momentum magazin für Bauingenieure präsentiert von Ernst & Sohn
Gespräch

„Im Holzbereich wird noch manches passieren“

Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid im Gespräch mit momentum Redakteuren Burkhard Talebitari und Jens Völker (Foto: Jens Tandler)

momentum sprach mit Prof. Dr.-Ing. Volker Schmid (Leiter des Fachgebiets für Entwerfen und Konstruieren – Verbundstrukturen am Institut für Bauingenieurwesen der TU Berlin und Consultant bei Arup) über freie Formen, den Metropol Parasol, die Bedeutung des Bauingenieurs für die Baukultur und über die Zukunft des Baustoffes Holz …

momentum

Herr Schmid, würden Sie der These zustimmen, dass wir ingenieurbautechnisch wie architektonisch heute in der Epoche der freien Form leben, die – folgt man gewissen Diskursen – die Post- und Postpostmoderne abgelöst hat?

Schmid

Die Postmoderne bleibt als Reaktion auf die Moderne von Bedeutung – das war damals eine gewisse Befreiung: Eine neue Freude am Formen. Damit hat sie natürlich auch eine Entwicklung angeschoben. Wir Bauingenieure hatten zur Postmoderne nichts beigetragen. Wir waren aber durchaus Ideengeber für die Moderne: Da gab es diese Industriebauten in den USA und Europa, beispielsweise Silos aus Beton und die Architekten haben sich von den neuen Formen und Materialien anregen lassen. Damals haben wir als Ingenieure die Architektur beeinflusst. Aktuell wird die Entwicklung eher von den Architekten vorangetrieben, vor allem wenn wir an die Freiformen denken. Diese sind wiederum auch eine Folge der neuen Möglichkeiten der Zeichenprogramme, wie die 3D surface modeler, usw….

momentum

Stichwort BIM und alles was danach kommt …

Metropol Parasol

Der Metropol Parasol in Sevilla (Foto: Hufton+Crow for Arup)

Schmid

Ja, die Sturm- und Drangzeit der Freiformgeschichte … so um das Jahr 2000 … Die Architekten verwenden neue Tools und experimentieren mit neuen Formen. Wir Ingenieure reagieren darauf, z.B. durch die Anpassung unserer Berechnungs- und Optimierungsprogramme und wir entwickeln neue Herstellungsmethoden. So wie beim Metropol Parasol. Das war ein langer Entwicklungsprozess vom ersten Entwurf in Stahl bis zur Herstellung in Holz.

momentum

Wie kam es zu der Entscheidung?

Schmid

Arup hatte im Wettbewerb das Berliner Architekturbüro JMH unterstützt. Dafür hatten wir im Wettbewerb das Tragwerk zunächst als baumartiges Stahlrohrgerüst entwickelt, über das eine Fassade – praktisch wie ein Strumpf – gezogen werden sollte.

momentum

Es wäre also alles, was heute Holz ist – nicht in genau derselben Form – Stahl gewesen … aber die prinzipielle Form stand schon fest?

Designentwicklung WBW zu Holz

Skizze zur Designentwicklung vom Wettbewerb zur endgültigen Holzkonstruktion (JMH und Arup)

Schmid

Die stand vom Prinzip her fest. Es war klar, diese Form ist in Stahl auf jeden Fall umsetzbar. Die Jury fand das städtebauliche Konzept überzeugend und mutig. Ebenso der Bauherr, der vor allem diesen Stadtteil attraktiver machen wollte. Wir wissen, unter dem Platz wurden römische Ruinen gefunden, sonst stünde da jetzt ein Kaufhaus. Allen war klar, ein Projekt wie Metropol Parasol würde Touristen und Einheimische in diesen vernachlässigten Stadtteil locken. Doch wir Ingenieure und Architekten waren zunächst wenig optimistisch, dass wir gewinnen, weil das einfach …

momentum

… zu futuristisch aussah?

