HohlkästenEinfach besser

FachwerkMit Versätzen modern

SpecialMechanische Holzverbindungen

Fachzeitschrift für

konstruktiven Holzbau

und Ausbau

12 / 2004

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Ingenieur-Holzbau

Die Hauptschule wurde umgebaut: Sie erhielt einen neuen Flügel in Holzskelett-Ambiente und eine in den Schulhof gesetzte

Groß-Sporthalle. Die Holzkonstruktionen ließen – neben großen Stützweiten – viele bauphysikalische Probleme einfach lösen.

Hohlkästen lösen vielgestaltige Probleme

Bauherr Landeshauptstadt BregenzImmobilienverwaltungs KEGA-6900 BregenzArchitekten Dipl.Ing. Elmar NägeleDipl.Ing. Wolfgang RitschDipl.Ing. Ernst WaibelA-6850 DornbirnTragwerksplanung merz kaufmann partner A-6850 DornbirnAusführung Holzbau Kaufmann BausystemeGmbH A-6870 Reuthe

Bilder merz kaufmann partner,Red.,Ernst Waibel,Bruno Klomfar, A-1060 Wien (Bilder 1 und 4)

Bild 2 Modell des Schultraktsvon Westen aus gesehen. Fürden neuen langgestrecktenErschließungsflügel (vorne)wurde ein Teil des Altbaus ab-gerissen. Die Halle selbst wur-de in den Hof hinein gebaut.

Bild 1 Blick durch die West-fassade. Im Erdgeschoss sindvorne das ebenerdige Foyerund dahinter die um ein Ge-schoss versenkte Turnhalle zusehen. Darüber verläuft derErschließungsgang zu denVersammlungsräumen.

Zur ArchitekturDas Ensemble der Schulanlage Rieden/

Vorkloster wurde in den 1960er Jahren von

dem Architekt Ernst Hiesmayr entworfen. Für

den Neubau wurde der westseitige Gebäude-

flügel mit einer alten Turnhalle abgerissen (Bild

2). Damit die Charakteristik des Schulgebäu-

des erhalten bleibt, wurde wieder ein zweige-

schossiger Baukörper als westlicher Hofab-

schluss errichtet. Die neue fast quadratische

Turnhalle wurde, um ein Geschoss versenkt,

in den Schulhof hineingebaut.

Die Erschließung der Schulsporthalle er-

folgt über die beiden Schmalseiten des neuen

Westflügels. Die einzelnen Funktionsbereiche

sind über das Foyer im Erdgeschoss erreich-

bar (Bild 1). Im Obergeschoss darüber befin-

den sich Räume für Sportvereine und die Tech-

nikzentrale. Im Untergeschoss sind die Um-

kleide- und Nassräume untergebracht.

WestflügelDie Außenfassaden des westlichen Gebäu-

deflügels bestehen aus schlanken BS-Holzstüt-

zen mit einer Ansichtsbreite von ca. 8 cm und

einer Tiefe von 30 cm. Sie sind in dichter Folge,

in einem Abstand von etwa 80 cm zueinander,

74 bauen mit holz 12/2004

Ingenieur-Holzbau

Bild 4 Die Außenfassade desWestflügels wird durch dieReihung der schmalen Holz-stützen vertikal gegliedert.

Bild 5 Geteilte Halle und seitli-cher Erschließungsgang vomWestbau aus gesehen.

gereiht. Diese Pendelstützen tragen die De-

cken- und Dachelemente (Bild 3). Eingesetzt

wurden sichtbar bleibende Hohlkastenelemen-

te mit einer Akustik-Lochung an den Unter-

seiten. Decke und Dach spannen über 7,3 m

frei, bei Belastung durch nicht tragende Trenn-

wände sowie Verkehrslast für Versammlungs-

räume.

Der gesamte Trakt wird durch die Schei-

benwirkung der Decken- und Dachelemente

ausgesteift. Wie auf Bild 3 ersichtlich, handelt

es sich bei den Scheiben im Prinzip um hori-

zontale Träger auf zwei Stützen mit Kragarm.

Die horizontalen Auflager stellen die beiden

quer anschließenden Massivbautrakte dar. Die

Scheiben sind mittels einbetonierter Stahltei-

le an deren Wände angeschlossen. Die Stei-

figkeit der Decken- und Dachscheibe ist groß

genug, die Verformungen auf ein für die flä-

chendeckende Verglasung ausreichend kleines

Maß zu beschränken.

