Wie bauen wir in Zukunft? An der Architekturabteilung der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW in Winterthur ist klar: Beim Entwerfen ist das Nettonullziel die Richtschnur. Heisst das, dass Stahlbeton ausgedient hat? Bauen wir in Zukunft unserer Städte aus Holz, Lehm, vielleicht noch aus Naturstein und Stroh? Wie fast immer, wenn man auf der Suche nach einfachen Antworten ist, zeigt sich: Die Realität ist komplexer. Denn spaziert man durch die Werkstückhalle in Winterthur, wo Mockups zukunftsweisender Konstruktionen im Massstab 1:1 ausgestellt sind, begegnet man zwar Naturbaustoffen wie Stroh und Lehm, aber genauso trifft man die alten Bekannten Beton und Stahl. Diese kommen in unterschiedlichsten Formen daher; neu, wiederverwendet, unterschiedlich kombiniert. «Die heute gebräuchlichen Baumaterialien Beton und Stahl werden auch in Zukunft ihre Berechtigung haben», meint Architektin und Materialforscherin Stefanie Müller De Pedrini vom Institut Konstruktives Entwerfen. Sie kuratiert die Ausstellung und forscht hier zu nachhaltigen Konstruktionen. Es brauche die einfache Verfügbarkeit, Effizienz und Dauerhaftigkeit von Stahl und Beton genauso wie die Klimaverträglichkeit und die biologische Abbaubarkeit von Naturbaustoffen. «Zudem geben unsere einheimischen Wälder nicht genug Holz her, um den Stahlbeton als strukturelles Baumaterial zu ersetzen.» Stahlbeton wird uns also weiterhin begleiten, er sollte aber viel gezielter eingesetzt werden, nämlich dort, wo er unersetzbar ist: in Kontakt mit Wasser und Erdreich sowie dort, wo das Material besonders widerstandsfähig und tragfähig sein soll. «Die Zeiten, in denen wir schwere Betonteile an ein Haus hängen, sind vorbei», resümiert Müller De Pedrini. Die konstruktive Zukunft ist hybrid.

Am Hybriden forschen

Blickt man in die Geschichte der Architektur, waren hybride Konstruktion sowieso eher die Regel als die Ausnahme. Lange Zeit baute man aus dem, was da war; setzte verfügbares Material nach seinen Fähigkeiten ein.

Erst die Industrialisierung und mit ihr der Durchbruch des Alleskönners Stahlbeton (des konstruktiven Hybrids schlechthin) führte zu einer zunehmenden Homogenisierung der Baumaterialien und Konstruktionen, die mit dem Wärmedämmbeton ihren Höhepunkt feierte.

Auch das Ideal der ästhetischen Einheit im Sinne der Forme Forte von Martin Steinmann hielt sich bis vor einigen Jahren. Als erstrebenswert galt die reine Konstruktion, das Haus aus einem Guss (obwohl es das hinter der Fassade nie war).

In den Hallen der ZHAW Winterthur ist es möglich, durch die Gegenwart und die etwas fernere Zukunft von hybriden Konstruktionen zu spazieren. Müller De Pedrini hat dafür Architekturprojekte ausgewählt, die neue Wege eröffnen, materialsparend und besonders dauerhaft konstruiert sind. Ziel ist es, Forschung, Lehre sowie Bauindustrie zusammenzubringen und Wissen zu teilen, um darauf aufbauend weiterzuarbeiten. Jedes Mockup wird mit einem öffentlichen Fachgespräch zwischen Architekten, Fachplanerinnen und beteiligten Unternehmen eingeführt. Der 1:1-Massstab soll den tatsächlichen Materialeinsatz spürbar machen, den man bei der Arbeit an verkleinerten Plänen und Modellen gerne mal aus den Augen verliert.

Parallel zur Werkstückhalle erforscht Müller De Pedrini die messbaren Umweltauswirkungen der gezeigten Deckenkonstruktionen. Als volumenintensivstes Bauteil im Hochbau liegen hier die grössten Hebel für die Reduktion von CO₂.

Auf die Frage, welche Erkenntnisse besonders überrascht haben, antwortet sie: «Es hat sich gezeigt, dass gewisse Materialien, die als besonders nachhaltig wahrgenommen werden, dies in der konstruktiven Umsetzung und effektiven Ermittlung von CO₂ nicht einhalten – etwa der Ersatz des Unterlagsbodens Anhydrit durch Gusslehm. Letzterer benötigt mehr Materialstärke und eine Ausgleichsplatte, um Risse zu vermeiden, was die Ökobilanz entsprechend verschlechtert.» Und: «Es ist nicht allein die Verbesserung der CO₂-Bilanz gefragt. Ziel sollte es sein, Materialien möglichst lange im Kreislauf zu halten.»

Vier Beispiele aus der Werkstückhalle illustrieren, wie diese Ansätze in der Praxis erprobt werden, und lassen erahnen, welche gestalterischen Potenziale diesen Hybriden innewohnen.

Einfach und materialsparend

Bestechend einfach, aber keineswegs banal, sind die drei Mehrfamilienhäuser in Birsfelden von Graser Troxler Architekten. Konstruiert sind sie aus drei Hauptmaterialien: Einsteinmauerwerk, Holz, Beton. Jedes leistet genau das, was es am besten kann, und von jedem gibt es genau so viel wie nötig.

