Der jüngste Artikel von Archi.ru über das 8-stöckige Holzhaus des Architekten Gert Wingord in Stockholm (9-stöckig, wenn man den Dachboden mitzählt) löste bei unseren Lesern eine lebhafte Reaktion aus. Wir haben uns entschlossen, dieses Thema zu entwickeln und über Gebäude aus Holz zu sprechen, die acht Stockwerke hoch und höher sind - darüber, wie sie gebaut werden und ob Holz mit Stahlbeton konkurrieren kann.
Technologien
Mehrstöckige Holzgebäude werden mit der Technologie von Brettsperrholz oder X-Lam errichtet - aus großformatigen Kreuzklebeplatten (CLT-Platten), die die gesamte Arbeit der Säulen, Balken und Sparren des traditionellen Systems erledigen. Fichtenholz wird normalerweise für ihre Herstellung verwendet. Getrocknete Holzlamellen mit einer Dicke von 10 bis 45 mm unter einem Druck von mindestens 0,6 N / mm² werden unter Verwendung eines Bindemittels ohne Phenol-Formaldehyd-Harze miteinander geklebt. Durch die senkrechte Anordnung der Fasern wird die Anisotropie des Holzes ausgeglichen, der Trocknungseffekt auf ein Minimum reduziert und die Tragfähigkeit deutlich erhöht. Am häufigsten werden Platten mit einer Dicke von 3 bis 7 Schichten verwendet.
An derselben Stelle in der Produktion werden aus den resultierenden Elementen gemäß sorgfältig ausgearbeiteten Zeichnungen Paneele zusammen mit allen erforderlichen Öffnungen ausgeschnitten, in einigen Fällen sogar mit Kanälen für die elektrische Verkabelung und Kommunikation. Die maximal möglichen Abmessungen betragen 16,5 mx 2,95 mx 0,5 m, sind jedoch normalerweise in der Länge reduziert: Die Größenbeschränkung macht den Transport erforderlich.
Anschließend werden alle Paneele markiert und zusammen mit einem detaillierten Montageplan zur Baustelle transportiert. Dies ist eine der längsten Etappen, da häufig großformatige Holzmaterialien nicht nur von einem Land in ein anderes über Land wandern, sondern auch den Ozean überqueren: Beispielsweise wurden für ein Wohngebäude in Melbourne die tragenden Strukturen in Österreich hergestellt.
Auf der Baustelle müssen nur noch alle Elemente in der richtigen Reihenfolge zusammengebaut werden - und das ist eine ziemlich schwierige Aufgabe, geben die Ingenieure zu: Die meisten Fehler werden bei der Montage gemacht. Wenn sie jedoch vermieden werden können, ist der Prozess viel einfacher und schneller als beim Bau traditioneller Hochhäuser aus Stahlbeton. Vier Bauherren und ein Kran bauten in 9-10 Wochen ein 8-10-stöckiges Holzgebäude zusammen und arbeiteten an mehreren Tagen in der Woche. Diese Arbeitspausen sind mit einer schrittweisen Lieferung von Paneelen verbunden: Wenn das gesamte Set auf einmal eingebracht würde, wäre ein separater Hangar für die Lagerung von Baumaterialien erforderlich. Infolgedessen sind es ungefähr 3 Arbeitstage pro Etage - so verlief der Bau des Gebäudes am Murray Grove in London. Neben der Geschwindigkeit zeichnet sich der Bau von mehrstöckigen Holzgebäuden durch die Sauberkeit der Baustelle und die relative Stille des Installationsprozesses aus.
Die größten Belastungen in der Struktur entstehen an den Fugen zwischen Wandpaneelen und an den Widerlagerpunkten an den Deckenwänden. Die Paneele sind mit Stiften, Stahlplatten und einer Reihe von Kreuzschrauben miteinander verbunden, die manchmal bis zu 550 mm lang sind.
Einer der unbestreitbaren Vorteile moderner Strukturen aus CLT-Platten ist ihre vergleichsweise Leichtigkeit bei hoher Tragfähigkeit: Geringes Gewicht erleichtert den Transport, reduziert die Belastung des Fundaments und beschleunigt den Installationsprozess. Berücksichtigt man sowohl die Zeit für die Produktion als auch die Zeit für die direkte Montage vor Ort, so ergibt sich alles zusammen etwa doppelt so schnell wie beim Bau herkömmlicher Systeme.
