Unmittelbar neben dem Zentrum für Biochemie schließt der Neubau eine räumliche Lücke auf dem Campus Garching. Bauherrin ist die TU München, Generalunternehmer die auf Labor- und Forschungseinrichtungen spezialisierte regineering GmbH aus Preith/Pollenfeld. Der Entwurf des Münchner Büros Lang Hugger Rampp Architekten organisiert rund 5.600 m² Bruttogeschossfläche auf einer Grundfläche von etwa 30 m x 40 m: vier Regelgeschosse mit Labor- und Büroflächen für die biochemische Forschung sowie ein aufgesatteltes Technikgeschoss. Darunter sind spezialisierte Laborbereiche mit sehr hohen Anforderungen an Erschütterungsarmut und Lastaufnahme. Die Entscheidung für ein Tragwerk aus Holz war von Anfang an gesetzt. Wie dieses Tragwerk aussehen würde, war damit allerdings noch nicht entschieden.

Die Ausgangslage: ein Hybrid, der im Bauablauf teuer geworden wäre

Die ursprüngliche Entwurfsstatik des Büros GFM Bau- und Umweltingenieure sah für die Hauptträger sogenannte Verbundprofile vor – mit Beton ausgefüllte Stahlprofile, auf die die Brettsperrholz(BSP)-Decken aufgelegt werden sollten. Statisch funktioniert dieses System; im Bauablauf und in der Detailausbildung hätte es allerdings zu Problemen geführt, denn jede Stahl-Holz-Schnittstelle bedeutet zusätzliche Toleranzen und Anschlussdetails – in einem Gebäude, das im Kern als Holzbau gedacht war, ein systematischer Bruch.

Nun stieß die naheliegende Holzalternative jedoch an eine harte Grenze: die Bauhöhen. Die lichten Geschosshöhen waren durch die Genehmigungsplanung auf 3,63 m bis 3,84 m festgeschrieben, im Dachgeschoss auf 4,43 m; auch die Gesamthöhe von knapp 20 m war Planungsziel. Nach oben gab es also keinen Spielraum. Bei Achsmaßen bis 5,20 m und Nutzlasten für schwere Laborgeräte hätten Unterzüge aus Fichten-Brettschichtholz deutlich höher ausfallen müssen – damit war die Standardlösung in Nadelholz für die Hauptträger praktisch aus dem Rennen.

Den Anstoß zur Umplanung gaben die Ausführenden: Das Südtiroler Holzbauunternehmen ZP GmbH und der Generalunternehmer regineering schlugen eine Lösung mit BauBuche vor, die das Ingenieurbüro Lignaconsult Schrentewein & Partner ausarbeitete. Der Auftrag war eng umrissen: die Verbundträger durch BauBuche zu ersetzen. Alles andere – insbesondere Raster und Stützenquerschnitte – war bereits festgelegt. Der Werkstoff musste sich also in eine Geometrie einfügen, die für ein anderes Material entworfen worden war.

Tragwerkslogik: Wo welches Material arbeitet

Das Ergebnis ist ein klassischer Holzskelettbau: Quadratische Stützen aus Brettschichtholz mit 32 cm Seitenlänge der Festigkeitsklasse GL 28h bilden das vertikale Raster mit 3,80 m Achsmaß in Gebäudelängsrichtung. Quer dazu spannen die 28 cm hohen und 40 cm breiten Hauptträger aus BauBuche der Festigkeitsklasse GL 75 über 4,35 m bis 5,20 m. Als Unterzüge nehmen sie die Lasten aus den 16 cm dicken BSP-Decken auf. Eine 20 cm dicke BSP-Wand in Gebäudemitte steift das Tragwerk vertikal aus, für die horizontale Aussteifung sorgen zwei Stahlbeton-Kerne, in die die als Scheiben wirkenden BSP-Decken die Kräfte aus Wind und Imperfektionen einleiten. Weil einer der Kerne nur bis ins dritte Obergeschoss reicht, übernehmen im Technikgeschoss Strebenböcke und Diagonalstreben die Aussteifung. Die vorgehängten Fassadenelemente hingegen tragen nur sich selbst und steifen nicht mit aus.

