Erweiterung einer Schule in Zug

Stark bewehrt und doch schlank

Die Schulanlage „Guthirt“ im Schweizerischen Zug wurde erweitert, ohne die in diesem Quartier wichtigen Außen- anlagen zu sehr zu reduzieren. Im Fassadenbereich setzte ein Beton-Fertigteilhersteller erstmals GFK-Bewehrung ein.

Jörg Pfäffinger

Der Wunsch der Stadt nach r Primarschulhauserweiterung und Kindergartenneubau ging einher mit der Forderung, den im Quartier Guthirt von der Öffentlichkeit stark genutzten, schulischen Außenraum so weit wie möglich zu erhalten, insbesondere den wertvollen Baumbestand.
„Diese beiden – in einer ersten Betrachtung – sich widersprechenden Tatsachen waren für uns bei der Entwicklung des städtebaulichen Konzeptes wichtig. Bei der Suche nach Grundrissformen für das neue Schulhaus wollten wir diese beiden Aspekte in Einklang bringen. Die Lösung fanden wir in einer baulichen Verdichtung um den bestehenden Pausenplatz. Damit wird es möglich, einen Großteil des wertvollen Baumbestandes zu erhalten oder sogar mit Neupflanzungen zu ergänzen“, sagte dazu der ausführende Architekt Peter Frei, der den Projektwettbewerb 2002 mit der städtebaulichen Ausrichtung seines Entwurfs gewann.
Verdichtet
Mit etwa 450 m2 mehr an bebauter Grundfläche wurde die genutzte Schul- und Kindergartenfläche von den einstigen 2 100 m2 auf jetzt ca. 4 000 m2 fast verdoppelt. Der Schlüssel hierzu hieß „Verdichtung“ auf bis zu fünf Geschosse. Der frühere Kindergarten wurde abgebrochen und durch einen Neubau ersetzt. Insgesamt bringt der Neubaubereich zwölf Schulzimmer, acht Gruppenräume, ein Mehrzweckraum und vier Kindergartenzimmer mit Gruppenräumen unter. Damit konnten auch Schulräume, die in Pavillons in der Nachbarschaft ausgelagert waren, jetzt in der Schulanlage Platz finden. Sowohl Schulhaus- als auch Kindergartentrakt sind bezüglich Raumstruktur gleich aufgebaut. Im Schulhaustrakt richteten die Architekten zwei der drei Unterrichtsräume pro Geschoss gegen den südlich gelegenen Pausenplatz aus, der dritte ist als westlicher Gebäudeabschluss konzipiert. Die Anzahl der Klassenzimmer und Gruppenräume erlaubt einen Raumrhythmus, der jeweils zwei Schulzimmer mit einem dazwischen gelegten Gruppenraum verbindet. 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.
Beton als städtisches Baumaterial
Architekt Frei führt aus, dass er Beton als Rohbaumaterial und für die Fassadengestaltung gewählt hat, weil er in ihm ein städtisches Material sieht – denn die Schulanlage befindet sich in einem hochverdichteten Bereich von Zug. „Wir wollten erreichen, dass die Gebäude von Stäben umhüllt sind – dem Urelement Stab“, sagt Frei zur Fassade, die mit der Neugestaltung auch formale Elemente des Altbaues übernimmt. Gerade in den Fensterbereichen gäben die schlanken Betonelemente dem Hinausschauenden einen gewissen „Halt“, während er auf die Alpengipfel blickt. Gegen eine klassische Lochfassade hätte gesprochen, dass sich bei einer derartigen Konstruktion das Erdgeschoss visuell ablöse.
Insgesamt 800 vertikale Stützenelemente gestalten die Fassade des Schulhausneubaues. Mit ihren Abmessungen von 12 x 16 cm und Höhen zwischen 3 m und 3,50 m 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, nehmen jedoch Windbelastungen auf 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 nur 12 cm ist auch die Betonüberdeckung sehr gering, was sich in der Ausschreibung in der Forderung nach einer Bewehrung aus rostfreiem Stahl niederschlug. Hier war es jedoch der (steigende) Kostenfaktor, der zur Suche nach anderen Materialien führte. Während der Entscheidungsfindung kam man beim Fertigteilhersteller Element AG in Kontakt mit Schöck-ebea, die mit ComBar eine GFK-Bewehrung im Programm hat, deren Produkte bisher jedoch nicht im Fassadenbereich eingesetzt wurden. Hans-Rudolf Bärtschi ist Projektverantwortlicher bei der Element AG in Tafers und nimmt zum Einsatz der GFK-Bewehrung Stellung:
