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Baustoff Holz


Kaum eine Ausgabe von Bauzeitschriften erscheint derzeit ohne einen Beitrag über das Bauen mit Holz. Dieser natürliche Werkstoff kommt wieder in Mode, scheint es. Und doch – massenhaft verwendet wie ehedem wird er damit noch nicht. Industrielle Baustoffe wie Stahl und vielerlei Arten von Beton, deren Herstellung und Verarbeitung durch intensive Forschung gestützt wird, haben sich seit langem fest etabliert.

Auch die stilbestimmenden Architekturkonzepte der Moderne, etwa des Bauhauses, vernachlässigten oder verdrängten das Naturprodukt. Traditionsbehaftet ist es tatsächlich: Holz war ein überaus wichtiges Material der ersten großen zivilisatorischen, der jungsteinzeitlichen Revolution und hat seine Bedeutung bis weit in die Neuzeit gewahrt. Zumindest in den gemäßigten Breiten ermöglichten erst Holzbauten die Seßhaftigkeit (im Orient solche aus luftgetrockneten Lehmziegeln). Weil ihr Errichten weit mehr Arbeit erforderte als zuvor das von Hütten und Zelten, wurden dadurch wiederum Ortsgebundenheit und soziale Organisation gefördert.


Vom Fachwerk zur Tafel

Ein in vielen Regionen vorherrschender Typ blieb über Jahrtausende der Fachwerkbau. In dieser Technik errichtete mehrgeschossige Bürgerhäuser prägten auch das Stadtbild des europäischen Mittelalters. Das tragende Skelett jedes Stockwerks – eine Konstruktion aus Holzbalken – bildeten im wesentlichen der untere Schwellen- und der obere Rähmkranz sowie die lotrechten Ständer; der weiteren Unterteilung und Aussteifung dienten waagrechte Riegel, senkrechte Stiele und schräge Streben. Die Balken hatte man so verbunden, daß alle einwirkenden Kräfte an den Knotenpunkten aufgenommen und verteilt wurden. Die Zwischenräume – eben die Gefache – wurden mit Stroh-Lehm-Gemischen oder lehmverstrichenen Holzgeflechten, später auch mit Ziegelsteinen oder verputztem Mauerwerk ausgefüllt, sofern nicht Fenster und Türen eingebaut waren.

Im 17. und 18. Jahrhundert vollzog sich ein Wandel der Bauweise von Bürgerhäusern. Während mancherorts noch eine Weile der Holzbau vorherrschte, setzte man beispielsweise in Niederdeutschland und Oberschwaben vor allem Ziegel ein, in Österreich Naturstein. Schließlich wurde Holz im wesentlichen nur noch für Decken, Dachstühle und Ausbauten verwendet.

Dafür gab es vielerlei Gründe. Holz ist ein sehr anisotroper Werkstoff, das heißt, seine Eigenschaften sind aufgrund der Faserstruktur nicht in allen Richtungen gleich. Wird es feucht, kann es faulen. Und in den dicht bebauten mittelalterlichen Städten fürchtete man jeden Brand.

Nachdem die Bombenteppiche und Feuerwalzen des Zweiten Weltkriegs große Teile der deutschen Bevölkerung obdachlos gemacht hatten, wurde für den Wiederaufbau genommen, was die Schuttberge und Trümmerhaufen boten, und das waren vor allem Steine und Ziegel. Das reine Holzhaus schien in Deutschland nur noch gut für Schuppen, Hütten und Baracken – oft zugige, feuchte und ungemütliche Notbehausungen. Ungebrochen hingegen blieb eine über Jahrhunderte reichende Tradition des Holzwohnbaus in Skandinanvien und in den USA (acht von zehn amerikanischen Wohnhäusern sind aus Holz). In der Schweiz besann man sich bereits in den dreißiger Jahren wieder auf diese Nutzung heimischer Wälder, weil andere Baustoffe damals zu teuer waren.

