Neue Wege im nachhaltigen Holzbau

In den kommenden Jahrzehnten werden Erdöl und seine Folgeprodukte zunehmend knapper. Holz hingegen ist mit einem jährlichen Gesamtzuwachs von rund 9.7 Mio. Kubikmeter der bedeutendste nachwachsende Rohstoff in der Schweiz. Bisher verwenden wir davon aber lediglich 5.5 Mio. Kubikmeter.

Wir sollten diese Ressource effizienter nutzen, nicht zuletzt um unsere Klimaziele zu erreichen und auf lange Sicht petrochemische Materialien zu ersetzen. Indem wir Holz vermehrt und nachhaltig nutzen, werden die ökologischen und sozialen Leistungen des Waldes gesichert und volkswirtschaftlich erschlossen.

Renaissance des Holzbaues

In den letzten Jahren stieg das Bedürfnis, wieder vermehrt mit Holz zu bauen, insbesondere im Wohnbereich. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist der Brandschutz. Wir haben mehrere Forschungsprojekte durchgeführt, um brandsichere Gebäude aus Holz zu ermöglichen. Dem tragen die 2005 revidierten Schweizerischen Brandschutzvorschriften der Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen VKF Rechnung. Sie erlauben, Holz für das Tragwerk von Wohn-, Schul- und Bürogebäuden mit bis zu sechs Geschossen zu verwenden.

Dank grossen Fortschritten in der Verbindungs- und Verklebungstechnik und effizienten Verfahren kann man heute hochwertige Holzprodukte herstellen und mit diesen auch schneller bauen. Gebäude aus Holz erstellt man in Trockenbauweise, das heisst die einzelnen Bauteile werden in der Werkstatt vorfabriziert und vor Ort zusammengefügt. Meist ist es Nadelholz (Fichte, Tanne), das sich einfach verarbeiten und kleben lässt. Nadelholz hat jedoch im Vergleich zu Laubholz schlechtere mechanische Materialeigenschaften.

Potenzial von Laubholz besser ausschöpfen

Seit einigen Jahren steigt der Anteil an Laubholz in Schweizer Wäldern, was ökologisch durchaus gewünscht ist. Als Folge haben im dritten Landesforstinventar von 2004 bis 2006 die Laubholzvorräte um 10.4 Prozent zugenommen, wohingegen der Nadelholzvorrat insgesamt um 2.4 Prozent sank. Verschiedene Parameter deuten darauf hin, dass in Zukunft die Laubholzvorräte noch stärker zunehmen werden. Langfristig ist also mit einem deutlich erhöhten Bestand an Laubholz und einem Rückgang von Nadelholz zu rechnen. Laubholz, insbesondere Buchenholz, hat eine höhere Dichte im Vergleich zu Nadelholz und verfügt über sehr gute mechanische Materialeigenschaften. Mit Buchenholz haben wir ein hochwertiges Material, das eine echte Alternative zu anderen Baumaterialen darstellt. In der Schweiz wird jedoch noch immer der Grossteil des geernteten Laubholzes nur energetisch verwertet. In neuen Holzprodukten aus Laubholz steckt daher ein beträchtliches Potenzial, die Wertschöpfung des Schweizer Waldes und die Wettbewerbsfähigkeit von Holz zu erhöhen.

Innovationen im Holzbau

Für uns bietet das House of Natural Resources eine einzigartige Chance, unsere Ideen im Bereich Laubholz umzusetzen und zu zeigen, wie man mit der Ressource Holz nachhaltig bauen kann. Wir haben zwei vielversprechende Technologien entwickelt, die wir erstmals im House of Natural Resources anwenden: Einerseits eine Holzrahmenkonstruktion mit Laubholz, deren Träger durch im Holz verlaufende Kabel vorgespannt sind. Diese vorgespannte Rahmenkonstruktion eignet sich insbesondere für mehrgeschossige Holzbauten. Sie überzeugt durch einen hohen Vorfertigungsgrad und lässt sich zeitsparend auf der Baustelle errichten. Die zweite Neuheit ist eine durchaus konkurrenzfähige Holz-Beton-Hybriddecke mit Buchenholz. Solche Geschossdecken sind sowohl ökologisch als auch statisch sinnvoll, da Holz die Bewehrung und einen Teil des Betons ersetzt und die Decke zudem bautechnisch hervorragende Eigenschaften aufweist. Wir haben die Hybriddecke mit Buchenfurnierplatten konzipiert, die zunächst als Schalung, dann als Tragelement im Verbund mit dem Beton wirken und schliesslich eine behagliche Deckenuntersicht bilden.

Sensoren messen feinste Veränderungen

Wir haben im House of Natural Resources ein hochwertiges Monitoring-System mit Sensoren geplant, mit dem wir das Verhalten des Gebäudes während der Nutzung permanent erfassen. Wir gewinnen so ein vertieftes Verständnis des Tragverhaltens und der Verformung der Holzstruktur im Massstab 1:1 unter realen Bedingungen und Lasten. Das ermöglicht es uns, numerische und analytische Berechnungsmodelle zu validieren und die entwickelten Technologien zu verbessern. Da das House of Natural Resources auch als Bürogebäude dient, erhalten wir zusätzlich zu den physikalisch messbaren Grössen (wie Verformungen, Schwingungen, Spannungen) auch Forschungsergebnisse in Form subjektiver Wahrnehmungen der Nutzer (Wohlbefinden, Behaglichkeit, Empfinden von Schwingungen, Vibrationen, Akustik und Klima). Das ist ein echter Mehrwert, den es mit reinen Laborversuchen nicht gäbe.

Das Haus liegt in unmittelbarer Nähe der Lehr- und Forschungsgebäude der Departemente «Bau, Umwelt und Geomatik» und «Architektur». Es wird uns helfen, weitere aktuelle Fragen des nachhaltigen Bauens und der Konstruktion zu untersuchen und die Ergebnisse für Besucher und Studierende in der Lehre unmittelbar sichtbar und «begreifbar» zu machen.

Prof. Andrea Frangi (Quelle: ETH-Zukunftsblog)

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