Schmid

… oder zu ambitioniert war und über die eigentliche Wettbewerbsaufgabe hinausging, und damit auch drohte, den ursprünglichen Kostenrahmen zu sprengen … Natürlich war eine Verschattung ausgeschrieben, sonst kann ein öffentlicher Platz im Sommer in Sevilla nicht genutzt werden, aber dass unser Vorschlag aufwändiger war, als ein paar kleine Segelchen drüber, war klar.

momentum

Und dann hatten Sie den Wettbewerb gewonnen …

Schmid

… und immer noch die Angst: das Projekt wird nicht umgesetzt. Und dann begann doch die Entwurfsplanung. Wir waren häufig besorgt, der Bauherr könnte das Projekt stoppen oder versuchen zwei der sechs Verschattungsschirme zu streichen. Aber am Schluss wurden die Mehrkosten akzeptiert und Metropol Parasol gebaut – und es wurde natürlich weitaus komplizierter als vorauszusehen war.

momentum

In der Jury gab es damals Kritik an der ursprünglichen Trennung zwischen Tragwerk und Gestalt …

Metropol Parasol

Eleganz durch Vereinigung von Form und Tragwerk (Foto: Hufton+Crow for Arup)

Schmid

Etwas, was natürlich immer stört, wenn zwischen Tragwerk und Form kein Zusammenhang besteht. Umgekehrt ist es ideal, wenn Form und Tragwerk identisch sind, wie fast zwangsläufig bei großen Brücken- oder Turmbauwerken. Unter diesem Aspekt sind das unsere Königsdisziplinen, die besonders schön die Arbeit der Ingenieure zeigen.
Beim Parasol gab es unterschiedliche Ideen, um dieses Ziel dann in der Entwurfsplanung zu erreichen, z. B. die Form sehr aufwändig aus einer Art gigantischen Schaumstruktur „herauszuschneiden“ oder, schon realistischer, eine aufgelöste doppellagige Schalenkonstruktion. Letztendlich entstand das endgültige Tragwerk in Sevilla, indem die freie Umrissform vertikal in Scheiben geschnitten wurde. So erhielt man die tragenden, bis zu 3 m hohen Scheiben, die in einem 1,5 m Raster „zusammengesteckt“ wurden. Form und Tragwerk waren damit identisch.

momentum

Und wie kam da nun das Holz ins Gedankenspiel?

Schmid

Die Architekten erinnerten sich an ein bereits von ihnen realisiertes Projekt, die Mensa in Karlsruhe – eine Holzkonstruktion mit Polyurethanbeschichtung. Die Mensa wurde ursprünglich als Sichtbetonkonstruktion geplant. Das war aber wegen der freien Formen der Mensa zu teuer. Also verwendete man Holz. Da Holz so tragfähig wie niederfester Beton ist musste damals wenig geändert werden.

Entscheidend war außerdem, dass eine Stahllösung für Metropol Parasol nicht sinnvoll wäre. Ausgeführt in dünnem Stahlblech würden die hohen Scheiben beulen. Verwendet man aber Furnierschichtholz, ergeben sich automatisch Bauteilbreiten die nicht beulgefährdet sind. Gleichzeitig sind die Scheiben dann architektonisch ausreichend präsent.

momentum

Das sind also im Prinzip Furniere?

Schmid

Ja, die Scheiben werden aus 24 bzw. 33 mm dicken Kerto-Q-Furnierschichtholzplatten zusammengeleimt. In Sevilla werden mindestens drei dieser Platten aufeinander geklebt, so dass sich abhängig von der Beanspruchung 7 cm bis 31 cm breite Scheiben ergeben.

Mensa Karlsruhe

Campus-Mensa in Karlsruhe (Foto: David Franck)

momentum

Ein Problem beim Holz, ob in Karlsruhe, oder im gewiss sehr viel trockeneren Sevilla, dürfte doch der Witterungsschutz sein …

Schmid

Eine riesige Herausforderung! Sobald Feuchtigkeit ins Holz kommt und dort verbleibt, geht es kaputt. Was macht man normalerweise? Man baut ein Dächlein darüber, man klebt Folien darauf oder benutzt Abdeckungen aus verzinktem Stahlblech. Diese Lösungen waren für Metropol Parasol undenkbar.

In Karlsruhe wurde das Holz mit einer 2-3 mm dicken Schicht aus Polyurethan besprüht. Selbst der hölzerne Regeneinlauf an der Fassade wurde so gedichtet. Das gab es bisher so noch nicht. Für den Holzschutz in Sevilla erinnerte man sich an die guten Erfahrungen mit der Beschichtung aus Karlsruhe.

momentum

Zur Frage der Holzbeschichtung haben Sie ein Forschungsprojekt …

Schmid

… bei dem wir die auf Holz aufgesprühte Polyurethanabdichtung untersuchen. Diese dicke Beschichtung ist extrem elastisch und reißt nicht, selbst wenn sie im Versuch einen Riss im Holz um einen halben Zentimeter auseinanderziehen. Darauf kommt noch ein UV-Anstrich. Diese Beschichtung ist so ungewohnt, dass sich in Karlsruhe jeder fragt, aus welchem Material die Mensa gebaut ist. Bei den scheibenartigen Formen in Sevilla denkt man freilich wieder automatisch an Holz …

momentum

Nun war aber gerade diese Beschichtung in Sevilla ja ziemlich in der Kritik; seitens der Presse zumindest …

