Sporthalle Schloßstraße in Berlin-Charlottenburg (1988)

Foto: Arbeitsgemeinschaft Holz e.V.

Tragwerk: RLK RautenLamellenKonstruktion

Das hölzerne Dachtragwerk einer Sporthalle im 5. Obergeschoß überspannt eine Grundfläche von 23 m x 44 m und hat eine Firsthöhe von 12 m über dem 4. Obergeschoß. Die Tonnenschale mit einem Stich von 7 m wurde als punktgelagerte räumliche Stabwerkskonstruktion berechnet. Den giebelseitigen Abschluß bildet auf der einen Seite eine massive Brandwand und am freistehenden Giebel eine gekrümmte Walmdachfläche.

Die Ursprünge der hier ausgeführten Rautenkonstruktion liegen im "Zollinger-Lamellendach", das in den zwanziger Jahren von dem Merseburger Stadtbaurat Zollinger entwickelt wurde.

Die Tonnenschale besteht aus rautenförmig angeordneten gekrümmten Stäben aus Brettschichtholz, den Lamellen, die entsprechend der Zollinger-Bauart abwechselnd an einem Knoten durchlaufend ausgeführt und am nächsten Knoten gestoßen wurden. Untereinander und an die stützenden Bauteile sind die Lamellen biegesteif mit eingeschlitzten Stahlblechen und Stabdübeln angeschlossen.

Aussteifung

Die Aussteifung der Rauten erfolgt durch die flächige Beplankung des Tonnendaches mit Holzbohlen.

Am Rand wird die räumliche Stabwerkskonstruktion durch ein Hohlkastenprofil aus Stahl ausgesteift, das an den Hallenlängswänden auf je acht Verbundstützen und am Walmgiebel auf sieben Stahlstützen gelagert ist. In Abständen von 12 m sind insgesamt vier Aussteifungsbögen aus Stahlprofilen in das Tonnendach integriert.

Den Horizontalschub der Tonnenschale kompensieren Zugbänder, die die Randglieder miteinander verbinden. Die Horizontallasten auf das Dachtragwerk werden wegen der unsymmetrischen Verteilung und unterschiedlichen Steifigkeiten der aussteifenden Bauteile außer durch die Giebelscheiben auch durch die Treppenraumwände in Längs- und Querrichtung aufgenommen.

Fertigung und Montage

Die Brettschichtholzstäbe der Rautenkonstruktion mit einem Querschnitt von 16 cm x 28 cm wurden entsprechend der vom Architekten vorgegebenen Dachform mit drei unterschiedlichen Krümmungsradien je Dachhälfte und einem Knick in der Firstlinie aus einzelnen Brettern verleimt. Die Brettschichtholzlamellen mußten während der Verleimung zusätzlich um ihre Längsachse verdrillt werden, um an jeder Stelle eine ebene Auflagefläche für die Dachschalung zu schaffen. Bis auf die mit Überlänge hergestellten Randlamellen, deren Anschlüsse in den einzelnen Dachfeldern am Bau angepaßt wurden, sind sämtliche Lamellen im Werk nach den Maßen der Werkzeichnungen paßgenau vorgefertigt worden.

Die beiden Gratsparren am abgewalmten Giebel sind wie die Lamellen 16 cm x 28 cm groß und als räumlich doppelt gekrümmte Brettschichtholzträger hergestellt worden, deren Gesamtlänge von der Traufe bis zum First 14,30 m betrug. Sämtliche Anschlüsse an die Gratsparren wurden am Bau angepaßt.

Die Montage der Holzbauteile im Bereich der Tonnenschale erfolgte derart, daß zuerst etwa 10 m x 10 m große Segmente der Rautenkonstruktion auf dem Hallenboden zusammengebaut und dann mit dem Turmdrehkran auf jeweils drei zwischen den Zwischenbögen spannende Hilfsträger abgesetzt wurden. Erst danach wurden die Randanschlüsse an die Stahlkonstruktion hergestellt. Der Einbau der einzelnen Randlamellen erfolgte mit Kranunterstützung von einer Hubbühne aus. Nach Aussage der ausführenden Holzbaufirma war die Montage mit Hochbaukran und Hubbühne insgesamt günstig, weil auf diese Weise ein Lehrgerüst gespart wurde. Auch die Anordnung der Zwischenbögen aus Stahl innerhalb der Dachkonstruktion brachte in dieser Hinsicht Vorteile, da dort I-Träger angehängt werden konnten und so ganze Dachsegmente in einem Stück in die Einbaulage gebracht werden konnten. Die Kopfplattenanschlüsse der Randlamellen an die Stahlhohlkasten-Randglieder sind nach Abschluß der Holzmontage vor Ort geschweißt worden.