Zwischen den Stützen ist eine Verglasung

eingestellt. Die Scheiben sind etwa 20 cm nach

innen versetzt, so dass die Stützen das lang

gestreckte Bauteil von außen gliedern (Bild 4).

Eine Bekleidung aus Lärchenholzbrettern

schützt die Stützen vor der Witterung.

Konzept der SporthalleDie 42 m × 45 m große Sporthalle wurde

nahtlos an den Westflügeln angefügt, das eben-

erdige Foyer im Westbau und die um ein Ge-

schoss versenkte Halle sind zueinander offen

(Bild 6). Kräftige BS-Holzstützen mit einem

Querschnitt von 40 cm × 35 cm zwischen die-

sen beiden Gebäudeteilen tragen auf der ei-

nen Seite die Decken des Westflügels und auf

der anderen Seite die Dachkonstruktion der

Halle.

Zwischen der in den Hof hinein gesetzten

Halle und den Gebäudeflügeln des Altbaus

besteht beidseitig ein etwa 3 m breiter Abstand.

Hier wurden eingeschossige Erschließungtrak-

te eingepasst (Bilder 5 und 7), die gleichzeitig

als Tribünen genutzt werden. Entlang dieser

ebenfalls zur Halle hin offenen Gänge befin-

den sich 1200 mobile Sitzplätze, die bei Schul-

betrieb in Nischen geschoben werden können.

Konstruktion der SporthalleDie Sporthalle wird von zehn, im Abstand

von 4,5 m angeordneten, fast 4 m hohen und

30 cm breiten Kastenträgern aus Holz mit ei-

ner Stützweite von 42 m überspannt (Bild 7).

Die hofseitigen Stützenscheiben sind in

BS-Holz ausgeführte Hohlkastenträger und

wurden in der Decke des Untergeschosses

Bild 3 Für die Decken und dasDach wurden Hohlkastenele-mente eingesetzt, die mit denStützen verschraubt sind undden Westflügel aussteifen.

Bild 6 Sowohl das Foyer wieauch die seitlichen Gänge blei-ben zur Halle hin offen. Zuhoch geworfene Bälle werdendurch Netze, die hier nicht zu-gezogen sind, abgefangen.

bauen mit holz 12/2004 75

Ingenieur-Holzbau

eingespannt (Bild 11). Sie stabilisieren das

Gebäude in Längsrichtung der Träger. Zum

Westflügel hin werden die Kastenträger von

Pendelstützen getragen (Bild 9). In Querrich-

tung zu den Trägern ist die Konstruktion zwi-

schen die bestehenden Klassentrakte „einge-

klemmt“ (Bild 7).

Die KastenträgerDie Kastenträger sind 45 Meter lang und

fast vier Meter hoch. Bauteile mit solchen

Abmessungen sind bekanntlich nur schwer

als Ganzes auf der Straße transportierbar.

Dem gegenüber steht das Bestreben nach ei-

ner möglichst weitgehenden Vorfertigung im

Werk um den Anforderungen an Produkti-

vität, Qualitätskontrolle und Montagezeit ge-

recht zu werden.

Unter Berücksichtigung dieser Punkte

aber auch aus statischen und nicht zuletzt

Überlegungen zu einem rationellen Einsatz

der Hebezeuge ist die Haupttragkonstrukti-

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Bild 10 Verformungsprinzip

Bild 9 Wandartige Träger zwi-schen den Hauptstützen desHallentraktes übernehmen dieLasten aus Decke und Dachdes Westtraktes. Sie sind nuran den Stützen befestigt. DieHallenträger können sichzwängungsfrei verformen.

Bild 8 Die 42 m × 45 m großeHalle läßt sich durch mobiledoppelschalige Trennwand-elemente in zwei rechteckigeHallen von ca. 21 m × 45 mund in vier annähernd qua-dratische Hallen mit ca. 21 m ×22,5 m unterteilen.

Bild 7 Querschnitt Halle. DieHauptträger haben eine Höhevon 3,80 m. Sie sind alle4,50 m angeordnet. In derHallenmitte befindet sich einDoppelträger, der im unterenBereich den Trennvorhang(Bild 8Bild 8Bild 8Bild 8Bild 8) und oben den zentra-len Lüftungskanal aufnimmt.

on aus drei werkseitig vorgefertigten Teilen,

mit den Längen 12,5 m - 20 m - 12,5 m ge-

fertigt (Bilder 13 und 14).

