0.  Inhaltsverzeichnis  

0.  Inhaltsverzeichnis.  2

1.  Einleitung  4

2.  Entwicklung des Holzbaus.  6

2.1  Früher Holzbau in Mitteleuropa  6

2.2  Der moderne Holzbau  8

3.  Anforderungen an tragende Wände.  11

3.1  Architektonische Gestaltung  12

3.2  Statische Tragfähigkeit.  13

3.3  Bauphysikalische Anforderungen.  15

3.3.1  Wärmeschutz.  15

3.3.2  Feuchteschutz  19

3.3.3  Dichtheit  22

3.3.4  Schallschutz.  23

3.3.5  Brandschutz.  25

3.3.6  Holzschutz.  27

3.4  Hygienische Aspekte.  30

3.5  Ökologische Aspekte  31

3.6  Ökonomische Aspekte.  32

4.  Holzbauwände  33

4.1  Massivholzbau.  33

4.1.1  Blockbau.  33

4.1.2  Ständer-Bohlenbau  37

4.1.3  Moderne Massivholzbausysteme  37

4.1.4  Bauphysikalische Besonderheiten.  41

4.2  Fachwerkbau.  43

4.2.1  Fachwerkhölzer  43

4.2.2  Verbindungen  45

4.2.3  Ausfachungen.  47

4.2.4  Bauphysikalische Besonderheiten.  50

4.3  Holzrahmenbau / Holztafelbau  55

4.3.1  Holzrahmenbau  56

4.3.2  Holztafelbau  57

4.3.3  Charakteristik des Tragwerkes  58

4.3.4  Bauphysikalische Besonderheiten.  61

4.3.5  Anschlussdetails  68

5.  Massivwände in Mauerwerk und Stahlbeton  72

5.1  Mauerwerk  72

5.2  Stahlbeton.  73

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5.3  Massivbau-Wandkonstruktionen  74

6.  Gegenüberstellung Holz - Mauerwerk - Stahlbeton.  77

6.1  Architektonische Gestaltung  77

6.2  Statische Tragfähigkeit.  77

6.3  Bauphysikalische Anforderungen.  78

6.3.1  Wärmeschutz.  79

6.3.2  Feuchteschutz  80

6.3.3  Luftdichtheit  81

6.3.4  Schallschutz.  82

6.3.5  Brandschutz.  82

6.4  Hygienische Aspekte.  82

6.5  Ökologische Aspekte  83

6.5.1  Energiebilanz der Herstellung.  83

6.5.2  Lokale Verfügbarkeit  84

6.5.3  Nachhaltigkeit der Baustoffe.  85

6.5.4  Recycling / Entsorgung  85

6.6  Ökonomische Aspekte.  86

6.6.1  Herstellungskosten  86

6.6.2  Laufende Kosten  87

7.  Vergleich Holz - Mauerwerk - Stahlbeton  89

8.  Fazit  91

9.  Verzeichnisse.  93

9.1  Literaturverzeichnis  93

9.1.1  Bücher  93

9.1.2  Normen / Verordnungen.  94

9.1.3  Zeitschriften / Broschüren.  95

9.1.4  Informationsdienst Holz.  95

9.1.5  Internetadressen.  95

9.2  Abbildungsverzeichnis.  96

9.3  Abkürzungsverzeichnis  97

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1. Einleitung

Der Holzbau hat in den mitteleuropäischen Breiten eine lange Tradition. Neben dieser alten handwerklichen Baukunst erscheint Holz heutzutage auch in einem neuen Erscheinungsbild. Besonders in den 90er Jahren erlebte der Holzbau unter dem Gesichtspunkt von Ökologie und Ökonomie eine „Renaissance“ ¹ . In seiner Geschichte entwickelte sich Holz vom Baumaterial einfachster Unterkünfte zum anspruchsvollen Rohstoff für hochkomplexe Bauprojekte, wie z.B. das Expodach in Hannover. Technologische Entwicklungen in Bereichen der Verbindungsmittel, der Holzwerkstoffe und dem zunehmenden EDV-Einsatz ermöglichen es diesen Baustoff in den vielseitigsten Baukonstruktionen einzusetzen. Neben großen Sport-, Schwimm- und Konzerthallen, Brückenkonstruktionen und ähnliches hat Holz auch im Bereich des klassischen Hausbaus an Prestige gewonnen. Verschiedene Konstruktionsweisen und Fertigungsmethoden erlauben dabei Variationen in Preis, Lebensdauer, Materialaufwand und Aussehen.

Subjektiv verbindet man Holz mit Begriffen wie warm, natürlich, behaglich und gesund. Neben diesen lassen sich weitaus objektivere Vorteile finden: x „Nachwachsender Rohstoff x CO 2 speichernd x Geringer Energieaufwand x Leicht und energiesparend zu verarbeiten x Trockene Bauweise x Kurze Bauzeit durch Vorfertigung x Guter Wärmeschutz ist leicht zu erreichen x Vollständige Verwertung leicht zu erreichen; kein Abfall x Neue Holzwerkstoffe ermöglichen moderne Holzbauweise x Angenehmes Wohnklima

x Wohnflächengewinnung durch relativ „dünne“ Außenbauteile x Wiederverwertbarkeit: stoffliches Recycling x Bauen auch ohne Holzschutzmittel möglich“ ² x Resistent gegen viele Chemikalien x Regional verfügbar x Problemlos entsorgbar.

Neben Mauerwerk und Stahlbeton hat Holz als ältester Baustoff im Bereich von Wandkonstruktionen seinen Platz zurückerobert.

