Vergleich der Außenwandkonstruktionen des Holzfachwerkes und Holztafelbaues

GLIEDERUNG

0.0 Einleitung
0.1 Abgrenzung
0.2 Begrundung und Ziel
0.3 Vorbemerkung

1.0 Geschichtlicher Vergleich
1.1 Entwicklung des Fachwerkbaues
1.2 Entstehung des Holztafelbaues

2.0 Konstruktionsvergleich
2.1 Konstruktion des Holzfachwerkes
2.1.1 Problemdarstellung in der Holzfachwerkkonstruktion
2.1.2 Losungsvorschlag des Problems
2.2 Konstruktion des Holztafelbaues
2.2.1 Probleme in der Holztafelbaukonstruktion
2.2.2 Losungsvorschlag des Problems

3.0 Brandschutz
3.1 Brandverhalten von Holzkonstruktionen
3.2 Brandschutz bei Holzfachwerkwanden
3.3 Brandschutz fur Holztafelbauwande
3.4 Brandschutz des Holzes durch Trankung

4.0 Warmeschutz
4.1 Warmeschutzanforderungen an Holzbaukonstruktionen...
4.2 Warmeleitungsverhaltendes Holzes
4.3 Warmeschutz der Holzfachwerkkonstruktion
4.3.1 Neubau von Fachwerkbauten
4.3.2 Sanierungsvorschlag beim bestehenden Fachwerk
4.4 Warmeschutz im Holztafelbau
4.4.1 Neubau von Holztafelbauhausern
4.4.2 Losungsvorschlag fur SanierungsmaBnahmen

5.0 Schallschutz
5.1 Schallschutzanforderung von Holzkonstruktionen
5.2 Schallschutzproblem im Holzfachwerk
5.2.1 SchallschutzmaBnahmen im Holzfachwerk
5.3 Probleme des Schallschutzes im Holztafelbau
5.3.1 SchallschutzmaBnahmen fur Holztafelbauelemente

6.0 Schluss
6.1 Vergleichsubersicht
6.2 Vorschlag fur die Endscheidung einer Wandkonstruktion

7.0 Bibliographie
7.1 Literaturverzeichnis
7.2 Internetquellenverzeichnis
7.3 Abbildungsverzeichnis

8.0 Anhang
8.1 Entwicklung des Holzbaues
8.2 Holztafelbau
8.3 Fachwerkhutte
8.4 Warmeschutznachweis
8.5 Schallschutztabelle

0.0 Einleitung

In dieser Hausarbeit wird der traditionelle Holzfachwerkbau dem neuzeitlichen Holztafelbau gegenubergestellt. Es werden zunachst die Konstruktionsarten in ihrer Entstehungszeit unterschieden. In den Bereichen Konstruktion, Brandschutz, Warmeschutz und Schallschutz werden bekannte und groBe Probleme der beiden Bauweisen erklart. Zu diesen Problemen werden einzelne Losungsvorschlage erlautert und auf weitere Moglichkeiten verwiesen.

0.1 Abgrenzung

In beiden Bauweisen werden in den Themenbereichen der Konstruktion, des Brandschutzes, des Warmeschutzes und des Schallschutzes nur die AuBenwandkonstruktionen untersucht, da diese am groBten beansprucht werden. Weiterhin werden fur die jeweiligen Problemdarstellungen die von mir fur sinnvoll und gut befundenen Losungen erklart. Auf weitere Losungen kann ich nur hinweisen, da sonst der Rahmen, der fur diese Hausarbeit angesetzt wurde, uberschritten ware.

0.2 Begrundung und Ziel

Ich wahlte dieses Thema aufgrund einer Diskussion in einem Internetbauforum, in dem alte traditionelle und heutzutage verwendete Bauweisen erortert und verglichen wurden. Da ich selbst als ausgebildeter Zimmerer groBes Interesse am Holzbau habe und eigenes Wissen besitze, wahlte ich diese fur mich interessante Thema.

