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Alnatura: Alte Baustoffe modern kombiniert

Holz und Lehm bilden seit Jahrtausenden ein kongeniales Materialpaar. Ein Verwaltungsgebäude dokumentiert, wie die beiden Naturbaustoffe eine zeitgemäße Architektur hervorbringen und dabei Energie- und Ressourceneffizienz auf ein neues Level heben.

Alnatura Campus Montage BSH-Tragwerk
Der Innenbereich wird von einer geschwungenen Stahlbetonkonstruktion gegliedert, deren Flügel mit mehreren Holz-Beton-Verbundstegen überbrückt werden. Foto: Marc Doradzillo

Seit 2008 stand das ehemalige Kasernengelände ‚Kelley Barracks‘  der US-Amerikaner, rund 47 Hektar groß, in Darmstadt leer. Nach deren Abzug erwarb die Bundesanstalt für Immobilien das Gelände und erarbeitete in Abstimmung mit der Stadt einen Rahmenplan, der eine Nutzung der Altflächen als zukünftiges Gewerbegebiet definierte. Mit der Errichtung des so benannten ‚Alnatura Campus‘ hat die Umwidmung des alten Kasernengeländes nun ihren baulichen Anfang genommen. Dieser beherbergt, neben dem neuen Verwaltungssitz des Naturkost-Pioniers, ein frei zugängliches, vegetarisches Bio-Restaurant nebst Park, Teichen und Sportflächen, sowie einen öffentlichen Waldorfkindergarten mit angegliedertem Ökolandbau, der die Prozesskette der biologischen Nahrungsmittelerzeugung von der Aussaat bis zum fertigen Lebensmittel veranschaulicht.

Architektur mit römischem Bezug

Alnatura Campus  Innenansicht
Weite, Licht und Offenheit kennzeichnen die neue Alnatura-Zentrale, die von einem sichtoffenen BSH-Dachtragwerk mit Oberlichtband abgeschlossen wird. Foto: haascookzemmrich STUDIO 2050

Die neue Zentrale des Biokost-Herstellers Alnatura, 94 m lang, 41 m breit und 19 m hoch, hält auf drei Etagen Arbeitsraum für 500 Mitarbeiter bereit. Der wuchtige, klassisch anmutende Bürokomplex wird von zwei uralten Naturbaustoffen determiniert: die massive Gebäudehülle wird von Stampflehmelementen gebildet, während das Dachtragwerk aus Leimholzbindern besteht. Den Innenraum prägt zudem eine geschwungene Konstruktion aus Stahlbeton, die den offenen Charakter des Verwaltungsgebäudes trägt und ihn zugleich segmentiert.

Der römischen Architektur entlehnt, bildet ein großzügig dimensioniertes Atrium das Zentrum des Gebäudeinneren als Dreh- und Angelpunkt, als Ort von Begegnung und Kommunikation. Die in weiten Teilen offen gehaltenen Büros, die allesamt vom Atrium aus erschlossen werden, gruppieren sich auf drei Ebenen unter dem markanten BSH-Dachtragwerk. Während das römische Atrium sein Licht einzig über eine mittig platzierte, rechteckige Öffnung im Dach bezog, erweitert der neue Alnatura-Stammsitz diesen Bezug durch ein großes, traufseitig durchlaufendes Lichtband im Dachfirst und einen komplett verglasten Giebel an der Süd-Westseite. Transparenz und Offenheit bilden hier eine gebaute Realität. Ferner war das römische Atrium des begüterten Bürgertums und der gehobenen Stände ursprünglich von Loggien umsäumt, die mit säulenumstandenen Gärten einen atmosphärischen Innenhof generierten. Dieser Habitus findet beim Alnatura-Bürobau seine Entsprechung in den tragenden Stahlbetonsäulen. Sie ziehen sich vom Erd- über das Ober- bis zum Dachgeschoss durch das Gebäude und kreieren gemeinsam mit den Bogenträgern und den geschwungenen Innenterrassen ein freiherrliches Ambiente.