¹ Vgl. www.digitalpodium.ch/gestalten/architektur/architektur.html

² www. asgn.de/asgn-texte/baustoffe/holz/holz_inhalte.htm

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Über die Zeit haben sich Wandkonstruktionen in x der Massivholzbauweise x des Fachwerkbaus

x der Holzrahmenbauweise / Holztafelbauweise etabliert.

Die Holzbauarten besitzen typische Konstruktionsmerkmale, die sie charakterisieren. Daraus ergeben sich Vor- und Nachteile den anderen Holzbauarten gegenüber, aber auch den Massivbauweisen in Mauerwerk und Stahlbeton.

Besonders für Außenwände sind hohe statische, bauphysikalische und architektonische Anforderungen zu erfüllen. Statistiken belegen, dass bauliche Schäden vermehrt in diesen Bereich auftreten.

Abb. 1: Prozentualer Anteil der Bauteilgruppen an der Gesamtheit aller Schäden bei Neubauarbeiten ³ Ein Aufzeigen der relevanten Einflüsse, die richtige Ausführung und möglicher Fehlerquellen sind in allen Bereichen der Herstellung bei Architekten, Bauingenieuren oder ausführenden Handwerkern notwendig. So können teure und unnötige Sanierungen vermeiden werden und eine lange Bestandsdauer gewährleistet werden.

Diese Arbeit soll einen Einblick in das Thema der Außenwandkonstruktionen geben. Der Schwerpunkt liegt im Bereich der verschiedenen Holzbauwände.

Anhand der Geschichte des Holzbauhandwerkes und der -industrie sollen die Entwicklungstendenzen aufgezeigt werden. Die Anforderungen an Außenwandkonstruktionen im Allgemeinen und speziell an Holzbauwänden werden beleuchtet. Die gängigen Holzwandkonstruktionen werden daraufhin differenziert in ihrer Entstehung, ihren Arten, dem Aufbau und den Vor- und Nachteilen untersucht. Im Abschluss führt ein Vergleich mit Wandkonstruktionen des Stahlbeton- und Mauerwerkbaus zu einer abschließenden Bewertung des Wandbaustoffes Holz.

³ Colling 2000, S.22

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2. Entwicklung des Holzbaus

2.1 Früher Holzbau in Mitteleuropa

Nachdem der Mensch den sicheren Schutz der Höhlen verlassen hat, boten ihm einfache Zeltkonstruktionen aus dünneren Baumstämmen bespannt mit Häuten, Schilf oder Blattwerk einen Unterschlupf. Sie lebten nomadisch und Zelte hatten den Vorteil des schnellen Auf- und Abbaus. Mit der Zeit wurden die nomadisierenden Jäger sesshaft und es entstanden die ersten festen Unterkünfte. Klimatische Bedingungen und vorhandene Baumaterialien ließen in den verschiedenen Regionen der Erde unterschiedliche Bauweisen entstehen. Im waldreichen Norden Europas bot sich Holz als Baustoff an. Um 10 000 v. Chr. entstanden hier erste kleinere, ovale Hütten, die etwas im Boden eingelassen waren. Diese Behausungen wurden um 3 000 v. Chr. von rechteckigen Pfahlbauten abgelöst. 4

Bei den Pfahlbauten wurden Stämme in den ufernahen Bereich von Seen und Flüssen eingerammt. In einer Höhe bis zu 2 m über der Wasseroberfläche entstanden Plattformen, auf denen einfache Holzhütten befestigt wurden. Bei moorastigen Untergründen setzte sich die Palisadenbauweise durch, welche auch heute noch in unwegsamen Geländen Anwendung finden. Bei ihnen bestanden die Außenwände aus in den Boden gerammten Pfählen. Der Hüttenboden, ein Gittergerüst aus Holzstämmen, lag direkt auf dem Untergrund. Damit er nicht einsinken konnte, wurde dieser sogenannte Prügelrost mit den Wänden verbunden. Aus dieser Bauweise entwickelten sich die Flechtbauten. Sie benötigen einen festen Untergrund. Um den Prügelrost wurden im Abstand von etwa einem Meter Tragpfähle in den Boden gerammt. Die Außenwände wurden ausgeflochten und später beidseitig mit Lehm bestrichen. Bei all diesen Konstruktionsweisen dienten die Pfähle als Traggerüst für die schräge Dachkonstruktion. Die Dachdeckmaterialien waren die gleichen wie im frühen Zeltbau. Für die Verbindungen der Stämme wurden natürliche Astgabeln und spezielle Knoten benutzt. ⁵ Aus dem Flechtwerkwandbau entwickelten sich die Blockbauten und die Ständerbauweisen. Um 1200 v. Chr. entwickelte sich besonders in Gebieten mit großem Vorkommen an langfasrigen Weichhölzern die Blockbauweise, wogegen in Gebieten mit überwiegend kurzfasrigen Hartholzbeständen, wie z.B. Eiche, sich der Ständerbau etablierte. ⁶ Als Geburtsstunde des Block-, aber auch des Fachwerkbaus, kann die Verwendung eines Schwellenkranzes als Ablösung der in den Boden eingegrabenen Pfosten angesehen werden. 7

⁴ Vgl. Ruske 1980, S. 10

⁵ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Köhler, Weber 1995, S. 2- 3

⁶ Vgl. Scheer, Muszala, Kolberg 1984, S.81

⁷ Vgl. Klöckner 1984, S.10

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Für die Blockbauwand wurden 15 bis 18 cm starke Rundhölzer waagerecht übereinander verlegt. An den Ecken wurden sie durch Überblattungen miteinander verbunden. ⁸ Diese massive Bauweise benötigte ein großes Holzkontingent und fand in besonders waldreichen Gebieten Verbreitung. Im frühen Mittelalter entwickelten sich mit dem Schwellenkranz auf einem erhöhte Natursteinsockel der Fachwerkbau. Durch zusätzliche Konstruktionselemente, wie Streben, Kopfbänder und Querhölzer, wurde es möglich größere Häuser zu errichten. 9

