Abschlussbericht zum Projekt Entwicklung neuer architektonischer, tragwerks- und brandschutztechnischer Lösungen zur Realisierung von 10-12 geschossigen Wohngebäuden Phase 1: Untersuchung der besonderen Pianungsaspekte Antragsteller: Kaden Klingbeil Architekten / Kaden + Partner Architekten Esmarchstraße 3, 10407 Berlin gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) Autoren: Architektur: Tom Kaden Markus Lager Roland Busch Fabio Verber Bereich Tragwerksplanung Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter Andre Badsteiber Melf Sutter Bereich Brandschutz: Dr. Dirk Kruse Yvonne Reinmüller Bereich Wärmeschutz Kai Razinger Bereich Schallschutz Enrico Ziegler Feuchtschutz Datum: 17.02.2014
prinzipielle prinzipielle Projektbericht: Seite 2 von 156 Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenfassung 11 2 Einleitung, Zielsetzung und Anlass des Vorhabens 13 2.1 Definition des Begriffes Hochhaus" aus der Literatur 13 2.2 Das Projekt E28 14 2.2.1 Aufstellung der Bauleitplanung zur Einrichtung des Planrechts 15 2.2.2 Entwicklung von Wohnungsgrundrissen, mit Eignung für Holzhochhäuser... 15 2.2.3 Möglichkeiten von innen sichtbaren Holzoberflächen als zentrales Merkmal des Gebäudes 18 2.2.4 Entwicklung von Leitdetails zur frühzeitigen Klärung der Genehmigungsfähigkeit 18 2.3 Mögliche Bauweisen unter Verwendung von Holz und Holzwerkstoffen Massivholzbau 19 2.3.1 Massivholzbauweise: 19 2.3.2 Skelettbauweise: 19 2.3.3 Kastenelemente: 20 2.3.4 Holzrahmenbauweise: 20 2.3.5 Hybrid-Systeme 20 2.3.5.1 Holzbau-Mischsysteme 20 2.3.5.2 Intermaterielle Mischsysteme 20 2.3.5.3 Holz-Stahl-Mischsysteme 21 2.4 Auswahl eines optimalen Systems 21 3 Allgemeine Besonderheiten des Hochhausbaus 23 3.1 Definition Hochhaus" im Bauordnungsrecht 23 3.2 Grundsätzliche Anforderungen an Hochhäuser 23 3.2.1 Anwendungsbereich 23 3.2.2 Erschließung für die Feuerwehr 23 3.2.3 Bauteile 23 4 Tragwerksplanung 26 4.1 Einleitung 26 4.2 Prinzipielle Tragwerkskonzepte 26 4.2.1 Vertikale Lastabtragung - Lösungen 26 4.2.2 horizontale Lastabtragung - Lösungen 27 4.2.3 Treppenhaus 28
Seite 3 von 156 4.3 Modellierung 29 4.3.1 Grundrissfestlegung 29 4.4 Geometrie (und Tragwerkskonzept) 30 4.5 Lastannahmen 33 4.5.1 Eigenlasten(G) 33 4.5.2 Nutz- und Schneelasten (Q) 34 4.5.3 Windlast (Wx und Wy) 35 4.5.4 Einwirkungskombinationen 38 4.6 Bauteile 38 4.7 Berücksichtigung der Verbindungsmittel 39 4.8 Implementierung von Brettsperrholz in Finite Elemente 42 4.9 Schwingungs- und Verformungsverhalten 46 4.9.1 Verformungsverhalten 46 4.9.2 Schwingungsverhalten 46 4.9.2.1 Eigen- und Erregerfrequenzen 46 4.9.2.2 Schwingungsanfälligkeit 48 4.9.2.3 Behaglichkeit 50 5 Analyse der Einflussparameter 51 5.1 Ausgangsmodell 52 5.2 Stützen 53 5.2.1 Werkstoff 53 5.2.2 Querschnittsabmessungen 54 5.2.3 Stützenstoß 55 5.3 Wände 57 5.3.1 Wandstärken 57 5.3.2 Annahme Schubmodul 58 5.4 Verbindungsmittel 59 5.4.1 Anzahl der Verbindungsmittel 59 5.4.2 Detailausführung/ Modellierung 61 5.5 Analyse des Schwingungsverhaltens 62 5.5.1 Überprüfung Schwingungsanfälligkeit nach DIN EN 1991-1-4, NA.C.2 63 5.5.2 Überprüfung der Behaglichkeit 64 5.6 Zusammenfassung Tragwerksplanung 65 5.6.1 Einfluss der einzelnen Konstruktionselemente 65 5.6.2 Schwingungsverhalten 66
