Neue Möglichkeiten: Gründachaufbauten auf Tiefgaragen

In Braunschweigs Nordstadt entsteht mit dem "Nördlichen Ringgebiet" ein neues Wohnquartier. Ein erheblicher Teil der Wohneinheiten des ersten Bauabschnitts ist bereits fertiggestellt und bezogen. Für die Stadt Braunschweig ist die Realisierung des Nördlichen Ringgebiets ein Leuchtturmprojekt im Wohnungsbau, mit dem ein neues qualitativ hochwertiges Wohnquartier in der Tradition des "Östlichen und des Westlichen Ringgebietes" etabliert werden soll.

Perspektivisch wird in den nächsten zehn bis 15 Jahren ein modernes neues Ringgebiet mit circa 1200 neuen Wohneinheiten entstehen (vgl. Abb. 1).

Die Ansprüche an das Wohnen und an das Wohnumfeld haben sich durch den demographischen Wandel weiterentwickelt. Die Gebäudestruktur wird bevorzugt als Wohn- und Gewerbehöfe mit eigener Tiefgarage ausgebildet. Nicht störende gewerbliche Nutzungen und Dienstleistungen sollen in das Wohnumfeld integriert und große Parkplatzflächen verhindert werden. Durch moderne Mobilitätskonzepte werden die neuen Wohnquartiere in die städtische Infrastruktur eingebunden. Die Umsetzung ökologischer und sozialer Standards bilden bei der Entwicklung des Nördlichen Ringgebiets einen wesentlichen Planungsschwerpunkt.

Eine Besonderheit stellen die Höfe dar, die sich aus der Anordnung der Gebäudeensembles ergeben. Die Höfe sollten den Nutzungsschwerpunkten entsprechend unterschiedlich gestaltet werden und entstehen größtenteils auf Tiefgaragen. Das Bauen von Gründächern auf Tiefgaragen ist mittlerweile Standard und in die baurechtlichen Vorgaben der Kommunen implementiert. Über ihre Wertigkeit und ihren Nutzen herrscht Konsens. Mit direkten finanziellen Anreizen, zum Beispiel durch Förderprogramme sowie durch die Anrechnung als ökologische Ausgleichsmaßnahme nach § 1a Abs. 3 BauGB wird der Bau von Gründächern gefördert.

In dem ersten Bauabschnitt des nördlichen Ringgebiets (vgl. Abb. 1) entstand ein Ensemble mit einem allseitig von Wohnbebauung umschlossenen Innenhof und weiteren "offenen Höfen", die unterschiedlich zum Beispiel als öffentliche Spielplatzflächen oder als Außenbereich einer Kindertagesstätte genutzt werden. Auch diese Höfe wurden als Gründach auf der dazugehörigen weiträumigen Tiefgarage errichtet. Die Gebäudestruktur im Nördlichen Ringgebiet bezieht sich in ihrer Ausrichtung auf den öffentlichen Raum. Die Hauseingänge sind der Straße zugeordnet. Die Höhensituationen aus der Topographie der Außenflächen wurden ins Innere der Höfe übertragen.

Durch die Bauart der Tiefgaragendecken und aus der Höhensituation der Gebäude sowie der Außenflächen ergaben sich in den Innenhöfen stellenweise sehr differenzierte Höhensituationen, dementsprechend war die Ausgangssituation auf dem allseitig von Gebäuden umgebenen Innenhof A1 des Gebäudeensembles A1/A2, einem Teil des ersten Bauabschnitts (vgl. Abb. 2). Zwischen den Eingängen im Nordosten des Innenhofes und den Eingängen im Südwesten fiel die Tiefgaragendecke um durchschnittlich 5,6 Prozent ab. Dadurch musste ein Höhenunterschied von 170 cm auf einer Grundfläche von rund 30 mal 25 m überwunden werden. Die Erreichbarkeit aller Eingänge sollte dabei barrierefrei möglich sein.

