Von lateinisch „facies“ kommend, bedeutet der Begriff der „Fassade“ so viel wie „Angesicht“ oder „Gesicht“. In der Renaissance wurde die Fassadengestaltung zum ästhetischen Programm. Grundriss und Aufriss mit der gestalteten Fassade waren keine getrennten Angelegenheiten mehr, sondern hingen eng zusammen, ja sollten zur genialen Einheit vereint werden.
Die Fassade ist aber nicht nur das Gesicht. Auf der anderen Seite ist die Fassade der Blick nach außen, das Interaktionsmedium mit der Außenwelt, in aufregender Umgebung folglich die technische Möglichkeit eines herausragendes Erlebnisses, ohne auf den Wohnraumkomfort verzichten zu müssen. Die Fassade ist eine Membran, so wie unsere Haut. Wir tauschen mit der Umgebung Licht, Luft und Energie aus. Die Membran „atmet“- sie ist unser Zugang zur Umgebung und zur Natur, zur Landschaft und zur Stadt.
Zu unterscheiden ist zwischen dem Rohbau, der Primärstruktur, und der Sekundärstruktur Fassade mit den flächenfüllenden Elementen. Insbesondere bei größeren Bauvorhaben liegt der Vorteil einer strikten Trennung von Primär- und Sekundärstruktur auf der Hand: Der Rohbau wird fertig gestellt, die Fassade wird im Werk gefertigt und auf der Baustelle großflächig montiert, sodass die Effizienz durch systematisierte Fassadenelemente deutlich gesteigert ist.
Die Mehrzweckaufgaben der Fassade liegen auf der Hand: Neben Ein- und Ausblicken sind es thermischer Komfort, Winddichtheit, Luftdichtheit, Feuchteschutz, Widerstand gegen Winddruck- und Windsogkräfte, Abtragen des Eigengewichtes, aber mitunter auch anderweitiger Lasten, etwa Schnee- und Verkehrslasten sowie Zwangskräfte aus Temperatur- und Feuchtigkeitschwankungen, Aufnahme von relativen Bewegungen. Hinzu kommen Schallschutz- und Brandschutzanforderungen.
Daneben gibt es aber auch die Anforderungen an den Sonnenschutz und Blendschutz, Fassadenheizsysteme und Kühlsysteme sowie die Lichtlenkung. Aus diesen vielfältigen Anforderungen ergibt sich die Entwicklungstendenz in Richtung adaptiver Fassaden.
Aus statisch-konstruktiver Sicht ist zwischen folgenden Konstruktionsarten zu unterscheiden:
- Vorgestelltes Außenwandelement: Die Fassade ist ein eigenständiges statisches System, das die vertikalen Lasten bis zum Fußpunkt abträgt.
- Vorgehängtes Außenwandelement: Die Fassadenelemente stellen Einfeldträger dar mit festem und beweglichem Auflager, sie sind der Tragstruktur vorgelagert und an den Decken befestigt.
- Eingestelltes Außenwandelement: Die Fassadenelemente stellen Einfeldträger dar mit festem und beweglichem Auflager, lagern allerdings auf den Decken auf. Das System ist damit relativ setzungsempfindlich.
Aufgrund des Verformungsverhaltens der unterschiedlichen Werkstoffe, aber auch aufgrund des gewählten statischen Systems, das keinen Zwang auf andere Bauteile verursachen soll, erfolgt die statische Planung über Fixlager und Loslager. Letztere lassen Bewegungen zu und verhindern, dass sich Zwang ausbildet, weil Verformungen behindert werden. Auf der Seite des Rohbaus und des Tragwerks stellt sich folglich immer die Frage nach der Befestigung.
Was grundsätzlich einfach klingt und dem Laien vielfach nicht bewusst ist, sind die lastabhängigen Verformungen beim Stahlbetonbau. Vielfach werden kühne Entwürfe gewählt, womöglich ohne Stützen und mit dünnen Decken, die mit Blick auf die Tragfähigkeit vielleicht halten, was sie versprechen, aber beim Thema der Langzeitverformungen sekundäre Bauteile wie Fensterfronten und Fassaden beeinträchtigen und zum Versagen bringen. Dadurch, dass mit dem Kriechen des Stahlbetons feine Risse entstehen, die die Steifigkeit heruntersetzen, nehmen die Verformungen zu und sind als ein Vielfaches der elastischen Anfangsverformungen anzusetzen.
