DBZ 7/2000

     
     
     

Bauen mit Membranen

     

Über leichte Flächentragwerke

     

Textile Architektur erfordert eine differenzierte Betrachtung. Je nach Gebäudefunktion ist die richtige Wahl des Materials und der Konstruktion entscheidend.

         
   

Betrachtet man in der Geschichte die Erfindung und Entwicklung neuer Baumaterialien und den Zeitpunkt der praktischen Anwendung dieser Baustoffe in der Architektur, so sind Jahrhunderte, ja sogar oft Jahrtausende dazwischen vergangen. Eisen zum Beispiel wurde im Aetate ferro entdeckt, jedoch erst am Anfang des 17. Jahrhunderts in den ersten Stahlkonstruktionen als konstruktiver Baustoff eingesetzt. Eine ähnliche Entwicklung gilt für das Glas, das bereits ca. 1500 vor Christus hergestellt, aber erst im Jahre 1000 nach Christus als Bleifenster bei Sakralbauten verarbeitet wurde.
Im Vergleich dazu ist die Erfindung von synthetischen Materialien und Stoffen bis hin zur Entwicklung von konstruktiven Membranen in weniger als hundert Jahren enorm schnell verlaufen. Sieht man einmal von den einfachen Zeltbauten der Antike ab, die als Gestellzelt mit Baumwoll- bzw. Zelttuch eingehüllt waren und deren Tragstruktur eine biegesteife Konstruktion war, die mit Stoff eingedeckt wurde, so beginnt der moderne von Architekten und Ingenieuren entwickelte konstruktive Membranbau Anfang des Jahres 1950 mit den Forschungen und Entwicklungen von Frei Otto. Die dreidimensional gekrümmte Minimalfläche der Haut von Seifenblasen wurde zur vorgespannten Membran weiterentwickelt, die zu den typischen sattelförmig, zweifach gekrümmten Flächen führt, welche das konstruktive und gleichzeitig das formale Erscheinungsbild von Membranbauten prägt. Die vielleicht technisch komplexeste Anwendung von konstruktiven Membranen liegt im Bereich der leichten Flächentragwerke.
Unser Büro hat sich schon sehr früh mit leichten Flächentragwerken auseinandergesetzt, Kurt Ackermann entwarf 1980 das Eislaufzelt im Münchner Olympiapark. Die Integration von Architektur und Landschaft ist das prägende Prinzip des Olympiaparks und bildet den städtebaulichen Rahmen für die Überdachung der vorhandenen Eislauffläche.
Die Aufgabe war, die Eisfläche ganzjährig für den Eislauf nutzbar zu machen. Von verschiedenen Entwurfsalternativen, die zusammen mit dem Bauingenieur Jörg Schlaich erarbeitet wurden, erwies sich die Zeltkonstruktion in Form eines leichten Flächentragwerkes, das an einer bogengestützten Tragkonstruktion aufgehängt ist und die auftretenden Kräfte über Widerlager aus Stahlbeton ableitet, als das wirtschaftlichste und originellste Konzept. Der schwebende Charakter des Eislaufs korrespondiert mit dem Charakter der vorgespannten Seilnetzkonstruktion, die den Ausdruck von Leichtigkeit vermittelt und für große Spannweiten in funktionaler und konstruktiver Hinsicht eine optimale Lösung darstellt. Die angestrebte Wirkung, die den natürlichen Lichtverhältnissen einer Freieisfläche am nächsten kommt, wurde durch die Eindeckung mit einer transluzenten Kunststofffolie erreicht. Gewählt wurde ein Polyester-Trägergewebe mit beidseitiger PVC-Beschichtung. Die helle Folie wurde auf einen Holzrost von 75 x 75 cm im Quadrat aufgebracht, der additiv auf ein Seilnetz montiert ist.
1996 setzte sich unser Büro mit Membranen bei der Überdachung der Bierterrasse im Kloster Andechs auseinander. Aufgabenstellung war es, ein wandelbares Dach zu entwickeln, welches die Besucher der Bierterrasse der Klosterbrauerei vor den im bayerischen Voralpenland plötzlich aufkommenden Wärmegewittern mit heftigen Regenschauern schützen sollte. Eine Besonderheit von Membranen ist aufgrund der Weichheit des Materials die Wandelbarkeit, so war die Idee von Regenschirmen naheliegend. Nach den Entwicklungen von Frei Otto, der 1976 für ein Pink Floyd Konzert die ersten Schirme dieser Art entwarf und später Bodo Rasch, der große schattenspendende Sonnenschirme in Arabien baute, haben wir die Konstruktion zusammen mit der Firma Clauss-Markisen zu stationären Regenschirmen mit innenliegender Entwässerung weiterentwickelt. Problem hierbei war es, die innere Antriebswelle des Hubmotors, der den Schirm auf- und entspannt, mit der in einem Rohr-im-Rohr-System geführten innenliegenden Entwässerung zu kombinieren. Die sechs freistehenden Schirme, die mit den historischen Gebäuden zusammen den Hof für die Bierterrassen bilden, sind einzeln und zusammen schaltbar und erlauben die optimale Anpassung an die Bedingungen, die durch Sonne und Regen entstehen.