Um den großen Höhenunterschied ausgleichen zu können, musste das Gelände über der Tiefgaragendecke aufgefüllt werden. Die größte Herausforderung bestand dabei in dem diametralen Verhältnis zwischen der geringen Tragfähigkeit der Tiefgaragendecke von 500 kg/m² und den zu leistenden Auffüllungen. Die geringe Traglast stand im Widerspruch zu den Auflasten, die durch den Bau eines intensiven Gründachs entstehen würden. Bei diesen Voraussetzungen wurde den Planern Carsten Ludowig und Hans Köhn schnell klar, dass die Realisierung der Entwurfsidee eines innerhöfischen, grünen Treffpunkts für die Bewohner der angrenzenden Gebäude mit gebräuchlichen Standardbauweisen nicht zu realisieren ist.

Die Umsetzung des Entwurfs bedeutete in der vorhandenen Konstellation eine größtmögliche Gewichtsreduktion. Zum einen durch die Verwendung und den Einsatz leichter Materialien und Baustoffe und zum anderen durch konstruktive gewichtsreduzierende Maßnahmen und Bauweisen. Materialien, die üblicherweise für gewichtsreduzierte Aufbauten genutzt werden wie zum Beispiel Füllstoffe aus Lava (1200 kg/m³) oder Glasschaumschotter (350 kg/m³), konnten hinsichtlich des zu erwartenden Gewichts im wassergesättigten Zustand nicht verwendet werden. Deshalb mussten Materialien eingesetzt werden, mit denen eine erhebliche Gewichtsreduktion möglich war, die kein Wasser aufnehmen und damit ein weitgehend gleichbleibendes Gewicht garantieren. Gleichzeitig mussten diese Materialien den bautechnischen Anforderungen, wie unter anderem Beständigkeit, Tragfähigkeit und Frostsicherheit entsprechen sowie ökonomischen Aspekten.

Der Baustoff, der diese Anforderungen erfüllen konnte und der zudem hinreichend stabil erschien, die Aufbauten zu tragen, war XPS- Dämmstoff. Die XPS-Dämmplatten sind mit einem spezifischen Gewicht von 30 kg/m³ 11,5-mal leichter als Glasschaumschotter und nehmen kein Wasser auf. Dadurch bleibt ihr Gewicht konstant. Es handelt sich zudem um einen marktüblichen Baustoff, der in der Regel bei den Baustoffhändlern oder auch auf Vorbestellung in hinreichendem Maß verfügbar ist. Zudem haben die XPS-Dämmplatten den Vorteil, sich gut verarbeiten zu lassen. Zuschnitte und Einpassarbeiten lassen sich leicht, schnell und präzise realisieren.

Die sehr differenzierte Höhensituation erforderte eine exakte Planung und Darstellung des Aufbaus aus XPS-Dämmplatten. Einbauten sowie der Wege- und Treppenbau mussten ebenso berücksichtigt werden wie die zukünftigen Gehölzstandorte. Um die Einbauhöhen exakt darzustellen, wurde ein dreidimensionaler Höhenplan erstellt, der zudem als Grundlage der exakten Massenermittlung diente und für das ausführende Unternehmen des Garten-und Landschaftsbaus eine gute Hilfe zum Einbau der Platten in ihren entsprechenden Höhenlagen darstellte.

Ein wichtiger Aspekt bei dem Aufbau des Gründachs war die Wasserableitung aus dem geschlossenen Innenhof. Dazu musste ein spezielles Entwässerungskonzept erstellt werden, das von den gebräuchlichen Entwässerungskonzepten für Gründächer deutlich abweicht (vgl. Abb 3.).

Das Besondere an dem Entwässerungskonzept ist die Ableitung des Wassers über drei Entwässerungsebenen. Die erste Entwässerungsebene verläuft flächig über der wurzelfesten Abdichtung der Tiefgaragendecke und besteht aus einer Festkörper-Flächendränage mit einer Bauhöhe von 25 mm. Diese erste Ebene nimmt das gesamte Sickerwasser der Dachfläche aus den darüber liegenden Schichten auf und leitet es der Ablaufeinrichtung der Dachfläche zu.

