Komplexe Tragwerke

Holzkirchen ist eine Marktgemeinde in Oberbayern, etwa 30 km südlich von München gelegen. Bis 2014 stand hier eine Kirche mit gefalteter Holzdachkonstruktion aus den 1960er Jahren, die aufgrund massiver Bauschäden aber abgerissen werden musste. Geblieben ist der freistehende Glockenturm, der nun in den neuen Entwurf integriert wurde. Das Pfarramt, Pfarrhaus und Pfarrheim werden in einem zweiten Bauabschnitt neu gebaut. Nur der Pfarrsaal bleibt erhalten und wird saniert.

Der Wunsch des Auftraggebers war, in dem neuen Kirchenraum Gottesdienste abzuhalten, bei denen der Altar im Zentrum steht und die Gemeinde sich um diesen Altar versammelt. Sowohl die Kirche selbst mit 400 Sitzplätzen als auch die Alltagskapelle mit 50 Sitzplätzen wurden als geneigte Kegelstümpfe mit zwei unterschiedlichen Tragwerken als Holzbauten realisiert. Die in der Spitze angeschnittenen Kegel mit Oberlicht unterstützen die gewünschte Lithurgie-Form in imposanter Weise. Insbesondere im Kirchenkegel entsteht durch das sichtbare, weiß lasierte Tragwerk ein Raum mit besonderer Atmosphäre.

Sichtbare Tragstruktur

„Bescheidenheit war die Richtschnur bei Bau und Ausgestaltung von St.Josef“, heißt es in einer Beschreibung der Gestaltungsgrundsätze in der Kirche. Und genau darin liegt das Besondere des Kirchenraums: Hier wurde ein einfacher Raum geschaffen, der durch sich selbst wirkt. Er wirkt zum einen durch die Form mit der von innen sichtbaren Tragstruktur der Kirche. Aber auch das Licht von oben, kombiniert mit einem seitlichen Bogenfenster, machen die Faszination der Kirche aus. Zur Kegelspitze steiler werdende Dreiecke und leicht schräg angeordneten Ringe lassen die Konstruktion bei einem Blick nach oben dynamisch und spiralförmig erscheinen. Licht, Konstruktion und Kegelform schaffen einen Raum, der Ruhe, Dynamik und Lebendigkeit ausstrahlt.

Die Kirche

Der von außen relativ klein wirkende Kegel entfaltet seine ganze Höhe von 21,6 m im Innenraum. Schon früh war für die Konstruktion des Kirchenkegels das Prinzip der Ringe mit aussteifenden Diagonalen entstanden. Dabei wurde der Kegel schräg geschnitten, so dass elliptische Ebenenschnitte entstanden. Über dem Fußring sind die darüber liegenden Ringe gefächert angeordnet. Sowohl die Ringe als auch Grundriss und Oberlicht der Kirche bilden Ellipsen. Das Oberlicht hat eine Neigung von 15°.

Diagonale Streben und horizontale Ringe

Die Konstruktion des Tragwerks der Kirche ist komplex. Es handelt sich um eine aufgelöste Schalenkonstruktion aus diagonalen, stabförmigen BSH-Streben, die jeweils Dreiecke mit den horizontalen Ringen bilden. Die Streben bestehen aus Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL24h in Fichte, sie haben Querschnitte von 180 x 680 mm. Die Ringe sind einachsig gebogene, liegend eingebaute BS-Hölzer (GL 24h) mit Querschnitten von 180 x 700 mm bis 180 x 1400 mm. Im unteren Bereich bestehen die Brettschichtholzringe aus acht Segmenten, im oberen Bereich aus vier Teilstücken, die miteinander verbunden sind.

