8.2.1 Architektonische Überlegungen

Die Renggli AG hat sich in Sursee ein neues Wohn- und Bürogebäude gebaut, das anfangs 2003 bezogen wurde. An der Nahtstelle von Alt- und Neustadt, von neuzeitlichen Geschäftshäusern und der poetischen Surelandschaft, suchten die Architekten Scheitlin Syfrig einen zwischen den beiden Gebieten vermittelnden Ausdruck des Gebäudes. So stammt die dunkle, sägerohe Holzhaut aus der einen, die glatte, technisch aufwendige Fenstereinfassung aus der anderen Welt. Zusammen erzeugen sie ein spannungsvolles Spiel von sich im Licht verändernden Oberflächen und Stimmungen. Der in weniger als vier Wochen aufgebaute, vorfabrizierte Holzsystembau verfügt über ausgezeichnete Eigenschaften und hat sich nun bereits über eine längere Nutzungszeit bewährt.

Das neue MINERGIE-Gebäude ist ein viergeschossiger Holzsystembau, der die Resultate eines Architekturwettbewerbes von 1991 in überarbeiteter Form umsetzt. Der quadratische Bau hat einen Innenhof und wird in seinem hinteren Teil vom Flusslauf der Suhre durchbrochen. Nebst den Büroräumlichkeiten für den Eigenbedarf der Renggli AG und für diverse Drittunternehmen sind in den Obergeschossen exklusive Wohnungen sowie auf der Suhre-Insel zwei einzigartige Ateliers realisiert worden. Drei Erschliessungskerne stellen die optimale Zugänglichkeit der verschiedenen Nutzungszonen sicher.

Ein Elementbau macht dann Sinn, wenn eine möglichst grosse Zahl gleicher Elemente produziert werden kann. Deshalb wurden im Bürobereich alle Raumtiefen gleich dimensioniert und ein Raster von etwa 2,90 m x 4,75 m gewählt, welcher sich auch für die angestrebten Raumgrössen als flexibel erwies. Das Gleiche gilt natürlich auch für die Fassaden, mit Ausnahme der Wohnungen gegen die Suhrenläufe wurde im Büroteil immer das gleiche Fenster verwendet.

Die Ansprüche an die Fassadendetails und die architektonischen Vorstellungen, dass die Glasebene beim Fenster so weit vorne wie möglich sein sollte, führten zur Entwicklung des Fensterelements. Kein horizontaler Balken als Bekleidung der Storen, sondern eine entsprechend proportionierte «Brille», welche an die Fenstereinfassungen der klassischen Holzhäuser erinnert, gewährleistet die Funktionen.

Die zwei Wohngeschosse sind über den zweigeschossigen Atelierbauten bzw. dem offenen Zugang zum Innenhof angeordnet.
Bild 8.2.1: Die zwei Wohngeschosse sind über den zweigeschossigen Atelierbauten bzw. dem offenen Zugang zum Innenhof angeordnet.

Die Suhre fliesst beidseitig den Atelierbauten entlang.
Bild 8.2.2: Die Suhre fliesst beidseitig den Atelierbauten entlang.

Gebäudeschnitt durch Erschliessung/Bürobereich
Bild 8.2.3: Gebäudeschnitt durch Erschliessung/Bürobereich (links und Ansicht) sowie Wohnbereich über der Suhre.

Grundriss Erdgeschoss.
Bild 8.2.4: Grundriss Erdgeschoss.

Grundriss 2. Obergeschoss.
Bild 8.2.5: Grundriss 2. Obergeschoss.

8.2.2 Baukonstruktion

Im Bereich des nicht beheizten Untergeschosses, das teilweise durch Grundwasser beansprucht wird, ist die Gebäudehülle in Stahlbeton ausgeführt. Vom Konzept her wurde eine Ausführung mit wasserdichtem Beton gewählt, mit folgenden Optionen:

  • Nachdichtung möglich mittels Injektionen oder wasserdichter, flächiger Beschichtung.
  • Evtl. Innenwärmedämmung nachträglich möglich, falls die raumklimatischen Bedingungen zu Oberflächenkondensat im durch Grundwasser beeinflussten Bereich führen.

Wegen einer erweiterten Nutzung (Atelierwohnung) des Untergeschosses, das beidseitig an die Suhre angrenzt, wurden dort nachträglich eine Innenwärmedämmung und eine Komfortlüftung realisiert.