Abb. 2: Entwicklung der tragenden Ständer beim

Hausgerüst 10

Abb. 3: Entwicklung des Niederdeutschen

Hallenhauses 11

Dank neuer Werkzeuge konnten für den Fachwerkbau kraftschlüssige Holz-Holz-Verbindungen, wie Zapfen und Versatz, hergestellt werden. Als Füllmaterial der Wände wurden territorial vorhandene Baustoffe, wie mit Lehm verputze Weidenruten, Natursteine oder später gebrannte Ziegel verwendet. ¹² Die Blütezeit des Fachwerkbaus lag zwischen 1400 und 1700. ¹³ Nach dieser Zeit wurde Mauerwerk aus künstlichen und natürlichen Steinen als Wandbaumaterial populärer. Holz verschwand aus den Wandkonstruktionen und wurde nur noch für Dachstühle, Decken und mindere Bauwerke, wie Scheunen und Wohnhäuser der einfachen Leute, eingesetzt.

⁸ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Köhler, Weber 1995, S.3

⁹ Vgl. Ruske 1980, S.16

¹⁰ Ruske 1980, S.16

¹¹ Ruske 1980, S.16

¹² Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Köhler, Weber 1995, S. 5

¹³ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Kässer, Löhler, Weber 2002, S. 306

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Abb.  4: Entwicklung des Holzbaus  14

14  Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Köhler, Weber 1995, S.7-  8

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2.2 Der moderne Holzbau

In der zweiten Hälfte des 20 Jh. setzte ein neuer Trend im Holzbaugewerbe ein. Konrad Wachsmann beschäftige sich in den 40er Jahren in Amerika erstmalig mit dem Prinzip der Massenproduktion im Holzbau. In seinem Buch „Wendepunkt im Bauen“ von 1954 schreibt er: „Das Prinzip der Industrialisierung erfordert die Verlegung der Produktionsstätte von der Baustelle oder dem Werkplatz in die Fabrik. Der Anspruch auf Präzision, Qualität und größte Leistung zu ökonomischen Bedingungen führt zur Vorfabrikation im Sinne einer kompletten Fertigfabrikation aller Teile. Dadurch ergibt sich eine neue Technik des Zusammenfügens der einzelnen Elemente auf der Baustelle. Der Bau wird zur Montage.“ ¹⁵ Die Vorfertigung in Hallen und der anschließende Transport zur Baustelle konnte nur mit einem leichten Baustoff, wie Holz und zunehmend Holzwerkstoffen, gelingen. Diese Art des Bauens wurde damals als Holztafelbauweise bekannt. Neben dem ökonomischen sorgte in den 90er Jahren auch der ökologische Aspekt für einen Imagegewinn der Holzkonstruktionsweisen.

Dieser Trend ließ vermehrt größere Firmen entstehen, die sich nur auf die Fertigung, Vermarktung und Montage von Fertighäusern spezialisierten. Die Betriebe haben verschiedene Wandaufbauten und Möglichkeiten der Fertigung entwickelt. So entstanden und entstehen aus den Holzbauweisen die Holzbausysteme. Ein System ist dabei ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes und gegliedertes Ganzes. Bei der Planung eines solch komplexen Bauvorhabens sind viele Teilaspekte zu beachten.

Tab. 1: Planungsrelevante Teilaspekte bei Holzbausystemen 16

In den letzen 20 Jahren entstanden viele Firmen, die eigene Systeme entwickelten. Eine eindeutige Zuordnung der einzelnen Systeme zu Bauweisen ist durch die verschiedenen Mischformen nicht immer möglich. Deshalb unterscheidet man unterschiedliche Klassen von Systemen.

¹⁵ Holzbau Handbuch Reihe1 Teil1 Folge4 - Holzbausysteme, S.3

¹⁶ Holzbau Handbuch Reihe1 Teil1 Folge4 - Holzbausysteme, S.5

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Tab. 2:Typologische Entwicklung der Holzbauweisen und Systeme 17

Forschung und Industrie befassen sich

intensiv mit allen Einzelaspekten des

zusammen- Holzbaus(Bauphysik, Baustoff Holz,

Fertigungstechniken, Haustechnik,

Planungshilfen, Planungssicherheiten,...).

Eine Vielzahl von produktspezifischen

Bausystemen wird entwickelt.

Tafelbau & Rahmenbau: werden detailliert unter Punkt 4.3 behandelt.

Skelettbau: Charakteristische Merkmale des Holzskelettbaus sind tragende, stabförmige Bauteile mit frei wählbar großem Rasterabstand und der Verwendung von nichttragenden, raumabschließenden Elementen. ¹⁸ Durch die Trennung von Trag- und Ausbaufunktion spricht man von einem „offenen Bausystem“, was eine beliebige Anordnung der Wände und somit flexible Grundrisse erlaubt. ¹⁹ Im Gegensatz zum Holztafel- bzw. Holzrahmenbau bietet der Holzskelettbau durch weite Abstände der wenigen tragenden Bauteile einen großen Nutzungs- und Gestaltungsspielraum. Ein weiterer Vorteil ist die schnelle und einfache Montage des tragenden Gerippes. 20

Raumbildende Systeme: Bei diesem System werden Raumzellen gefertigt und auf der Baustelle zu kompletten Gebäuden zusammengesetzt. Diese vorgefertigten Räume können gereiht und gestapelt werden. Ihre Konstruktionsarten (Skelettbauweise, Holzrahmenbauweise usw.) sind vom jeweiligen Systemanbieter abhängig. Die Zelle ist mit ihrer Raumhülle bereits ein eigenständiges, tragendes und aussteifendes Ganzes. Besonders ist dieses System für Bauten mit gleichen Räumen, wie Schulen, Büros, Hotels usw., geeignet.

