Lösungen in Stahl- Leichtbauweise...Brand- und Schallschutzanforderungen im Aus - bau...

Lösungen in Stahl-LeichtbauweiseDokumentation 551

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Dokumentation 551

Die Wirtschaftsvereinigung Stahl ist der wirt-schaftspolitische Verband der Stahlindustrie inDeutschland mit Sitz in Düsseldorf und Büros in Berlin und Brüssel. Der Verband vertritt diebranchenpolitischen Interessen der in Deutsch-land ansässigen Stahlproduzenten und assoziier-ter ausländischer Mitgliedsunternehmen gegen-über Politik, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Diewichtigsten Aufgaben sind:

Das wirtschaftspolitische Umfeld mitgestaltenZentrales Anliegen ist es, ein wirtschaftspo-

litisches Umfeld zu ermöglichen, das die inter-nationale Wettbewerbsfähigkeit der Stahlunter-nehmen in Deutschland auch in Zukunft sichert.

Aufmerksamkeit schaffen, Meinungen bildenDie Wirtschaftsvereinigung Stahl vertritt die

Interessen der Mitgliedsunternehmen gegen-über politischen Entscheidungsträgern, Behör-den, anderen wirtschaftlichen Branchen sowieder Öffentlichkeit und den Medien.

Bündelung wirtschaftlicher InteressenDie Mitgliedsunternehmen haben gemeinsa-

me Ziele. Diese gilt es zu bündeln und mit einerStimme an die Politik zu richten.

Expertise für die MitgliedsunternehmenAustausch fachlicher Expertise in Ausschüs-

sen und Gremien ist ein weiteres Ziel der Wirt-schaftsvereinigung Stahl.

International vernetztDurch die Mitgliedschaften im europäischen

Stahlverband EUROFER und im Welt-Stahl-verband World Steel Association werden die Interessen der Mitgliedsunternehmen auch inter-national vertreten.

Marketing für StahlanwendungenMarkt- und anwendungsorientiert werden

firmenneutrale Informationen über Verarbeitungund Einsatz des Werkstoffs Stahl bereitgestellt.Publikationen bieten ein breites Spektrum pra-xisnaher Hinweise für Konstrukteure, Entwickler,Planer und Verarbeiter von Stahl. Sie werdenauch in Ausbildung und Lehre eingesetzt. Vor-tragsveranstaltungen schaffen ein Forum für Er-fahrungsberichte aus der Praxis. Messen undAusstellungen dienen der Präsentation neuerWerkstoffentwicklungen und innovativer, zu-kunftsweisender Stahlanwendungen.

Einführung 3Systemvorteile Stahl-Leichtbau 3Anwendungsbereiche 4Aspekte der Wirtschaftlichkeit 6Nachhaltigkeit 9Baustoffe und Konstruktion 10Tragsystem und Bemessung 12Bauphysik 12Fotonachweis und Literaturhinweise 15Projektbeispiele 16

Dokumentation 551„Lösungen in Stahl-Leichtbauweise“Ausgabe 2019ISSN 0175-2006

HerausgeberWirtschaftsvereinigung StahlPostfach 105464, 40045 Düsseldorf

AutorProf. Dr.-Ing. Jochen Pfau, VHT – Institut für Leichtbau/Trockenbau, Darmstadt,unter Mitarbeit von Dipl.-Ing. Arch. Steffen Rex und Dipl.-Ing. (FH) MEng Katrin Groß

RedaktionDipl.-Ing. Martina Helzel, circa drei, München

Ein Nachdruck dieser Veröffentlichung ist – auchauszugsweise – nur mit schriftlicher Genehmigungdes Herausgebers und bei Quellenangabe gestat-tet. Die zugrunde liegenden Informationen wurdenmit größter Sorgfalt recherchiert und redaktionellbearbeitet. Eine Haftung ist jedoch ausgeschlossen.

Die vorliegende Dokumentation entstand mit freundlicher Unterstützung durch:• Cocoon System AG, Basel (CH)• James Hardie Europe GmbH, Düsseldorf• Knauf Aquapanel GmbH, Dortmund• ITW Befestigungssysteme GmbH, Hemmingen• Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG,

Gaggenau• Saint-Gobain Rigips GmbH, Düsseldorf

Inhalt

Impressum

Wirtschaftsvereinigung Stahl Alle drei Jahre wird der Stahl-Innovations-preis (www.stahl-innovationspreis.de) ausgelobt.Er ist einer der bedeutendsten Wettbewerbe seiner Art und zeichnet besonders innovativeStahlanwendungen aus.

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Lösungen in Stahl-Leichtbauweise

Einführung

Systemvorteile Stahl-Leichtbau

Planern und Bauausführenden steht heutzu-tage eine Vielzahl ausgereifter Bauweisen zurVerfügung. Durch ihre unterschiedlichen Eigen-schaften und Leistungsspektren ist nicht jedeBauweise in gleichem Maße für die spezifischenAnforderungen einer bestimmten Bauaufgabe ge-eignet. Um bestmögliche Resultate zu erzielen,bedarf es einer frühzeitigen und vorbehaltlosenAuseinandersetzung mit der Bauaufgabe undihren Zielen. Im Rahmen eines gesamtheitlichenAnsatzes sind dabei technische, gestalterische,wirtschaftliche und ökologische Aspekte ein -zubeziehen. Der gewohnheitsmäßige Rückgriffauf altbekannte Bautechniken bei der Planung

Vorfertigung von Außen-wandelementen

und Realisierung ist kein Garant für ein gutesErgebnis.

Unter bestimmten Bedingungen bietet sichdie Stahl-Leichtbauweise als beste Lösung an.In der vorliegenden Dokumentation werden diespezifischen Eigenschaften dieser Bauweise vor-gestellt und daraus abgeleitet, für welche Bau-aufgaben im Neubau und Bestand diese nochjunge Art des Bauens prädestiniert ist. Ziel istes, Planern und Entscheidern die Vorteile derStahl-Leichtbauweise aufzuzeigen und die großeBandbreite möglicher Anwendungsbereiche an-hand ausgewählter Objektbeispiele darzustellen.

Beim Stahl-Leichtbau handelt es sich um eine Ständerbauweise auf der Basis tragender,kaltgeformter Stahlprofile, vergleichbar mit demTrocken- oder Holzrahmenbau. Insofern entspre-chen die spezifischen Eigenschaften und Vorteiledes Stahl-Leichtbaus im Grundsatz denen dieserverwandten Bauweisen. Bei leichtester Konstruk-tion und schnellem Baufortschritt werden allestatisch-konstruktiven und bauphysikalischen An-forderungen erfüllt. Die hohe Tragfähigkeit ermög-licht große Spannweiten und schlanke Konstruk-tionsquerschnitte bei nur rund 20 % des Eigen-gewichts massiver Konstruktionen.

Wie im Trockenbau ist auch im Stahl-Leicht-bau eine einfache Baustellenfertigung möglich.Besonders kurze Bauzeiten werden durch dieKombination von Trockenbau im Gebäudeinne-ren mit leichten Außenwänden sowie durch dieVorfertigung von Elementen oder Modulen er-zielt. Stand- oder Wartezeiten fallen durch dierein trockene Bauweise ohne Einbringung zu-sätzlicher Baufeuchte generell nicht an.

Im Gegensatz zum Holzbau kann der Stahl-Leichtbau auch eingesetzt werden, wenn für denBrandschutz ausschließlich nichtbrennbare Bau-stoffe gefordert sind. Stahlprofile sind, andersals Holzquerschnitte, formstabil bei Feuchtigkeits-schwankungen und unempfindlich gegenüberbiotischer Schädigung. Nicht zuletzt liegt das Eigengewicht der Bauteile nochmals ca. 10%unter dem des Holzrahmenbaus. Hohe Duktilitätund geringes Gewicht ermöglichen erdbeben -sichere Konstruktionen. Ökologisch nachhaltigist der Stahl-Leichtbau aufgrund seiner guten

Trennbarkeit und der vollen Recyclingfähigkeitdes Stahls ohne Qualitätsverluste. Diese Vorteilelassen sich bei systemreinen Konstruktionen, ins-besondere aber auch in Kombination mit Skelett-bauweisen und bei Hybridbauweisen optimalnutzen. Architektonisch und gestalterisch heraus-fordernde Geometrien können flexibel und wirt-schaftlich umgesetzt werden.

Der Stahl-Leichtbau bietet immer dann be-sonders wirtschaftliche Lösungen, wenn schnelle,schlanke sowie sehr leichte Bauweisen mit übli-chen Spannweiten und normaler bis erhöhterbauphysikalischer Leistungsfähigkeit (z.B. Nicht-brennbarkeit) oder Erdbebensicherheit gefordertsind.

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Anwendungsbereiche

Jede Bauaufgabe zeichnet sich durch spezi-fische Anforderungen an Bauart und Baustoffeaus. Die genannten Eigenschaften und Vorteiledes Stahl-Leichtbaus prädestinieren ihn für be-stimmte Einsatzfelder.

Im Bestand kann der Stahl-Leichtbau seineStärken insbesondere bei Nachverdichtungsmaß-nahmen wie Aufstockungen, Anbauten oder Er-weiterungen zeigen. Sowohl im Neubau als auchbeim Bauen im Bestand sind Stahl-Leichtbau-Konstruktionen als nichttragende Außenwändeund Fassaden verbreitet. Als Trockenbau mit erweiterten Anwendungen kommen Stahl-Leicht-bauweisen im Innenbereich bei großen Spann-weiten, hoher Beanspruchung und statischenAnforderungen zum Einsatz. Darüber hinaus istauch der Neubau von kompletten ein- und mehr-geschossigen Gebäuden bis hin zu ganzen Sied-lungen in Stahl-Leichtbauweise möglich. Dieserinternational vielfach praktizierte Anwendungs-bereich wird in der vorliegenden Dokumentationjedoch nicht vertieft.

Gebäudeerweiterungen

Unter Gebäudeerweiterungen werden Auf-stockungen sowie An- und Umbauten verstan-den, die einen zusätzlichen Raumgewinn für einbestehendes Gebäude erzielen.

Bei Erweiterungen, die ihre zusätzlichenLasten aus Eigengewicht und Verkehrslasten indie bestehende Tragstruktur einbringen (z.B. beiAufstockungsmaßnahmen), sind Lösungen mitgeringem Gewicht aufgrund der begrenztenTrag lastreserven des Bestandes essentiell. Häu-fig sind derartige Maßnahmen überhaupt nur inLeichtbauweise wirtschaftlich realisierbar, da dasGewicht über die prinzipielle Machbarkeit unddie Geschossigkeit der Erweiterung oder Aufsto-ckung entscheidet. Schwere Bauweisen schei-den wegen statisch erforderlicher Verstärkungenoder einer geringeren Anzahl aufzustockenderGeschosse vielfach aus oder sind unrentabel.

Kurze Bauzeiten und somit eine Minimierungder Emissionen sind besonders bei Maßnahmenin bewohntem Zustand und verdichteten Um -feldern durch die Montage von vorgefertigtenElementen oder Raummodulen zu realisieren.

Aufgrund der bei Gebäudeerweiterungen nurbegrenzt zur Verfügung stehenden Flächen er-möglichen die im Vergleich zum Massivbaudeutlich schlankeren Bauteile eine höhere Aus-nutzung der knappen Flächenreserven – beigleichem Wärmeschutz.

Nichttragende Außenwand- und Fassadensysteme

Nichttragende Außenwände sind Teile derAußenhülle, die nur ihr Eigengewicht einschließ-lich der Fassade und die direkt auf sie einwir-kenden Wind- und Stoßlasten aufnehmen und indie tragende Geschossdecke einleiten müssen.Nichttragende Außenwandsysteme finden vor-wiegend bei Skelett- und Hybridbauten als ein-gestellte oder vorgestellte Konstruktion Anwen-dung. Reine Fassadensysteme ergänzen alsvorgehängte Schale bestehende Außenwände,z.B. für zusätzlichen Wärmeschutz oder zur ge-stalterischen Aufwertung.