Bei den Stützen blieb es bei den 32 cm x 32 cm großen Querschnitten aus Fichten-Brettschichtholz – eine Abmessung, die das Büro GFM bereits in der Entwurfsphase festgelegt hatte. Eine mögliche Reduzierung der Stützenabmessungen durch den Einsatz von BauBuche und der damit verbundene Flächengewinn waren deshalb nicht Gegenstand der Variantenuntersuchung; eine Vergleichsrechnung unterblieb. „Natürlich hätte BauBuche eine Querschnittsreduktion der Stützen zur Folge gehabt“, bestätigt Tragwerksplaner Thomas Schrentewein. Ausschlaggebend für den Einsatz der BauBuche waren aber vielmehr die Anforderungen an Höhe, Biegesteifigkeit und Schwingungsverhalten der Hauptträger.

Wie groß die Flächenersparnis über alle Stützen und Geschosse ausgefallen wäre, lässt sich damit nicht beziffern. Festzuhalten bleibt der Unterschied zwischen zwei Aussagen, die gern verwechselt werden: „technisch nicht vorteilhaft“ und „im Projekt nicht untersucht beziehungsweise nicht entscheidungsrelevant“. In Garching trifft der zweite Fall zu. Gerade an einem Standort wie München, an dem jeder Quadratmeter Nutzfläche einen hohen Wert hat, wäre die Frage eine Rechnung wert gewesen – stellen muss man sie jedoch in der Entwurfsphase, solange Raster und Querschnitte beweglich sind.

Umgekehrte T-Träger mit Auflagernasen – der Höhengewinn steckt im Detail

Dass 28 cm Trägerhöhe genügten, liegt an zwei Faktoren. Der erste ist die Leistungsfähigkeit des Buchen-Furnierschichtholzes: Die hohe Biegefestigkeit und Steifigkeit der Festigkeitsklasse GL 75 erlaubte es, die erforderlichen Spannweiten mit deutlich schlankeren Trägerabmessungen zu bewältigen, als dies mit Fichten-Brettschichtholz möglich gewesen wäre. Der zweite ist ein konstruktiver Kunstgriff: Die Träger wurden als umgekehrte T-Träger ausgeführt. Der 40 cm breite und 12 cm hohe Hauptgurt sitzt nicht oben, sondern unten; der deckenhohe „Steg“ springt gegenüber dem Gurt beidseitig um 4 cm zurück und ist 32 cm breit (2 x 16 cm). Auf die so entstandenen 4 cm breiten „Auflagernasen“ wurden die BSP-Decken wie auf Konsolen aufgelegt.

Der Effekt: Deckenplatte und Träger liegen oberflächenbündig, es gibt keinen Höhenversatz und praktisch keinen Platzverlust in der Geschosshöhe. Nur der 12 cm hohe Hauptgurt steht unterseitig über – und das war zulässig. „Wir durften ein paar Zentimeter nach unten überstehen lassen, nur nach oben waren wir begrenzt. Aber genau das haben wir mit BauBuche ausnutzen können“, beschreibt Schrentewein die Ausgangssituation. Weil die Träger so wenig wie möglich nach unten überstehen sollten, wurden sie mit der erwähnten Breite von 40 cm bzw.  2 x 20 cm ausgeführt; die Auflagerbreite der 32-cm-Stützen kam dieser Geometrie entgegen. Sichtbar bleiben die überstehenden Hauptgurte im fertigen Gebäude ohne weitere Bekleidung – ein gestalterisches Qualitätsmerkmal, das der hohen Materialqualität zu verdanken ist.

Anspruchsvolle Nachweise: Schwingung und Querdruck

Als Laborgebäude für die Biochemie stellt das Projekt außergewöhnliche Anforderungen: hohe Nutzlasten für schwere Geräte und strenge Schwingungsnachweise für alle Decken, denn empfindliche Messgeräte reagieren auf kleinste Erschütterungen. Hier zahlte sich die Biegesteifigkeit der BauBuche-Träger ein zweites Mal aus – die Grenzwerte ließen sich einhalten, ohne die Querschnitte unverhältnismäßig zu vergrößern.

