«Hochhäuser aus Holz sind wichtige Botschafter für das Baumaterial»

Mit 75 Metern ist das H1 auf dem Zwhatt-Areal in Regensdorf das derzeit höchste Wohn- und Gewerbehochhaus in Holzhybridbauweise der Schweiz. Im Gespräch mit Modulart zeigt Holzbauingenieur Ivan Brühwiler auf, welche Herausforderungen sich ihm und seinem Team bei der Entwicklung der Tragstruktur sowie der Konzeption des Brandschutzes stellten.

Bilder: Ufuk Düzgün

Herr Brühwiler, bei vielen modernen Holzbauten sind vorgefertigte Elemente oder Module erste Wahl. Ab welcher Gebäudehöhe kommen diese Systeme an ihre Grenzen?
Ivan Brühwiler (IB): Das ist nicht nur eine Frage der Höhe, sondern vor allem auch der gewünschten Flexibilität und der Ökonomie. Bei Gebäuden mit vielen identischen Räumen sind Module eine effiziente Lösung. Bei Hochhäusern wie dem H1 hingegen braucht es effiziente Tragsysteme mit einer hohen Flexibilität bezüglich Nutzung der Geschossflächen. Bereits im Wettbewerb haben wir deshalb gezielt eine Lösung gesucht, die möglichst viele identische Bauteile hat und gleichzeitig eine grosse Zahl an Wohnungstypologien zulässt.

Letztlich haben Sie sich für Holzstützen und Deckenelemente in Holz-Beton-Verbundbauweise entschieden. Wo lagen dabei die Herausforderungen?
IB: Entscheidend war die Wahl eines regelmässigen und über die Geschosse durchlaufenden Stützenrasters. Dieses musste einerseits Deckenelemente mit einer statisch und bezüglich Materialeinsatz vernünftig realisierbaren Spannweite ermöglichen und andererseits dem Architekturbüro möglichst viel Freiheit bei der Raumeinteilung lassen. Dies war nur möglich, weil wir sehr früh in den Entwurfsprozess miteinbezogen waren. Hätten die Architektinnen und Architekten zuerst ihre Grundrisse entwickelt und wir danach das Tragwerk, wäre eine solch effiziente Lösung nicht realisierbar gewesen.

Gilt das nur für Hochhäuser aus Holz oder auch für solche in Massivbauweise?
IB: Beim Beton ist über Abfangungen eher mal ein Wechsel in der Tragstruktur machbar. Beim Holzbau ist das aufwendig und ineffizient. Zudem kann der Holzbau seine Vorteile nur ausspielen, wenn er in der Vorfertigung möglichst wenige unterschiedliche Bauteile braucht – dies gilt vor allem für die Holz-Beton-Verbunddecken, da diese extra angefertigte Schalungen erfordern.

War der Brandschutz beim H1 eine grosse Herausforderung?
IB: Nicht wirklich, denn mit den aktuellen Brandschutzvorschriften sind die Anforderungen bei hohen Häusern in Holzbauweise gut zu erfüllen. Beim H1 haben wir ein Standardkonzept mit einer Löschanlage gewählt. So war es auch möglich, viel Holz sichtbar zu lassen, was den Räumen einen speziellen Charakter verleiht. Generell dürfen wir mit Stolz behaupten: Bezüglich Brandschutz im Holzbau sind wir in der Schweiz anderen Ländern voraus und können auf standardisierte Lösungen zurückgreifen.

Der Holzbau kann seine Vorteile nur ausspielen, wenn er in der Vorfertigung möglichst wenige unterschiedliche Bauteile braucht.

Wo waren Sie und Ihr Team sonst noch gefordert?
IB: Im Gegensatz zum normalen Wohnungsbau mit fünf oder sechs Geschossen war bei der Tragkonstruktion die Robustheit ein grosses Thema. Dabei gilt es sicherzustellen, dass ein Gebäude beim Versagen einzelner wichtiger Bauteile – etwa einer Stütze – nicht zum Verlust weiterer Bauteile führt, sodass das gesamte Gebäude oder grosse Bereiche davon einstürzen. In diesen Aspekt des Tragwerks haben wir viel Zeit und Entwicklungsarbeit investiert. In den schweizerischen Normen wird nur der Grundsatz der Robustheit definiert, jedoch keine konkreten Umsetzungsmassnahmen. Im europäischen Raum gibt es solche Normen; sie sind aber vor allem auf Stahl- und Stahlbetonbauten ausgelegt. Basierend auf diesen Grundlagen haben wir Lösungsansätze für den Holzbau entwickelt und umgesetzt.

