LEIMBINDER VS. MASSIVHOLZBALKEN

Brettschichtholz, oder GLT (Glüd Laminated Timber), ist ein hochtechnologischer Holzwerkstoff, der durch das Verleimen von Lamellen (gehobelten Brettern) in parallelen Schichten hergestellt wird. Dieser Prozess ermöglicht es, natürliche Holzfehler wie Äste und Risse zu eliminieren und Elemente mit erheblichen Abmessungen und hoher Festigkeit zu schaffen, die aus Vollholz nicht erzielbar wären. Die Festigkeitsklasse GL24h, wobei „GL“ für Glüd Laminated Timber steht, „24“ die charakteristische Biegefestigkeit in N/mm2 angibt und „h“ für homogenes Holz (aus gleichartigen Lamellen über den gesamten Qürschnitt) steht, gehört zu den am weitesten verbreiteten und meistverwendeten Klassen.

Die Herstellung von GLT wird durch den europäischen Standard EN 14080:2013 „Timber structures – Glüd laminated timber and glüd solid timber – Requirements“ geregelt. Dieser Standard regelt die Qualität des Lamellenholzes (in der Regel Kiefer, Fichte), die Art des Klebstoffs (meist Melamin-Harnstoff-Formaldehyd- oder Polyurethan-Klebstoffe, die den ökologischen Anforderungen von EN 14080:2013 A1/A2 entsprechen) sowie die technologischen Parameter des Pressens und Trocknens. Die optimale Feuchtigkeit der Lamellen vor dem Verleimen beträgt 8-12 %, was für die Gewährleistung minimaler Schwindung und Maßstabilität des fertigen Produkts entscheidend ist.

Zu den wichtigsten Vorteilen von Brettschichtholz GL24h zählen eine hohe Tragfähigkeit, eine erhebliche räumliche Steifigkeit, eine minimale Schwindung (bis zu 1-2 % in Qürrichtung, deutlich weniger als bei Massivholz) sowie die Möglichkeit, Elemente mit einer Länge von 30-40 Metern und beliebiger Form (gebogene Träger) herzustellen. Dies eröffnet weitreichende Möglichkeiten zur Umsetzung komplexer architektonischer Lösungen und ermöglicht es, die Anzahl der Stützen zu reduzieren und große Spannweiten zu schaffen. Dank der kontrollierten Produktion weist Brettschichtholz vorhersehbare mechanische Eigenschaften auf, was die Planung vereinfacht und die Optimierung der Bauteilqürschnitte ermöglicht.

Der Einsatz von Brettschichtholz erhöht die architektonische Flexibilität erheblich und ermöglicht die Schaffung offener Räume sowie leichter, aber tragfähiger Konstruktionen. Seine hohe Stabilität macht es ideal für Häuser aus Brettschichtholz, bei denen die Vermeidung von Verformungen und der Erhalt der Geometrie über die gesamte Nutzungsdauer wichtig sind. Dies verkürzt zudem dank der hohen Fertigungsgenauigkeit und der Möglichkeit der Vormontage von Elementen die Montagezeit auf der Baustelle.

Massivholzbalken, zu denen Vollholz und Schnittholz gehören, sind ein traditioneller Baustoff, der direkt aus Stämmen durch Sägen gewonnen wird. Seine Eigenschaften hängen weitgehend von der Holzart, ihrem Alter, dem Wuchsort und der Bearbeitungsweise ab. In der Ukraine werden am häufigsten Kiefer, Fichte und Eiche verwendet. Vollholzbalken können unterschiedliche Qürschnitte aufweisen – von quadratisch bis rechteckig.

Die wichtigsten Eigenschaften von Massivholzbalken sind: Dichte (abhängig von der Holzart, z. B. Kiefer 400-500 kg/m3 bei normaler Feuchtigkeit), natürliche Feuchtigkeit (kann bei frisch geschlagenem Holz 50-70 % erreichen) und Festigkeit (Festigkeitsklassen wie C18, C24, C30 gemäß EN 338). Im Gegensatz zu Brettschichtholz unterliegt Massivholz erheblichen Größenbeschränkungen, die sich aus dem natürlichen Stammdurchmesser ergeben. Typische Längen sind auf 6-9 Meter begrenzt, die Qürschnitte auf 200-300 mm.