Auch die Erschliessungsbereiche sind, primär aus brandschutztechnischen Überlegungen, in Massivbauweise konzipiert.

Über der Stahlbetondecke UG/EG sind ansonsten sämtliche Aussen- und Innenwände, Geschossdecken und Flachdächer mit industriell vorgefertigten Holzelementen ausgeführt worden. Als Konstruktionsprinzip für den Schichtaufbau der Aussenwände wurde die Holzrahmenbauweise gewählt, welche in der Schweiz am verbreitetsten ist.

Als Randbedingung für die konstruktive Ausbildung der Gebäudehülle und der Innenbauteile galt es, neben der Statik und dem Brandschutz vor allem den Schall- und den Wärmeschutz zu beachten:

  • Einhalten der erhöhten Anforderungen gemäss Norm SIA 181.
  • Erreichen des MINERGIE-Standards.

In Räumen mit Anforderungen an die Raumakustik (Besprechung, Ausstellung, Schulung) wurde im Deckenbereich, zusätzlich zur schalltechnisch wirksamen Vorsatzschale, eine schallabsorbierende Decke realisiert.

8.2.3 Wärmeschutz/Energie

Zielvorstellung

Das Gebäude soll zukunftsorientiert gebaut werden. Weil in der Planungsphase der MINERGIE-P-Standard noch nicht definiert war, hat man sich entschieden, das Gebäude im MINERGIE-Standard zu erstellen. Die wesentlichen Bauteile weisen folgende U-Werte auf:

  • Aussenwand 0,18 W/m2·K
  • Flachdach 0,19 W/m2·K
  • Boden über UG 0,20 W/m2·K
  • Boden über Aussenluft 0,13 W/m2·K
  • Fenster 1,25 W/m2·K

Weil bei hochwärmegedämmten Gebäudehüllen der Einfluss von Wärmebrücken gross ist, wurden die relevanten Bauteilübergänge diesbezüglich näher untersucht.Dabei hat sich gezeigt, dass bei den Detaillösungen innerhalb des Holzsystembaus, bezogen auf die äussere Abmessung, generell eine «wärmebrückenfreie» Lösung vorliegt: Es ist kein zusätzlicher Wärmebrückenverlustkoeffizient Ψ zu berücksichtigen.

Zusätzliche Wärmeverluste treten jedoch beim Einbau der Fenster in den Holzrahmenbau auf, es ist beim gewählten Holz-Metall-Fenster ein Wärmebrückenverlustkoeffizient ΨEinbau von 0,14 W/m·K zu berücksichtigen.

Massnahmen und berechnete Kennwerte

Durch das Reduzieren der Transmissionswärmeverluste und durch möglichst hohe passiv-solare Energiegewinne wird mit einem Heizwärmebedarf Qh von 50,6 kWh/m2 ein Kennwert erreicht, der 25 % besser ist als der SIA 380/1-Grenzwert Qh,li.

Fassadenschnitt mit Konstruktionsaufbauten der wesentlichen Bauteile.
Bild 8.2.6: Fassadenschnitt mit Konstruktionsaufbauten der wesentlichen Bauteile.

Durch die eingebaute Lüftung mit Wärmerückgewinnung (WRG) kann gegenüber einer konventionellen Lösung mit Fensterlüftung der Lüftungswärmeverlust und somit auch der Heizwärmebedarf wesentlich reduziert werden. Beim vorliegenden Objekt resultiert dadurch ein Energieverbrauch «Wärme», der gegenüber einem analogen Gebäude, das nur gerade den Grenzwert Qh,li erreicht, noch etwa 50 % beträgt. Bei dieser Betrachtung wurde der Strom für die Lüftung mitberücksichtigt.

Der Energiebedarf für Heizung und Warmwasser wird mit zwei Grundwasser-Wärmepumpen abgedeckt, die eine Jahresarbeitszahl von etwa 4 aufweisen. Im Vergleich zu einer Ölheizung beim «Standardbau mit Qh = Qh,li» kann damit der Energieverbrauch auf 14 % reduziert werden. Statt 41’500 Liter Heizöläquivalent wird das optimierte Gebäude für Heizung und Warmwasser umgerechnet nur noch 5’600 Liter Heizöläquivalent verbrauchen.