Alle Anschlüsse der Holzteile untereinander und an die Stahlrandglieder, Stahlzwischenbögen und die massive Brandwand sind als biegesteife Verbindungen mit zwei übereinander liegenden, eingeschlitzten Stahlblechen und Stabdübeln ausgeführt. Die Stahlbleche waren aufgrund der Feuerverzinkung bereits mit den erforderlichen Bohrungen für die Stabdübel versehen, während die zugehörigen Bohrungen in den Holzlamellen wegen der notwendigen Paßgenauigkeit unter Verwendung einer Bohrschablone hergestellt wurden. Trotzdem gab es aufgrund der beiden im Holz übereinander liegenden Stahlbleche teilweise Probleme beim Eintreiben der Stabdübel in die vorgebohrten Löcher.

Das Anpassen der Randlamellen bereitete durch die örtlich sehr großen Maßabweichungen der zuerst montierten Stahl- und Betonbauteile von der Soll-Geometrie zusätzlich erhebliche Schwierigkeiten bei der Holzbaumontage. Die Holzkonstruktion in sich wies nur geringe Fertigungstoleranzen auf.

Tragwerksplanung

Im Rahmen der Statischen Berechnung wurde die Tonnenschale als räumliches Stabwerk mit biege- und torsionssteifen Anschlüssen der Einzelstäbe idealisiert. Zur Ermittlung der Schnittgrößen der einzelnen Bauteile ist die Holzkonstruktion des gesamten Daches zusammen mit den unterstützenden und aussteifenden Bauteilen aus Stahl berechnet worden, das heißt als Gesamttragwerk ab der Oberkante des 4. Obergeschosses beziehungsweise ab den Oberkanten der massiven Treppenräume und der Brandwand im 5. Obergeschoß.

Die Ermittlung der Kraft- und Verformungsgrößen des vielfach statisch unbestimmten Systems war nur durch den Einsatz eines leistungsfähigen Finite-Elemente-Programms möglich. Dadurch konnten insbesondere die Einflüsse der zum Teil sehr unterschiedlichen Steifigkeiten der Einzelbauteile innerhalb des Dachgeschosses sowie der elastischen Stützeneinspannungen in die Verbundträger der Decke über dem 4. Obergeschoß auf das Trag- und Verformungsverhalten der komplexen räumlichen Konstruktion mit ausreichender Genauigkeit erfaßt werden.

Brandschutz

Die gesamte Holzkonstruktion ist für eine Feuerwiderstandsdauer von mindestens 30 Minuten (F 30-B) bemessen. Grundlagen der Brandschutzbemessung waren die DIN 4102-4, das Holz-Brandschutzhandbuch und ein Prüfzeugnis über das Tragverhalten von Verbindungen mit Stabdübeln bei Brandbeanspruchung.

Für die Ausführung der tragenden und aussteifenden Dachschalung sind durch die erforderliche Brandschutzbemessung Mindestmaterialdicken - unabhängig von der statischen Beanspruchung - festgelegt, die lediglich vom Material und von der Art der Fugenausbildung abhängig sind. Hier wurde (1987) eine Ausführung aus 40 mm dicken Nadelholzbohlen mit doppelter Nut- und Feder-Verbindung gewählt, um auf besondere Fugenabdeckungen verzichten zu können. Aufgrund der verhältnismäßig großen Dachfläche war die Herstellung der Doppelnut- und -feder als Sonderprofil vertretbar.

