Lehre

Konstruieren mit Holz und Composite im Verbund

Pavillon auf dem Technikumplatz mitten in Winterthur

Der elegante, kleine Pavillon beschränkt sich bewusst auf ein extrem reduziertes Materialprogramm. Es wurden nur Schaltafeln (Dreischichtplatten), Platten aus Glasfaserkunststoff und Holzschrauben als Verbindungsmittel eingesetzt.
Glasfaserkunststoff lässt sich genau wie Holz bearbeiten, sägen, bohren und schrauben. Beide Materialien lassen sich mühelos zusammenfügen: alle Verbindungen am Pavillon wurden ohne vorzubohren mit Akkuschraubern direkt verschraubt.
In den leichten Trägern aus Holz und GFK übernimmt das Holz die Druckkräfte, während Zug und Schub vom Glasfaserkunststoff übernommen werden. Die GFK-Bahnen können platzsparend als Rolle transportiert werden und rasch vor Ort mit den Latten zum Träger verschraubt werden.
Der Innenraum des Pavillons ist hell und freundlich: das transluzente GFK lässt reichlich natürliches Licht hinein und die Holzelemente geben ihm einen angenehm warmen Charakter.
Nachts erstrahlt der Pavillon.

Auf dem Technikumplatz in Winterthur sind wir während des Herbstsemesters 2016 mit einem temporären Pavillon aus Holz und glasfaserverstärktem Kunststoff zu Gast. Der Pavillon zeigt als prototypische Versuchsanlage Konstruktionsprinzipien für den Holz-GFK-Verbundbau.

Die Konstruktionsprinzipien, Verbindungen und Trägersysteme für den Holzbau wurden in einem mehrjährigen Forschungsprojekt mit den Partnern Zehnder Holz und Bau AG und Walter Mäder AG erarbeitet. Der einfache Bau basiert auf Konzepten, die von Architekturstudenten der ZHAW über zwei Semester im Wahlfach Spezialfragen Technologie entwickelt wurden. Der Pavillonbau erfolgte innert 4 Tagen während eines Workshops gemeinsam mit Bachelor-Studenten der Architekturabteilung.

Wir danken unseren Partnern für die grosszügige Unterstützung beim Bau des Pavillons:

Logo des SIA
Fachgruppe Integrales Planen und Bauen des Schweizerischen Ingenieur- und Architektenvereins SIA
Logo der Walter Mäder AG
Walter Mäder AG
Bereich Mäder Kunstharze
Industriestrasse 1
8956 Killwangen
Logo des Hasler Proficenter Winterthur
Hasler Proficenter Winterthur
Rudolf-Diesel-Strasse 12
8401 Winterthur
Logo der Suter Kunststoffe AG
Suter Kunststoffe AG
Aefligenstrasse 3
CH-3312 Fraubrunnen
Logo der Staubli, Kurath und Partner AG
Staubli, Kurath & Partner AG
Bachmattstrasse 53
8048 Zürich
Logo der HGC
HG COMMERCIALE
Stauffacherquai 46
8022 Zürich
Logo der Hans Stutz AG
Hans Stutz AG
Baugeschäft
Schlachthofstrasse 35
8406 Winterthur

Wahlfach Spezialfragen Technologie

Visualisierung Projekt FVKorb
Visualisierung Projekt FVKorb Saager/Simmen/Steiger/Wenger
Modellfoto Projekt FVKorb
Modellfoto Eckmodells im Massstab 1:1: Projekt FVKorb
Modellfoto: Projekt Schättin/Späh/Zahn/Zayat
Modellfoto: Projekt Schättin/Späh/Zahn/Zayat
Visualisierung: Projekt Cubus
Visualisierung: Projekt Cubus Ackermann/Camenzind
Visualisierung Einzelmodul: Projekt Cubus
Visualisierung Einzelmodul: Projekt Cubus Ackermann/Camenzind

