Case Study Steel House

Auf die Frage nach der Zukunft des Stahlbaus und dessen Verwendung ausserhalb seiner gängigen Anwendungsbereiche antwortet dieses Projekt in Rapperswil-Jona mit einer Lehm-Stahl-Hybridstruktur. Die Idee dieser Kombination beruht auf dem Ausreizen der gegensätzlichen Materialeigenschaften von Lehm und Stahl bezüglich Masse, Speicherfähigkeit, Druck- und Zugkraft, Brandwiderstand, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit. Intelligent gepaart, eröffnet die Unterschiedlichkeit der beiden Materialien sowohl räumlich wie auch konstruktiv neue Möglichkeiten, die der Entwurf in Form einer vorgespannten Hybridstruktur auslotet. Die Idee für die Vorspannung basiert auf dem 2017 im Sitterwerk erstellte Mock-up für einen vorgespannten Lehmbau und den daraus gewonnenen Erkenntnissen.

Ein bestehendes Dienstgebäude am Bahnhof Rapperswil soll durch einen fünfgeschossigen Neubau ersetzt werden, der stadträumliche und betriebliche Defizite am Bahnhofsplatz behebt. Die äussere Erscheinung des Neubaus wird geprägt von der Dialektik der Lehm- und Stahlstruktur. Die Enden des zeilenförmigen Gebäudes werden durch zwei zylinderförmige Erschliessungstürme aus Lehm akzentuiert, die den Stadtboden mit den öffentlichen Etagen verbinden. Die Längsfassaden werden durch die innere Schotten– beziehungsweise Raumstruktur rhythmisiert. Die Schnittfigur folgt neben räumlichen und technischen auch programmatischen Überlegungen. Das Unter- und das Erdgeschoss, die an die Bahnhofsunterführung angebunden sind, bieten Räumlichkeiten für Retail- und Büronutzungen. Die beiden Treppenaufgänge an den Gebäudeenden führen auf die grosszügigen Plateaus in den Obergeschossen, die einerseits Büro- und Gewerberäume bedienen und andererseits zu den Wohnungseingängen führen.

Die Gebäudestruktur ist als vorfabrizierter Lehmschottenbau mit rezyklierten Stahlträgern und Spundwandprofildecken konzipiert. Um eine einwandfreie Schubübertragung in den horizontalen Fugen zu gewährleisten, werden die Stampflehmwände mit einer vertikalen Vorspannung aus Stahlseilen versehen. Diese lässt sich nachspannen, um Setzungen des Stampflehms zu kompensieren. Die Lehmwände nehmen somit die Druckkräfte auf, der Stahl die Zugkräfte. Die Spundwandprofile der Decken werden auf ihrer Oberseite mit Stampflehm gefüllt, was den Brandwiderstand und die bauphysikalischen Eigenschaften verbessert.

Der massive Lehmbau verfügt über eine sehr hohe Speichermasse. Die Stampflehmwände werden über eingestampfte Heizschlaufen zur trägen Wärmeabgabe genutzt. Die Speicherfähigkeit der massiven Lehmwände dient aber nicht nur dem Heizsystem, sondern auch der natürlichen Regulierung der Raumfeuchte, was den Nutzerkomfort erheblich steigert. Die Gebäudetechnik nimmt in diesem Sinne synergetisch Bezug auf die Gebäudestruktur aus Lehm. Als Basis dient eine mehrheitlich solare Wärmeerzeugung. Diese erfolgt über thermische Solarkollektoren auf dem Dach und wird in zwei grosse Schichtenspeicher von je rund 40 Kubikmeter eingelagert, die jeweils in den zylindrischen Augen der Treppentürme angeordnet sind. Der Energieverbrauch ist saisonal abgestimmt und wird bei Bedarf durch ein Heizsystem aus erneuerbarer Energie ergänzt. Durch die Speicherung der solaren Energie in Wassertanks kann ein Deckungsgrad des gesamten Wärmebedarfs von bis zu 60 Prozent erreicht werden.

This project in Rapperswil-Jona responds to the question of the future of steel construction and its use outside its usual areas of application with a earth-steel hybrid structure. The idea of this combination is based on exploiting the contrasting material properties of earth and steel in terms of mass, storage capacity, compressive and tensile strength, fire resistance, sustainability and economy. Intelligently paired, the difference between the two materials opens up new possibilities both spatially and structurally, which the design explores in the form of a post-tensioned hybrid structure. The idea for the post-tensioning is based on the mock-up for a post-tensioned earthen building created at Sitterwerk in 2017 and the lessons learned.

An existing service building at the Rapperswil train station is to be replaced by a new five-story building that addresses urban and operational deficits at the station square. The external appearance of the new building is characterized by the dialectic of earth and steel structure. The ends of the linear building are accentuated by two cylindrical access towers made of earth, which connect the urban floor with the public floors. The longitudinal facades are rhythmized by the internal bulkhead and spatial structure, respectively. The sectional figure follows programmatic considerations in addition to spatial and technical ones. The basement and first floors, which are connected to the station underpass, provide spaces for retail and office uses. The two staircases at the ends of the building lead to the generous plateaus on the upper floors, which serve office and commercial spaces on the one hand and lead to the apartment entrances on the other.

The building structure is designed as a prefabricated earth bulkhead building with recycled steel beams and sheet pile section slabs. To ensure proper shear transfer in the horizontal joints, the rammed earth walls are provided with a vertical post-tensioning system of steel cables. This can be re-tensioned to compensate for settlements of the rammed earth. The earth walls thus absorb the compressive forces, the steel the tensile forces. The sheet pile sections of the ceilings are filled with rammed earth on their upper side, which improves the fire resistance and the structural-physical properties.

The solid earth building has a very high storage mass. The rammed earth walls are used for sluggish heat dissipation via rammed heating loops. However, the storage capacity of the solid earth walls serves not only the heating system, but also the natural regulation of room humidity, which significantly increases user comfort. In this sense, the building technology makes synergistic reference to the building structure made of earth. The basis for this is a predominantly solar heat generation. This takes place via thermal solar collectors on the roof and is stored in two large stratified storage tanks of around 40 cubic meters each, which are each located in the cylindrical eyes of the stair towers. Energy consumption is seasonally balanced and is supplemented by a renewable energy heating system when needed. By storing the solar energy in water tanks, a coverage rate of up to 60 percent of the total heat demand can be achieved.