Aussenwände und Fassaden in Holz bei mehrgeschossigen Bauten

6. Europäischer Kongress EBH 2013
Aussenwände und Fassaden in Holz | H. Kolb
Aussenwände und Fassaden in Holz bei
mehrgeschossigen Bauten
Hanspeter Kolb
Berner Fachhochschule Architektur, Holz und Bau
Dozent für Holzbau und Bauphysik
Stv. Leiter F&E, Holz- Holz und Verbundbau
CH-Biel
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Aussenwände und Fassaden in Holz bei
mehrgeschossigen Bauten
1.
Einführung
Aussenwände als Bestandteil der Gebäudehülle müssen die unterschiedlichsten Anforderungen erfüllen. Ein optimales Verhalten in Bezug auf den Wärmeschutz (im Winter und
im Sommer) wird ebenso erwartet wie eine lange Lebensdauer und eine hohe Sicherheit.
Selbstverständlich soll dabei eine möglichst grossen Gestaltungsfreiheit erhalten bleiben.
Beim Thema Sicherheit steht bei Aussenwänden unter anderen Aspekten der Brandschutz
im Mittelpunkt. Angesprochen sind einerseits der Funkenflug (bei einem Brand in der
Umgebung des Gebäudes) und andererseits die Brandausbreitung über die Fassade auf
andere Gebäudeteile bei einem Brand unmittelbar an der Aussenwand bzw. im Gebäude
selber.
Unterschiedliche Gesetze und Bautraditionen (im Umgang mit dem brennbaren Baustoff
Holz) haben in der Vergangenheit zu verschiedenen Anforderungen und dadurch zu unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten von Holz geführt. So wurde im Bereich der Fassade
der Einsatz von Holz je nach Region oder Land stark eingeschränkt. In der Schweiz war
es bis 2004 im Regelfall nicht mehr möglich, Holz als Aussenwandbekleidung bei Gebäuden mit mehr als 2 Geschossen einzusetzen. Erst mit der im Jahre 2005 in Kraft gesetzten Normengeneration konnte diese Einschränkung eliminiert werden.
Unter Einhaltung gewisser Rahmenbedingen ist heute ein Einsatz von Holz bis zur Hochhausgrenze möglich. Brennbare Bekleidungen sind jedoch nur zulässig, wenn sie die
Brandausbreitung über mehrere Geschosse nicht begünstigen. Im Einvernehmen mit der
Brandschutzbehörde sind entsprechende Massnahmen zu treffen.
2.
Brandvorschriften / Schutzziele
Ein Vergleich der Brandschutzvorschriften von Deutschland und der Schweiz ist schwierig,
da einerseits die Gebäude unterschiedlich klassifiziert werden (D: Nach Gebäudeklassen;
CH: Nach Nutzung und Anzahl Geschosse). Andererseits werden auch die Baumaterialien
unterschiedlich klassiert (D: Europäische Klassierung gemäss EN 13501-1; CH: Klassierung gemäss Brandkennziffer VKF).
Generell kann jedoch gesagt werden, dass eine Holzanwendung in der Fassade bis zur
Gebäudeklasse 3 (D), bez. bei Gebäuden mit nicht mehr als 3 Geschossen (CH) in der
Regel möglich ist. Ausnahmen bilden lediglich Gebäude mit besonderer Nutzung (z.B Spitäler) oder wenn minimale Gebäudeabstände nicht eingehalten werden.
In den Gebäudeklassen 4 und 5 (D) bzw. bei Gebäuden mit 4 bis 8 Geschossen (CH) ist
ein Holzeinsatz nur unter Einhaltung bestimmter Auflagen möglich.
In beiden Ländern gleich ist die obere Grenze für die Anwendung von Holz bei Fassaden.
Sie wird definiert durch die Hochhausgrenze, welche in der Regel bei 22 m liegt (Fussbodenoberkannte des obersten Geschoss). Ab hier werden generell nicht brennbare Baustoffe verlangt.