Klebeplatten haben hohe akustische Eigenschaften: Sie haben eine deutlich höhere Dichte als Massivholz und die Toleranzen für die Passform auf der Baustelle überschreiten nicht +/- 5 mm, während sie bei Stahlbeton 10 mm betragen. Diese enge Passung erhöht die Luftdichtheit, verringert den Wärmeverlust und erleichtert das Verbinden von Strukturelementen.
Hersteller und Architekten betonen unter anderem die Umweltfreundlichkeit dieser Technologie. Holz ist eine natürliche Ressource, die schneller erneuert als verbraucht wird. Bäume absorbieren Kohlendioxid und sammeln sich während des Lebens des Baumes an (Sequester), bis die Pflanze anfängt zu faulen, sich zu zersetzen oder zu verbrennen. Dann wird CO2 zurück in den Boden und in die Atmosphäre freigesetzt. Wenn also ein gesunder Baum mit angesammeltem Kohlenstoff im Bau verwendet wird, tritt keine Rückführung von Dioxid in die Umwelt auf. Ein Kubikmeter Holz speichert eine Tonne CO2und ein neuer Baum wird anstelle des gefällten Baumes wachsen. Holzgebäude lassen sich am Ende ihres Lebens sehr leicht zerlegen und recyceln, wiederverwenden oder sogar selbst zur Energiequelle werden, beispielsweise als fossile Brennstoffe. Das Ersetzen eines Teils des derzeit im Bauwesen verwendeten Stahl- oder Stahlbetonvolumens durch Holz - sehr energieintensive Materialien in der Produktion - kann zu einer erheblichen Reduzierung der CO-Emissionen führen2.
Feuer Beständigkeit
Viele Menschen stellen den Brandschutz mehrstöckiger Holzgebäude in Frage. Natürlich brennt Holz, Stahl jedoch nicht, aber der Entflammbarkeitsgrad ist kein Indikator für die Feuerbeständigkeit. Holz hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit und kann die Integrität der Struktur für lange Zeit aufrechterhalten. Es ist sehr schwierig, einen Baumstamm, einen Balken oder eine dicke Holzplatte in Brand zu setzen, aber wenn es Feuer fängt, brennt es sehr langsam und in einem vorhersehbaren Muster.
Wenn sich Holz von etwa 280 ° C erwärmt, bildet sich auf seiner Oberfläche eine verkohlte Schicht, die den Kern schwelt und isoliert, wodurch der Sauerstofffluss im Inneren erschwert wird und der Verbrennungsprozess verlangsamt wird. Massivholz schwelt mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 0,8 mm pro Minute: Beispielsweise brennen 30 bis 50 mm der äußeren Schicht in 60 Minuten aus einem 200-mm-Balken aus. Die Kollapsgefahr besteht bei ca. 500 ° C, da bei dieser Temperatur die schützende Kohlenstoffschicht heiß wird und sich entzündet. Die Grenze des Feuerwiderstands - die Zeitspanne, in der eine Holzkonstruktion ihre Tragfähigkeit beibehält - hängt von der Größe ihres Querschnitts und ihrer Abmessungen ab: Je größer die Abmessungen, desto schwieriger ist sie zu entzünden und desto langsamer ist die Verbrennungsprozess ist.
Bei gleichen Temperaturen schmilzt nicht brennbarer, aber wärmeleitender Stahl, verformt sich in verschiedene Richtungen und verliert bei etwa 450–500 ° C seine Tragfähigkeit. Eine vom Brandschutz unbehandelte Stahlkonstruktion bricht innerhalb von 15 Minuten nach Beginn des Brandes zusammen, und es ist unmöglich, genau zu berechnen, wo der Zusammenbruch stattfinden wird. Daher ist der Hauptvorteil der Holzkonstruktion im Brandfall eine erhöhte Feuerbeständigkeit und Vorhersagbarkeit des Verhaltens.
