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Das Holz, das Stahl und Beton ersetzen wird: leichtere und erdbebensicherere Gebäude

15.02.2024

Fortschritt bedeutet manchmal, dass man zurückblickt, um zu sehen, wie unsere Vorfahren Probleme gelöst haben, indem man ein neues technologisches System oder eine neue Methode einführt, um die Ergebnisse zu verbessern. Im Bauwesen ist der vielleicht paradigmatischste Fall die Holzkonstruktion, mit der man heute fünfstöckige Gebäude in zehn Tagen errichten kann. Jüngsten Forschungen zufolge, die an einer archäologischen Fundstätte in Afrika durchgeführt wurden, geht die erste Verwendung von Holz im Bauwesen auf mehr als eine halbe Million Jahre zurück, lange bevor wir uns als Menschen betrachten können. Die jüngsten Fortschritte bei der Herstellung verschiedener Arten von Massivholz und seine große Akzeptanz bei Architekten in der ganzen Welt, auch in Spanien, laden uns dazu ein, seine Einsatzmöglichkeiten zu erweitern und ihm im Gegensatz zu Materialien wie Stahl oder Beton zu vertrauen. Diese waren im letzten Jahrhundert die absoluten Protagonisten des Sektors und begünstigten das Wachstum von Stärke und Höhe der Gebäude. Abgesehen von neuen Mischungen und Verfahren sind sie jedoch in der Regel teurer in der Herstellung als Holz, sie sind nicht erneuerbar und ihr kombinierter Kohlenstoff-Fußabdruck ist für mehr als 10 % der weltweiten Emissionen verantwortlich. Laut einem aktuellen Bericht von Mass Madera, einem Netzwerk, das Experten, Unternehmen, Institutionen und Pionierorganisationen für die Verwendung von Massivholz im Bauwesen in Spanien zusammenbringt, handelt es sich um einen wachsenden Sektor in unserem Land. Außerdem könnten sich seine vielversprechenden Zahlen (hohes forstwirtschaftliches Potenzial, Produktionskapazität und mehr als 500 abgeschlossene oder im Bau befindliche Projekte) bis 2026 verdoppeln.