Aus brandschutztechnischer Sicht müssennichttragende Außenwände bis zur Hochhaus-grenze von 22 Metern in den meisten Bundeslän-dern aus nichtbrennbaren Baustoffen bestehen.Alternativ können die Bauteile raumabschließendfeuerhemmend EI 30 (W 30) ausgebildet werden.Ab der Hochhausgrenze sind nichttragende Außenwände alternativlos in all ihren Teilen ausnichtbrennbaren Baustoffen zu errichten.

Aufgrund der guten Wärme- und Schalldäm-mung, der schlanken Aufbauten, der geringenTragwerksbeanspruchung durch Eigengewicht,

Gebäudeerweiterung: Auf-stockung des Altersheimsin Muttenz (CH) um vier zu-sätzliche Vollgeschosse.Aufgrund der Leichtigkeitdes Systems konnte dieAufstockung ohne Ver -stärkung der bestehendenFundamente erfolgen.

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der möglichen Nichtbrennbarkeit und der erziel-baren hohen Baugeschwindigkeit sind Stahl-Leichtbau-Systeme eine ideale Konstruktions -variante für die Gebäudehülle.

Erweiterte Trockenbauanwendungen

Unter erweiterten Trockenbauanwendungensind z.B. weitgespannte Decken, überhohe Wän-de, Schürzen und Brüstungen, tragende Vorsatz-schalen und ein- oder mehrgeschossige Raum-in-Raum-Systeme zu verstehen. Dabei müssendiese Bauteile oftmals bauphysikalischen Anfor-derungen genügen.

Der Stahl-Leichtbau kommt in diesen Berei-chen immer dann zum Einsatz, wenn der kon-ventionelle Trockenbau an seine Grenzen stößt.Typische Einsatzbereiche sind die vertikale undhorizontale Abgrenzung von Teilbereichen beiIndustrie-, Gewerbe- und Büronutzungen sowiedas Einziehen von Zwischenebenen bei großenGeschosshöhen im Neubau und Bestandsbau.

Im Sinne einer flexiblen Grundrissgestaltunglassen sich innerhalb der Primärstruktur einesGebäudes individuell gestaltete Zonen, Ebenenund Räume schaffen, die aufgrund des geringenKonstruktionsgewichts je nach Nutzerwunsch freiangeordnet werden können und große Decken-spannweiten bzw. Wandhöhen ermöglichen.

Außenwand/Fassade: Wohnanlage Vauban V6 inFreiburg. In den Stahl -beton-Skelettbau ist einezweischalige Außenwand-konstruktion in Trocken-bauweise mit integrierterLüftungs- und Klimatech-nologie eingestellt.

Nicht zuletzt erfüllen derartige Systeme hoheBrand- und Schallschutzanforderungen im Aus-bau – selbständig oder als ergänzende Ertüchti-gung der Primärstruktur.

Erweiterte Trockenbau -anwendung: Hallentrenn-wände und Vorsatzschalenmit bis zu 14 Meter Höheim Kunst- und Kongress-haus in Marseille Belle deMai (FR)

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Aspekte der Wirtschaftlichkeit

Die Stahl-Leichtbauweise ist keine „Billigbau-weise“, die traditionelle Bauarten in ihren Kern-anwendungsbereichen preislich unterbietet. Sieist immer dann eine wirtschaftliche Alternative,wenn sie im Rahmen einer Bauaufgabe ihrespezifischen Vorzüge ausspielen kann.

Systembauweise

Als „Systembauweise“ ist der grundsätzlicheBauteilaufbau häufig herstellerspezifisch vorge-geben – natürlich mit ausreichenden Freiheits-graden für die individuelle Bauaufgabe. Die we-sentlichen Konstruktions- und Anschlussdetailsliegen vor. Tragfähigkeit, Spannweiten sowie diebauphysikalische Leistungsfähigkeit sind von denSystemgebern vorbemessen und über Prüfungennachgewiesen. Insofern ist die Systemtreue einwichtiger Aspekt der Wirtschaftlichkeit. Hersteller-support und Verwendbarkeitsnachweise für dienormativ nicht geregelte Stahl-Leichtbauweisesind dadurch gewährleistet.

Bedeutung der Planung

Von wesentlichem Einfluss auf die Erstel-lungskosten einer Baumaßnahme ist bekannter-maßen die Planungsqualität. Deren Berücksich-tigung ist bereits in frühen Planungsphasen an-geraten, um den Mehrwert der Stahl-Leichtbau-weise im Sinne der gesamtheitlichen Wirtschaft-lichkeit maximal zu nutzen. Das geringe Gewichtvon Stahl-Leichtbau-Elementen und -Fassadenwirkt sich positiv auf die Dimensionierung derLastableitung, der Gründung und der Funda-mente der tragenden Primärstruktur und damitauf die realisierbare Anzahl der Geschosse aus.Allerdings lassen sich diese Vorteile nur beirechtzeitiger Konzeptionierung in der Tragwerks-und Entwurfsplanung ausschöpfen.

Die konstruktiven Details und Montageab-läufe des Stahl-Leichtbaus unterscheiden sicherheblich von herkömmlichen Massivbauweisen.Insofern ist eine Auseinandersetzung mit denBesonderheiten des Stahl-Leichtbaus wichtig füreine erfolgreiche Konzeptfindung und rationelleBauabwicklung. Wobei es sich bei den „Besonder-heiten“ letztendlich um die Funktions- und Kon-struktionsprinzipien des Leichtbaus handelt, dieseit Jahrzehnten aus den Bereichen Fassaden-,Element- und Modulbau sowie Trocken- undHolzrahmenbau bekannt sind. Die Adaptierungdieser Prinzipien im Rahmen einer intelligenten

Vorplanung tritt an die Stelle einer kosten- undzeitintensiven Baustellenimprovisation.

Die erforderliche Planungstiefe steht unteranderem im Zusammenhang mit dem Vorferti-gungsgrad (siehe auch nachfolgenden Abschnitt„Bedeutung der Fertigung“). Bei umfangreiche-ren Projekten ist eine Arbeitsvorbereitung mitentsprechendem Vorlauf Voraussetzung für einemängelfreie Montage und Anschlussausbildung

Projektstart

• Erste Pläne durch Architekten und Planer

• Abstimmung der Pläne und des Einsatzgebietes mit dem Stahl-Leichtbau-Systemhersteller

• Klärung der statischen und bauphysikalischen Anforderungen

• Vorbemessung und Prüfung der Machbarkeit des Projekts durch Systemhersteller

• Detailklärung mit Architekten und Planern • Festlegung des Systems • Ausschreibung und Angebotserstellung

• Fachplanung Statik und Bauphysik

• Erstellung von Stücklisten und 3D-Montageplänen durch Systemhersteller

• Ggf. Abbinden der Profile/Vorfertigung der Bauteile

Montage

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auf der Baustelle. Schon vorab sind gewerke-übergreifend sämtliche Details und Abhängigkei-ten abzustimmen und in der Werkplanung zu be-rücksichtigen. Festlegungen und Entscheidungenmüssen frühzeitig getroffen werden. Element -stöße, Einbauten und Durchdringungen sowiedie Anschlussausbildung sind hinsichtlich Last-ableitung, bauphysikalischer Funktion, einfacherMontierbarkeit und Toleranzausgleich im Detailzu durchdenken. Bei komplexen Außenwändenund Fassaden empfiehlt sich vor Montagebeginnein Musterbau zur Abstimmung des Montage -ablaufs, der Detailausbildung und zur Koordinati-on der beteiligten Gewerke. ObjektbezogeneStandsicherheitsnachweise sind auch für nicht-tragende Bauteile erforderlich. Diese Rahmen-bedingungen sollten bei der Ausschreibung undKalkulation durch entsprechende Positionen imLeistungsverzeichnis berücksichtigt werden, umqualifizierte Fachunternehmen zu gewinnen.

Digitale Planungstools, verknüpft mit moder-nen Fertigungstechniken, ermöglichen ein hohesMaß an architektonischer Freiheit, ohne in Kon-flikt mit den für die Wirtschaftlichkeit wichtigenSystembau-Prinzipien des Stahl-Leichtbaus zugeraten. Individuell gestaltete Elemente bzw.Module in Losgröße 1 sind trotz Vorfertigungwirtschaftlich realisierbar, wenn die grundlegen-den Rahmenbedingungen der Bauweise (z.B.Profilabmessungen, Plattenformate) und be-währte Systemlösungen (z.B. für die Anschluss-ausbildung) umgesetzt werden. Da die System-geber die Baustoff- und Bauteileigenschaftennachgewiesen sowie die technischen und kon-struktiven Details gelöst haben, kann sich derPlaner auf den eigentlichen Entwurf und die Ge-staltung konzentrieren. Bei komplexen Nach -weisen und anspruchsvollen Detailausbildungen

wird er von den Systemgebern unterstützt bzw.werden ihm diese auf Wunsch zur Verfügung ge-stellt – sofern in einem System geplant wird.

Bedeutung der Fertigung

Grundsätzlich kann der Stahl-Leichtbau, jenach Anforderungen des Projektes, in verschie-denen Vorfertigungsgraden wirtschaftlich reali-siert werden:

• Baustellenfertigung• Elementbau• Modulbau

Entscheidend für den Grad der Vorfertigungsind neben der angestrebten Bauzeit grundsätz-lich die Rahmenbedingungen für Transport undLogistik sowie der Vorlauf, mit dem Bauherr undPlaner Festlegungen und Entscheidungen tref-fen können bzw. wollen.

Baustellenfertigung: Aufstockung und thermi-sche Sanierung einer ein-stöckigen Villa aus den1960er Jahren in Ascona(CH) unter temporärem Witterungsschutz

Baustellenfertigung:tragende Geschossdecke in Stahl-Leichtbauweise als unmittelbare Unterkon-struktion für eine nach -folgend aufgebrachte Gips-faserplatte mit integrierterFußbodenheizung

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Bei der aus dem Trockenbau bekannten Bau-stellenfertigung werden alle Bauteile vor Ortmontiert. Die erforderliche Planungstiefe ist da-durch gering, eine baubegleitende Planung mitAnpassungen und Veränderungen ist eher mög-lich. Von Vorteil ist die Flexibilität im Bereich desBauablaufs. So kann z.B. eine Fensterfertigungoder die Montage von Fensterelementen statt -finden, bevor eine nichttragende Außenwand-konstruktion erstellt wird.

Es sei an dieser Stelle betont, dass für dieStahl-Leichtbauweise auch bei einer Baustellen-fertigung – abhängig von der Projektgröße undKomplexität – eine ausreichend tiefe Vorplanungangeraten ist, damit Kosten- und Qualitätsrisikenminimieren werden. Eine zeitgemäße Baustellen-

Elementbau: vorgefertigteWandelemente (links) undderen Montage (rechts) für die zweigeschossigeAufstockung auf dem Be-standsgebäude der KlinikLengg (CH)

Elementbau: Die komplettvorgefertigte Stahl-Leicht-bau-Fassade eines Verwal-tungsgebäudes in Grafenau reduziert die Lasten derKonstruktion und beschleu-nigt den Baufortschritt –auch im Winter.

fertigung greift häufig auf vorgefertigte Halb -zeuge, abgebundene Profile und vorkonfektio-nierte Baustoffabmessungen zurück, um trotzder flexiblen Montage vor Ort die auf der Bau-stelle erforderlichen Anpassungsarbeiten geringzu halten. Die Baustellenfertigung bietet sich beinichttragenden Außenwandsystemen in Trocken-bauweise an, bei tragenden Anwendungen vorallem bei Baumaßnahmen kleineren Umfangssowie bei eingeschränkter Zugänglichkeit, z.B.im Gebäudeinneren.

Beim Elementbau werden Wand-, Decken-oder Dachsegmente im Werk vorgefertigt. DerVorfertigungsgrad kann variieren und reicht vomebenen Rahmen aus untereinander verbunde-nen Stahlprofilen über gedämmte und ein- oderbeidseitig beplankte Tafeln bis hin zu Komplett-bauteilen mit Einbauelementen und Fassade. Installationen können je nach Vorfertigungsgradbereits integriert sein. Der Elementbau findetsinnvollerweise Anwendung bei nichttragendenAußenwand- und Fassadensystemen sowie beitragenden Wand-, Decken- und Dachbauteilenvon Gebäudeeinheiten und -erweiterungen.

