Zu Bruch gebracht

An der Empa in Dübendorf forschen Wissenschaftler daran, den Holzrahmenbau zu verbessern. Dabei wird auch schon mal eine halbe Hauswand zerstört.

Die Empa-Forscherin Nadja Manser blickt an der Hauswand empor. Das Holz knarrt und ächzt, während die Zahl auf dem Bildschirm immer weiter ansteigt. Plötzlich ertönt ein lauter Knall: Einer der Balken in der zweigeschossigen Hauswand ist unter dem enormen Druck gespalten, überwacht von zahlreichen Kameras und Sensoren. Manser ist zufrieden: Der Versuch war erfolgreich.

Die spektakulären Versuche bilden die Abschlussphase eines vierjährigen Forschungsprojekts der Empa, der Berner Fachhochschule und der ETH Zürich, unterstützt vom Bundesamt für Umwelt (Bafu) sowie von mehreren Industriepartnern und Verbänden. Das Ziel: mehr Effizienz im Holzrahmenbau dank verbesserter statischer Berechnungen.

Wind und Erdbeben einberechnen

Spezifisch sind Manser und ihr Team an der sogenannten horizontalen Aussteifung interessiert. Gebäude müssen nicht nur den vertikal wirkenden Lasten wie Schnee und Eigengewicht standhalten, sondern auch solchen, die von der Seite auf sie einwirken, etwa durch Wind oder Erdbeben. Diese horizontalen Lasten müssen Bauingenieure im Planungsprozess berechnen, um ausreichend steife und tragsichere Bauten zu entwerfen.

Beim Holzrahmenbau gibt es hier allerdings eine entscheidende Wissenslücke: «Weder in der Schweiz noch in anderen europäischen Ländern gibt es heute eine Regelung dazu, wie viel Horizontallast eine Holzrahmenwand trägt, wenn sie eine Fensteröffnung enthält», so Nadja Manser. «Sobald Fenster in der Fassade eingeplant sind, muss das ganze Wandsegment vom planenden Ingenieur so behandelt werden, als sei dort nur Luft. Das ist nicht effizient.» Und auch nicht realistisch.

Weniger Stahl und Beton nötig

Also haben sich Manser, ihr Team und ihre Partner 2021 zum Ziel gesetzt, diese Wissenslücke zu schliessen. Die Erkenntnisse aus ihren Versuchen fliessen in ein neues Computermodell ein, mit dem die horizontale Aussteifung von Holzrahmenwänden mit Fensteröffnungen berechnet werden kann.

Die Arbeiten am Modell sind noch nicht abgeschlossen, die ersten Ergebnisse sind jedoch bereits vielversprechend: Der Beitrag der Wände mit Fensteröffnungen an die Gebäudeaussteifung ist gross genug, dass in Zukunft weniger Stahlverankerungen und womöglich sogar weniger Betonkerne benötigt werden. Dies spart Zeit und Material und ermöglicht wirtschaftlichere und nachhaltigere Holzbauten.