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Revolution

Holzbau in der Betondimension

Die in der Schweiz mit der BFH entwickelte Holzbautechnologie TS3 erweitert das Bauen mit Holz um eine neue Dimension und trägt zur Erreichung der Klimaziele bei. In Grossaffoltern entsteht zurzeit die erste Überbauung mit TS3-Technologie.

Stefan Zöllig (l.) und Steffen Franke befinden sich auf der Baustelle in Grossaffoltern. Die Geschossdecke wurde hier mit der neuen Klebetechnik erstellt. Bild: zvg
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Marc Schiess

In Grossaffoltern lässt sich ein Blick in die Zukunft werfen. Die Dächer und Geschossdecken der vier Häuser sind mit TS3-Technologie erstellt, einer revolutionären Holzbaumethode. Ein kurzer Blick auf die Geschichte des Bauens mit Holz hilft zu verstehen, warum TS3 für den Hochbau einen Quantensprung bedeutet.

Bereits die Pfahlbauer am Bielersee verwenden Holz als Baumaterial für ihre Häuser. Im 20. Jahrhundert folgt die zweite Generation des Holzbaus. Nun wird das Holz nicht mehr nur zu Balken gesägt, sondern zu Brettschicht- und Brettsperrholz verklebt. Dieses Verfahren eröffnet im Holzbau eine neue Dimension: Es ermöglicht Holzträger herzustellen, die länger und breiter als ein Baum sind.

Doch dann passiert lange nichts. Respektive: Nicht im Holzbau, im Betonbau jedoch schon. Stahlbetongebäude überziehen die Welt. Beton hat aber einen gewichtigen Nachteil. Bei seiner Herstellung wird sehr viel CO2 freigesetzt. In der Schweiz sind es etwa neun Prozent der menschengemachten CO2-Emissionen.

Beton war jedoch Holz bisher überlegen, was die Möglichkeiten im Bau betrifft. «Es war die Unzufriedenheit über dieses Manko, das die Timbatec-Holzbauingenieure antrieb, etwas Neues zu entwickeln», sagt Stefan Zöllig. Unter seiner Führung startet das Unternehmen mit Hauptsitz in Thun im Jahr 2009 mehrere Forschungsprojekte. Im Boot die Berner Fachhochschule in Biel, laut Zöllig «die beste Schule und Forschungsstätte für Holz in Europa, wenn nicht weltweit» und die ETH Zürich. Beide unterstützen auch heute noch mit Know-how im Bereich Forschung und Prüfung. Im Jahr 2014 erfolgt die Auslagerung der Patente und Technologien ins Start-up «Timber Structures 3.0 Technologie». Investoren schiessen mehrere Millionen Franken in die Firma ein. Testbauten mit grossen Dauerlasten überzeugen, dass die Fugen halten, was Stefan Zöllig und sein Team versprechen.

 

Wie TS3 funktioniert
Die Fuge – sie bildet das zentrale Element der Timber Structures-3.0-Technologie, kurz TS3. Sie ist nicht mehr nur ästhetischer Zwischenraum zweier Platten, sondern hält diese zusammen. Dafür sorgt ein Zwei-Komponenten Polyurethan-Klebstoff. Dieser extrem starke Klebstoff wird in den vier bis 40 Millimeter breiten Spalt gepresst und ausgehärtet. Mit dieser neu entwickelten Klebetechnik lassen sich Platten und Stäbe von bisher unerreichter Länge und Grösse herstellen. Diese sind zudem mit ganz anderen Gewichten belastbar, als dies bis anhin der Fall war. Was damit möglich ist, zeigt Steffen Franke auf dem Campus der BFH an der Solothurnstrasse in Biel. Inmitten des grossen Platzes steht der TS3-Dauerprüfstand, eine Art Pavillon auf Stelzen. «Sie sehen hier zwei Weltneuheiten», sagt der Professor für Holzbau und Statik. Die eine ist auch für den Laien sofort ersichtlich. Eine etwa zwei Quadratmeter und 24 Zentimeter dicke Holzplatte ragt aus dem Boden des Pavillons raus. Befestigt ist der kleine «Balkon» nur durch das Ankleben an seiner kleinsten Seite, der Stirnfläche. Auch zwei darauf hüpfende Erwachsene lassen den angeklebten Vorbau nicht vibrieren, geschweige denn abbrechen. Dass die neuartige Holz-Klebstoff-Verbindung weitaus mehr aushält, illustrieren die Gewichte auf dem Boden des Pavillons. Dieser besteht aus sieben zusammengeklebten je knapp vier Meter langen quadratischen und zweieinhalb Meter breiten Holzplatten. Auf jedem der insgesamt 56 Quadratmeter Boden stehen zirka 330 Kilogramm Granitsteine. Dies entspricht einer Nutzlast für Industriebauten von 500 Kilogramm pro Quadratmeter. Damit sind grosse, belastbare Flächen mit Stützen nur an den Rändern möglich, sei es als Geschossdecken mehrstöckiger Häuser und Hallen, oder als Dächer mit weniger Stützwerk.