Der Modulbau ist eine Weiterentwicklungdes Elementbaus. Es werden komplette Raum-module vorgefertigt, die als abgeschlossene undmeist vorinstallierte, dreidimensionale Einheiteninnerhalb kürzester Zeit auf der Baustelle aufge-stellt werden können. Eine Stapelung bis zusechs Vollgeschossen ist möglich. Konstruktions-bedingt führt die Aufstellung der Module neben-und übereinander zu einer Verdoppelung dervertikalen und horizontalen Trennbauteile, wo-raus besonders hohe Schalldämmwerte resultie-ren. Modulbauten werden typischerweise bei

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Modulbau: Vorfertigung(links) und Montage(rechts) der komplett aus-gestatteten Raumzellen in Stahl-Leichtbauweise für das Alterszentrum Lenzburg (CH)

gerasterten Gebäuden mit sich wiederholendenRaumgeometrien eingesetzt, z. B. bei Schulen,Krankenhäusern, Wohneinrichtungen wie Alters-heimen, Hotels oder Studentenwohnungen sowiebei temporären Gebäuden.

Gegenüber anderen Fertigbauweisen bietetder Stahl-Leichtbau den Vorteil eines besondersgeringen Gewichts. Elemente und Module sinddeswegen leicht zu handhaben, gut zur Baustellezu transportieren und dort einfach zu bewegenund zu montieren.

Durch den Bau mit Elementen und Modulenlassen sich, abhängig vom Vorfertigungsgrad,die Bauzeiten stark reduzieren. Lärm, Staub, Ab-gase und Vibrationen auf der Baustelle werdenminimiert. Zudem verkürzen sich infrastrukturelleBaustellenfolgen wie Absperrungen, Umwegeund Interimslösungen. Aufstockungs- und Erwei-

terungsmaßnahmen sind dadurch mit einer ver-gleichsweise geringen Belästigung für die Be-wohner verbunden.

Ein weiterer Vorteil der Vorfertigung ist dieProduktion der Elemente oder Module unter kon-trollierten und witterungsunabhängigen Werk-stattbedingungen, was neben der gleichbleibendhohen Produktqualität genau kalkulierbare Zeit-und Ablaufpläne und nicht zuletzt hohe Kosten-sicherheit ermöglicht. Voraussetzung für die Vor-fertigung ist eine Montagehalle sowie eine ent-sprechende Fertigungs- und Transportlogistik.Alternativ zur Vorfertigung im standortgebunde-nen Werk ist auch die Fertigung in einer „Feld -fabrik“ möglich. Durch solche vor Ort geschaffe-nen, werksähnlichen Bedingungen können beigroßen Bauteilen unter Umständen aufwendigeTransporte vermieden werden.

Nachhaltigkeit

Betrachtet man den gesamten Lebenszykluseines Gebäudes, so sind neben der Erstellungund Nutzungsphase auch der Rückbau und diedamit verbundene Wieder- und Weiterverwen-dung bzw. Entsorgung von Baustoffen und Bau-teilen zu bewerten. Stahl erfüllt die Kriterien res-sourcenoptimierten und nachhaltigen Bauens.Der Werkstoff zählt zu den baubiologisch un -bedenklichen, schadstofffreien Baustoffen, ausdenen sich langlebige Bauelemente fertigen las-sen.

Da Stahl magnetisch ist, lassen sich Stahl-teile einfach aus Reststoffgemengen heraus -

sortieren und als Rohmaterial nahezu vollständigwiederverwenden. Bei dem Rezyklat werden dieursprünglichen Eigenschaften ohne Qualitätsver-luste erreicht. Die Stahlherstellung wird heutefast zur Hälfte durch die Wiederverwendung vonStahlschrott betrieben, so dass der natürlicheRessourcenverbrauch durch diesen permanen-ten Kreislauf stark reduziert ist. Bei der Vor -fertigung oder dem werkseitigen Abbund vonProfilen erfolgt ein optimierter Zuschnitt mit einereffizienten Materialausnutzung, was dazu bei-trägt, Abfallmengen sowie den Gesamtenergie-bedarf signifikant zu senken.

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Kaltgeformte Stahlprofile

Während die meisten Baustoffe der Wand-,Decken- und Dachsysteme (z.B. Plattenwerk-stoffe, Dämmstoffe, Folien) aus vielen Bauanwen-dungen allgemein bekannt sind, stellen die kalt-geformten Stahlprofile (Kaltprofile) geringer Blech-dicke und die hierfür entwickelten Fügetechnikendie eigentliche Besonderheit und Innovation derBauweise dar.

Die Profile zeichnen sich durch die positivenEigenschaften des Baustoffs Stahl aus:

• hohe Belastbarkeit und hohe Steifigkeit,• günstiges Festigkeits-Eigengewichts-

Verhältnis,• Homogenität und gleichmäßige Werkstoff -

eigenschaften,• Maßhaltigkeit, kein feuchtebedingtes Schwin-

den und Quellen,• Nichtbrennbarkeit, keine Erhöhung der Brand-

lasten durch die Konstruktion,• bei entsprechender Oberflächenbeschichtung

unempfindlich gegen korrosive Einflüsse,• unempfindlich gegenüber biotischer

Schädigung,• hochwertige Füge- und Verbindungstechniken,• Eignung zur Vorfertigung, Möglichkeit der

raschen Baustellenmontage,• hohes Wiederverwertungs- und Recycling -

potenzial.

Bei der Planung in Stahl-Leichtbauweise sinddie Eigenschaften des Werkstoffs Stahl im Sinnedes materialgerechten Einsatzes zu berücksich-tigen. Dies sind maßgeblich das thermische Deh-nungsverhalten, das zu erhöhten Verformungenund Zwangsspannungen führen kann, die hoheWärmeleitfähigkeit sowie die Festigkeitsreduktionbei Hochtemperaturbelastung.

Die Stahlprofile werden durch Kaltverformungaus feuerverzinktem Bandstahl höherer Festig-keit hergestellt. Die Bandverzinkung, bei Bedarfin Kombination mit einer organischen Beschich-tung, stellt über die Lebensdauer eines Bauwer-kes einen optimalen Korrosionsschutz dar, wennKonstruktionsdetails und Schichtungen korrektgeplant und ausgeführt werden.

Zum Einsatz kommen hauptsächlich C- undU-Profile, wobei die C-Profile, analog zum Tro-ckenbau, passgenau in die U-Profile eingestelltbzw. über die Anschlusswinkel im Traggrund ver-ankert werden können. Die Blechdicken für nicht-tragende Außenwände und Fassaden betragen bei

Baustoffe und Konstruktion

Konstruktiv unterscheiden sich Bauteile inStahl-Leichtbauweise grundlegend von Massiv-bauteilen, was ein anderes statisches und bau-physikalisches Verhalten bedingt. Im Gegensatzzu den homogenen monolithischen Massivbau -weisen wird im Stahl-Leichtbau ein mehrschali-ges Bauteil geringer Masse aus verschiedenen Baustoffen zusammengesetzt. Die Aufbauten unddamit die Eigenschaften von Stahl-Leichtbau-Konstruktionen sind durch die Vielfältigkeit derBaustoffe sowie deren Schichtung und Fügungsehr variabel. Es lassen sich dadurch individuelleBauaufgaben bewältigen.

Das Tragsystem des Ständerwerks mit Stahl-Leichtprofilen wird analog zu den Konstruktionenanderer Ständerbauweisen (z.B. Holzrahmen-bau) erzeugt. Innerhalb der Profilebene erfolgteine integrative Dämmung. Der Profilrahmenwird mit Plattenwerkstoffen beplankt, Folien undadditive Dämmebenen ergänzen die bauphysika-lische Funktion. Je nach Anwendung komplettie-ren weitere Funktionsschichten (z.B. Fassaden,Estriche, Bekleidungen) das Bauteil.

Nachträgliche vertikale und horizontale Aufteilungeiner Industriehalle mitkaltgeformten Stahlprofilen

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üblicher Spannweite 0,6 Millimeter bis 1,5 Milli-meter. Die Regelblechdicke der Ständerprofile fürtragende Anwendungen beträgt 1,5 Millimeter bis2,0 Millimeter, bei Deckenprofilen 1,5 Millimeterbis 2,5 Millimeter. Auf erhöhte Beanspruchungenwird mit Rücken-an-Rücken- oder verschachtelterAnordnung der C-Profile (Doppelprofile), einemengeren Profilabstand und einer größeren stati-schen Höhe des Profils reagiert.

Plattenwerkstoffe

Das Profil-Ständerwerk wird mit Plattenwerk-stoffen beplankt. Die Wahl der verwendetenPlattenwerkstoffe sowie die Plattendicke orien-tieren sich an den statischen und bauphysikali-schen Anforderungen, die an das Bauteil gestelltwerden. Zur Anwendung kommen:

• gipsgebundene Plattenwerkstoffe (Gipsplatten,Hartgipsplatten, Gipsfaserplatten, Gipsvlies-platten),

• zementgebundene Plattenwerkstoffe (armierteLeichtbetonplatten, Faserzementplatten),

• Holzwerkstoffplatten.

Im Innenbereich werden als oberflächenbil-dende Bekleidung von Wänden und Unterdeckenbevorzugt gipsgebundene Platten verwendet. ImAußenbereich sowie bei Feuchtebeanspruchungkommen hauptsächlich zementgebundene Plattenzum Einsatz, wobei auch Holz- und Gipswerk-stoffplatten unter einem Witterungsschutz (vor -gehängte Fassade, Wärmedämmverbundsystem)geeignet sind. Für tragende und aussteifendeAnwendungen sowie als Deckenschalung sindHolzwerkstoffplatten verbreitet. Alternativ könnenhierfür auch leistungsfähige „Hartgipsplatten“,Gipsfaserplatten und zementgebundene Platteneingesetzt werden – mit dem Vorteil der Nicht-brennbarkeit und eines geringen Schwind- undQuellmaßes.

Dämmstoffe

Viele Konstruktionen erreichen ihre gefor-derten bauphysikalischen Eigenschaften nur inKombination mit geeigneten Dämmstoffen. InStahl-Leichtbau-Konstruktionen werden Dämmun-gen im Wesentlichen für die Bereiche Wärme-und Schallschutz eingesetzt. Aber auch bei Kon-struktionen mit Brandschutzanforderungen könnenbestimmte Dämmstofftypen gefordert sein. Die be-kannten Dämmstofftypen werden analog ihren üb-lichen Anwendungen eingesetzt. Innerhalb desGefachs sind grundsätzlich Faserdämmstoffe zuverwenden, meist aus Glas- oder Steinwolle.

Verbindungsmittel

Zur Fixierung von Plattenwerkstoffen, Stän-derwerk sowie Elementen des Ständerwerks untereinander dienen geeignete Verbindungs-mittel. Die dünnwandigen Blechprofile werdenmiteinander verschraubt, geclincht oder über Anschlusswinkel verbunden. Die Befestigung derBeplankung auf den Metallständern erfolgt üb -licherweise mittels einer Verschraubung – beimehr als 1,0 Millimetern Blechdicke sind Bohr-schrauben erforderlich. Alternativ können Platten-werkstoffe auch über zugelassene „Ballistiknägel“mittels Druckluft-Nagelung befestigt werden. Diesist vor allem im Rahmen der Vorfertigung einesehr wirtschaftliche Befestigungstechnik, die beiausreichender Festigkeit eine schnelle und auto-matisierbare Arbeitsweise ermöglicht.

Doppelprofile ermöglichenin der Sonderdeponie Kölliken (CH) die Abtren-nung von Hallenbereichensowie die Errichtung einesBesucherpavillons und Laborraums (hier im Bild)mit großen Spannweiten.