Flächige Systeme / zusammengesetzte Querschnitte: Bei flächigen Systemen werden die wirkenden Kräfte nicht durch einzelne Stäbe, sondern über die gesamte Querschnittsfläche übertragen. Statisch werden diese Bauteile als Flächentragwerke behandelt. Wände, Decken oder Dachelemente bestehen

¹⁷ Holzbau Handbuch Reihe1 Teil1 Folge4 - Holzbausysteme, S.3

¹⁸ Vgl. Scheer, Muszala, Kolberg 1984, S.81

¹⁹ Vgl. Scheer, Muszala, Kolberg 1984, S.61

²⁰ Vgl. Scheer, Muszala, Kolberg 1984, S.81

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aus Einzelteilen oder werden als Ganzes gefertigt. Bei flächigen Systemen mit zusammengesetzten Querschnitten werden einzelne Hölzer untereinander verbunden (verleimt, genagelt, usw.) und bilden so ein Bauelement, das eine den statischen Belastungen angepasste Struktur aufweist, z.B. Mittelstege oder kreuzweise auf Abstand verklebte Brettlagen.

Flächige Systeme / massive Querschnitte: Im Gegensatz zu den zusammengesetzten Querschnitten werden hier massive Querschnitte zu flächigen Bauelementen zusammengesetzt. Als bekannteste sind Brettstapeldecken und Dübelholz zu nennen, welche aus hochkant gestellten Brettern und Bohlen bestehen, die vernagelt, verleimt oder gedübelt werden.

3. Anforderungen an tragende Wände

Bauwerke müssen verschiedenste Aufgaben erfüllen. Dabei rückt der Mensch und seine Bedürfnisse, besonders bei Wohn-, Büro- und Geschäftshäusern in den Vordergrund der technischen Ingenieurwissenschaften. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Gebäude, im besonderen Außenwandkonstruktionen, auf die an sie gestellten Kriterien untersucht werden. Folgende Punkte sind bei Planung und Fertigung von Wänden zu beachten: x „die architektonische Gestaltung x die statische Tragfähigkeit für die Gebäudekonstruktion x der bauliche Wärmeschutz

x der bauliche Schutz vor Feuchtigkeit über und unter der Erde x der bauliche Brandschutz x der bauliche Schallschutz x der ökologische Aspekt für die Nutzung x der hygienische Aspekt für die Nutzer

x die Wirtschaftlichkeit für die Herstellung und Wartung, auch ein minderer Aufwand für die spätere Entsorgung“ ²¹ .

Einzelne Lösungsmöglichkeiten dieser Schutzziele stehen teilweise im Widerspruch zueinander. Darum wird von den Baufachleuten ein vernetztes Denken gefordert, um einen optimalen Kompromiss der verschiedenen Anforderungen zu finden und in Konstruktionslösungen umzusetzen. „Außenwände werden ihrer Charakteristik entsprechend eingeteilt in: x schwere, mittelschwere und leichte Außenwände, bezogen auf ihre Flächenmasse (über 300 kg/m²; 100 bis 300 kg/m²; unter 100 kg/m²);

x tragende und nichttragende Außenwände, bezogen auf ihre statische Funktion im Gebäude; x ein-, zwei- und mehrschichtige Außenwände, bezogen auf ihren Schichtaufbau;

²¹ Arndt 1996, S.257

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x ein- und zweischalige Außenwände, entsprechend dem Verbund der Schichten untereinander.“ 22

Eine Einteilung nach dem vordringlich verwendeten Materialien, wie Holz bzw. Holzwerkstoffe, Stahlbeton oder Mauerwerk ist ebenso möglich.

3.1 Architektonische Gestaltung

Um ein Bauwerk nicht um seiner selbst Willen zu bauen, muss es bestimmte Aufgaben erfüllen. Dabei gibt es deutliche Unterschiede ob ein Gebäude als Wohn-, Geschäfts- oder Lagerhaus genutzt wird. In einer Bedarfsanalyse muss beispielsweise untersucht werden: Wie groß ist der Raum? Wie liegen die Räume zueinander? Wie viele Leute nutzen die Einrichtung? Ist das Gebäude behindertengerecht konzipiert? usw.. Entsprechend dieser Anforderungen kann die Planung eines Bauwerks beginnen. Neben dem Nutzen spielt die Erscheinung eines Gebäudes eine Rolle. Durch das Aussehen wird festgelegt, ob sich ein Gebäude in seine Umgebung integriert oder von ihr abhebt. Einige Vorschriften, hinsichtlich Material, Farbe, Form und Baustil, befinden sich in den jeweiligen Ortssatzungen der Gemeinden. Durch diese Regeln wird versucht regionale Besonderheiten zu bewahren und der Gemeinde ein einheitliches Aussehen zu geben. In der Landesbauordnung Berlin ist zu diesem Punkt folgendes festgelegt: „§ 10 Gestaltung

(1) Bauliche Anlagen müssen nach Form, Maßstab, Verhältnis der Baumassen und Bauteile zueinander, Werkstoff und Farbe so gestaltet sein, dass sie nicht verunstaltet wirken. (2) Bauliche Anlagen sind mit der Umgebung so in Einklang zu bringen, dass sie das Straßenbild, Ortsbild oder Landschaftsbild nicht verunstalten oder deren beabsichtigte Gestaltung nicht stören. Auf die erhaltenswerten Eigenarten der Umgebung ist Rücksicht zu nehmen.“ ²³ Da bekanntlich Schönheit im Auge des Betrachters liegt, lässt diese Formulierung genügend Spielraum für gestalterische Eigenheiten der Architekten und Bauherrn.

