahren oder über 2.600 Mal von Berlin nach New York fliegen, um die Menge an CO2 zu verbrauchen, die beim Bau des WoHo in Holzbauweise in den Decken gespeichert wird. Zusätzlich wird bei der Herstellung des Gebäudes durch die Verwendung von Holz anstatt Stahlbeton der CO2-Ausstoß im Herstellungsprozess reduziert. Diese Reduzierung kann bis zu geschätzten 5.000 Tonnen betragen.

Damit nicht genug: Denn durch den überwiegenden Ersatz von Stahlbeton durch Holz wird ressourcenschonend geplant und unser Planet geschont. So werden deutlich weniger nicht nachwachsende und nur begrenzt verfügbare Rohstoffe der Erde entnommen.

Auch die Nachbarschaft dürfte es freuen, wenn das Gebäude aus Holz gebaut wird. Aufgrund des hohen Vorfertigungsgrads im Holzbau ist die Bauzeit kürzer als bei anderen Bauweisen. Der Baulärm beim Errichten eines Holzbaugebäudes ist per se schon geringer und die Gesamtlärmbelastung wird durch die kürzere Bauzeit noch mal reduziert.

Sind ausreichend Holzmengen vorhanden?

In unseren Regionen werden die Wälder nachhaltig bewirtschaftet und nur so viel Holz entnommen, wie wieder neu angepflanzt wird. Deutschland ist innerhalb Europas das Land mit den größten Waldvorkommen. Etwa ein Drittel der Landesfläche ist mit Wald bedeckt. In Deutschland wie auch in Europa findet ein Zuwachs des Waldes statt. Es wird also weniger entnommen als neu angepflanzt – damit sind große Reserven vorhanden.

Der jährliche Holzzuwachs in Deutschland liegt bei ca. 122 Millionen m³ Holz. Umgerechnet entspricht dies einem Zuwachs je Sekunde von ungefähr 4 m³ Holz. Auf die Baubranche umgerechnet wächst somit in deutschen Wäldern in weniger als 10 Sekunden ein Einfamilienhaus nach.

Aber wie ist es mit der Sicherheit im Brandfall, da Holz doch brennbar ist?

Gebäude, insbesondere mehrgeschossige, werden grundsätzlich mit einem Brandschutzkonzept geplant. Von Experten für Brandschutz zusammen mit Architekten und weiteren Fachplanern entwickelt, soll es die Entstehung von Bränden verhindern und der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorbeugen.

Ein Brand entsteht und verbreitet sich durch die inneren Brandlasten im Gebäude wie beispielsweise Einrichtungsgegenstände und technische Geräte und ist damit unabhängig vom Material der Konstruktion des Gebäudes. Sollte es trotz aller Maßnahmen zu einem Brand kommen, steht zunächst die Rettung von Menschen und Tieren sowie die mögliche Durchführung von wirksamen Löscharbeiten im Vordergrund.

Damit diese Ziele einzuhalten sind, darf sich ein Brand nicht oder nur begrenzt ausbreiten. Die Konstruktion muss dem Brand ausreichend lange standhalten – und zwar mindestens so lange, bis die Feuerwehr Löschmaßnahmen einleiten kann. Dafür wird die tragende Konstruktion des WoHo so ausgelegt, dass sie 120 Minuten einem Brand Stand halten kann. Diese rechnerische Auslegung gilt für alle Hochhäuser dieser Höhe, unabhängig vom verwendeten Material.

Die Verhinderung einer Brandausbreitung im ganzen Gebäude wird durch die Planung von Brandabschnitten mittels Trennwände und Trenndecken erzielt. Dazu werden Trennwände und Trenndecken in Holz oder alternativ in Trockenbauweise ausgeführt.

Für die ausreichend lange Standsicherheit eines Holzgebäudes werden Holzbauteile entweder mit nichtbrennbaren Oberflächen wie Gipskarton-Feuerschutzplatten bekleidet oder so dick ausgeführt, dass sie zwar auf der Oberfläche brennen können, die Tragfähigkeit aber ausreichend lange erhalten bleibt. Die entstehende Kohleschicht bildet dabei eine Schutzschicht für den tragenden Restquerschnitt.