Wärmebrückenfreier Übergang von der Wand- zur Flachdachkonstruktion, ohne den zu berücksichtigenden Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ.
Bild 8.2.7: Wärmebrückenfreier Übergang von der Wand- zur Flachdachkonstruktion, ohne den zu berücksichtigenden Wärmebrückenverlustkoeffizienten Ψ. Bezogen auf die äussere Abmessung (Bruttomasse) wird der Wärmebrückenverlustkoeffizient Ψe negativ!

Beim seitlichen Fensteranschlag
Bild 8.2.8: Beim seitlichen Fensteranschlag (Holz-Metall-Fenster in Holzrahmenbau-Aussenwand) resultiert ein eher hoher Wärmebrückenverlustkoeffizient ΨEinbau, der bei energetischen Betrachtungen zu berücksichtigen ist.

Berechnungsbasis war die Empfehlung SIA 380/1, Ausgabe 1988 und die MINERGIE-Anforderung Stand 2001. Für die gemischte Nutzung «Geschäftshaus/Wohnen» musste ein Anforderungswert «gewichteten Energiekennzahl Wärme» von 41,6 kWh/m2 eingehalten werden; erreicht werden 24,4 kWh/m2, womit der Grenzwert um 41 % unterschritten wird.

8.2.4 Schallschutz

Die Anforderungen an den Luft- und Trittschallschutz zwischen unterschiedlichen Nutzungseinheiten sind in Norm SIA 181, abhängig vom Grad der Störung und der Lärmempfindlichkeit, verbindlich festgelegt. Für die Beurteilung des Schallschutzes war bei diesem Projekt die Ausgabe 1988 der Norm SIA 181 gültig.

Beim Wohn- und Geschäftshaus der Renggli AG hat die Bauherrschaft die erhöhten Anforderungen verlangt.

Bei Holzbauten ist es wesentlich anspruchsvoller, den erhöhten Schallschutzanforderungen zu entsprechen und den Schallschutz rechnerisch zu dimensionieren, als bei Massivbauweise. Qualitätskontrollen mittels Schallmessungen sind deshalb wichtig und für einen Zuwachs an Know-how unverzichtbar. Diverse Luft- und Trittschallmessungen haben gezeigt, dass mit den gewählten Holzbaukonstruktionen die erhöhten Anforderungen erreicht werden konnten.

Geschossdecke mit Einfluss der biegeweich abgehängten Vorsatzschale aus Gipskartonplatten. Nur mit der geplanten Deckenbekleidung können die erhöhten Anforderungen an den Luft- und Trittschallschutz garantiert werden.Das Luftschalldämmvermögen der Konstruktion kann dank biegeweich abgehängter Decke um 7 dB verbessert werden und der Trittschallschutz sogar um 12 dB.
Bild 8.2.9: Geschossdecke mit Einfluss der biegeweich abgehängten Vorsatzschale aus Gipskartonplatten. Nur mit der geplanten Deckenbekleidung können die erhöhten Anforderungen an den Luft- und Trittschallschutz garantiert werden. Das Luftschalldämmvermögen der Konstruktion kann dank biegeweich abgehängter Decke um 7 dB verbessert werden und der Trittschallschutz sogar um 12 dB.

Bürotrennwand: Vom Konstruktionsaufbau her hat diese Wand sicherlich das Potenzial, ein bewertetes Schalldämmmass R’w von 60 dB zu erreichen. Dass dieses Potenzial bei einer Messung nicht erreicht wurde, ist mit grosser Wahrscheinlichkeit auf starre Verbindungen zwischen den beiden Tragstrukturen zurückzuführen. Das Verbesserungsmass der Vorsatzschale wird dadurch wesentlich reduziert.
Bild 8.2.10: Bürotrennwand: Vom Konstruktionsaufbau her hat diese Wand sicherlich das Potenzial, ein bewertetes Schalldämmmass R’w von 60 dB zu erreichen. Dass dieses Potenzial bei einer Messung nicht erreicht wurde, ist mit grosser Wahrscheinlichkeit auf starre Verbindungen zwischen den beiden Tragstrukturen zurückzuführen. Das Verbesserungsmass der Vorsatzschale wird dadurch wesentlich reduziert.