Seite 4 von 156 6 Brandschutz 67 6.1 Allgemeine Bemerkungen 67 6.2 Allgemeine Anforderungen an den Brandschutz im Hochhausbau 68 6.2.1 Definition der bauordnungsrechtlichen Schutzziele und des erforderlichen Schutzniveaus für Hochhäuser 68 6.2.1.1 Grundkonzeption und Brandschutzsystematik der M-HFHHolzR 68 6.2.1.2 Beurteilung des Brandrisikos in Verbindung mit Holzbauteilen 68 6.3 Grundsätzliche Risiken und Lösungsansätze 69 6.3.1 Spezifische Risiken aus der Bauweise Hochhaus 71 6.3.2 Grundsatzanforderungen versus geplanter Holzbauweise 72 6.4.4 Auswahl einer Anlage nach Bewertungskriterien 81 6.5 Weiterentwicklung von Holzbauteilen 84 6.5.1 Erweiterte Kapselung 85 6.5.2 Bauteile mit selbstverlöschenden Eigenschaften 85 6.6 Grundlagen eines Brandschutzkonzepts 86 6.7 Abgeleiteter Forschungsbedarf 87 7 Wärmeschutz 88 7.1 Einleitung 88 7.2 Anforderungen an den Wärmeschutz 88 7.3 Eingabeparameter und Ansätze der Wärmebedarfsberechnung nach EnEV 2009 90 7.3.1 Berechnungsverfahren 91 7.3.2 Berechnungsergebnisse 91 7.3.3 KfW-Ergebnisse 92 7.4 Zusammenfassung Wärmeschutz 92 8 Schallschutz 93 8.1 Entwicklung der Schallschutzprognose für den Holzbau 93 8.1.1 Stand der Forschung und Entwicklung als Grundlage zu Schallschutzprognose für den Holzbau 93 8.1.2 Ergebnisse des Forschungsvorhabens 94 8.1.3 Anwendung der Forschungsergebnisse 95 8.2 Anforderungen an den Schallschutz 96 8.3 Höreindruck im gestörten Raum 98 8.4 Schallschutztechnische Nachweise 99 8.4.1 Nachweis von Trennwänden in Massivholzbauweise 99
Seite 5 von 156 8.4.1.1 Nachweis von HBV-Decken mit Massivholzelement als Wohnungstrenndecke (Geschossdecke) 102 8.4.2 Fußboden 105 8.4.3 Wasserinstallationen und haustechnische Anlagen 105 8.5 Zusammenfassung Schallschutz 106 8.6 Nutzung von Entkopplungssystemen 107 9 Feuchteschutz 108 9.1 Äußerer Feuchteschutz 108 9.1.1 Anforderungen an den Witterungsschutz 109 9.1.1.1 Besondere Anforderungen an vorgehängte hinterlüftete Fassaden 110 9.1.1.2 Brandschutz für vorgehängte hinterlüftete Fassaden 111 9.1.1.3 Wärmedämm-Verbundsysteme 112 9.1.1.4 WDVS für den Hochhausbau 113 9.1.2 Auswahl geeigneter Fassadensysteme und -konstruktionen zur Sicherstellung des ausreichenden äußeren Feuchteschutzes 114 9.1.3 Zusammenfassung Fassadensysteme 116 9.2 Innerer Feuchteschutz 117 9.2.1 Einfluss des Windsogs auf die konvektive Feuchtebeanspruchung von Holzbauteilen 118 9.2.2 Methodik und Ansätze der hygrothermischen Berechnung 122 9.2.3 Feuchteeintrag 122 9.2.4 Berechnungsgrundlagen 123 9.2.4.1 Allgemeines 123 9.2.4.2 Klimadaten 124 9.2.5 Bautailaufbauten 126 9.2.5.1 Wandaufbauten 126 9.2.5.2 Dachaufbauten 128 9.2.5.3 Loggia-Decken 130 9.3 Beurteilung der Berechnungsergebnisse 132 9.4 Berechnungsergebnisse 133 9.4.1 Wandbauteile 133 9.4.2 Dachbauteile 138 9.4.3 Loggia-Decke 143 9.5 Zusammenfassung Feuchteschutz 148 10 Luftdichtheit 149 11 Leitdetails 152