Schmid

Also für mich ist das nicht nachvollziehbar. Daran sieht man allenfalls, dass wir im Baubereich sehr von unseren konservativen Vorstellungen geprägt sind.

momentum

Nun gut, aber es gab dieses Argument, dass man das Holz aus Finnland, oder woher es war, nach Südspanien fuhrwerkt und dann auch noch beschichtet, um den Naturcharakter des Materials zu zerstören …

Schmid

Gut, das ist natürlich ein Argument, das man aber anderen Materialien gegenüber interessanterweise nicht vorbringt. Denken Sie nur an die alten Bauten in Berlin, die sind aus normalen Lehmziegeln und vorne wird dann irgendwie eine Steintapete vorgeblendet …

momentum

… gut gegeben…

Metropol Parasol

Detailansicht der Schirmkonstruktion des Metropol Parasol (Foto: Hufton+Crow for Arup)

Schmid

… außerdem empfinden viele Menschen den Werkstoff Holz positiv, weil er eine gewisse Wärme ausstrahlt und nicht die Härte von Beton. Beton muss man schon meisterhaft verwenden, damit er menschlich wird.
Für Metropol Parasol war Furnierschichtholz einfach der geeignetste Werkstoff. Die Architektur und das Tragwerk entstehen aus einem engen Raster zusammengesteckter Scheiben. Die Frage, wie man nun diese Platten herstellt, war für die Architekten zunächst sekundär; obgleich sie Holz gegenüber einer Stahllösung favorisierten. Beides wurde diskutiert: Wie gesagt, haben dünne Stahlbleche ein Beulproblem. Um das zu verhindern, hätten die Blechdicken vergrößert werden müssen. Damit wäre aber die Konstruktion zu schwer geworden, da zwischen den römischen Ruinen nur eine begrenzte Anzahl von Bohrpfählen an vorbestimmten Positionen erlaubt war.

Theoretisch hätte man auch oben und unten Bleche anschweißen und so einen sehr hohen I-Träger aus Stahl konstruieren können. Das war aber gestalterisch undenkbar. Und so war letztlich Holz das Material der Wahl. Das besitzt eine gute Festigkeiten, ist aber sehr viel leichter als Stahl. Statt 7,8 t für Stahl wiegt der Kubikmeter Furnierschichtholz nur eine halbe Tonne. Und zusammen mit der neuen Möglichkeit, Holz mit Polyurethan zu besprühen, entsteht auch die gewünschte Form.

momentum

Wie wäre das Ganze in einer regenreicheren Klimazone gewesen?

Schmid

Das in Sevilla verwendete Holz ist imprägniert und zusätzlich durch die wasserdichte Beschichtung geschützt. Die ist aber gleichzeitig dampfdurchlässig, weshalb das Holz noch atmen kann und nicht verfault. Die Dampfdurchlässigkeit ist eben das Besondere an Polyurethan. So gibt es hier also zwei Schutzprinzipien: weltweit erstmals eine tragende Holzkonstruktion, die mit einer Polyurethan Sprühbeschichtung geschützt ist und dann noch zusätzlich die Imprägnierung. Das Holz wird so auch bei einer Beschädigung des Polyurethans nicht verfaulen und runterfallen. Also Hosenträger plus Gürtel plus den Vorteil, dass es in Sevilla wenig regnet. Ich würde das in Deutschland genauso bauen, aber evtl. hätten wir hier mehr Schwierigkeiten mit den Zulassungen.

momentum

Kommen wir, wenn Sie erlauben, von der Materialfrage noch mal zur Planung. Dem Laien, der vor dem Parasol steht, drängt sich doch die Frage auf, wer das noch rechnen kann …

Rechenmodel der Parasols

Rechenmodel der Parasols (Quelle: Arup)

Schmid

Man kann sich zwar mit einfachen Rechnungen und simplen Programm schon ein ganz grobes Bild vom Tragverhalten machen, aber die eigentlichen, genauen Berechnungen, Nachweise und Optimierungsläufe sind letztlich nur mit Hilfe aufwändiger, moderner Software möglich. Das ist klar.

momentum

Und das war dann schon in der BIM-Dimension?