Ein Gebäude hat immer auch repräsentative Aufgaben zu erfüllen. Dies gewinnt besonders bei Geschäftssitzen größerer Firmen an Bedeutung. Das Bauwerk fungiert nicht nur als Arbeitsraum der Angestellten, sondern ist gleichzeitig Prestigeobjekt und dient der Werbung. Dazu müssen die Ansichten einer Firma mit der Erscheinung des Gebäudes, durch Material, Form und Gestalt, koalieren. Die äußere Erscheinung eines Holzhauses hängt in erster Linie von seiner Bauweise ab. So stellt sich z.B. ein neu errichtetes Blockhaus im ländlichen Umfeld anders dar, als ein restauriertes Fachwerkhaus im Innenstadtbereich. Das Aussehen von Wandkonstruktionen bestimmt die Fassade. Hier kann auf verschiedene Materialien zurückgegriffen werden. Soll die Natürlichkeit eines Holzhauses in den Vordergrund gestellt werden, sollte auf Holz nicht verzichtet werden. Durch Verputzen, Bekleidung mit

²² Arndt 1996, S.258

²³ Bauordnung Berlin 1997, §10

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Keramik bzw. Werkstoffplatten oder durch eine Vorsatzschale aus Klinkermauerwerk kann es wie ein Gebäude in Steinmassivbauweise aussehen. Wird mit Farben gestaltet, ist auf das Zusammenspiel mit anderen Bauteile zu achten.

Ist der Nutzen und die Erscheinung des Baukörpers definiert, können diese Aufgaben mit bautechnischen Anforderungen in Einklang gebracht werden.

3.2 Statische Tragfähigkeit

Einer tragenden Konstruktion sind die Aufgaben der

x Standsicherheit x Gebrauchstauglichkeit und x Dauerhaftigkeit

zugesprochen, welche durch entsprechende Nachweise der materialabhängigen DIN-Normen, Holz -DIN 1052, Mauerwerk - DIN 1055, Stahlbeton - DIN 1045, zu beweisen sind. Um eine solche Prüfung vorzunehmen, werden Lasten entsprechend der DIN 1055 angesetzt.

Außenwände werden durch Lasten in ihrer Ebene als Scheibe und senkrecht zu ihrer Ebene als Platte beansprucht. In der Ebene wirken Vertikallasten, wie z.B. Eigengewicht, Lasten aus Decken und deren Verkehrslasten. Diese erzeugen Normalkräfte, die von der Wand aufgenommen und in vertikaler Richtung ins Fundament abgeleitet werden. Meist handelt es sich dabei um Druckkräfte. Durch horizontale Windlasten, die in die Wandebene übertragen werden, und durch die Verwendung von leichten Materialien, wie z.B. Holz, spielen auftretende Zugkräfte eine zunehmende Rolle. Durch stählerne Zugverankerungen im Fundament werden die Kräfte in den Baugrund abgeleitet und die horizontale Verformung des Gebäudes begrenzt.

Senkrecht zu ihrer Ebene werden Außenwände durch Wind- und Erddruck oder Lotabweichung belastet. Diese horizontal wirkenden Kräfte müssen über Querwände abgetragen werden. Sind die Querwände in einem großen Abstand angeordnet, entstehen große Biegemomente in der Wandmitte. Das selbe Verhalten zeigt sich ebenfalls bei großer Deckenhöhe. Auch hier entstehen durch horizontale Kräfte Biegemomente in halber Wandhöhe. Diese Belastungen müssen vom Wandbaumaterial entsprechend kompensiert werden. Auch nicht tragende Außenwände müssen diesen Belastungen standhalten. Durch fehlende Auflasten können sogar nur Biegebeanspruchungen vorherrschen.

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Abb. 5: Horizontale Gebäudeaussteifung 24

ten Balkensystemen gebildet werden. Sind

an der horizontalen Gebäudeaussteifung viele Wände beteiligt, fallen die Kräfte in den Wänden klein aus. Bereiche mit Wandöffnungen oder kurze Wände dürfen für die Gebäudeaussteifung nicht in Rechnung gestellt werden. Die Aussteifung des Bauwerkes müssen nicht vornehmlich Außenwänden übernehmen. Bei einigen Baukonstruktionen, wie z.B. bei Hochhäusern oder im Holzskelettbau, sind Innenwände, Fahrstuhlschächte oder andere Konstruktionsbestandteile, wie Träger, Stützen, Seile, in der Lage diese Funktionen zu übernehmen.

Da zunehmend mehrschichtige Wandaufbauten an Bedeutung gewinnen, sind den einzelnen Schichten unterschiedliche Aufgaben zugeteilt. Einige Schichten einer Wandkonstruktion sind dabei in der Lage mehre Funktionen zu übernehmen. Bei Häusern in Holzbauweise übernehmen Holzbauteile bzw. Holzwerkstoffe tragende Funktionen. Abhängig von der Holzbauweise werden die Kräfte durch stabförmige oder flächige Elemente übertragen.

Neben den einzelnen Holzbauteilen spielen die Verbindungsmittel eine entscheidende Rolle. Es gibt verschiedene Anschlussausbildungen, von Holz-Holz-Verbindungen über stabförmige Verbindungsmittel bis zu verleimten Anschlüssen. Daraus resultieren Unterschiede in ihrer Tragfähigkeit, ihrer Wirkungsweise und ihrer Nachgiebigkeit. Geklebte Verbindungsausführungen verschieben sich kaum bei einer hohen Kraftübertragung. Nägel hingegen müssen erst eine gewisse Verschiebung zulassen, um voll wirksam zu werden. Die verschiedenen Holzbauweisen haben, entsprechend ihrer Konstruktionsweise, typische Verbindungen und Verbindungsmittel.

