Die Gründe für die Verwendung von Systembauweisen sind pragmatischer Natur. Nomaden sind auf ihren Wanderschaften gezwungen, ihre Behausungen in Elemente zu zerlegen und zu vereinheitlichen, um diese transportieren zu können. In der Regel bilden Stangen und Felle oder Textilien die Komponenten. Ihre Größe ist auf die Transportmöglichkeiten abgestimmt – vom Hundeschlitten bis zum Dromedar. Die Montage und Transportkapazität und somit der Wohnraum selbst sind damit automatisch in ihrer Ausdehnung begrenzt.
Fertigprodukte – ob Nahrungsmittel, Kunststoffmöbel oder Bausysteme – hatten in den sechziger Jahren, dem vorläufigen Höhepunkt des Systembaus, nicht nur ihre große Verbreitung gemeinsam. Ebenfalls bestanden sie in der Regel aus sich wiederholenden Komponenten, die zusammengesetzt ein fertiges Produkt ergaben. Diese Denkhaltung durchzog viele Lebensbereiche. Die Wirtschaftlichkeit in Herstellung und Montage, die schnelle, zahlreiche Verfügbarkeit der Großserie und die gleichmäßige Qualität der einzelnen Teile wurden hoch geschätzt in einer fortschrittsbegeisterten Gesellschaft, die damals die ersten Menschen zum Mond schickte. Wohnsiedlungen wie Neu-Perlach in München oder Marzahn in Berlin führten aber die Entwurfsideale der zwanziger Jahre zur monotonen Vollendung. Statt Siedlungen mit vier bis fünf Stockwerken entstanden vielgeschossige Hochhausgruppen. Statt der Industrialisierung handwerklicher Bautechniken – vor allem des Rohbaues im Taktverfahren – stand die maßstabsprengende Massenfertigung überdimensionierter Bauteile im Vordergrund. Die »Platte« ist dabei Synonym für eine Bauweise, die die einzelnen Bauteile neben ihrer eintönigen Wiederholung auch durch die Dimensionen und die Massivität stark vergröberte: Bauteile über zwei Geschosse mit Fugen bis zu 10 cm sind keine Seltenheit.
Dabei sind die Vorteile von Systemen – Vorfertigung, Industrialisierung, Serie und damit auch Ökonomie – durchaus vorhanden und geläufige Standards bei allen Halbzeugen im Bauprozess.
Das Projekt Sternstraße
Unser Entwurf für ein städtisches Wohn- und Geschäftshaus in Kassel (siehe auch Seite 674) ist als Systembau konzipiert, quasi als Nullserie. Die Aufgabenstellung des Wettbewerbes verlangte Typenhäuser mit größtmöglicher Nutzungs- und Grundrissvielfalt. Auch die Gebäudegröße sollte anpassungsfähig an die jeweiligen Grundstücksverhältnisse sein. Neun unterschiedliche Baugrundstücke mussten nachgewiesen werden. Um diesen Anforderungen gerecht werden zu können, entwickelten wir eine räumliche Tragstruktur, die flexibel in jede Richtung wachsen kann und nutzungsneutrale Räume zulässt.
Die Zwischenräume der tragenden Skelettkonstruktion können mit unterschiedlichen auf die jeweilige Nutzung abgestimmten Wandfüllungen ausgefacht werden. Die Fassaden sind so, trotz strenger Systematisierung, differenziert und vielfältig. Die freie Einteilung nach Wunsch der Nutzer während der Planungszeit kann zu einer individualisierten Gestaltung der Grundrisse und Fassaden führen.
Gleichzeitig war eine weitere Maxime der Planung möglichst viele Bauteile bereits ausbaufertig auf der Baustelle anzuliefern; das bedeutet Rohbau ist gleich Ausbau. Der Mehraufwand an Planung für die Detaillierung der vorgefertigten Bauteile und ihrer Anschlüsse wird durch die schnellere und einfachere Montage und Ingebrauchnahme aufgewogen und führt damit zu einem wirtschaftlicheren Bauen.