Auf die Festkörperdränage folgt der Einbau der XPS-Dämmplatten (vgl. Abb. 5). Da die XPS-Dämmplatten im Gegensatz zum üblicherweise verwendeten Glasschaumschotter eine flächige, feste Struktur aufweisen, auf der das Wasser abgeleitet werden kann, wurden diese ungebunden überlappend versetzt. Ungebunden bedeutet in diesem Fall, dass die Platten nicht miteinander verklebt wurden. Damit ist gewährleistet, dass Sickerwasser an jeder Stelle der Auffüllung abfließen kann.

Auf die Auffüllung aus Dämmplatten folgte die zweite Entwässerungsebene. Diese besteht ebenfalls aus einem Filtervlies und darauf verlegten Festkörperdränagen. Die Festkörperdränagen mit einer Bauhöhe von 60 mm erfüllen dabei je nach Verwendungszweck und Einbauort unterschiedliche Anforderungen. Zum einen werden in Vegetationsflächen nicht alle Niederschläge abgeleitet, sondern zu einem bestimmten Teil angestaut, um den Anteil pflanzenverfügbaren Wassers zu erhöhen (vgl. Abb. 6). Zum anderen wird das überschüssige Wasser speziell konzipierten Sickerzonen zugeleitet, durch die das Wasser ungehindert auf die unterste, erste Entwässerungsebene abgeleitet werden kann. In den befestigten Flächen leiten die Festkörperdränagen das Wasser ohne Anstau den Sickerzonen zu (vgl. Abb. 4.).

Die Herstellung der Sickerzonen erforderte die Konstruktion eines stabilen überbaubaren sickerfähigen Hohlraums. Aus diesem Grund wurden für die Herstellung der Sickerzonen Wasserretentionsboxen verwendet. Wasserretentionsboxen sind in sich ausgesteifte wasserdurchlässige Kunststoffboxen, die flächig ein- oder mehrschichtig auf Gründächern sowie auf Verkehrsdächern eingesetzt werden, um Retentionsraum zur Speicherung oder Zurückhaltung von Niederschlagswasser zu schaffen. Dabei handelt es sich um handelsübliche Produkte, die zum Beispiel ein Format von 71 mal 71 cm bei einer Bauhöhe von 8 cm aufweisen. Das Flächengewicht der verwendeten Retentionsboxen beträgt nur 5,6 kg/m² bei einer Traglast von 825 kN/m². Die Boxen wurden hinsichtlich ihrer neuen Zweckbestimmung und Funktion modifiziert, indem sie halbiert und vertikal übereinander gestapelt in die XPS-Auffüllung eingepasst wurden (vgl. Abb. 4, Abb. 5, Abb. 7).

Die dritte entwässernde Ebene ist die Oberfläche der Beet- und Belagsflächen. Die Beetflächen entwässern über die Sickerzonen, die Belagsflächen entwässern über Hofabläufe oder Rinnen in die Sickerzonen.

Die aus den Starkregenereignissen resultierenden Niederschläge der vergangenen Wochen und Monate wurden während der Bauphase und nach der Fertigstellung des Gründachs störungsfrei abgeleitet, so dass sich die Funktionalität des Entwässerungskonzeptes in der Praxis bestätigt hat.

Um die Höhensituation des in östlicher Richtung stark abfallenden Tiefgaragendachs auszugleichen und die Fläche räumlich zu gliedern, wurden Hochbeete konzipiert. Erschien der Höhenausgleich durch den Bau von Hochbeeten hinsichtlich der ohnehin schon bestehenden Herausforderungen der Gewichtsreduktion zunächst illusorisch, weil diese Bauweise zusätzlichen Materialaufwand und damit zusätzlichen Lastauftrag bedeutete, relativierten sich diese Zweifel bei der Umsetzung der Gestaltungsidee im weiteren Planungsprozess und konnten letztlich ausgeräumt werden. Das bestimmende Moment, der gewichtsreduzierten, ökonomisch sinnvollen Bauweise bedeutete nicht nur den Einsatz leichter, tragfähiger Bau- und Füllstoffe, sondern eine Gewichtsreduktion, die auch auf Basis konstruktiver Maßnahmen zu erzielen war.