Die Suche nach Einfachheit beginnt schon bei der Volumetrie: Jedes der Häuser ist ein geometrischer Kubus; auf polygonale Formen verzichten die Architekten bewusst. Mittig liegt ein betonierter Liftschacht, die Aussenwände formt tragendes Einsteinmauerwerk. Windmühlenartig spannen schlanke Holzlamellen Räume um den Kern auf. Diese Deckenelemente bestimmen den ganz eigenen Ausdruck der Wohnungen, von denen es pro Geschoss eine gibt.

Die Häuser stehen an einer Geländekante und dank dem Richtungswechsel in der Deckenkonstruktion ist der Ausblick in alle vier Richtungen freigespielt. Eine dünne Schicht Überbeton (12 cm) ist direkt auf die Holzplatte gegossen. Über Vertiefungen in der Holzplatte wirken die beiden Materialien so zusammen als Holzbeton-Verbunddecke.

Die Häuser in Birsfelden sind das Ergebnis einer Suche des Büros nach CO₂-sparender Bauweise. Das Prinzip der verlorenen Schalung erprobten sie bereits beim Kreislaufhaus in Zürich (vgl. wbw 10 – 2023, S. 73). Statt einem Stahlblech wird nun Holz verwendet.

Zwei Wege in die Höhe

Je grösser der Massstab, desto wirksamer werden materialsparende Hybridstrategien. Ein Vergleich zwischen den beiden Hochhäusern in der Sammlung der ZHAW bietet sich also an. Das Wohnhochhaus an der Freihofstrasse in Zürich von Pool Architekten setzt auf den bekannten, hier optimierten Stahlbeton. Die Spannweiten sind mit 3,60 Meter möglichst klein gehalten und erlauben, viel Masse zu sparen. Um dies zu erreichen, arbeiten Schnetzer Puskas Ingenieure mit Unterzügen und Systemtrennung. Auch die Rückbaubarkeit ist mitgedacht: Die Elektroleitungen sind in einer Schüttung verlegt statt wie üblicherweise im Beton. Die 14 cm schlanke Decke (üblich sind 28 cm) bleibt somit frei von Haustechnik.

Wenige Schritte weiter in der Mockup-Ausstellung steht die Alternative: Das Hochhaus H1 auf dem Zwhattareal in Regensdorf von Boltshauser Architekten setzt auf eine Kombination. Ein Sockel aus Stahlbeton bildet einen «Tisch» aus, auf dem das darüberliegende Holzskelett der Wohngeschosse steht. Auch hier ist dank der Trägerverbunddecke der Betonanteil erheblich reduziert. Holz ist leichter als Stahlbeton, was sich auf die Dimensionierung der Fundamente auswirkt und somit Beton spart. Interessant ist auch die Wahl des Holzes: Stabbuche, deren charakteristische Zeichnung in den Wohnungen sichtbar bleibt, wurde bisher selten als Baumaterial eingesetzt. Der Baum ist wärmeresistent und das Holz sehr hart, für hochbeanspruchte Bauteile, wie in einem Hochhaus, also bestens geeignet.

Was beim Vergleich überrascht: Auf einen Quadratmeter Decke ausgerechnet, ist der CO₂-Ausstoss beider Konstruktionen vergleichbar. Denn die hohen Anforderungen an Brandschutz und Gebäudestabilität führen im Hochhausbau dazu, dass auch in der Holzkonstruktion Verstärkungen aus Stahl notwendig sind.

Komplementäre Kombinationen

Die Werkstückhalle präsentiert Mockups gebauter Projekte, aber auch solche an der Schwelle zur Anwendung. Das Architekturbüro Ressegatti Thalmann begann mit seiner Forschung zur Stahlkammer-Hybrid-Bauweise bereits 2017. Zunächst bestand ihr Stahlbausystem aus gekanteten Blechen, die mit Kammerbeton ausgefüllt werden ( vgl. wbw 9–2017, S. 27 ). Bei der Weiterentwicklung des Systems am Institut Bautechnologie und Prozesse der ZHAW mit dem Stahlbau-Unternehmen H. Wetter, die über mehrere Jahre dauerte, stand insbesondere die Verbesserung der Klimabilanz im Fokus. Statt Kammerbeton wird nun der Gusslehm «Cleancrete» – eine Lehmmischung des Startups Oxara – in die beiden C-Profile (aus einem Grossteil an Recyclingstahl) eingebracht. Der Gusslehm schützt das Metall im Brandfall und macht es möglich, die Konstruktion unverkleidet und ungestrichen sichtbar im Innenraum zu verwenden.

Nun sind mutige Anwender oder Anwenderinnen gesucht, die das Potenzial dieser Konstruktion erkennen, mit der sich der Stahlbau im kleinen Massstab für den Wohnungsbau etablieren könnte: «Uns fasziniert die Kombination aus der Präzision des Stahls mit dem Archaischen und Wilden des Lehms», sagt Architektin Jay Thalmann. Vorstellbar sind damit offene Wohnkonzepte mit freien Grundrissen. Dank der Zusammensetzung aus zwei C-Profilen mit einem Verbindungsblech können die Elemente problemlos weiterverwendet, verkürzt oder verlängert werden. Die Cleancrete-Mischung ist zementfrei und vollständig rückführbar in das, was sie einst war: Grund und Boden.