Höher, schneller, Holz: Der Wettstreit um das höchste Holzhochhaus

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Wie hoch kann ein Holzhochhaus werden? Hundert Meter, wie viele konventionelle Hochhäuser aus Stahl und Beton? Oh ja, die Marke wird bald fallen. Zweihundert Meter, wie der Main Tower in Frankfurt? Oder gar dreihundert? Das berühmte Empire State Building z. B. ist 381 Meter hoch. Sie sind neugierig, ob das auch mit Holz erreicht werden kann? Lesen Sie weiter…

Bisherige Paradebeispiele

Das momentan höchste Holzhochhaus der Welt ist das „Mjøstårnet“ in Brumunddal, Norwegen. Es ist 85,5 Meter hoch. Dieses Gebäude besteht komplett aus Holzwerkstoffen, was in Deutschland gar nicht erlaubt ist: Hierzulande ist baurechtlich noch vorgeschrieben, dass Erdgeschoss, Treppenhaus und Fahrstuhlschächte konventionell, also meist aus Stahlbeton errichtet werden müssen.

Knapp Zweiter in der Rangliste ist das „Hoho“ in Wien mit 84 Metern. Der Name ist Programm, „Hoho“ steht für nichts anderes als Holzhochhaus. Bereits im Bau befindlich ist „Ascent“ in Milwaukee, das mit 86,6 Metern die Führung übernehmen wird.

Deutschland hinkt etwas hinterher. Das höchste fertige Holzhochhaus in Deutschland steht in Heilbronn, zählt 34 Meter und heißt „Skaio“. Pforzheim hat die Verfolgung aufgenommen: Dort wird gerade das Holzhochhaus „Carl“ von 40 Metern Höhe gebaut, das 2023 fertig sein soll. Lange wird das nicht für den Spitzenplatz reichen, denn das ebenfalls im Bau befindliche „Roots“ in Hamburg wird mit 65 Metern davonziehen.

Rekordjagd ist geplant

Berlin dagegen hat vor, in die internationale Spitzengruppe vorzustoßen. Dort ist mit dem „WoHo“ („Wohnhochhaus“) ein 98-Meter-Haus geplant, der Bau soll aber erst 2024 beginnen.

Sollte das zur Eroberung der Spitzenposition reichen, wird diese aber kaum lange zu halten sein. Bereits 2026 soll das „Atlassian HQ“ in Sydney fertig sein, es soll 180 Meter erreichen. Das Gebäude wird ein Exoskelett aus Stahl haben, im Inneren und damit zum Großteil aber aus Holz bestehen.

Selbst das verblasst gegen die 350 Meter des „Plyscraper W350“, mit dem sich die japanische Forst- und Holzfirma Sumitomo Forestry ein Denkmal setzen will. Das Gebäude soll in Tokyo stehen und im Jahr 2041 zum 350-jährigen Firmenjubiläum fertig werden. Plyscraper ist dabei ein Wortspiel, ein Portmanteau aus „plywood“ (Furniersperrholz) und „skyscraper“ (Wolkenkratzer). Aufgrund der Höhe und weil es in einem Erdbebengebiet steht, soll 10 % der Stützkonstruktion des Gebäudes aus Stahl bestehen. Die anderen 90 % der Stützkonstruktion sowie die gesamte Fassade und der Innenausbau bestehen aus Holzwerkstoffen und teilweise Massivholz. Verwendet werden soll Holz der Hinoki-Scheinzypresse und der Japanischen Zeder. Das Ergebnis ist schon sehr nah am Empire State Building. Wie hoch es darüber noch hinaus geht, wird die Zukunft zeigen. Höchstes konventionelles Hochhaus der Welt ist das Burj Khalifa in Dubai mit 828 Metern. Das ist für Holz noch eine weite Reise, aber die ersten Schritte stimmen zuversichtlich.

Traumhafte Höhe, traumhafte Treibhausgasbilanz

Zuversichtlich auch deswegen, weil Holzhochhäuser im Vergleich zu solchen aus Stahl und Beton einer hervorragende Treibhausgasbilanz haben. Laut dem Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber ist die gebaute Umwelt für weltweit 40 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich, und Holzbau ist Teil des Auswegs. Denn während konventionelle Materialien eine Emission von Kohlenstoffdioxid (CO2) bedeuten, machen Holzgebäude das Gegenteil: Sie speichern Kohlenstoff langfristig und entziehen ihn damit der Atmosphäre. Holz enthält von Natur aus viel Kohlenstoff (etwa 50 % der Trockenmasse), der vorher durch die Photosynthese aus Kohlenstoffdioxid hergestellt wurde. In der freien Natur wird dieser bei der Zersetzung des Holzes nach dem Tod des Baumes aber wieder in Form von CO2 freigesetzt. In einem Holzgebäude ist er deutlich länger gespeichert.

Brand-
gefahr?

Feuer in einem Hochhaus ist gefährlich, egal woraus es gebaut ist. Denn es gibt nur wenige Fluchtwege und die Feuerwehr kann höhere Etagen kaum erreichen. Entsprechend wichtig sind Vorrichtungen wie Sprinkleranlagen in jedem Hochhaus.

Aber sind Holzhochhäuser nicht im Vergleich zu solchen aus Stahl und Beton im Brandfall besonders gefährlich? Nein! Denn es ist zwar richtig, dass Holzträger anders als Stahlträger brennen können. Wer bei einem Lagerfeuer schon einmal versucht hat, ein dickes Stück Holz mit ein wenig Anzündholz in Brand zu stecken, weiß aber, dass es nicht so leicht ist. Oft verkokelt es nur ein bisschen. Und selbst, wenn ein dickes Stück Holz tatsächlich in Flammen steht, brennt zunächst einmal nur der äußere Teil.