²⁴ Küttinger 2000, S.447 (verändert)

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3.3 Bauphysikalische Anforderungen

Die Einzelziele der Bauphysik sind:

x „Wärmeschutz x Feuchteschutz x Schallschutz x Brandschutz x Holzschutz (speziell bei Holzkonstruktionen)“ ²⁶ . In diesem allgemeinen Katalog der Anforderungen muss zusätzlich die Luftdichtigkeit Beachtung finden. Sie ist bei der Erfüllung aller bauphysikalischen

Schutzziele wichtig. Sie spielt aber ten ist. speziell im Holzbau eine besondere Rolle, da sie schwieriger zu gewährleis

Wie in Abb. 4 dargestellt, erfüllen einzelne Konstruktionsbestandteile einer Außenwand in Holzbaukonstruktion einzelne oder mehrere Aufgaben. Alle Ziele der Bauphysik müssen zugleich erfüllt werden.

3.3.1 Wärmeschutz

„Der Wärmeschutz hat bei Gebäuden Bedeutung für x die Gesundheit der Bewohner durch ein hygienisches Raumklima

x den Schutz der Baukonstruktion vor klimabedingten Feuchteeinwirkungen und deren Folgen x einen geringen Energieverbrauch bei der Heizung und Kühlung x die Herstellung- und Bewirtschaftungskosten.“ 27

Die Behaglichkeit eines Wohnraumes hängt im hohem Maße von der Raumtemperatur ab. Eine Raumtemperatur um die 20°C wird von uns Menschen als angenehm empfunden. Diese Temperatur im Sommer wie im Winter möglichst konstant zu halten, bringt einige Probleme mit sich.

3.3.1.1 Winterlicher Wärmeschutz

In unseren Breitengraden ist es notwendig in den kälteren Monaten bewohnte Gebäude zu beheizen. Dies geschieht hauptsächlich durch die Verfeuerung fossiler Brennstoffe. Sie müssen teuer bezogen werden und bei ihrer Verbrennung entsteht das Treibhausgas CO 2 . Rund ein Drittel des gesamten CO 2 -

²⁵ Pracht1978, S 51

²⁶ Holzbau Handbuch Reihe1 Teil1 Folge4 - Holzbausysteme, S.8

²⁷ DIN 4108 - 2 2003, S.3

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Ausstoßes Deutschlands entsteht durch die Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser. ²⁸ Eine Reduzierung erscheint aus Kosten- und Umweltgründen dringend erforderlich. „Während der Heizperiode treten aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Gebäudeinnerem und Außenluft

x Transmissionswärmeverluste durch die Außenbauteile

x Lüftungswärmeverluste aufgrund des Aufwärmens der durch Undichtigkeiten oder geöffnete Fenster und Türen einströmenden kalten Außenluft auf Raumlufttemperatur auf.“ ²⁹ Zu den Außenbauteilen gehören Wände, Fenster, Dach, Kellerwände und Kellerfundament. Ein Einfamilienhaus verliert dabei ca. 18% der Wärme über die Außenwände. ³⁰ Möglichkeiten, diese Verluste zu minimieren, sollen näher erläutert werden.

Schon in der Entwurfsphase ist auf ein günstiges Verhältnis zwischen Gebäudehülle und Gebäudevolumen zu achten. Ein großes Volumen gegenüber einer kleinen Oberfläche ist als günstig zu bewerten. Kompakte, gedrungene Gebäude, ohne viele Ecken und Kanten, entsprechen aber nicht immer den gestalterischen Anforderungen.

Allgemein kann gesagt werden, dass der Wärmeschutz von Wandkonstruktionen durch die Verwendung von Materialien mit geringerer Wärmeleitfähigkeit verbessert werden kann. Dieses Kriterium erfüllen vor allem Wärmedämmstoffe, wie z.B. mineralische und pflanzliche Faserdämmstoffe, Polysterol-Hartschaum oder HWL-Platten. Durch ihren hohen Luftporenanteil wird die Transmission verringert. ³¹ Wärmedämmstoffe sind leicht und bis auf wenige Ausnahmen als tragende Bauteile ungeeignet. Bei der Verwendung von stabförmigen Tragwerken mit einer beidseitigen Beplankung, wie Holztafel-oder Rippenbauweise, werden Hohlräume zumeist mit Mineralfaserdämmstoffen gefüllt. Die Rippenstärke hängt von der gewünschten Dämmstoffdicke ab und selten von den statischen Erfordernissen. Zusätzlich können weitere Wärmedämmschichten vorgesetzt werden. Bei verputzten Fassaden dient sie gleichzeitig als Träger der Putzschicht.

Bei der massiven Holzbauweise werden geschlossene Dämmschichten zwischen mehreren Schalen oder äußerlich davor angebracht. Hier sind Parallelen zur Massivbauweisen in Stahlbeton und Mauerwerk zu erkennen.

