Holzbauten erleben in der Schweiz einen Aufschwung. Mit ihrer Nachhaltigkeit und Ästhetik werden sie immer beliebter, auch für mehrgeschossige Gebäude. Doch wie lässt sich sicherstellen, dass diese Bauwerke den Kräften von Wind und Erdbeben standhalten? Diese Frage beschäftigt die Bauforschung, insbesondere bei der Planung von Holzbauten mit bis zu 75 Metern Höhe. Denn damit Holzbauten auch bei extremen Bedingungen stabil bleiben, müssen die richtigen Aussteifungen und Tragwerkskonstruktionen vorhanden sein.
Die Forschung auf diesem Gebiet hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Ein besonders spannendes Werkzeug dabei ist der Shaker, ein zwei Tonnen schweres Gerät, das im grössten Labor der Empa in Dübendorf zum Einsatz kommt. Der Shaker simuliert Erdbeben und starke Winde, indem er Gebäudemodelle in Schwingung versetzt. So wird das Schwingungsverhalten der Bauten unter realen Bedingungen untersucht und die Modelle zur Berechnung der Steifigkeit verfeinert.
Der Shaker in Aktion
Für den Tag der offenen Tür am 14. September 2024 wird der Shaker in der Bauhalle der Empa in Dübendorf vorgeführt. Dabei geht es nicht nur um wissenschaftliche Forschung – Besucher erhalten einen direkten Einblick in die Arbeit der Ingenieure. René Steiger, Pedro Palma und Robert Widmann, Bauingenieure der Empa, demonstrieren eindrucksvoll, wie der Shaker ein Tragwerksmodell in Schwingung versetzt und dabei das Verhalten der Gewichts- und Steifigkeitsverteilung analysiert.
Diese Forschung ist von grosser Bedeutung, da in der Schweiz immer höhere Holzbauten errichtet werden. Während die meisten Gebäude im 4- bis 5-Geschosser-Bereich bleiben, zeigen Projekte mit mehr als 20 Geschossen das Potenzial des Baustoffs Holz. Doch um die Stabilität solcher Gebäude sicherzustellen, bedarf es präziser Berechnungen und praxisnaher Tests, wie sie mit dem Shaker durchgeführt werden.
Komplexe Anforderungen an den Holzbau
Die Herausforderung bei mehrgeschossigen Holzbauten liegt nicht nur in der Tragfähigkeit der Wände, sondern auch in der Balance zwischen Steifigkeit und Flexibilität. Während dickere Bauteile und zusätzliche tragende Wände oft als Lösung gesehen werden, können sie zu erhöhten Kosten führen. Manchmal ist es sogar vorteilhafter, wenn ein Bauwerk bis zu einem gewissen Grad nachgiebig auf Erdbebenstösse reagiert. Diese Nuancen müssen in den Computerberechnungen berücksichtigt werden, und genau hier liefert der Shaker wertvolle Daten aus der Praxis.
Die Experimente in der Bauhalle und an realen Gebäuden wie in Oberglatt im Kanton Zürich zeigen auf, wie das Tragwerk während verschiedener Bauphasen an Steifigkeit gewinnt. So konnten die Forschenden genau beobachten, wie sich die Tragfähigkeit der Bauten veränderte, als tragende Wände, nicht tragende Wände und Fenster eingebaut wurden.
Praxisnahe Daten für Planer und Architekten
Lange Zeit stützten sich Planer auf rechnerische Näherungswerte, um die dynamischen Eigenschaften von Holzbauten zu bestimmen. Diese Werte basierten oft auf Versuchen aus Japan und Nordamerika, die jedoch aufgrund anderer Bauvorschriften und Anforderungen nicht ohne Weiteres auf die Schweiz übertragbar sind. Hier setzt die Arbeit der Empa-Forscher an: Durch den Shaker und die Messungen an realen Gebäuden werden präzise Daten zur Steifigkeit und Dämpfung geliefert, die speziell auf die hiesigen Bauanforderungen abgestimmt sind.
Bauingenieure und Architekten erhalten damit verlässliche Informationen, um ihre Planungen zu optimieren und das Material Holz effizient und nachhaltig einzusetzen. Die gewonnenen Erkenntnisse helfen, Normen und Richtlinien weiterzuentwickeln und den Holzbau als ettbewerbsfähige Lösung für mehrgeschossige Bauten zu stärken.
Holz als Baustoff der Zukunft
Die Forschungsergebnisse der Empa zeigen, dass Holz als Baustoff für mehrgeschossige Bauten enormes Potenzial hat. Mit dem Einsatz des Shakers erhalten Bauingenieure und Architekten praxisnahe Daten, die es ermöglichen, Holzbauten sicherer und effizienter zu gestalten. Durch die Kombination von moderner Technik und wissenschaftlicher Expertise trägt die Empa entscheidend dazu bei, den Holzbau in der Schweiz weiter voranzutreiben und ihn als nachhaltige Alternative im Bauwesen zu etablieren.
