Bauen mit Systemmodulen

In der Mehrzahl keine Übergangslösungen

Schulen, Bürobauten, Hotels, Krankenhäuser – zahlreiche Gebäude werden heute in Sys-tem­modul-Bauweise errichtet. Der Grund dafür ist meist in den zeitlichen und logis-tischen Vorgaben zu suchen. Bis zu 90 % der Bauleistung erfolgt nämlich im Rahmen der Vorfertigung der Module. Das sorgt für kon-trollierte Qualität, kurze Bauzeiten und das Umfeld schonende Baustellen. Dabei sind hinsichtlich der bauphysikalischen Eigenschaften wie Schall-, Wärme- und Brandschutz keinerlei Einbußen hinzunehmen.

Die Bauten verfügen über eine tragende Skelett-Struktur, die flexible Grundrisseinteilun-gen und -änderungen ermöglicht. Außerdem bleiben die Module stets beweglich: Veränderungen des Gebäudevolumens und sogar Trans-lokationen des gesamten Bauwerks sind verhältnismäßig einfach möglich.

Konstruktion

Jedes Modul besteht aus einer Stahl-Tragstruktur, die mit Böden, Decken und Wänden als Raumbildner in Leichtbauweise komplettiert wird.

Rückgrat der Module ist eine geschlossene Rahmenkonstruktion aus Stahl-Walzprofilen, die die Kanten eines Quaders beschreiben. Die acht Ecken sind biegesteif ausgebildet, weitere, eingeschweißte Stahlprofile ergänzen das Tragwerk je nach statischen Erfordernissen.

Vor Ort zusammengefügt, ergeben die Stahl­rahmen sämtlicher Module eines Gebäudes eine Skelett-Konstruktion, bestehend aus Stützen in einem klar gegliederten Raster und dazwischen liegenden, zweiachsig spannen­den Trägern. Auf diese Weise lassen Bauten sich mit bis zu sechs Geschossen errichten.

Vorfertigung

Bereits im Vorfeld der Bauphase gibt es lediglich einen Ansprechpartner, da der Systembau-Anbieter als Generalunternehmer sämtliche Gewerke übernimmt. Aufwändige Ausschreibungsarbeiten nach Einzelgewerken entfallen somit.

Nach der Planung durch den Architekten wird der Entwurf vom Systembau-Anbieter in einzelne Module zerlegt. Systemgutachten, Typenstatiken und bewährte Standard-Details vereinfachen den weiteren Planungsprozess.

Schließlich werden die Module wie beschrieben halbindustriell gefertigt. Fast der komplette Ausbau erfolgt in witterungsgeschützten Werkshallen. Im Unterschied zu Fertigbauweisen wie dem Holzrahmenbau und der Betonplatten-Bauweise, erhalten bei der Modulbauweise auch die Wandoberflächen ihr Finish werkseitig, werden Elektroleitungen verlegt und Sanitärinstallationen bis hin zu kompletten Sanitärzellen verbaut. Nach ihrem Transport zum Bauplatz werden die Module mit Hilfe eines Krans zusammengesetzt. Abschließend sind lediglich noch Übergänge auszuführen, Leitungen zu verbinden, das Dach abzudichten sowie gegebenenfalls die Fassadenbekleidungen aufzubringen.

Bauqualität

Örtlich erstellte Bauten bergen eine Reihe von Risiken, die bei vorfabrizierten Modulbauten nahezu ausgeschlossen werden können. Dank der Fertigung in Hallen hat die Witterung während der Bauzeit keinen Einfluss auf die Bauqualität. Doch auch die Konstruktion als solche bringt Vorteile mit sich. Die
erwähnten Standard-Details gehören zum
regelmäßig erprobten Repertoire der Handwerker und dank der nahezu durchgängigen Ausführung in Trockenbauweise können durch Baufeuchte bedingte Mängel nicht auftreten. Schwind- und Setzrisse sind ausgeschlossen, statisch relevante Risse kommen nicht vor.

Architektur

Begriffe wie Raumzellenbauweise rufen bei manchem Planer Bilder von (konstruktiv ähnlichen) Baustellen-Containern hervor, wie die Vermutung, die Modulbauweise sei starr in ihren Gestaltungsmöglichkeiten.

Um sich von dieser Vorstellung zu lösen, sollte man einen Systembau gedanklich einmal auf seine tragende Stahl-Struktur reduzieren. Man erhält dann das oben beschriebene Gefüge aus Stützen im Raster und zweiachsig gespannten Trägern. In diesem Raster hat der Planer prinzipiell alle denkbaren Freiheiten – unabhängig voneinander und in jedem Geschoss. Ziel sollte lediglich sein, die Stützen weitestgehend in Wänden verschwinden zu lassen. Gegenüber strukturell ähnlichen Bauweisen in Beton bieten Bauten aus Systemmodulen dabei den Vorteil schlankerer Stützenquerschnitte.

Im Idealfall wird die Entscheidung für die Modulbauweise von Beginn an getroffen, so dass Planer und Systemhersteller frühzeitig kooperieren können. Doch auch die Umsetzung systemunabhängiger Entwürfe ist möglich.

Einschränkungen gibt es lediglich hinsicht­lich der Geometrie des Gebäudevolumens: Abweichungen vom rechten Winkel sind nur schwer oder in Form von Kombi-Bauweisen zu realisieren. Bei den Trennwänden im Gebäudeinneren ist hingegen das gesamte Repertoire des Gipskarton-Ständer-Leichtbaus verfügbar mit allen flexiblen Grundriss-Variationen.