Vergleichbar ist auch das generelle Schutzziel, welches zwar etwas unterschiedlich formuliert ist, sich aber durchaus wie folgt zusammenfassen lässt:
Bei einem Brand an der Gebäudeaussenwand darf es (vor dem Löschangriff der Feuerwehr) nicht zu einer Brandausbreitung über mehr als zwei
Geschosse oberhalb der Brandetage kommen (Abbildung 1).
Zudem darf keine Gefährdung von Personen (insbesondere der Rettungsmannschaften) durch das Herabfallen grösserer Teile bestehen.
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Abbildung 1: Maximal zulässige vertikale Brandausbreitung oberhalb der Brandetage;
Quelle [1]
Daraus lassen sich folgende Grundsätze ableiten:
Durch das Anbringen von Fassadenbekleidung aus Holz und Holzwerkstoffen und damit das zusätzliche Aufbringen von Brandlast auf die raumabschliessende Aussenwand
darf das oben genannte Schutzziel nicht unterlaufen werden.
Aussenwandbekleidungen aus Holz dürfen nur an Gebäudebereichen montiert werden,
bei denen ein äusserer Löschangriff durch die Feuerwehr möglich ist. Eine Anwendung
bei Hochhäusern ist ausgeschlossen.
Weitere brandschutztechnische Anforderungen (z.B. bei Brandmauern, Fluchtwege,
usw.) sind gemäss den Brandschutzvorschriften einzuhalten.
Innerhalb der vorgegebenen Zeiten darf es nicht zu einer Beschleunigung des Brandgeschehens über die akzeptierte Brennstrecke (2 Geschosse) hinaus kommen. Aus experimentellen Ergebnissen ist bekannt, dass sich die seitliche Ausbreitung des Brandes
(links und rechts der Brandausbruchstelle) langsamer vollzieht als in vertikaler Richtung (Faktor ca. 1:10).
Bei Bauten und Anlagen mit nicht mehr als drei Geschossen (bzw. der Gebäudeklassen
1 - 3) kann Holz ohne Einschränkungen und besondere Massnahmen verwendet werden. Ausgenommen davon sind Bauten mit spezieller Nutzung (Krankenhäuser, Altersund Pflegeheime, Strafanstalten, usw.) und bei ungenügenden Gebäudeabständen
(CH: Schutzabstände).
Bei Bauten und Anlagen mit vier und mehr Geschossen (bzw. der Gebäudeklassen 4
und 5) bis zur Hochhausgrenze sind brennbare Bekleidungen zulässig, wenn sie die
Brandausbreitung über mehrere Geschosse nicht begünstigen. Im Einvernehmen mit
der Brandschutzbehörde sind entsprechende Massnahmen zu treffen (z.B. öffnungslose Fassade, feuerwiderstandsfähige Aussenwand, Begrenzung der Holzfläche,
Sprinklervollschutz, Massnahmen im Hinterlüftungsbereich, Schürzen, usw.).
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3.
Holzfassaden bei mehrgeschossigen Bauten
Es muss nachgewiesen werden, dass das oben erwähnte Schutzziel erreicht wird. Dies
kann zwar grundsätzlich über den Nachweis der einzelnen Schichten erfolgen (Brandverhalten der Materialien: Brandkennziffer gemäss VKF bzw. Klassierung nach EN 13501-1).
Die Brandausbreitung und insbesondere deren Verhinderung lassen sich jedoch nicht auf
das Material reduzieren, da diverse Einflüssen wie Konstruktion und Detailausbildung der
Aussenwandbekleidung eine ebenso wichtige Rolle spielen.
