Planung des Blockhauses
Der moderne Blockbau feiert sein Comeback. Zum letzten Mal wurde der Blockbau in den 60er Jahren modernisiert, als Kaija und Heikki Siren moderne Freizeithäuser aus Blockbohlen entworfen haben. Heute werden Blockbalken auch bei öffentlichen Gebäuden und Bürogebäuden akzeptiert. In diesem Artikel haben wir die zentralen Planungsgrundlagen für Blockhäuser zusammengestellt.
Bis zu den 1920ern waren Blockbalken das Hauptbaumaterial bei nahezu jedem Bau. Nach dem zweiten Weltkrieg hat der Holzrahmenbau die Blockbalken auch beim Bau von Ein- und Zweifamilienhäusern ersetzt. Danach wurden Blockbalken für lange Zeit hauptsächlich in Freizeithäusern verwendet. Heute eignen sich die Blockbalken für die Anwendung in Gebäuden in unterschiedlichen Größen und zu verschiedenen Zwecken. Die Anwendung nimmt vor allem bei öffentlichen Gebäuden und auch bei mehrgeschossigen Häusern zu.
Die Blockbalken werden hauptsächlich in tragenden Wandkonstruktionen verwendet. Auch die nicht-tragenden Wände können aus Blockbalken gebaut werden.
Traditionell war die maximale Länge aufgrund der zur Verfügung stehenden Baumlänge circa 7 Meter. Die heutige industrielle Fertigung, die Lamellenblockbalken und die Keilverzinkung ermöglichen die Fertigung von sehr langen Blockbalken. Bei Anwendung von langen Blockbalken sollte jedoch eine ausreichende Queraussteifung sichergestellt werden. Eine Blockwand wird mit Holzverzapfung und Querwänden versteift. Vor allem bei langen Wänden und an den Rändern der Öffnungen verhindern die Dübel ein Verziehen der Blockbalken. Der Abstand zwischen den Dübeln darf maximal 2000 mm betragen.
Bei der Planung eines Blockhauses ist es von großer Bedeutung die Setzungen sowie die Ausdehnung und das Zusammenziehen von Holz inkl. Rissbildung zu beherrschen. Abgesehen hiervon sind die Planungsgrundlagen für Blockhäuser weitgehend die gleichen wie bei allen anderen Holzbauten. Gebäude aus Blockbalken können so gebaut werden, dass sie eine hervorragende Energieeffizienz und Dichtigkeit sowie einen hervorragenden Schall- und Brandschutz bieten.
Der Vorteil von einem Blockhaus ist vor allem die feuchtetechnische Sicherheit, die sich wiederum auf die Innenluftqualität auswirkt. Wenn die Innenluftfeuchtigkeit steigt, saugen die Holzoberflächen die Feuchtigkeit aus der Innenluft. Wenn die Innenluft trocken ist, geben die Holzoberflächen die Feuchtigkeit wieder ab. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Raumluftfeuchtigkeit aufgrund der unbehandelten Holzoberflächen in dem empfohlenen Bereich von 30 bis 60 % RH ist. Diese Fähigkeit zur Feuchtigkeitsregulierung nimmt ab, wenn die Holzoberflächen mit einer Beschichtung, die die Feuchteübertragung verhindern, behandelt werden.
Die Setzung der Blockbohlen
Die für die Wände eines Blockhauses typische Sackung wird durch die Setzung von Holz und Verbindungen aufgrund des Gewichts des Gebäudes sowie durch Trocknungsschrumpfung des Holzes verursacht. Die Setzung der Blockwände beträgt je nach Balkentyp circa 10–50 mm pro Höhenmeter. Der Rundbalken sinkt am meisten und der Lamellenbalken am wenigsten ab. Die Innenwände senken sich aufgrund des geringeren Feuchtigkeitsgehalts etwas stärker ab als die Außenwände. Die Setzung der sogenannten setzungsfreien Blockbalken entspricht in etwa der Setzung bei anderen Holzbauten.
Beispielsweise benötigt eine handgehobelte Blockwand über der Türöffnung einen Setzraum von 100 mm für die Setzung. Die tatsächliche Setzung beträgt ca. 60–70 mm, sodass noch genügend Platz für die Isolierung bleibt.