Das Bestreben des Baugewerbes zu rationalisieren und das vieler Familien nach kostengünstigem Wohneigentum förderten in den fünfziger Jahren aber auch in Westdeutschland die Entwicklung der leichten Tafelbauweise (während in der DDR Betonplatten vorherrschten). Ganze Wand- und Deckenelemente lassen sich im Werk vorfertigen und dann auf der Baustelle innerhalb von wenigen Tagen montieren (Bild 1). Sie bestehen heutzutage bei einem durchschnittlichen eineinhalbgeschossigen Fertigwohnhaus zu einem Viertel aus Holz – Tragerippen aus Kanthölzern, die von innen und außen mit Platten aus Holzwerkstoffen belegt werden. Der Hohlraum ist mit mehreren Schichten verschiedener Materialien zur Schall-, Wärme- und Feuchtigkeitsisolierung ausgefüllt und enthält zudem Vorrichtungen für elektrische und sanitäre Installationen. Eine typische Außenwand besteht aus der Verkleidung als Regenschutz, einer Winddichtung, der tragenden Konstruktion, der Wärmedämmung, einer Dampfbremse und schließlich der Innenverkleidung. Diese Bauweise ist eng mit dem Rahmenbau verwandt, der sich in den Vereinigten Staaten und Kanada entwickelt hatte. Dabei wird zunächst der hölzerne Rahmen eines Stockwerks errichtet und dann vor Ort die Wand vervollständigt.

Freilich versuchte man lange, Fertigbauten durch verblendende Fassadengestaltung jegliche Anmutung von Holzhäusern zu nehmen. Doch das Image des Baustoffs wandelt sich. Das wachsende Umweltbewußtsein und die stetige Verteuerung des Bauens, die gute Wärmedämmung und die verhältnismäßig einfache Entsorgung von Holz sowie Fortschritte in der Holzforschung motivieren mittlerweile Bauherren und Architekten, dieses Material wieder mehr zu nutzen und als besonders ästhetische Komponente in die Planung einzubeziehen (Bild 2).

Konstruktiver Holzschutz

Holz lebt, so begründen manche Naturliebhaber ihre Entscheidung für diesen Baustoff; Holz arbeitet, argumentieren Skeptiker dagegen. Richtig ist, daß das Naturprodukt auch nach dem Fällen des Stammes auf Umwelteinflüsse reagiert. Dem läßt sich zwar mit Furniersperrholz-, Faser- und Spanplatten sowie aus Stäben oder Brettern verleimten Elementen begegnen, stets muß man aber die Feuchte berücksichtigen.

Ändert sich beispielsweise die von massivem europäischem Nadelholz um ein Prozent bezogen auf die Masse, so schwindet oder quillt das Material innerhalb gewisser Grenzen quer zur Faserrichtung um 0,24 Prozent (längs nur um 0,01 Prozent). Trocknet also beispielsweise ein quadratisches Kantholz mit 10 Zentimetern Kantenlänge des Querschnitts von 25 auf 10 Prozent, werden die Seiten um jeweils 3,5 Millimeter schmaler. Wäre das Werkstück so eingebaut, daß es nicht arbeiten kann, würde es reißen. Auch industrielle Holzwerkstoffe ändern ihre Maße mit dem Feuchtegehalt, wenn auch deutlich weniger als Massivholz. Beispielsweise quellen oder schwinden mittelharte Holzfaserplatten längs und quer um 0,04 Prozent je Masseprozent Feuchte.

Normalerweise betragen die Schwankungen der Feuchte von Bauteilen, die nicht der Witterung ausgesetzt sind, allerdings nur etwa drei bis fünf Prozent. Je nach der zu erwartenden Feuchte in der Umgebung wird der Architekt solches Material auswählen, das durch Trocknung bereits den entsprechenden Teil Wasser verloren hat; auch während Transport, Lagerung und Montage ist es gegen Nässe zu schützen. So gilt Holz mit einer massebezogenen Feuchte von maximal 20 Prozent nach DIN-Norm zwar bereits als trocken; Fachleute empfehlen allerdings, nur solches mit einer maximalen Feuchte von 15, besser 9 Prozent einzubauen. Bleibt nämlich der Wassergehalt für einen längeren Zeitraum über 20 Prozent, finden holzzerstörende Pilze ideale Lebensbedingungen.