Abgesehen von den Toleranzen sind folglich die lastabhängigen Verformungen zu berücksichtigen. Diese sind nicht einfach zu berücksichtigen, weil es vielfach nicht klar ist, welche Lasten – abgesehen von den normativ festgesetzten ständigen und variablen Lasten – im Betrieb effektiv erreicht werden. Ebenso ist das Verhalten unter Langzeitverformungen des Stahlbetons alles andere als einfach festzulegen.
Folglich bilden die Anfangsverformungen sowie die Langzeitverformungen untere und obere Grenzwerte im Sinne einer statistischen Verteilung. Wie auch im Sinne der Auslegung bauakustischer Elemente muss folglich die Festsetzung der Nutzlasten den realistischen Betriebslasten entsprechen und ist mit dem Auftraggeber verbindlich abzuklären. Es geht grundsätzlich um Prognosewerte. Bei angrenzenden Bauteilen ist infolge Verformungen grundsätzlich ein maximaler Durchhang von L/500 einzuhalten, wobei natürlich mit Auftraggeber und Ausführenden auch andere Werte technisch ermöglicht werden können.
Weil sich obere Decke und untere Decke aber mitunter sehr verschieden verformen, ist die korrekte Auslegung der einwirkenden Verformungen eine äußerst komplexe Angelegenheit.
Um ein zwängungsfreies System zu verwirklichen, sind die statischen Systeme mit Fixlagern und Gleitlagern oder Dehnstößen auszuführen. Als Gleitlager werden im Fassadenbau vor allem Langlöcher vorgesehen, die mitunter mit Gleiteinlagen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) / Teflon oder Polytetrafluorethylen (PTFE) versehen sind und auch über akustische Profile aus Polyurethan verfügen können. Darüber hinaus kommen vertikale Dehnfugen, nämlich höhenverstellbare Profile oder ausziehbare Pfosten zur Anwendung. Diese Gleitlager sind in einer statisch nicht-linearen Berechnung als physikalisch nicht-lineare Federelemente zu berücksichtigen. Dadurch muss die Beweglichkeit der Fassade ermöglicht werden, um die Bewegungen der Tragstruktur „mitgehen“ zu können.
In einer detaillierten Tragwerksplanung müssen die folgenden Phasen analysiert werden [2], welche die Deckenverformungen beeinflussen:
Phase 1: Eigengewicht Baukörper und Temperatureinflüsse: Entstehung nach dem Ausschalen bzw. mit Bauerstellung
Phase 2: Eigengewicht Fassade: Entstehung nach Fassadenmontage
Phase 3: Eigengewicht Innenausbau, Technik, Dach und sonstige bauliche Einrichtungen: Entstehung mit Ausbau/Einbau
Phase 4: Kriechen, Schwinden und Setzungen des Baukörpers: Entstehung in einem größeren Zeitraum mit Bauerstellung bis 10 Jahre (und mehr)
Phase 5: Verkehrslasten der Nutzung, temporär/ variabel: Entstehung mit der Nutzung
Für die Vorhangfassade maßgeblich sind die Phasen 2 bis 5. Wird die Fassade über Justierungseinrichtungen nach dem Aufbringen der Fassadenlast ausgeglichen, sind die Phasen 3 bis 5 entscheidend [2]. Während Pfosten-Riegel-Fassaden nur geringe Verformungen aufnehmen können, die bei 1 – 2 mm liegen, weil keine Dehnfugen ausgeführt werden, können Elementfassaden Verformungen bis 40 mm aufnehmen.
Die durch die Fassade aufzunehmende Gesamtverformung ergibt sich aus der Durchbiegung der Tragstruktur mit der Verkehrslast, aus einer Sicherheitstoleranz sowie aus der Ausdehnung der Fassadenkonstruktion.
Die Planung einer Fassade ist folglich eine komplexe Angelegenheit im Sinne der Fassadenstatik, die immer auf die Planung und Statik des Gesamtgebäudes abgestimmt sein muss. Erfolgreich planen bedeutet, bereits im Rahmen der Projektentwicklung statische Vorkehrungen zu treffen. Umso später die Tragwerksplanung einbezogen wird, umso teurer, enttäuschender und mangelhafter wird das fertige Bauwerk.
