Mehrgeschossige Hybridkonstruktion ohne Balken

Ein neues Konstruktionssystem 

Die Gemeindeverwaltung von Kirchheim unter Teck (Baden-Württemberg) hat einen Klimaschutzplan verabschiedet, dessen Ziel die Reduzierung ihrer CO2-Emissionen um 37 % innerhalb von 20 Jahren ist. Ein neues kommunales Verwaltungsgebäude, das größtenteils aus Holz gefertigt ist, wird zur Erreichung dieses Ziels beitragen. Für seine Realisierung wurde erstmals in Deutschland ein Konstruktionssystem ohne Balken und mit großem Abstand zwischen den Pfosten (× 7x5 m) verwendet, das eine Tragfähigkeit von 1000 kN pro Pfosten aufweist.  

Das dreigeschossige Gebäude im Industriegebiet Bohnau soll alle bisher auf mehrere Standorte verteilten Bereiche der Gemeindeverwaltung unter einem Dach vereinen. Das Gebäude ist ein perfektes Beispiel für Hybridbauweise: Der Kern und das Kellergeschoss sind aus Beton gefertigt, während die oberen Stockwerke aus in Querschichten angeordnetem Brettschichtholz (BSP) mit einer Pfosten-Decke-Konstruktion bestehen. Die nichttragenden Wände sind aus einer leichten Holzkonstruktion (Timber Frame) gefertigt. 

„Dieses neue Gebäude ist das erste in Deutschland, das mit einem Pfosten-Decke-System ohne Balken gebaut wurde“, erklärte Uwe Ruckgaber vom Architekturbüro Bankwitz bei der Einweihung im Juli 2023. Bankwitz leitete das Projekt dieser Arbeit sowie die Planung der Holzkonstruktion. Bei der Entscheidung der Planer und Auftraggeber für die noch wenig verbreitete Bautechnik spielten ihre zahlreichen Vorteile eine wesentliche Rolle: Diese Bautechnik erlaubt große Spannweiten und ein Stützenraster bis zu 7×7 m. Dies ermöglicht Flexibilität bei der Anordnung der Elektro- und Belüftungsanlagen, Flexibilität bei der Verschiebung von internen Trennwänden und somit die Schaffung eines großen Foyers im Erdgeschoss und weitläufiger Tagungsräume. Weitere Vorteile einer Konstruktion ohne Balken werden mit zunehmenden Abmessungen der Gebäude deutlich: Die einfache Schaffung von Brandschutzbereichen auf großen Flächen, die Reduzierung der Geschosshöhe und somit der Fassadenfläche und der damit verbundenen Kosten. 

Der Projektleiter der Konstruktion von Furche Geiger Zimmermann Tragwerksplaner lernte in einem Holzseminar bei Rothoblaas das Potential dieser Bautechnik kennen, integrierte sie in die Planung und überzeugte die Architekten von Bankwitz. Gleich zu Beginn hatte der Kunde eine innovative und nachhaltige Umsetzung in Holz gefordert. 

Unter dem architektonischen Aspekt verzichtet das Projekt von Bankwitz so weit wie möglich auf Verkleidungen: Sichtbeton und ebenfalls sichtbare BSP-Decken tragen zur Ressourcenschonung und Ästhetik der Gebäudetransparenz bei. 

Holzkonstruktionen mit ähnlichen Spannweiten wie Stahlbeton 

Die Idee einer Decke aus BSP ohne Balken, die von wenigen Auflagepunkten getragen wird und eine möglichst große Spannweite wie bei Stahlbeton aufweist, wurde in der Universität Innsbruck entwickelt. In Zusammenarbeit mit Rothoblaas wurde der Pfostenverbinder SPIDER entworfen, der beim Forum in Garmisch erstmals einem breiteren Publikum vorgestellt wurde. Für die Verbindung der BSP-Platten, aus denen die Decken bestehen, wurden verschiedene Lösungen getestet. Schließlich wurde das System TC FUSION von Rothoblaas gewählt, das die Platten durch Gewindeschrauben und einen Guss aus Stahlbeton verbindet. Die Wahl fiel auf das System von Rothoblaas, da es über eine Europäische Technische Bewertung (ETA) des österreichischen Instituts für Bautechnik (OIB) verfügt. 