Deshalb wurden in den letzten Jahren verschiedene, zum Teil internationale Forschungsvorhaben durchgeführt, um die Eignung von Holzfassaden bei mehrgeschossigen Bauten
zu prüfen. Die Resultate dieser Versuche wurden ausreichend publiziert und mündeten in
der Schweiz in der Ausarbeitung der Lignum-Dokumentation Brandschutz „Aussenwände
- Konstruktion und Bekleidung“ [1]. Diese ist von der Behörde (Vereinigung Kantonaler
Feuerversicherungen: VKF) als sogenanntes „Stand-der-Technik-Papier“ anerkannt und
erhält dadurch einen verbindlichen Charakter. Sie ist somit in der Schweiz massgebend
für die Umsetzung der Brandschutzvorschriften und für die Planung und Ausführung von
Aussenwänden in Holzbauweise.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich im Wesentlichen auf die Brandschutznormen und -richtlinien der Schweiz und die Lignum-Dokumentation Brandschutz „Aussenwände - Konstruktion und Bekleidung“ [1].
3.1. Brandschutzmassnahmen
Brandschutzmassnahmen im Bereich der Aussenwandbekleidung gewährleisten die
Brandsicherheit gemäss dem brandschutztechnischen Schutzziel an der Aussenwand. Sie
haben das Ziel, die Brandausbreitung zu verzögern und zu verhindern, dass durch den
Einsatz einer Holzbekleidung die Brandausbreitung über mehrere Geschosse begünstigt
wird. Die Brandausbreitung ist von folgenden Einflussfaktoren abhängig:
Fassadentyp (Lochfassade, Fensterband, Balkonband usw.)
Hinterlüftung (ja / nein, Tiefe der Hinterlüftung, keine Hinterlüftung usw.)
Unterkonstruktion (Lattung vertikal / horizontal, Kreuzlattung usw.)
Bekleidungsart (Schalung offen / formschlüssig, Plattenwerkstoffe usw.)
Bekleidungsmaterial (Holzart, Brennbarkeit usw.)
Geometrische Ausbildung (Aussenecke, Innenecke usw.)
Brandschutzmassnahme (Schürze, horizontale oder vertikale Unterbrechung der Hinterlüftung usw.)
Die Abbildungen 2 und 3 zeigen die Auswirkungen der oben erwähnten Einflussfaktoren
auf das Brandverhalten der Holzaussenwand bzw. der Aussenwandbekleidung. Es wird
deutlich, dass bereits mit der allgemeinen Gestaltung des Gebäudes und der Fassade im
Speziellen die Grundlage für ein erfolgreiches Verhindern der Brandausbreitung über die
Aussenwand(bekleidung) gelegt werden kann.
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Abbildung 2: Beurteilung des Brandverhaltens für die Einflussparameter „Fassadentyp“ und
„Art der Bekleidung“; Quelle [1]
Abbildung 3: Beurteilung des Brandverhaltens für die Einflussparameter „Anordnung der Bekleidung“;
„Unterkonstruktion“ und „Balkon“; Quelle [1]
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3.2. Vorgaben zum Wandaufbau
In Abbildung 4 sind die generellen Bestimmungen zum Wandaufbau bei der Anwendung
von Holz-Aussenwandbekleidungen gemäss [1] dargestellt. Grundlegende Anforderungen
bei Gebäuden mit mehr als 4 Geschossen bis zur Hochhausgrenze sind:
Feuerwiderstand der Aussenwand ≥ EI 30
Dämmschutzschicht mindestens BKZ 6q.3 (nicht brennbar, Plattenwerkstoff mit minimaler Stärke von 10 mm)
Brandschutzmassnahme pro Geschoss bei Aussenschicht in Holz
Wärmedämmschichten bei Gebäuden mit brennbaren Tragwerken generell nicht brennbar
Abbildung 4: Wandaufbau bei Aussenwänden (nichttragend) mit brennbarer äusserster Schicht bei Bauten mit 4
und mehr Geschossen bis zur Hochhausgrenze;
links: ohne Aussendämmung; rechts: mit Aussendämmung; Quelle [1]
3.3. Horizontale Brandschutzmassnahme
Die horizontale Brandschutzmassnahme ist eine der wichtigsten Komponenten bei der
Verhinderung der Brandausbreitung über mehrere Geschosse. Nachfolgend sind die wesentlichen Ausführungsbestimmungen gemäss [1] aufgeführt:
Pro Geschoss ist eine über die gesamte Fassadenbreite durchgehende Brandschutzmassnahme auszuführen.