Aus einem Architektenwettbewerb resultierte 1993 der Entwurf für das Amt für Abfallwirtschaft, der 1998/99 realisiert wurde. Die Aufgabenstellung, ein flächenoptimiertes Parksystem für Müllfahrzeuge zu planen, war als Bauaufgabe neu, es gab damit keine Vorbilder! Der nach dem System des Splitlevel konzipierte Carport mit einem aus der Größe der Fahrzeuge abgeleiteten Stützenraster von 10 x 12m ist mit einer PTFE-Glas Membran überspannt. Besonderheit bei diesem leichten Flächentragwerk ist die konstruktive Membran, die die Kraft über die gesamte Länge und Breite an die Randstützen weiterleitet. Über dreiecksförmige Abspannungen werden die auftretenden Kräfte über Stahlbetonfundamente in den Baugrund abgegeben. An den Tiefpunkten der Membran stehen die gelenkig gelagerten Stahlstützen mit einer innenliegenden Entwässerung. Die 120qm großen Felder sind diagonal mit einer Luftstütze, die den Hochpunkt erzeugt, unterspannt. Die Längenänderung der Luftstütze stellt gleichzeitig die einzige Vorspannmöglichkeit des gesamten Tragwerkes. Die mit Regenschirmen abgedeckten Öffnungen an den Hochpunkten der Membran gewährleisten eine thermodynamische natürliche Entlüftung des 8500qm großen Parkdecks. Die Transluzenz der Dachhaut sorgt für eine maximale natürliche Belichtung. Die teflonbeschichtete Oberfläche verhindert das Verschmutzen des Gewebes durch die Abgase der Fahrzeuge. Der "fünften" Fassade kommt im städtebaulichen Zusammenhang eine mit dem Münchner Olympiagelände und den Bauten von Günter Behnisch große Bedeutung zu. Der Standort in einem Kerngebiet mit hochwertiger Büronutzung macht die leichte, beschwingte Dachlandschaft des Carports weithin sichtbar.
Eine solch komplexe Membranstruktur erfordert eine echte Kooperation zwischen Architekten, Ingenieuren und der ausführenden Firma. Geometrie, Formfindung sowie Kosten- und Planungskriterien bis hin zum Montagekonzept waren nur in integrierten Planungsprozessen der beteiligten Planer und der Ingenieure Schlaich, Bergermann und Partner, Knut Göppert zu erreichen.
Die neueste, gerade im Bau befindliche Membrankonstruktion unseres Büros ist die Überdachung der Mischbettanlage für Rohmaterial des Zementwerkes Märker in Harburg/ Schwaben. Auch hier ist die konstruktive Membran das optimale Baumaterial, um eine Kreisfläche im Durchmesser von 110m freitragend zu überspannen. Die Stahlkonstruktion aus 16 Dreigurtbindern, die auf einem mittleren Druckring aufgelagert beziehungsweise kurzgeschlossen werden, bildet die Primärkonstruktion für die am Untergurt der Träger abgehängte Dachhaut aus einer PVC-Membran. Die typische sattelförmig gekrümmte Fläche wird mit vorgespannten Kehlseilen zwischen den aus den Dreigurtbindern gebildeten Kreissegmenten erreicht. Das geringe Eigengewicht des Materials und die hervorragende Festigkeit der neuen Gewebe ermöglicht die spielerisch erscheinende stützenfreie Überdachung dieser über 8500qm großen Grundfläche.
Das Anwendungsgebiet für den Membranbau sind vor allem leichte Flächentragwerke und Überdachungen mit ungedämmten Konstruktionen. Wir arbeiten mit großem Interesse und anhaltender Intensität an den immer neuen Aufgabenstellungen und der technischen Weiterentwicklung dieses Baumaterials. Auch in Zukunft geben neue Bauaufgaben den Spielraum für Experimente und Entwicklung von neuartigen Konstruktionen.
Die Diskussion mit den beteiligten Ingenieuren und der intensive Austausch mit dem Bauherrn ist von besonderer Bedeutung für das Gelingen solcher Projekte.
Nutzungsbereiche, Tragwerk, Raumabschluss und technische Gebäudeausrüstung sind mit den Komponenten Licht, Klima und Raumerlebnis die wichtigsten Gestaltungsthemen, die nach ganzheitlichen Gesichtspunkten bewertet werden müssen.
Hierbei ist neben der Arbeit mit dem Computer und seinen Möglichkeiten der Simulation vor allem der Modellbau ein wichtiges Hilfsmittel für unsere Arbeit. Mit Arbeitsmodellen bereits in den ersten Phasen des Entwurfs überprüfen wir unsere theoretischen Ansätze und Gedankenmodelle am dreidimensionalen Objekt. Maßstäblichkeit und Form lassen sich am Modell in selbstgewählten Perspektiven studieren und beurteilen, beziehungsweise verbessern. Die Arbeitsweise unseres Büros ähnelt mehr der einer Werkstatt denn der eines Ateliers; so trägt die Auseinandersetzung am und um das Modell zur Entscheidungsfindung im Team bei.

Peter Ackermann, München
Geboren 1963 in München.1985-1983 Akademie der bildenden Künste Wien, Meisterschüler Prof. Gustav Peichl, 1991 Diplom an der Technischen Universität München. 1991-1992 Mitarbeiter bei Renzo Piano Building Workshop, Genua.1992-1993 Mitarbeiter bei Richard Meier + Partner New York. Seit 1993 Partner im Büro Kurt Ackermann und Partner. Seit 1.1.1996 Mitinhaber des Büros Ackermann und Partner. Mitglied der Bayerischen Architektenkammer, Mitglied des Deutschen Werkbundes, Mitglied des BDA Bayern.