Ein jeder kennt einen dicken Holzstamm auf einem Lagerfeuer. Dieser verbrennt häufig nicht komplett und in der Mitte des Stammes bleibt ein nicht angebrannter Restquerschnitt übrig. So ist es auch bei CLT (Cross Laminated Timber). Das sind Massivholztafeln, die aus mehreren über Kreuz flach aufeinander verleimten Brettlagen bestehen und die beim WoHo eingesetzt werden sollen. Zunächst dauert es recht lange, bis Massivholzoberflächen Feuer fangen, zum anderen tragen die massiven Bauteile auch im Brandfall weiter. Wenn die Oberfläche brennt, bleibt ein Restquerschnitt, dessen Größe von der Branddauer abhängt. Dieser Restquerschnitt wird so ausgelegt, dass die Konstruktion ausreichend lange tragfähig bleibt.

Bei Stahl ist das übrigens anders. Wenn diese Bauteile nicht geschützt werden, kommt es relativ schnell zu einem Kollaps des Gebäudes, weil Stahl bei extremer Hitzeeinwirkung weich wird.

Das Sicherheitskonzept eines Holzhochhauses im Brandfall ist kurzgefasst folgendes: Bei einem Brand werden die Menschen aus der brennenden Einheit, zum Beispiel der Wohnung, über nichtbrennbare Flure und Treppenräume (Rettungswege) ins Freie gerettet. Nun kann die Feuerwehr die brennende Einheit löschen. Das Gebäude ist so ausgelegt, dass es in diesem Zeitraum nicht einstürzt oder Feuer und Rauch sich in andere Einheiten ausbreiten können. Somit kommt es auch bei hohen Holzbauten zu keiner höheren Gefährdung der Menschen im Gebäude und der Feuerwehrleute als bei konventionellen Hochhäusern aus Stahlbeton. Zusätzlich werden in Hochhäusern Löschanlagen installiert, die schon unmittelbar nach Entstehung eines Brandes der Ausbreitung eines Feuers direkt entgegenwirken.

Gut zu wissen ist noch, dass das geplante Gebäude nicht das erste aus Holzbau in dieser Höhe ist. Beispiele dafür sind das bereits fertiggestellte Mjøstårne in Brumunddal (Norwegen) mit 85 Metern und 18 Stockwerken sowie das HoHo in Wien, das mit 23 Stockwerken 83 Meter in die Höhe ragt. In Amsterdam ist aktuell das HAUT mit 73 Metern und 21 Stockwerken im Bau, in Hamburg das ROOTS mit 64 Metern und 18 Stockwerken.

Warum funktioniert es statisch, mit Holz so hoch zu bauen?

Dies ist recht einfach zu begründen. Die entscheidende Festigkeit von Holz ist ähnlich hoch wie die Festigkeit von Beton. So kann mit einem Standardmaterial aus Fichte eine rechnerische Druckfestigkeit von 25 N/mm² erreicht werden. Dies entspricht auch der rechnerischen Druckfestigkeit eines Standardbetons mit C25/30. Bei Hochhäusern wird für die Stützen häufig höherfester Beton wie C50/60 eingesetzt. Dieser hat eine rechnerische Druckfestigkeit von 50 N/mm². Aber auch hier kann Holz durch den Einsatz von Buchenfurnierstützen mit einer rechnerischen Druckfestigkeit von über 50 N/mm² gut mithalten.

Mit entsprechenden Abmessungen der tragenden Bauteile ist die Standsicherheit genauso erbracht wie in einem Stahlbetongebäude. Holz ist lediglich nachgiebiger als Beton, hat also eine geringere Steifigkeit. Dies spielt vor allem bei der horizontal auftretenden Verformung eines Gebäudes eine Rolle. Der Kernbereich des Gebäudes (Treppenhäuser und Aufzugsschächte), der den wesentlichen Anteil der horizontalen Steifigkeit ausmacht, wird aus diesen Gründen aus Stahlbeton gebaut. So wird nicht nur die benötigte horizontale Steifigkeit des Gebäudes erzeugt. Darüber hinaus hat dies einen Vorteil für den Brandschutz, weil sich so die Fluchttreppen in einer nicht brennbaren Hülle befinden. Die Gründungsbauteile, so wie alle an das Erdreich angrenzenden Bauteile wie Wände und Decken in Untergeschossen, werden aus Dauerhaftigkeitsgründen ebenfalls in Stahlbeton geplant.

Quelle: https://utb-berlin.de/ueber-uns/