Metropol Parasol

Detailansicht der Schirmkonstruktion des Metropol Parasol (Foto: Hufton+Crow for Arup)

Schmid

Wir haben hier nur die für die Tragwerksberechnung wichtigen Informationen berücksichtigt und weitergegeben. Schon in der Vorstatik hatten wir die Scheiben im Schirmbereich räumlich mit Stabelementen modelliert und die Stämme nur vereinfacht als einzelne Biegestäbe. Das ergab schon eine ganz gute Vorstellung von den Abmessungen. Die Stämme wurden dann in der zweiten Phase richtig detailliert betrachtet und aufwändig mit Schalenelementen modelliert. Das Model wurde so komplex, dass wir am Anfang des Projektes kaum alle Stämme gleichzeitig integriert rechnen konnten. Wir benutzten zwei unterschiedlich detaillierte Modelle, deren Ergebnisse wir, auf der sicheren Seite liegend, überlagerten. Da dieses Projekt aus verschiedenen Gründen ein bisschen länger dauerte, profitierten wir von der technischen Entwicklung. Später waren die Rechner so leistungsfähig und die neue Softwareversion fast achtmal schneller, so dass wir schließlich alles in ein Modell packen und in einem Zug analysieren konnten. Ein Rechengang dauerte dann einen dreiviertel Tag…

momentum

Hat Ihnen die Komplexität eines solchen Projektes nicht auch mal schlaflose Nächte bereitet?

Schmid

Gut, das war schon sehr, sehr kompliziert und wir sind in manchen Bereichen auf Probleme gestoßen, für die es noch keine Vorbilder oder Lösungen gab. Man musste sich wirklich etwas einfallen lassen… (lacht) Als Ingenieur trifft man ja immer wieder auf Probleme und entwickelt dafür selbst eine Lösung, nur um später festzustellen, diese Lösung gibt es schon tausendmal. Doch hier, darf ich vermuten, haben wir schon ein paar neue Ideen entwickelt – hier gab es keine Referenzen…

momentum

Wie sind Sie überhaupt auf dieses 1,50 m Raster gekommen, war das rein gestalterisch?

Schmid

Rein gestalterisch war natürlich ein möglichst enges Raster anzustreben, damit sich die Form am rundesten, am klarsten ablesen lässt. Konstruktiv wäre ein möglichst großes Raster interessant, vor allem um die Anzahl der Anschlüsse zu reduzieren. Wir Ingenieure hatten kurz mal ein 2 m Raster angedacht, das hätte theoretisch deutlich weniger Holz erfordert.

momentum

Und das wäre statisch auch gegangen?

Metropol Parasol

Aussichtswege des Metropol Parasol (Foto: Hufton+Crow for Arup)

Schmid

Es hätte vielleicht in den Teilen funktioniert, in denen sich die Schirme vor allem selbst tragen. In den Bereichen mit Aussichtswegen war es nicht möglich. Aber wichtig war letztlich der Kompromiss mit der Gestaltung, denn bei 2 m wären die Stämme nicht mehr als gerundet ablesbar gewesen. Am Schluss waren wir dann sehr froh, dass genügend Material zur Verfügung stand, um die Fußgänger zu tragen. Aber das ist eine sehr gute Frage, natürlich …

momentum

… die zu Diskussionen geführt hat?

Schmid

Klar, da kann man auch mal ein paar Wochen diskutieren, wenn der Generalübernehmer behauptet, dass das zu teuer wird. Wir konnten dann aber erklären, wieso das nicht geht. Außerdem war in Sevilla der Architekt in einer sehr starken Position.…

momentum

Kommen wir doch vielleicht so ein bisschen abseits der Technik zu dem Bauwerk selber. Wenn man das Ganze stadtplanerisch betrachtet, könnte man eventuell zu der Einschätzung kommen, dass der Platz unter dem Parasol doch nicht so richtig funktioniert … da sieht es ja nicht so besonders einladend aus …

Metropol Parasol

Der Platz unter dem Metropol Parasol (Foto: Hufton+Crow for Arup)

Schmid

Sie meinen, er sei zu groß und zu wenig belebt?

momentum

Ja, der wird offensichtlich nicht so richtig angenommen … mit diesem kaufhausmäßigen Zugang via Rolltreppe und dann ist da eigentlich nicht viel mehr als ein trostloser Kinderspielplatz …