Brandschutz des Tragwerks

„Der Brandschutz des Tragwerks der Kirche sollte nicht durch einen Anstrich, sondern geometrisch gelöst werden. Die Brettschichtholzquerschnitte wurden so dimensioniert, dass die Feuerwiderstandsklasse F30 erreicht wurde“, erklärt Johannes Wiesler, Zimmerermeister und Leiter des Projektes bei Holzbau Amann. Das Tragwerk ist von außen mit OSB-Platten beplankt. Für den Brandschutz mussten die Stöße der OSB-Platten in Teilbereichen mit aufgeschraubten Kanthölzern hinterlegt werden. Die dreieckigen Flächen zwischen den Brettschichtholzstreben sind von innen größtenteils mit Fichte-Dreischichtplatten beplankt, die nur optische Funktion haben. Im mittleren Bereich des Tragwerks verwendeten die Holzbauer MDF-Trägerplatten mit mikroperforiertem Fichte-Schälfurnier. Die MDF-Platten haben hier akustische Funktion.

Die Statik

Für die Statik spielten die Falllinien des Kegels eine maßgebliche Rolle. Denn die Knotenpunkte der Dreiecke ergeben sich aus den Kreuzungspunkten der Falllinien mit den aufgefächerten Schnittebenen. Die BSH-Ringe der Kirche kamen fertig abgebunden und lasiert vom Lieferanten auf die Baustelle. Der Großteil der Konstruktion wurde im Werk der Firma Holzbau Amann vorgefertigt. Damit die segmentierten Ringe wie ein durchgehender Ring statisch wirken können, sind sie durch biegesteife Montagestöße über Schlitzbleche und Stabdübel miteinander verbunden. In regelmäßigen Abständen sorgen Stahlzugstäbe, die vertikal von Ring zu Ring spannen, für die konstruktive Lagesicherung der Diagonalen. An den Knotenpunkten wurden vom Tragwerksplaner Stahleinbauteile vorgesehen, um die Kräfte von einer Strebe über den Holzring in die nächste Strebe zu übertragen.

„Die diagonal verlaufenden Streben sind überwiegend auf Druck beansprucht“, erläutert Tragwerksplaner Peter Mestek vom Büro Seiler Stepan & Partner, „die Knotenpunkte sind so ausgebildet, dass die Normalkräfte der Diagonalen ausschließlich über Druckkontakt in die Knotenpunkte eingeleitet werden.“ An den Regelknoten wurden dafür an den Ober- und Unterseiten der Ringe Stahlgrundplatten mit angeschweißten Keilen angeordnet.

Sperrholz statt Stahl

Die Firma Amann regte an, insbesondere in den oberen etwa 245 Knoten die Stahleinbauteile durch Sondereinbauteile aus Buchensperrholz zu ersetzen. So konnte der Stahlanteil des Tragwerks erheblich reduziert werden. „Ein speziell vorgefertigter Buchensperrholz-Klotz überträgt an den oberen Knotenpunkten die Druckkraft einer Diagonalen direkt in die darunterliegende, gleichgerichtete Diagonale“, erklärt Johannes Wiesler. Die Anpassung der Knotenpunkte brachte in der Montage erhebliche Vorteile: Durch den CNC-gesteuerten Abbund bei Holzbau Amann wurde bei den Holzknoten eine höhere Passgenauigkeit erzielt als bei den Holz-Stahlverbindungen.

Kapelle mit BSH-Trägern als Gratsparren

Die deutlich kleinere Kapelle ist mit einem einfacheren Holztragwerk gebaut. Hier verlaufen die BSH-Träger als Gratsparren durchgehend vom First bis zum Fundamentring. Sie werden am First über einen biegesteifen Ring gehalten und liegen am Fuß weitestgehend auf dem Fundamentring aus Beton auf. An der Stelle des großen, parabelförmigen Seitenfensters sind die Träger an einen blockverleimten Bogenträger angeschlossen. Zur Aussteifung sind die Gratsparren mit OSB- und „Kerto“-Furnierschichtholzplatten beplankt. Um das Tragwerk zusätzlich zu stabilisieren, wurden zwei BSH-Ringe außen auf den Gratsparren montiert. In der Kapelle ist das Tragwerk von innen mit leicht gewölbten, akustisch wirksamen Schalenelementen verkleidet.