Potenzial zur Gewichtsreduktion war beispielsweise bei den Blechen, aus denen die Hochbeete und Lüftungshauben hergestellt werden sollten, vorhanden. Um das Gewicht der Bleche zu reduzieren und die Stabilität der Hochbeetwandungen sowie der Hauben zu erhalten, wurden Blechmodule geringer Dicke entwickelt, deren Stabilität durch das umlaufende L-förmige Abkanten der Bleche erzielt werden konnte. Die durch das Abkanten entstehenden Schenkel der Module wurden auf den beetzugewandten Innenseiten miteinander verschraubt, die Beetoberkante der Bleche zur weiteren Erhöhung der Stabilität und aus gestalterischen Gründen U-förmig abgekantet (vgl. Abb. 8). Durch das Ausbilden von Eckmodulen (vgl. Abb. 9) wurde die Steifigkeit der Hochbeetwände in den Eckbereichen zusätzlich erhöht.

Die Verschraubungen weisen im Vergleich zu den Blechmodulen eine geringere Stabilität auf. Um dort der Ausbildung von Ausbauchungen entgegenzuwirken, wurden die Verschraubungen zusätzlich stabilisiert, indem sie mit Stahlseilen verspannt wurden. Auf diese Weise konnten solide, 80 cm hohe Hochbeete aus 3 mm dicken Cortenstahlblechen hergestellt werden, die sich weder durch intensive Erwärmung infolge Sonneneinstrahlung noch durch das Befüllen mit Substrat verformten. Die Auffüllung innerhalb der Hochbeete erfolgte ebenso wie in den befestigten Flächen mit XPS-Dämmplatten. In den Vegetationsflächen wurden jedoch Festkörperdränagen mit Wasserspeicher verbaut. An den Tiefpunkten der Beetflächen wurden jeweils die Sickerzonen aus Wasserretentionsboxen hergestellt (vgl. Abb. 6), um größere Wassermengen in Folge von Starkregenereignissen schnell ableiten zu können.

Um die Barrierefreiheit in dem Innenhof zu gewährleisten, wurden Rampen in den befestigten Flächen geplant, die von Handläufen begleitet werden sollten. Die Verankerung der Handläufe konnte jedoch nicht in Betonfundamenten oder auf größeren Lastplatten aus Stahl erfolgen. Deshalb wurden konstruktive Lösungen entwickelt, die auf der einen Seite die Herstellung stabiler sicher zu benutzender Handläufe ermöglichten und auf der anderen Seite möglichst wenig zusätzliche Auflast erzeugen. Um die Gewichte der Gründungselemente einzusparen, wurden die Handläufe in die Hochbeetmodule integriert und mit diesen verschraubt. Auf diese Weise konnten die Gewichtskräfte, die auf die Hochbeete einwirken, als Widerlager der Handläufe genutzt werden. Mit den Ständern verschweißte Stützstreben stützen diese beetseitig und nicht sichtbar zusätzlich ab (vgl. Abb. 10). So war es möglich, die Kräfte, die bei der Benutzung auf die Handläufe einwirken, besser abtragen zu können.

Da die Anordnung der Lüftungsschächte die Gestaltung des Innenhofes maßgeblich beeinflusste, war es wichtig, diese funktional und harmonisch in die Gestaltung einzubinden und ihnen neben der Be- und Entlüftungsfunktion als Sitzgelegenheiten eine weitere Nutzung zuzuordnen.

Ebenso wie bei den Hochbeeten bot sich hier die modulare Bauweise von Cortenstahlelementen mit einer Wandungsdicke von 3 mm an, die vor Ort auf der Baustelle miteinander verschraubt wurden. Die modulare Bauweise ermöglichte es, die unterschiedlichen Längen der Ringfundamente zu berücksichtigen ohne dass Sonderlängen oder Sonderelemente hergestellt werden mussten. Die Produktion der Bauteile wurde damit ökonomischer. Der Einbau von Hauben aus 5 m langen Blechelementen wäre hinsichtlich des Transportes über das Gebäudedach und den begrenzten Platzverhältnissen in den umliegenden Verkehrswegen nicht oder nur sehr schwer möglich gewesen.