In Räumen kann das vorkommen, wenn Wasserdampf auf den Innenwänden kondensiert. Infolge immer besserer Dämmung und oft zu geringer Belüftung ist der Wassergehalt der Raumluft meist recht hoch. An Wärmebrücken kühlt sie unter den Taupunkt ab, und Wasser schlägt sich nieder. Beispielsweise geht an Gebäudeecken, deren Außenflächen größer sind als die Innenflächen, leicht Wärme verloren. Deshalb ist an solchen geometrischen Schwachstellen überdimensionaler Wärmeschutz geboten.

Zudem muß verhindert werden, daß Wasserdampf in Wände oder Decke eindringen kann, sei es durch Konvektion etwa an Anschlußstellen oder durch Diffusion infolge des unterschiedlichen Dampfdrucks zu beiden Seiten. Man verwendet dazu Dampfsperren – beispielsweise Polyethylenfolien – und bei Außenwänden einen zusätzlichen belüfteten Wetterschutz. Die Dampfsperre muß in jedem Fall vor der tauwassergefährdeten Schicht liegen.

Selbst für Holz, das im Freien verbaut wird, ist nicht unbedingt – wie oft angenommen – ein chemischer Schutz gegen Fäulnis erforderlich. Statt dessen kann man es durch ein ausladendes Vordach sowie durch Abdeckungen, Bekleidungen oder Schalungen vor Niederschlägen schützen; selbst wasserabweisende Anstrichfarben können sich so erübrigen. Schalungen sollen hinterlüftet sein und werden zumeist lotrecht ausgeführt, so daß sich kein Wasser in Rillen sammeln kann; sofern eine waagrechte erwünscht ist, sind überlappende Profile und Anordnungen zu wählen. Besteht die Gefahr, daß trotzdem Wasser durchtritt, muß es auf der Rückseite abfließen können, ohne in die eigentliche Holzwand zu gelangen.

Vorspringende Bauteile aus Holz, die dem Regen ausgesetzt sind, müssen oben abgeschrägt und unterseitig mit einer sogenannten Tropfnase (gebildet durch eine Kerbe dicht hinter der Kante) versehen sein, damit das Wasser schnell abfließen kann und nicht die gesamte Unterseite benetzt. Insbesondere hat man zu berücksichtigen, daß alle Holzarten in Faserrichtung weit mehr Wasser saugen als quer dazu. Hirnholzflächen sind abzuschrägen und abzudecken oder zumindest mit einem Anstrich zu versehen (Bild 3 links). Alle Teile in Bodennähe sollten durch einen mindestens 30 Zentimeter hohen Sockel oder durch Aufständern vor Spritzwasser geschützt sein (Bild 3 rechts).

Dauerhafte hölzerne Bauwerke sind lange vor der Entwicklung technischer und chemischer Hilfsmittel in vielen Kulturen errichtet worden. Beispielsweise stammen die ältesten noch erhaltenen norwegischen Stabkirchen aus dem 12. Jahrhundert. Unter anderem legten ihre Baumeister die Grundschwellen, auf denen das Balkengerüst aufsetzt, auf Steine, so daß keine Bodenfeuchte eindringen kann (Spektrum der Wissenschaft, Oktober 1983, Seite 124).


Brandschutz

Ebenso sorgsam wie die Belastung durch Feuchte oder rißbildende Trocknung muß bei der Konstruktion die Feuersicherheit beachtet werden. Cellulose und cellulosehaltige Materialien beginnen sich bereits bei mehr als 105 Grad Celsius zu zersetzen. Bei höheren Temperaturen kann zunächst ein Schwelbrand entstehen; unter minimaler Luftzufuhr beginnt das Holz dann zu rauchen und langsam zu verkohlen. Tritt mehr Sauerstoff hinzu, glimmt das Material, und es bilden sich Glutnester. Ab etwa 200 Grad Celsius verbrennt es, wenn genügend Luft vorhanden ist, mit offener Flamme.