Rationelle Befestigung vonPlattenwerkstoffen mittels„Ballistiknägeln“ auf denkaltgeformten Stahlprofilen

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Bauphysik

Die bauphysikalischen Eigenschaften vonStahl-Leichtbauteilen werden durch den System-aufbau bestimmt. Anders als bei Massivbau -teilen, deren Eigenschaften im Wesentlichendurch den Baustoff (Rohdichte) und die Bauteil-dicke festgelegt sind, wird bei Leichtbauteilendie bauphysikalische Leistungsfähigkeit über dieBaustoffe sowie deren Schichtung und Anschluss-ausbildung definiert. Abhängig vom Systemauf-bau lassen sich hochleistungsfähige Bauteile ge-nerieren, die in ihren bauphysikalischen Eigen-schaften monolithischen Massivbauteilen bei

geringerer Masse und Bauteildicke weit überle-gen sind.

Wärmeschutz

Ein Vorteil von tragenden und nichttragendenStahl-Leichtbau-Systemen als Außenbauteil ist,dass sie durch die „integrative“ Dämmebene inder Ständerwerksebene Wärmedurchgangsko -effizienten deutlich unter 0,2 W/m²K ermöglichenund damit auch erhöhte Wärmeschutzanforde-rungen problemlos erfüllen. Bei vergleichbaren

Tragsystem und Bemessung

Der Aufbau von Wänden, Decken und Dä-chern ist prinzipiell ähnlich. Die C-Profile derWandständer bzw. der Decken- oder Dachträgerwerden entweder an ihren Enden in U-Profile ein-gestellt bzw. eingelegt und von diesen gehaltenoder alternativ über Anschlusswinkel befestigt.Die U-Profile verteilen die vertikalen Lasten aufdie Wandständer und schließen den Schubflussin den Tafeln. Decken- und Dachbauteile werdenauf Wandbauteile aufgelegt oder daran mittelsKonsolen angeschlossen. Die Profile werden di-rekt oder über Winkel miteinander und in tragen-den Massivbauteilen verankert.

Aus statischer Sicht unterscheidet sich dieStahl-Leichtbauweise vom Skelettbau. Die Last-abtragung erfolgt hier nicht über ein tragendes„Skelett“ mit biegesteifen Knoten oder diagona-len Aussteifungen, das unabhängig von der ab-schließenden Gebäudehülle ist. Stattdessen be-steht das Tragwerk aus flächigen Bauteilen, diegleichzeitig tragende und raumabschließendeFunktionen erfüllen. Die Beplankung wird aufdem Ständerwerk befestigt und dient der Quer-verteilung von Lasten, der Knickaussteifung derProfile und der Aussteifung der Tafelelemente(z.B. Aussteifung von Wandelementen gegenHorizontallasten aus Windbeanspruchung). Eswird ein leistungsfähiges Verbundbauteil ge -neriert, das ein Vielfaches der Beanspruchbar-keit der Einzelbestandteile aufweist. Es ist in der Lage, Lasten sowohl in ihrer Ebene – als„Scheibe“ – als auch senkrecht dazu – als „Plat-te“ – abzutragen. Insofern haben die mechanischeLeistungsfähigkeit der Beplankung sowie die Artder Befestigung (Verbindungsmitteltyp, Abstand)wesentlichen Einfluss auf die Tragfähigkeit einesStahl-Leichtbau-Elements.

Für die statische Bemessung von Bauteilenin Stahl-Leichtbauweise sind die Tragfähigkeit derVerbindung zwischen Beplankung und Kaltpro -filen, die Tragfähigkeit der Kaltprofile selbst so-wie die Verankerung zum Abtrag der Lasten indie Primärkonstruktion nachzuweisen. Auch fürnichttragende Außenwandsysteme ist ein stati-scher Nachweis zu erbringen, da diese Wind-und Stoßlasten ausgesetzt sind. Der rechneri-sche Nachweis der Kaltprofile erfolgt nach Eurocode 3, Teil 1 –3 (DIN EN 1993-1-3). Ver-schiedene europäische und nationale Zulassun-gen stellen eine weitere Grundlage für die Be-messung und Konstruktionsausbildung dar. Dadie Bemessung von Stahl-Leichtbau-Systemenaufgrund der dünnwandigen, stabilitätsgefährde-ten Profilquerschnitte sowie des mittragendenund aussteifenden Plattenverbunds nicht alltäg-lich ist, wird empfohlen, im Sinne einfacher undwirtschaftlicher Lösungen hierfür kompetenteTragwerksplaner einzubinden.

Die Systemgeber bieten in der Regel Hilfe-stellungen bei der Vordimensionierung an. AufWunsch werden die statischen und bauphysikali-schen Nachweise in enger Zusammenarbeit mitden Bauherren und Architekten objektbezogenerstellt, ebenso wie eine detaillierte Fertigungs-planung.

Das Rastermaß, auch innerhalb eines Bau-teils, z. B. einer Außenwand, kann dem Entwurfuntergeordnet werden. Ökonomisch sinnvoll istes allerdings, wenn sich das Rastermaß einesBauteils am Plattenmaß und an den Öffnungen inWänden orientiert, damit erforderliche Profilaus-wechslungen gering gehalten werden können.Je nach Entwurf sind auch freie Formen mit derStahl-Leichtbauweise realisierbar.

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Thermische Analyse einer Außenwand in Stahl-Leichtbauweise

Beispiel für den Aufbau einer Außenwand 1 Fassadenbekleidung auf Unterkonstruktion 2 Zementgebundene Bauplatte (verspachtelt) 3 Wasser- und Windsperre 4 Fassadenprofil 150 (2 Profile geschachtelt) 5 Stahlwinkel 70/35/100 6 Trockenbauprofil UW 7 Trockenbauprofil CW 8 Dämmung 9 Gipsgebundene Bauplatten/Hartgipsplatten10 Dampfbremse

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Wärmeschutzeigenschaften erzielt der Stahl-Leichtbau durch die schlankeren Bauteile Flä-chengewinne zwischen 7 % und 12% im Ver-gleich zur konventionellen massiven Bauweisebzw. eine bessere Wärmedämmung bei gleicherBauteildicke.

Die Querschnittswahl der Profile sowie derBauteilaufbau hängen neben den statischenauch von den energetischen Anforderungen ab.Durch die hohe Wärmeleitfähigkeit von Stahl istin besonderem Maße auf die Vermeidung vonWärmebrücken zu achten. Die integrative Dämm -ebene wird deswegen meist durch eine weitereadditive Dämmebene ergänzt. Diese wird außen,z.B. als Wärmedämmverbundsystem, oder/undinnen, z.B. als Zwischendämmung mit Vorsatz-schale, angeordnet, um die Wärmebrückenwir-kung der Metallständer zu minimieren.

Die Bemessung des Wärmedurchgangsko-effizienten eines Stahl-Leichtbauteils erfolgt mit-hilfe von längen- bzw. punktbezogenen Wärme-durchgangskoeffizienten, die die Wärmebrückedes Stahlquerschnitts bauteilbezogen erfassen,oder durch thermische Simulation. Wärmebrü-ckenkataloge oder die thermischen Analysen vonSystemgebern können hier unterstützen. Bei nicht-tragenden Außenwandsystemen ist in den An -gaben der Wärmedurchgangskoeffizienten durchdie Systemgeber die Wärmebrücke der Ständer-profile in der Regel bereits berücksichtigt.

Da es sich bei Bausystemen in Stahl-Leicht-bauweise um Hohlraumkonstruktionen handelt,ist die Luft- und Winddichtheit in der Fläche, beiEinbauten, wie z.B. Fenstern oder Steckdosen,und im Anschlussbereich von großer Bedeutung.Das konvektive Eindringen von Innen- oder Außenluft in das Bauteil ist zu unterbinden.

Schallschutz

Im Stahl-Leichtbau gelten die bauakusti-schen Wirkprinzipien leichter, mehrschaliger Bau-teile mit biegeweicher Beplankung. Im Vergleichzum Massivbau kann, trotz erheblich geringeremEigengewicht, eine deutlich höhere Schalldäm-mung erzielt werden (vgl. Tabelle S. 14).

Bei zweischaligen Bauteilen hängt die Luft-schalldämmung von den Eigenschaften der bei-den Einzelschalen (Plattenwerkstoffe), der Ver-bindung der beiden Schalen (Unterkonstruktion/Profile) und dem Dämmstoff im Hohlraum ab.Hohe Schalldämmwerte lassen sich erreichendurch:• schwere, biegeweiche Schalen (z.B. mehrlagi-

ge Beplankung, dünne Platten hoher Rohdichte,Spezialplatten, Beschwerungen),

Metallständerprofile im Abstand a = 625 mmProfile: Fassadenprofil CW 150-1

Trockenbauprofil CW 75-06

RandbedingungenAußentemperatur: – 5,0 °CInnentemperatur: + 20,0 °CWärmeübergangswiderstand außen: 0,04 m2K/WWärmeübergangswiderstand innen: 0,13 m2K/W

U-Wert, Metallständerwand: 0,185 W/m2K – 5

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θse, min. = – 4,90 °C θse, max. = – 4,27 °C

θse, max. = + 19,22 °C θse, min. = + 17,83 °C

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Dokumentation 551

Bauteilaufbau

Außenputz 15 mmWärmedämmziegel 0,08 W/mK, 365 mmInnenputz 15 mm

Außenputz (armiert) 7 mmWDVS Mineralwolle 80 mmHartgipsplatte 15 mmStahl-Leichtbauprofil C 150-1,5 Mineralwolledämmung 150 mmHartgipsplatte 15 mmDampfbremseLuftraum 5 mmTrockenbauprofil CW 50-06Mineralwolledämmung 50 mmHartgipsplatte 15 mm

Außenputz (armiert) 10 mmWDVS Polystyrol 160 mmAnsetzmörtel 5 mmKalksandstein 1,4, 175 mmInnenputz 15 mm

Außenbeschichtung 7 mmZementgeb. Bauplatte 12,5 mmFassadenprofil CW 150-1 Mineralwolledämmung 150 mmHartgipsplatte 12,5 mmMineralwolledämmung 40 mm Trockenbauprofil CW 75-06 Mineralwolledämmung 60 mmHartgipsplatte 12,5 mmDampfbremseHartgipsplatte 12,5 mm

Innenputz 15 mmKalksandstein 2,0, 240 mmInnenputz 15 mm

Hartgipsplatten 2 x 12,5 mmStahl-Leichtbauprofil C 150-1,5 Mineralwolledämmung 120 mmFederschiene 27 mmHartgipsplatten 2 x 12,5 mm

Eigenschaften

d = 395 mmm' = 270 kg/m²U = 0,21 W/m²KRw = 48 dB1)




d = 270 mmm' = 520 kg/m²Rw = 61 dB3)

d = 227 mmm' = 85 kg/m²Rw = 64 dB1)

Außenwände

Wohnungs -trennwände

1) Werte aus Eignungsprüfungen ohne Flankenübertragung.2) Bemessung DIN 4109-32:2016-07 ohne Flankenübertragung, Abzug von 5 dB aufgrund der Verwendung von WDVS Polystyrol (nicht elastifiziert).3) Bemessung DIN 4109-32:2016-07 ohne Flankenübertragung.

Akustische und thermische Eigenschaften von Wandaufbauten in Stahl-Leichtbauweise im Vergleich zum Massivbau

• eine möglichst entkoppelte Verbindung (dieseist durch die akustisch „weichen“ Stahlprofilegeringer Blechdicke per se gegeben, weitereMöglichkeiten der Entkopplung sind z.B. Quer -lattungen, Federschienen/Federprofile oderDoppelständerwände und Vorsatzschalen),

• Hohlraumdämmung ≥ 80% mit Faserdämmstoff.