„Glasfaserarmierung ist seit langer Zeit bekannt, hat sich aber bis jetzt wegen der Problematik der Alkalibeständigkeit in normalem Beton nicht durchsetzen können. In der Zwischenzeit gibt es aber ein marktreifes Produkt, das diese spezielle Anforderung erfüllt.“
Versuchsreihe Armierungen
Da es sich beim Objekt Guthirt um ein Schulgebäude handelt, war es einleuchtend, dass die Bauherren, also die öffentliche Hand der Stadt Zug, hohe Anforderungen an Sicherheit und Dauerhaftigkeit der Fassadenelemente stellte. Um klare Aussagen zum Biege-Bruch-Verhalten von GFK-bewehrten Betonelementen zu erhalten, entschloss sich die Element AG in Zusammenarbeit mit Schöck, gemeinsam mit der EPFL in Lausanne (Prof. Thomas Keller) entsprechende Versuche zu starten. Dazu Bärtschi: „Zu diesem Zweck haben wir die Elemente im Maßstab 1:1 zum einen mit den klassischen Armierungsstäben und zum anderen mit ComBAR bewehrt. Im direkten Vergleich wurden die Versuchsresultate interpretiert. Eine Kernaussage ist, dass bei der GFK-Bewehrung die Last annähernd linear bis zum Bruch anwuchs, es bildete sich kein Fließplateau wie bei Stahlbewehrung. Die erzielten Traglasten lagen um etwa 44 % über den Werten für konventionelle Armierung.“
Bärtschi resummiert, dass GFK-Bewehrungen die Duktilität von klassischen Armierungsstäben nicht erreichten, aber höhere Festigkeiten aufwiesen, was bedinge, dass der Sicherheitsfaktor höher gewählt werden müsse. “Als großen Vorteil von GFK-Bewehrungen sehe ich die geringere Betonüberdeckung der Armierung, die heute immer mehr gefordert wird. Heute sind im Außenbereich zwischen 3 und 4 cm Eisenüberdeckung gefordert. Bei derart schlanken Stützen von 12 cm 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“, fasst Bärtschi zusammen. 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.
Zielsetzung für zukünftige Anwendungen von GFK-armierten Bauteilen liegt seiner Meinung nach in der Entwicklung von wesentlich schlankeren Elementen gerade für den Fassadenbau. Dabei sind für ihn die Gewichtsreduktion für den Transport und die Hebegeräte auf der Baustelle sowie die daraus resultierenden geringeren Belastungen der Aufhänge- und Fixationsvorrichtungen Argumente der Praxis.
Energietechnische Werte
Gefordert war der Minergiestandard, da man, so Frei, neben energetischen Einsparungen gerade auch auf eine gute Innenraumluft-Situation in den Klassenzimmern Wert gelegt hat. So wurde eine kontrollierte Lüftung vorgesehen, die Wärmezufuhr erfolgt über eine Fußbodenheizung, die von der bestehenden Heizungsanlage der älteren Gebäude mit-versorgt wird. Frei berichtet, dass in der Schulanlage im milden Winter 2006/2007 trotz fast verdoppelter Fläche nicht mehr Energie verbraucht wurde als im früheren Altbau. Die Gebäudehülle ist den Minergie-Anforderungen entsprechend ausgeführt: U-Wert Wand: 0,19 W/m²k (Tragwand in Beton innen, 18 cm Mineralfaserdämmstoff, Hinterlüftung 2 – 3 cm, vorgehängtes Betonelement). U-Wert Dach: 0,10 W/m²k (Betondecke 30 cm, 1 Lage PBD-Bahn als Dampfsperre, 20 – 24 cm PU-Dämmplatten, zwei Lagen PBD-Bahnen, Schutzflies und Substrat extensive Begrünung ca. 10 cm).
Raumhohe Fenster weisen einen U-Wert Fenster <1,3 W/m²k (über alles) auf, bei einem g-Wert von 0,62 W/m²k. Es sind Holz-Metallkonstruktionen mit 2-fach Isolierverglasung. „Die Fensterelemente wurden nach dem Versetzen der Betonelemente mit einem Kleinkran von innen versetzt. Die dazu notwendige Unterkonstruktion wurde vor dem Versetzen der Betonelemente genau eingemessen und montiert. Sie diente also in einem gewissen Sinn als Versetzhilfe“, führt Frei zur Montagesituation aus.
bba-Infoservice Betonfertigteile 520 GFK-Bewehrung 521 Materialeigenschaftsanalyse: http://cclab.epfl.ch
Architekturbüro: Roefs + Frei Architekten, CH-Zug Bauingenieure: Peter Ott AG, CH-Zug

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