Prinzipiell sind diese drei Brandarten aber nicht auf Holz beschränkt. Die entsprechenden Bestimmungen differenzieren denn auch unterschiedliche Baumaterialien nach Klassen wie schwer, normal oder leicht entflammbar, brennbar oder nicht brennbar. Der Brandschutz berücksichtigt ferner die Funktion der Bauteile, etwa ob ein Element tragend beziehungsweise raumabschließend ist oder nicht.

Der Architekt muß bei Holzbauten durch Wahl und Bemessung der Materialien und Elemente dafür sorgen, daß im Falle eines Brandes genügend Zeit bleibt, sie zu verlassen; gemeinhin sind dafür mindestens 30 Minuten vorgeschrieben (Bild 4). Besonders berücksichtigt werden dabei raumabschließende Wände etwa von Treppenhäusern, weil sie die Brandausbreitung verhindern sollen, und alle Arten tragender Elemente. Vom Vollholz brennen von den freistehenden Seiten 0,6 bis 0,8 Millimeter pro Minute ab. Allein durch hinreichend großen Querschnitt ist also bei Stützen oder Balken der vorgeschriebene Feuerwiderstand zu erzielen. Auch eine entsprechend starke Beplankung oder eine Dämmschicht aus Mineralfasern, die erst bei mehr als 1000 Grad Celsius schmelzen, leisten Vergleichbares.

Mit all den einschlägigen Normen lassen sich Szenarien aufstellen, nach denen unter Umständen ein Holzbau im Brandfalle einem Massivhaus sogar überlegen ist, weil sich beispielsweise unbekleidete Stahlträger schon nach wenigen Minuten verformen, wohingegen die Holzkonstruktion die geforderte Zeit über dem Feuer standhält. Ein weiterer Vorteil von Holz im Vergleich zu anderen brennbaren Werkstoffen ist die geringe Rauchentwicklung, denn viele Opfer von Wohnungsbränden ersticken, bevor man sie retten kann.


Ein umweltfreundlicher Baustoff

Die Nachteile von Holz gegenüber mineralischen Baustoffen lassen sich also durch industrielle Verarbeitung und konstruktive Maßnahmen weithin ausgleichen. Ökologisch hat es ihnen gegenüber deutliche Vorzüge.

Dazu gehört insbesondere die geringe Wärmeleitung: Holz allein dämmt viermal so gut wie Vollziegelmauerwerk und sechzehnmal so gut wie Stahlbeton. Die Dämmschichten in den Zwischenräumen der Konstruktion tun ein übriges. Zwar stiegen die Anforderungen nochmals mit der neuen Wärmeschutzverordnung von 1995, und infolgedessen wuchs die Dicke der Dämmung von einstmals zwei bis vier auf zwölf bis achtzehn Zentimeter; dem lassen sich aber Neubauten leicht anpassen.

Wer noch vor wenigen Jahrzehnten ein Haus baute, dachte kaum über dessen Ende nach. Nachdem aber die Auflösung von Großfamilienstrukturen und die berufsbedingte Mobilität einen raschen Wandel der Wohnungsansprüche zur Folge hatten, plant man tunlichst nicht mehr ein Heim für mehrere Generationen. Gleichwohl – 50 bis 100 Jahre Nutzungsdauer bieten Holzbauten ohnehin. Während aber beim Abriß konventioneller Altbauten große Mengen mineralischer Baustoffe deponiert werden müssen oder allenfalls nach energiezehrender Aufbereitung etwa im Straßenbau wiederzuverwenden sind, kann man Holzbauteile verbrennen. Dabei wird nur das Kohlendioxid freigesetzt, das ehedem der Baum aus der Luft entnommen hatte; zudem werden auch Ressourcen fossiler Brennstoffe geschont.

