STEP2 - Integrated Performance Floor IPF

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ROK Architekten

WaltGalmarini AG

Stahlton Bauteile AG

Teaching, education and research

New building

Direct order

Die Unit STEP2 auf der Innovationsplattform NEST der Empa in Dübendorf adressiert zentrale Herausforderungen des modernen Bauens. Gemeinsam mit Wirtschaftspartnern wurden systemische Lösungen entwickelt und umgesetzt. Als Gebäude repräsentiert die Unit prototypisch einen zweigeschossigen Ausschnitt eines Bürohochhauses. Sie wird durch einen Wirtschaftspartner als Büro und Co-Creation Umgebung genutzt.

Ein zentrales Innovationsobjekt von STEP2 ist der Integrated Performance Floor (IPF), eine digital geplante und mit 3D-Druck realisierte Geschossdecke. Die optimierte Formgebung und der Einsatz von zementreduziertem Recyclingbeton senkt den Betonverbrauch und den damit verbundenen CO₂-Ausstoß signifikant. Die Integration zusätzlicher Funktionen der Gebäudephysik reduziert den Gesamtmaterialeinsatz im Gebäude und den Betriebsenergiebedarf. Der durchgehend digitale Prozess eröffnet zudem nahezu unbegrenzte architektonische Freiheiten.

Image copyright: Zooey Braun, ROK Architekten

Considerations for the project application

Effective Use of Concrete

Solange keine CO₂-freien Zementwerkstoffe verfügbar sind, liegt das grösste Potenzial zur CO₂-Reduktion in der Verringerung des Materialeinsatzes. Geschossdecken verursachen im Massivbau den grössten Betonverbrauch, weshalb hier angesetzt wurde. Die Kombination aus Formgebung und werksseitig aufgebrachter Vorspannung erlaubt eine Halbierung der eingesetzten Materialien im Vergleich zu herkömmlichen Flachdecken. IPF eignet sich damit besonders für den Büro- und Hochhausbau .

Material-Specific Innovations

Im Projekt STEP2 entwickelte der Wirtschaftspartner Stahlton ein innovatives 3D-Druckverfahren für Schalungselemente, das Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz neu definiert. Statt umweltkritischer Polymere wird Sand mit einem mineralischen, wasserbasierten Bindemittel verwendet. Das System ist umweltfreundlich, leistungsfähig und ermöglicht langlebige Druckformen, die bis zu 40 Betonabgüsse pro Form erlauben.

Interdisciplinary Approaches

Die Decke fungiert nicht nur als statisches Bauelement, sondern ist auch integraler Bestandteil des Energiesystems. Zusammen mit der ebenfalls digital gefertigten Wendeltreppe Cadenza der ETH Zürich arbeitet sie als aktivierbare thermische Masse, die das Gebäude klimatisch unterstützt und dadurch den Bedarf an Heiz- und Kühlleistung reduziert. Darüber hinaus verbessert sie die Akustik im Raum erheblich und kann je nach Anforderung mit weiteren Funktionen ausgestattet werden.

Site-Specific Design

STEP2 ist eine Ausbaueinheit des vertikalen Stadtquartiers NEST auf dem Campus der Empa Dübendorf. Die Gestaltung leitet sich aus den Technologieinnovationen ab und schafft Synergien, so dass das Gesamtprojekt mehr leistet als die Summe der Einzelinnovationen. Exemplarisch steht hierfür die das Zusammenspiel des «Integrated Performance Floors» mit den Innovationen der Fassade zur Senkung der Betriebsenergie.

Design and Spatial Concept

Die Gestaltung von STEP2 ist innovationsspezifisch. Die räumliche Konzeption leitet sich sowohl aus der zukünftigen Nutzung als Büro als auch aus dem Zusammenspiel der Innovationen ab. So wurde zum Beispiel die Lage der Treppe zu gleichen Teilen bestimmt durch die Repräsentation der Innovation nach aussen und innen, durch ihre Funktion als Raumteiler zwischen Meeting und Ausstellungsbereich, sowie durch ihre Funktion zur Erschliessung.

Thoughtful Structural Design

Die IPF Decke ist in STEP2 als Filigrandeckenkonstruktion mit Kreuzrippen umgesetzt. Die Deckenelemente werden im Werk vorgespannt und auf der Baustelle mittels Überbeton zu einer monolithischen Struktur verbunden. Dieser Ansatz erlaubt es, flexibel auf die tragwerkstechnischen Herausforderungen des Bestandgebäudes zu reagieren. Gleichzeitig wird eine Elementeinteilung erreicht, welche die Fabrikations- und Transportgrössenvorgaben einhält.

Comprehensive Sustainability

IPF besteht vollständig aus Recyclingbeton und erreicht bei Spannweiten von 14 Metern eine CO₂ Reduktion von über 50% im Vergleich zu herkömmlichen Flachdecken. Die 3D gedruckten Schalungen sind vollständig im Bauprozess wieder- und weiterverwertbar. Durch die Systemintegration als thermische Speichermasse senkt IPF den Betriebsenergiebedarf signifikant. Die Integration von Zusatzfunktionen - zum Beispiel Akustik - reduziert den Gesamtmaterialeinsatz und die damit verbundenen Beschaffungskosten.