Zustimmungen im Einzelfall für zwei Kranbahnen

Stahlharte Träger aus Holz

Deutsches Ingenieurblatt 10/2021
Objekte
Holz

Zwei Holzbauunternehmen, eines aus Nord- und eines aus Süddeutschland, setzten beim Bau ihrer Fertigungshallen auf Holz, doch auch bei den hoch belasteten Kranbahn-Trägern war der nachwachsende Rohstoff das Material der Wahl. Aus Buchen-Furnierschichtholz sind sie fast so tragfähig wie aus Stahl, nur schlanker.

Das auf Holzbau spezialisiert Bauunternehmen Gebr. Schütt KG aus dem Landscheider Ortsteil Flethsee ließ sich eine neue Fertigungshalle errichten. Sie war längst überfällig, da der Betrieb im vergangenen Jahrzehnt ständig gewachsen ist. So wurden die bestehenden Hallen zwar des Öfteren verlängert und angebaut, trotzdem fehlte immer wieder aufs Neue Lager- und Montagefläche.

Und schließlich stieß das Unternehmen wegen des sehr hohen Vorfertigungsgrads, den der Markt zunehmend forderte, und wegen der großen Nachfrage nach elementierten und modular konzipierten Bauteilen, die aufgrund der geringen Kranhakenhöhe in den Bestandshallen kaum effizient vorgefertigt werden konnten, dann endgültig an seine Grenzen. Hinzu kam, dass alle Bestandshallen nur über querverlaufende Katzbahnträger verfügen.

Bisher wurden die Wandelemente überwiegend für Bürotrakte in den vom Bauunternehmen schwerpunktmäßig hergestellten Industrie- und Gewerbebauten gefertigt, denn auch hier spielen Nachhaltigkeit und kurze Bauzeiten eine immer wichtigere Rolle. Die vorhandenen Vorfertigungsmöglichkeiten im Holzrahmenbau stießen aufgrund der wachsenden Menge ebenfalls an ihre Kapazitätsgrenzen. Mit der Investition in den Hallenneubau hat Schütt seinen Bereich des modularen Holzbaus nun so vergrößert, dass Module verstärkt im Wohnungsbau angeboten werden können. Besonders auch mit dem Ziel, den Markt für Gebäudeaufstockungen zu bedienen. So können mit der neuen, 60 m langen und 48 m breiten Halle nun auf einer hochmodernen, vollautomatisierten Fertigungsstraße Wand- und Deckenelemente in Holzrahmenbauweise wirtschaftlich und montagefertig hergestellt werden.

Ziel: Eine „echte Holzhalle“ mit Erweiterungsoption
Der Wunsch des Firmeninhabers Tillmann Schütt war von Anfang an, eine „echte Holzhalle“ zu bauen. Sie sollte zweischiffig ausgeführt werden und bei Bedarf verlängerbar sein, aber vor allem eine durchlaufende Kranbahn in Längsrichtung erhalten. Dies schien zunächst nicht realisierbar, denn die geplante Kranbahn mit ihren dynamischen Lasten, die gewünschte Hallenhöhe von 11 m und die recht hohen Windlasten aufgrund der Küstennähe legten eine klassische Konstruktion mit eingespannten Stahlbetonstützen und einer Kranbahnschiene aus Profilstahl nahe.

Nach vielen internen Gesprächen, Überlegungen und Vergleichsrechnungen fiel die Entscheidung dann aber doch auf eine „echte Holzhalle“ mit eingespannten Brettschicht(BS)-Holz-Stützen und -Bindern sowie Holzpfetten, -streben, -diagonalen und -riegeln; und zu guter Letzt sogar mit Kranbahn-Trägern aus Holz. Die Holzbau-Spezialisten konnten alle Bauteile – außer die Kranbahn-Träger – in der hauseigenen BS-Holz-Produktion herstellen.

Halle zeigt Leistungsfähigkeit des Holzbaus auf
Der Neubau sollte die technischen Möglichkeiten des modernen Ingenieur-Holzbaus dokumentieren; vor allem auch durch die vier 60 m langen Kranbahn-Träger. Solche hoch belasteten Bauteile – die geforderten Lasten der Kranbahnbrücke lagen bei 2 x 6,3 Tonnen je Hallenschiff – in Holz auszuführen, ist vor allem eine Option, seit es BauBuche gibt, einen aus Buche-Schälfurnieren schichtenweise verklebten Holzwerkstoff mit Festigkeitswerten, die mit denen von Stahl vergleichbar sind. Hätte man herkömmliches Fichten-BS-Holz verwendet, wären die Kranbahnträger deutlich wuchtiger ausgefallen, was man nicht wollte. Es war aber auch erklärtes Ziel, diese speziellen Holzträger für die Kranbahn zu verwenden.