Ziel dieser Arbeit ist es, den Leser, Praktiker und andere Interessenten bei einer Endscheidungsfindung fur einer der beiden Holzbauarten zu erleichtern. Sie sollen vor allem abwagen konnen welche Problembereiche am gravierendsten sind und welche sich am besten losen lassen. Sie sollen erkennen, dass auch heutzutage noch alte traditionelle Holzfachwerkbauten mit ZusatzmaBnahmen, dem Holztafelbau, interessante Alternativen bieten.

0.3 Vorbemerkung

Zu jedem neuen Kapitel wird eine Kurzeinleitung den Leser in den neuen untersuchenden Bereich einfuhren. Abbildungen, die in der Hausarbeit dargestellt und aus Literaturen entnommen sind, werden nummeriert und im Abbildungsverzeichnis mit Quellenangaben aufgelistet.

1.0 Geschichtlicher Vergleich

Die Konstruktionen des Holzbaues entwickelten sich uberwiegend in den skandinavischen Landern und anderen waldreichen Gebieten in Europa. Durch Ausgrabungen fanden Forscher heraus, dass nach den Zeltbauten der Pfahlbau , der Palisadenbau, der Flechtwerkbau und der Blockbau entstanden sind. Aus den Blockbaukonstruktionen, die sich zwischen 1200 v. Chr. entwickelten, entstanden die Holzfachwerkbauten. Erst im zwanzigsten Jahrhundert entstand aus dem traditionellen Fachwerkbau die Holztafelbauweise, die heute wohl bekannteste Holzbaukonstruktion.

1.1 Entwicklung des Holzfachwerks

Die Geschichte des Fachwerkbaues ist sehr lang, denn schon 1200 v. Chr. sollen die Bauweisen dieser Konstruktion bekannt gewesen sein. Die Fachwerkbauten, die nach 1200 n. Chr. entstanden sind, unterscheiden sich durch ihre landschaftliche Lage und Entstehungszeit. In Norddeutschland entstanden die sachsischen Fachwerkhauser, in Mitteldeutschland die frankischen und in Suddeutschland die alemannischen. Zwischen dem Zeitraum vom Mittelalter (Romanik/Gotik 1400) bis hin zur Neuzeit (Barock 1700) war die Blutezeit des Fachwerksbaues. In dieser Bauweise entstanden vor allem Rathauser, Postgebaude und Bauernhauser errichtet. Diese wurden oft uber ihre konstruktive Ausbildung hinaus prachtig ausgeschmuckt.

,,Durch den Einfluss aus Sudeuropa, vor allem aus Italien, wurden im 17. und 18. Jahrhundert immer mehr Gebaude aus Stein hergestellt. Auch bestehende Fachwerkbauten wurden entsprechend dieser neuen Richtung renoviert , indem sie verputzt WUrden. Representative Bauten Abb. I: Alemannisches und Frankisches Fachwerk wurden im Mauerwerksbau erstellt."^[1]

Aber nicht nur vor geraumer Zeit waren Fachwerkhauser begehrt sondern auch heute noch werden die traditionellen Holzbauten erstellt, jedoch sind diese Konstruktionen, im Verhaltnis zum Mittelalter, mit hohen Kosten verbunden.

1.2 Entstehung des Holztafelbaues

Etwa 1930 entstand der Holztafelbau. Diese Holzkonstruktionsart ist eine Weiterentwicklung des Holzfachwerkbaues und des Holzskelettbaues. Es entwickelte sich zunachst das Standerwerk mit Beplankungen aus plattenformigen Holzwerkstoffen. Die Konstruktionsart ware gleichzustellen mit dem bekannten Holzrahmenbau. Etwa 1950 entstanden die ersten richtigen Holztafelbauten. Diese Konstruktionen wurden Abb. 2 : Aufsteiien einerHoiztafelwand uberwiegend schon in der Werkstatt der Zimmereibetriebe hergestellt und von dort aus zur Baustelle gebracht. Diese Konstruktionsart entwickelte sich im Laufe der Zeit immer weiter. Die vorgefertigten Wand-, Decken und Dachelemente wurden an einer computergesteuerten Abbundmaschine zugeschnitten. Nur die Beplankungen, Warmedammung sowie Verbindungsmittel wurden vom Zimmerer angebracht. Etwa 1980 wurden die Tafeln schon soweit vorgefertigt, dass komplette Wandelemente schon mit Fenster- und Turrahmen sowie Putz vorhanden waren. Auch die Montage auf der Baustelle verringerte sich von zwei Wochen auf fast nur noch einen Tag.