Die Trittschalldämmung von Decken in Stahl-Leichtbauweise wird ebenfalls durch den Aufbaubestimmt. Um die direkte Körperschallübertra-gung über die Deckenprofile zu unterbinden, istder Schalleintrag an der Deckenoberseite vonder Schallabstrahlung an der Deckenunterseitezu entkoppeln. Baulich umgesetzt wird dies auf

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Fotonachweis und Literaturhinweise

Fotonachweis

Protektorwerk Florenz Maisch, Gaggenau (Titel,S. 34– 35); ERNE AG Holzbau, Laufenburg (CH)(S. 3, 8 oben, 9, 16, 26 – 27); Cocoon SystemAG, Basel (CH) (S. 4, 17, 31 oben links); KnaufAquapanel GmbH, Dortmund/Ekkehart Reinsch,Dortmund (S. 5 oben, 20– 21, 25); Rigips AG,Mägenwil (CH) (S. 5 unten, 11 oben); Knauf AG,Reinach (CH) (S. 7, 10 unten, 19 oben, 31 obenrechts und unten); Knauf AMF GmbH & Co. KG, Grafenau (S. 8 unten); ITW Befestigungs-systeme GmbH, Hemmingen (S. 11 unten);Knauf Aquapanel GmbH, Dortmund (IsometrieS. 13); Marcelo Villada Ortiz, Bellinzona (CH) (S. 18, 19 unten); Mecanoo, Delft (NL) (S. 22);James Hardie Europe GmbH, Düsseldorf (S. 23);JSWD Architekten GmbH & Co. KG, Köln (S. 24);

Literaturhinweise

SIZ-Dokumentation 560: Häuser in Stahlbau -weise; Lange, Naujoks, Tichelmann, Volkwein;Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf 2002

SIZ-Dokumentation 591: Bauen im Bestand –Lösungen in Stahl-Leichtbauweise; Pfau, Tichel-mann, Ohl; Stahl-Informations-Zentrum, Düssel-dorf 2007

Pfau, Tichelmann: Trockenbau-Atlas; 4. Auflage;Rudolf Müller Verlag, Köln 2014

der Oberseite durch schwimmenden Estrich undweichfedernde Bodenbeläge, an der Unterseitedurch entkoppelte Deckenbekleidungen und ab-gehängte Unterdecken.

Liegen keine Prüfzeugnisse mit Schalldämm-werten für Stahl-Leichtbauteile eines bestimmtenAufbaus vor, so kann der Fachplaner diese ausähnlich aufgebauten Trockenbau- oder Holzrah-menbaukonstruktionen abschätzen. Es gilt für Luft-und Trittschall gleichermaßen, dass Trockenbau-konstruktionen wegen der geringeren Blechdickeder Profile etwas bessere Werte, Holzrahmenbau-konstruktionen wegen des steiferen Holzquer-schnitts etwas schlechtere Werte aufweisen.

Brandschutz

Tragende oder aussteifende Elemente einesBauteils müssen ihre statische Funktion beiBränden beibehalten und sind entsprechend vorBrandeinwirkung zu schützen. Zudem existierenAnforderungen an den Raumabschluss brand-schutztechnisch klassifizierter Trennbauteile überdie Feuerwiderstandsdauer.

Die Stahl-Leichtbauweise ist eine klassischeHohlraumkonstruktion. Maßgebend für die Feuer-widerstandsdauer sind die Art und Dicke der Be-kleidung sowie der Dämmstoff im Wandhohlraum.Brandschutztechnisch ist bei der Ausbildung vonHohlraumkonstruktionen besonders darauf zuachten, dass sich im Brandfall kein Feuer, keine

Gase und kein Rauch über die Hohlräume hin-weg ausbreiten können. Um die Brandweiterlei-tung in Gebäuden in Stahl-Leichtbauweise überHohlräume zu verhindern, ist besonders auf dieRauchdichtheit und Temperaturbeständigkeit vonBauteilanschlüssen zu achten.

Durch den Konstruktionsaufbau aus Metall-ständern, mineralischen Plattenwerkstoffen undMineralwolledämmstoffen ist die Stahl-Leicht -bauweise als reine A-Bauweise (nichtbrennbar)klassifizierbar. Allerdings nimmt die Tragfähigkeitvon Stahl bei Temperaturen über 400 °C starkab. Insofern ist durch baulich-konstruktive Maß-nahmen, wie die Wahl der Bauteilaufbauten, dieAusführung der Anschlussdetails, die Durchfüh-rung von Installationen usw., sicherzustellen, dassdie temperaturempfindliche Tragkonstruktion ausdünnwandigen Profilen durch brandschutztech-nisch wirksame Bekleidungen „gekapselt“ wird.Dies führt bei tragenden Bauteilen zu größerenBekleidungsdicken als bei nichttragenden.

Brandschutztechnisch werden Konstruktionenin Stahl-Leichtbauweise über allgemeine bauauf-sichtliche Prüfzeugnisse klassifiziert. Liegen keineentsprechenden Verwendbarkeitsnachweise vor,kann der Brandschutz von tragenden Konstruk-tionen durch die Fachplanung gutachterlich ausähnlichen nichttragenden Trockenbausystemenmit brandschutztechnisch selbständiger Beklei-dung (z.B. Schachtwandsysteme, selbständigeUnterdecken) abgeleitet werden.

TSB-Ingenieurgesellschaft mbH, Darmstadt (S.28– 29); Georg Aerni, Zürich (CH) (S. 30); OPTA Trockenbau/Saint-Gobain Rigips GmbH,Düsseldorf (S. 32– 33).

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Dokumentation 551

Hinter der Putzfassade verbergen sich über 300 in Stahl-Leichtbauweisevorgefertigte Außenwand-elemente.

Innenansicht der Fassade

Das prägende Element der Blockrandbe -bauung im Gundelfinger Quartier ist die außerge-wöhnliche Fassade. Zwölf unterschiedliche Fens-terformen wurden dafür von den umliegendenGründerzeitbauten abgeleitet und in eine zeitge-mäße Architektursprache übersetzt. Während anden Straßenseiten eine Vielzahl kleinerer Öff-nungen vor allem flexibel aufteilbare Büroflächenbelichten, verschmelzen sie in dem zurücklie-genden, als Seniorenresidenz genutzten Bereichzu mäandernden Fensterbändern mit integriertenLoggien. In den Innenräumen ergeben sich so un-erwartete Ausblicke und Nischen, die an einigenStellen durch eine vorgebaute Wand als Sitzge-legenheit dienen. Die scheinbar zufällige Anord-nung der Fenster ist das Ergebnis einer parame-trischen Programmierung, die von dem Architek-turbüro Herzog & de Meuron in Zusammenarbeitmit dem CAAD-Lehrstuhl der ETH Zürich ent -wickelt wurde.

Technische Vorgaben wie Erdbebensicher-heit, geringes Konstruktionsgewicht sowie dieNichtbrennbarkeit der Tragkonstruktion warenausschlaggebend für die Wahl von vorgehängten

Bauherr:SBB Immobilien, Zürich (CH)Architektur:Herzog & de Meuron, Basel (CH)Stahl-Leichtbau-Fassade:ERNE AG Holzbau, Laufenburg (CH)Systemgeber Stahl-Leichtbau:Cocoon System AG, Basel (CH)Bauzeit:2010– 2011

Wohn- und Geschäftshaus „Südpark“, Basel

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Produktionsstraße zur Fließbandfertigung der Fassadenelemente (links), Montage eines Fassaden-elementes (rechts)

Fassadenfertigteilen in Stahl-Leichtbauweise. Zurtechnisch sicheren Umsetzung wurde das zwei-dimensionale Flächenmodell der Architekten vonder ausführenden ERNE AG Holzbau in trans-portable Elemente aufgeteilt und in ein 3D-Modell der gesamten Fassade überführt. Über300 verschiedene Elemente wurden, versehenmit Dichtungsbahn, Holzzementplatten, Däm-mung, Dampfsperre, Gipsfaser- und Gipskarton-platten sowie Fenstern und Sonnenschutz, inFließbandfertigung hergestellt und just in time aufdie Baustelle geliefert.

Vorteile:+ Umsetzbarkeit beliebiger Fassaden -

geometrien+ Erdbebensicherheit+ kurze Realisierungszeit: Neuentwicklung und Fertigung von 6700 m2 Fassadenfläche mit 1497 Fenstern in 542 unterschiedlichen Positionen in nur 13 Monaten

Thomas Wehrle, Leiter Systembau ERNEAG Holzbau:„Entscheidend für die erfolgreiche Abwick-lung eines Bauvorhabens in dieser Größen-ordnung ist die Kompetenz des ausführen-den Unternehmens hinsichtlich der Vorpla-nung, der Fertigung und der Montagelogis-tik. Diese Kompetenz muss schon in frühenPlanungsphasen miteinbezogen werden. Hie-rin unterscheidet sich ein Stahl-Leichtbaunicht von einem Holzrahmenbau.”

Die Lastabtragung in den Baukörper erfolgtgeschossweise über Konsolkonstruktionen an denDeckenrändern. Speziell entwickelte Zargen fürdie Befestigung und Kopplung der 3,13 Meter ho-hen und bis zu 8,37 Meter langen Elemente sorg-ten dafür, dass Bauteilverformungen nur einenminimalen Einfluss auf die Fassadenelementehatten. Nach der Montage wurde eine zusätzli-che Dämmschicht aufgebracht. Die abschließen-den, hinterlüfteten Trägerplatten mit Putzauftragund Beschichtung verleihen der massiv wirken-den Fassade ihr silbrig-mattes Erscheinungsbild.

Unterkonstruktion eines Fassadenelements1 Rahmenprofil U 150/40-1,52 Wandprofil C 147/50-1,53 Brüstungsriegel U 150/40-1,54 Sturzriegel U 150/40-1,55 Schwellenverstärkung Quadrat-Hohlprofil 120/120-6,3

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Farbige Polycarbonat -platten vor der in Stahl-Leichtbauweise erstelltenAußenwand lockern diestrenge horizontale Glie-derung des Baukörpersauf und verleihen ihm seine leichte, frische Aus-strahlung.

Jugend- und Sportzentrum, Bellinzona

Das neue Jugend- und Sportzentrum liegtam Rande der Stadt Bellinzona, unmittelbar ander Auenlandschaft des Flusses Tessin. Jugend-liche aus Sportvereinen, Schulen und anderenGruppen können hier übernachten, sportlichenAktivitäten im Freien nachgehen oder die Regionund die Stadt erkunden.

Ein breiter Durchgang durchbricht den lang-gestreckten Baukörper im Erdgeschoss. Von hieraus sind alle öffentlich zugänglichen Bereichewie Speisesaal, Verwaltung und Außenanlagendirekt erreichbar. Die Schlaf- und Sanitärräumefür etwa 100 Gäste sind im ersten Obergeschossuntergebracht. Der Gebäudeteil rechts des Durch-gangs besitzt ein weiteres Geschoss, hier befin-den sich die Unterrichtsräume.

Das Gebäude ist als Stahlbeton-Skelettbaumit drei Erschließungskernen errichtet. Die last -ableitende Rohbaukonstruktion ist somit auf dasWesentliche beschränkt und ermöglicht in Kom-bination mit dem trockenen Ausbau eine freieund flexible Grundrissgestaltung. Der Entwurfsge-danke von Veränderung und Anpassbarkeit wurde

konsequent auf die nichttragende Außenhülle desGebäudes übertragen, wobei hier zusätzlich dieQualitäts- und Zeitaspekte einer Systembau-weise gefordert waren. Für die Lebensdauer desGebäudes ist dadurch eine hohe planerischeNachhaltigkeit gewährleistet.

Die Außenwände sind in Stahl-Leichtbau-weise erstellt. Werkseitig konfektionierte Profilewurden vor Ort auf thermisch entkoppelten Stahl-konsolen montiert und mit Mineralwolle gedämmt.Innenseitig sorgt eine Folie für die erforderlicheLuftdichtheit. Eine davorgestellte, ausgedämmteTrockenbau-Vorsatzschale eliminiert die Wärme-brücken und dient als Installationsebene. Außen-seitig schließen zementgebundene Bauplattendas Gefach witterungssicher. Die vorgehängteFassade des Gebäudes bilden farbige Waben-platten aus Polycarbonat. In Kombination mitgroßen, verglasten Flächen in der Außenwandsorgen sie für Transparenz bei gleichzeitigemBlickschutz. Mit einer Gesamtdicke von ca. 310Millimetern gelingt es, dank der Leichtbauweise,den Schweizer „Minergie-Standard“ zu erfüllen.