Systeme
Um die angestrebte Vielfalt der Fassade und das dafür notwendige Tragsystem zu erreichen, wurde das Gebäude in unterschiedliche Systeme gegliedert:
• Die Tragkonstruktion: Stahlbetonskelett Filigrandecke Filigranwände
• Die Holzrahmenelemente: geschlossen mit großem Fensterband mit kleinem Fensterband geschosshohe Verglasung
• Die Bekleidung der Tragkonstruktion: Stützen, Eckstützen Riegel Wandplatten
Die einzelnen Systeme sollten in der Fassade ablesbar bleiben und das Gebäude gestalterisch strukturieren. Konstruktion soll sichtbar werden und gleichzeitig das Gebäude maßstäblich gliedern. Die den Funktionen zugeordneten Baumaterialien stützen dabei die Lesbarkeit: Beton steht für die statische Konstruktion, Holz für die austauschbare Ausfachung.
Überlegungen zu alternativen Ausführungen in Aluminiumblech oder Putz als Verkleidung der Konstruktion wurden wieder verworfen, da weder der Witterungschutz noch die Wartungsfreiheit konstruktiv einfach gelöst werden konnten. Auch die Ablesbarkeit des Systems war nicht mehr gegeben. Beton und Holz altern zwar mit ihrer Bewitterung, beleben aber auch mit der veränderten Oberfläche die unbehandelte Fassade.
Für die naturbelassenen Holzläden ist kein Wartungsaufwand nötig, nach Verschleiß werden sie ausgetauscht. Die bündige Fassade bildet einen wirksamen Witterungsschutz, da das Niederschlagswasser schnell, gleichmäßig und kontrolliert abgeleitet wird.
Tragkonstruktion
Als Tragkonstruktion entstand ein Skelettbau aus Betonstützen (Abb. 4, 5) und Filigrandecken sowie aus aussteifenden Filigranwänden, die zu Installations- und Erschließungskernen zusammengefasst sind – ähnlich dem klassischen »domino-system« nach Le Corbusier. Filigranelemente bestehen für Decken aus einer, für Wände aus zwei ca. 5 cm starken Betonplatten. Die Platte enthält die statisch notwendige Bewehrung und ist gleichzeitig Schalung für den Auf- oder Füllbeton, mit dem die endgültige Konstruktionsstärke erreicht wird. Die Oberflächen sind glatt und müssen nur noch gespachtelt und gestrichen werden.
Im Bereich der Dachterrasse führte die Systematik der Konstruktion zu einem geometrisch komplexen Punkt. Die verkleideten Stützen sollten bündig an die dann massiv weitergeführte Fertigteilstützen anschließen. Die Dachstütze ist daher exzentrisch ausgeführt und mit einer druckfesten Wärmedämmung thermisch zur Decke hin getrennt. An den daraus resultierenden Überstand kann die aufsteigende Bekleidung bündig anschließen.
Holzrahmenelemente
Nachdem diese Grundstruktur fertig gestellt war, wurden innerhalb von nur 14 Tagen die Holzrahmenelemente eingesetzt (Abb. Diese waren als Kleinserie in einem Zimmereibetrieb hergestellt worden. Die Elemente wurden auf jeder Seite mit zementgebundenen Spanplatten verkleidet angeliefert. An den Betondecken wurden Stahlwinkel befestigt, die als Anschlag bei der Montage und zur späteren Fixierung dienten. Die Fugen wurden dampfdicht nach innen und diffusionsoffen nach außen verschlossen.
Die Stülpschalung und die Klappläden wurden später montiert, um hier die gewünschte Bündigkeit zur glatten Betonfertigteilfassade zu erreichen. Kleinere Abweichungen innerhalb der Bautoleranzen konnten dabei besser aufgenommen werden. Einheitliche Bauteilgrößen der tragenden wie der füllenden Teile ermöglichten die serielle Fertigung mit allen Vorteilen wie Maßgenauigkeit, Witterungsunabhängigkeit, Zeit- und Kostenersparnis.
