Holzverbundbauteile zur Verbesserung des Brandschutzes: Gemeinsam gegen Feuer und Rauch

Neben Stahl und Beton betritt der traditionelle Baustoff Holz – als Massivbauteil, als Skelettkonstruktion bzw. als Ausgangsstoff verschiedener Dämmstoffe – mehr und mehr die Bühne des Baugeschehens. Die Verwendung von Holz senkt den Energiebedarf von Gebäuden und die CO²-Produktion im Bauprozess (Graue Energie). Daneben sind besonders für Gebäude mit vier oder mehr Geschossen in Innenstädten schnelle Bauprozesse und eine optimale Vorfertigung gefragt, um lange Störungen des Wohnumfelds zu vermeiden.

Novellierungen im Bauordnungsrecht, die auf aktuellen Forschungsergebnissen beruhen, zeigen, dass auch durch Holzbau ein ausreichender Brandschutz erreicht werden kann (s. Abb. rechts). Dort, wo Holz wirtschaftlich, technisch oder baurechtlich an seine Grenzen stößt, können Verbundkonstruktionen mit anderen Baustoffen die Lösung sein.

Anwendungsfelder

Typischerweise werden selbst bei „reinen“ Holzbauten „klassische“ Baustoffe wie Beton oder Stahl benötigt. Erdberührte Bauteile, insbesondere Kellergeschosse oder Tiefgaragen, bleiben eine Domäne des Stahlbetonbaus. In vielen Fällen wird die Holzkonstruktion auch auf einen erdgeschossigen Sockel aus Stahlbeton aufgesetzt. Weitere Einsatzgebiete für Stahlbeton sind Brandwände (s. Abb. nächste Seite oben) oder Wände von Treppenhäusern, eine Bauweise, die in vielen Fällen sowohl der Aussteifung der Tragwerkskonstruktion als auch dem Brandschutz (Rettungswege) dient. Stahl kommt häufig dann zum Einsatz, wenn es gilt, mit wenig Material und Bauteilhöhe große Spannweiten zu überbrücken. Die Anforderung an flexible Grundrissgestaltung, reduzierte Möglichkeiten der Lastabtragung, wie z. B. bei Dachgeschossaus- oder -aufbauten, können die Gründe dafür liefern. Daneben ist Stahl auch im Holzbau ein vielseitiges, flexibles und leistungsfähiges Verbindungsmittel. Schrauben, Nägel, Laschen, Klammern, Anker, Bänder oder Stäbe ersetzen seit Jahrzehnten zimmermannsmäßig Holzverbindungen.

Brandschutz für Beton, Stahl und Holz

Während der vorbeugende Brandschutz bei Stahlbeton aufgrund des hohen Feuerwiderstands und der Nichtbrennbarkeit kaum Probleme bereitet, sind Stahlbauteile im Brandfall durchaus kritisch zu betrachten. Der Baustoff ist anorganisch und wird ohne besonderen Nachweis als nichtbrennbar eingestuft. Allerdings verlieren Bauteile aus Stahl bei extremer Erwärmung ab ca. 500 °C ihre Tragfähigkeit. Bei einem Vollbrand wird diese Temperaturgrenze bereits nach wenigen Minuten erreicht.

Bei baulichen Brandschutzmaßnahmen für Stahlbauteile kommt es deshalb darauf an, die Oberflächentemperaturen am Stahlprofil unter dieser Grenze zu halten. Je nach Einbausituation sowie den funktionellen oder gestalterischen Anforderungen gibt es verschiedene Möglichkeiten, einen Feuerwiderstand für Stahlbauteile zu erreichen Im Gegensatz zu Beton und Stahl ist Holz ein brennbarer Baustoff. Das Baurecht verhinderte deshalb über lange Zeit den Einsatz von Holzbaustoffen für mittlere und höhere Gebäude. Trotzdem hat Holz auch in Sachen Brandschutz positive Eigenschaften. Holzkonstruktionen sind deshalb im Brandfall durchaus ebenbürtig zu anderen Bauweisen. Sie leisten dem Feuer lange Widerstand und kündigen im Gegensatz zu Stahlkonstruktionen einen möglichen Einsturz vorher akustisch an.

Konstruktionen für den Brandschutz

Bei Verbundbauweisen mit verschiedenen Baustoffen – vor allem für mehrgeschossige Gebäude der Gebäudeklassen (GK) 4 und 5 (über 7 m Höhe des obersten Fußbodens) – ist daher eine kompetente Brandschutzplanung und vor allem ein an den jeweiligen Baustoff angepasster Umgang mit dem erforderlichen Brandschutz erforderlich.

Stahlbeton, z. B. als Teil von Holz-Beton-Verbund-Decken, glänzt immer dann, wenn es darum geht, hohe Feuerwiderstände bei geringen Bauteildicken zu erreichen. So ist eine Platte aus 100 mm Beton (einschließlich Estrich) nach DIN EN 1992¹ (Eurocode 2) bereits als feuerbeständig (REI 90) einzustufen. Das Gleiche gilt nach DIN 4102-4² auch für nichttragende Wände mit Brandschutzanforderungen (Trennwände).

Ausreichend dicke Betonplatten für den Holz-Beton-Verbund bieten auch Vorteile für die zulassungskonforme Verwendung von Bauprodukten (oder Anwendung von Bauarten), insbesondere bei Abschottungsmaßnahmen (Decken) oder Feuerschutzabschlüssen (Brandschutztüren in Trennwänden). Bauprodukte, die einen Verwendbarkeitsnachweis benötigen, sind i. d. R. nur für nichtbrennbare Bauteile zugelassen. Betonplatten oder Trennwände mit 10 bis 15 cm Dicke können, je nach Zulassung der Abschottung oder des Feuerschutzabschlusses, diese Anforderung eigenständig erfüllen.

Holz als „starker“ Partner

Auf der anderen Seite kann sich beim Holz-Beton-Verbund durchaus Holz als der „stärkere“ Partner erweisen. Bei sehr hohen Temperaturen, die bei größeren Brandereignissen auftreten, wird Stahlbeton, selbst bei ausreichender Stahlabdeckung durch den Beton, i. d. R. irreparabel geschädigt.

Holzdecken dagegen dämmen zum einen die Hitze gut ab und, obwohl sie zum Brandgeschehen selbst beitragen, brennen sie sehr gleichmäßig ab. Der sog. Abbrand von Holz (ca. 7 mm pro Minute) wird von steigenden Temperaturen kaum beeinflusst. Die beim Brand verbleibende Kohleschicht hat zusätzlich eine gute Dämmwirkung und schützt das darunterliegende „gesunde“ Holz, das wiederum die Hitze nur eingeschränkt in die darüber angeordnete Betonplatte eindringen lässt.

Auch die oben erwähnten Bauteile und Verbindungsmittel aus Stahl können durch Holz gut vor hohen Temperaturen und somit vor einem Versagen geschützt werden. Beim Einbau dieser Stahlbauteile ist deshalb darauf zu achten, dass sie – je nach Feuerwiderstandsanforderungen – durch ausreichend dickes Holz bekleidet oder abgedeckt sind. Aufgrund der hohen Genauigkeit mit der sowohl Stahl- als auch Holzbauteile hergestellt werden, lassen sich auch Fugen, durch die Feuer oder heißer Rauch an Stahlbauteile gelangen könnte, einfach und praxistauglich vermeiden.

Fazit

Sowohl der Trend als auch der Handlungsbedarf in Richtung Klimaschutz und Nachhaltigkeit hat sich im letzten Jahrzehnt zunehmend verschärft. Für beide Themengebiete bietet der Holzbau hervorragende Voraussetzungen. Ähnlich wie Beton und Stahl zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Lösung anstehender Bauaufgaben beitrugen und andere traditionelle Bauarten zunehmend ablösten, ist es nun wiederum der Holzbau, mit dessen Renaissance wir die vor uns liegenden Herausforderungen effektiv und dauerhaft bewältigen können.

Obwohl der Holzbau in Sachen Brandschutz lange Zeit sehr kritisch gesehen wurde, zeigen innovative Konstruktionen, dass Holz im Verbund mit den Baustoffen Beton und Stahl sich durchaus als „starker“ Brandschutzpartner erweisen kann.

¹ DIN EN 1991-1-2:2010-12: Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke – Teil 1–2: Allgemeine Einwirkungen – Brandeinwirkungen auf Tragwerke
² DIN 4102-4:2016-05: Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen – Teil 4: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile

Der Autor

Dipl.-Ing. Reinhard Eberl-Pacan
Architekt, Planer und Sachverständiger sowie freier Redakteur und Referent für den vorbeugenden Brandschutz, Vorsitzender des Bundesverbandes Fachplaner und Sachverständige im vorbeugenden Brandschutz (BFSB); Vizepräsident des Deutschen Instituts für vorbeugenden Brandschutz (DIvB).

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