Erdbebensichere Konstruktionen aus Holz

In vielen Regionen eine Notwendigkeit

Der Holzbau zählt in Erdbebengebieten zu den traditionellen und bewährten Bauweisen. Eines der höchsten Holzgebäude weltweit, die 67 m hohe Sakya-Pagode des Fogong-Tempels in der nordchinesischen Provinz Shanxi, hat in den 900 Jahren seit ihrer Fertigstellung (Baubeginn 1056) zahlreichen Beben widerstanden. Die Konstruktion aus einem Rahmen mit mehreren Holzschichten und die Verbindungen mit Zapfen und Zapfenlöchern können große Energie aufnehmen, ohne dass die Struktur bricht.

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Müssen wir uns in Deutschland Sorgen um Erdbeben machen? Tatsächlich gibt es einige Zonen wie das Rheingebiet, die Schwäbische Alb, Ostthüringen und Westsachsen, in denen es zu stärkeren Beben kommen kann. Aber auch in anderen Landstrichen gibt es immer wieder kleinere Erdbewegungen, zum Beispiel wenn sich die Erde durch Gasförderung oder Bergbau setzt. Dabei werden Häuser selten ganz zerstört, können aber je nach Konstruktion erhebliche Schäden davontragen.

Deutschland wird in 5 Zonen eingeteilt. Als Erdbebenzonen gelten Bereiche, in denen es zu Erdbeben ab einer Stärke von 6 auf der Richterskala kommen kann. Erdbewegungen spürt man bereits ab einer Stärke von 3, zu Schäden an Gebäuden kann es bereits ab einer Stärke von 5 kommen. Es lohnt sich also durchaus, sich Gedanken um die Konstruktion seines Hauses zu machen. Um Schäden zu vermeiden oder so gering wie möglich zu halten, gibt es in Deutschland daher Normen zum erdbebensicheren Bauen. Je nach Region und Bauwerksnutzung müssen Gebäude bestimmte Anforderungen erfüllen, um die Erdbebensicherheit nachzuweisen.

Wie entstehen Erdbeben?

Die Erdkruste ist die äußerste, feste Schicht der Erde. Sie besteht aus einem Mosaik einzelner Kontinentalplatten, die sich aufeinander zu, voneinander weg oder aneinander vorbei bewegen. Dadurch entstehen an den Plattenrändern große Spannungen. Wird die Bruchfestigkeit des Gesteins überschritten, kommt es zu ruckartigen Bewegungen und einem Spannungsabbau. Diese tektonischen Vorgänge sind die Hauptursache für Beben. Aber auch das Aufsteigen von Magma bei Vulkanismus, der Einsturz von Hohlräumen bei Gebirgsschlägen und Bergbau oder Veränderungen von Druckverhältnissen (z. B. Erdgasförderung) können Erdbewegungen auslösen.

Holzgebäude sind besonders erdbebensicher

Erdbeben bewirken rasche horizontale und vertikale Bodenbewegungen von kurzer Dauer. Widerstandsfähig sind Bauweisen, die bei horizontaler Belastung große Verformungen zulassen und Schwingungen aushalten. Holzkonstruktionen haben hier erhebliche Vorteile:

• Geringes Eigengewicht im Vergleich zur Tragfähigkeit
• Mechanische Verbindungsmittel, die sich unter Belastung plastisch (duktil) verformen

Bei duktilen Verbindungsmitteln wie Stabdübel oder Nägel wird eingetragene Energie nicht nur über Bewegung, sondern insbesondere über plastische Verformungen abgebaut. Diese bewirken eine Energiedissipation, also eine Verteilung der Energie, und schützen die übrigen Bereiche des Tragwerks vor einem vorzeitigen spröden Versagen.

Dies ist vergleichbar mit dem Konzept im Automobilbau: Die Knautschzone des Fahrzeugs vernichtet bei einem Aufprall die Stoßenergie durch plastische Verformung und Reibung, ohne die Sicherheit der Fahrgastzelle zu beeinträchtigen.

Schwere Geschossdecken aus Beton sind dagegen ungünstig. Die Masse wird bei Erdstößen horizontal beschleunigt und zerreißt die unteren Wände. Mehrere übereinander liegende Geschossdecken können sich in entgegengesetzte Richtung beschleunigen und das Problem vergrößern. Decken aus Holz sind leicht und elastisch. Die Gefahr der Zerstörung ist wesentlich geringer.

Gerade in Starkbebengebieten wie Japan oder Kalifornien bewähren sich Häuser in Holzbauweise seit mehreren Jahrhunderten. Mit einer sorgfältigen konstruktiven Planung verhindern Holzgebäude nicht nur Todesopfer, auch die wirtschaftlichen Schäden können deutlich reduziert werden.

Um die Erdbebensicherheit in Zukunft noch weiter optimieren zu können, hat die Berner Fachhochschule in der Schweiz vor wenigen Jahren ein großes Forschungsprojekt durchgeführt, in dem sie die dynamischen Eigenschaften von Brettsperrholzgebäuden untersuchte. Wie das vierstöckige Testgebäude die Schwingungsversuche überstanden hat, sehen Sie im Video.