Welches sind dabei die grossen Unterschiede zwischen einem Holzbau und einem Stahlbetonbau?
IB: Beim Stahlbeton ist durch die zweiachsige Tragwirkung und meist biegesteifen Verbindung von Stützen und Decken die Durchgängigkeit der Tragstruktur und somit eine gewisse Grundrobustheit gegeben. Im vorgefertigten Holzbau haben wir primär auf Druck beanspruchte, gelenkige Verbindungen. Wenn hier eine Stütze versagt und keine Massnahmen getroffen werden, ist die Robustheit nicht ohne Weiteres gegeben. Das gilt insbesondere bei einem Hochhaus, das sich bezüglich Anforderungen an die Tragstruktur in der höchsten Versagensklasse befindet.

Wie sieht die Lösung beim H1 aus?
IB: Das Augenmerk lag vor allem auf den Knoten zwischen Stützen und Deckenelementen. In diesen Bereichen haben wir dafür gesorgt, dass beim Versagen einer Stütze sowohl vertikal wie horizontal Kräfte in die restliche Tragstruktur übertragen werden können. Nebst horizontalen und vertikalen Zugankern haben wir zwischen den Deckenelementen eine Biegesteifigkeit hergestellt. Durch die Druckübertragung in der Überbetonschicht und Zugübertragung mittels aufgeschraubter Stahllaschen an den Deckenrippen konnten wir den Nachweis erbringen, dass die entstehenden Kräfte umgelagert werden können und die Robustheit beim Versagen einer Stütze gegeben ist.

Konnten Sie dabei auf bestehende Lösungsansätze zurückgreifen?
IB: Nein, diese Knotenlösung war eine Neuentwicklung unseres Teams und fixer Bestandteil der Ausschreibung für den Holzbau. Nicht zuletzt durch unsere Entwicklungsarbeit beim H1 wird die Dachorganisation der Schweizer Wald- und Holzwirtschaft – kurz Lignum – in absehbarer Zeit eine Publikation zur Sicherstellung der Robustheit bei Holzbauten veröffentlichen.

Das H1 verfügt über einen massiven Betonkern. Dieser verhält sich – beispielsweise beim Aushärten und Austrocknen – vor allem in den ersten Monaten anders als die angrenzende Holzkonstruktion. Wie haben Sie das gelöst?
IB: Wir haben verschiedene Simulationen und Berechnungen durchgeführt, um das Schwind- und Kriechverhalten der beiden Konstruktionstypen genau einzuschätzen. Daraus konnten wir dann Massnahmen ableiten: Die Decken beispielsweise hatten beim Einbau eine kleine Überhöhung zur Fassade hin, die sich – nachdem der Betonkern und die Holzstützen ihren Endzustand erreicht haben – ausgleicht.

Beim H1 kam erstmals in grossem Stil Stabbuche für die Tragstruktur zum Einsatz. Warum?
IB: Wir hatten im Vorfeld verschiedene Holzwerkstoffe geprüft: Fichtenbrettschichtholz, Baubuche und Stabbuche. Dabei zeigte sich, dass Bau- und Stabbuche ähnliche statische Eigenschaften besitzen. Beide ermöglichen – im Gegensatz zur Fichte – schlankere Stützenquerschnitte, was wiederum mehr vermietbare Fläche ergibt. Am Schluss entschied sich die Bauherrschaft für die Stabbuche, nicht zuletzt, weil sie bezüglich Nachhaltigkeit besser abschnitt. Da die innovative Stabbuche ein junges Produkt ist und bisher weder in derart hohen Gebäuden noch in dieser Grössenordnung zum Einsatz kam, haben wir zusammen mit der Berner Fachhochschule und der neuen Holzbau AG externe Qualitätssicherungsmassnahmen ergriffen. Dazu gehörten Prüfungen des Klebfugenverbundes (Delaminierungsprüfungen) und Druckprüfungen von Schlüsselelementen wie hoch beanspruchten Stützen.