Schmid

Ja, über diese Platzgestaltung sind Planer und Architekten sehr unglücklich. Das haben sie aber nicht zu verantworten. Ursprünglich war dort ein kleiner Café- oder Kiosk-Bereich vorgesehen.

momentum

… eine Art Basar …

Schmid

Ja, den Platz könnte man schon bespielen. Ich weiß nicht, ob der bewusst für Großveranstaltungen freigehalten wird … Aber interessant am Parasol ist der Umstand, dass er besser wird, je mehr Leute da drauf sind. Es ist wirklich selten, dass Sie ein gestalterisches Konzept finden, das durch die Benutzung noch besser wird. – Schauen Sie in die Architekturzeitschriften, da finden Sie selten menschliches Leben… Hier ist das tatsächlich der Fall. Also das finde ich schön.

momentum

Das könnte zum Begriff der Baukultur überleiten – fast schon ein Modebegriff, der bereits zum Marketingkonzept avancierter Bauunternehmen gehört …

Schmid

Weil man merkt, dass es wichtig ist und weil man das Gefühl hat, es wurde vernachlässigt. Der Bauingenieur prägt zusammen mit dem Architekten maßgeblich unsere gebaute Umwelt, ist sich aber dessen, bis auf Ausnahmen, zu wenig bewusst. Vielleicht weil er sich zu häufig nur als Dienstleister der Architekten sieht. Aber dass dadurch unsere Städte gelitten haben, oder dass die übliche Einheitsbrücke der Deutschen Bahn gestalterisch unbefriedigend ist, auch wenn sie technisch sehr gut funktioniert, ist sichtbar. Doch die neuen gestalterischen und technischen Möglichkeiten lassen sich nur sehr schleppend einführen. Auf jeden Fall gibt es unter den Ingenieuren schon Namen, die tatsächlich für „Baukultur“ bekannt sind.

momentum

Aber geht bei Ihnen nicht, wenn Sie „Baukultur“ hören auch ein kleines bisschen die rote Lampe an?

Schmid

Unter uns Bauingenieuren ist das Bewusstsein, mitverantwortlich für die gebaute Umwelt zu sein, nicht gerade gewaltig übersteigert. Man freut sich eher, wenn die Kollegen auch darüber reden. An der TU-Berlin versuchen wir, das in der Lehre sehr bewusst zu machen. Ich denke, wir haben hier auch die Kompetenz dazu und nehmen unsere Verantwortung wahr. Aber die Ingenieure sind eben, was den Hochbau betrifft, immer sehr abhängig von dem, was an Konzeption von den Architekten kommt. Wenn wir Glück haben, sind wir früh involviert und können Vorschläge einbringen. Im Brückenbau, im Infrastrukturbereich generell, sind wir sehr unabhängig, da sehe ich die Kompetenz in erster Linie bei den Ingenieuren. Wir tun aber gut daran, Architekten beratend mit ins Team zu holen. Wir sollten also versuchen, das Thema „Baukultur“ unter den Ingenieuren populärer zu machen, aber zugegeben, vielleicht müssen wir dafür einen neuen Begriff erfinden, der nicht abgegriffen ist.

momentum

Wir haben über Stahl und Holz gesprochen – Baukultur kann ja an einem Teil auch die Frage des Materialeinsatzes sein …

Schmid

Ja, im Holzbereich erlauben die modernen Plattenwerkstoffe und Entwicklungen wie die Polyurethanbeschichtung neue Möglichkeiten beim Entwerfen und Konstruieren. Da bin ich optimistisch: im Holzbereich wird noch manches passieren – unterstützt durch die Umweltfreundlichkeit nachwachsender Rohstoffe und deren Beitrag zur CO2-Senkung. Jetzt versucht man das gerade im mehrgeschossigen Holzbau ein- und umzusetzen. Der wird konstruktiv und preislich zunehmend attraktiv. Die Wärmeleitung von Holz ist sehr gering und in den Wänden ist viel Platz für Dämmung, so dass man, mehr oder weniger kostenneutral, ein KfW 40-Gebäude erhält. Die verschärften Energiestandards sorgen dafür, dass Holz zunehmend attraktiver wird – da wird noch manch interessante Entwicklung auf uns zukommen.

momentum

Herr Professor Schmid, haben Sie vielen Dank für dieses Gespräch.

 

Das Gespräch führten die momentum-Redakteure Dr. Burkhard Talebitari und Jens Völker.

 

Weitere Informationen:

Mehr Daten und Fakten zum Bauwerk finden Sie auf structurae.de

 

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Datum 1. Oktober 2012
Autor jv, bt
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