Da sowohl Holz als auch die außen entstehende Holzkohle Wärme schlecht leiten, bleibt das Innere vorerst kühl. Anders als Stahl verzieht sich Holz bei Feuer kaum. Deswegen bleibt die Struktur unter Umständen länger als ein Stahlgerüst intakt, sodass Menschen Zeit haben, aus dem Gebäude zu fliehen… und das ist im Brandfall das wichtigste! Auch Zeit für Löscharbeiten wird so geschaffen.

Wie wird das Holz verarbeitet?

Traditioneller Holzbau nutzt oft Massivholz als tragendes Element, also Balken, die so, wie sie sind, aus einem Baum geschnitten wurden. Denken Sie z. B. an Fachwerkhäuser. Damit lassen sich aber nur wenige Stockwerke hohe Gebäude errichten, da die Balken naturgemäß eine begrenzte Länge haben. Klar ist es möglich, sie aufeinander zu setzen und irgendwie zu verbinden, das ist aber nicht so stabil wie ein durchgängiges Stück Holz. Für Holzhochhäuser sind deswegen sogenannte Holzwerkstoffe das entscheidende Element, genauer gesagt Schichtholz und Sperrholz, bestehend entweder aus zusammengeleimten Brettern oder zusammengeleimten dünnen Holzscheiben (Furnier). Durch versetzte Anordnung der Bretter oder Furniere wird ausgeglichen, dass jedes einzelne nur begrenzte Länge hat und sehr große Längen werden möglich. Schichtholz heißt dabei, dass jede Schicht die gleiche Ausrichtung bezogen auf die Faserrichtung hat. Bei Sperrholz stehen die Fasern der jeweils zweiten Schichten senkrecht zur ersten Schicht.

Faserrichtung Schichten im Schichtholz  
            Faserrichtung Schichten im Sperrholz

Das ist wichtig, da Holz entlang der Faser deutlich stabiler ist als senkrecht dazu. Schichtholz widersteht Druck und Zug entlang einer Richtung besonders gut und wird z. B. für Stützbalken genutzt. Sperrholz ist besser, wenn die Belastung entlang mehreren Richtungen kommt.

Ein lebender Baum ist eher mit Schichtholz vergleichbar: Die Fasern im Stamm sind nach oben ausgerichtet, da von dort die meiste Belastung kommt, allein schon durch das Gewicht der Krone, Blätter usw.

Für Technikinteressierte: Wie kann Holz das überhaupt aushalten?

Momentan ist ein Skelett aus Stahlträgern meist das Herzstück eines Hochhauses. Stahl ist sprichwörtlich für seine Belastbarkeit. Kann Holz wirklich mithalten? Schon, wenn die Gebäude etwas anders gebaut werden! Stahl ist tatsächlich sehr zug- und druckfest, selbst bei relativ dünnen Teilen. Je höher das Gebäude ist, desto wichtiger werden diese Eigenschaften, nicht nur wegen des Eigengewichts, sondern auch wegen Schwankungen aufgrund des Windes etc. Auch die bei hoher Spannweite, also großem Abstand zwischen tragenden Elementen, sind diese Eigenschaften wichtig. Also zum Beispiel, wenn die einzelnen Etagen groß sind, aber nur von wenigen Säulen getragen werden sollen, die Böden also große Distanzen überspannen.

In diesen Eigenschaften kann Holz erstaunlich gut mithalten. Klar, ein Träger aus Holz ist nicht so zug- und druckfest wie ein gleich dicker Stahlträger. Er ist aber deutlich leichter, da Stahl mehr als fünfzehnmal so dicht ist wie Nadelholz, der gleich dicke Stahlträger wiegt also mehr als fünfzehn Mal mehr. Die Festigkeit des Bauteils steigt aber mit der Dicke – ein dünnes Stück Holz können Sie leichter durchbrechen als ein dickes. Oft ist es also möglich, mit Holz einfach dicker zu bauen und dadurch bei insgesamt geringerem Gewicht die Festigkeit von Stahl zu erreichen.

Denn Bauholz hat pro kg eine höhere Festigkeit als Stahl, mit Ausnahme einiger teurer Spezialstähle wie den Maraging-Stählen, die z. B. in den Klingen für das Sportfechten verwendet werden. Die Zugfestigkeit pro Masse heißt „Spezifische Festigkeit“.

Die folgende Tabelle zeigt die Überlegenheit von Bauholz über übliche Stähle bei diesem Wert. Dabei ist Nadelholz noch einmal deutlich besser als Laubhölzer, da diejenigen Laubhölzer, die mit Nadelholz vergleichbare Stabilität haben, deutlich schwerer sind. Tatsächlich werden Holzhochhäuser so gut wie immer aus Nadelholz erbaut.

MaterialDichte in g/cm³Zugfestigkeit in MPaSpezifische Festigkeit in kN*m/kg
BaustahlCa. 8310-69039-86
Eichenholz*0,78–0,6990115-130
Kiefernholz*0,3578223
Maraging-Stahl8,082358291,74
* = Zugfestigkeit und spezifische Festigkeit für die Hölzer entlang der Faser. Senkrecht zur Faser ist Holz etwa 5-mal schwächer. Das kann durch Sperrholz ausgeglichen werden, falls Belastung auch aus dieser Richtung zu erwarten ist.
Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Specific_strength, dabei für Baustahl „Low Carbon Steel“ und „Stainless Steel“ als Extreme genommen, da beides Baustähle sind.

Hinzu kommt: Es ist kein Entweder-oder von Holz gegen Stahl. Ein Gebäude kann aus Holz gebaut und mit ein wenig Stahl verstärkt werden, da Stahl wie gesagt bezogen auf seine Festigkeit wenig Platz wegnimmt.