Drei Stützenreihen mit Satteldachbindern für zwei Hallenschiffe
Der schlechte Baugrund auf dem gesamten Gelände machte eine kostspielige Tiefgründung erforderlich: Die Halle steht auf 225 Ortbetonrammpfählen; 75 Stück unter den Fundamenten, 150 Stück unter der Sohle. Zwei Reihen Satteldach-Binder auf drei Reihen BS-Holz-Stützen bilden im Abstand von 6 m die zwei 24 m breiten Hallenschiffe. Die äußeren Stützen haben Querschnitte mit einem b/h von 26 cm x 92 cm (GL 30c), die Mittelstützen von 26 cm x 124 cm (GL 30c). Die etwa 8,80 m hohen Stützen wurden auf einer Höhe von 6,55 m einseitig bzw. beidseitig um 30 cm ausgeklinkt und nach oben entsprechend schlanker weitergeführt. Die 26 cm breiten Stützenköpfe nehmen die 16 cm breiten Satteldachbinder auf. Sie sind in binderbreite Einfräsungen des Stützenkopfs mit seitlichen 5 cm breiten Aufkantungen eingelegt. Seitlich aufgeschraubte Holzwerkstoffplatten stellen den mittleren Binderstoß her bzw. die Verbindung zwischen Stütze und Binder an den Außenseiten.

Die Ausklinkungen dienen als Auflagerkonsolen für die 30 cm breiten und 76 cm hohen BauBuche-Kranbahn-Träger (Festigkeitsklasse GL 70). In fünf 12 m lange Träger aufgeteilt, spannen sie als Zweifeldträger über die 6-m-Felder und sind mit den Stützen so verschraubt, dass sie bei vertikaler Belastung gegen Kippen gehalten sind. Die Stützen selbst erhielten zudem einige Zentimeter unter dem Konsolengrund Querzugverstärkungen in Form von eingeschraubten Vollgewindeschrauben.

Die Kranbrücke wird auf geschweißten T-Profilen als Fahrschiene auf den Oberseiten der BauBuche-Träger geführt. Sie sind mit Teilgewindeschrauben in den Kranbahn-Trägern verankert.

Kranbahn-Träger mit Zustimmung im Einzelfall
Aufgrund der Trägerhöhe (> 60 cm) und wegen der dynamischen Beanspruchung, die zu einer schnellen Ermüdung des Bauteils führt, waren zwei Zustimmungen im Einzelfall (Z.i.E.) erforderlich. Zwar ist BauBuche durch seine besonders hohe Tragfähigkeit dieser Belastung ohne weiteres gewachsen – das belegen auch Hallenbauten mit Kranbahn-Trägern aus Buchen-FSH in der Schweiz –, dies galt es dennoch über eine Z.i.E. zu bestätigen. Sie wurde zum Zeitpunkt der Errichtung der Halle für diesen Zweck bundesweit sogar das erste Mal angewendet.

Im Zuge der Zuarbeit für die Z.i.E. stellten die Planer Lücken in der Definition und in der Literatur fest. So war in den Informationsdienst-Holz-Heften (holzbau statik 02/2015-02: „Ermüdungsnachweise im Ingenieurholzbau“) das Buchen-FSH noch nicht explizit für dynamische Beanspruchung aufgeführt. Daher war noch eine zusätzliche Stellungnahme von Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) notwendig.

Insgesamt stellte sich die Entscheidung, BauBuche für diesen Zweck zu verwenden, als recht aufwändig und kostspielig heraus. Dass es in der Schweiz bereits etliche Hallenbauten mit Kranbahn-Trägern aus Buchen-FSH gibt, half dabei nichts.

Da BauBuche sehr feuchteempfindlich ist, erhielten die Träger zuletzt einen hydrophobierenden Anstrich und wurden für Transport und Montage in Folie eingepackt.

Sonderthema Verbindungsmittel
Sämtliche Holzverbindungen der Tragkonstruktion sind mit selbstbohrenden Schrauben ausgeführt worden. Aufgrund der dynamischen Beanspruchung durften bei der Befestigung des Kranbahn-Trägers nur „normale“, das heißt duktile Schlüsselschrauben verwendet werden.

Bolzen gibt es lediglich bei den Stützenfußeinspannungen in Form von Stahl-Stahl-Verbindungen zwischen den einbetonierten Stützenfüßen und den an den Binderstützen angeschraubten Stahlteilen. Die einbetonierten Stützenfüße bzw. die darauf angeordneten Grundplatten für die Stützen sind mittels Bolzen höhenjustierbar konstruiert. So konnten sie problemlos einnivelliert werden.