Der mittlere Kastenträgerabschnitt (lm =

20 m) besteht aus Ober- und Untergurten

BS16 300/600 mm, Stegstreifen BS11 180/

300 bzw. 60/300 mm und beidseitig aufge-

leimter Beplankung aus 3S-Platten (d=26

mm) aus Lärchenholz (Bild 16 rechts). Die

beiden Randträgerabschnitte (ls = 12,5 m) be-

stehen aus Ober- und Untergurten BS11

300/520 mm, Stegstreifen BS11 180/300

bzw. 60/300 mm, beidseitig aufgeleimter

Beplanung aus 3S-Platten (d=26 mm) und

einem mittigen Steg als Querkraftverstär-

kung aus 3S-Platten d = 2 × 20 mm (Bild 16

links).

Die Träger haben bis zur Mitte der Höhe

ausgeklinkte Auflager. Die Ausklinkung wird

mit den randseitigen Stegstreifen ausgebil-

det. Diese sind aus blockverleimten 3S-Plat-

ten hergestellt um den hohen Schubbean-

Bild 12 Innenhof mitBlick auf die Ostfassadeder Turnhalle. Durchdas Versenken wurdedie Gebäudehöhe desNeubaus der des Alt-bestandes (rechts) an-gepasst.

Bild 11: Die eingespanntenStützen auf der Hofseite sta-bilisieren das ganze Gebäudein Längsrichtung der Träger.Sie sind ebenfalls mit Drei-schichtplatten aus Lärchen-holz beplankte Hohlkasten-träger. Die Auflagerkraft wirdin Trägermitte abgetragen. DieGabellagerung erfolgt überein Schlitzblech am unterenRand des Trägers.

76 bauen mit holz 12/2004

Ingenieur-Holzbau

spruchungen Rechnung zu tragen und die auf-

tretenden Querzugspannungen aufzunehmen.

Die Ausklinkung erfolgt aus konstruktiven

Überlegungen, um Zwängungsbeanspruchun-

gen und Verformungen im Westtrakt, die sich

aus der Durchbiegung des Hauptträgers er-

geben (Verdrehung der Trägerränder), zu ver-

meiden (Bilder 10 und 11).

Für den Zusammenbau auf der Baustelle

galt es eine Verbindung zu wählen, die unter-

schiedlichsten Anforderungen gerecht wird:

• Am Stoß der Einzelteile treten ein Moment

von ungefähr 3500 kNm und eine Quer-

kraft von 170 kN auf.

• Die Kraftfluss soll auf der Baustelle nur mit

wenigen Schrauben geschlossen werden

können, was am einfachsten mit einer Stahl/

Stahl-Verbindung zu lösen ist. Das bedeu-

tet, die Kräfte aus den zu fügenden Holz-

teilen müssen zuerst in Stahlteile eingelei-

tet werden. Dazu wurden im Werk geeig-

nete Stahlteile in die Holzquerschnitte ein-

gebaut.

• Es wird eine Verbindung mit einem hohen

Ausnutzungsgrad angestrebt, damit die an

einem ungestoßenen Binder ermittelten

Querschnittsabmessungen infolge der

Montageverbindung nicht zu stark vergröß-

ert werden müssen.

• Nicht zuletzt hatte der Anschluss auch äs-

thetischen Überlegungen gerecht zu wer-

den. Die Montagestöße sollen am fertigen

Bauwerk möglichst unauffällig sein.

Die ausgeführte Lösung erfüllt die oben

aufgeführten Anforderungen weitgehend. Das

Anschlussmoment, im Stoßbereich in eine

Zug- und eine Druckkraft aufgeteilt, wird

durch vier fast identische Stahlteile übertra-

gen (Bilder 17 und 19). Der Zugstoß unter-

scheidet sich vom Druckstoß nur durch die

Art der Kraftübertragung vom Holz in das

Stahlteil. Während beim Zugstoß die Kraft

mit Hilfe von selbstbohrenden Stabdübeln mit

Durchmesser 7 mm ins Stahlteil eingetragen

wird, geschieht dies beim Druckstoß über

Kontaktpressung. Mit der Stabdübel-Verbin-

dung kann ein Ausnutzungsgrad von ungefähr

65 % der anschließenden Stäbe erreicht wer-

den. Durch die „Vielschnittigkeit“ kann der

gesamte zu verbindende Querschnitt aktiviert

werden. Die Dübel werden mit kleinen Ab-

ständen angeordnet, was die Anschlussfläche

und damit die Größe der Stahlteile reduziert.