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Die Lasten der Stahl-Leichtbau-Fassade werdenüber thermisch entkoppelteStahlkonsolen in die Stahl-betondecken abgeleitet.

Baustellenmontage der vor-konfektionierten U- und C-Wandprofile auf den Stahl-konsolen

Die Außenwände in Stahl-Leichtbauweise führen den leichten und flexiblenAusbau des Stahlbeton -skelettbaus in der Fassadekonsequent fort.

Bauherr:Repubblica e Cantone Ticino, Bellinzona (CH)Architektur:Conte Pianetti Zanetta Architetti, Carabbia (CH)Stahl-Leichtbau-Fassade:Di Marco Sagl, Taverne (CH)Systemgeber Stahl-Leichtbau:Cocoon System AG, Basel (CH)Bauzeit:2013 – 2014

Vorteile:+ Anpassbarkeit, planerische Nachhaltig-

keit+ konsequente Weiterführung des leichten

Innenausbaus in der Außenwand+ schlanke, gut wärmegedämmte Außen-

bauteile+ freie Fassadengestaltung

Misha Bottinelli, Projektmanager Stahl-Leichtbau, Knauf AG:„Der leichte Ausbau erlaubte eine freie, flexible Raumgestaltung. Das Stahl-Leichtbau-System der Fassade ist ebensoanpassungsfähig und veränderbar. Es hat kaum Einfluss auf die Statik oder die bestehende Tragstruktur.”

Fassadenschnitt1 Polycarbonat-Stegplatten2 Zementgebundene Bauplatte3 Stahl-Leichtbauprofil C 147/50-1,5, Mineralwolledämmung4 Stahlkonsole, thermisch entkoppelt5 Stahl-Leichtbauprofil U 150/40-1,56 Dampfbremse7 Trockenbauprofil CW 50-06, Mineralwolledämmung8 Gipsplatten, zweilagig

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Montage der eingestelltenDoppelständerkonstruktionmit hinterlüfteter Metall -bekleidung an der Fassadeund einer Vorsatzschale als Installationsebene imInnenbereich

Unterkonstruktion der Metallbekleidung vor deräußeren Beplankung auszementgebundenen Bau-platten

Ab dem siebten Oberge-schoss sind Teilbereicheder Gebäudehülle als Stahl-Leichtbau-Konstruktionenausgeführt.

Hotel- und Wohngebäude „Cloud No7“, Stuttgart

Mit einer Höhe von 61 Metern markiert dasWohnhochhaus „Cloud No 7“ die nördliche Spitzedes Europaviertels in der Stuttgarter Innenstadt.Schon von weitem fällt das von dem amerika-nisch-schweizerischen Büro tec Architecture ent-worfene Gebäude durch seine Fassade auf, dieden Wohnturm mit geschwungenen Metall -bändern und Glasbrüstungen umschließt. Dieunteren sieben Etagen beherbergen ein Fünf-Sterne-Hotel mit 173 Zimmern und Suiten, einenKonferenzbereich für Tagungen sowie eine Dach-terrasse mit Bar. Im darüber aufsteigenden Teildes Gebäudes befinden sich Eigentumswohnun-gen und Business-Apartments. Den oberen Ab-schluss des aktuell höchsten Wohnhauses derStadt bildet ein 500 Quadratmeter großes Pent-house.

Ab dem siebten Obergeschoss sind Teil -bereiche der Gebäudehülle in Stahl-Leichtbau-weise ausgeführt. Die Außenwände haben mitca. 90 kg/m² ein geringes Gewicht und dennochgenügend Festigkeitsreserven, um z.B. Spitzen-windlasten von 1,7 kN/m², die bei dieser Ge -bäudehöhe auftreten können, zu widerstehen.Auch die Tragstruktur wird durch die Gewichts-reduzierung erheblich entlastet. Die schlankeAußenwandkonstruktion mit nur 328 MillimeterDicke vergrößert zudem die Nutzflächen der Geschosse bei gleichzeitig sehr guter Wärme-und Schalldämmung.

Stahl-Leichtbau-Fassaden

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18 Stockwerke zählt das luxuriöse Hotel-Wohn-Hochhaus in der StuttgarterInnenstadt.

Bauherr:Cloud Nº7 GmbH, StuttgartArchitektur:tec Architecture Swiss AG, Zürich (CH)Generalunternehmer:Leonhard Weiss GmbH & Co. KG, GöppingenStahl-Leichtbau-Fassade und Trockenbau:Baierl & Demmelhuber Innenausbau GmbH,TögingSystemgeber Stahl-Leichtbau:Knauf Aquapanel GmbH, DortmundBauzeit:2013 – 2017

Vorteile:+ für große Windlasten geeignet + maximale Nutzfläche durch geringe

Wanddicken+ nachträgliche Änderung des Wandauf-

baus schnell umsetzbar

Florentina Ortner, Baierl und Demmelhuber:„Die Montage einer solchen Wand ist eineHerausforderung, da sie im Detail genau ge-plant und entsprechend genau ausgeführtwerden muss. Gleichzeitig spornt uns diepositive Erfahrung bei Cloud No 7 an, denndiese anspruchsvolle Arbeit wird sicher dieZukunft unseres Gewerkes darstellen.“

Die Außenwände sind als Doppelständer-konstruktion zwischen die Geschossdecken ein-gestellt. Die Befestigung der 3,00 bis 3,60 Meterhohen Wände erfolgte je nach Durchbiegung derAnschlussstellen gleitend auf einer am Bodenfestgeschraubten Stahlplatte oder direkt auf demBeton. Die vorgehängte Fassade aus Metall- Sandwichplatten wurde an den Außenwänden inStahl-Leichtbauweise befestigt.

Nicht nur die kurze Bauzeit, sondern auchdie hohe Flexibilität des Stahl-Leichtbau-Systemsstellte sich als Vorteil heraus: Noch während deslaufenden Baubetriebs mussten die individuellenWünsche von Käufern der Eigentumswohnungenberücksichtigt werden – bis hin zu Fensterfron-ten und -größen. Daher war auch die Fassadeselbst immer wieder Änderungen unterworfen.

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Dokumentation 551

Der Justizpalast wird voneiner weißen, teils per -forierten Betonfassade um-hüllt. Polygonal geformteInnenhöfe mit Stahl-Leicht-bau-Fassaden gliedern das Gebäude.

Justizpalast, Córdoba

Der neue Justizpalast vereint die ehemalsüber ganz Córdoba verteilten Einrichtungen unter einem Dach: 26 Gerichtssäle, Büros, Ar-chive, ein forensisches Institut und Gefängnis-zellen sind auf einer Fläche von 48.000 Quadrat-metern untergebracht. Das von dem niederländi-schen Architekturbüro Mecanoo in Kooperationmit dem spanischen Ingenieurbüro Ayesa ge-plante Gebäude nimmt die blockartige Strukturder umliegenden Wohnbauten in Arroyo delMoro, eines westlich der historischen Altstadtgelegenen Viertels, auf.

Trotz seines enormen Volumens wirkt derlanggestreckte Bau nicht monumental, sonderneher kleinteilig. Tiefe, unregelmäßig geformteEinschnitte gliedern das Gebäude und sorgen –in Anlehnung an die Patios der maurischen Architektur – auf natürliche Weise für ein ange-nehmes Raumklima. Entlang der Straßenseitenumfassen weiße, an die Stahlskelett-Hybridkon-struktion gehängte Fertigteile aus Glasfaserbetonden Baukörper. Fragmentierte geometrische Muster überziehen die geschosshohen Elemente,perforieren sie teilweise und erzeugen so ab-wechslungsreiche Lichteffekte in den Räumen.

Für die Fassaden der Gebäudeeinschnittewählte man eine andere Konstruktion. Die un -regelmäßig geformten und geneigten Wand-flächen wären mit den massiven Betonteilen nurschwer zu realisieren gewesen. Stattdessenwurden hier sämtliche Außenwände in Stahl-Leichtbauweise ausgeführt, insgesamt 12.000Quadratmeter. Die Profile sind in Baustellen -montage zwischen den Deckenplatten eingestelltoder am Stahltragwerk des Gebäudes befestigt.Zementgebundene Leichtbeton-Bauplatten bildenden äußeren Abschluss der zweischaligen Wand-konstruktion. Versehen mit einer Flächenspach-telung dienen sie einem filigranen Gitterwerk auseloxierten Metallprofilen, das für zusätzliche Ver-schattung sorgt, als dauerhafter Hintergrund.

Grundriss zweites Obergeschoss

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Innenhof-Fassade mit ge-spachtelten Leichtbeton-Bauplatten in der Bauphase

Vor die Stahl-Leichtbau-Fassade der Gebäudeein-schnitte wurde ein filigranesGitterwerk aus eloxiertenMetallprofilen montiert.

Bauherr:Consejería de Justicia e Interior, Andalucía (ES)Planung:Mecanoo, Delft (NL) (Architektur)Ayesa, Córdoba (ES) (Fachplanung)Generalunternehmer:UTE Isolux Corsán-Copcisa Industrial (ES)Stahl-Leichtbau-Fassade:Modular Descasur, Écija (ES)Systemgeber Stahl-Leichtbau:James Hardie Europe GmbH, DüsseldorfBauzeit:2014– 2017

Vorteile:+ zementgebundene Bauplatten als nicht-

brennbarer und witterungsunempfind -licher Untergrund für vielfältige Ober-flächenbeschichtungen wie Flächen-spachtelungen, Farbe, Putze, Fliesen

+ Anordnung vertikal, geneigt und horizon-tal (Decken) sowie gebogen möglich

+ freie Fassadengestaltung unabhängigvom Rohbau realisierbar

Fassadenschnitt1 Gitterwerk-Metallprofile, eloxiert2 Flächenspachtelung3 Zementgebundene Leichtbeton-Bauplatte4 CW-Ständerprofil (100 mm) mit Mineralwolledämmung5 Dampfbremsfolie6 CW-Ständerprofil (75 mm) mit Mineralwolledämmung7 Gipsfaserplatte, zweilagig

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Dokumentation 551

Die elfstöckige Hochhaus-scheibe vor der Sanierung

Im Zuge der Umnutzung erhielt das ehemalige Ver-waltungsgebäude ein neuesGesicht: Die früher glatteBandfassade wölbt sich inForm von Balkonen nachaußen und übernimmt da-bei die gebogene Formen-sprache des Baukörpers.

Wohnhochhaus „FLOW Tower“, Köln

Knapp 30 Jahre beheimatete das markanteHochhaus mit seiner doppelt konkav geschwun-genen Fassade den Sitz des Bundesverbandsder Deutschen Industrie (BDI). Nach dem Um-zug des BDI nach Berlin stand das Anfang der1970er Jahre von Claus Winkler geplante Ge-bäude leer. Erst 2012 fiel die Entscheidung, dasam linken Rheinufer gelegene Grundstück in einneues, autofreies Wohnquartier umzuwandeln.Das Kölner Architekturbüro JSWD erhielt denAuftrag, das Hochhaus zu Wohnzwecken umzu-bauen sowie bauphysikalisch und brandschutz-technisch zu ertüchtigen. Insgesamt entstandenin dem ehemaligen Bürogebäude und einem zu-sätzlichen Staffelgeschoss 132 Eigentumswoh-nungen mit je 63 bis 157 Quadratmetern Wohn-fläche.

Im Rahmen der Sanierung wurde das Ge-bäude zunächst umfassend entkernt und die alteHülle bis auf die in der Fassadenebene beste-henden Stahlstützen abgetragen. Die Gestaltungder neuen Fassade übernimmt die Grundzügeder Fensterbänder und interpretiert diese neu.Weiße Brüstungsbänder aus Metall ziehen sichum den Baukörper und wölben sich auf den

Längsseiten im Bereich der geschossweise ver-setzten Balkone nach außen.