Obwohl das Trocknen von feuchtem Schnittholz, Spänen und Fasern Energie verbraucht und Bindemittel bei industriellen Holzwerkstoffen benötigt werden, belegen Ökobilanzen deshalb den Wert der Holzbauweise für die Umwelt. Der Befürchtung, zumindest das Äußere solcher Gebäude sei fortwährend pflegebedürftig, halten Facharchitekten entgegen: Ein Anstrich muß nur alle zehn bis fünfzehn Jahre erneuert werden und läßt sich dann einem veränderten Geschmack anpassen; zudem braucht konstruktiv geschützter Holzbau überhaupt keine andere Farbe als die eigene, mit der Zeit ästhetisch alternde, wie Werke traditioneller Zimmermannskunst zeigen.


Praktische Umsetzung in Beispielen

Seit den achtziger Jahren werden in Finnland 1,80 Meter breite und bis zu 23 Meter lange Furnierschichtholzplatten unter dem Markennamen Kerto gefertigt. Verleimt mit einem etwa zwölf Zentimeter starken Dickholz, einem neueren Produkt der süddeutschen Firma Merk, entstanden damit erstmals haushohe Außenwandelemente für dreigeschossige Wohnhäuser, die Lasten von Dach und Decken aufnehmen und – weil horizontale Stöße vermieden werden – Regen ungehindert ablaufen lassen (Bild 5). Diese Platten kann man auch zu noch größeren Tafeln verleimen; so ließ sich ein Turnhallendach, nur durch schmale Rippen verstärkt, über 28 Meter frei spannen.

Daß sich modernste Technik und Holzbauweise keineswegs ausschließen, belegen Projekte, intelligentes Gebäudemanagement zu integrieren. So konzipierte die Fachhochschule Rosenheim mit dem bayerischen Unternehmen Baufritz das Rosenheimer Haus, das derzeit in drei Varianten unbewohnt getestet wird. Dabei wurden alle Möglichkeiten der Energieeinsparung genutzt, von der kompakten Bauform bis zur transparenten Wärmedämmung. Die Haustechnik wird bei einer der Varianten von einem Prozessor überwacht und läßt sich somit zentral steuern. Dieser Rechner wertet auch Sensorsignale aus und gibt Steuerbefehle, öffnet etwa die Fenster bei schlechter oder zu warmer Luft selbständig und würde einen Wasserrohrbruch oder einen nicht ausgeschalteten Herd den Bewohnern melden.

Schließlich lernt man heutzutage auch, Holz und andere herkömmliche Baustoffe zu kombinieren. So werden Verbunddecken aus Stahlbeton und Furnierschichtholz erprobt; das eine Material soll vor allem Druck-, das andere Zugkräfte aufnehmen.

Vor kurzer Zeit wurden in der Bundesrepublik Deutschland so gut wie keine Holzhäuser mehr errichtet; inzwischen sind es wieder jährlich einige tausend. Trotzdem haben sie derzeit im Geschoßwohnungsbau nur einen Anteil von wenigen Prozent. Das muß aber nicht so bleiben: Den leichten Trend begünstigen ökologisches Denken, fortschreitende Forschung und neue architektonische Entwicklungen – und der Rohstoff ist reichlich vorhanden. Nach einer Studie der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft ließe sich der Holzeinschlag allein in Deutschland von etwa 35 Millionen auf 57 Millionen Kubikmeter pro Jahr steigern, ohne den Wald zu schädigen. Baufirmen und das holzverarbeitende Gewerbe prognostizieren eine Verdoppelung des Marktanteils bis zur Jahrhundertwende. Voraussetzung ist nach Expertenmeinung allerdings, daß Hemmnisse in den Bauordnungen etlicher Bundesländer – wie schon in Bayern, Baden-Württemberg, Hessen und Nordrhein-Westfalen – abgeschafft werden, daß Versicherungen das Brandrisiko nicht weitaus zu hoch einschätzen und Banken auch Darlehen für mehrstöckige Holzgebäude geben, deren Sicherheit sie oft fälschlich bezweifeln.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 4 / 1997, Seite 97
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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