Die Setzungen müssen überall dort mitberücksichtigt werden, wo die sich zu setzende Blockbalkenkonstruktionen mit nicht-senkenden Konstruktionen verbunden sind. Solche sind u. a. Fenster und Türen, Einbaumöbel, nicht-tragende Zwischenwände, Treppen und gemauerte Konstruktionen. Bei den Verbindungen der nicht-tragenden Konstruktionen wird ein Setzraum gelassen. Bei tragenden Konstruktionen werden Gewindefüße verwendet.
Die Rauchkanäle müssen so in den Konstruktionen verbunden werden, dass die Verbindung die Setzung der Konstruktion erlaubt und dass die Feuerschutzabstände auch nach der Setzung eingehalten werden. Die Küchenoberschränke dürfen nur in einer Balkenschicht befestigt werden und beim Fliesenlegen des Zwischenraums ist die Absenkung der Oberschränke zu berücksichtigen.
Die Setzungen müssen vor allem dann berücksichtigt werden, wenn das Gebäude unterschiedliche Ebenen hat und somit es im Gebäude eine unterschiedliche Anzahl von Balkenschichten gibt. Die Setzung ist in den Teilen des Gebäudes größer in denen es mehrere Balkenschichten gibt. Bei Dachkonstruktionen, die auf die Blockbalkenkonstruktionen gestützt werden, muss berücksichtigt werden, dass die Sackung an dem Dachfirst höher als an der Traufe ist. Dies verursacht eine Verschiebung der Dachständer an der Traufe nach außen. Die Dachträger sollten mit Klemmen befestigt werden, die diese Bewegung erlauben, sodass die Dachträger beim Sacken die Wände nicht nach außen drücken.
Rissbildung
Vor allem bei Blockbalken aus Vollholz ist die Rissbildung typisch. Die Rissbildung wird durch die natürlichen Eigenschaften und Spannungen, die bei der Trocknung des Holzes entstehen, verursacht. Die Schrumpfung von Holz ist im Kreisumfang circa doppelt so schnell wie in der Richtung des Radius. Die Spannungen im Holz entstehen auch dadurch, dass das Trocknen an der Oberfläche des Holzes beginnt. Die Rissbildung kann mit Hilfe von Auskerbungen, die in die Blockbalken eingearbeitet werden, gelenkt werden.
Die Größe der Risse ist abhängig von der Feuchtigkeit und Größe des Blockbalkens. Bei beheizten Innenräumen stellt sich die Feuchtigkeit der Blockbalken bei etwa 8 % des Trockengewichtes ein, in den Außenwänden bei etwa 14 % des Trockengewichtes. Der Feuchtigkeitsgehalt der Außenwände kann jedoch u. a. aufgrund der Sonneneinstrahlung und konstruktiven Abschirmmaßnahmen stark variieren. Im Winter werden die Risse größer und im Sommer kleiner.
Die Risse haben normalerweise eine ästhetische Bedeutung. In Innenräumen haben die Risse eine positive Wirkung auf die Fähigkeit des Blockbalkens die Schwankungen der Raumluftfeuchtigkeit auszugleichen, da die Risse die Kontaktfläche zwischen dem hygroskopischen Holzmaterial und der Innenluft, in der die Diffusion stattfindet, vergrößert. Die Größe dieser Fläche steht in direkter Korrelation zu der Fähigkeit der Konstruktion Feuchtigkeit aus der Raumluft zu binden und abzugeben.
Luftdichtheit
Die Luftdichtheit der Blockbalkenkonstruktion wird durch die Form der Fugenausspa rungen und die Abdichtung bestimmt. Die kritischsten Stellen für Luftdichtheit sind die Verbindungen und Durchführungen in den verschiedenen Bauteilen der Außenhülle. Für die Durchführungen in der Konstruktion werden Abdichtungsmanschetten empfohlen. Die Messungen zeigen, dass ein gut konstruiertes Blockhaus sehr luftdicht sein kann.
