Komponierte Hybride
Mit dem Bewusstsein um Klimawandel und Ressourcenknappheit kommt dem materialtechnischen und konstruktiven Wissen eine Schlüsselrolle zu. Prototypische Bauweisen verschränken materialspezifische Eigenschaften synergetisch zu hybriden Raum- und Tragwerken und reduzieren den Materialverbrauch.
Bauteil Decke – Konstruktionen vergleichen und optimieren
Foto: Lukas Murer
Zur Erreichung der Pariser Klimaziele werden im Bausektor leistungsfähige sowie material- und energieoptimierte Konstruktionen benötigt. Der Einsatz klimagerechter Konstruktionen gründet auf fundiertem, spezifischem Basiswissen zu Materialeigenschaften und Konstruktionsprinzipien sowie der Ökobilanz der verwendeten Materialien.
Im Hochbau sind Geschossdecken die volumenaufwändigsten und CO2-intensivsten Bauteile. Ihre Anforderungen bezüglich Tragfähigkeit, Brandschutz, Bauphysik und Haustechnik sind in der Vergangenheit kontinuierlich gestiegen, was zu zunehmend dickeren Betondecken (Verdoppelung der Deckenstärke innert 50 Jahre) geführt hat - mit hohem Anteil an grauer Energie und entsprechender CO2-Emission bei der Produktion. Verstärkt durch bis anhin günstige Rohstoffpreise bei hohen Lohnkosten haben sich zeitsparende Lösungen gegenüber materialeffizienten durchgesetzt. Das Institut Konstruktives Entwerfen untersucht in der Forschung gebräuchliche und neue Deckenkonstruktionen hinsichtlich Nutzung, spezifischer Eigenschaften sowie Ökobilanz.
Die bisherige Betrachtung der Ökobilanz einzelner Materialien wird abgelöst durch die Bilanzierung gefügter Konstruktionen am Bauobjekt, um damit entscheidende Aspekte wie Materialkombinationen, Abhängigkeiten, sowie Herkunft von Materialien oder Transportwege mit einbeziehen zu können. Die vergleichende, quantitative sowie ökologische Betrachtung von Konstruktionsaufbauten unter Einbezug der notwendigen, spezifischen Eigenschaften ist neu und vermittelt dringend benötigtes Wissen. Die ganzheitliche Betrachtung von Baukonstruktion befähigt Architekturschaffende nachhaltige Konstruktionen zu entwerfen und damit ökologische Verantwortung bei der Gebäudekonzeption wahrzunehmen.
Teil von Forschung und Vermittlung ist die Ausstellung Werkstückhalle. Ausgewählte Deckenkonstruktionen aus der Praxis können anhand 1:1 grosser Mockups über den Schichtenaufbau detailliert nachvollzogen werden: Werkstückhalle.
Werkstückhalle
Die Dauerausstellung Werkstückhalle veranschaulicht die Drehscheibenfunktion des IKE: Konstruktionsaufbauten, Prototypen zu Materialentwicklungen sowie Fügeprinzipien und spezielle Anwendungen von Beton und Kunststein wurden aus der Praxis gesammelt und zugänglich gemacht. Die Sammlung wird seit 2023 mit nachhaltigen Konstruktionen und Architekturanwendungen verschiedenster Materialien erweitert und jedes neue Werkstück mit einem Fachgespräch eingeführt. Die Veranstaltungen vernetzen Lehre, Forschung, Industrie und Praxis, fördern den Dialog und tragen dazu bei, konstruktives Wissen zu vermitteln. Ausstellung und Fachgespräche fördern die forschende Experimentierfreude unter praktizierenden wie angehenden Architekten. Das Institut ist auch am schweizweiten, interdisziplinären Netzwerk Material-Archiv beteiligt: In anregenden Sammlungen und Ausstellungen wird Materialwissen physisch begreifbar und durch eine Online-Datenbank frei zugänglich.
Prof. Dr Andri Gerber, Co-Leiter IKE
Stefanie Müller De Pedrini, wissenschaftliche Mitarbeiterin, Projektleiterin
Nachhaltige Deckenkonstruktionen – 2023-2025
Im Fokus der Ausstellung steht das Bauteil Decke, denn Geschossdecken sind die volumenaufwändigsten und CO2-intensivsten Bauteile im Hochbau. Die Werkstückhalle zeigt 2023- 2025 innovative und nachhaltige Deckenkonstruktionen. In Kooperation mit dem Institut Bautechnologie und Prozesse (IBP) der ZHAW werden über die Laufzeit der Ausstellung messbare Eigenschaften sowie die relevanten Umweltauswirkungen der verschiedenen Konstruktionen in der Forschung ermittelt und ausgestellt.
Beton und Kunststein in der Anwendung – 2018-2022
In den Jahren 2018-2022 wurde passend zum Schwerpunkt der Material-Archiv Datensatzerstellung eine beachtliche Sammlung an grossformatigen Beton- und Beton-Hybrid-Mockups aufgebaut – einzigartig in der Schweiz. Sie zeigt Experimente sowie spezielle Anwendungen und Fügeprinzipien anhand grossformatiger Baustellenmuster im Massstab 1:1 und dokumentiert deren Herstellungsprozess.
Stahlkammerhybrid
Astrid Staufer, Co-Leiterin IKE
Tanja Reimer, wissenschaftliche Mitarbeiterin, Projektleiterin
Raphaël Dunant, wissenschaftlicher Mitarbeiter
In Zusammenarbeit mit Ressegatti Thalmann Architektinnen ETH FH,
Prof. Dr. Mario Rinke, HSSP AG, H. Wetter AG Hallen- Stahl- + Metallbau, Stahlbauzentrum Schweiz (SZS) und Innosuisse - Schweizerische Agentur für Innovationsförderung
Stahlkammer-Hybrid-Bausystem
Ressegatti Thalmann Architektinnen, Prof. Dr. Mario Rinke, 2017, Ressegatti Thalmann Architektinnen
Durch ein Stahlkammer-Hybrid-Bausystem soll der Stahlbau Zugang zum (kostengünstigen) Wohnungsbau erhalten – einem grossen Teil der Bauproduktion, an der er bisher im Schweizer Kontext kaum partizipiert. Im Rahmen eines von der ZHAW ausgelobten Studienauftrags zur angewandten Architekturforschung im Stahlbau (Case Study Steel House, 2017) ist durch Ressegatti Thalmann, Mario Rinke und die H. Wetter AG die Idee für ein kleinmassstäbliches Kammerbeton-Bausystem mit abgekanteten Stahlblechen entstanden, das sich für den Einsatz im kostengünstigen Wohnungsbau eignet. Durch das Bausystem können die Stärken des Stahlbaus – Montagegeschwindigkeit, Systemtrennung, Rezyklierbarkeit, Adaptionsfähigkeit – für den Wohnungsbau aktiviert werden. Gleichzeitig können konstruktive Herausforderungen, die den Einsatz von Stahl im Wohnungsbau bisher ausbremsten – wie z.B. der Brandschutz – bewältigt werden.
Durch die Zusammenarbeit von Unternehmer, Architektinnen, Bauingenieur und Hochschule kann ein Bausystem entwickelt werden, das sowohl ästhetischen, konstruktiven wie wirtschaftlichen Ansprüchen in hohem Masse gerecht wird.
Eine zukunftsweisende Konstruktion für eine zirkuläre Bauwirtschaft, die im Rahmen eines Innosuisse-Forschungsprojektes mit dem Institut für Bautechnologie und Prozesse der ZHAW nun zur Marktreife gebracht werden soll.