Die Position der Brandschutzmassnahme kann frei gewählt werden. Die Anordnung im
Bereich der Geschossdecken ist sinnvoll.
Die Brandschutzmassnahmen müssen ihre Funktion während der Brandeinwirkung
erfüllen.
Die Brandschutzmassnahme muss dicht an die Aussenwand angeschlossen werden.
Die Ausgestaltung der Fensterleibung wird in der brandschutztechnischen Beurteilung
nicht berücksichtigt und kann daher frei gewählt werden. Wird die Brandschutzmassnahme im Bereich des Fenstersturzes oder der Fensterbank angeordnet, sind die Angaben gemäss Kapitel 4.1 [1] sinngemäss anzuwenden. Bei einer Anordnung der
Fenster im Bereich der Innenecke ist Kapitel 4.3.2 [1] zu beachten.
Die Massangabe einer Auskragung über die Bekleidung gilt als Minimalmass. Bautoleranzen sind entsprechend zu berücksichtigen.
In Abbildung 5 sind die möglichen horizontalen Brandschutzmassnahmen gemäss [1]
abgebildet:
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Unterbrechung mit
Schürze
Obere
Abschottung
der Hinterlüftung
Konstruktion ohne Hinterlüftung
Massivholzwand
Kompakte Fassade
Kammerung
Abbildung 5: Konstruktive horizontale Brandschutzmassnahme gemäss [1]
3.4. Vorgehen bei Planung und Ausführung
Folgende Schritte sind zur Festlegung der Brandschutzmassnahmen erforderlich:
Gestaltung der Fassade / Fassadenplan (Vorgabe der Architektur)
Bestimmung des Fassadentyps gemäss Kapitel 3.2 [1] (Lochfassade, Fensterband,
Einzelbalkone usw.)
Festlegung der erforderlichen Brandschutzmassnahme gemäss Kapitel 3.3 [1]
(siehe Abbildung 6)
Ausbildung der Details und Anschlüsse gemäss den Kapiteln 4 - 6 [1]
Ausführung und Umsetzung gemäss Kapitel 8 [1] (→ Qualitätssicherung)
Ausgangslage:
Fassadentyp: Lochfassade
Bekleidung:
Formschlüssige Schalung
mit Nut und Feder
Hinterlüftung: 40 mm (≤ 50 mm)
Holzart:
Lärche
(Werkstoffklasse 1)
Schürze:
Pro Geschoss: Stahlblech
Auskragung ≥ 10 mm
oder
Holz
Auskragung ≥ 20 mm
Abbildung 6: Bestimmung der horizontalen Brandschutzmassnahme gemäss [1]
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3.5. Schürzenausführung
Horizontale Brandschutzmassnahmen können mit Schürzen in folgenden Materialien ausgeführt werden (Abbildung 7):
Stahlblech
Mineralisch gebundene Holzwerkstoffe
Holz oder Holzwerkstoffe
Schürze aus Stahlblech
Schürze aus mineralisch
gebundener Platte
Schürze aus Holz oder Holzwerkstoff
Abbildung 7: Ausführung von Schürzen gemäss [1]
Obere Abschottungen und Konstruktionen ohne Hinterlüftung können gemäss Abbildung
8 ausgeführt werden. Die bauphysikalische bzw. holzschutztechnische Eignung dieser
Konstruktionen muss im Einzelfall nachgewiesen werden (Dampfdiffusion, Wasserabfluss,
Austrocknungsverhalten der Unterkonstruktion und der Bekleidung).
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Holzlatte mit Stahlblech
Holzlatte mit Winkelfalz
Holzlatte mit Beplankung verleimt
Mineralwolle
1 Holzlatte
2 Mineralwolle
Obere Abschottung der Hinterlüftung
Abschottung der
Hinterlüftung (Kammerung)
Abbildung 8: Obere Abschottung bzw. Unterbrechung der Hinterlüftung gemäss [1]
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4.