Die Energie-Effizienz der Blockwand
Die vorgeschriebene Energiekennzahl eines Einfamilienhauses mit Blockbohlenkonstruktion hängt von der Größe der Gebäude ab. Die Energiekennzahl eines Einfamilienhauses mit einer beheizten Fläche von maximal 120 m² darf 229 kwh/m² pro Jahr sein und die Kennzahl eines Hauses mit über 600 m² maximal 155 kwh/m² pro Jahr. Die vorgeschriebene E-Kennzahl eines Einfamilienhauses mit einer beheizten Fläche von 120–600 m² wird mit einer Formel gemäß der Fläche berechnet.
Die Vorschriften bzgl. der Energieeffizienz gelten nicht für Gebäude, deren beheizte Wohnflächen maximal 50 m² betragen, sowie für Ferienhäuser, bei denen kein Heizungssystem für eine ganzjährige Nutzung geplant ist.
Bei der Wärmeverlustberechnung einer Blockwand wird als Wärmedurchgangskoeffizient 0,40 W/(m²K) verwendet und es wird angenommen, dass die Stärke der Blockbohlen mindestens 180 mm beträgt. In Ferienhäuser, die ein für eine ganzjährliche Nutzung geplantes Heizungssystem haben, wird ein Wärmedurchgangskoeffizient von 0,80 W/(m² K) verwendet bei einer Blockbohlenstärke von 130 mm. Solchen Ferienhäusern, die ein für eine ganzjährige Nutzung geplantes Heizungssystem haben und für Übernachtungsgewerbe gedacht sind, gelten die obengenannten Ausnahmen nicht.
Die durchschnittliche Stärke einer Vollblockwand muss mindestens 180 mm sein, damit der vorgeschriebene U-Wert von 0,60 W/(m² K) erreicht wird. Mit einer isolierten Blockwandkonstruktion ist es problemlos einen U-Wert von 0,17 W/(m² K) zu erzielen. Die Berechnung des U-Wertes einer Blockwand kann mit Hilfe des U-Wert-Rechners „Puurakenteen U-arvon määrittämien“ (Die Bestimmung der U-Wert einer Holzkonstruktion) von Puuinfo durchgeführt werden.
Für die Rundbalkenwand muss die effektive Stärke d. h. die Stärke, die die Wand bei einer gleichmäßigen Stärke hätte, umgerechnet werden. Dazu hat Puuinfo ein technisches Infoblatt „Hirsiseinän tehollinen paksuus“ (Die effektive Stärke einer Blockwand) herausgegeben.
Haltbarkeit und die Abschirmung der Blockbalkenoberflächen
Den größten Einfluss auf die Haltbarkeit eines Blockbalkens hat der Feuchtigkeitsgehalt des Holzes. Die Voraussetzung für das Wachstum von Fäule- und Schimmelpilzen ist eine Feuchte im Holz von mindestens 20 % und einer Temperatur von mindestens + 5 °C. Damit der Feuchtigkeitsgehalt von Holz auf über 20 % steigt, ist die Voraussetzung, dass die relative Luftfeuchtigkeit über einen längeren Zeitraum mindestens 85 % beträgt. Auch das Licht hat einen Einfluss auf die Haltbarkeit eines Blockbalkens. Die Ultraviolettstrahlung dringt ca. 0,1 mm ins Holz ein und zerstört dabei das Lignin der Holzsubstanz. Wenn die richtigen Bedingungen für Holz eingehalten werden, ist eine Holzkonstruktion sehr lange haltbar.
Bei der Abschirmung der Blockbalkenkonstruktionen gelten die gleichen Prinzipien wie bei allen anderen Holzbauten. Die Blockbalken müssen ausreichend weit vom Boden entfernt sein. Die aufsteigende Kapillarfeuchtigkeit aus dem Fundament zur Holzkonstruktion muss unterbrochen werden. Die Wandkonstruktionen müssen vor Regen, Spritz- und Fließwasser geschützt werden. Das Regenwasser sollte kontrolliert über Dachrinnen und Fallrohre geleitet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Lüftung und die Trocknung der Konstruktionen und vor allem der dem Wetter ausgesetzten Blockbalkenverbindungen gut organisiert sind.
Die Oberflächen der Blockbalken können konstruktiv oder chemisch geschützt wer den, oder sie werden beschichtet. Der konstruktive Schutz erfolgt üblicherweise mit Brettverkleidung. Dies gibt der Blockwand eine Verschleißschicht, die bei Bedarf leicht zu reparieren bzw. zu erneuern ist.