Wohnungstrennwand: Mit einem bewerteten Schalldämmmass R’w von 56 dB gewährleistet diese Wand bei eher grossem Empfangsraumvolumen im Vergleich zur Trennbauteilfläche die erhöhte Anforderung an den Luftschallschutz von DnT,w ≥ 57 dB.
Bild 8.2.11: Wohnungstrennwand: Mit einem bewerteten Schalldämmmass R’w von 56 dB gewährleistet diese Wand bei eher grossem Empfangsraumvolumen im Vergleich zur Trennbauteilfläche die erhöhte Anforderung an den Luftschallschutz von DnT,w ≥ 57 dB.

Büro- und Zimmertrennwand intern: Mit einem bewerteten Schalldämmmass R’w von etwa 42 dB gewährleistet diese Trennwand einen ähnlichen Schallschutz wie eine dünne, beidseitig verputzte Backsteinwand. Solche Trennwände genügen zwischen Räumen der gleichen Nutzungseinheit, wenn keine Anforderungen an die Vertraulichkeit gestellt werden.
Bild 8.2.12: Büro- und Zimmertrennwand intern: Mit einem bewerteten Schalldämmmass R’w von etwa 42 dB gewährleistet diese Trennwand einen ähnlichen Schallschutz wie eine dünne, beidseitig verputzte Backsteinwand. Solche Trennwände genügen zwischen Räumen der gleichen Nutzungseinheit, wenn keine Anforderungen an die Vertraulichkeit gestellt werden.

8.2.5 Brandschutz

In enger Zusammenarbeit mit der Brandschutzbehörde

des Kantons Luzern wurde für dieses mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise ein objektbezogenes Brandschutzkonzept erarbeitet. Gestützt auf Artikel 11 der gültigen VKF-Brandschutznorm (Ausgabe 1993) ergeben sich unter anderen folgende Brandschutzmassnahmen:

Brandschutzkonzept
Bild 8.2.13: Brandschutzkonzept (Baueingabe): Schnitt.

Fluchtwege

Anzahl Treppenanlagen

  • 3 Fluchttreppenhäuser

Feuerwiderstand Treppenhäuser

  • F60 (nicht brennbare Massivbauweise)
  • T30-Türen zu Wohnungen
  • R30-Türen zu Büro- und Kombizone

Feuerwiderstand Korridore

  • F30bb / R30

Feuerwiderstand Kombizone

  • F30bb / R30

Ausbau

  • Nicht brennbare Wand- und Deckenoberflächen/
    -bekleidungen (BKZ 6q.3);
  • Nicht brennbare Treppenkonstruktion
  • Brennbare Bodenbeläge (BKZ 4.2)
Brandschutzkonzept mit Fluchtwegen
Bild 8.2.14: Brandschutzkonzept mit Fluchtwegen (Baueingabe): Grundriss EG.

Tragwerk

UG

  • F60 (nicht brennbare Massivbauweise)

Wohnbereich EG, 1. und 2.OG

  • F30bb

Bürobereich EG und 1. OG

  • F30bb

Oberstes Geschoss

  • Ohne Feuerwiderstand

Brandabschnitte

Treppenanlagen

  • Siehe Fluchtwege

Liftschächte

  • Kein Brandabschnitt zu Treppenhaus
  • F60 / A30 zu Wohnungen im 3. OG

Korridore/Kombizone

  • Siehe Fluchtwege

UG

  • F60 / T30

EG, 1. bis 3. OG

  • F30bb / T30 (evtl. R30)

Aussenwände

Feuerwiderstand

  • F30bb
Detail: Korridortrennwand-Decke im Bürotrakt.
Bild 8.2.15: Detail: Korridortrennwand-Decke im Bürotrakt.

Aussenwandbekleidung

  • Holz oder Holzwerkstoffe BKZ 4.3

Technische Massnahmen

Sprinkleranlage

  • Sprinkleranlage als Vollschutz im Büro- und Wohnbereich

Haustechnische Anlagen

  • Ausführung gemäss Vorschrift

Nasslöschposten

  • Anzahl gemäss Vorschrift

Schlussfolgerung

Die Realisierung einer Holzbauweise für dieses viergeschossige Gebäude ist in Kombination mit einem Sprinklervollschutz im Büro- und Wohnbereich möglich. Weil mit dem Sprinklervollschutz eine Brandausbreitung über die Fassade stark eingeschränkt wird, ist die Montage einer Aussenwandbekleidung in Holz ebenfalls ohne zusätzliche Massnahmen möglich. Das klare und einfache Fluchtwegkonzept gewährleistet eine hohe Personensicherheit.