Buchenholz hat zwar sehr gute statische Eigenschaften, ist aber heikel bezüglich Nässe, wenn die Bauteile beim Einbau der Witterung ausgesetzt sind. Welche Vorkehrungen mussten Sie hier treffen?
IB: Zum einen nutzten wir den Überbeton der Deckenelemente als wasserdichte Schicht. Dazu waren einerseits Abdichtungsmassnahmen an den Stössen nötig, andererseits haben wir temporäre Abläufe in die Betonschicht integriert, mit denen Regenwasser direkt nach unten abgeführt wurde. Zum anderen wurde das Buchenholz mit einer wasserabweisenden Schutzschicht versehen (hydrophobiert), zusätzlich mit Planen gegen Regen geschützt und alle vertikalen Schächte verschlossen. Rückblickend haben sich die Massnahmen bewährt und die Witterung stellte während der Montage keine besondere Herausforderung mehr dar.

Das Projekt H1 ist stark auf Nachhaltigkeit ausgerichtet. Der grossflächige Einsatz verklebter Holzbauteile scheint da im ersten Moment ein Widerspruch zu sein.
IB: Grundsätzlich kann ein Holzhochhaus aufgrund der Anforderungen an die Tragstruktur und Bauteilabmessungen nur mit verklebtem Holz realisiert werden. Alle relevanten Holzbauteile sind aber so konzipiert, dass eine spätere Weiternutzung gut möglich ist. Die Deckenelemente oder Stützen können beispielsweise an den Knoten getrennt und für ein anderes Gebäude genutzt werden – etwa ein mehrstöckiges Bürohaus.

Welches ist die wichtigste Erkenntnis, die Sie und Ihr Team aus dem Projekt H1 mitgenommen haben?
IB: Um ein Holzhochhaus effizient und wirtschaftlich planen zu können, ist es unabdingbar, dass die Fachleute für Architektur, Tragstruktur und Haustechnik ab Phase 21 – also schon ab dem Zeitpunkt der Projektdefinition – bis zur Ausführung interdisziplinär zusammenarbeiten. Nur so können Lösungen gefunden werden, die sowohl gestalterisch als auch ökonomisch überzeugen.

Sind Holzhochhäuser die Hochhäuser der Zukunft?
IB: Holzhochhäuser haben verschiedene Vorteile, etwa die kürzere Bauzeit, das geringere Gewicht und damit Einsparungen bei der Fundation, aber auch die bessere CO₂-Bilanz – beim H1 konnten gegenüber der Massivbauweise 600 Tonnen CO₂ eingespart werden. Trotzdem glaube ich nicht, dass künftig nur noch Hochhäuser aus Holz gebaut werden. Das ist aber auch nicht nötig. Denn Hochhäuser haben am gesamten Bauvolumen nach wie vor einen kleinen Anteil, und es ist sinnvoller, Holz im grossen Stil vor allem für Gebäude mittlerer Höhe einzusetzen, wo das Material seine Vorteile in der seriellen Produktion ausspielen kann.

Haben Holzhochhäuser also eher einen Leuchtturmeffekt für die Branche?
IB: Ja, genau, die Gebäude sind wichtige Botschafter: Sie zeigen die Leistungsfähigkeit des Baustoffs auf und schaffen bei all jenen Vertrauen, die zögern, mit Holz zu bauen. Ganz nach dem Motto: Wenn es mit der Statik und insbesondere mit dem Brandschutz bei einem so hohen Gebäude funktioniert, dann sind auch niedrigere Objekte problemlos umsetzbar.

Pläne: Boltshauser Architekten AG

Zur Person

Ivan Brühwiler ist Holzbauingenieur und Brandschutzexperte sowie Mitglied des Führungsteams/Gruppenleitung bei der B3. Er hat das Projekt H1 bereits in der Wettbewerbsphase betreut und zusammen mit seinem Team über alle Phasen hinweg das Tragwerk aus Holz und das Brandschutzkonzept erarbeitet.

Ivan Brühwiler

Bild: B3 Kolb AG