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Die Stadtentwicklung steht vor vielen Herausforderungen, da die Bevölkerung in den Städten schneller wächst als der verfügbare Wohnraum. Großstädte kämpfen darum, ein Gleichgewicht zwischen Wachstum und Wohlergehen der Bürger zu finden. Lärm und Staus in der Nähe von Baustellen sind ebenfalls ein negativer Aspekt des Bauens, so dass nach Beginn eines neuen Bauprojekts die Ausführungsdauer ein wichtiger Indikator ist, der bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden sollte. Stahlbauteile haben den Vorteil, dass sie als vorgefertigte Elemente auf die Baustelle geliefert werden, schnell eingebaut und direkt den Belastungen ausgesetzt werden können. Erfahrungsgemäß kann die Ausführungsgeschwindigkeit bei Stahllösungen, wie beispielsweise Spundwänden, doppelt so hoch sein wie bei anderen Baustoffen.
Im Jahr 2022 beauftragte ArcelorMittal das deutsche Ingenieurbüro GRBV Ingenieure im Bauwesen, sich mit diesem Thema zu befassen und mehrere Alternativen für den Bau der Außenwand einer zweigeschossigen Tiefgarage unter typisch norddeutschen Bodenbedingungen detailliert zu vergleichen. Als Randbedingung wird eine innerstädtische Bebauung mit Nachbargebäuden ausgewählt.
Bei der Wahl einer konstruktiven Lösung sind mehrere Schlüsselindikatoren zu berücksichtigen, wobei der wichtigste die Baukosten sind. Die den Kostenschätzungen zu Grunde gelegten Bauteilabmessungen und -ausführungen beruhen auf einer statischen Vorbemessung, bei welcher die Randbedingungen wie Geometrie, Bodenkennwerte, Wasserstand und Baugrubensohle für alle Wandsysteme gleichgesetzt sind. Folgende Verbauvarianten wurden untersucht:
V1: Spundwand permanent (SPW)
V2: Spundwand temporär (SPW t.)
V3: überschnittene Bohrpfahlwand (BPW)
V4: Schlitzwand (SLW)
Die Spundwand ist mit 1,0 Millionen € die kostengünstige Lösung. Der Unterschied beträgt etwa 29 % im Vergleich zur Bohrpfahlwand und etwa 35 % im Vergleich zur Schlitzwand. Betrachtet man die komplette Herstellung der Tiefgarage variieren die Gesamtkosten zwischen 3,1 Millionen € für die Spundwand- und 3,6 Millionen € für die Schlitzwandlösung.
Tabelle 2 Bewertungsmatrix
| Kriterium | Wichtung | V1 | V2 | V3 | V4 |
|---|---|---|---|---|---|
| Spundwand | Spundwand | Bohrpfahlwand | Schlitzwand | ||
| permanent | temporär | ||||
| Investitionskosten | 20 % | + | + + | – | – – |
| Flächenbereitstellung Nutzflächen | 15 % | + + | – | + | + |
| Unterhaltungskosten | 10 % | + + | (+ +) | + | + + |
| Bauzeit | 10 % | + + | + + | + | – |
| Baulogistik, Beeinträchtigung „Bau-Umfeld“ | 10 % | + + | + + | + | – – |
| Ausführungsrisiken | 10 % | – | – | + + | + |
| Nachhaltigkeit | 25 % | + + | + | – | – |
| + + = sehr gut+ = gut– = weniger gut– – = nicht gut | |||||
In der Ermittlung der Gesamtkosten ist der Verlust von Einnahmen durch eine geringere Nutzfläche nicht enthalten. Der Anteil ist jedoch nicht unerheblich und sollte bei der Wahl der Verbauart berücksichtigt werden. In der Bewertung der Varianten fließt die Nutzfläche durch den Vergleich der bereitgestellten Fläche mit ein. Des Weiteren fließen in der finalen Bewertung weiterer Kriterien wie Unterhaltskosten, Bauzeit, Baulogistik, Ausführungsrisiken und Nachhaltigkeit mit ein. Dabei werden den Kriterien unterschiedliche Wichtungen zugeordnet, um ihre Relevanz hervorzuheben.
In einer zweiten Studie wurde auf der Grundlage der Ergebnisse der Fallstudie eine Ökobilanzierung (LCA) durchgeführt, um den CO2-Fußabdruck in die Auswahl der Lösung einzubeziehen, was zu den niedrigsten Gesamtlebenszykluskosten führt, einschließlich der Belastungen oder Vorteile des Endes der Lebensdauer (Rückbau, Recycling der Bauelemente). Die Ökobilanz wurde von erfahrenen Ingenieuren der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von ArcelorMittal Spundwand erstellt und von unabhängigen Experten begutachtet. Eine Ökobilanz ist eine faire und transparente Methode, um verschiedene Lösungen und Materialien, vorzugsweise auf der Grundlage spezifischer Umweltproduktdeklarationen (EPD) der Hersteller und nicht auf der Grundlage generischer Daten aus Datenbanken, zu vergleichen.
Der Lebenszyklus setzt sich aus der Produktion (Module A1–A3), dem Transport (A4), dem Einbau (A5), der Nutzungsphase (B), dem Rückbau (C) und dem Recyling (D) zusammen.
Wenn man nur die Lebensdauer des eigentlichen Projekts betrachtet (Module A–C) ergibt die permanente Spundwandlösung das kleinste Treibhauspotenzial. Bei der Berechnung zur temporären Lösung muss zusätzlich das Ziehen der Spundbohlen nach Beendigung der Bauarbeiten berücksichtigt werden.
Wenn man den kompletten Lebenszyklus betrachtet, ergibt die temporäre Spundwandlösung das kleinste Treibhauspotenzial. Der große Vorteil besteht darin, dass die Spundwand nach Fertigstellung der Baumaßnahme gleich wieder gezogen und einige weitere Male wiederverwendet werden kann, was das Treibhauspotenzial je Projekt reduziert. Die beiden Spundwandvarianten generieren weitaus weniger Emissionen als die Varianten Bohrpfahlwand und Schlitzwand da die Spundbohlen am Ende der Lebensdauer des Gebäudes rückgebaut und recycelt werden können.
Diese Studie basiert auf lokalen Bedingungen und einer Preisstruktur, die für das Jahr 2023 repräsentativ ist. Daher können die Analyse und Schlussfolgerungen nicht einfach ohne Korrekturfaktoren auf andere Zeiträume, Regionen oder Länder übertragen werden. Ein weiterer kritischer Aspekt besteht darin, den besten Kompromiss zwischen den Umweltauswirkungen (Ökobilanz) und den Kosten einer Struktur zu finden.
Die komplette Studie wird demnächst als Broschüre veröffentlicht.