Wirtschaftlichkeit

Bei konventionellen Bauweisen beginnt man mit der Gründung und arbeitet sich dann geschossweise mit dem Rohbau nach oben, gegebenenfalls unterbrochen durch Schlechtwetterperioden. Erst nach Fertigstellung des Rohbaus kann mit dem Ausbau und der Fassade begonnen werden. Bei der Modulbauweise wird im Herstellerwerk bereits an der Produktion der Module gearbeitet, während auf dem Bauplatz die Fundamtente erstellt werden. Je nach Bauvolumen und Größe des Werkes können hier sogar die Elemente mehrerer Geschosse gleichzeitig entstehen. Während einige Module sich noch im Rohbau befinden, werden andere bereits ausgebaut. Bauzeitverkürzungen um bis zu 60 % sind auf diese Weise möglich. Die Dauer der Arbeiten vor Ort beträgt unter Umständen nur einen Bruchteil der üblichen Zeiten. Die kurzen Bauzeiten ermöglichen einen raschen Bezug, kurze Zwischenfinanzierungszeiten und eine baldige Nutzung. Die Hersteller können sicher kalkulieren und sind somit in der Lage, Festpreisgarantien abzugeben. Der Aufwand für Gründung und Baustellen-Einrichtung bleibt überschaubar.

Bauen im Bestand

Etwa zwei Drittel aller Baumaßnahmen finden heute im Bestand statt. Oft ist dies mit Beeinträchtigungen der Altbau-Nutzung und mit Unannehmlichkeiten für die Nutzer über einen nicht unerheblichen Zeitraum verbunden. Durch die Verlagerung des überwiegenden Teils der Arbeiten in das Herstellerwerk, wird dieser Zeitraum deutlich verkürzt. Besonders vorteilhaft ist dies bei Projekten, die eine flächenintensive Baustelleneinrichtung kaum zulassen oder auf die Durchführung der Baumaßnahme innerhalb eines definierten Zeitfensters angewiesen sind.

Schallschutz

Der Schallschutz flächiger Bauteile lässt sich prinzipiell auf zwei Wegen erreichen: durch Einbringen von Masse und durch das Masse-Feder-Masse-Schwingungsprinzip.

Leichtbaukonstruktionen, wie sie in Modulbauten zum Ausbau verwendet werden, dämpfen den Schall zwischen ihren beidseitig aufgebrachten Beplankungen aus Gipsbauplatten. Entscheidend für das erzielte Schalldämmmaß sind die Art der Beplankung (Masse), das als Dämpfung dazwischen eingebrachte Dämmmaterial (Feder) sowie der Abstand der Beplankungen. Dabei gilt: e größer der Abstand, je leichter das Dämmmaterial und je schwerer die Beplankung, desto besser der Schallschutz. Auf diese Weise lassen sich höchste Schallschutzanforderungen erfüllen und sogar deutlich übertreffen. Dennoch lassen sich die jeweiligen Schallschutzanforderungen mit geringeren Bauteilquerschnitten erzielen als im Massivbau. Durch das Prinzip der doppelten Decke wird auch eine gute Trittschalldämmung erreicht.

Wärmeschutz

Ähnliches wie für den Schallschutz gilt für den Wärmeschutz: auch hier kommen die positiven Eigenschaften der eingesetzten Leichtbaukonstruktionen zum Tragen und ermöglichen bei schlanken Bauteilquerschnitten hoch Wärme dämmende Konstruktionen. Die Anforderungen der EnEV werden problemlos erfüllt oder übertroffen. Das physikalische Problem der hohen Wärmeleitfähigkeit der tragenden Stahlkonstruktion wird durch die Überdämmung des Stahlrahmens durch die Fassade gelöst.

Brandschutz

Die wesentlichen Baustoffe der Systemmodule werden gemäß DIN 4102 in der Brandschutzklasse A2 (nicht brennbar) eingestuft. Sämtliche Teile der tragenden Stahlkonstruktion sind mindestens mit 2-lagigen Gipskarton­platten bekleidet, bei erhöhten Anforderun­gen mit Feuerschutzplatten.

Systemmodule erreichen somit Feuerwiderstandsklassen zwischen F30 und F90 bis hin zu F 120 und erfüllen beim Brandschutz die nötigen Anforderung, belegt durch Brand­schutzgutachten.

Erdbebensicherheit

Bei Erdbeben wirken auf ein Bauwerk verschiedene dynamische Kräfte ein, es kommt zu horizontalen und vertikalen Schwingun­gen. Überschreiten diese ein gewisses Maß, sind schwere Massivbauten zu träge, um diese Schwingungen ausreichend dämpfen zu können. Die Folgen sind bekannt, sie reichen von Rissbildungen bis hin zu eingestürzten Gebäuden. Stahlkonstruktionen haben sich hier bewährt. In Japan werden deshalb nahezu sämtliche größere Neubau­ten in Stahl erstellt. Gebäude in Stahl-Modulbauweise
reagieren bis zu einem gewissen Grad der Belastung elastisch auf Erdbebenbeanspruchung. Bei stärkeren Beben kann es zwar zu irreversiblen Verformungen der Tragstruktur kommen, es kommt allerdings nicht so leicht zum Einsturz.