Campus_Alnatura Außenaufsich
100 Prozent Konversion: Naturkostzentrale in Ökobauweise anstatt Militärkaserne. Foto: haascookzemmrich STUDIO 2050

Drei Holz-Beton-Verbundstege im Dachgeschoss

Das großdimensionale BSH-Dachtragwerk lagert auf den Stahlbetonsäulen. Wie bei Flachgründungen üblich, hat man diese in Stahlbeton-Köcherfundamente eingespannt, bestehend aus einer Fundamentplatte und dem aufstehenden Köcher, der in seiner Mitte eine Vertiefung zur Aufnahme der Fertigteilstütze aufweist. Dieser Hohlraum wurde nach dem Einsetzen und Ausrichten der Stützen mit einem Vergussmörtel befüllt, wodurch eine dauerhaft kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Köcherfundament und der Stahlbetonstütze entstand.

Die innenliegende Stahlbeton-Skelettkonstruktion wird von 4 symmetrisch angeordneten, vertikal durchlaufenden Stahlbetonkernen ausgesteift, in denen sich die Treppenhäuser und Aufzüge sowie die zentralen Installationsebenen befinden. Dabei werden die abzutragenden Horizontallasten über die schubsteifen Geschossdecken in die Kerne weitergeleitet, wobei die geschwungene Form der innenliegenden Terrassen bzw. deren Decken ein bewusst ungleichmäßiges Gebäuderaster hervorbringen. Damit die Mitarbeiter die gegenüberliegenden Bürotrakte auf den jeweiligen Etagen sofort erreichen können, installierte man im Obergeschoss einen, und im Dachgeschoss gleich drei Holz-Beton-Verbundstege. Dabei wurden 28 cm dicke BSH-Elemente bereits im Werk mit einer obenliegenden, 12 cm dicken Betonschicht schubsteif verbunden, bei zugleich reduziertem Schwingungsverhalten.

Asymmetrischer Dachfirst erlaubt gleichmmmäßiges, blendfreies Nordlicht

Die Anschlüsse der BSH-Binder an die Stahlbetonstützen erfolgten mit Stabdübeln und Schlitzblechen aus Stahl. Die 32 Brettschichtholz-Träger bestehen aus Fichtenholz der Festigkeitsklasse GL 24h, die an der längeren Dachsüdseite in den Maßen 24 cm (Breite) x 54 cm - 2,20 m (Höhe) x 22 m Länge montiert wurden, wohingegen die kürzere Nordseite die Maße 24 cm (Breite) x 1,30 m (Höhe) x 13 m (Länge) ausweist. Sie wurden in Sichtqualität werkseitig bei der Firma Grossmann Holzbau inklusive Abbund komplett vorgefertigt, just-in-time auf die Baustelle angeliefert und sofort montiert. Bedingt durch die Verleimung sortierter Lamellen weisen die BSH-Binder neben einer hohen Festigkeit und Tragfähigkeit keine bzw. nur geringe Querspannungen auf. Die bis in die Mitte des Atriums 12 m weit auskragenden BSH-Bogenträger reichen bis zum First in der Höhe von 19 m bzw. zur Kante des öffenbaren Lichtbands, das eine Neigung von 36 Grad aufweist. Letzteres ist Teil der asymmetrischen Ausführung des Dachfirsts, wodurch gleichmäßiges, blendfreies Nordlicht für eine angenehme, natürliche Beleuchtung sorgt und nur geringfügig zur sommerlichen Aufheizung des Gebäudes beiträgt.