Durch das gleichzeitige Bohren von Holz und

Stahl ist eine größtmögliche Passgenauigkeit

gewährleistet. Differenzen im Lochbild von

Stahl- und Holzteilen, wie sie bei der Verwen-

dung von normalen Stabdübeln auftreten kön-

nen, hervorgerufen durch Ungenauigkeiten in

der Arbeitsvorbereitung, „Verlaufen“ des Boh-

rers bei der Herstellung der Löcher, Quellen

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Bild 14 Schema des Kasten-trägers. Diese horizontalenTragglieder sind Einfeldträger.Die Aussteifung erfolgt überdie hofseitigen Stützen(rechts).

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Bild 15 Stoßbereich mit denanzuschließenden Kräften

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Bild 16 Querschnitte desKastenträgers. Im Brandfallwird der Träger im Mittel-bereich als Virendeel-Trägerbetrachtet. D. h. die Beplan-kung fällt aus und die Gurtewirken als Biegeträger mitNormalkraft.

und Schwinden der Holzteile zwischen Pro-

duktion und Montage oder Verziehen der

Stahlteile beim Verzinken, gibt es nicht. Die

hohe Passgenauigkeit wirkt sich auch positiv

auf das Verformungsverhalten aus. Die Her-

stellung der Verbindung im Werk ist ver-

gleichsweise einfach und erfordert kein spe-

zielle Know how.

Der Vollständigkeit halber soll erwähnt

werden, dass die Querkraft im hier behandel-

ten Knoten mit seitlich aufgenagelten Loch-

blechen aus Flachstahl übertragen wird. Die

Verbindung ist in drei Bleche aufgeteilt. Dabei

wurde während der Montage zuerst nur das

zentrische Blech angeordnet. Nach dem Ent-

fernen der Gerüsttürme stellte sich ein erster

Teil der Winkelverdrehung zwischen den an-

geschlossenen Binderteilen (resultierend u. a.

aus dem Schlupf der Verbindungsmittel) ein.

Bild 13 Die Montage erfolgt mitHilfe von zwei Gerüsttürmenund dem Turmdrehkran desBaunternehmers. Das Gewichtder Einzelteile wiegt 10 bzw.15 Tonnen. Die runden Löcherin den Beplankungen lassenPlatz für die Lüftungs-leitungen.

bauen mit holz 12/2004 77

Ingenieur-Holzbau

Erst anschließend wurden die beiden flankie-

renden Lochbleche aufgenagelt. Diese Maß-

nahme erfolgte, um eine zu große Querzug-

beanspruchung in den anschließenden Pfos-

ten der Kastenträger zu vermeiden. Trotzdem

wurden auch diese Stegstreifen aus blockver-

leimten 3S-Platten hergestellt. Für die Un-

terbringung aller während der Montage zu-

gänglicher Stahlteile wurde die Beplankung

um 25 cm ausgespart und nachträglich ergänzt,

womit auch die geforderte Feuerwiderstands-

dauer von 30 Minuten Rechnung erreicht

wird.

Die hohen zulässigen Schubspannungen

der Mehrschichtplatten sowie die Zugtragfä-

higkeit quer zur Faserrichtung der Decklagen

(Stichwort „Querzug“) erlaubten problemlos

große Durchbrüche für Luftleitungen im Be-

reich der größten Schubbeanspruchungen

(Bild 13).

Zum KlimakonzeptUm möglichst viel natürliches Licht in die

Halle zu bekommen, wurde das Dach weitge-

hend verglast (Bilder 25 und 26). Die Vergla-

sung ist direkt auf den Stegen der Nebenträ-

ger aus BS-Holz und Dreischichtplatten be-

festigt, welche im Meterraster zwischen den

Kastenträgern hängen (Bilder 23 und 24).

RaumklimatisierungVerglastes Dach, bis zu 2400 Zuschauer bei

Sportveranstaltungen und unterschiedliche

Nutzungen stellen hohe Anforderungen an den

Raumklimakomfort, die Regelungsflexibilität

und das Lichkonzept. Trotz der großflächigen

Verglasungen sollte das Gebäude auch ver-

gleichsweise moderate Herstell- und Betriebs-

kosten für Lüftung und Kühlung und keinen

hohen Energieverbrauch aufweisen. Dies wur-

de durch eine simulationsunterstützte Ent-

wicklung und Realisation eines Gebäudekli-

makonzeptes erreicht, in welchem Glasdach,

Bild 20 Montagestoß nach demAbsenken des Gerüstturmes

Bild 19 Detailaufnahme derStahlteile am Montagestoßmit der 12-schnittigen Stab-dübel-Verbindung (SFS WS).Auf der Baustelle mussten nurdie vier Gelenkwellen einge-baut werden.