Um das Tragwerk durch die Balkone und dasStaffelgeschoss nicht zusätzlich zu belasten, wur-den nicht nur alle Innenwände des nun „FLOWTower“ genannten Gebäudes in Trockenbauweiseerstellt, sondern auch Teile der Außenwand sowieder Außendecken unter den Balkonen. Allein imBereich der Gebäudehülle wurden rund 1500Quadratmeter in Stahl-Leichtbauweise realisiert.

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Im Bereich der Balkonesind die weißen Brüstungs-bänder aus Metall gelochtausgeführt.

Bauherr:Tauton Beteiligungsgesellschaft, MünchenArchitektur:JSWD Architekten, KölnGeneralunternehmer:BAM Deutschland AG, StuttgartSystemgeber Stahl-Leichtbau:Knauf Aquapanel GmbH, DortmundBauausführung Stahl-Leichtbau:Goldstern GmbH, Rüsselsheim,IN-Ausbau GmbH, Bad HomburgBauzeit:2014 – 2017

Vorteile:+ leichte und hochwärmegedämmte

Konstruktion+ mit korrosionsgeschützten Profilen und

Zementbauplatten für Außenwände mithohen Anforderungen an den Witterungs-schutz geeignet

+ Durch die Biegbarkeit der Zementbau -platten lassen sich gerundete Fassadenproblemlos umsetzen

Mario Pirwitz, JSWD Architekten:„Aufgrund der verfügbaren Baumasse wardas Gebäude für eine Wohnnutzung sehr interessant. Es war klar, dass alle Wohnein-heiten eine Austrittsmöglichkeit erhaltenmussten, aber Loggien waren nicht wirt-schaftlich und hätten uns im Inneren zu vielWohnfläche gekostet. Die neuen Balkone –in Verbindung mit dem Tragwerk und derBestandsstruktur des Gebäudes – stelltenuns allerdings vor große Herausforderungen.Der Balkonanbau war nur möglich, da es ge-lang, an anderen Stellen, wie z.B. der Außen-wand, signifikant Gewicht einzusparen.“

Die äußere Schale der hochgedämmten Trocken-bauwand wurde zwischen die Bestandsbrüstun-gen und Geschossdecken eingestellt. In dieseEbene sind auch die bestehenden Stahlstützenintegriert. Die Profile sind in der Korrosivitäts -kategorie C3 ausgeführt und mit Zementbauplat-ten beplankt. Innenseitig ergänzt eine Trocken-bau-Vorsatzschale die insgesamt rund 26 Zenti-meter schlanke Außenwandkonstruktion. DieseSchale dient als zusätzliche Dämmebene undzur Vermeidung von Wärmebrücken. Die hinterlüf-tete Vorhangfassade aus Metallpaneelen ist mitStahlflanschen an den Stahlstützen befestigt.

Vertikalschnitt Fassade miteingestellter Trockenbau-Außenwand, innenseitigerVorsatzschale, überdämmtenStahlbetonbauteilen und angehängten Balkonen

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Dokumentation 551

Studentenwohnheim, Konstanz

Das Studentenwohnheimvor (links) und nach demUmbau (rechts)

Das 1967 in Betrieb genommene Albertus-Magnus-Haus wurde nach über 40 Jahren um-fassend saniert. Neben energetischen Standardsentsprach auch die Ausstattung des katholischenStudentenwohnheims nicht mehr den heutigenAnforderungen. So sollte jedes der 360 Einzel-zimmer eine eigene Sanitäreinheit erhalten, heller und größer werden – bei gleichbleiben-der Anzahl der Zimmer. Um diese von 12 auf je 16,5 Quadratmeter zu vergrößern, mussten dieRäume um 1,30 Meter über die bestehende Fas-sade hinaus verlängert werden.

Aufgrund schwieriger Gründungsverhältnis-se schied eine vor den Bestand gesetzte Erwei-terung aus. Gleichzeitig durfte die bestehendeGebäudestruktur durch den zusätzlichen Raum-bedarf nicht über die Maßen belastet werden.Die Lösung bot eine Kombination aus Stahlbauund Stahl-Leichtbau. Geschossweise an der be-stehenden Baustruktur verankert, ersetzen dieraumbildenden Leichtbau-Elemente die alte, vor-gehängte Stahlbetonfassade.

Seitliche Schottenelemente aus Stahlrahmenmit diagonaler Zugstangen-Aussteifung bildendie primäre Tragstruktur. Die feuerbeständig(REI 90) ausgeführten, mit Gipsfaserplatten be-kleideten Elemente sind entsprechend der an -schließenden Bestandswand lediglich 15 Zenti-

Bauherr:Katholische Gesamtkirchengemeinde KonstanzArchitektur:Krehl.Girke Architekten, KonstanzGeneralunternehmer:GOLDBECK Bauen im Bestand GmbH, BielefeldSystemgeber Stahl-Leichtbau:Cocoon System AG, Basel (CH)Vorfertigung und Montage Stahl-Leichtbau:ERNE AG Holzbau, Laufenburg (CH)Bauzeit:2011– 2012

meter dick. Für die Decken und Böden sowie dieFassaden kamen Stahl-Leichtbau-Elemente zumEinsatz, die in einem vollautomatisierten Ferti-gungszentrum abgebunden und in einer nachfol-genden Fertigungsstraße einschließlich Fensternvormontiert wurden. Der hohe Vorfertigungsgradermöglichte es, das Gebäude nach dem Abtra-gen der Betonfassade schnellstmöglich wiederzu schließen.

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Montage der vorgefertigtenStahl-Leichtbau-Elemente

Vergrößerung der Studen-tenzimmer durch die vor -gehängte Stahl- und Stahl-Leichtbau-Konstruktion

Vorteile:+ Vorfertigung und schnelle Montage+ geringes Gewicht der Konstruktion+ nichtbrennbare Tragstruktur

Siegfried Wendker, GOLDBECK Bauen imBestand GmbH:„Der Stahl-Leichtbau ist in Situationen, in de-nen das Gewicht der Konstruktion eine Rollespielt, aus bauordnungsrechtlichen Gründennichtbrennbare Baustoffe verwendet werdenmüssen und ähnliche oder gleiche Elementegeplant sind, hervorragend einsetzbar. Fürdas statische Konzept war es hilfreich, dassdie Lasten geschossweise abgetragen wer-den konnten. Um die statischen Möglichkeitender Bauweise nutzen zu können, sind aller-dings Spezialkenntnisse bei Tragwerkspla-nern und Prüfingenieuren notwendig.“

Damit der Wärmeschutz Passivhausstan-dard erreicht, wurden im Werk alukaschiertePUR-Hartschaumplatten in die Elemente einge-legt und diese nach der Montage auf der Bau-stelle zusätzlich überdämmt und verputzt. DieProduktion der 1350 Stahl-Leichtbau-Elementedauerte je Gebäudeseite drei Wochen, die Mon-tage jeweils vier. Während auf der einen Seiteangebaut wurde, konnten die Zimmer auf deranderen Seite weiterhin bewohnt werden.

1 Deckenplatte: Linoleum-Belag Trockenestrich 30 mm OSB-Platte 15 mm Stahl-Leichtbauprofile, C 97/50-1,5 und U 100/40-1,5 Gipsfaserplatte 2 x 20 mm2 Schott: Gipsfaserplatte 15 + 12,5 mm Stahlrahmen 100 mm Gipsfaserplatte 15 + 12,5 mm 3 Außenwand: Gipsfaserplatte 12,5 mm OSB-Platte 18 mm Stahl-Leichtbauprofile, C 97/50-1,5 und U 100/40-1,5 PUR-Hartschaum, alukaschiert OSB-Platte 15 mm Wärmedämmverbundsystem

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Dokumentation 551

Gartenansicht nach der Sanierung mit einge -schossiger Aufstockung

Bestandsgebäude vor derSanierung

Schnitt durch das Gebäudenach dem Umbau mit auf-gesetztem Staffelgeschosssowie eingeschnittenenDachterrassen

Als typische Wohnanlage aus den 1960erJahren präsentierte sich der vorhandene Woh-nungsbau in dreigeschossiger Zeilenbauweise imFrankfurter Stadtteil Praunheim. Das Planungs-konzept zur Nachverdichtung sah unter anderemdie Modernisierung der Bestandswohnungen unddie Aufstockung der Gebäude vor.

Aufgrund der begrenzten Resttragfähigkeitder Gebäude, brandschutztechnischer Anforde-rungen und kurzer Bauzeit wurden die Maßnah-men konsequent in Stahl-Leichtbauweise aus -geführt. Das Tragwerk aus schlanken Profilen, dievon den tragenden Außenwänden bis zu einemin Gebäudemitte angeordneten Stahlunterzug freispannen, ermöglicht eine flexible Raumauftei-lung. Es lassen sich sowohl loftartige Penthouse-wohnungen als auch Mehrzimmerwohnungenunterschiedlicher Größe realisieren.

Die Wand- und Deckenelemente wurden imWerk hergestellt und, je nach Installationsgradein- oder beidseitig beplankt, auf die Baustelletransportiert. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeitund um die Lärm- und Schmutzbelästigung für dieBewohner des Gebäudebestandes zu minimie-ren, wurde die vorhandene Attika des Gebäudesnicht zurückgebaut. Ihre geringe Tragfähigkeit

war wegen des niedrigen Eigengewichtes derStahl-Leichtkonstruktion ausreichend, um alsAuflager für die Außenwände herangezogenwerden zu können. Die Montage des Rohbausauf einer Gebäudezeile mit jeweils vier Wohn-einheiten und rund 450 Quadratmetern Wohn-fläche erfolgte innerhalb einer Woche.

Wohnanlage, Frankfurt am Main

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Montage der Wand- undDachelemente als Halbfer-tigteile vor dem Schließender Konstruktion mit innenliegender Beplankungim Zuge des Ausbaus

Bauherr:INDUSTRIA Bau- und Vermietungsgesell-schaft mbH, Frankfurt am MainGeneralplanung:TSB Ingenieurgesellschaft mbH, DarmstadtBauausführung:Gebr. Bommhardt Bauunternehmen GmbH &Co. KG, BischhausenBauausführung Stahl-Leichtbau:O.Lux GmbH & Co., GeorgensgmündBauzeit:2006 – 2007

Vorteile:+ frei gestaltbare Grundrissaufteilung+ energetische Ertüchtigung von Bestands-

gebäuden auf EnEV-Standard durch Aufstockung in Niedrigenergiebauweiseohne weitere erforderliche Maßnahmen

+ Refinanzierung der energetischen, techni-schen und gestalterischen Modernisierungder vermieteten Bestandswohnungendurch die Verkaufserlöse der Aufstockung

Vertikalschnitt, Fügung von Wandelement und Attika1 Flachdach mit abgehängter Unterdecke, Stahl-Leichtbauprofil 2 x U 180/70-2

2 Wärmedämmverbundsystem EPS3 Tragende Außenwand, Stahl-Leichtbauprofil C 150/50-1,5

4 Richtschwelle 6/15 cm zur Montage der vorgefertigten StahI-Leichtbau-EIemente5 Aufbetonierter Attikateil 6 Bestehende Attika aus Stahlbeton7 Wärmedämmverbundsystem (Bestand)8 Schwimmender Heizestrich9 Bestehende Stahlbetondecke, 120 mm

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Dokumentation 551

Mit spitzen Satteldächern,gemauerten Bögen, Erkernund Balkonen übersetzt der neue „Campus“ diehistorischen Bauformen der Kleinbasler Altstadt ineine moderne Architektur-sprache.

Jazzcampus, Basel

Im Stadtteil Kleinbasel entstand auf demGelände einer alten Maschinenfabrik ein bemer-kenswertes Ensemble aus Alt- und Neubauten,die sich um einen Innenhof gruppieren. Dieser„Campus“ ist das neue Zuhause der renommier-ten Jazz-Abteilung der Fachhochschule Nord-westschweiz und der Musik-Akademie Basel.Zahlreiche, unterschiedlich dimensionierte Räu-me für Proben und Unterricht, Aufnahme undWohnen sowie ein Jazzclub sind in den „einzel-nen“ Häusern untergebracht, die unter der Hof-ebene miteinander verbunden sind.