Warum ist es wichtig? Wenn ein Brand begann und es nicht möglich war, seine Quelle zu neutralisieren, müssen Personen aus dem Gebäude entfernt werden. Damit die Evakuierung erfolgreich ist, muss genau bekannt sein, wie lange die Struktur ihre Integrität beibehält und wo sie einstürzt. Beim Verbrennen von Holzkonstruktionen wird diese Zeit berechnet und der Ort ihres Zusammenbruchs ist vorhersehbar. Darüber hinaus erzeugt das Verbrennen von Holz eine mäßige Menge Rauch, die selten giftig ist. Diese natürlichen Eigenschaften zeigen in Verbindung mit modernen feuerfesten Technologien gute Ergebnisse.
Um einen Brand zu verhindern, werden die Strukturen werkseitig mit Flammschutzmitteln behandelt, und um die Quelle zu neutralisieren, werden Warnsysteme und Sprinkleranlagen installiert.
Höchste Holzhäuser
8 Etagen: Bridport House, London
Bridport Pl London
Karakusevic Carson Architekten
Bei der Auswahl des Tragrahmens orientierten sich die Architekten an den Kriterien für das Gewicht des Bauwerks: Unter der Baustelle verläuft ein Abflussrohr aus dem 19. Jahrhundert, das erhalten bleiben musste. Ein traditionelles Stahlbetongebäude wäre inakzeptabel schwer, daher wurden kreuzlaminierte Paneele gewählt.
Das Bridport House ersetzte das alte 5-stöckige Haus aus den 1950er Jahren. Es gibt 41 Apartments im Gebäude, die Bewohner des ersten Stocks haben eigenen Zugang zur Straße und zu den Terrassen und die Bewohner der restlichen 33 Apartments haben geräumige Balkone. Die Fassade ist mit Ziegeln verkleidet und die hervorstehenden Balkone sind mit Kupferblechen bedeckt. Der strukturelle Rahmen des Gebäudes aus kreuzlaminierten Paneelen wurde in 12 Wochen zusammengebaut.
9 Etagen: Stadthaus
24 Murray Grove London
Waugh Thistleton Architekten
Das Londoner Murray Grove verfügt über neun Stockwerke mit 29 Wohnungen zweier verschiedener Typen: Mieteinheiten im Besitz von Mietern und Mieteinheiten des Metropolitan Housing Trust. Der soziale Block nimmt die ersten vier Stockwerke ein, der kommerzielle Block die letzten fünf, und diese Blöcke sind vollständig voneinander isoliert.
Der Übergang von einem Block zum anderen spiegelt sich in der Zeichnung der Fassaden wider: Auf der Ebene des 4. Stocks werden graue Paneele durch weiße ersetzt. Die Fassade ist mit 5000 Paneelen (1200 mm x 230 mm) verkleidet, von denen 70% recycelte Abfälle aus der Holzindustrie sind. Ihre Zeichnung ähnelt dem Spiel von Licht und Schatten, das tagsüber an den Fassaden der umliegenden Gebäude und Bäume erzeugt wird.
Trotz der Tatsache, dass die Bautechnologie aus geklebten Paneelen teurer ist als herkömmlicher Stahlbeton, hilft sie, auf der Baustelle zu sparen. Zum Beispiel würde es ungefähr 72 Wochen dauern, eine ähnliche Struktur aus Stahlbeton zu errichten, während dieses Gebäude im Jahr 49 fertiggestellt wurde. In diesem Fall wurde die tragende Struktur selbst von vier Bauherren in 27 Arbeitstagen zusammengebaut, 9 Wochen in Arbeit, 3 Tage jeweils. Es war auch nicht nötig, einen teuren Turmdrehkran zu verwenden: Sie schafften es mit mobilem Heben und Gerüsten für die Arbeiten an der Fassadenverkleidung.
Sie können mehr über die Raumplanung und die Umweltkomponente des Projekts lesen.
Hier.
9 Etagen: Via Cenni, Mailand
Rossiprodi Associati s.r.l.
