Holzbau: Nachhaltigkeit größer denken

Wissenschaftler am MIT entwerfen den Prototypen eines Gebäudes, der zeigen soll, dass funktionale, sichere und stabile Bauwerke auch bei enormen Ausmaßen vorwiegend aus Holz bestehen können.

Der Bau und der Unterhalt von Gebäuden jeglicher Art verschlingt große Mengen an Energie und natürlichen Ressourcen. Weltweit haben daher Forscher Möglichkeiten erkundet, Gebäude effizienter und weniger abhängig von emissionsintensiven Werkstoffen zu machen. Nun entfaltet das Projekt einer Gruppe am MIT ein hochgradig effizientes Design für einen großen Gemeindebau, das auf eines der ältesten Baumaterialien zurückgreift, nämlich Holz. Für die vorgesehene Konstruktion namens „Longhouse“ würde man massive Balken aus herkömmlichen Bauholz wie ein überdimensioniertes Stück Sperrholz laminieren.

Der Entwurf soll im kommenden Oktober an der Maine Mass Timber Conference enthüllt werden, einer Veranstaltung, die sich neuen Anwendungen dieses Materials widmet, insofern als sich damit sichere, solide Hochhäuser errichten ließen, wenn es denn die Baurichtlinien erlaubten.

John Klein, Wissenschaftler am Architecture Department des MIT, erklärt, dass man in Nordamerika enorme forstliche Ressourcen habe, ein Großteil sei überwachsen. Es gebe Bemühungen, die forstlichen Produkte nachhaltiger zu nutzen und man dünne die Wälder aktiv aus, um Feuer und Käferbefall zu verhindern.

Die Leute denken, dass Holz nur für Bauwerke mit wenigen Geschossen in Frage komme, aber nicht für größere Strukturen, so Klein. Aber einige Bauunternehmen setzen bereits auf Massivholzprodukte für größere Bauwerke einschließlich Häuser mit bis zu 20 Stockwerken. Selbst noch größere Gebäude sollten sich mit der vorgestellten Technologie verwirklichen lassen, sagt Klein. Eine der größten Holzkonstruktionen stellt das neue 7‘600 m² umfassende John W. Olver Design Building an der Universität Massachusetts in Amherst dar.

Kann Holz sicher sein?

Bei Holzbauwerken stellt sich oft als erstes die Frage: Wie steht es mit dem Brandschutz? Können solche großen hölzernen Strukturen wirklich sicher sein? Tatsächlich konnte anhand von Tests gezeigt werden, dass Massivholzstrukturen dem Feuer ebenso gut oder sogar besser standhalten, als Stahl, und zwar deshalb, weil beim Verbrennen von Holz eine Holzkohleschicht entsteht, die isoliert und die für mehr als zwei Stunden den Kern eines Balkens zu schützen vermag. Stahl hingegen kann plötzlich versagen, wenn die Hitze ihn erweicht und sich verformen lässt.

Die Konstruktion der MIT-Gruppe nutzt massive Balken aus laminierten Furnieren (Furnierschichtholz), die in rund 15 m lange, 3m breite und mehr als 15 cm dicke Paneele zugeschnitten werden. Diese werden zurecht gesägt und für eine Reihe großer Bögen verwendet, die in einer Höhe von 12 m gipfeln und rund 15 m überspannen. Dreieckige Querschnitte sorgen für bauliche Stabilität. Eine Serie dieser Bögen diente dazu, einen großen umschlossenen Raum ohne innere Stützen zu schaffen. Die gefaltete Dachkonstruktion soll Solarpaneele und Fenster für natürliche Beleuchtung und passive Solarheizung aufnehmen.

Demi Fang, MIT Graduate-Studentin der Architektur und Mitglied des Design-Teams, sagt, dass die bauliche Tiefe durch die dreikantigen Abschnitte dazu beigetragen habe, die für den gemeinschaftlichen Raum erwünschte transparente Spannbreite zu erreichen. Jeder Bogen verjünge und verbreitere sich in seinem Verlauf, weil nicht jeder Punkt entlang des Bogen denselben Kräften ausgesetzt sei. Die variierenden Querschnitte bringen die Tragfähigkeit zum Ausdruck und regen dazu an, Material zu sparen, so Fang. Die Bögen sollen einzeln vorgefertigt und dann vor Ort zusammengesetzt werden. Durch den großen Anteil vorfabrizierter Teile würde sich der Konstruktionsprozess straffen lassen.

Das Longhouse sei ein multifunktionales Gebäude, das eine Reihe von Events beherbergen solle, von Co-Working, Übungsklassen über Ausstellungen bis hin zu Dinners und Vorlesungen, so Klein. Damit baue es auf einer langen Tradition solcher Gemeindebauten rund um die Welt auf.

Während die Produktion von Beton, wie er in den meisten der großen Gebäude Anwendung finde, mit einer enormen Freisetzung von Treibhausgasen einhergeht, habe der Einsatz von Massivholz den gegenteiligen Effekt. Holz verringere die Konzentration von Treibhausgasen, weil Bäume, um zu wachsen, der Luft CO2 entnehmen, das dann über die Lebensdauer des Gebäudes gespeichert sei.

Baurichtlinien als Hürde

Eine Hürde für den verbreiteten Einsatz von Massivholz ergibt sich aus den aktuellen Baurichtlinien in den USA, welche die Verwendung von Bauholz auf Wohnbauten oder kommerzielle Bauten mit bis zu fünf Stockwerken respektive sechs Stockwerken beschränken. Aber der Bau von wesentlich größeren Holzgebäuden in Europa, Australien und Kanada, darunter eines 18-stöckigen Holzhauses in British Columbia, sollten die Sicherheit solcher Gebäude aufzeigen und Änderungen der Richtlinien bewirken helfen, wie Klein hofft.

Den Entwurf für das Longhouse verantwortet ein multidisziplinäres Team am Architecture Department des MIT im Workshop Mass Timber Design, der die Zukunft des nachhaltigen Bauens untersucht. Zum Team gehören John Fechtel, Paul Short, Demi Fang, Andrew Brose, Hyerin Lee und Alexandre Beaudouin-Mackay. Es wurde unterstützt vom Department of Architecture, BuroHappold Engineering und Nova Concepts.

Video: https://vimeo.com/275865964

Bild oben: Longhouse, Nordwest-Ansicht. Bild: MIT Mass Timber Design