Beispiele
Überbauung Areal Künzli, Davos
Holzschalung kraftschlüssig, überfälzt,
horizontal
Unterkonstruktion Vertikallattung
Holzschürze pro Geschoss mit
100 mm Auskragung
4 Gebäude total ca. 2‘200 m2
Abbildung 9: Schürze aus Holz
Wohnüberbauung Gütschhöhe, Luzern
Holzschalung kraftschlüssig, Nut und
Kamm, vertikal
Unterkonstruktion Kreuzlattung
Stahlblechschürze pro Geschoss mit
10 mm Auskragung
ca. 6‘100 m²
Abbildung 10: Schürze aus Blech 10 mm
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“Monolith“, Cham
Holzschalung kraftschlüssig, Nut und
Kamm, horizontal
Unterkonstruktion Vertikallattung
Abschottung pro Geschoss
mittels Mineralwolle
Ca. 2‘540 m²
Abbildung 11: Abschottung (Kammerung) der Hinterlüftung
Wohnüberbauung Heiligkreuz, Chur
Mineralische Trägerplatte verputzt
Unterkonstruktion Vertikallattung
Abschottung pro Geschoss
bei nichtbrennbarer Aussenwandbekleidung nicht erforderlich
Abbildung 12: Hinterlüftete, nichtbrennbare Aussenwandbekleidung, verputzt
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5.
Zusammenfassung
Die durchgeführten Versuche mit Holz-Aussenwandbekleidungen zeigen deutlich, dass die
Brennbarkeit (Entflammbarkeit) als Baustoffeigenschaft nicht das massgebende Kriterium
bezüglich des Brandverhaltens von Holz an der Aussenwand ist. Der grösste Einfluss bezüglich einer möglichen Brandweiterleitung an der Aussenwand resultiert aus der Konstruktion der Aussenwand bzw. der Aussenwandbekleidung.
Richtig konstruierte Holz-Aussenwandbekleidungen (Holzfassaden) können die festgelegten Schutzziele erreichen oder gar übertreffen.
Es liegt an der Holzbranche, die Möglichkeiten auf dem neuesten Stand der Technik verantwortungsbewusst zu nutzen. Entsprechende Planungsinstrumente ([1],[2]) wurden
zumindest in der Schweiz und Österreich erarbeitet und unterstützen sowohl Planende
wie auch Ausführenden bei der Umsetzung.
Für die Holzwirtschaft entsteht dadurch ein riesiges Potential bei Aussenwänden und Fassaden. Allerdings birgt die (grossflächige) Verwendung von Holz im Aussenbereich auch
Gefahren - und dies nicht nur beim Brandschutz. Bauphysik, Holzschutz und Materialqualität sind Themen, welche ebenfalls zu berücksichtigen sind.
Materialtechnisch ist zudem eine Öffnung des Holzbaus notwendig und sinnvoll. Nicht
überall wo Holz drin ist, muss auch Holz drauf sein. Nichtbrennbare Aussenwandbekleidungen dürften gerade im urbanen Umfeld und bei grossvolumigen Bauten in Zukunft
eine wichtige Rolle spielen (Abbildungen 12 und 13)
Unerlässlich ist bei allen Varianten eine funktionierende Qualitätssicherung vor, während
und nach dem eigentlichen Bauprozess.
Abbildung 13:
Mehrgeschossige Holzbauten im urbanen Umfeld mit nichtbrennbaren Aussenwandbekleidungen
Standort aller Objekte: Stadtzentrum Zürich; Nutzung: Wohnen, Büro
6.
Literatur
[1]
Lignum-Dokumentation Brandschutz: 7.1 Aussenwände – Konstruktion und
Bekleidung, Zürich, Lignum 2009
[2]
K. P. Schober et al.: Fassaden aus Holz, Wien: proHolz Austria, 2010