Zu verstärkten Wärmeverlusten kommt es in Bereichen von Wärmebrücken. „Unter Wärmebrücken versteht man Schwachstellen in Bauteilen, die wesentlich geringere Wärmedurchlasswiderstände aufweisen.“ ³² Diese Schwachstellen können durch verringerte Bauteildicken, z.B. im Bereich von Fensterfaschen und Rollladenkästen, durch ein schlechtes Verhältnis zwischen Aufheizfläche und

²⁸ Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft 1994, S.5

²⁹ Bundesministerium für Wirtschaft 1994, S.5

³⁰ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Kässer, Köhler, Weber 2002, S.108

³¹ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Kässer, Köhler, Weber 2002, S.109

³² Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Kässer, Köhler, Weber 2002, S.107

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Abkühlungsfläche, in Eckbereichen von Außenwänden, und beim Verbau von Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmedurchlasswiderständen, auftreten. Auch in diesen Bereichen sind die Mindestanforderungen der DIN 4108 -2 zu erfüllen. 33

Abb. 7: Wärmebrücken 34

Die DIN 4108 - Teil 2 : 2003-07 beschäftigt sich mit den Fragen des Wärmeschutzes. Nach dieser Norm müssen Außenwände mindestens einen Wärmedurchlasswiderstand R von 1,20 m²K/W vorweisen können. ³⁵ Speziell für leichte Bauteile (flächenbezogene Masse unter 100 kg/m² Wandfläche), welche fast immer im Bereich des Holzhausbaues zu finden sind, ist ein Mindestwert des Wärmedurchlasswiderstandes von 1,75 m²K/W festgelegt. 36

Als weitere Vorschrift gibt es die Energieeinsparverordnung - EnEV vom 16. November 2001. Sie regelt eine effektivere Energienutzung von Gebäuden im Bereich der Raumwärme und Warmwasserbereitstellung. Die EnEV dient als wichtiges Element des Klimaschutzprogramms der Bundesregierung. Durch standardisierte Verfahren wird der Jahres-Primärenergiebedarf für ein Gebäude berechnet. Sind die strengen Anforderungen erfüllt, wird diesem Haus ein Energiepass, bzw. ein Energiebedarfsausweis, ausgestellt. Dieses Verfahren sorgt für eine größere Transparenz beim Kauf, Bau oder Umbau einer Immobilie. ³⁷ Neben dem Jahres-Primärenergiebedarf sind explizit Höchstwerte des Wärmedurchlasskoeffizienten für einzelne Bauteile festgelegt. Für allgemeine Außenwände beträgt der Wärmedurchlasskoeffizient U max 0,45 W/(m²K). Dies entspricht einem Wärmedurchlasswiderstand von 2,22 m²K/W. ³⁸ Eine weitere Verschärfung ist im Bereich der Niedrigenergiehäuser zu finden. Der Wärmedurchgangskoeffizient U liegt bei 0,3 und 0,15 W/(m²K), etwa einem Wärmedurchlasswiderstand von 3,3 bis 6,6 m²K/W. Die Dicke der Wärmedämmschicht liegt dann etwa zwischen 10 - 24 cm. ³⁹ Um ein Gebäude vor übermäßigem Wärmeverlust zu schützen, sind nicht nur verbessernde Maßnahmen an der Außenwand nötig. Alle Faktoren, wie Fenster und Türen, Dachaufbau und

³³ DIN 4108 - 2 2003, S.14, 17-19

³⁴ Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Kässer, Köhler, Weber 2002, S.107

³⁵ DIN 4108 - 2 2003, S.13

³⁶ DIN 4108 - 2 2003, S.11

³⁷ Vgl. www.rockwool.de/sw4901.asp

³⁸ Vgl. EnEv 2001, S.30

³⁹ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Husfeldt, Kässer, Köhler, Weber 2002, S.348

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Kellerwände müssen aufeinander abgestimmt werden. Werden einige Bereiche der äußeren Gebäudehülle vernachlässigt, kommt es zu dem beschriebenen Wärmebrückeneffekt. Ein weiterer Punkt ist das Belüften der Wohnräume. Auch ohne Wärmetauschanlagen kann durch richtiges Lüften der Wärmeverlust verringert werden. Das gelegentliche, kurzfristige Öffnen von Fenster und Tür (Stoßlüftung) ist energetisch sinnvoller als das Lüften durch längeres Anklappen der Fenster. 40

3.3.1.2 Sommerlicher Wärmeschutz

Um in den Sommermonaten zumutbare Innentemperatur zu bewahren, sind teilweise aufwändige und energieintensive Kühlmaßnahmen erforderlich. Durch planerische Maßnahmen lassen sich Wege finden, die Erwärmung der Innenräume zu minimieren und somit Energiekosten zu sparen. Beeinflusst wird die Aufheizung von Gebäuden durch vielerlei Faktoren: x Anteil der Fensterflächen x die Energiedurchlässigkeit der Fenster x die Orientierung der Fenster bezüglich der Himmelsrichtungen x Sonnenschutzmaßnahmen der Fenster (Jalousien, Markisen, Rollläden usw.) x Lüftung der Räume

x Wärmespeicherfähigkeit der innenliegenden Bauteile x Interne Wärmequellen (Kühlschrank, Computer u.s.w.) ⁴¹ .

Die Wichtung der einzelnen Faktoren ist unterschiedlich, wobei den Fenstern der größte Einfluss zugestanden werden muss. Aber auch im Bereich der Außenwände sind Maßnahmen des sommerlichen Wärmeschutzes möglich. Von außen nach innen sind folgende Maßnahmen zu empfehlen: x Einfluss hat z.B. die Farbe und Struktur der Fassade. Die Wärmestrahlung der Sonne wird von glatten, hellen Oberflächen (z.B. helle Keramik oder Aluminiumfassaden) besser reflektiert als von dunklen, rauen Flächen (z.B. einige Putzsorten oder dunkle Holzfassaden). Sie absorbieren die Strahlung und erwärmen sich dabei. Oberflächentemperaturen weit über der Lufttemperatur werden erreicht. Der stark erhitzte Außenbereich leitet Wärme durch Transmission ins kühlere Innere des Gebäudes, das sich daraufhin erwärmt. Helle, glatte Fassaden sind deshalb zu bevorzugen. 42

x Eine hinterlüftete Fassade erweist sich als vorteilhaft. Durch den Schalenabstand kann die Wärmeenergie nicht auf die innere Schale übertragen werden. Zusätzlich transportiert die Hinterlüftung Wärme ab.

x Wie im Winter verringert auch im Sommer die Wärmedämmung den Wärmefluss. Die Richtung des Wärmestromes spielt dabei keine Rolle.

