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Modulares und serielles Bauen mit Holz - Holz-Modulbau und Holzelemente

Holz-Modulbau und Holzelemente
Modulares und serielles Bauen mit Holz

Modulbau: Kran mit schwebendem Raummodul aus Holz
Da moderner Holzbau heute bereits überwiegend mit vorgefertigten Elementen ausgeführt wird, ist der Schritt zum Modulbau naheliegend und vergleichsweise einfach. Bild: Jarama/stock.adobe.com

Der moderne Holzbau wird fast ausschließlich mit vorgefertigten Elementen ausgeführt. Vom Element ist es nur noch ein kleiner Schritt bis zum Holz-Modulbau mit fertigen Raumelementen, die hohe Vorfertigungsgrade erreichen können. Die im Vergleich zu Beton geringen Modulgewichte erleichtern den Transport. Die Montage findet in komplett trockener Bauweise statt, sodass Folgewerke unmittelbar anschließen können und das Gebäude schnell bezugsfertig wird.

Vorteile von Holz als Baustoff

  • Holz ist ein nachwachsender Rohstoff.
  • Holz kann nachhaltig gewonnen werden, sofern den Wäldern stets nur so viel Holz entnommen wird, wie auch wieder nachwächst. Genau für diesen Zusammenhang wurde der Begriff der forstlichen Nachhaltigkeit im 17. Jahrhundert geprägt und erst später auf andere Wirtschaftsbereiche übertragen.
  • Bei der Entstehung von Holz – also dem Aufwachsen der Bäume im Wald – werden keine Treibhausgase in die Atmosphäre eingetragen; vielmehr wird sogar CO2 gebunden und dauerhaft gespeichert.
  • Holz verbindet ein im Vergleich zu anderen Baustoffen geringes Gewicht mit einer hohen Tragfähigkeit.
  • Das Rohholz lässt sich einfach und in sehr variabler Formgebung zu Bauteilen, Elementen oder Modulen verarbeiten.
  • Holz verleiht Räumen bzw. Gebäuden eine hohe Behaglichkeit und Aufenthaltsqualität.
  • Das Material hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und behaglich-warme Oberflächen.
  • Holz wirkt feuchtigkeitsausgleichend, wodurch sowohl Feuchtigkeitsspitzen als auch extreme Trockenheit in Wohnräumen ausgeglichen werden.
  • Holzhäuser haben wegen des umweltfreundlichen Naturbaustoffs ein sehr gutes gesellschaftliches Image, das sich positiv auf die Verkaufs- und Vermietungsmöglichkeiten auswirkt.

Fazit: Holz ist ein umweltfreundlicher und in vielfältiger Weise leistungsfähiger Baustoff.

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Modulares und serielles Bauen – Vorteile und Grenzen

Kennzeichen des modernen Holzbaus

Die Anlieferung von Rohholz auf die Baustelle und der Zuschnitt vor Ort finden im heutigen Holzbau praktisch keine Anwendung mehr.

Stattdessen werden Elemente wie Stützen, Träger, Wände oder Decken als Elemente unter idealen Werkstattbedingungen mit hoher Maßpräzision und Qualität vorgefertigt.

Der Abbund im Werk erlaubt die computergestützte Planung und Fertigung sowie die Automatisierung der Prozesse. Er eröffnet damit gute Möglichkeiten für die wiederholte Produktion identischer Bauteile, also für die Serienfertigung. Einmal geplante Teile können bei Bedarf jederzeit erneut produziert werden.

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Unterschiedliche Holzprodukte und Holzwerkstoffe

Für stabförmige Bauelemente wie Stützen und Träger oder für Basisbauteile wie Latten, Bretter, Bohlen oder Kanthölzer kann Holz verarbeitet werden, wie es im Wald gewachsen ist  (Konstruktionsvollholz bzw. Bauschnittholz).

Im heutigen Holzbau überwiegt jedoch die Verwendung von verschiedenen Holzprodukten und Holzwerkstoffen, die sehr präzise und formstabil sowie mit hochwertigen Oberflächen ohne Risse und Verwindungen hergestellt werden können.

  • Balkenschichtholz (BSH, auch Leimholz genannt): Zwei bzw. drei schichtverklebte Einzelquerschnitte bilden DUO- bzw. TRIO-Balken. Einsatz zum Beispiel bei Vollholzträgern mit großer Spannweite.
  • Brettschichtholz: Keilgezinkte Brettlamellen werden gestapelt miteinander verklebt. Es sind Träger mit großen Querschnitten und Längen möglich, die durch ihre große Festigkeit bei geringem Gewicht für hohe Spannweiten geeignet sind, zum Beispiel im Hallen- oder Brückenbau.
  • Brettsperrholz (BSP): Kreuzweise gestapelte Bretter werden miteinander verklebt, genagelt, geklammert oder verdübelt und bilden ein plattenförmiges, konstruktives Element für Wände, Decken und Dächer.
  • Plattenförmige Werkstoffe (OSB-Platten, Mehrschichtplatten, Sperrholz): Holzspäne bzw. -fasern sowie Bretter, Stäbe oder Furniere werden mit geringen Leimanteilen und teilweise auch ohne zugesetzte Bindemittel zu plattenförmigen Bauteilen verleimt. Die Platten können je nach Aufbau tragende und aussteifende Funktionen übernehmen, als Raumbildner bzw. Bekleidung dienen oder Aufgaben für den Wärme-, Schall- und Brandschutz der Konstruktion übernehmen.