Die BSH-Binder wurden in einem Abstand von 5,90 m montiert. Sie dienen zugleich als Auflager für den Dachaufbau mit vorgefertigten Hohlkasten-Elementen. Am Auflagerpunkt der Dachelemente sorgt eine Kippaussteifung mit 140 mm dicken Brettsperrholzplatten für die nötige Stabilität, da die Träger auf Biegung und Normalkraft beansprucht werden und die Querschnitte dabei von Verdrehungen und Verschiebungen senkrecht zur Lastrichtung betroffen sind. Um diese zu begrenzen baute man die BSP-Aussteifungsverbände ein, die mit Stabdübeln und Passbolzen an den Trägern befestigt wurden.

Dachscheibe aus vorgefertigten Hohlkastenelementen

Alnatura Campus Einheben Dachelement mit Akustikleisten
Die mittels Kran eingehobenen, in Gänze vorgefertigten Hohlkastenelemente mit innenseitigen Akustikleisten bringen im Verbund eine statisch wirksame Dachscheibe hervor. Foto: Grossmann Bau GmbH & Co. KG

Der finale Dachaufbau besteht aus 120 werkseitig ebenfalls komplett vorgefertigten Hohlkästen, 12 m lang, 2,50 m breit und 28 cm hoch, die die Zimmerer mittels Holzbauschrauben direkt auf die BSH-Binder montierten. Diese Dachelemente aus Fichtenholz bestehen aus einem Balkenrahmen mit Regelrippen aus KVH und Randrippen aus BSH, umseitig geklammert mit 25 mm dünnen OSB-Platten, wobei der Hohlraum als Sandwich zwischen den Holzwerkstoffplatten mineralisch gedämmt wurde. Mit einem Kran stumpf aneinander liegend eingehoben, bringen sie, da an den obenliegenden OSB-Plattenenden miteinander vernagelt, eine Dachscheibe hervor.

Bedingt durch die erforderliche Feuerwiderstandsdauer von REI 60 wurden an die Dachelemente unterseitig 18 mm dünne, feuerfeste Kalziumsilikat- Brandschutzplatten auf Höhe der Rippen geklammert. Darauf folgt ein schwarzes Vlies mit abschließenden, weißen Akustikleisten aus Weißtannenholz mit einer Gesamtlänge von 37.000 m, die die Helligkeit und Weite des Atriums nach oben hin fortschreiben.

Auf die Kastenelemente brachten die Dachdecker eine Unterdachbahn als Witterungsschutz auf, während die Dampfsperre bereits in die Konstruktion der Dachelemente integriert worden war. Finalisiert wurde das Dach von einer metallischen Bekleidung aus hinterlüfteten, falzbaren Aluminiumblechen mit einer Farbbeschichtung. Die zu 100% recyclingfähigen, formstabilen und leichten Dachbahnen führte man als harte Bedachung aus.

Gebäudehülle aus Stampflehmelementen

Alnatura Campus Platzieren Wandelement
Die Gebäudehülle besteht einzig aus den aufeinandergesetzten und mit einem Lehmmörtel verbundenen Stampflehmelementen. Foto: Marc Wilhelm Lennartz

Die Gebäudehülle des neuen Alnatura-Stammsitzes wartet mit einer Bauweise auf, die hinsichtlich Materialwahl und –verarbeitung, Dauerhaftigkeit und Recyclingfähigkeit, Wohngesundheit und Energiebilanz ihres gleichen sucht: Stampflehmelemente aus einfachen, unbehandelten Erden, Kiesen und Sanden. Der Clou beim Bauen mit Stampflehm liegt darin, dass in einem Prozess die sich selbst tragende Gebäudehülle inklusive der Fassade und die finalen Innenraumoberflächen gebildet werden. Der österreichische Lehmbau-Pionier Martin Rauch hat für das Konzept und die Ausführung der Alnatura Gebäudehülle persönlich verantwortlich gezeichnet.

Zu Beginn wird bei jedem Bauvorhaben ausgelotet, wo gerade Bodenaushub anfällt, Schotter lagert, wo Kiese und Lehm beheimatet sind. Viel mehr als die Transportkosten fallen bei der Beschaffung der Baustoffe in einem Umkreis von etwa 150 km vom Bauplatz nicht an - die schadstofffreie Urbauweise schont mehr als eine Ressource.

