Donnerstag, den 23. Nov 2017

Tragende Fassade aus Betonfertigteilen

Betonfertigteile können gestalterische und statische Funktionen vereinen. Ein Paradebeispiel ist ein neues Büro- und Geschäftsgebäude in Wuppertal Elberfeld.

Neubau »Ohligsmühle« in Wuppertal Elberfeld, Foto: Yasar / Ed. Züblin AG

Direkt an der Schwebebahn-Haltestelle „Ohligsmühle“ gelegen, prägt der Neubau eines repräsentativen Büro- und Geschäftsgebäude im Wuppertaler Zentrum das Stadtbild. Plastisch geformte Sichtbetonelemente mit bodentiefen Fenstern bilden die markante Gebäudehülle, die in sich klar und gleichmäßig strukturiert ist. Gleichzeitig strahlt das Fassadenbild Lebendigkeit aus, denn asymmetrische Betonelemente sorgen für ein wechselndes Licht- und Schattenspiel. Der Beton trägt das Gebäude von außen und macht Innenstützen an der Fassade entbehrlich.

Der 5- bis 6-geschossige Gebäudekomplex wurde mit einer innovativen Fassadentechnik der Ed. Züblin AG gebaut. Betonteile übernehmen wesentliche Tragwerksfunktionen. Die Fassade läuft innen stützenfrei über die gesamte Geschossfläche. Die Decke wird mittels thermischer Trennung an die Riegelstützen angeschlossen. Diese Lösung dürfte zukunftsweisend sein. Architekten und Bauplanern eröffnen sich planerische Freiheiten in der Fassadengestaltung. Bauherren gewinnen eine größere zu vermietende Grundfläche und mehr Flexibilität bei der Raumaufteilung. Denn Trennwände können nahezu beliebig an die Fassade angeschlossen werden, ohne dass Innenstützen die Gestaltungspläne einschränken.

Detailzeichnung der Fassadenkonstruktion. Grafik: Ed. Züblin AG

Die Betonfassade wurde in nur rund zehn Monaten entwickelt und realisiert. Die Planung startete im September 2011, die Montage begann im Januar 2012. Bereits im Juni 2012 fand das Richtfest statt. Voraussetzung für das ambitionierte Bauvorhaben war eine enge Zusammenarbeit zwischen Architekturbüro, Tragwerksplaner und Fertigteilwerk. Schon zu einem sehr frühen Projektzeitpunkt starteten die Spezialisten den interdisziplinären Austausch. Die Architekten von HPP entwickelten einen Entwurf, der Stützen und Riegel in der geometrischen Grundform eines rechtwinkligen Dreiecks vorsah. Die Tragwerksplaner der Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft sahen von der Montage massiver Betonwerksteine an der Fassade ab und schlugen stattdessen vor, die Fassade außen tragend auszuführen. Das Züblin Fertigteilwerk Gladbeck entwickelte diesen Vorschlag konsequent weiter. Das Planungsteam fasste gemeinsam den Entschluss, ganze Fassadenelemente zusammenzufassen und den Betonwerkstein zum tragenden Element zu machen. Hierzu werden die Stützen über die Riegel miteinander verbunden, um großformatige Fassadenelemente herstellen und montieren zu können. Insgesamt werden 1.215 Stützen unter Einsatz von 180 Tonnen Bewehrungsstahl zu 770 Elementen zusammengefasst. Das Gesamtgewicht aller Fertigteilelemente beträgt rund 2.600 Tonnen.

Eine besondere gestalterische Herausforderung lag in den Kreuzungspunkten zwischen Riegel und Stützen. Hier überschneiden sich die Linien des gleichschenkeligen Dreiecks der Stütze und des ungleichschenkeligen Dreiecks des Riegels, sodass zwei Dachflächen mit unterschiedlichen Neigungen aufeinandertreffen. Diese Herausforderung ließ sich durch die Fertigteilbauweise meistern. Denn so können auch scharfkantige Kreuzungspunkte ohne Fugenanteile hergestellt werden, was ästhetische und funktionale Vorteile mit sich bringt.

