Planung des Blockhauses

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.

Weitere Informationen über Blockbalkenkonstruktionen auf Finnisch: