Holz-Hochhaus Mjøstårnet mit 81 m Höhe fertiggestellt

Der norwegische Name des 18stöckigen Holz-Hochhauses „Mjøstårnet“ bedeutet „Der Turm vom Mjøsa-See“. Es ist das derzeit höchste Holzgebäude der Welt und steht in der kleinen Stadt Brumunddal am Mjøsa-See, etwa 140 km nördlich von Oslo.

Die Nettofläche des Gebäudes beträgt 11 300 m², aufgeteilt auf Büroflächen, ein Hotel mit 72 Zimmern („Wood Hotel“), 32 Wohn-Apartments (alle schon restlos verkauft), ein Restaurant, eine Dachterrasse und eine Caféteria. Gleich neben dem Turm entsteht ein großes Hallenbad.

Wandel zu einer umweltgerechteren Welt

Die Idee für den Bau des Hauses kam von Arthur Buchardt. Nach seiner Vision ist das Projekt ein Symbol des Wandels zu einer umweltgerechteren Welt und ein Beweis, dass selbst hohe Gebäude mit Hilfe von lokalen Ressourcen gebaut werden können, von einheimischen Handwerkern und mit nachhaltigen Holzwerkstoffen. Insgesamt wurden 2600 m³ Holz für die Konstruktion des Mjøstårnet verbaut.

Riesige Brettschichtholz-Fachwerkträger

Die Hauptlastaufnahme gelingt über groß dimensionierte Brettschichtholz-Fachwerkträger entlang der Fassade, ebenso wie über Stützen und Träger im Innern. Die Fachwerkträger nehmen die gesamten Kräfte in horizontaler und vertikaler Richtung auf und geben dem Gebäude die notwenige Steifigkeit. Wände aus Brettsperrholz werden für die zusätzliche Lastaufnahme von drei Aufzügen und zwei Treppenschächten benötigt. Das Brettsperrholz wirkt nicht bei der horizontalen Aussteifung des Gebäudes mit.

Der Mjøstårnet hat einige Ähnlichkeiten mit dem 14stöckigen Holzgebäude Treet in Bergen (siehe dach+holzbau-Ausgabe 12/2016), dass 2015 fertiggestellt wurde. Doch es gibt zwei Hauptunterschiede zwischen den Bauwerken: Der Mjøstårnet ist rund 30 m höher als das Treet und die Baumodule, die noch für das Treet benutzt wurden, wurden gegen vorgefertigte Decken- und Wandelemente ausgetauscht. Die Module hätten die Flexibilität beim Bauen eingeschränkt, das war nicht vereinbar mit dem funktionalen Mix, der beim Mjøstårnet gefordert war.

Fassade mit Sandwichelementen

Die hölzerne Fassade des Gebäudes stammt vom Hersteller Woodify und hat feuerhemmende Eigenschaften. Die großen, vorgefertigten Fassadenelemente aus Holz sind an der Außenseite der Konstruktion befestigt und bilden die Ummantelung des Gebäudes. Diese Sandwichelemente kamen einbaubereit mit Dämmung und außenliegender Vertäfelung auf die Baustelle.

Das Gebäude hat eine Grundfläche von etwa 17 x 37 m. Die riesige Stahlbetonplatte am Boden wird von Pfeilern unterstützt, die in den Felsuntergrund getrieben wurden. Diese Pfeiler können Druck- und Zugkräfte aufnehmen. Die größte Axialkraft tritt in den vier Eckstützen auf. Das Maximum beträgt hier 1150 kN, und die Zugkräfte 5500 kN. Der Querschnitt der Eckpfeiler beträgt 1485 x 625 mm. Die Abmessungen der innenliegenden Stützen betragen 725 x 810 mm und 625 x 630 mm.

Masse in den Decken gegen Schwingungen

In den Stockwerken 2 bis 11 sind vorgefertigte hölzerne Böden verbaut. Die Böden in den Stockwerken 12 bis 18 sind 300 mm dicke Betonböden. Diese bestehen aus einem vorgefertigten Bodenteil, das als Schalung für das Oberteil aus Ortbeton dient.

Durch das Ersetzen von Holz durch Beton in den oberen Stockwerken wird das Gebäude nach oben hin schwerer. Die Betondecken machten es den Planern leichter, einen höheren Standard bei der Akustik und den Schalldämmwerten zwischen den Wohnungen zu erreichen. Jedes Stockwerk wirkt dabei wie eine große Wandscheibe. Die Brettschichtholz-Träger für die Holzböden haben Abmessungen von 395 x 585 mm und 395 x 675 mm. Die Brettschichtholz-Träger für die Betonelemente sind 625 x 585 mm und 625 x 720 mm stark. Die größten Diagonalstreben messen 625 x 990 mm.

Die maximal kalkulierte horizontale Maßabweichung an der Spitze des Gebäudes beträgt 140 mm. Auf dem Dach gibt es ein Apartment mit einem Laubengang, um dem Gebäude ein klares architektonisches Aussehen zu geben. Der Laubengang hat eine große hölzerne Struktur, die am Betonboden des 18ten Geschosses befestigt ist. Die Höhe des Gebäudes beträgt 81 Meter bis zur Spitze. Die Höhe bis zum höchsten bewohnten Geschoss beträgt allerdings nur 68 m.

Fachwerk hinter Glaselementen

Alle Brettschichtholz-Elemente sind durch Schlitzbleche und Stabdübel miteinander verbunden. Diese Schwerlastverbindungen werden normalerweise auch bei Brücken verwendet. Die Fachwerkhölzer befinden sich auf der Innenseite der Fassade und hinter den Glaselementen. So wird das Holz vor der Witterung geschützt, das verlängert die Altersbeständigkeit und verringert Wartungsarbeiten. Es lässt zudem die Leimbinder „atmen“. Der Tragwerksentwurf für die Holzkonstruktion wurde gemäß Eurocode 5 durch das Ingenieurbüro Sweco gemacht.

Heimisches Holz

Das Brettschichtholz wurde von Moelven Limtre hergestellt, das Brettsperrholz kommt vom Hersteller Stora Enso. Der Hauptbestandteil der Holzfachwerkteile besteht aus unbehandelter norwegischer Fichte. Das freiliegende Holz des Laubengangs ist aus imprägnierter Kiefer gefertigt. Für den Tragwerksentwurf wurde Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL30c und GL30h gemäß EN 14080:2013 und Brettsperrholz mit einer Biegefestigkeit von 24 Mpa (Megapascal) verwendet.

Bodenelemente aus Brettschichtholz

Die hölzernen „Trä8“-Bodenelemente in den Stockwerken 2 bis 11 sind eine Kombination aus Brettschichtholz von Moelven und LVL (Furnierschichtholz) von Metsä Wood. Die Bodenelemente basieren auf „Ripa“-Deckensystemen von Metsä Wood. Der Hauptunterschied zu den Decken von Metsä Wood ist, dass die Tragbalken und Gurte aus Brettschichtholz bestehen anstatt aus LVL. Die oberste Platte der „Trä8“-Bodenelemente besteht aber aus LVL und ist mit den Tragbalken verleimt. Die Elemente benötigen weniger Holz im Vergleich zu Brettsperrholz-Decken. Sie sind leicht und schnell zusammenzubauen. Moelven hat viele Tests verschiedener Aufbauten in Schweden und Norwegen durchgeführt.

Die Bodenelemente sind mit einer Mineralfaser­dämmung von Rockwool gedämmt und mit einer ­diffusionsoffenen Dachbahn versehen. Die Stein­wolldämmung in den Deckenelementen wird durch Stahlklammern in Position gehalten, um die Feuerwiderstandsklasse R90 zu erreichen. Die maximale Spannweite der Elemente beträgt 7,5 m. Das steigert die Flexibilität im Vergleich zu anderen holzbasierten Fußbodenelementen. Die meisten Elemente sind mit einer 50 mm dicken Betonestrichschicht versehen. Die Bodenelemente können akustische und feuerschutztechnische Anforderungen erfüllen. Ihr CO2-Fußabdruck ist recht niedrig und liegt bei geschätzt um die 65 kg/m².

Brandschutz auf Abbrand berechnet

Das Brandschutzkonzept für dieses Projekt besagt, dass das Haupttragwerk so konstruiert sein muss, dass es über 120 Minuten feuerwiderstandsfähig ist. Das Nebentragwerk und die Stockwerke müssen dem Feuer 90 Minuten standhalten. Die Widerstandsfähigkeit darf auf Abbrand nach Eurocode berechnet sein, das heißt durch Überdimensionierung der Bauteile wird der Brandschutz eingehalten. Deshalb sind im Innern des Bauwerks die mächtigen Brettschichtholz-Fachwerkträger zu sehen.

Desweiteren ist das Brandschutzkonzept durch Brandtests untermauert, durchgeführt 2016 im SP Firetech-Institut in Trondheim (Norwegen). In diesen Tests wurden große Brettschichtholzbinder in einem Ofen in Brand gesetzt und einem Feuer  nach ISO für 90 Minuten ausgesetzt. Als die Brenner ausgeschaltet wurden, kohlte das Brettschichtholz noch ein wenig weiter. Nach mehreren Stunden sank die Temperatur in allen Stützen und der Brand erlosch. Das beweist, dass sich die großen Brettschichtholzstützen quasi von selbst löschen und das Gebäude so vor dem Kollabieren bewahren. Sichtbares Holz in Fluchtwegen, ebenso wie Innenwände in den Haupttreppenhäusern und den Fahrstuhlschächten mussten feuerhemmend gestrichen  werden. Um eine hohe Feuersicherheit für das Brettsperrholz zu erreichen, wurden ungeschützte Wände mit Gipsplatten verkleidet. Zusätzlich sind verschiedene andere Maßnahmen ­vorgesehen, um die Brandschutzanforderungen zu erreichen. So ist das gesamte Gebäude mit einer Sprinkleranlage versehen. Es gibt Brandriegel in der Fassade, um ein Feuer beim Ausbreiten nach oben zu stoppen. Stahlplatten und entsprechende Dübel sind tief in das Holz eingebettet (>85 mm). Spalten und Schlitze zwischen den Trägern, Stützen und Platten sind mit einem Brandschutzanstrich versehen. Das Material vergrößert beim Brand sein Volumen um das zwanzigfache, wenn die Temperatur 150 Grad erreicht. Letzten Endes war die Robustheit der Konstruktion so zu planen, dass der Verlust der horizontalen Steifigkeit von einem Geschoss von der Holzkonstruktion getragen werden kann. Das Geschoss muss ebenso einen Lastenaufprall tragen, der vom Einsturz eines Geschosses von oben auftreten kann.

Vor allem Windlasten

Eurocodes mit norwegischen Spezifikationen legen die Lastberechnungen dar. Windlasten haben sich als die dominierende Last bei der Entwurfsplanung herausgestellt. Der Wind wird dabei als statische Kraft gesehen. Tests im Windkanal mussten bei dieser einfachen geometrischen Struktur nicht durchgeführt werden Erdbebensichere Konstruktionen sind für Gebäude in Norwegen wichtig. Entsprechend der norwegischen Regularien sind auftretende Kräfte bei Erdbeben allerdings nicht notwendigerweise beim Entwurf zu berücksichtigen, weil Windlasten überwiegen.

Das „Trä8“-Gebäude-System kann kombiniert werden mit stabilisierenden Innenteilen aus Beton, Stahlfachwerk, Brettsperrholz-Wänden und Brettschichtholz-Fachwerk.

Schwingungskräfte entscheidend

Schwingungskräfte sind kritisch für Holzhochhäuser. Das Mjøstårnet ist ein hohes Gebäude mit relativ wenig Gewicht in der Konstruktion. Seine natürliche Frequenz liegt in einem Bereich in dem Wind störende Schwingungen erzeugt.

Die Steifigkeit und die Massen-Eigenschaften für Brettschichtholz und Beton sind inzwischen bekannt und basieren auf Berechnungen und Messwerten, die beim Treet-Gebäude in Bergen gemacht wurden. Das Schwingungsverhalten der Konstruktion eines Brettschichtholz-Fachwerk-Systems kann daher sehr genau vorher gesagt werden.

Windbedingte Vibrationen

Beim Mjøstårnet wurde eine Windgeschwindigkeit von 22 m/s und damit eine Schwingungsrate von 1,9 Prozent angenommen. Eine Master Thesis von NTNU (2016) zeigt, dass die gemessene Schwingungsrate des Treet der Berechnung ziemlich nahe kommt.

Eurocode 1991-1-4 gibt einen Anhaltspunkt inwiefern die Schwingungen berechnet werden. ISO 10137 gibt Empfehlungen für die Berechnung der windbedingten Vibrationen um die Betriebstauglichkeit des Gebäudes zu evaluieren. Sie gibt zudem eine Orientierung wie Menschen auf Vibrationen reagieren.

Die Montage von Mjøstårnet bestand weitesgehend darin, vorgefertigte Elemente auf der Baustelle zusammenzubauen. Um das reibungsloses Zusammenbauen zu erreichen, war eine gute Logistik nötig. Zusätzlich musste einige Maßnahmen getroffen werden, um ein sicheres Arbeiten auf der Baustelle zu ermöglichen. Der Hauptauftraggeber HENT besitzt einen großen Turmkran, den Moelven Limtre und andere Subunternehmer für die Montage der Elemente nutzen konnten.

Brettschichtholz mit Anstrich versehen

Die Holzkonstruktion bot der Witterung Angriffsfläche während der Bauzeit. Die Erfahrung zeigt, dass dies so lange gut geht, wie die Konstruktion die Möglichkeit hat, luftumspült zu sein, nachdem die Stockwerke und die Gebäudehülle montiert wurden. Alle Brettschichtholz-Oberflächen sind mit einer Lage Lackanstrich versehen. Die sichtbaren Oberflächen wurden am Ende mit einem Decklack versehen. Das Hirnholz der Stützen im Untergeschoss wurde mit Epoxidharz versiegelt. Das Hirnholz an exponierten Stellen der Stützen und des LVL ist ebenso geschützt. Zur Feuchtigkeitsregulierung des Holzes wurde ein Plan entwickelt, um die korrekte Handhabung des Holzes auf der Baustelle sicherzustellen. Dieser Plan beinhaltet auch das Messen und Regeln von Feuchtigkeit von speziellen Teilen der Konstruktion.

Im März 2019 fertiggestellt

Im September 2018 erreichte das Bauwerk seine endgültige Höhe von 85,4 m, mitten im Bauprozess und exakt ein Jahr, nachdem die Arbeiten für die Holzkonstruktion begonnen hatten. Die Fundamentarbeiten begannen im April 2017, der Rohbau wurde im Juni 2018 beendet. Das Holzhochhaus wurde im Frühjahr pünktlich fertiggestellt und am 1. März 2019 an den Betreiber (AB Invest) übergeben.

Rune Abrahamsen ist CEO von Moelven Limtre AS in Moelv (Norwegen).