Die Außendämmung der Tragkonstruktion – der Stützen und Deckenränder – wurde nach Einbau der Wandelemente bauseits vorgenommen.
Glasfaserbetonfertigteile
Bei Fassaden aus Betonfertigteilen unterscheidet man im wesentlichen zwischen Sandwichkonstruktionen, Betonelementen mit verputzter Außendämmung oder vorgehängten Fassaden (Abb. Ungedämmte Konstruktionen zum Teil aus Porenbeton finden hauptsächlich im Industriebau Verwendung. Betonkonstruktionen sichtbar zu machen stellt je nach Klima ein bauphysikalisches Problem dar. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit muss Beton in Deutschland zur Vermeidung von Energieverlusten und Feuchteschäden wärmegedämmt werden. Das gedämmte Betontragwerk unseres Gebäudes in Kassel sollte, um die Struktur zu erhalten, mit vorgehängten Stahlbetonfertigteilen versehen werden. Die notwendige Stärke üblicher Betonfertigteile (konstruktiv notwendige Mindeststärke von 9 cm) führt – gemeinsam mit der Dämmstärke – zu voluminösen Gesamtdimensionen und hohem Montageaufwand. Dies hat massige Bauteile und Toleranzprobleme bei der Montage zur Folge. Wir haben daher nach einem Verfahren gesucht, das vor allem schlankere Betonfertigteile ermöglicht. So entschieden wir uns schließlich für Glasfaserbeton, der folgende Vorteile bietet:
• nichtrostende Bewehrung
• geringere Bauteilstärke
• geringeres Gesamtgewicht
• gleichmäßige Oberfläche
• scharfkantige Randausbildung
• leichte Montage
• einfache Bearbeitung auf der Baustelle, Sägen und Kleben
Mithilfe des hier nur drei Zentimeter starken Glasfaserbetons lassen sich Ansichtsdimensionen ausbilden, die der tragenden Konstruktion nahe kommen, und aus den Stützen optisch keine Pfeiler werden lassen. Material und Fugenbild der scharfkantigen Fertigteile vermitteln dem Betrachter das Tragen und Lasten, den konstruktiven Rhythmus des Betonskeletts. Auch bei den Betontafeln der Gefache und des Turmes an der Nordseite entsteht durch die geringere Dimension der Wandstärke ein leichteres Bauteil. Dieses mindert sowohl das Volumen der Liefermenge, und damit die Kosten, als auch die statische Belastung der Aufhängung.
Glasfaserbeton wird in der Regel als verlorene Schalung, als Strukturschalung oder aber für das Nachbilden von Reliefs und Gesimszügen an Altbauten verwendet (Abb.11). Der Werkstoff besteht aus einem zementgebundenen Feinbeton, Korndurchmesser < 4 mm, dem alkaliresistente Glasfasern, ca. 2–4 mm lang, beigemischt werden. Diese übernehmen die Zug- und Rissbewehrung des Bauteils. In der Kombination von Lehm als Trägerstoff und Stroh als Zugfasern wurde eine ähnliche Technik bereits im antiken Ägypten nachgewiesen. Da alkaliresistente Glasfasern nicht korrodieren, besteht keine Forderung nach einer Mindestüberdeckung der Bewehrung, während diese z. bei Stahl 3 cm gemäß DIN 1045 ausmacht. Die einzelnen Platten können daher bis zu einer minimalen Gesamtstärke von 1 cm hergestellt werden. Die Glasfaserbetone mit ungerichteten Kurzfasern werden in der Hauptsache für nichttragende Bauteile verwendet, da andernfalls eine Zulassung im Einzelfall nötig ist. Eine Normierung ist erst als Entwurf vorhanden. Um gerichtete Zugkräfte wie im Stahlbeton übernehmen zu können, wird zurzeit an der TH Aachen und der TU Dresden textilbewehrter Beton erforscht. Hier werden statt der Kurzfasern zwei- und dreidimensionale Textilgewebe als Bewehrung eingelegt.