Die größte Herausforderung bei der Verwendung von Massivholzbalken sind das natürliche Schwinden und die Rissbildung. Das Schwinden von Holz bezeichnet die Verringerung seiner Abmessungen infolge von Feuchtigkeitsverlust. In tangentialer Richtung beträgt die Schwindung 6-10 %, in radialer Richtung 3-6 % und entlang der Faser lediglich 0.1-0.3 %. Ungleichmäßiges Schwinden führt zu Verformungen, Verwerfungen und Rissbildung, was sich auf die Tragfähigkeit und die Ästhetik der Konstruktion auswirken kann. Gemäß ДБН В.2.6-161:2017 ‚Дерев’яні конструкції‘ müssen bei der Planung diese Besonderheiten berücksichtigt und konstruktive Lösungen zum Ausgleich der Schwindung vorgesehen werden, etwa bei „wilden Blockhäusern“ oder Häusern aus Vollholzbalken.

Diese Mängel verringern die Vorhersehbarkeit der mechanischen Eigenschaften, was eine präzise statische Berechnung erschwert. Massivholz ist zudem anfälliger für biologische Einflüsse (Pilzbefall, Insekten) und Feuchtigkeitsschwankungen, was eine sorgfältige antiseptische Behandlung und einen Schutz vor Witterungseinflüssen erfordert. Dies erhöht die Betriebskosten und erfordert eine regelmäßige Wartung, was sich auf den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes und die Fundamentberechnung auswirkt, die mögliche veränderliche Lasten durch verformte Konstruktionen berücksichtigen muss.

Der Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Brettschichtholz und Massivholz ist für die statische Planung von zentraler Bedeutung. Diese Eigenschaften bestimmen die Tragfähigkeit des Bauteils und sein Verhalten unter Belastung. Bei Brettschichtholz GL24h beträgt die charakteristische Biegefestigkeit (f_m,k) 24 N/mm2, während dieser Wert bei Massivholz der Klasse C24 (typisch für die Ukraine) ebenfalls 24 N/mm2 und bei C18 18 N/mm2 beträgt. Dank seiner homogenen Struktur und der Entfernung von Fehlstellen bietet Brettschichtholz jedoch stabilere und vorhersehbarere Eigenschaften über die gesamte Länge.

Der Elastizitätsmodul (Steifigkeit) ist ein weiterer entscheidender Parameter, der die Verformung (Durchbiegung) von Balken beeinflusst. Bei GL24h beträgt der mittlere Elastizitätsmodul entlang der Faser (E_0,mean) 11 500 N/mm2, bei Massivholz C24 hingegen 11 000 N/mm2. Obwohl die Zahlenwerte nahe beieinanderliegen, ermöglicht die Homogenität von Brettschichtholz geringere Durchbiegungen bei gleichen Lasten und Qürschnitten. Dies ist besonders wichtig für Geschossdecken, bei denen die Durchbiegungsbegrenzungen (gemäß ДБН В.2.6-161:2017, oft L/300 oder L/400 für Wohngebäude) streng sind. Bei einem Balken mit einer Länge von 6 Metern beträgt beispielsweise die maximale Durchbiegung L/300 20 mm und L/400 15 mm. Brettschichtholz lässt sich leichter so planen, dass diese Werte erreicht werden.

Die Schubfestigkeit (f_v,k) beträgt bei Brettschichtholz GL24h 3.0 N/mm2 und bei Massivholz C24 2.5 N/mm2. Dies zeigt, dass Brettschichtholz Schubbelastungen besser standhält, was für kurze, hoch belastete Balken und im Bereich der Auflager wichtig ist. Darüber hinaus weist Brettschichtholz dank der ausgerichteten Faserstruktur und dem Fehlen großer Äste eine deutlich höhere Zugfestigkeit senkrecht zur Faser auf, die bei Massivholz aufgrund seiner Anisotropie und Neigung zum Aufspalten praktisch nicht vorhanden ist.

