Konservierung und Beständigkeit pflanzlicher Stäbe

Ein oft gehörtes Argument gegen natürliche Werkstoffe ist die Behauptung, sie wären nicht zeitbeständig und witterungsfest.
Zunächst sei angemerkt, dass besonders bei Stahl und Beton große Probleme hinsichtlich Verwitterung bestehen, die umso gefährlicher sind, da sie oft nicht zu Tage treten. Versteckte Defekte in tragenden Bauteilen können katastrophale Konsequenzen haben. Stahl ist wie bekannt sehr korrosionsgefährdet und nur durch teure umweltbelastende Verfahren auf Zeit zu schützen. Eine Verzinkung z.B. hält ca. 20 Jahre. Die Sanierungsmaßnahmen für Stahlbetonbrücken verschlingen jährlich Unsummen, ganz zu schweigen von den Sicherheitsrisiken.
Es gibt eigentlich keine unverwüstlichen Werkstoffe und wenn doch, dann sind sie hinsichtlich Ökologie abzulehnen. Pflanzliche Stäbe z.B. aus Holz sind von Natur aus mit Schutzmechanismen ausgerüstet, die je nach Holzart mehr oder weniger ausgeprägt sind. Wird also nur die dem Anwendungsfall gemäß richtige Holzart verwendet, ist eine langfristige Beständigkeit gesichert. Darüber hinaus gibt es die ganze Bandbreite üblicher und bekannter Holzschutzmaßnahmen auf natürlicher oder chemischer Basis. Holzbauten stehen heute in der Beständigkeit keiner anderen Bauweise nach, eher im Gegenteil.

Bambus ist durch seinen relativ hohen Stärkegehalt bevorzugte Nahrung für bestimmte Schädlinge. Der Stärkegehalt schwankt allerdings im Jahreswechsel der Pflanze und kann durch zeitgemäßes Ernten im Winter günstig beeinflusst werden. Abgesehen davon ist der Befall immer von der Innenseite zu erwarten, da der Bambus eine äußerst harte Randschicht aufweist, undurchdringlich für alle Schädlinge. Die Systemtechnik trägt diesem Umstand Rechnung und verschließt den Hohlraum hermetisch. Im Übrigen kann Bambus ähnlich wie Holz behandelt werden.

Mit Bambus ist aber noch eine besondere Strategie zur Konservierung, mit der Option ein ganzes Tragwerk statisch zu überwachen, möglich. Es funktioniert begünstigt durch die systematische Verbindungstechnik. Alle Hohlräume sind in den Knoten durch zentrisch axiale Bohrungen verbunden. Diese Bohrungen entstehen automatisch beim Fräsen der Verbindungselemente mit dem führenden zentrischen Bohrer des Werkzeuges. Die Bohrungen eines Knotens treffen sich immer in einem Punkt, da dieses der Geometrie des Stabwerkes entspricht. Da nun alle Hohlräume miteinander verbunden sind, aber gleichzeitig nach außen dicht abschließen, ist es möglich eine neuartige Gebäudetechnik genannt Hohlraummanagement anzuwenden. Es handelt sich dabei um Drucksensorik und ein Druckregelventil im geschlossenen Regelkreis das von einem Druckbehälter mit inertem Gas, z.B. Stickstoff, gespeist wird. Der Druck des Systems wird dabei nur gering, ca. 100mbar über dem atmosphärischen Druck eingeregelt. Das Gas verdrängt den Luftsauerstoff aus dem inneren des Tragwerkes und sorgt damit praktisch für eine keimfreie innere Atmosphäre, die zusätzlich auch feuerhemmend wirkt. Sobald ein Druckabfall detektiert wird, ist zwangsläufig auf einen mechanischen Defekt zu schließen. Durch Alarm und z. B. Einfärbung des Gases kann man die Fehlstelle sichtbar machen und sofort reagieren. Der Mechanismus schließt auch die Überwachung gegen Gewalteinwirkung oder Feuer mit ein, eben jeder mechanische Defekt wird sofort erkannt. Dieses Hohlraummanagement ist auch in den Ansprüchen des Patentes berücksichtigt.

Ein weiterer sehr interessanter Effekt soll hier nicht unerwähnt bleiben: Die schon ausgeführten Mechanismen statisch überbestimmter Stabtragwerke bescheren einen willkommenen Nebeneffekt zur beständigen Erhaltung komplexer Bauwerke. Denn durch diese Überbestimmtheit können jederzeit einzelne Stäbe entfernt werden, ohne die Gesamtheit der Statik zu beeinträchtigen. Da sich z.B. defekte Stäbe einfach durch Sägeschnitte unmittelbar über den Knoten entfernen lassen, kann anschließend die Verbindung mit dem Systemwerkzeug und einer Handbohrmaschine nachgearbeitet werden. Nun ist der ursprüngliche Zustand des Knotens vor dem Einsetzen des Stabes wieder hergestellt und ein neuer Stab kann eingesetzt werden. Um diesen Stab problemlos einführen zu können, wird er in der Mitte geschäftet und zusammen mit den Verbindungen verleimt. Der neue Stab ist fest und beständig wie jeder andere Stab des Tragwerkes. Auf diese Weise kann ein Bauwerk kontinuierlich ganz bequem von Grund auf erneuert werden. Ein Bauwerk aus pflanzlichen Stäben hat demnach eine unbegrenzte Lebensdauer.

Brandschutz mit pflanzlichen Stäben

Sehr oft wird als Nachteil der Brandschutz angeführt. Hierzu zunächst einige grundsätzliche Überlegungen.