Als Herstellungsverfahren verwendete die ausführende Firma das so genannte Fasereinspritzverfahren für unser Projekt. Der Feinbeton wird gleichmäßig in eine auf einer Rüttelbank liegende Stahlschalung gespritzt. Dabei werden parallel dazu die Kurzfasern, die in einem Schneidwerk aus den »Rowings« (Spulen) gewonnen werden, in einem Luftstrom zugeführt. Die Fertigungsanlagen erlauben Bauteile von bis zu fünf Metern Länge. Sinnvoll sind aber kleinere Dimensionen, da Transport und Montage sonst sehr aufwändig werden. Die hier verwendeten Fertigteile haben in der Regel Abmessungen von 3,0 ≈ 1,7 m und sind 3 cm stark. Diese Dicke war konstruktiv nötig, um eine verdeckte Aufhängung der Einzelteile zu ermöglichen.
Die Unterkonstruktion wurde für dieses System neu entwickelt. Handelsübliche Hinterschnitt-Fassadenanker konnten aufgrund der schmalen Bauteilabmessungen, vor allem im Bereich der Stützen, nicht verwendet werden. Die stattdessen eingesetzten so genannten Agraffen wurden von einer örtlichen Schlosserfirma hergestellt. Zwei U-förmig gekantete Edelstahlbleche greifen ineinander und ermöglichen die Justierung an der Konstruktion sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung (Abb. In die U-Profile werden die am Fertigteil befestigten Haken eingehängt (Abb. 12). Die Haken – ebenfalls aus Edelstahlblechen gekantete L-Profile – sind mit den Fertigteilen durch Gewindehülsen verschraubt, die in den frischen Glasfaserbeton eingelassen wurden.
Jedes Fertigteil wird im Werk mit einer hydrophoben Flüssigkeit eingelassen, womit eine gleichmäßige Wasser abweisende Außenseite entsteht. Die Betonoberfläche erhält dabei den gleichmäßig wolkigen Ton, der das Material lebendig erscheinen lässt. Die aus zwei Teilen zusammengesetzten Eckstützen werden noch im Werk auf Gehrung geschnitten, auf der Baustelle montiert und danach verklebt. Verwendet wird hierzu ein Zweikomponentenkleber, der modellierbar ist und nach ca. 2 Stunden aushärtet. Die Farbe des Klebers entspricht der des Betons, sodass kein sichtbarer Unterschied verbleibt. Die waagerechten Fertigteile, die Balken der Fassade, sind als Z-Profil ausgeformt, da sie den unteren Wasser führenden Abschluss der Holztafelelemente bilden und so gleichzeitig als Fensterbank fungieren (Abb. Um die Fugen der Fertigteile vor Schlagregen zu schützen, wurden diese mit einem vorkomprimierten grauen Schaumstoff-Dichtungsband abgedichtet.
Vielfalt mit System
Systematisierung im Bauwesen ist heutzutage als wirtschaftliche Notwendigkeit im Massenwohnungsbau unumgänglich und birgt zusätzlich die gestalterische Chance, Vielfalt und Maßstäblichkeit mit den Vorteilen der Standardisierung zu vereinen. Obwohl Systembauweisen und Industrialisierung vor allem bei großen Holzbaubetrieben weit fortgeschritten sind, fehlte ihnen die Flexibilität für die Herstellung der Prototypen für unser Projekt. Das planerische Konzept, konstruktive Serien zu entwickeln, wurde von örtlichen Handwerksbetrieben realisiert, die sich besser auf das kleine Auftragsvolumen einstellen konnten. Das Ergebnis ist eine maßstäbliche, systematische Vielfalt, die in einem vorgegebenen Rahmen durch Funktion und Nutzer individuell geprägt werden kann.