Bei der Planung moderner Projekte tragender Konstruktionen, wie Deckenbalken oder Dachstuhlsystemen, entscheiden sich Ingenieure für Brettschichtholz, um größere Spannweiten ohne Zwischenstützen zu erreichen und dabei einen optimalen Qürschnitt und ein optimales Gewicht beizubehalten. Dies ermöglicht geräumigere und hellere Innenräume sowie eine geringere Belastung des Fundaments, was einen bedeutenden Vorteil hinsichtlich konstruktiver Effizienz und Ressourcenschonung darstellt.

Das Brandverhalten ist einer der wichtigsten Sicherheitsindikatoren von Baukonstruktionen, insbesondere für tragende Elemente wie Balken. In der Ukraine werden die Anforderungen an das Brandverhalten von Baukonstruktionen durch ДБН В.1.1-7:2016 ‚Пожежна безпека об’єктів будівництва‘ geregelt und sind mit europäischen Standards harmonisiert, insbesondere mit EN 13501-2:2016 „Fire classification of construction products and building elements“. Dieser Standard definiert die Klassifizierung des Brandverhaltens nach den Kriterien R (Tragfähigkeit), E (Raumabschluss) und I (Wärmedämmung), mit den Zeitintervallen R15, R30, R60, R90, R120.

Holz besitzt eine einzigartige Eigenschaft: Beim Verbrennen bildet es eine schützende Schicht – Kohle. Diese Schicht verlangsamt die weitere Ausbreitung des Feuers zu den inneren, unversehrten Holzschichten. Die Abbrandrate (Charring Rate) beträgt bei Nadelhölzern im Durchschnitt 0.6-0.7 mm/Minute. Auf Basis dieser Eigenschaft berechnen Ingenieure den effektiven Restqürschnitt eines Balkens, der nach einer bestimmten Branddauer noch tragfähig bleibt. Um beispielsweise die Feuerwiderstandsklasse R30 zu gewährleisten, muss der verbleibende Balkenqürschnitt nach 30 Minuten Brandeinwirkung die rechnerischen Lasten aufnehmen können.

Brettschichtholz weist im Vergleich zu Massivholz gleichen Qürschnitts ein besseres Brandverhalten auf. Dies erklärt sich durch seine homogene Struktur und das Fehlen großer Risse, die eine schnellere Ausbreitung des Feuers ins Innere des Bauteils begünstigen könnten. Bei der Planung von Leimbindern wird zur Erreichung der erforderlichen Feuerwiderstandsklasse eine sogenannte „Opferschicht“ vorgesehen, die im Brandfall verkohlt und dabei die Tragfähigkeit des Restqürschnitts erhält. Eine Vergrößerung des Balkenqürschnitts ermöglicht es, höhere Feuerwiderstandsklassen wie R60 oder sogar R90 zu erreichen, was häufig für öffentliche Gebäude oder mehrgeschossige Holzkonstruktionen gefordert wird.

Auch bei Massivholz, insbesondere bei großen Qürschnitten, lassen sich hohe Feuerwiderstandsklassen durch einen erheblichen Qürschnittsvorrat erreichen. Unkontrollierte Risse, die beim Trocknen und im Betrieb entstehen, können jedoch zu Schwachstellen werden. In Kombination mit Brandschutzimprägnierungen oder Gipskartonverkleidungen können Holzbalken die strengen Brandschutzanforderungen vollständig erfüllen und ein hohes Maß an Zuverlässigkeit und Sicherheit für Objekte gewährleisten, in denen technische Anlagen für den Brandschutz zum Einsatz kommen.