Bild 21 Montagestoß vor demAbsenken des Gerüstturmes

Bild 22 Seitliches Einfahren ei-nes Kastenträgerelementes

Bild 18 Vorfertigung derKastenträger im Werk

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Bild 17 Verbindung am Untergurt

78 bauen mit holz 12/2004

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2004

Ingenieur-Holzbau

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Sonnenschutz, Blendschutz, Haustechnik

und Regelung eng aufeinander abgestimmt

geplant und realisiert wurden. Es ergeben

sich damit kühle Temperaturen im Sommer-

betrieb von maximal 27°C, eine sehr helle

Halle ohne störende Blend- oder Schatten-

wirkungen und ein insgesamt guter Raum-

klimakomfort. Der Normalbetrieb Schul-

und Vereinsnutzung ist ohne mechanische

Kühlung und mit einem hohen Anteil an na-

türlicher Lüftung möglich. Insgesamt ist ein

relativ geringer Energieverbrauch für Hei-

zung, Lüftung, Licht und Kühlung zu erwar-

ten.

Das Gebäudeklimakonzept besteht im

Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

• Verglastes Hallendach mit effizientem

Sonnen- / Blendschutz in zwei Lagen, au-

tomatisch öffnende Klappen zur thermi-

schen Entlüftung bei Überwärmung im

Hallendachbereich.

• Sehr gute Tageslichtnutzung für Halle,

Aufenthalts- und Erschließungsfläche

über die Verglasung.

• Kompakte energieeffiziente Lüftung mit

Wärmerückgewinnung und Heiz- / Kühl-

funktion für Sportveranstaltungen.

• Zuluftanlage mit Kühlung über Funda-

mentabsorberregister zur Spitzenlastabde-

ckung Kühlung und Lüftung bei Veran-

staltung und zur ökonomisch / ökologisch

günstigen Lüftung im Schulbetrieb.

• Energieeffiziente automatische Kunst-

lichtregelung in Abstimmung mit den

Sonnenschutzstellungen und den Tages-

lichtverhältnissen innen und außen.

• Nutzerseitige einfach programmierbare

Regelung gemäß Betriebszuständen Ab-

senkbetrieb, Schulnutzung und Veranstal-

tungsnutzung.

Holz unschlagbarBis auf die Stützen und Nebenträger fin-

den sich bei diesem Projekt nur „Holzkäs-

ten“ mit Mehrfach-Funktionen:

Bild 23 Nebenträger

bauen mit holz 12/2004 79Dachziegelwerke Nelskamp GmbH · Waldweg 6, 46514 Schermbeck · Postfach 11 20, 46510 SchermbeckTelefon 0 28 53/91 30-0 · Telefax 0 28 53/37 59 · E-Mail: vertrieb@nelskamp.de

www.ne lskamp.de

Ingenieur-Holzbau

• Decke Westflügel: Tragen, Aussteifen,

Schalldämmung, Raumakustik, Optik.

• Dach Westflügel: Tragen, Aussteifen,

Wärmedämmung, Raumakustik, Optik.

• Stützenscheiben Sporthalle: Tragen, Aus-

steifen, Optik.

• Wandartige Träger, Ausfachungen zwi-

schen Hallenstützen: Tragen, Aussteifen,

Wärmedämmung, Schalldämmung, Optik

(Außenwandfunktion).

• Hauptträger Sporthalle: Tragen, Wärme-

dämmung, Wärmebrücken-Minimierung

(Übergang innen-außen).

Angesichts der Stützweiten, Lasten und

bauphysikalischen Aufgabenstellungen hät-

te wohl kaum eine wettbewerbende Bauart

solche, gesamtheitlich elegante Problemlö-

sungen anbieten können.

KF

Bild 24 Dachfläche mit Neben-trägern im Bereich derVerbindungsstellen der Hohl-kastenträger

Bild 25 Direkt auf den Neben-trägern wurde die Verglasungbefestigt

Bild 26 Quer durch die Hohl-kastenträger hindurch werden diedicken Belüftungsrohre geführt.Unter den Kastenträgern verläufteine Schiene, an der ein Trenn-vorhang geführt wird. Parallel zuden Kastenträgern sind nachträg-lich Streifen aus leichtem Kunst-stoff eingehängt worden, dieSchall absorbieren sollen.