Durch den chemischen Schutz und der Beschichtung soll der Pilzbefall auf den Holzoberflächen sowie das Eindringen der Feuchtigkeit ins Holz verhindert werden und die Wirkung der UV-Strahlung wird eliminiert sowie eine feuchtigkeitsabweichende Schicht auf der Holzoberfläche gebildet. Die Beschichtungen können sowohl transparent als auch deckend sein.
Die Bemessung der Blockbalkenkonstruktionen
Die Bemessung der Blockbalkenkonstruktionen erfolgt nach Eurocodes. Die Vierkantbalken gehören zur Festigkeitsklasse C22, die Lamellenbalken zur Festigkeitsklasse C24 und die Rundbalken zur Festigkeitsklasse C30. Die empfohlene Bemessung der Blockbalkenkonstruktionen in der finnischen sog. RT-Empfehlung (RT-kortti) 82-11168 basiert auf dem Prüfbericht (RTE3818/00) von VTT (Staatliches Technisches Forschungszentrum Finnlands).
Feuerwiderstand der Blockbalkenkonstruktionen
Eine Blockbalkenkonstruktion ist besonders brandsicher. Ein Blockbalken hat eine Abbrandrate von 1,0 mm pro Minute, sodass das Verhalten der Blockbaukonstruktion im Brandfall gut berechenbar ist. Im Brandfall kommt es zu einer Verkohlung der Holzoberfläche, die das Holz vor dem Brennen schützt.
Der Blockbalken gehört zur Feuerwiderstandsklasse D-s2,d0. Die Feuerwiderstandsklasse REI 30 wird mit einem 92 mm starken Vierkantbalken und mit einem 150 mm starken Rundbalken erreicht. Die Feuerwiderstandsklasse REI 60 wird mit einem 148 mm starken Vierkantbalken und mit einem 199 mm starken Rundbalken erreicht, und REI 90 mit einem 190 mm starken Vierkantbalken- Eine konstruktive Dämmung verbessert den Feuerwiderstand der Rundbalken. Der Dübelabstand darf maximal 1600 mm betragen.
Die Nutzung von unverkleideten Blockbalkenoberflächen kann sich schwieriger gestalten, wenn die Oberflächen aufgrund der Brandschutzvorschriften eine höhere Brandverhaltensklasse als Feuerwiderstandsklasse D-s2,d0 erfordern. In solchen Fällen kann man durch automatische Feuerlöschanlagen Erleichterungen für die geforderten Brandverhaltensklassen erhalten.
Aus Blockbalken können auch mehrgeschossige Häuser gebaut werden. Bei Einfamilienhäusern mit maximal zwei Stockwerken können die Blockbohlenoberflächen sichtbar bleiben. Bei Blockhäusern mit mehr als zwei Stockwerken muss fallweise eine betriebsabhängige Brandschutzbemessung durchgeführt werden.
Schalldämmung in Blockbalkenkonstruktionen
Das Schalldämpfungsvermögen einer Blockwand ist von der Wandmasse, der Dichtigkeit der Aussparung sowie Steifigkeit der Blockwand abhängig. Mit größerer Blockbalkenstärke verbessern sich diese Eigenschaften. Das berechnete Schalldämmmaß Rw variiert bei nicht-isolierten Blockbalkenkonstruktionen zwischen 30 und 40 dB bei einer Blockbalkenstärke von 95–270 mm.
Die Schalldämmung der Außenwände z. B. gegen Verkehrslärm kann mit einer zusätzlichen Isolierung an der Außen- oder Innenwand sowie mit Platten verbessert werden. Dadurch kann in Abhängigkeit der Stärke der Balken und Isolierung sowie Platten ein berechnetes Schalldämmmaß (Rw) von 43–54 dB erreicht werden.
Blockbalken können auch in den Wandkonstruktionen zwischen den Wohnungen eingesetzt werden. Hier ist die Blockbalkenkonstruktion zweischalig mit einer Kerndämmung ausgeführt. Einige Hersteller bieten für solche Wände einen speziellen Blockbalkentyp, bei der auf die Dichtigkeit der Aussparung besonders geachtet wurde.