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Modular geschwungen

Unterschiedliche Holzbauweisen

In Abhängigkeit von der konstruktiven Ausführung und den hauptsächlich verwendeten Holzprodukten bzw. Holzwerkstoffen werden verschiedene Holzbauweisen unterschieden:

  • Holzrahmenbau,
  • Holzmassivbau,
  • Brettstapelbauweise,
  • Blockbau,
  • Holzskelettbau,
  • Mischbauweisen, hybride Bauten.

Holzrahmenbau

Regelmäßig angeordnete Holzständer sind mit Schwellen und Rähm zu einem tragfähigen Rahmen verbunden. Beide Außenseiten werden mit Holzwerkstoffen oder gipsgebunden Platten beplankt, die der Aussteifung dienen oder bestimmte bauphysikalische Funktionen übernehmen können (Brandschutz, Luftdichtheit). Der Hohlraum zwischen den Ständern wird komplett mit Dämmstoffen für den Wärme-, Schall- und ggf. auch Brandschutz genutzt.

Der Achsabstand zwischen den Ständern folgt den Plattenmaßen der Beplankung, weshalb oft mit einem Raster von 625 mm gearbeitet wird.

Da die aussteifende Beplankung mindestens einseitig bereits im Werk ausgeführt wird, lassen sich Wände, aber auch Decken- oder Dachelemente in der Werkstatt komplett vorfertigen und als stabiles Ganzes auf die Baustelle transportieren. Dort werden die tafelförmigen Elemente zusammengesetzt, was auch als Holztafelbau bezeichnet wird.

Der Holzrahmenbau kann als moderne Variante des historischen Fachwerkbaus interpretiert werden.


Holzmassivbau

Auch der Holzmassivbau arbeitet mit flächigen Bauelementen, die hier jedoch hohlraumfrei und massiv aus Brettsperrholz, Brettstapelholz oder Brettschichtholz vorgefertigt werden. Es lassen sich sehr maßgenaue, auch unregelmäßig geformte und mit notwendigen Fenster- und Türöffnungen versehene Wandelemente herstellen, aber ebenso Decken- oder Dachelemente.


Brettstapelbau

Für Geschossdecken lassen sich auch Brettstapelelemente als massive vorgefertigte Bauteile aus Holz einsetzen. Die Bretter sind in diesem Fall stehend angeordnet und untereinander verleimt oder mit Nägeln, Schrauben oder Hartholzdübeln verbunden. Neben reinen Holzdecken bilden die Brettstapelelemente auch eine gute Grundlage für Holz-Beton-Verbunddecken, die auf der Baustelle eine Aufbetonierung erhalten.


Blockbau

Beim historischen Blockhausbau wurden vor allem Rundhölzer in waagerechter Position aufeinandergestapelt, was stets zu Problemen mit der Luft- und Wetterdichtheit der Fugen führte. In der modernen Weiterentwicklung werden deshalb getrocknete und ggf. verleimte Blockbohlen oder Blockbalken mit Nut- und Feder-Verbindung verwendet. An Ecken und Anschlüssen müssen die Blockbohlen für die kraftschlüssige und aussteifende Verbindung mit Fingerzinken oder Schwalbenschwanzverbindungen ausgeführt werden.

Die vorgefertigten Blockbohlen werden erst auf der Baustelle zu flächigen Wänden zusammengesetzt, der Vorfertigungsgrad ist also geringer als in der Holzrahmen- oder Holzmassivbauweise.


Holzskelettbau

Neben der Wandbauweise ist auch beim Holzbau die Skelettbauweise möglich, bei der Stützen und Träger meist aus Brettschichtholz in einer Pfosten-Riegel-Konstruktion das Tragwerk bilden. Für die Aussteifung werden hölzerne Streben oder Verspannungen eingesetzt. Alle Wände sind in dieser Bauweise nichttragend, weshalb sich für die Fassade vorgestellte und gedämmte Holzrahmen-Elemente anbieten, die die Konstruktion wärmebrückenfrei umhüllen.

Großer Vorteil des Skelettbaus ist die flexible und später auch wieder veränderbare Raumaufteilung. Im Vergleich zu den Wandbauweisen verbleibt jedoch ein größerer Fertigstellungsaufwand auf der Baustelle.