Foyer zwischen Kirche und Kapelle

Kirche und Kapelle sind über ein schlichtes, verglastes Foyer mit Flachdach miteinander verbunden. Die durchgängige Holzschindeldeckung der beiden Kegel zieht sich dabei bis in das Foyer hinein, was den Bau auf besondere Weise erfahrbar macht. Das Foyer wird über den kleinen, neu angelegten Vorplatz erreicht und erschließt rückseitig auch die Sakristei, die sich in nördlicher Richtung anschließt.

Montage vom First zum Fundament

Die präzise gefertigten Bauteile wurden in 41 LKW-Ladungen just-in-time auf die Baustelle geliefert. Der gesamte Aufbau der Holztragwerke betrug lediglich drei Monate. Begonnen wurde zunächst mit dem Aufbau der Kapelle. Hier diente ein Gerüstturm als Aufbauhilfe, auf den der Firstring aufgelegt werden konnte. An diesen wurden die Tragsparren angeschlossen und beplankt. Dann erfolgte die Montage der Druckringe und das Auflegen der vorgefertigten Dachelemente ohne Sparschalung. Die Schalung und die Schindeln wurden wegen der engen Radien der Konstruktion erst vor Ort montiert.

Montage des Kirchentragwerks

Das Tragwerk der Kirche bauten die Handwerker mit Hilfe von Kran und Hebebühne von unten nach oben auf. Die Montage begann mit dem Fußring aus Brettschichtholz, der auf den Betonsockel montiert ist. Für die tragende Konstruktion der Kirche sind V-förmige und A-förmige Streben-Elemente außenseitig zwischen den BSH-Ringen montiert. Die Elemente sind bereits werkseitig mit OSB-Platten beplankt und einer Dampfbremse als Witterungsschutz versehen. Zunächst war angedacht, den gesamten weiteren Dachaufbau vor Ort aufzubringen. Es wurde dann aber entschieden, bereits mit Dämmung und Sparschalung versehene Dachpakete im Werk vorzufertigen. Die Dachpakete sind Holzrahmenelemente, gefüllt mit nichtbrennbarem Steinwolldämmstoff der WLG 035. Die Vorfertigung brachte auch den Vorteil höherer Arbeitssicherheit mit sich, da die Pakete als plane Elemente nur noch an die Konstruktion angelehnt und verschraubt werden mussten. „Um die Lasten des Dachaufbaus in die Netzkonstruktion einzuleiten, musste der Sparrenanschluss biegesteif ausgeführt werden“, erklärt Zimmermeister Wiesler, „die Schrauben wurden von außen durch die 50 cm hohen Dachelemente rechtwinklig in die BSH-Ringe eingedreht. Zusätzlich mussten hier von innen aufgeschraubte und genagelte Zuglaschen aus 3 mm dicken Blechen die Biegemomente aufnehmen.“

Die Krümmung der Gebäudehülle ergibt sich erst in der Hinterlüftungsebene, erzeugt wird sie durch unterschiedlich hohe Hölzer mit der gebogenen Sparschalung. Vor Ort mussten nur die Holzschindeln montiert werden.

Digitale Planung und Holzbearbeitung

Wesentlich war für die Umsetzung des Neubaus von Kirche und Kapelle die digitale Planung und Holzbearbeitung, ohne die sich dieses Projekt so nicht hätte realisieren lassen. Die Fortschrittlichkeit des Baus nimmt sich aber gegenüber dem Wunsch nach Einfachheit und Bescheidenheit zurück.

Dipl.-Ing. Nina Greve studierte Architektur in Braunschweig und Kassel und arbeitet als freie Autorin in Lübeck (www.abteilung12.de).