Zum ersten Mal wird in einer erdbebengefährdeten Region eine Hochhausstruktur aus kreuzlaminierten Paneelen eingesetzt: Am Stadtrand von Mailand ist die Wahrscheinlichkeit von Erdbeben nicht sehr hoch, besteht aber immer noch, und die X-Lam-Technologie trifft zu alle Anforderungen des Bauens in solchen Bereichen.
Die Wohnanlage mit einer Gesamtfläche von 17.000 m2 besteht aus vier 9-stöckigen Türmen, die durch ein 2-stöckiges Stylobate verbunden sind. Der Komplex verfügt über 124 Apartments mit einer Größe von 2 bis 4 Zimmern (von 50 bis 100 m2). Die Türme mit einem Grundriss von 13,6 x 19,1 m und einer Höhe von 27,95 m sind vom gleichen Typ, aber nicht vom gleichen: Das individuelle Erscheinungsbild wird durch das Muster der Balkone gebildet.
Die strukturelle Dicke der Wände nimmt alle zwei oder drei Stockwerke um 20 mm ab: im ersten 200 mm, im neunten 120 mm. Fußböden - 200 und 230 mm (7 Schichten). Spannweiten von weniger als 5,8 m werden mit einer 5-Lagen-Platte von 200 mm abgedeckt, und Spannweiten von weniger als 6,7 m werden mit einer 7-Lagen-Platte von 230 mm abgedeckt. Die Paneele werden mit speziellen Verbindungsschrauben von 200 bis 550 mm Länge verbunden.
Das Gebiet, in dem sich das Gebäude befindet, besteht einerseits aus einer Reihe traditioneller italienischer Bauernhäuser und andererseits aus einem Komplex von städtischen Verwaltungs-, Geschäfts-, Industrie- und Gewerbegebäuden. Die Idee des Projekts war es, diese beiden Arten der Entwicklung zu kombinieren und einen Grenzraum zu schaffen - einen Übergang von der städtischen zur ländlichen Typologie. Aufgrund der Präsenz von Wohnungen unterschiedlicher Art (von 65 m2 bis 125 m2) und öffentlichen Räumen für verschiedene Zwecke im Haus wollten die Architekten ein Umfeld schaffen, das für die Entstehung einer lokalen Gemeinschaft geeignet ist, und ein Anziehungspunkt für die gesamte Fläche.
10 Stockwerke: Forté, Melbourne
807 Bourke Street, Victoria Harbour
Entwickler - Lease Lease
Mit einer Höhe von 32,17 m gilt Forté als das höchste Holzgebäude der Welt: Es hat 10 Stockwerke, die in nur 11 Monaten errichtet wurden, und die Installation der Holztragkonstruktion dauerte 38 Arbeitstage. Das Haus verfügt über 23 Apartments: 7 Einzimmerwohnungen (59 m2), 14 Zweizimmerwohnungen (80 m2) und 2 Zweizimmerpenthäuser (102 m2).
Das Fundament und der erste Stock bestehen aus Stahlbeton: Zusätzlich zur Übertragung der Last auf den Boden schützt es das darüber liegende Holzteil vor dem typischen Problem der Region - den Angriffen von Termiten. Alle anderen Elemente bestehen aus kreuzlaminierten Paneelen - von Wänden und Decken bis zu Aufzugsschächten und Treppen. Wände - 5-lagige 128-mm-Paneele mit beidseitigem 13-mm-Feuerfestputz. Fußböden - 146 mm Paneele mit einer 16 mm dicken Schicht feuerfesten Putzes. Die Feuerwiderstandsgrenze dieser Strukturen beträgt 90 Minuten. Die Außenwand in der Nähe des angrenzenden Geländes um 6 Meter ist zum zusätzlichen Schutz vor Feuer in dieser Richtung verdickt. Die Metallbefestigung der Paneele an den Wänden ist durch einen Estrich verdeckt. Der Aufzug und die Treppenhäuser sind doppelwandig: Nach den Berechnungen der Planer können sie bei einem Einsturz eines Gebäudeteils ihre Integrität und Tragfähigkeit bewahren.
Die Fassaden sind mit Aluminiumpaneelen verkleidet, die Balkone, die eine Fortsetzung der Bodenpaneele darstellen, werden mit einer Polyurethan-Abdichtungsbahn und anschließend mit Fliesen entlang des Estrichs abgedeckt. CLT-Holzpaneele bleiben nur an den Decken der Loggien und an einer Wand im Inneren jeder Wohnung offen.
