Entwicklung eines Bausystems zur Umsetzung einer Kappendecke aus Stampflehm

Das System der Kappendecke ist eine traditionelle Bautechnik und wurde bereits in vielen historischen Gebäuden über hunderte von Jahren angewendet. Die Bogenform ist zudem eine sehr sichere Bauweise, da durch den Bogen bei Belastung der Decke Zugkräfte vermieden werden und die auftretenden Druckkräfte in das Auflager abgeleitet werden. Dadurch eignet sich die Stampflehmtechnik sehr gut für die Umsetzung einer Kappendecke. Der Bogen kann aus reinem Stampflehm ohne Bewehrung tragend als Deckenelement eingesetzt werden.

Mit moderner Fertigungstechnik und Baulogistik kann die Kappendecke in Kombination mit der Stampflehmtechnik in Elementbauweise vorgefertigt werden und somit zu einem nachhaltigem Bausystem werden.

Für die Umsetzung und Sicherheit dieses Systems benötigt es eine sehr präzise Umsetzung und viel Erfahrung mit der Stampflehmtechnik.

Hier können wir als Baufirma, die sich zu 100% auf die Stampflehmtechnik spezialisiert hat, auf eine 40-jährige Erfahrung zurückgreifen und konnten in der Zeit sehr viele Projekte mit der Stampflehmtechnik in verschiedensten Fertigungsarten in Europa, hauptsächlich in Österreich, Deutschland und der Schweiz, aber auch im asiatischen Raum, umsetzen. Gerade für die Projekte in Vorfertigung haben wir innovative Maschinen entwickelt und gebaut, die den Herstellungsprozess von Stampflehmelementen wesentlich erleichtert und die Qualität deutlich erhöht.

Ein Markenzeichen unserer Firma ist auch, dass wir mit 100% Aushubmaterial arbeiten. Wir verwenden steinig-lehmiges Aushubmaterial, welches in der Bauindustrie sonst nicht verwendet werden kann und i.d.R. auf der Deponie landet. Wir analysieren das Material und entwickeln eine Rezeptur für eine Stampflehmmischung. Durch dieses Wissen in der Materialentwicklung haben wir die Möglichkeit überall auf der Welt Projekte mit lokalem Aushubmaterial umzusetzen. Ohne Beigabe von Bindemitteln wie Zement.

Seit 2020 beschäftigen wir uns mit der Stampflehmtechnik als Gewölbe in einer Deckenkonstruktion. Hier konnten wir in Kooperation mit einer großen Holzbaufirma aus der Schweiz (Blumer-Lehmann AG) und den Architekten Herzog & de Meuron in einem Projekt in Basel ein Deckensystem mit einer tragenden Holzstruktur und einer Lehmausfachung in Gewölbeform 800 Deckenelemente auf der Baustelle unter Verwendung des Aushubmaterials herstellen. Hierfür haben wir eine mobile Vorfertigungsanlage entwickelt, die es ermöglicht hat, in einer Feldfabrik auf der Baustelle mit dem Aushubmaterial die Deckenelemente in einem optimierten Zeitraum zu produzieren.

Seit zwei Jahren beschäftigen wir uns intensiv im Rahmen eines Forschungsprojektes mit wh-p Ingenieuren und bez + kock Architekten mit der Entwicklung einer Kappendecke aus Stampflehm. In einem eigens entwickelten Prüfstand konnten wir in unserer Werkhalle erfolgreich Prüfungen zur Druckfestigkeit durchführen. Wir haben den Herstellungsprozess und das Handling des Bogens durch die Herstellung von 17 Bögen erfolgreich testen können.

In diesem Zusammenhang haben wir uns auch intensiv mit der Entwicklung einer Fertigungsanlage auseinandergesetzt, um ein größeres Projekt, wie das Besucherzentrum Schloss Charlottenburg umsetzen zu können.

All diese Erfahrungen in der Stampflehmtechnik, in der Materialentwicklung, in der Herstellung von Deckenelementen aus Stampflehm und in der Entwicklung von Fertigungsanlagen geben uns einen hohen Mehrwert, um Lösungen für die Herstellung und bauliche Umsetzung von Kappendecken aus Stampflehm in der Realität umzusetzen.