Die verschiedenen Systeme unterscheiden sich nicht nur statisch, sondern ebenso auch aufgrund der schallschutztechnischen und bauphysikalischen Herausforderungen. Insbesondere die Ausbildung der Fugen ist die eigentliche Herausforderung im Rahmen der Planung. Hier sind immer Kunststoffe notwendig und alternativlos, welche die Verformungen und bauphysikalischen Anforderungen sicherstellen und die Performance ausmachen.
Die Sekundärstruktur selbst wird in den folgenden Konstruktionstypen ausgeführt: Pfosten-Riegel-Fassade oder Elementfassade, bei welcher der Vorfertigungsgrad deutlich höher ist. Daneben gibt es zahlreiche Konstruktionsausführungen. Bei der Pfosten-Riegel-Fassade werden die Elemente einzeln montiert. Bei der Elementfassade sind die Elemente bereits in der Werkstatt vorgefertigt und werden auf der Baustelle eingehängt. Denken wir beim Bauen an gesteigerte Effizienz, dann ist das Bauen mit Elementfassaden vielversprechend.
Mit dem Holz–Hybridbau, bei dem das Traggerüst des Gebäudes und insbesondere die Decken aus Stahlbeton und die Fassade aus Holz angefertigt wird, sollen Massivbau und Holzbau kongenial miteinander verbunden werden. Allerdings wachsen auch die Herausforderungen an den Fugen und die Anforderungen an die Fugen.
Holz ist im Fassadenbau prädestiniert. Durch die Leichtigkeit sind der Transport und die Montage nicht allzu aufwändig. Die Wärmedämmeigenschaften sind durch den Werkstoff Holz sichergestellt. Hinzu kommt die ökologische Materialität von Holz.
Ganz so einfach ist das Zusammenspiel Betonbau – Fassade aber nicht. Beim Betonbau sind sowohl die kurzfristigen Verformungen im Zustand I als auch die Langzeitverformungen im Zustand II im gerissenen Querschnitt zu betrachten und die Kompatibilität dieser Verformungen mit der Fassadenstruktur zu prüfen.
Aufgrund der Leichtigkeit, der Austauschbarkeit und des ressourcenschonenden Einsatzes sowie der gestalterischen Flexibilität sind allerdings auch performative Folien und Membranen zunehmend interessant.
Um die angestrebte Transparenz weiter zu steigern, kommen nicht nur filigrane Metallbauteile zum Einsatz, sondern zunehmend auch tragende Glaselemente. Hinzu kommt heute auch Nanotechnologie, die über adaptive Materialeigenschaften verfügt.
Nicht zuletzt sollen Fassaden zunehmend auch der Energieerzeugung dienen, sodass Photovoltaikelemente zum Einsatz kommen. Manchmal muss es aber auch die begrünte und lebende Fassade sein, um den Stadtraum wieder mehr Grünflächen zurück zu geben und um die grüne Stadt in der Vertikalen zu verwirklichen.
Die Zukunft kann grün sein. Mit ökologischen Werkstoffen und möglichst viel Holz. Mit begrüntem Dach und grünen Fassaden. Mit zirkulären Werkstoffen und Baustoffen. Dadurch, dass Natur und Bauwerk konstruktiv vereint und vielleicht durch ihre Integration auf eine höhere Ebene gesetzt werden. Grüne Fassaden und begrünte Fassaden sind das Zukunftsthema schlechthin.
Literatur:
[1] Ulrich Knaack, Thomas Auer, Tillmann Klein, Marcel Bilow: „Fassaden – Prinzipien der Konstruktion“, Birkhäuser, Basel 2014
[2] Oliver Fischer, Werner Lang, Stefan Winter: „Hybridbau Holzaußenwände“, Detail Praxis, München 2019
[3] Konrad Zilch, Claus Jürgen Diederichs, Rolf Katzenbach, Klaus J. Beckmann: „Konstruktiver Ingenieurbau und Hochbau“, Springer Vieweg, Berlin Heidelberg 2013
Demanega 
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