In diesem Wahlfach haben Architekturstudenten Bauprinzipien und Konstruktionen aus den Werkstoffen Holz und Glasfaserkunststoff eingesetzt und deren gestalterischen Möglichkeiten in Entwürfen für einen Pavillon ausgelotet. Grundlage sind die Forschungsergebnisse aus einem mehrjährigen Forschungsprojekt zum Holz-GFK-Verbundbau mit unseren Wirtschaftspartnern Zehnder Holz und Bau AG und Walter Mäder AG: Verbindungsteile aus Glasfaserkunststoff (GFK) ersetzen herkömmliche Verbindungen aus Stahl. Bei gleichzeitiger Reduktion des Arbeitsaufwandes auf der Baustelle und mit Trägern in hybrider Bauweise stehen leichte und leistungsfähige Tragwerksteile für eine breite Anwendung zu Verfügung.
Einen der entstandenen Entwürfe konnten wir mit den Studenten als temporären Pavillon auf dem Technikumplatz in Winterthur umsetzen.

Workshop Pavillonbau

Die Basis des Pavillons bildet eine Plattform aus Schaltafeln. Um das Gefälle des Geländes auszugleichen, sitzt sie auf einem nivellierten Holzrost.
Die Basis des Pavillons bildet eine Plattform aus Schaltafeln. Um das Gefälle des Geländes auszugleichen, sitzt sie auf einem nivellierten Holzrost.
Zuerst wurden in der Mittelachse die Wandelemente errichtet und der erste Dachträger eingesetzt.
Zuerst wurden in der Mittelachse die Wandelemente errichtet und der erste Dachträger eingesetzt.
Achsweise wurden auf den eingemessenen Spurhölzern die nächsten Wandelemente gestellt und danach die Dachträger eingesetzt.
Achsweise wurden auf den eingemessenen Spurhölzern die nächsten Wandelemente gestellt und danach die Dachträger eingesetzt.
Nun ist die Pavillonwand geschlossen und alle Dachträger eingesetzt.
Nun ist die Pavillonwand geschlossen und alle Dachträger eingesetzt.
Der über dem Dach liegende Ringträger wurde ebenfalls aus Schaltafeln elementweise vorgefertigt und wird als letztes Teil des Pavillons montiert.
Der über dem Dach liegende Ringträger wurde ebenfalls aus Schaltafeln elementweise vorgefertigt und wird als letztes Teil des Pavillons montiert.

Der Entwurf des Pavillons entstand massgeblich aus den Konstruktionsprinzipien, die den Materialien Holz und GFK entsprechen. Die Verbindungen sind jeweils verschraubt. Das GFK wird zwischen zwei Holzlagen eingeklemmt und verschraubt.
Die elliptische Wand des Pavillons besteht abwechselnd aus Schaltafeln 500mmx3000mm und Glasfaserkunststoffbahnen. Die Wandelemente sind zweiteilig: die Innenteile haben vorbereitete Schlitze als Auflager für die Dachträger, die Aussenseiten sind vollständige Schaltafeln. Das Dach bilden GFK-Platten, die auf den Trägern verschraubt sind und ein darüber liegender, umlaufender Ringträger aus Schaltafeln.