Die Stampflehmtechnik ist eine sehr arbeitsintensive Bauart. Um die Kappendeckeelemente aus Stampflehm wirtschaftlich und in einer möglichst kurzen Bauzeit umsetzen zu können, ist aus unserer Sicht nur mit der Entwicklung einer Fertigungsanlage möglich. Wir haben hierzu Studien durchgeführt und verschiedene Entwicklungsgrade der Maschinenumsetzung untersucht. Dabei haben wir in drei Varianten die Investitionen zur Entwicklung der Fertigungsanlage im Verhältnis zur Einsparung der Arbeits- und Bauzeit gestellt. Die Varianten der Maschinenentwicklung können im weiteren Verfahren tiefer erläutert werden.

Ein weiterer wichtiger wirtschaftlicher Faktor ist neben der Produktion der Elemente das Versetzen der Elemente auf der Baustelle. Ziel ist es die Elemente möglichst schnell, ohne Trocknungszeit, zu versetzen, um somit Zeit und Platz für die Lagerung einzusparen.

Durch die mobile Fertigungsanlage können die Herstellungsprozesse der Produktion in einem temporären Bauzelt neben der Baustelle unter Verwendung von lokalem Aushubmaterial stattfinden, sodass kein Transport und keine Lagerung der Elemente notwendig sind und die Elemente direkt versetzt werden können. Dadurch kann sowohl eine effektive Wirtschaftlichkeit als auch eine optimale Nachhaltigkeit sichergestellt werden.

Für die Umsetzung der Kappendecke in Stampflehm sind vier wesentliche Bereiche zu betrachten. Die Materialentwicklung, die Fach- und Werkplanung, die Produktion der Elemente und die Logistik inkl. der Versetzarbeiten.

Materialentwicklung

Für die Materialentwicklung der Stampflehmmischung bedarf es zunächst einer lokalen Materialrecherche, um mögliche Quellen für das steinig - lehmige Aushubmaterial zu bekommen. Im nächsten Schritt werden diese Quellen vor Ort begutachtet und Materialproben gesammelt. Aus denen werden dann die ersten Rezepturen erstellt und Prüfungen durchgeführt. So kann schrittweise sichergestellt werden, dass man eine Rezeptur für eine lokale Stampflehmmischung mit ausreichender Qualität erhält.

Die Qualität der Mischung wird dann während der Umsetzung laufend überprüft. Das Material wird aufbereitet und sukzessive auf die Baustelle geliefert. Dort wird es in einer Mischanlage auf die richtige Feuchtigkeit gebracht und direkt verarbeitet.

Fach- und Werkplanung

In der Planungsphase des Projektes werden gemeinsam mit den weiteren Fachplanern und den Architekten alle lehmbaurelevanten Details entwickelt und finalisiert. Im Falle der Kappendecke ist eine enge Abstimmung mit der Statik und der Genehmigungsbehörde bzw. dem Gutachter von zentraler Bedeutung. In diesem Stadium werden auch die Bauzeiten in den Gesamtterminplan eingearbeitet und die logistische Abfolge der Produktions- und Versetzarbeiten ausgearbeitet.

Auf der Basis wird eine Werkplanung für die Produktions- und Versetzabschnitte erstellt. Die Kappendecke wird in Elemente eingeteilt. Jedes Element bekommt eine Nummer und wird in entsprechender Reihenfolge auf der Baustelle eingebaut.

Produktion

In der Stampflehmproduktion kommt es immer auf das Zusammenspiel von drei wesentlichen Techniken bzw. Prozessen an, der Schalungskonstruktion, dem Einbringen des Materials und dem Verdichtungsprozess. Wenn alle drei optimal aufeinander abgestimmt sind, kann ein effektiver Herstellungsprozess gewährleistet werden. Dabei spielen vor allem die Qualitätssicherstellung über den gesamten Bauprozess und ökonomische Aspekte eine große Rolle. Diese Prozesse werden unter dem Punkt „Geschützte Anlagen“ näher erläutert.

Versetzarbeiten

Das Ziel ist es, die Logistik der Baustelle so abzustimmen, dass die Elemente immer direkt versetzt werden können. Die Elemente können mit dem Baukran versetzt werden. Dafür wird ein spezielles Hebegerät entwickelt.

Zu einem späteren Zeitpunkt nach dem Trocknungsprozess werden dann die Fugen retuschiert, sodass ein monolithisches Gesamtbild entsteht. Während der gesamten Arbeitsprozesse ist ein guter Wetterschutz Voraussetzung, die Arbeiten qualitativ hochwertig umzusetzen.