Ein Detail zeigt, wo die Materialpaarung an ihre Grenzen kommt: Weil die BauBuche-Träger höhere Auflagerpressungen einleiten, als das Fichtenholz der Stützen quer zur Faser aufnehmen kann, wurden in den höher belasteten Geschossen Lastverteilungsplatten in Form von trägerbreiten Stahlplatten zwischen Träger und Stützenkopf eingefügt.

Brandschutz F60: gerechnet statt gestrichen

Für das Tragwerk war eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten (F60/REI60) gefordert. Der Nachweis für die BauBuche-Unterzüge lief über die Abbrandrate des Buchen-Furnierschichtholzes: Die freie Trägerunterseite ist so bemessen, dass der Restquerschnitt auch nach 60 Minuten noch trägt; seitlich dienen 6 cm breite Aufdopplungen aus Brettschichtholz als Opferschicht. Ein Brandschutzanstrich war damit nicht erforderlich – ein wirtschaftlicher wie ästhetischer Vorteil.

Der Brandschutz ist zugleich ein Punkt, an dem es wieder Vor- und Nachteile abzuwägen gilt: Denn die Abbrandschicht bei der Heißbemessung kommt mit BauBuche bei 60 Minuten Feuerwiderstand teurer als mit Brettschichtholz. Alternativ ließen sich BauBuche-Bauteile vollständig „kalt“ bemessen und der Abbrand über allseitig aufgesetztes Opferholz abdecken – dann sind die Kosten dieser Bekleidung gegenzurechnen. In Garching fiel die Abwägung jedoch eindeutig aus: Dort ging es nicht um den Preis pro Kubikmeter, sondern um die Realisierbarkeit in der genehmigten Höhe.

Lessons Learned und übertragbares Lösungsprinzip

Der Wechsel vom Verbundträger zum Holzskelett gelang mitten in der Planung, weil Holzbauunternehmen, Generalunternehmer und Tragwerksplaner den Vorschlag nicht als Idee, sondern als durchgerechnetes Konzept samt Detailplanung einbrachten – und weil das ursprünglich federführende Büro GFM die Überarbeitung kooperativ mittrug.

Der wichtigste Befund betrifft aber nicht das Material, sondern den Zeitpunkt: Weil der Stützenquerschnitt bereits im Entwurf gesetzt war, blieb der mögliche Flächengewinn durch schlankere BauBuche-Querschnitte ungeprüft. Wer Flächen- und Bauhöhenoptimierung ausschöpfen will, muss den Werkstoff schon in der Entwurfsphase in die Variantenuntersuchung aufnehmen.

Das Laborgebäude in Garching zeigt ein übertragbares Muster: BauBuche kommt dann zum Zug, wenn das gewohnte Raster, die Standardlösung oder die bisherige Denklogik an eine Grenze stößt – wenn die Bauhöhe nicht reicht, Durchbiegung oder Schwingungsverhalten kritisch werden, Anschlüsse zu groß ausfallen, der Querdruck nicht mehr genügt oder die Architektur Offenheit verlangt. Hier war es die festgeschriebene Geschosshöhe in Kombination mit hohen Nutzlasten und scharfen Schwingungsgrenzwerten: eine klassische Grenzsituation, in der Nadel-Brettschichtholz allein keine tragfähige Lösung mehr liefert. Der nötige Druck, das Gewohnte zu hinterfragen, entsteht typischerweise dort, wo Flächen teuer, Bauhöhen begrenzt und Nutzungen anspruchsvoll sind: bei Forschungs- und Laborbauten, im Bildungsbau, bei flexiblen Bürogebäuden, Hallentragwerken sowie bei Wettbewerbs- und Prestigeprojekten.

text by: Susanne Jacob-Freitag, Karlsruhe

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