Durch die kompakte Dichte, die das Grund-stück vorgibt, war es eine anspruchsvolle Auf -gabe, die hohen Erwartungen an die Akustik zuerfüllen: Geräusche von außen sollen nicht nachinnen dringen und die Musiker sollen sich ebenso

wenig untereinander wie die Nachbarn stören.Der Rohbau wurde daher mit Trennbauteilenvon hoher flächenbezogener Masse ausgeführt.Bei etlichen Räumen reichte allerdings selbst dieschwere Bauweise nicht aus, um die gewünschteSchallschutzqualität zu erreichen. Zur akusti-schen Verbesserung der Massivbauteile wurdedaher auf leichte Vorsatzschalen und Unter-decken zurückgegriffen. Diese zusätzlichenSchichten mussten zur Vermeidung von Körper-schallbrücken vollständig von den Rohbauteilenentkoppelt werden und somit als selbsttragen-des System funktionieren.

Die Stahl-Leichtbauweise ermöglichte beiden Unterdecken Spannweiten bis 7,20 Meterzwischen den tragenden Vorsatzschalen – ohneweitere Befestigungspunkte am Rohbau. In denRegieräumen und Aufnahmestudios wurden un-abhängige Raum-in-Raum-Konstruktionen ausStahl-Leichtbauprofilen umgesetzt, die zweilagigmit speziellen Schallschutz-Gipsplatten beplanktsind. Das Stahl-Leichtbau-System dient zusätz-lich als Unterkonstruktion für die Montage allerraumakustisch wirksamen Gestaltungselemente,wie z.B. den Holzvertäfelungen mit dahinterlie-gendem Absorberaufbau oder den Wandfaltun-gen zur Schallstreuung.

Querschnitt1 Übung2 Aufnahme3 Studio4 Performance

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Bauherr:Stiftung Habitat, Basel (CH)Mieter:Fachhochschule Nordwestschweiz,Musik-Akademie BaselArchitektur:Buol & Zünd, Basel (CH)Bauunternehmer:G. Canonica AG, Basel (CH),Bodoni AG (CH)Systemgeber Stahl-Leichtbau:Cocoon System AG, Basel (CH)Bauzeit:2013– 2014

Vorteile:+ selbsttragendes System, keine Befesti-

gung am Rohbau erforderlich+ sehr gute bauakustische Eigenschaften+ ausreichende Tragfähigkeit für zusätz -

liche Lasten aus dem Innenausbau

Lukas Buol, Architekt:„Der Ausbau resultiert aus den hohen akusti-schen Anforderungen. Diese prägen das Ge-bäude in vielerlei Hinsicht, da wir ein ‚Hausim Haus‘ bauen mussten, um Schallübertra-gungen zu vermeiden. Nachdem der Rohbaufertiggestellt war, wurden in den RäumenBöden auf verlorener Schalung betoniert. Sie‚schwimmen‘ auf Sylomerlagern. Auf diesenBodenplatten stehen die Stahl-Leichtbau-Häuser mit jeweils einem Raum, unabhängigvom Rohbau. Die Körperschallübertragungauf den Rohbau wurde damit minimiert.“

Hinter den facettenreichenraumakustischen Beklei-dungen der unterschiedlichgestalteten Übungsräumeverbergen sich hochwirk-same Schallschutzmaß -nahmen.

Tragende Vorsatzschalenund daran befestigte, frei gespannte Decken inStahl-Leichtbauweise ent-koppeln den Ausbau vonder Rohbaukonstruktion.

Bei großen Räumen ver -kürzen Stahlunterzüge die Spannweite der Stahl-Leichtbauprofile.

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Dokumentation 551

Kern des neuen Aus -stellungskonzepts sindThemenräume, die alsRaum-in-Raum-System erstellt wurden.

Das von dem ArchitektenThomas Klumpp zur EXPO2000 geplante Gebäudezieht durch seine markanteForm die Aufmerksamkeitauf sich.

Universum®, Bremen

die Tragfähigkeit der Wände erhöht, indem inder ersten Lage Gipsfaser- oder Hartgipsplattenmontiert wurden. So können schwere Exponateoder Multimediabildschirme an beliebigen Stel-len angebracht werden. Die Unterkonstruktionder bis zu fünf Meter frei gespannten Decken

Nach 14 Jahren Betrieb und über fünf Millio-nen Besuchern präsentiert das Wissenschafts-und Mitmachmuseum Universum® in der Näheder Bremer Universität ein komplett erneuertesAusstellungskonzept. Der walfischartige Baukör-per wurde entkernt, mehrere Geschosse undZwischengeschosse wurden eingezogen, Wändeversetzt und Böden erneuert. Auf den insgesamt4000 Quadratmetern Ausstellungsfläche entstan-den in elf freistehenden Raumzellen thematischabgestimmte „Erlebniswelten“ mit inter aktiven undmultimedialen Exponaten, die frei im Grundrissplatziert sind.

Um keine zusätzlichen Brandlasten einzu-bringen, war die Verwendung von Holzkonstruk-tionen nicht zulässig. Die Wände und Deckender Erlebniswelten wurden daher als Raum-in-Raum-Lösungen mit einer Unterkonstruktion ausherkömmlichen Stahl-Leichtbauprofilen errichtet.Die Grundrisse variieren von Rechtecken überTrapeze bis hin zu unregelmäßigen Sechseckenund reagieren mit ihren asymmetrischen Formenauf die gerundete Gebäudehülle. Die Anordnungder Profile wurde an die jeweilige Raumgeome-trie angepasst.

Mit der zweilagigen Beplankung aus Gips-platten beträgt die Wanddicke lediglich 125 Milli-meter. Zusätzlich wurde in einigen Raumzellen

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Raumzelle mit Ständer -werk und innenseitigen Bekleidungen

Fächerförmig angeordneteC-Profile bilden die Decken-Unterkonstruktion der„Tastgalerie“.

Bauherr:Besitzgesellschaft Science Center, BremenAusstellungsarchitektur:Iglhaut + von Grote, BerlinBauausführung Ausbau:OPTA Trockenbau, SchessinghausenSystemgeber Raum-in-Raum-System:Saint-Gobain Rigips GmbH, DüsseldorfBauzeit:2014– 2015

Olaf Polster, Geschäftsführer OPTA Trockenbau:„Für die gewählte Raum-in-Raum-Lösungwerden keine Sonderkomponenten benötigt.Dadurch werden Wartezeiten und Lieferver-zögerungen vermieden. Die handelsüblichenProfile und Plattenwerkstoffe sind beim gutsortierten Händler immer verfügbar. Alle ge-planten Raumformen konnten wir mit dengleichen Systemkomponenten realisieren.“

besteht ebenfalls aus Trockenbauprofilen. DerProfiltyp wird in Abhängigkeit von der gewünsch-ten Spannweite und der angehängten Last ge-wählt. Die Lastabtragung des Deckengewichtserfolgt an den Ecken über Trockenbauprofile desTyps UA mit zwei Millimeter Blechdicke. Dankder abgestimmten Komponenten des Stahl-Leichtbau-Systems konnten die selbsttragendenRaumzellen der Erlebniswelten unabhängig vonder Rohbaustruktur und in nur drei Wochen Bau-zeit aufgestellt werden.

Eckausbildung der Unterkonstruktion 1 Oberes/unteres Anschlussprofil UW 75-062 Ständerprofil CW 75-063 Aussteifungsprofil UA 75-24 Montagewinkel

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Vorteile:+ selbsttragende Raumzelle, unabhängig

von der Rohbaustruktur+ keine Brandlasten+ Verwendung von Standard-Trockenbau-

Komponenten+ statische Bemessung objektspezifisch

durch Systemgeber

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Dokumentation 551

Am fertigen Gebäude ist dietragende Stahl-Leichtbau-Konstruktion nicht mehrablesbar. Anstelle der hiervon den Bauherren gewähl-ten Putzfassade sind alter-native Fassadenmaterialienund -gestaltungen möglich.

Bauherr:privatArchitektur und Tragwerksplanung:Markus Ebert, Haag Ingenieure, Ettlingen Bauausführung:Stuckateurfachbetrieb Frank Mauer, WangenSystemgeber Stahl-Leichtbau:Protektorwerk Florenz Maisch GmbH & Co. KG, GaggenauBauzeit:2015

meiden, wurden die Wände außen überdämmtund innen wurde eine gedämmte Installations -ebene vorgestellt. So konnte trotz der schlankenAußenwände mit einer Dicke von 36 Zentime-tern ein U-Wert ≤ 0,15 W/m2K realisiert werden.

Durch die Vorfertigung vieler Bauelemente,die vergleichsweise schnelle und einfache Mon-tage ohne schwere Hebezeuge, die kurzenTrocknungszeiten und nicht zuletzt die Stahl-Leichtbau-Kompetenz des Stuckateurfachbetriebsgelang die Errichtung des Einfamilienhauses rei-bungslos und zu wettbewerbsfähigen Kosten.

Einfamilienhaus, Wangen

Das Wohnhaus für eine junge Familie inWangen im Allgäu zeigt, dass auch der Bau vonkleineren Einheiten in Stahl-Leichtbauweise mög-lich ist und zu guten Ergebnissen führt. Motiva -tion für die Wahl der im Einfamilienhausbereichin Deutschland eher unüblichen Bauweise warder Wunsch der Bauherren nach einer feuchte -unempfindlichen und feuchtearmen Baukonstruk-tion. Zudem wurden eine schnelle Bauweise mithohem Vorfertigungsgrad sowie ein energetischzeitgemäßes Gebäude angestrebt.

Das als KfW-Effizienzhaus ausgelegte Ge-bäude besitzt eine Wohnfläche von 155 Quadrat-metern. Das Kellergeschoss ist in Stahlbeton,Erd- und Obergeschoss sind komplett in Stahl-Leichtbauweise ausgeführt. Wo statisch erfor-derlich, ergänzen warmgewalzte Stahlbauprofileals Stützen und Auswechslungen die Leichtbau-Konstruktion. Sämtliche Stahl-Leichtbauprofile fürWände, Decke und Dach wurden vom Herstellerpassgenau abgebunden geliefert. Nach der Er-richtung des Skeletts erfolgte die aussteifendeBeplankung innenseitig mit Hartgipsplatten, anden Außenseiten wurden zementgebundene Bau-platten aufgebracht. Um Wärmebrücken zu ver-

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Die noch nicht beplankteUnterkonstruktion ausStahl-Leichtbauprofilenpunktet durch ihre Feuchte -unempfindlichkeit.

Kranmontage von auf derBaustelle vorgefertigtenRahmen

Die Montage der außen -seitigen Beplankung auszementgebundenen Plattenerfolgte unmittelbar nachder Errichtung der Außen-wände eines Geschosses.

Vorteile:+ kein Eintrag von Baufeuchte+ geringe Empfindlichkeit der Tragkonstruk-

tion gegenüber Feuchteeintrag+ Energieeffizienz+ kurze Bauzeit

Frank Mauer, Stuckateurmeister:„Aufgrund der spezifischen Präferenzen derBauherren war ein Stahl-Leichtbau die idealeLösung für ihr Vorhaben. Es war mein erstesgrößeres Projekt in dieser Bauweise, aberda ich mich seit längerem intensiv damitauseinandergesetzt hatte, bereits entspre-chende Erfahrungen im Trockenbau besaßund mit einem Team aus kompetentenFachhandwerkern arbeiten konnte, gelanges sehr gut. Für mich als Fachunternehmermit Schwerpunkt Stuck, Putz und Trocken-bau bietet der Stahl-Leichtbau viele Chan-cen und eröffnet mir neue, interessante Be-tätigungsfelder.“

Stahl-Leichtbau-Konstruktion1 Außenwand: Schwelle, Anschlussprofil U 150/40-1,5 Wandprofil C 147/50-1,5 Ringankerprofil U 150/175-1,52 Innenwand: Schwelle, Anschlussprofil U 100/40-1,5 Wandprofil C 97/50-1,5 Ringankerprofil U 100/175-1,53 Decke: Trägerprofil U 197/40-34 Randprofil U 200/40/1,55 Dach: Trägerprofil U 197/40-3

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