Ein vergleichender Benchmark zwischen Leimbindern und Massivholzbalken zeigt ihre wesentlichen Unterschiede im Langzeitbetrieb und bei Umwelteinflüssen. Eines der wichtigsten Kriterien ist die geometrische Stabilität. Brettschichtholz weist dank der kontrollierten Feuchtigkeit der Lamellen (8-12 %) und des Verleimungsprozesses eine minimale Schwindung und Verformung auf. Dies verhindert die Entstehung von Rissen, Verwerfungen und Veränderungen der Konstruktionsgeometrie über die gesamte Nutzungsdauer, was für die Dichtheit der Verbindungen und die Vermeidung von Kältebrücken entscheidend ist.

Massivholz hingegen neigt aufgrund der natürlichen Feuchtigkeit zu erheblichen Maßänderungen. Trocknungs- und Nutzungsprozesse, insbesondere bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, führen zu einer Schwindung von bis zu 10 % in Qürrichtung sowie zur Bildung tiefer Risse. Diese Risse beeinträchtigen nicht nur die Optik, sondern können auch die Tragfähigkeit verringern und Eintrittspfade für Feuchtigkeit und biologische Schädlinge schaffen. Der Schutz vor solchen Erscheinungen erfordert zusätzliche Behandlungskosten und eine verstärkte Pflege.

Hinsichtlich der Langlebigkeit können beide Materialien bei richtiger Planung und Nutzung Jahrzehnte halten. Brettschichtholz weist jedoch dank seiner homogenen Struktur und geringeren Anfälligkeit für Fehlstellen eine besser vorhersehbare Nutzungsdauer auf und erfordert weniger Wartung. Massivholz benötigt regelmäßige Kontrollen auf Risse, Pilz- und Insektenbefall sowie die Erneuerung von Schutzbeschichtungen. Auch die Feuchtigkeitsbeständigkeit von Brettschichtholz ist höher, da die Klebstoffschichten als zusätzliche Barriere wirken, obwohl beide Holzarten vor direkter Wassereinwirkung geschützt werden müssen.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Schallschutz. Holzbalken, als Bestandteil von Geschossdecken, beeinflussen die Übertragung von Tritt- und Luftschall. Obwohl Holz selbst ein guter Schallleiter ist, ermöglichen konstruktive Lösungen mit Brettschichtholz eine effektivere Integration von Schalldämmmaterialien, wodurch akustische Brücken minimiert und ein komfortables Raumklima gewährleistet werden. In diesem Zusammenhang bietet Brettschichtholz dank der Möglichkeit, komplexere und präzisere Anschlussdetails zu schaffen, Vorteile bei der Umsetzung hocheffizienter akustischer Lösungen.

Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit bei der Wahl zwischen Leimbindern und Massivholzbalken muss nicht nur die anfänglichen Investitionen, sondern auch die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership, TCO) über den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes berücksichtigen. Angesichts der in der Ukraine schwankenden Holz- und Baupreise wird eine solche Analyse besonders wichtig.

Die Anfangskosten von Brettschichtholz sind in der Regel höher als bei Massivholz gleichen Volumens. Dies erklärt sich durch den komplexeren Produktionsprozess, der die Sortierung der Lamellen, deren Trocknung, Verleimung und Verpressung umfasst. Die höhere Festigkeit von Brettschichtholz ermöglicht jedoch die Verwendung kleinerer Qürschnitte bei gleicher Tragfähigkeit oder den Bau größerer Spannweiten, was das Gesamtmaterialvolumen und die Anzahl der Stützen verringern kann. Für eine Spannweite von 9 Metern kann beispielsweise ein Massivholzbalken einen Qürschnitt von 200 x 400 mm erfordern, während ein Leimbinder GL24h einen Qürschnitt von 160 x 360 mm aufweisen kann, was sein Gewicht und Volumen reduziert.

Was die Montagekosten betrifft, ermöglicht Brettschichtholz dank seiner hohen Maßgenauigkeit und Stabilität eine deutliche Beschleunigung der Bauarbeiten. Die verkürzte Montagezeit und der geringere Elementbedarf wirken sich direkt senkend auf die Arbeits- und Gerätemietkosten aus. Massivholz erfordert aufgrund seiner natürlichen Fehlstellen und seines höheren Gewichts oft eine längere und aufwendigere Montage sowie Nachbearbeitungen vor Ort, was die versteckten Kosten erhöhen kann.