Um die Lüftungshauben als Sitzfläche nutzen zu können, wurden diese mit Sitzauflagen aus Lärchenholz belegt und die Seitenflächen mit Rhombusprofilen aus Lärchenholz verschalt (vgl. Abb. 12). In die Lüftungsöffnungen wurden Lüftungseinsätze aus Aluminium eingesetzt, mit denen der erforderliche Volumenstrom zum Gasaustausch gewährleistet werden konnte. Die Sitzauflagen wurden auf die Abdeckungen der Lüftungshauben aufgeschraubt, so dass sie im Falle einer notwendig werdenden Instandsetzung oder Revision der Lüftungsschächte problemlos demontiert werden können. Die Deckel der Hauben greifen über die Wandelemente und lassen sich von diesen einfach abheben und verleihen der Konstruktion eine hohe Stabilität. Auf diese Weise konnte zusätzlich zu der Stabilität auch eine gute Funktionalität in Bezug auf Instandsetzungs- und Wartungsarbeiten der Lüftungshauben erzielt werden.

Sehr erfreulich war die Rückmeldung der Mitarbeiter des ausführenden GaLaBau-Unternehmens, die mit dem Aufbau der Be- und Entlüftungshauben betraut wurden. Die Art der Konstruktion wurde von ihnen als sehr gut und "aufbaufreundlich" bewertetet.

Um die für Cortenstahlbleche typische rostrote Oberfläche zu erzeugen, die bei Anlieferung in der Regel noch nicht vorhanden ist, wurden die Oberflächen der Bleche mit einer Säurekombination aus Salzsäure (HCL) und Ameisensäure (HCOOH) behandelt. Durch das Behandeln der Bleche mit der Säurekombination war es möglich, diese gleichmäßig anzurosten. Die Oberflächen oxidieren innerhalb von 24 Stunden vollständig und je nach Art des Auftrags gleichmäßig an und erhalten ihre typische rostrote Oberfläche.

In dem geschlossenen Innenhof A 1 treten Windverwirbelungen auf, die auf die Gehölze einwirken und sie in ihrer Standfestigkeit und Standsicherheit beeinträchtigen können. Auf dem Tiefgaragendach konnten jedoch keine tiefgründigen Auffüllungen für die Gehölze in den Gehölzstandorten hergestellt werden, der Einsatz von gebräuchlichen Ballenverankerungen mit Erdankern oder Pfahlböcken war hinsichtlich des Dachaufbaus nicht möglich. Um die Gehölze hinreichend zu sichern, wurden deshalb einfache Ballenverankerungen nach dem Lastplattenprinzip konzipiert, mit denen konzipiert, mit denen die Standsicherheit der Gehölze auf den Aufbauten bei relativ geringer Substratdicke (40 bis 80 cm) hergestellt werden konnte. Zu diesem Zweck wurden Doppelgitterstabmatten unter den Pflanzenballen der Gehölze verbaut und die Ballen mit Gurtsystemsicherungen an diesen verzurrt (vgl. Abb. 4, Abb. 13).

Die eingesetzten Doppelgitterstabmatten ersetzen im Prinzip den noch auszubildenden Wurzelapparat der Gehölze. Doppelgitterstabmatten sind gut zu beschaffen und in unterschiedlichen Größen erhältlich. Sie sind hinsichtlich ihrer Abmessungen groß und leicht genug, um eine stabile Verankerung größerer Gehölze und Sträucher zu gewährleisten und erzeugen nicht viel Auflast wie zu Beispiel Lastplatten aus Stahl. Über die Auflast des Substrates, die auf die Gitter einwirkt, werden die mit den Stahlgittern verbundenen Gehölze standsicher gehalten (vgl. Abb. 13).