In einem Bauwerk existieren neben dem eigentlichen Tragwerk die verschiedensten Einbauten und Materialien. Der Umstand der Brennbarkeit des Tragwerkes selbst sagt noch nichts aus über das Verhalten des Bauwerkes im Falle eines Brandes.

Ein Tragwerk mit pflanzlichen Stäben ist vom Volumenanteil aller im Bauwerk vorhandenen Werkstoffe relativ gering einzuschätzen. Den höchsten Anteil macht meist der Isolierstoff zur Wärmedämmung aus. Weiterhin sind die Abstände der pflanzlichen Stäbe in einem Stabtragwerk gleichmäßig und relativ weit voneinander entfernt. Dieses erschwert den initialen Ausbruch eines Feuers beträchtlich. Die Stäbe selbst sind zylindrisch rund ohne Ecken und Kanten. Wer schon mal ein Lagerfeuer angezündet hat weiß, dass ohne schwaches angehäuftes Holz mit entsprechend großer Oberfläche unmöglich Feuer angefacht werden kann. Alleine der Umstand, dass Holz brennbar ist, reicht also nicht aus, um von einer erhöhten Brandgefahr auszugehen. Wenn Feuer ausbricht, dann in erster Linie weil andere vorhandene Stoffe sehr viel leichter entzündbar sind.

Wenn also ein Feuer ausgebrochen ist - und das würde in einem Bauwerk mit Stahltragwerk genauso passieren - stellt sich die Frage, die Statik der Konstruktion unter Hitzeeinwirkung reagiert. Stahl ist bekanntermaßen ein sehr guter Wärmeleiter. Im Brandfall ist dieses fatal, weil vom Brandherd ausgehend die Hitze rasend schnell in alle möglichen Richtungen geleitet wird und dadurch sich das Feuer unkontrolliert ausbreitet. Hinzu kommt, dass Stahl unter Hitze mechanisch versagt, also zwangsläufig kollabiert. (11.Sept!) Stabtragwerke mit pflanzlichen Stäben dagegen sind gute Wärmeisolatoren und leiten keine Wärme aus Brandherden weiter. Das Feuer kann also leichter lokal bekämpft werden. Weiterhin bleibt die mechanische Tragfähigkeit voll erhalten, solange der entsprechende Querschnitt noch übrig bleibt, und dafür steht relativ viel Zeit zum Löschen zur Verfügung.

Im Kapitel davor wurde das Hohlraummanagement beschrieben. Im Brandfall mit Bambus würde auch zunächst viel Zeit vergehen, bis die äußere Schicht der Stäbe zerstört wäre. Nachdem ein Leck entstanden ist, würde Stickstoff austreten. Wenn dieses in einem Hohlraum geschieht, z.B. hinter einer Verschalung, würde das Feuer automatisch erstickt und gleichzeitig Alarm ausgelöst. An einer offenen Stelle des Tragwerkes würde zumindest das Feuer gebremst, aber keines Falles durch Kamineffekt der Hohlräume angefacht, was ohne Hohlraummanagement der Fall sein könnte.

Man sieht also, dass überraschenderweise der gemäß der allgemeinen Vermutung gegenteilige Effekt auftritt, also ein höherer effektiver Brandschutz von pflanzlichen Stäben ausgeht als dieses bei Tragwerken mit Stahl der Fall wäre.

Bauvorschriften und Genehmigungsverfahren für pflanzliche Stäbe

Die Landesbauordnungen unterscheiden zwischen geregelten, nicht geregelten und sonstigen Bauprodukten.

Geregelte Bauprodukte entsprechen den in der Bauregelliste A Teil 1 bekannt gemachten technischen Regeln oder weichen nicht wesentlich davon ab. Geregelte Bauprodukte dürfen verwendet werden, wenn ihre Verwendbarkeit in dem für sie geforderten Übereinstimmungsnachweis bestätigt ist und sie deshalb das Übereinstimmungszeichen (Ü-Zeichen) tragen.

Im Falle der pflanzlichen Stäbe handelt es sich einerseits um Rund- oder Kantholz das nach DIN 4074 geregelt ist. Nach entsprechendem Sortieren kann der Hersteller eine Übereinstimmungserklärung verfassen und somit Konformität mit der Bauregelliste bestätigen. Damit dürfen solche Stäbe nach der Landesbauordnung verwendet werden.

Die Verbindungselemente entsprechen als Baufurniersperrholz nach DIN 68705 ebenso der Bauregelliste.

Als Verbindungsmittel findet Klebstoff nach DIN EN 204 der Beanspruchungsgruppe D4 Verwendung.

Der statische Nachweis der Tragwerke ist nach Schwierigkeitsgrad normal zu erbringen, wie mit jeder anderen Bauweise.

Die Verwendung von Bambus erfordert in Deutschland eine Zustimmung im Einzelfall.

Zukunftsperspektive für Stabtragwerke mit pflanzlichen Stäben

Unter Berücksichtigung der ausgeführten Vorteile pflanzlicher Stäbe, die sich jetzt durch die neu entwickelte Systemtechnik in vollem Umfang auswirken, kann davon ausgegangen werden, dass in allernächster Zukunft Tragwerke, die man aus Stahl gebaut hätte ,nun nach und nach mit pflanzlichen Stäben realisiert werden können und werden.

Die enorme Gewichtseinsparung in solchen Tragwerken ermöglicht sogar wesentlich kühnere Konstruktionen als bisher. Den Superlativen der Architektur wird eine neue Dimension hinzugefügt.

Die Bauten der nahen Zukunft mit pflanzlichen Stäben werden absolut erdbebensicher sein und dem Menschen neue Lebensqualität durch großzügige stützenfreie Bauweisen im Einklang mit der Ökologie bei gleichzeitig niedrigen Kosten bescheren.