Zur Veranschaulichung für Kunden wurden bei zwei Satteldachbindern unterschiedliche Querzugsicherungsmaßnahmen im First ausgeführt: Einerseits mit außen aufgeklebten Lamellen, andererseits mit aufgeschraubten Holzwerkstoffplatten. Üblicherweise werden zu diesem Zweck eingeklebte Gewindestangen verwendet.

Am Ende stand eine schön gestaltete, moderne Halle da. Nicht nur läuft seit ihrer Fertigstellung die Vorfertigung so effizient und wirtschaftlich wie gewünscht, sondern die Mitarbeiter fühlen sich auch wohl in dem hellen und freundlichen Ambiente.

120 m lange Fertigungshalle in Süddeutschland für mehr Kapazität
Ein ähnliches Problem mit den Fertigungskapazitäten hatte auch ein Holzbauunternehmen in Süddeutschland. Mit der Investition in eine doppelt so lange Halle wie die der Fa.Schütt konnte die müllerblaustein HolzBauWerke GmbH aus dem schwäbischen Blaustein ihre Kapazitäten ebenfalls vergrößern, sodass sie die steigende Nachfrage nach elementierten und modular konzipierten Bauteilen nun jederzeit bedienen kann. Auch hier wurde die Halle in Holzbauweise errichtet. Lediglich die eingespannten Stützen und die Bodenplatte bestehen aus Stahlbeton. Besonders erwähnenswert ist ebenfalls die Kranbahn der Halle, bei der erstmals unterspannte BauBuche-Verbundträger zum Einsatz kamen. Damit gelang es eine optimale Lösung für die erforderlichen 50 Tonnen Gesamttragkraft zu finden.

 

Multifunktionale Halle mit
Kranbahn-Verbundträgern aus BauBuche Dank der neuen Fertigungskapazitäten in der 120 m langen und knapp 25 m breiten multifunktionalen Produktionshalle kann das Holzbauunternehmen nun Aufträge verschiedenster Aufgabenfelder übernehmen. Neben dem klassischen Holz-Abbund ist nun beispielsweise auch die Ausführung robotergesteuerter Arbeiten möglich. Letztere erfolgen des Öfteren in Zusammenarbeit mit der Universität Stuttgart. In dem Neubau produziert das Unternehmen aber vor allem Wand- und Deckenelemente für Module in Holzbauweise. Und so ist es nicht verwunderlich, dass die Halle selbst ebenfalls ein Holzbau ist. Sogar für die hoch belastete Kranbahn war Holz das Material der Wahl. Deren Träger wurden aus BauBuche gefertigt. Da sie fast so tragfähig sind wie Stahl, aber viel schlanker, ließ sich auch gleich noch Hallenhöhe einsparen und infolgedessen Material und Baukosten; obendrein sehen die Träger sehr elegant aus.  

„Balken auf zwei Stützen“ in Reihung, umhüllt von gedämmten Holzelementen
Eingespannte Stahlbetonstützen und Satteldachbinder aus BS-Holz bilden als „Balken auf zwei Stützen“ im Abstand von 8 m das Haupttragwerk der fast 15 m hohen Produktionshalle. Die als Gabellager ausgeführten Stützenköpfe dienen den Satteldachbindern als Auflager. Quer zu den Bindern sind wärmegedämmte Dachelemente in Form von 33 cm dicken Holzrippen-Elementen verlegt. Ein zentrales Oberlicht über die gesamte Hallenlänge versorgt den Innenraum mit viel Tageslicht. Die restliche Gebäudehülle bilden ausgedämmte Holzrahmenbau-Elemente. 

Zur Auflagerung der Kranbahn dienen an die Stützen anbetonierte Konsolen. Die Stützenabstände geben die Spannweite für die Kranbahn-Träger aus BauBuche vor. Diese sind als unterspannte Konstruktion zwischen die Stahlbetonstützen eingehängt und zu einer durchlaufenden Kranbahn verbunden.  

Kranbahn-Träger als BauBuche-Verbundquerschnitt
Die Kranbahn ist für eine Gesamttragkraft von 50 Tonnen ausgelegt. Dies konnte mit zwei Portalkränen mit je zwei Laufkatzen, die jeweils 12,5 Tonnen Gewicht aufnehmen, bewerkstelligt werden. Als Kranbahn-Träger wählten die Planer einen zweiteiligen Querschnitt aus „Balken und Platte“. Die insgesamt 40 cm hohe Verbundkonstruktion besteht aus einem 24 cm breiten und 28 cm hohen BauBuche- Träger der Festigkeitsklasse GL 70 und zwei verklebten 6 cm dicken Platten aus BauBuche S. Durch die hohen Festigkeitseigenschaften (mit inzwischen sogar GL 75) eignen sich die beiden Buchenholz-Werkstoffe ideal für Bauteile mit hoher Belastung wie die Krahnbahn von müllerblaustein.  