Dem gegenüber war man bei der Querschnittsgestaltung der auf Biegung und Längskraft beanspruchten Lamellen grundsätzlich frei. Es mußte nur rechnerisch nachgewiesen werden, daß ein in die äußere Form der Lamelle eingeschriebenes Rechteck die in Abhängigkeit von der statischen Ausnutzung des Brettschichtholzquerschnittes festgelegten Mindestabmessungen nach DIN 4102-4 nicht unterschritt.

Kleine, schlanke oder stärker profilierte Querschnitte erfordern höhere "Brandschutz-Zuschläge" als größere und gedrungenere Stäbe. Ähnliches gilt für die statische Ausnutzung der Querschnitte. Der gegenüber der statischen Bemessung zusätzlich erforderliche Abbrandquerschnitt wächst mit dem Ausnutzungsgrad. Günstig, bezogen auf den Gesamtholzverbrauch der Dachkonstruktion, sind die hier verwendeten einteiligen, kompakten Stabquerschnitte, die statisch nur zu höchstens 70 % ausgenutzt sind.

Genauere Berechnungen im Hinblick auf eine Minimierung der erforderlichen Holzabmessungen wurden hier nicht durchgeführt, da die eigentlichen Problempunkte bei Ingenieurholzbauten immer die Stabanschlüsse sind. Dieses gilt insbesondere, wenn Brandschutzanforderungen gestellt werden. Auch die gestalterische oder fertigungs- sowie montagetechnische Absicht, bei einem Rautenlamellendach möglichst alle Stäbe gleich auszubilden, machte eine Optimierung unsinnig.

Aufgrund der geringen Bandbreite der bisher (1987) in brandschutztechnischer Hinsicht geprüften Holzverbindungen beziehungsweise deren veröffentlichter Ergebnisse wurden bei diesem Dach konsequent alle Stabdübelverbindungen mit eingeschlitzten, allseitig von Holz überdeckten 10 mm dicken Stahlblechen hergestellt, die bei Brandbeanspruchung ohne Schwierigkeiten die geforderten 30 Minuten tragfähig bleiben. Auf diese Weise konnten die Stabanschlüsse in den Knotenpunkten der Rautenkonstruktion genauso kompakt wie der bemessungsmaßgebende Holzquerschnitt ausgeführt werden. Trotz der bereichsweise sehr unterschiedlichen Beanspruchungen der einzelnen Lamellenknoten ist die Stabdübelanzahl nur zwischen den Randanschlüssen und den übrigen Knoten variiert worden.

Baudaten

Objekt	Großturn- und Sporthalle Schloßstraße 54 - 56 Berlin-Charlottenburg
Baujahr	1987/1988
Bauherr	Land Berlin Bezirksamt Charlottenburg Berlin
Objektplanung	Hinrich und Inken Baller Berlin
Tragwerksplanung	Ingenieurgruppe Berlin igb Berlin Projektleiter: Gerhard Pichler
Genehmigungsplanung und Konstruktionsdetails der Dachkonstruktion	Ingenieurgemeinschaft in Berlin, ab 01.01.1996: Ingenieurbüro Dipl.-Ing. Manfred Wunderlich Berlin Bearbeiter: Manfred Wunderlich
Prüfstatik	Prof. Dr.-Ing. Gebhard Hees Berlin
Bauausführung	HOCHTIEF AG Berlin
Stahlbau	NE Stahlbau Neusser Eisenbau Bleichert GmbH & Co. KG Neuss
Holzbau	Fürst zu Fürstenberg KG Hüfingen
Baukosten	Dachkonstruktion Holz: 50 m3 Brettschichtholz 16 cm x 28 cm Bohlen Nadelholz 8 cm x 4 cm, doppelte Nut und Feder, als Sichtschalung gehobelt Wärmedämmung Mineralfaser 12 cm Abstandshölzer Nadelholz 8 cm x 14 cm Schalung Nadelholz 24 mm, Nut und Feder Gesamtkosten etwa 700.000 DM (358.000 Euro) beziehungsweise etwa 520 DM/(m2 Dachfläche) (265 Euro/(m2 Dachfläche)) Brettschichtholz Herstellung > 2.500 DM/m3 (1.280 Euro/m3) Abbund und Montage > 50 DM/m (25 Euro/m) Werkplanung etwa 50.000 DM (25.600 Euro)