Mischbauweisen, hybride Bauten

Auch wenn die verschiedenen Holzbauweisen hier einzeln und jede für sich beschrieben wurden, müssen sie nicht immer rein vorkommen, sondern lassen sich in der Realität mischen – auch mit anderen Baustoffen als Holz. Kombiniert werden beispielsweise …

  • Tragwerk im Holzskelettbau und Fassaden im Holzrahmenbau,
  • Wände im Holzrahmenbau und Massivholzdecken,
  • Brettstapeldecken oder Brettsperrholzdecken mit Aufbeton,
  • mehrgeschossige Holzgebäude mit einem Versorgungskern aus Stahlbeton, zum Beispiel für Treppenhäuser, Aufzüge, Badzellen und/oder Versorgungsschächte,
  • Stahlbetonkonstruktionen im Neubau oder in der Sanierung, denen Holzrahmen- oder Massivholzelemente als Fassade vorgehängt werden,
  • Holzkonstruktionen (vor allem im Skelettbau), bei denen die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen den Einzelteilen mit Verbindungsmitteln aus Stahl hergestellt und/oder verstärkt werden.

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Vorfertigungsgrad im Holzbau

Im Sinne der Wirtschaftlichkeit ist es meist günstig, so viel wie möglich Zusatzfunktionen und ergänzende Bauteilschichten bereits im Werk bzw. in der Werkstatt einzubauen. Es wird also ein möglichst hoher Vorfertigungsgrad angestrebt:

  • Außenwandelemente komplett mit Wärmedämmung und Fassadenbekleidung,
  • in der Vorfertigung eingebaute Fenster,
  • Wandelemente mit Elektroinstallation oder zumindest Leerrohren,
  • Installationsmodule im Bad mit Rohrleitungen und/oder Sanitärinstallationen.

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Luftdichtheit von Holzkonstruktionen

Gebäude müssen gemäß Gebäudeenergiegesetz (GEG) so errichtet werden, „dass die wärmeübertragende Umfassungsfläche einschließlich der Fugen dauerhaft luftundurchlässig nach den anerkannten Regeln der Technik abgedichtet ist.“

Gebräuchliche Materialien für die Herstellung der Luftdichtheitsschicht im Holzbau sind …

  • Holzwerkstoffplatten,
  • Baupappen oder Folien,
  • Gipsbauplatten.

Die Luftdichtheit der flächigen Elemente für die Gebäudehülle wird im Holzrahmenbau meist schon mit der Vorfertigung im Werk sichergestellt. Auf der Baustelle muss vor allem auf die Luftdichtheit aller Bauteilanschlüsse, Durchdringungen und Fugen geachtet werden.

Verwendet werden …

  • Baufolien mit Verklebung an den Stößen und Überlappungen,
  • einseitige Haftklebebänder,
  • zweiseitige Klebebänder oder Klebemassen,
  • vorkomprimierte Dichtungsbänder,
  • Fugenfüller mit Bewehrungsstreifen (für Gipsbauplatten).

Die Luftdichtheitsschicht darf nicht durch spätere Ausbaumaßnahmen beschädigt werden! Perforationen durch Klammern, Nägel oder Schrauben gelten als unproblematisch, wenn sie kraftschlüssig mit Holz oder Holzwerkstoff hinterlegt sind und nicht aufreißen können.

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Vorteile von Holz im Modulbau

Da moderner Holzbau heute bereits überwiegend mit vorgefertigten Elementen ausgeführt wird, ist der Schritt zum Modulbau naheliegend und vergleichsweise einfach. Dafür werden die flächigen Elemente der Wände und Decken oder auch die stabförmigen Träger und Stützen des Skelettbaus noch am Vorfertigungswerk zu Raumeinheiten verbunden, die dann auf der Baustelle nur noch neben- und über einander angeordnet werden müssen.

Der Baustoff Holz bietet für den Modulbau einige besondere Vorteile:

  • Holz ist ein leichter Baustoff, wodurch auch größere Module keine Gewichtsprobleme verursachen.
  • Die Größe der Module wird allein durch die zulässigen bzw. technisch möglichen Transportabmessungen begrenzt.
  • Die Module basieren auf einer umfassenden und detaillierten Planung, was Fehlerquellen und Abstimmungsprobleme minimiert.
  • Holz-Modulbau ist ein reiner Trockenbau. Es wird keine Feuchtigkeit in die Konstruktion eingebracht, es muss keine Wartezeit bis zum Austrocknen beachtet werden.
  • Holzmodule mit formatierter Fassade und (im obersten Geschoss) mit fertigem Dach bilden sofort nach der Montage wetterfeste Gebäude, bei denen die weiteren Ausbauarbeiten unmittelbar im Anschluss beginnen können.
  • Einmal geplant sind sowohl die Elemente als auch die aus ihnen gefertigten Module jederzeit wieder exakt reproduzierbar. Das vereinfacht die Serienfertigung mit sinkenden Projektkosten.
  • Individuelle Anpassungen bleiben jedoch möglich, sodass architektonische Monotonie vermieden werden kann.

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