Das Planungsteam erprobte frühzeitig die Durchführbarkeit aller Vorhaben. Zu diesem Zweck fanden Bemusterungstermine im Fertigteilwerk Gladbeck statt. Der Bauherr konnte vergleichbare 1:1-Muster und Fertigteile in Augenschein nehmen und sich von der Leistungsfähigkeit moderner Fertigteiltechnologie überzeugen. Die Konsequenz: Tragende Fassadenstützen aus Beton wurden als Sondervorschlag in die GU-Ausschreibung aufgenommen.

Muster der Schalung zur Abstimmung der Schrägen und zu demontierenden Schalungsteile. Foto: Rößner / Ed. Züblin AG

Im Rahmen der Ausführungsplanung erfolgte die Ausarbeitung aller Details. Es wurde viel Wert auf die geometrische Umsetzung der Entwurfsidee gelegt. Zudem galt es besonders, die Statik des Gebäudes und die technologischen Möglichkeiten bei der Herstellung von Fertigteilen zu beachten. Die Aufteilung der Fassade in die einzelnen Fertigteilelemente wurde vor allem unter dem Aspekt der Fugenreduzierung und unter Wahrung eines möglichst einheitlichen Fugenbildes vorgenommen. Die Einzelelemente wurden auf maximale Abmessungen von 3,50 auf 8 Meter begrenzt, um einen reibungslosen Transport über die Straße zu gewährleisten. Die beengten Platzverhältnisse an der Baustelle ließen den Einsatz von Mobilkränen nicht zu. Das Gewicht je Betonelement durfte daher 8 Tonnen nicht überschreiten, damit die Montage mit Hochbaukränen durchgeführt werden konnte.

Die Schalungsbauer vom Züblin Fertigteilwerk Gladbeck fertigten 1:1-Modelle der Kreuzungspunkte an. Die einzelnen Schrägen wurden mit dem Architekturbüro diskutiert, um gestalterischen und technologischen Anforderungen Rechnung zu tragen. Nach Detailabstimmung der Spezifikationen bauten die Handwerker insgesamt 34 Fertigteilvarianten im Schalungsbau auf. Das Standardelement umfasste drei Stützen, die mit einem durchgehenden Riegelelement verbunden sind. Neben dem Standardelement entwickelten die Spezialisten 28 Sonderelemente.

In Präzisionsarbeit fertigten die Schalungsbauer robuste Holzschalungen, die eine gleichbleibende Sichtbetonoberfläche bei bis zu 50 Durchläufen garantieren (vergleichbar mit Sichtbetonklasse SB4). Die später an der Fassade sichtbaren Flächen befanden sich jeweils am Schalungsboden. Einschnürungen und Konsolen wurden im Schalungsbau so ausgebildet, dass sie nach Aushärtung des Betons leicht demontiert und wieder montiert werden konnten.

Eckstütze EG mit anbetoniertem Kopfbalkenstück. Foto: Rößner / Ed. Züblin AG

Aus dem ersten Prototyp der Schalung gossen die Betonfertigteiltechniker ein 1:1-Muster für das Standardelement. Anhand dessen wurden die Kantenausbildung, die Montierbarkeit und das Erscheinungsbild getestet und abschließend festgelegt. Der Auftraggeber wählte für die Fassadengestaltung einen hellen Elfenbein-Ton. Das Züblin Fertigteilwerk Gladbeck entwickelte daher einen speziellen, selbstverdichtenden Beton mit Weißzement. Das Material wurde nach Ausschalen und Nachbehandlung im Werk hydrophobiert, um die Oberflächen besser vor Feuchtigkeit und Verschmutzung zu schützen. Mit den durchgefärbten Betonelementen entsteht ein homogenes Fassadenbild, das mit Ausnahme von Reinigungsarbeiten über Jahrzehnte nahezu wartungsfrei bleibt.