Auch Kombinationen mit dem Mauerwerksbau werden ausgeubt.

Der Holztafelbau wurde und ist auch heute noch bekannt als „Fertighaus“- bau.

2.0 Konstruktionsvergleich

Die Konstruktion des Holzfachwerks und des Holztafelbaues sind im Grundprinzip fast gleich. Sie bestehen im Grunde aus einem Rahmen mit Pfosten. Bei beiden Konstruktionsarten werden die vertikalen Krafte von den Pfosten abgeleitet. Nur bei der Ableitung von horizontalen Kraften unterscheiden sie sich in der Konstruktion.

2.1.0 Konstruktion des Holzfachwerkes

Die traditionellen Holzfachwerkkonstruktionen sind Skelettkonstruktionen mit gelenkigen Knotenpunkten. Alle einwirkenden statischen Krafte werden durch die Stabe bzw. Pfosten und Streben abgeleitet. Bei statischer Beanspruchung sollen die Ausfachungen statisch nicht belastet sein, denn nur Holzverbindungen werden konstruktiv ausgefuhrt. Bei dieser Konstruktion konnen Druckkrafte, jedoch keine Zugkrafte von Stab zu Stab weitergeleitet werden. Die Ausfachungen im Gefache habe eine raumabschlieBende Funktion.

Bis in das 20.Jahrhundert hinein bauten die Zimmermanner Holzfachwerke nur nach „statischem Gefuhl". Die dimensionierten Holzer wurden dabei meist zu groB, bei Dachkonstruktionen jedoch auch mal zu gering bemessen. Fachwerke, die nach 1920 konstruiert wurden, sind schon nach statischen Berechnungen dimensioniert worden.

Die vertikalen Krafte im Holzfachwerk werden durch Stander bzw. Pfosten, untergliedert in Eck-, Bund-, Wand-, Tur-, oder Fensterpfosten abgetragen.

Die Innenwande sollten an einen Bundstander anschlieBen. Zur Rahmenbildung werden die Pfosten am unteren Ende mit den Grundschwellen und am oberen Ende mit den Rahmbalken fixiert. Zur Einteilung der Gefache dienen Riegel als Fach-, Brustungs-, Fenstersturz- und Tursturzriegel.

Die auftretenden horizontalen Krafte werden durch schrag angeordnete Holzer, z.B. Kopf- und FuBbander, Kopf- und FuBwinkelholzer, Streben bzw. Strebenkreuze in Form von Andreaskreuzen abgefangen. Zur Verbindung der zahlreichen und verschieden Holzstabe untereinander dienten damals oft komplizierte und schmuckende Holzverbindungen sowie stark profilierte Blatter an Kopf- und FuBbandern. Diese mechanischen Holzverbindungen waren mit Holznageln gesichert. Heutzutage sind Schwellen und Rahme oft nur einfach verblattet und mit Klammern, Schrauben oder Nageln befestigt. Einzelne Holzfachwerkwande sind mit Zapfenverbindungen zusammengefugt.