Die GFK-Bahnen werden in drei verschiedenen Stärken im Vakuum-Injektionsverfahren gemeinsam mit den Studenten hergestellt. Die Bahnen mit bis zu 4.6m Länge werden anschliessend auf Mass zugeschnitten.
Die GFK-Bahnen werden in drei verschiedenen Stärken im Vakuum-Injektionsverfahren gemeinsam mit den Studenten hergestellt. Die Bahnen mit bis zu 4.6m Länge werden anschliessend auf Mass zugeschnitten.
Die Dachträger werden aus Schaltafelleisten und GFK-Bahnen vorgefertigt und dann durch die Bauequipe eingebaut.
Die Dachträger werden aus Schaltafelleisten und GFK-Bahnen vorgefertigt und dann durch die Bauequipe eingebaut.
Fast 130 Schaltafeln wurden verbaut: die meisten im Originalmass für den Boden, hier die zugeschnittenen Tafeln für die Wandinnenseiten, Dachträger und Ringträger.
Fast 130 Schaltafeln wurden verbaut: die meisten im Originalmass für den Boden, hier die zugeschnittenen Tafeln für die Wandinnenseiten, Dachträger und Ringträger.
Aus den zugeschnittenen, geschlitzten Schaltafeln wurden komplette Wandelemente aus einem Holzteil mit bereits verschraubtem GFK vorbereitet, die dann auf dem Bauplatz zusammengesetzt wurden.
Aus den zugeschnittenen, geschlitzten Schaltafeln wurden komplette Wandelemente aus einem Holzteil mit bereits verschraubtem GFK vorbereitet, die dann auf dem Bauplatz zusammengesetzt wurden.

Durch eine elementweise Vorfertigung war es möglich, den Pavillon in nur vier Tagen zu errichten. Alle Elemente wurden an der ZHAW gemeinsam mit den Studenten hergestellt und verbaut. Während des Workshops wurde in mehreren Teams zeitgleich gearbeitet: Herstellung von GFK-Platten und Zuschnitt, Vorfabrikation der Wandelemente, Vorfabrikation der Dachträger, Zusammenbau und Dokumentation.

mse Masterstudium

Wir betreuen Masterstudenten im MSE-Masterstudiengang «Faserverbundkunststoffe im Bauwesen» bei Ihren Projekt und Masterarbeiten.

Masterarbeit Reto Lussi «Verbund von vorfabrizierten Betonelementen mit Ortbeton (2017)»

Bruchbild eines Probekörpers mit einer verzahnten Fuge (Versagen der Zugbewehrung)
Bruchbild eines Probekörpers mit einer verzahnten Fuge (Versagen der Zugbewehrung)
Verzahnte Fugenoberfläche zur Übertragung der Schubspannungen zwischen der CPC-Platte und dem Ortbeton (Masse in mm)
Verzahnte Fugenoberfläche zur Übertragung der Schubspannungen zwischen der CPC-Platte und dem Ortbeton (Masse in mm)
Konventionelle Fertigbauteilplatte mit Stahlverbundbewehrung
Konventionelle Fertigbauteilplatte mit Stahlverbundbewehrung

Durch den Einsatz von Fertigbauteilen kann auf der Baustelle wertvolle Zeit eingespart werden. Mit den neu entwickelten mit Carbon vorgespannten, filigranen und hoch belastbaren Betonplatten (CPC‑Platten) könnten Verbunddecken in Massivbauweise schnell, leicht und mit geringer Bauhöhe ausgeführt werden. Die CPC-Platten dienen dabei als Zugelement der Verbundbaudecke, das Einlegen einer Zugbewehrung entfällt daher. Auf der Baustelle können alle notwendigen Installationen auf der CPC-Platte verlegt werden, bevor diese mit Ortbeton verstärkt wird.

Know-how-Transfer zwischen Forschung und Lehre

Wir leben den Know-how-Transfer zwischen Forschung, Lehre und Weiterbildung:

  • in der Ausbildung von Masterstudenten im MSE-Masterstudiengang «Faserverbundkunststoffe im Bauwesen»
  • im Wahlmodul «Faserverbundkunststoffe» für den Bachelorstudiengang Bauingenieurwesen
  • in der Einführungsveranstaltung «Faserverbundkunststoffe» für den Bachelorstudiengang Architektur
  • durch Unterstützung in den Architekturstudiengängen bei allen Fragen zur konstruktiven Umsetzung von FVK-Bauteilen
  • mit Fachtagungen im Themengebiet «Faserverbundkunststoffe im Bauwesen» für die Öffentlichkeit