Die Betriebskosten sind ein wesentlicher Bestandteil der TCO. Brettschichtholz erfordert dank seiner Stabilität und Verformungsbeständigkeit nur minimale Wartung. Seine Langlebigkeit und Vorhersehbarkeit senken den Bedarf an Reparatur und Instandsetzung. Massivholz, das zu Schwindung, Rissbildung und biologischem Befall neigt, erfordert regelmäßige antiseptische Behandlungen, gegebenenfalls die Beseitigung von Rissen und eine Feuchtigkeitskontrolle, was während der gesamten Nutzungsdauer laufende Kosten verursacht. Dies kann dazu führen, dass die Gesamtbetriebskosten von Massivholz trotz des niedrigeren Anfangspreises langfristig höher ausfallen. Investitionen in Brettschichtholz sind daher oft aufgrund seiner besseren Gebrauchseigenschaften und niedrigeren Unterhaltskosten gerechtfertigt.

Die Planung und Montage von Holzbalken in der Ukraine wird durch eine Reihe von Normen geregelt, deren wichtigste ДБН В.2.6-161:2017 ‚Дерев’яні конструкції‘ ist. Dieser Standard legt Anforderungen an Berechnung, Konstruktion und Ausführung von Holzkonstruktionen, einschliesslich Balken, fest. Bei Brettschichtholz vereinfachen seine hohe Homogenität und vorhersehbaren mechanischen Eigenschaften die Berechnungen und ermöglichen es Ingenieuren, die Qürschnitte zu optimieren und dabei den Materialaufwand bei gleichbleibender Tragfähigkeit zu minimieren.

Bei der Planung von Leimbindern wird besonderes Augenmerk auf die Verbindungsdetails gelegt. Da Brettschichtholz erhebliche Lasten übertragen kann, müssen die Verbindungen fest und langlebig sein. Verwendet werden Metallplatten, Anker, Dübel sowie verdeckte Befestigungen aus ästhetischen Gründen. Die Fertigungsgenauigkeit der Leimbinder im Werk ermöglicht den Einsatz von CNC-Maschinen für die präzise Fräsung der Anschlussdetails, was die Montage auf der Baustelle erheblich beschleunigt und die Verbindungsqualität erhöht.

Bei Massivholz erfordert die Planung die Berücksichtigung seiner natürlichen Eigenheiten wie Anisotropie, Astbildung und potenzielle Rissbildung. Die Berechnungsmodelle beinhalten oft größere Festigkeitsreserven, was zu größeren Balkenqürschnitten führt. Auch die Verbindungsdetails für Massivholz können komplexer sein, da mögliche Schwindung und Verformungen ausgeglichen werden müssen. Traditionelle Zimmermannsverbindungen (Zapfen-Nut, Schwalbenschwanz) oder einfache Metallelemente sind verbreitet, können jedoch zusätzliche Anpassungen vor Ort erfordern.

Die Montage von Leimbindern erfolgt schnell und effizient dank ihres geringen Gewichts (im Verhältnis zur Festigkeit) und ihrer präzisen Abmessungen. Dies ermöglicht den Einsatz weniger Arbeitskräfte und leichterer Hebetechnik. Bei Massivholz, insbesondere bei großen Qürschnitten, kann die Montage aufgrund des erheblichen Gewichts und der notwendigen Anpassung der Elemente arbeitsintensiver sein. Wichtig ist außerdem die Organisation temporärer Abstützungen bis zum Abschluss der Schwindung, was die Bauzeit verlängern kann.

Die Besonderheiten des ukrainischen Klimas mit seinen Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen unterstreichen die Bedeutung der Wahl stabiler Materialien. Brettschichtholz widersteht diesen Einflüssen besser und bewahrt seine Geometrie und Eigenschaften, während Massivholz einen sorgfältigen Schutz vor Feuchtigkeit und UV-Strahlung benötigt, der bereits in der Phase der architektonischen Planung und Montage berücksichtigt werden muss.