Martin Rauch hat in jahrelangen Versuchen die Rezepturen und Mischungsverhältnisse von Lehm, Ton, Sand, Kies und Schotter mit einem definierten Feuchtegehalt erprobt und weiterentwickelt. Laut seiner Aussage stehen nahezu überall in der Welt genügend Mengen an baufähigen Erden ubiquitär zur Verfügung.

Alnatura Campus Stampflehmelemente Dämmschicht Heizschleifen
Fertig produzierte Stampflehmelemente mit integrierter Dämmschicht aus Schaumglasschotter und Wandheizungsschleifen. Foto: Marc Wilhelm Lennartz

Synonym des Wandels: Panzerhalle als Lehmbaustätte

Alnatura Campus  Wandeinheit auf Betonsockel
Die rohe und einfache Naturmaterialität des Stampflehms zeigt, wie schadstofffreies und wohngesundes Bauen mit geringstmöglicher grauer Energie funktioniert. Foto: Marc Wilhelm Lennartz

Beim Alnaturabau produzierten Martin Rauch und sein Team direkt vor Ort in einer ehemaligen Panzerhalle die insgesamt 384 Stampflehmelemente mittels einer von ihm konzipierten, mechanischen Schalungsstraße von 35 m Länge. Zuerst mischten die Lehmbauer verschiedene Ausgangsmaterialien wie Lehm aus dem Westerwald, Lava-Schotter aus der Eifel, Tunnelaushub vom BVH Stuttgart21 sowie Abbruchmaterial der Kelley Barracks.

Danach wurde die Holzschalung über zwei Beschicker mit der erdfeuchten Lehmmischung inklusive einer mittigen Dämmschicht aus Schaumglasschotter befüllt, und anschließend unter hohem Druck in mehreren Arbeitsgängen miteinander verpresst. Zwecks Aufbaus einer natürlichen Erosionsbremse gegen Regenwasser wurden die Schalungsaußenkanten mit einer Schicht Trasskalkmörtel versehen.

Des Weiteren legte man Geogitter aus Kunststoff horizontal in die Elemente, um die äußeren Schichten miteinander zu verbinden. Die fertig gestampften, fugenlosen und monolithischen Lehmelemente wiegen zwischen 3 und 4,5 Tonnen, sind etwa 70 cm dick, rund 1 m hoch und bis zu 3,5 m lang. Ihr U-Wert beträgt 0,35 W/(m²K). Nach dem Aushärten wurden mit einem Hammer in die Stirn- und Oberseiten vertikale und horizontale Nuten geschlagen, für den späteren Einbau der Regenrohre und die Geschosse durchlaufenden, großflächigen Fenster.

Danach stellte man die Wandelemente wettergeschützt auf Paletten zum Austrocknen, bevor sie mit einem Kran Block für Block zur Gebäudehülle aufgebaut wurden. Die erste Reihe der Stampflehmelemente setzte man auf Betonsockel, die aus der Stahlbeton-Bodenplatte herausragen. Damit beugt man etwaig aufsteigender Feuchte vor, zusätzlich unterstützt von mineralischen Dichtschlämmen, die zwischen Betonsockel und Stampflehmelement aufgebracht wurden.