Das tragende Gerust von Fachwerkgebauden steht in direkter Abhangigkeit zur Dachkonstruktion. Die Pfostenbauten machen das einfache Rofendach aus: Stangen (spater Sparren), die auf First und Wandpfetten aufgelegt werden. „Aus dieser einfachen Dachform entwickeln sich Pfettendacher mit einfach und mehrfach stehenden oder liegenden Stuhlen. Sind bei Standerbauten die Stander in Traufhohe durch Ankerbalken gegen seitliches Ausweichen gesichert, so konnen einfache Sparrendacher direkt auf die Rahmenriegel aufgesetzt werden. Bei einer ungenugenden Aussteifung der Seitenwande wird die oberste Balkenlage aufgekammt oder aufgedubelt. Sie fixiert damit die AuBenwande. Die Sparren werden in die Balken eingezapft, so dass Sparren und Balken ein unverschiebliches Dreieck bilden.^[2]

2.1.1 Problemdarstellung in der Holzfachwerkkonstruktion

Das Fachwerkprinzip als Wandkonstruktion ist, wenn es fachgerecht erstellt ist, eines der statisch besten. Jedoch hat diese Konstruktionsart vor allem bei den AuBenwanden einige Probleme. Das groBte Problem bei in diesen AuBenwandelementen ist der Bereich zwischen den Holzpfosten und der Ausfachung.

Zumeist werden die Gefachbereiche mit sichtbarem oder verputztem Mauerwerk ausgefullt. „Sowohl das Fachwerk als auch Ausfachungen schwinden und dehnen sich bei Warme und Feuchtigkeit unterschiedlich, so dass Risse in den Anschlussfugen unvermeidlich sind. FachwerkauBenwande konnen daher im Sinne von DIN 4108 nicht als schlagregendicht gelten." AuBerdem ist das gesamte Fachwerkgefuge standigen Schwind- und Quellvorgangen, nicht nur bei Regenfall oder Sonnenschein, und den dadurch hervorgerufenen Verformungen unterworfen.

2.1.2 Losungsvorschlag des Problems

Die Wahl der richtigen Fullung fur die Fugenausbildung spielt eine wichtige Rolle. Am besten ware es einen elastischen Stoff fur diese Fuge zu verwenden. Fugen mit Silikon auszubilden wurde spater Faulnisschaden hervorrufen. ^[3]

„Empfehlenswert sind (mit einem Holzkeil einzutreibende) leicht bituminierte Hanfstricke (Dicke durch Teilung der Kordel anpassen) oder, z.B an Fenstern, eine einfache Abdeckung mit Holzleisten.

Damit das, trotz aller Bemuhungen, in die Wande eindringende Wasser gut wieder herauskommen kann, mussen folgende Regeln beachtet werden:

- Weder die Gefache noch das Holz durfen versiegelt oder mit einem wasserdichten Anstrich versehen werden. Am besten ist es nach Angaben des renommierten Experten Dr. Peter Bottcher, ehem. Fraunhofer Wilhelm-Klauditz- Institut (WKI) in Braunschweig, Fachwerkholz ganzlich unbeschichtet zu lassen. Ist ein Anstrich aus asthetischen Grunden erforderlich, so soll er
- moglichst diffusionsoffen sein. (Ein beruhmter Schadensfall in diesem Zusammenhang ist das Rathaus von Duderstadt, dessen Fachwerk in wenigen Jahren durch einen wasserdichten Anstrich zerstort wurde.)
- Bei freistehenden Fachwerkwanden mit geringer Schlagregenbelastung muss gewahrleistet sein, dass eingedrungenes Wasser auch nach innen abgeleitet werden kann. Schadlich sind daher Vorsatzschalen und Dammstoffe (oder auch Dampfsperren) auf der Innenseite, die den (kapillaren) Wassertransport unterbinden. (Bei starker Belastung ist zwingend eine gut hinterluftete Bekleidung - Ziegelvorhang oder Brettschalung - erforderlich.)"^[4]

2.2 Konstruktion des Holztafelbaues

Der Holztafelbau ist eine der modernsten Holzbauweisen mit einem sehr hohen Vorfertigungsgrad. ,,Die Holztafelbauweise ist eine Weiterentwicklung des Holzfachwerks und des Holzskelettbaues, bei der ebenfalls ein Planungsraster zugrunde gelegt wird."^[5] Das Bauen dieser Konstruktion erfolgt durch vorgefertigte Elemente. Vor allem beim Fertighausbau findet sie Verwendung. Die Tafelelemente werden, je nach dem Verwendungszweck und Bauvorhaben, unterschiedlich angefertigt. Der Ausbau- und Vorfertigungsgrad ist zumeist sehr variabel, um Eigenleistung des Bauherren zu ermoglichen.

