Schlanke Fassadenelemente aus Kunststoffbewehrung und Beton

• Projektbericht: Einsatz von Schöck ComBAR in der Schulanlage "Guthirt"

(20.3.2008) Die Schulanlage "Guthirt" der Schweizer Stadt Zug (siehe Google-Maps) sollte zur Schaffung neuer Kapazitäten erweitert werden. Der Wunsch der Stadt nach einer Primarschulhaus-Erweiterung und dem Kindergarten-Neubau ging einher mit der Forderung, den im Quartier Guthirt von der Öffentlichkeit stark genutzten schulischen Außenraum so weit wie möglich zu erhalten. Architekt Peter Frei hat dazu eine moderne Schulanlage mit schlanken Betonfassadenelementen entworfen. Die Fassadenelemente sind mit der glasfaserverstärkten Bewehrung Schöck ComBAR bewehrt und bieten damit eine architektonisch interessante und zugleich dauerhafte, sichere Lösung.

Bei der Suche nach Grundrissformen für das neue Schulhaus hat der ausführende Architekt Peter Frei (Roefs + Frei Architekten AG in Zug) ein Konzept entwickelt, das eine Erweiterung der bestehenden Grundfläche sowie die Integration eines Pausenplatzes beinhaltete, ohne die Baumbestände zu gefährden. Dies gab den Ausschlag für den Gewinn des Projektwettbewerbes 2002. Die Lösung bestand in einer baulichen Verdichtung um den Pausenplatz. Damit war es auch möglich, einen Großteil des wertvollen Baumbestandes zu erhalten oder sogar mit neuer Bepflanzung zu ergänzen.

Mit etwa 450 Quadratmeter mehr an bebauter Grundfläche wurde die genutzte Schul- und Kindergartenfläche von den einstigen 2.100 Quadratmetern auf jetzt circa 4.000 Quadratmeter fast verdoppelt. Der Schlüssel hierzu hieß "Verdichtung" auf bis zu fünf Geschosse. Der frühere Kindergarten wurde abgebrochen und durch einen Neubau ersetzt. Sowohl Schulhaus- wie auch Kindergartentrakt sind bezüglich Raumstruktur gleich aufgebaut. Die Anzahl der Klassenzimmer und Gruppenräume erlauben einen Raumrhythmus, der jeweils zwei Schulzimmer durch einen dazwischengelegten Gruppenraum verbinden lässt. Zusammen mit den Eingängen entsteht ein Erschließungssystem, das eine hohe Nutzungsflexibilität aufweist und auch zwischen den Klassen Formen der Zusammenarbeit ermöglicht, ohne die Erschließungsflächen in Anspruch zu nehmen.

Schlanke Fassadenelemente aus Beton

Architekt Frei hat Beton als Rohbaumaterial und für die Fassadengestaltung gewählt. Gegen eine klassische Lochfassade hätte gesprochen, dass sich bei einer derartigen Konstruktion das Erdgeschoss visuell abgelöst hätte. Insgesamt 800 vertikale Stützenelemente gestalten die Fassade des Schulhausneubaues. Mit ihren Abmessungen von 12 x 16 Zentimeter und Höhen zwischen 3 Meter und 3,50 Meter sind sie auf horizontalen Bändern vor der raumhohen Fassadenverglasung angebracht. Diese schlanken Elemente, die auch zu Zweier- und Vierer-Gruppen geordnet wurden, dienen als Gestaltungsmittel und übernehmen keine statische Funktion, müssen jedoch Windbelastungen aufnehmen und sind der Witterung direkt ausgesetzt. Die Besonderheit dieser Elemente liegt in ihrer Bewehrung aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK). Denn durch die extrem schlanke Bauweise von lediglich zwölf Zentimeter ist auch die Betonüberdeckung sehr gering.

In der ursprünglichen Ausschreibung war hierzu eine Bewehrung aus Edelstahl vorgesehen. Die steigenden Rohstoffpreise haben jedoch zu neuen Überlegungen nach Alternativen geführt.

Um klare Aussagen zum Biege-Bruch-Verhalten von GFK-bewehrten Betonelementen zu erhalten, wurden gemeinsam mit der EPFL in Lausanne (Prof. Thomas Keller) entsprechende Versuche gestartet. Die Testreihen ergaben, dass die Last der Bewehrung mit Schöck ComBAR linear bis zum Bruch anwuchs. Es gibt kein Fließen. Die gemessenen Traglasten lagen etwa 44 Prozent über konventioneller Bewehrung. Die GFK-Bewehrung erreicht die Duktilität*) von klassischen Armierungsstäben nicht. Dank der höheren Festigkeiten kann jedoch ein höherer Sicherheitsfaktor gewählt werden, um das gleiche Sicherheitsniveau wie bei Betonstahl zu erreichen - siehe auch Beitrag "Schöck ComBAR - die Glasfaserbewehrung für Sonderanwendungen" vom 3.4.2006.

"Als großen Vorteil von GFK-Bewehrungen sehe ich die geringere Betonüberdeckung der Armierung, die heute immer mehr gefordert wird. Heute sind im Außenbereich zwischen drei und vier Zentimeter Eisenüberdeckung gefordert. Bei derart schlanken Stützen von zwölf Zentimeter habe ich keine Möglichkeit mehr, mit normal starken Überdeckungen entsprechend SIA- Norm zu arbeiten. Dagegen können die ComBAR-Stäbe oberflächennah positioniert werden, da sie nicht korrodieren", bestätigt Hans-Rudolf Brätschi vom Fertigteilhersteller Element AG, Tafers. Bei der Element-Produktion im Werk sieht er beim Einsatz des neuen Materials keine Einschränkungen im Produktionsablauf. Die ComBAR-Stäbe wurden auf die gleiche Art und Weise wie das konventionelle Material verarbeitet und eingebaut.

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"Duktilität" leitet sich aus dem Lateinischen ab: "ducere" steht u.a. für heraus- und einziehen sowie in die Länge ziehen. Duktilität ist die Eigenschaft eines Werkstoffes, sich bei Überbelastung plastisch zu verformen, bevor er versagt. Beispielsweise bricht Glas ohne erkennbare Verformungen; Stahl hingegen kann sich je nach Stahlsorte um bis zu 26% plastisch verformen. Gold ist so duktil, dass es sich auf eine Dicke von wenigen Atomlagen zu Blattgold austreiben lässt.