 

Rund 1000 Tests für Entwicklung
Die andere Weltneuheit ist ein «statisch biegesteif verbundenes Wand-Decken-Stoss- oder Verbindungselement mit Deckenelement über 45-Grad-Gehrung verklebt». Steffen Franke lacht und übersetzt ins Allgemeinverständliche: «Mit diesem Stoss nimmt die eine Wand die sogenannten Aussteifungskräfte komplett auf, normalerweise braucht man dafür drei Wände.»

Der Dauerprüfstand ist nicht nur wegen der Gewichte starken Belastungen ausgesetzt. Auch die UV-Einstrahlung, die Feuchte und die grossen Temperaturunterschiede wirken auf Holz und Klebstoff. Wie kann nun garantiert werden, dass letzterer nach längerer Zeit nicht spröde wird und zerfällt? Steffen Frankes prompte Antwort: «Der Klebstoff an sich ist nicht neu und wird zum Beispiel bei eingeklebten Gewindestangen seit Jahrzehnten verwendet, man kennt also das Verhalten des Klebstoffes unter Dauerlast.» Trotzdem: Um die Technologie zu entwickeln und zu optimieren, forschen die involvierten Stellen sechs Jahre und führen dabei rund 1000 Zug- und Biegeprüfungen durch. Ein wichtiger Schritt für die Eroberung des Weltmarkts wird die Qualitätssicherung sein: Die Frage wie man sicherstellen kann, dass auch in Singapur und in Sibirien der Klebstoff korrekt in die Fugen gepresst wird. Dafür sorgen sollen Schulungen für alle, die in den Erstellungsprozess involviert sind. «Auch die Hersteller der Brettsperrholzplatten, denn die Oberfläche muss vorbehandelt werden», so Franke. Ein weiteres Forschungsfeld beinhaltet das Kontrollieren der Fuge auf ihre Füllung. Mobile Röntgentechnologie und das Entnehmen von Bohrkernen ergab bisher die präzisesten Resultate.

 

Markteintritt in EU und USA
Die Budgets für die weitere Forschung an der TS3-Technologie sind gesprochen und deren Möglichkeiten erst ansatzweise ausgeschöpft. Wichtig wird nun das Marketing und das Überwinden der Markteintrittsbarrieren. «Für die EU und die USA haben wir Zulassungsprozesse gestartet», erklärt Stefan Zöllig. Der geistige Vater der TS3-Technologie erwartet die Zulassung im Herbst 2019. Den Durchbruch auf dem Weltmarkt will er mit Geschossdecken schaffen, die bisher aus Stahlbeton erstellt wurden: «Da können wir die gleichen Spannweiten und Deckenstärken zum selben Preis anbieten, was bisher für den Holzbau nicht möglich war.» Je nach Gebäudenutzung schätzt Zöllig einen Marktanteil von eins bis fünf Prozent. In einem Milliardenmarkt.

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