Lösungen wie CLT (cross-laminated timber) bieten zahlreiche Vorteile, nicht nur, weil sie es ermöglichen, CO2 abzuscheiden, anstatt es zu erzeugen, sondern auch, weil sie es erlauben, sehr schnell leichtere, haltbarere und widerstandsfähigere Konstruktionen zu bauen. Hinzu kommen neue Forschungen wie die von Chris Pantelides, Professor für Ingenieurwissenschaften an der Universität von Utah, der eine Art von Gebäudeträger aus Massivholz entwickelt hat, der Gebäude vor seismischen Schäden schützt. Das Potenzial von CLT Bevor wir auf die Eigenschaften und Vorteile von CLT gegenüber Stahl und Beton eingehen, ist es sinnvoll zu wissen, was CLT genau ist. Es wird in der Regel aus Kiefern- oder Fichtenholz hergestellt, das in überlappenden Schichten mit Industriekleber verklebt und verpresst wird. „Das Ergebnis ist ein hochindustrialisiertes Produkt, das Balken, Pfeilern und Paneelen für Böden, Dächer oder Wände Form gibt, die Längen von bis zu 18 Metern, Breiten von 3 Metern und variable Dicken ab etwa 25 mm erreichen können“, so die Autoren des Mass Madera-Berichts.
Auf den Seiten dieses Updates über Massivholzwerkstoffe werden ihre Möglichkeiten und ihr Potenzial beschrieben, um die Herausforderungen und Hindernisse anzugehen, die sie noch überwinden müssen, um im Bauwesen weiter Fuß zu fassen. Sie sollen auch einige Mythen widerlegen, wie z. B. dass Bauen mit Holz teurer ist, was durch die Betrachtung des gesamten Lebenszyklus des Gebäudes widerlegt wird. Oder die Entflammbarkeit des Holzes, die durch eine Ummantelung mit nicht brennbaren Materialien oder durch zusätzliche Opferschichten, die das Bauteil im Brandfall schützen, verhindert wird. Die weit verbreitete Meinung ist, dass Holz nicht als hochleistungsfähiges Baumaterial verwendet werden kann, es sei denn für Einfamilienhäuser oder niedrige Gebäude. Im Gegenteil: Produkte wie CLT und die Fortschritte in der Holzbauweise bieten eine ähnliche Festigkeit und Stabilität wie Stahl und Beton. Wolkenkratzer aus Holz sind bereits Realität, wie das Mjøstårnet in Norwegen und das Ascent MKE Building in Wisconsin (USA) zeigen, die beide fast 90 Meter hoch und 18 bzw. 25 Stockwerke hoch sind.
Wie dieser Bericht zeigt und die neuesten Forschungsergebnisse belegen, ist Holz die Vergangenheit und die Zukunft des Bauens. „Es kann Stahl oder Beton in der Struktur vieler Gebäude ersetzen, aber es ist viel leichter“, erklärt Chris Pantelides in einer Pressemitteilung. „Ein Massivholzgebäude wiegt nur ein Viertel des Gewichts eines Betongebäudes und benötigt daher ein viel kleineres Fundament.“ Und das ist nur einer der großen Vorteile, denn sie können auch den Bauprozess um bis zu 25 Prozent beschleunigen und vor allem Kohlendioxid einfangen, anstatt es zu produzieren. Erdbebensicher Pantelides hat nach sieben Jahren Forschung an diesen Materialien gerade eine Forschungsarbeit im Journal of Structural Engineering veröffentlicht, in der er eine Lösung aus Massivholz vorstellt, die vor Erdbeben und seismischen Schäden schützt. Es gibt viele Arten von Massivholz, jede mit ihren eigenen Eigenschaften und Spezifikationen. Der Professor der University of Utah arbeitet insbesondere mit Massensperrholzplatten und Massensperrholzlamellen, die es ihm ermöglicht haben, eine Knickverstrebung (BRB) zu bauen, die stärker und haltbarer ist als herkömmliche. Bislang galt Massivholz aufgrund seiner Steifigkeit als ungeeignetes Material für diese Art von Strukturelementen. Die gebräuchlichsten Verstrebungen bestehen aus Beton und Stahl oder einer Kombination aus beiden Materialien und haben die Aufgabe, die seismischen Kräfte eines Erdbebens zu absorbieren oder zu zerstreuen, damit sie die Gebäudestruktur nicht beschädigen.
Die Forschungen von Pantelides und der Doktorandin Emily Williamson, Mitautorin der Studie, haben jedoch gezeigt, dass es möglich ist, Timber Buckling Restrained Brace (T-BRB) zu verwenden: eine Aussteifung, die als Kern ein Stahlband verwendet, aber einen Holzrahmen hat und an Gebäude angepasst ist, bei denen Holz das Hauptmaterial ist. So entstand dieses „Querkraftwiderstandssystem“ (LFRS), das im Labor getestet wurde, um zu sehen, wie es sich bei Kräften verhält, die denen eines schweren Erdbebens ähneln. Ein Aktuator simuliert diese Bedingungen, indem das T-BRB horizontal mit dem Äquivalent eines Erdbebens der Stärke 7,0 auf der Richterskala geschüttelt wird.
Um die Leistung der Streben zu testen, wurden Sensoren installiert, die die Verformung und Verschiebung jedes Elements während neun anspruchsvoller Tests aufzeichneten. Nach Abschluss der Tests wurden der Rahmen und die Stahlbänder für eine detaillierte Inspektion und Messung demontiert. Das Ergebnis war unmissverständlich: T-BRBs sind genauso effektiv wie oder sogar effektiver als Stahl- und Betonaussteifungen, was Massivholzgebäude stärker und höher als je zuvor machen wird. „Die ganze Welt wacht jetzt auf. Die Leute werden zurückblicken und sagen: ‚Warum haben wir das nicht mit Massivholz gebaut?'“, sagt Pantelides. „Ich denke, in den nächsten 20 Jahren wird es kaum noch Gebäude unter 12 oder gar 18 Stockwerken geben, die mit Stahl und Beton gebaut wurden. Das wird nicht mehr machbar sein. In naher Zukunft werden wir sogar Wolkenkratzer mit mehr als 50 Stockwerken sehen, die aus Massivholz gebaut sind. Von ES Diario.