Die Montage der Holztafeln verlauft meist mit Hilfe eines Autokranes. Normale Einfamilienhauser sind in einem Tag im Rohbau mit Dachdeckung fertig, so kann der
komplette Innenausbau unabhangig vom Wetter durchgefuhrt werden. Decken- und Dachelemente konnen auch vorgefertigt werden. Das RegelmaB betragt 1,25m bis 2,50m in der Breite und bis ca. in der 10m in der Lange.

,,Je nach Hohe des Vorfertigungsgrad kann die Ubergabe des schlusselfertigen Hauses an den Bauherrn, bei Hausern ohne ausgebautem DachgeschoB, nach ca. 8-9 Arbeitstagen erfolgen, mit ausgebautem DachgeschoB etwa nach 10-12 Arbeitstagen. Fur tragende Wande in Tafelbauart sind Rippenbreiten von 40- BO mm ublich. Die Ausfuhrung der Randrippen, auf denen die Beplankung gestoBen wird, erfolgt in B0 mm Breite.

Die Mittelrippen konnen in 40 mm Breite ausgefuhrt werden. Die Standerhohen liegen fur AuBenwande in der Regel bei 120- 180 mm, furtragenden Innenwande bei 80-100 mm. Das Konstruktionsraster von 62,5 cm orientiert sich an den Breiten der handelsublichen Plattenwerkstoffe von 1,25 m.“^[6]

2.2.1 Probleme in der Holztafelbaukonstruktion

Wie schon zuvor erklart wird beim Holztafelbau die Rahmenkonstruktion durch plattenformige Werkstoffe , oft aus OSB-Platten (oriented strandboard), ausgesteift. Das wohl groBte Problem in dieser Konstruktionsart liegt in der Querschnittsschwachung bzw. in der Schwachung der aussteifenden Beplankungen. Werden aus personlichen, wohnlichen oder optischen Grunden die aussteifenden Bauteile, wie z. B. bei groBen Fensterelementen weggelassen, so ist fur dieses Holztafelelement keine Standsicherheit gewahrleistet. Treten dann auf dieses geschwachte Element in Langsrichtung, infolge Winddruck- und Windsogkrafte auf, so kann dieses Bauteil sich innerlich verschieben. Durch diese Verschiebung konnen
bei verputzen AuBenwandelementen Risse begunstigt werden. Auch das eingesetzte Fensterelement kann beansprucht werden. Durch diese Beanspruchung kann der Rahmen sich verschieben, dadurch lassen sich die Fensterturen nur schwer offnen und schlieBen, auch kann im Extremfall das Glas beschadigt werden. Treten in Querrichtung des Elementes starke Windkrafte, so kann bei erhebliche Deckenlasten die Knicksicherheit gefahrdet sein.

2.2.2 Losungsvorschlag des Problems

Um in Langsrichtung des Problembauteils eine ausreichende Aussteifung zu gewahrleisten, sollten in den Endfeldern keine Fenster eingesetzt werden sondern zusatzlich aussteifende Streben. Die Streben mussen gegeneinander geneigt werden. Damit die Windkrafte, die seitlich auf das Element wirken, schnell in das Fundament abgeleitet werden konnen, sollten die StrebenfuBe zueinander gerichtet sein. Dieses Element sollte auch mit etwas starkeren Pfostenquerschnitten ausgestattet sein. Nur so kann gewahrleistet werden, dass die Fensterelemente nicht beansprucht werden. Eine zusatzliche Knickaussteifung konnte eine doppelte Beplankung oder eine aussteifende Querwand bewirken.