Detail: Aussenwand-Decke im Bürotrakt.
Bild 8.2.16: Detail: Aussenwand-Decke im Bürotrakt.

8.2.6 Ingenieurholzbau

Der Neubau der Renggli AG in Sursee besteht aus zwei verschiedenen Gebäudeteilen mit unterschiedlichen Tragsystemen.

Bürotrakt

Der dreigeschossige, U-förmige Bürotrakt enthält als statisches Haupttragwerk einen Skelettbau. Die Raumaufteilung mit der mittigen etwa 2 Meter breiten Erschliessungszone (Korridor) und den seitlichen Büroräumen (etwa 4,8 Meter breit) gliedert den ganzen Gebäudetrakt. Diese klare Struktur ergibt einen sinnvollen Stützenraster für den Holzbau. Neben dem Korridor stehen in einem Abstand von 2,9 Meter tragende Holzstützen. Die Aussenwände mit den grossen Fensteröffnungen sind tragend ausgebildet. Die Lasten werden via integrierte Kerto-Unterzüge auf die, dem Raster entsprechend positionierten, tragenden Hauptstützen geleitet.

Die vertikale Lastabtragung durch die Geschossdecken erfolgt bei den Innenstützen mit Stahlteilen. Bei den Aussenwänden sind die tragenden Stützen oben ausgeklinkt.

Zur Gewährleistung sehr geringer Setzmasse erfolgt die vertikale Lastabtragung somit ausschliesslich durch stehende Hölzer. Die Decken über den Büroräumen sind als Rippenplatten ausgebildet. Diese sind auf dem Kerto-Träger (Aussenwand) und an einen integrierten Querträger (zwischen den Korridor-Stützen) aufgelagert. Über der Korridorzone sind entsprechend der Spannweite kleine Balkenquerschnitte eingesetzt worden. Diese Platzersparnis kann so optimal für die Führung der Hauptleitungen der Lüftungs- und Sprinkleranlage genutzt werden.

Auflage Decke bei Aussenwand auf Kerto-Unterzug.
Bild 8.2.17: Auflage Decke bei Aussenwand auf Kerto-Unterzug.

Stützenraster im Korridorbereich.
Bild 8.2.18: Stützenraster im Korridorbereich.

Wohntrakt

Der Gebäudeteil über dem Fluss besteht in den ersten zwei Geschossen aus je zwei freistehenden Atelierwohnungen, welche als Ecktürme auf der künstlichen Suhre-Insel positioniert sind. Die vier grosszügigen Wohnungen im 2. und 3. Obergeschoss überspannen den zum Gebäude liegenden Flusslauf sowie die ganze Insel. Der offene Bereich unter den Wohnungen misst in der Breite etwa 17,5 Meter und in der Länge etwa 14,0 Meter (inklusive Balkonauskragung). Diese grosse Fläche ist möglichst transparent überdeckt. Sechs runde Holzstützen in zwei Stützreihen mit darüberliegenden Unterzügen bilden die tragende Substanz der Wohnungen. Weil die Stützen nicht in der Ebene der Aussenwand stehen, galt es, die Aussenwand entsprechend abzufangen. Eine stützenfreie Spannweite von über 17 Meter ist nicht wirtschaftlich realisierbar, weil die vielen Fenster in der Aussenwand kaum einen Fachwerkträger über die gesamte Geschosshöhe zulassen. Zur Lösung werden die in der Gebäudemitte liegenden, querlaufenden Wohnungstrennwände beigezogen. Diese zweischalige Trennwand ist mit zwei fünfschichtigen Grossformatplatten (3 x 11 Meter, Plattendicke 100 mm) als Kragarmträger konstruiert. An diesen Kragarmträgern sind die in der Aussenwand integrierten Unterzüge als Durchlaufträger aufgehängt. Zwischen den Ecktürmen und den Treppenhäusern tragen je drei Unterzüge die grossen Einzellasten ab. Auf dieser Unterkonstruktion sind die Bodenelemente vollflächig verlegt. Dadurch entsteht eine Plattform, auf welcher der «zweigeschossige» Wohnungsbau (2. und 3. OG) konventionell konstruiert worden ist.