Ein weiterer Anspruch an die Gestaltung des Gründachs war eine abwechslungsreiche, blühende gut funktionierende, pflegeleichte Bepflanzung. Das Prinzip der Pflegeleichtigkeit wurde durch die flächige Pflanzung standortgerechter Stauden umgesetzt, die um schnelleren Flächenschluss zu erzielen, mit einer etwas höheren Aufwandmenge gepflanzt wurden. D. h. jeder Quadratmeter wurde bepflanzt. Durch die Pflanzung von in Pflanzgruppen zusammengefassten Solitärstauden sowie langsam wachsenden Solitärgehölzen, denen zur ungestörten Entwicklung hinreichend Raum zur Verfügung steht, wurden die Flächen zusätzlich gegliedert.

Durch die wechselhafte Bepflanzung wird eine Blütendauer von März bis Oktober garantiert, die im Herbst durch die einsetzende Laubverfärbung der Gehölze ergänzt wird. Um die Bepflanzung hinreichend mit Wasser zu versorgen, wurden alle Beetflächen mit Tropfschläuchen ausgestattet, so dass die Vegetation hinreichend und vollautomatisch mit Wasser über eine automatische Beregnungsanlage versorgt werden kann. Ein Wehmutstropfen bei der Beregnung ist jedoch die Ableitung des Beregnungswassers in das Rigolensystem des Gebäudeensembles, in dem keine Möglichkeit vorgesehen wurde einen Teil des Wassers zu speichern, um es wiederverwenden zu können. Der Bau eines Rigolenspeichers zur sinnvollen Nutzung der wertvollen Niederschläge wäre hier zeitgemäß und ökologisch sinnvoll gewesen.

Die Landschaftsbauarbeiten zur Herstellung der Dachbegrünung des Innenhofs Gebäude A 1 im Nördlichen Ringgebiet Braunschweig wurden in der 34. Kalenderwoche nach einer effektiven Bauzeit von rund 24 Wochen abgeschlossen. Unerwartet für alle am Bau Beteiligten waren Lieferprobleme der Baustoffhändler und Zulieferbetriebe in Folge der coronabedingten Materialverknappung. Die Verzögerung von Materiallieferungen erforderte von den Mitarbeitern des ausführenden Garten- und Landschaftsbau-Unternehmen ein hohes Maß an Flexibilität während der Bauausführung. Das Stellen eines Mobilbaukrans über den Zeitraum der gesamten Bauphase war hier gerade im Hinblick auf die sich durch ausbleibende Lieferungen verändernden Bauabläufe die richtige Entscheidung. Den Erfolg für die reibungslose Durchführung der Baumaßnahme begründet sich letztlich auch in der sehr guten Zusammenarbeit zwischen Planern und dem exzellenten Dachgarten-Team des ausführenden GaLaBau-Unternehmens.

Trotz der zunächst ungünstigen Ausgangsbedingungen ist es gelungen, das Konzept und die Inhalte der Entwurfsplanung umzusetzen und einen in seiner Aufenthaltsqualität hochwertigen Freiraum zu schaffen, der den technischen, ästhetischen sowie funktionalen Anforderungen an eine moderne, grüne Freianlage sowie den statischen Anforderungen gerecht wird. Gleichzeitig ist mit dem Einsatz der XPS-Dämmplatten und der Entwässerung über drei Ebenen eine weitere Bauweise entwickelt worden, mit der es möglich ist, große Auffüllhöhen als Grundlage intensiver Gründachaufbauten bei geringen Traglasten von Tiefgaragendecken zu realisieren.

Projektbeteiligte Firmen

• Auftraggeber:
  Nibelungen-Wohnbau-GmbH Braunschweig
• Planung:
  LP5 -LP8: C. Ludowig, H. Köhn chora blau Landschaftsarchitekten, Hannover
• Auftragnehmer:
  Haltern und Kaufmann Garten-, Landschafts-und Sportplatzbau GmbH & Co. KG
• Bauzeit: 24 KW
• Bausumme netto: 600.000,- Euro
• Grundfläche Garagendach: 750 m²
• Max. Traglast Betondecke: 500 kg/m²
• verbauter XPS-Dämmplatten: 271 m³