Die Unterspannung erfolgt durch zwei BauBuche-Pfosten mit quadratischem Querschnitt von 20 cm (GL 70) sowie Stahl-Zugstäben mit Spannschloss. Zusammen mit dem BauBuche-Verbundträger ist die einfeldrige Gesamtkonstruktion rund 2,80 m hoch und entsprechend dem Stützenabstand 8 m lang. Die Trägerenden liegen über Stahlanschlussteile auf den Konsolen der Stahlbetonstützen auf. Zusätzlich wurden sie mit deren werkseitigen Einbauplatten verschweißt. Der Stoß der Einfeldträger erfolgt jeweils in der Konsolenachse über ein Schlitzblech des Auflager-Stahlteils und Stabdübel. Zudem hat man die Verbundträger an die dahinterliegenden Stützen angeschlossen. So sind sie bei vertikaler Belastung gegen Kippen gehalten. 

In die ausgefrästen BauBuche-Träger eingelegte Flachstähle dienen der Kranbrücke als Fahrschiene. Sie bestehen aus lediglich 70 mm Vollmaterial und sind mit Vollgewindeschrauben in den Kranbahn-Verbundträgern verankert.

Blockverklebung erforderte Zustimmung im Einzelfall
Kostenmäßig hätte BauBuche mit Stahl als Kranbahn konkurrieren können. Doch in Stahl wären die Träger mit 100 cm Höhe (HEB 1000) extrem groß ausgefallen. Sowohl die hohe Tragfähigkeit der BauBuche als auch die Unterspannung ermöglichten die filigrane, nur 2,43 m hohe Konstruktion. Zwischen den Stützen wirkt sie sogar wie ein schmückendes Beiwerk. 

Weil es für blockverklebte Querschnitte aus BauBuche zum Zeitpunkt der Planung keine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) gab, hat müllerblaustein in Abstimmung mit dem Regierungspräsidium Tübingen und der Materialprüfanstalt (MPA) Stuttgart eine Zustimmung im Einzelfall (Z.i.E.) beantragt. Sie wurde innerhalb kurzer Zeit erteilt, sodass die Träger planmäßig gefertigt werden konnten. 

Zukunftswerkstatt für den Klimaschutz
Der Einsatz von Holz im Hallen- und Gewerbebau macht deutlich, dass der nachwachsende Rohstoff gerade für solche Bauaufgaben eine zukunftsfähige Materialwahl und eine gute Alternative zum konventionellen Industriebau darstellt. Mit der in Holzbauweise ausgeführten Fertigungshalle, die müllerblaustein auch als „ZukunftsWerkStatt“ bezeichnet, will das Unternehmen einen Beitrag zur Verringerung des Primärenergieverbrauchs und damit zum Klimaschutz leisten. Mit der Kranbahn aus BauBuche zeigt es darüber hinaus weitere innovative Möglichkeiten für den Einsatz von Holz. 

Bautafel Fertigungshalle müllerblaustein HolzBauWerke

Bauherr: müllerblaustein HolzBauWerke GmbH, D-89134 Blaustein, www.muellerblaustein.de
Architektur: Rapp Architekten, D-89077 Ulm, www.rapparchitekten.de
Tragwerksplanung: müllerblaustein Ingenieure GmbH, D-89134 Blaustein, www.muellerblaustein.de, und Ingenieurbüro Häussler, D-89171 Illerkirchberg, www-haeussler-ing.de
Ausführung (Holzbau): müllerblaustein HolzBauWerke GmbH Lieferung BauBuche: Pollmeier Massivholz GmbH & Co. KG, D-99831 Amt Creuzburg, www.pollmeier.de
HLS-Planung: Ingenieurbüro Scherraus, D-89077 Ulm, www.scherraus.de Elektro-Planung: Ingenieurbüro Puscher, D-89601 Schelklingen, www.ib-puscher.de

Bautafel Fertigungshalle Gebrüder Schütt

Bauherr: Gebrüder Schütt KG (GmbH & Co.), D-25572 Landscheide-Flethsee, www.schuett-holzbau.de
Architektur und Tragwerksplanung: Gebr. Schütt Ing.-Büro GmbH, D-25572 Landscheide-Flethsee, www.holzbaukompetenz.de
Lieferung BauBuche: Pollmeier Massivholz GmbH & Co. KG, D-99831 Amt Creuzburg, www.pollmeier.de

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