Wohntrakt: Haupttragwerk Holzbau über dem Fluss
Bild 8.2.19: Wohntrakt: Haupttragwerk Holzbau über dem Fluss (EG und 1. OG).

Wohntrakt: Plattform als Unterkonstruktion für das 2. und 3. Obergeschoss.
Bild 8.2.20: Wohntrakt: Plattform als Unterkonstruktion für das 2. und 3. Obergeschoss.

Aussteifung

Die auftretenden Wind- oder Erdbebenlasten werden durch die Geschossdecken, welche als Scheiben ausgebildet sind, bis zu den Treppenhaustürmen geleitet. Verbindungsteile aus Stahl leiten die Kräfte in die aussteifenden Betonbauteile.

8.2.7 Bauausführung

Die folgenden Fotos geben einen Überblick über die Bauausführung.

8.2.8 Qualitätskontrolle/Nutzungserfahrungen

Durch eine systematische Qualitätskontrolle über ein erstes Betriebsjahr sollen für den mehrgeschossigen Holzbau wesentliche Erkenntnisse gewonnen werden. Insbesondere soll dadurch auch die Sicherheit gegeben werden, dass mit der gewählten Bauweise, unter Verwendung von industriell vorgefertigten Holzelementen, die Anforderungen in den Bereichen Behaglichkeit, Wärme- und Schallschutz sowie Luftdichtheit eingehalten werden können.

Behaglichkeit

Im ersten Sommerhalbjahr wurde der Wärmeschutz im Sommer bemängelt. Durch konsequenteren Einsatz des Sonnenschutzes und ein optimiertes Lüftungsverhalten (Nachtauskühlung) konnte die Situation verbessert und über das ganze Jahr konnten behagliche Verhältnisse erreicht werden.

Schallschutz und Raumakustik

Die Referenzmessungen haben gezeigt, dass die erhöhten Anforderungen gemäss Norm SIA 181 (Ausgabe 1988) eingehalten werden konnten.

Mit den in grösseren Räumen ausgeführten Gipsloch-Akustikdecken sind sehr angenehme raumakustische Verhältnisse erzielt worden.

Luftdichtheit

Die Luftdichtheit der Gebäudehülle wurde von der EMPA mittels Blower-Door-Messungen am 5. und 11. Februar 2003 geprüft. Die Messergebnisse wurden nach verschiedensten Kriterien ausgewertet (nl,50 und va,4), womit aufgezeigt werden konnte, dass die geltenden Anforderungen eingehalten worden sind.

Wichtig waren auch die gewonnenen Erkenntnisse bezüglich Fehlstellen:

  • Luftdundichtheiten bei Hebeschiebefenstern.
  • Eher hohe Luftundichtheiten innerhalb der thermischen Gebäudehülle, zwischen differenten Nutzungseinheiten.
  • Luftundichtheiten bei Cheminéeofen und Küchenventilator.
Die Abluft wird nach Abkühlung im Wärmetauscher via Hinterlüftung nach aussen geführt.
Bild 8.2.21: Die Abluft wird nach Abkühlung im Wärmetauscher via Hinterlüftung nach aussen geführt.

Ein in Kippstellung arretiertes Fenster führt zu einem grossen Lüftungswärmeverlust.
Bild 8.2.22: Ein in Kippstellung arretiertes Fenster führt zu einem grossen Lüftungswärmeverlust.

Gebäude von Südosten betrachtet: Es sind keine signifikanten, wärmetechnischen Schwachstellen oder Luftundichtheiten sichtbar.
Bild 8.2.23: Gebäude von Südosten betrachtet: Es sind keine signifikanten, wärmetechnischen Schwachstellen oder Luftundichtheiten sichtbar.

Auch bei den zum Hof hin orientierten Fassaden sind keine Einflussfaktoren von Wärmebrücken oder luftundichten Stellen feststellbar.
Bild 8.2.24: Auch bei den zum Hof hin orientierten Fassaden sind keine Einflussfaktoren von Wärmebrücken oder luftundichten Stellen feststellbar.

8.2.9 Weitere Angaben zum Objekt