In den Loggien gibt es einen Platz für Minigärten, und Niederschlag wird gesammelt und für technische Zwecke verwendet, auch in der Sprinkleranlage.
14 Stockwerke: Treet, Bergen
Damsgårdsveien 99
ARTEC Arkitekter / Ingeniører
In der norwegischen Stadt Bergen wird derzeit gebaut
49-Meter-Holzhaus - das höchste der Welt heute. Die Hälfte der 62 zukünftigen Wohnungen wurde bereits verkauft, und im Oktober 2015 sollten sich die Mieter auf den 14 Etagen niederlassen.
Alle vertikalen Lasten werden von vertikalen Gluelam-Holzbindern (Säulen mit Abschnitten 495 x 495 mm und 405 x 650 mm, Streben - 406 x 405 mm) getragen, und Treppen, Treppen- und Aufzugsschächte, Wände und Decken werden aus CLT-Paneelen errichtet. Die Feuerwiderstandsdauer des Hauptlagersystems (Traversen) beträgt 90 Minuten, der der Sekundärlagersysteme (CLT-Paneele) 60 Minuten.
Eines der Hauptziele des Projekts war es, einen Weg zu finden, um den leichten Holzkonstruktionen den hohen Windlasten der Küstenstadt standzuhalten. Um dem Gebäude Masse zu verleihen, die Steifigkeit durch Verbinden der Traversen zu erhöhen und die Schwingungsamplitude zu verringern, wurden drei Betonplatten als Platten hinzugefügt - auf der Ebene des fünften und zehnten Stockwerks und als Dach. Somit beträgt die maximale horizontale Durchbiegung der Traversen an der Oberseite des Gebäudes 71 mm, was 1/634 der Gebäudehöhe entspricht. Dies entspricht dem norwegischen Standard von 1/500.
Windiges und nasses Wetter beeinflussten nicht nur die konstruktive Lösung, sondern auch das Erscheinungsbild des Hauses: Die Nord- und Südfassaden sind verglast, die West- und Ostfassaden sind mit Metallpaneelen verkleidet.
Mögliche Zukunft
Die Kosten für Konstruktionen aus CLT-Platten sind immer noch recht hoch. Dies ist hauptsächlich auf die begrenzte Anzahl von Marktteilnehmern zurückzuführen: Es gibt weltweit nur 2-3 große Hersteller, und ein großer Teil der Kosten entfällt auf den Transport von Materialien aus Österreich - dem Hauptlieferanten - auf der ganzen Welt. Ironischerweise "verursacht" dies zusätzlich zu den finanziellen Kosten einen erheblichen CO2-Ausstoß - der so sorgfältig vermieden wurde, indem Holz zu einem Baumaterial verarbeitet wurde.
Befürworter der CLT-Technologie lassen sich jedoch nicht entmutigen: Sie sind zuversichtlich, dass die Zukunft den hölzernen Wolkenkratzern gehört. Durch die Kombination eines Stahlbetonkerns mit einem sekundären Holzträgersystem oder umgekehrt Holzpfosten und -balken mit monolithischen Decken können Gebäude mit 25 bis 30 oder sogar 40 Stockwerken errichtet werden. Es werden zahlreiche technische Berechnungen durchgeführt, die Möglichkeit, ein solches Gebäude in nur einer Woche zu errichten, bewiesen, wissenschaftliche Arbeiten der Öffentlichkeit vorgestellt und mögliche architektonische Lösungen für hölzerne Hochhäuser entwickelt.
Der kanadische Architekt Michael Green, einer der bekanntesten Befürworter der Idee des Hochhauses aus Holz, hofft, dass seine Heimatstadt Vancouver führend bei der Anzahl der Hochhäuser aus Holz wird und die Ära des Stahlbetons danach endet Das 20. Jahrhundert: „Ich habe noch nie Menschen gesehen, die eines meiner Gebäude betreten haben. Sie haben eine Stahl- oder Betonsäule umarmt, aber sie haben es mit einer Holzsäule gemacht!“