⁴⁰ Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft 1994, S.17

⁴¹ Vgl. DIN 4108 - 2 2003, S.24 -25

⁴² Vgl. DIN 4108 - 2 2003, S.10 & Batran, Bläsi, Frey, Hühn, Köhler, Kraus, Rothacher 1999, S.244

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x Weiterhin wirkt sich die Wärmespeicherkapazität von Innenbauteilen und Außenwänden bis zur Wärmedämmung positiv auf die Innentemperatur aus. Sie dienen als Puffer und sind von der Masse der Bauteile abhängig.

3.3.2 Feuchteschutz

Außenbauteile kommen mit Niederschlagswasser, in flüssiger Form von außen, und Tauwasser, in gasförmigem Zustand von innen, in Berührung. Zusätzlich sind Durchfeuchtungen vom Fundament her möglich, wenn Sperrbahnen gegen aufsteigende Feuchtigkeit fehlen. Die verschiedenen Baustoffe sind unterschiedlich wasserempfindlich und zeigen dabei typische Schäden. Tab. 3: Feuchtigkeitsauswirkungen auf Wandbaustoffe

3.3.2.1 Schutz vor Niederschlag

Senkrechte Wandkonstruktionen werden erst durch den horizontalen Einfluss des Windes mit Niederschlägen in Berührung gebracht. Diese Schlagregenbeanspruchung ist von der geographischen Lage und der Gebäudeausrichtung abhängig. Die Aufnahme des Niederschlagwassers erfolgt durch die kapillare Aufnahmefähigkeit der Fassadenoberfläche, bei Putz, Holz oder Holzwerkstoffen, Mauerwerk oder Lehm, und infolge des Staudruckes über Risse, Ritzen oder fehlerhafte Abdichtungen. Gelingt das Wasser auf und in die äußere Bekleidung der Fassade, muss sichergestellt werden, dass die Befeuchtung nur von minimaler Dauer ist. Ein schnelles ungehindertes Ablaufen und ein problemloses Abtrocknen sind unabdingbar. Vorschriften der entsprechenden Maßnahmen gegen die Schlagregenbeanspruchung sind in DIN 4108-3 Tabelle 3 vertafelt. Durch lang bekannte bauliche Maßnahmen ist man in der Lage Wandkonstruktionen einfach vor Witterungseinflüssen wie Regen, Hagel, Schnee zu schützen.

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Wie ein Regenschirm bewahrt ein ausreichend großer Dachüberstand die Fassade vor Niederschlägen. Effektiv ist diese Maßnahme bei Gebäuden geringerer Höhe (ein bis zwei Etagen). Bei höheren Bauwerken steht der Dachüberstand nicht im effektiven Verhältnis zur Fassadenhöhe und verliert an Bedeutung. ⁴⁴ Für eine einwandfreie Dachentwässerung muss gesorgt sein. In Bereichen von kaputten Fallrohren oder verstopften Dachrinnen sammelt sich Wasser einer ganzen Dachfläche und durchfeuchtet Wände in einem zu großen Ausmaß. Ein vollständiges Abtrocknen ist meist nicht möglich. Im Bereich des Bodens ist auf einen ausreichend großen

Abstand zwischen Erdreich und Holzkonstruktion oder eine wasseraufnahmefähige Putzschicht zu achten (^ 30 cm) ⁴⁵ . Direkter Erdkontakt von Bauhölzern ist unbedingt zu vermeiden. Weiterhin sichert eine Kiesschüttung im Sockelbereich ein schnelles Ablaufen des Wassers und vermindert ein Zurückspritzen des Niederschlagwassers. 46

Die Aufgabe des Wetterschutzes kommt bei der Außenwandkonstruktion nur der äußersten Schicht zu. Sie muss niederschlag- und spritzwasserdicht sein und trotzdem die Wasserdampfdiffusion zulassen. ⁴⁷ Bei diesen Bekleidungen muss nicht auf Holz verzichtet werden. Es gibt Wege, die der Witterung ausgesetzten Holzbauteile zu schützen. Im Kapitel 4.4.6 Holzschutz wird darauf näher eingegangen.

3.3.2.2 Tauwasserschutz

Der Tauwasserschutz hat in bewohnten, beheizten Gebäuden eine besonders große Bedeutung. Wasserdampf entsteht im Rauminneren durch Duschen, Kochen und ist in der Ausatemluft enthalten. Dieser strömt aufgrund eines Luftdruckgefälles oder diffundiert wegen des Konzentrationsgefälles durch die Wandkonstruktion nach außen. Bei einem Temperaturgefälle kommt es in der kälteren Jahreszeit zur Kondensation des Dampfes auf der Oberfläche oder innerhalb der Wand. Es entsteht Tauwasser. Dieses Wasser, tritt es direkt auf der raumseitigen Wandoberfläche auf, bietet mit Staub oder Tapetenkleister einen Nährboden für Schimmelpilze. Nach DIN 4108-2 ist ein Schutz gegen Tauwasserbildung auf Innenoberflächen gegeben, wenn die Mindestanforderungen an den Wärmeschutz (DIN 4108-2 Tab. 3) erfüllt sind und somit die Oberflächentemperatur an jeder Stelle immer über 12,6°C liegt.

⁴³ Hein 1998, S.72

⁴⁴ Vgl. Hein 1998, S.71

⁴⁵ Vgl. Batran, Bläsi, Frey, Hühn, Köhler, Kraus, Rothacher 1999, S.185

⁴⁶ Vgl. Hein 1998, S.71

⁴⁷ Vgl. Arndt 1996, S.257

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