Die Übergänge zwischen den tragenden Bauteilen wurden mit einer Vergussfuge ausgeführt. Zur Kraftübertragung schraubte das Fertigteilwerk Gladbeck einen Bewehrungsstab mit einem Durchmesser von bis zu 32 Millimeter ein. Zur Fugenabdichtung wurde schon während des Betoniervorgangs ein spezielles Dichtungsprofil eingebaut, sodass keine nachträgliche Verfüllung mit Fugenmörtel erforderlich war. Das Fugenprofil übernimmt die Funktion einer »verlorenen Schalung« und wird nicht entfernt.

Die Produktion der Betonfertigteile erfolgte über einen Zeitraum von rund 6 Monaten im 2-Schichtbetrieb. Nach der Qualitätssicherung wurden die Fertigteile auf Innenladerpaletten verladen und in Einbaulage zur Baustelle transportiert.

Der Montageablaufplan gab mit wöchentlich einem Geschoss pro Bauteil eine hohe Taktung vor. Der stramme Zeitplan war nur durch eine sehr hohe Vorfertigungsrate im Werk einzuhalten. Hochbaukräne hieften die einzelnen Elemente direkt von der Transportfläche des Lkw an den vorgesehenen Platz. In die Fertigteile und in die Ortbetondecke wurden Hülsendübel eingelassen. Anschließend wurden die Fassadenelemente mit Schrägspießen montiert, ausgerichtet und vergossen. Danach stellten die Handwerker bauseitig die Ortbetondecke her.

Die imposanten Erdgeschossstützen mit einer Geschosshöhe von rund 4,70 Metern mussten unterhalb des Deckenriegels getrennt werden, damit sie die maximalen Transportmaße nicht überschreiten. Die Regelbauweise begann ab dem ersten Obergeschoss. Die rund 3,50 Meter hohen und 5,40 Meter breiten Standardelemente bilden jeweils eine Geschosshöhe und sind etagenweise übereinander gesetzt. Sonderelemente bilden insbesondere die spitz zulaufenden Außen- und Innenecken der Gebäudehülle.

Aufgrund plastisch hervortretender Monitore ab dem ersten und zweiten Obergeschoss können die Lasten für diese Etagen nicht direkt über die Stützen abgetragen werden. Hierzu kamen Kragarmelemente zum Einsatz. Für die Montage größerer Fertigteile wurden die nichttragenden Stützen getrennt. Auch die Fassaden der Dachgeschosse erforderten eine Sonderlösung. Die Fläche für den Anschluss der Dachabdichtung musste unter Einhaltung der geometrischen Vorgaben von vornherein in die Fertigteile integriert werden.

Durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Architekten, Tragwerksplanern und Fertigteilwerk ist eine zukunftsweisende Fassadengestaltung gelungen. Moderne Betonfertigteile erweisen sich als nachhaltige Fassadenelemente mit einem hohen Maß an planerischer Freiheit. Die Fertigteiltechnologie hat sich rasant weiterentwickelt und erlaubt heutzutage Lösungen, die höchsten architektonischen und ökonomischen Anforderungen gleichermaßen gerecht werden.

Bautafel
Projekt: Errichtung eines Büro- und Geschäftshauses in Wuppertal Elberfeld
Grundstücksfläche: ca. 12.000 m2
Brutto-Geschossfläche: ca. 18.000 m2
Bauherr: Projekt Ohligsmühle GmbH & Co. KG
Entwurf: HPP Architekten, www.hpp.com
Bauplanung/-leitung: BM+P Architekten, www.bmp-architekten.de
Tragwerksplanung: Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft, www.schuessler-plan.de
Material: Betonfertigteile
Entwicklung, Herstellung, Montage: Ed. Züblin AG, Fertigteilwerk Gladbeck, www.zueblin.de

Fassadenansicht während der Bauarbeiten. Foto: Hübl / Ed. Züblin AG 

Fachwissen

Bauinformationen

Bautechnik

Gebäudetechnik

Termine