Geothermie, Erdkanal und PV-Anlage: Das gesamte energetische Versorgungskonzept ist modular aufgebaut

Alnatura Campus Innenansicht
Die offenen Büroräume profitieren von der unmittelbaren Präsenz des Naturbaustoffs mit allzeit idealem Raumklima. Foto: haascookzemmrich STUDIO 2050

Jedes Geschoss besteht aus vier übereinander platzierten und mit Lehmmörtel setzungssicher verbundenen Stampflehmelementen, die mit einbetonierten Stahlankern an den Geschossdecken verankert wurden. Im Gebäudeinneren sorgen die dicken, diffusionsoffenen Stampflehmwände für ein allzeit angenehmes Raumklima, wirken kühlend an heißen Sommertagen, und spenden eine behagliche Raumwärme in kalten Wintern. Da deren Ausgleichsfeuchte unter der von Holz liegt, könnte letzteres auch ohne Probleme direkt auf den Stampflehmwänden auflagern. Beim Alnaturabau hat man die Heizschleifen für die Wandheizung in den Produktionsprozess der Stampflehmelemente integriert, die, da dual ausgelegt, zugleich als Kühleinheit eingesetzt werden. Diese zweischalig aufgebauten, gedämmten Stampflehmelemente mit Flächenheizung sind ein Novum und wurden von der Lehm Ton Erde Baukunst GmbH in Darmstadt erstmals produziert.

Das gesamte energetische Versorgungskonzept des Bürogebäudes ist modular aufgebaut. Die Basis bildet eine emissionsfreie Versorgung über Geothermie, bei der die Wärmeenergie des Erdreichs über Erdsonden an Wärmepumpen weitergeleitet, und von diesen dem Gebäude zur Verfügung gestellt wird. Der dafür benötigte Strom wird über eine große PV-Anlage auf dem Dach selbst erzeugt. Über zwei Erdkanäle aus dem nahegelegenen Wald werden die Räume mit vortemperierter Frischluft versorgt, die zudem für die Übergangszeiten mit einem Bypass ausgestattet wurden, damit die Luft nicht unnötig abgekühlt wird.

Des Weiteren sorgt eine tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerung für optimierte Lichtverhältnisse an den Arbeitsplätzen, während öffenbare, 3-fach verglaste Fenster individuelle Lüftungsbedürfnisse erfüllen und außenliegende Raffstores an heißen Sommertagen Hitzeschutz bieten.

Der Verbindung Holz und Lehm gehört die Zukunft

In Summe gilt es zu konstatieren, dass der Verbindung von Holz und Lehm die zu errichtende Zukunft gehört. Holz – weil es mit seinen bekannten Bauqualitäten und positiven Effekten für Flora, Fauna, Mensch und Klima ‚einfach‘ nachwächst, und Lehm, weil der Planet Erde in weiten Teilen aus ebendiesem Urmaterial besteht. Deren Kombination ermöglicht energieextensive und wohngesunde Bauweisen, unter geringstmöglicher Energiezufuhr und Emissionen sowie einem dementsprechend geringstmöglichem Anteil an grauer Energie. Hält man zudem beide Baustoffe frei von Chemikalien und künstlichen Fremdstoffen, so entsteht eine lückenlose und rückstandsfreie Prozesskette von der Planung über den Bau und die Nutzungsphase bis zur Rückführung in den Naturprozess, aus dem die nächsten Generationen beider Baustoffe hervorgehen. Mehr cradle-to-cradle geht fast nicht.

Bautafel

Bauherrschaft
Campus 360 GmbH, Bickenbach

Architektur
haascookzemmrich STUDIO 2050, Stuttgart

Holzbau Werkplanung, Vorfertigung + Montage
Grossmann Bau GmbH & Co. KG, Rosenheim

Stampflehmbau
Lehm Ton Erde Baukunst GmbH, Schlins (Vorarlberg)

Statik/Konstruktion
Knippers Helbig GmbH, Stuttgart

Bauphysik, Wärme-, Schall- & Immissionsschutz, Raumakustik
knp.bauphysik Ingenieurgesellschaft mbH, Köln

Brandschutz
Tichelmann & Barillas Ingenieure, Darmstadt

Autor

Marc Wilhelm Lennartz ist unabhängiger Fachjournalist, Referent & Buchautor 
Titel BMH 5.2018
Der Beitrag "Erbaut aus Holz und Erde" erschien zuerst in bmH bauen mit holz 5.2018.