3.0 Brandschutz

Der bauliche Brandschutz von Holzhausern und Massivhausern verlangt, dass die Bewohner des Hauses bei einem Brand sicher das Gebaude verlassen konnen, da durch Rauchentwicklung sehr schnell Erstickungsgefahr droht. Ein Feuer entsteht und breitet sich meist aufgrund der Innenausstattung aus. Die Holzkonstruktion eines Fachwerk- und eines Holztafelbaues muss durch nichtbrennbare Werkstoffe geschutzt werden, da Holzbauteile und Holzwerkstoffe sehr schnell entflammbar sind.

3.1. Brandverhalten von Holzkonstruktionen

Wenn Holz ohne Bekleidung einem Brand ausgesetzt ist, zeigt es eine sehr lange Standsicherheit. Holzkonstruktionen verlieren im Gegensatz zu Stahlkonstruktionen nur langsam ihre Tragfahigkeit, vor allem Konstruktionen aus Brettschichtholz.

Holz besteht zum groBten Teil aus Lignin und Cellulose. Beide Stoffe sind eigentlich nicht brennbar, wenn jedoch diese beiden Bestandteile des Holzes thermisch zersetzt werden, entstehen brennbare Gase. Um Holz in Brand zu setzen muss dennoch Sauerstoff vorhanden sein. Das Brandverhalten von Holz wird vor allem durch die Harzanteile beschleunigt. Der Vorteil beim Brandverhalten von Holz ist, dass es sich nicht so leicht erhitzt, wie z.B. Metall. Eine verkohlte Holzoberflache verringert die Zufuhr des Sauerstoffs und verlangsamt somit den weiteren Brandablauf.

3.2. Brandschutz bei Holzfachwerkwanden

Der Brandschutz im Holzfachwerkbau ist nicht einfach zu realisieren, wenn das Holz dieser Standerkonstruktion sichtbar bleiben soll. Die Regelung fur den Brandschutz dieser Konstruktionsart ist in der DIN 4102-4 geregelt.

Die Feuerwiderstandsdauer des Bauteils wird von der Zusammensetzung der Konstruktion bestimmt. Ein wesentlicher Einfluss auf den Feuerwiderstand liegt am Baustoffverhalten und von den bauteilspezifischen Einflussen ab. Das brandtechnische Versagen von Holz wird bestimmt durch das Abbrandverhalten und die Abbrandgeschwindigkeit. Beim Mauerwerk hingegen tritt dieses Versagen durch die Minderung des Querschnittes, durch die temperaturabhangige Zermurbung der Mauersteine und der Dehydration des Models ab. Fur die Bestimmung der Feuerwiderstandsklasse von Fachwerkwanden sind die verschieden Forderungen des vorbeugenden Brandschutzes und einer Ausbreitung von Feuer und Rauch einzuhalten.

„ In der DIN 4102 sind die Feuerwiderstandsklassen von FachwerkauBenwanden bis zu der Feuerwiderstandsklasse F 30-B geregelt. Die dort aufgefuhrten Angaben gelten fur tragende und nichttragende Fachwerkwande. Die Mindestquer- schnittsabmessungen fur die Holzer mussen laut Angaben bei einseitiger Beanspruchung 100 mm x 100 mm betragen. Die Ausfachungen mussen vollstandig aus Lehmschlag oder Mauerwerk bestehen. Mindestens eine Wandseite ist mit einer Bekleidung zu versehen.

[...]

^[1] Fachwissen Bau Zimmerer, S.5

^[2] Konstruktiver Holzbau , S. 8

^[3] Baukonstruktionslehre 1, S. 5

^[4] http://www.holzfragen.de/seiten/fachwerkhaus.html

^[5] Fachwissen Bau Zimmerer, S. 151

^[6] Konstruktiver Holzbau AI, S. 15