Die Decken des neuen Gebäudes in Kirchheim ruhen auf acht Pfosten aus Tannen-Brettschichtholz (300×300x2800 mm), die in einem 7×5 m Raster angeordnet sind. Die Verbindung der Pfosten mit der Decke wurde in zwei Versionen ausgeführt: Im inneren Bereich des Stockwerks, in dem hohe Lasten auftreten, wurde die mit SPIDER verstärkter Ausführung mit sechs Armen verwendet, die mit 48 VGS-Vollgewindeschrauben befestigt sind. Im Randbereich des Stockwerks konnte auf diese Verstärkung verzichtet werden, und es kamen die Verbinder PILLAR zum Einsatz. Dabei wurden jedoch VGZ-Verstärkungsschrauben mit 45°-Neigung vorgesehen, um die Rolling-Shear-Festigkeit in den Bereichen sicherzustellen, in denen sich die Punktstützen der Decken auf den Stützen befinden. 

Die Betonverbindungen der Decken verschwinden im Boden und werden mit einem Füllstoffgemisch bedeckt, das die Anforderungen an Schalldämmung und Brandschutz erfüllt und die Reduzierung von Vibrationen ermöglicht. Darauf werden schalldämmende Steinwollplatten und ein Estrich aus Schnellbeton mit Fußbodenheizung (Vorlauftemperatur 38 °C) verlegt. Die BSP-Platten über dem Erdgeschoss und dem ersten Stockwerk sind 240 mm stark; die Platten auf dem Dach hingegen 200 mm. Die untere der siebenschichtigen Platten, aus denen die ca. 14 m lange Decke besteht, ist so beschaffen, dass sie sichtbar bleiben kann. Die BSP-Platten wurden von HolzBauWerk Schwarzwald hergestellt. An den Platten wurden Gewindestangen mit variablem Achsabstand von 25 cm circa 50 cm tief in die BSP-Platte und 23 cm in den Zement geschraubt. Die gesamte Fertigung der Holzkonstruktionen für dieses Projekt wurde von der Firma Holzbau Layh übernommen. 

Praktische Umsetzung des Klimaschutzplans 

Mit seiner Holzausführung der Hülle übertrifft das Gebäude die Anforderungen der Norm KfW-55 um mehr als 25 %. Das Flachdach ist mit Mineralwolle gedämmt und großflächig begrünt. Es unterstützt die Rückhaltung von Regenwasser, wirkt im Winter als Dämmstoff und im Sommer als Sonnenschutz und trägt auf diese Weise zur Energieeinsparung bei. Die Kühlleistung der Vegetation erhöht auch die Effizienz der Photovoltaikanlage auf dem Dach. Die Außenwände erfüllen die Brandschutzanforderungen F 60-B und sind aus Holz gefertigt, während die Innenwände den Brandschutzanforderungen REI 60 entsprechen. Eine Lüftungsanlage mit 80 % Wärmerückgewinnung sorgt für den notwendigen Luftaustausch im Gebäude und reduziert Wärmeverluste. Ein System mit Salzwasser-Wärmepumpe schafft im Sommer einen Kühleffekt durch den Boden. Die Wärmepumpe wird von einer eigenen Photovoltaikanlage gespeist. Die Investitionskosten für das Bauprojekt belaufen sich laut Planungsstand 2022 auf rund 5 Millionen Euro. Der Bau der Heizungsanlage wird mit circa 166.000 Euro vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (Bafa) und die Holzkonstruktion mit circa 200.000 Euro aus dem „Holz Innovativ Programm (HIP)“ des Ministeriums für Landwirtschaft, Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg (MLR) finanziert. Außerdem wurde eine zinsgünstige Kreditlinie bei der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) im Rahmen des Förderprogramms „Energieeffizientes Bauen“ beantragt.