Weil unsere Städte wachsen, leistbares Wohnen immer wichtiger wird, unser Boden aber knapp ist, müssen unsere gebauten Umgebungen deutlich dichter werden. Damit sollen nicht nur urbanistische Probleme mit wachsenden Stadtgrenzen gelöst, sondern auch Immobilienpreise gedrückt werden, indem die teilbaren Fixkosten auf deutlich mehr Wohneinheiten aufgeteilt werden können. Unsere Bauwerke werden zunehmend höher, Aufstockungen sind in aller Munde, Hochhäuser und Wolkenkratzer werden unser Stadtbild zunehmend prägen (müssen). Technologisch sind die Herausforderungen folglich viele.
Historisch betrachtet läutete der Hochhausbau einen anhaltenden Umschwung in der internationalen Architektur ein. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts entstanden in den USA erstmals Hochhäuser. Zu nennen ist in diesem Zusammenhang die „Chicagoer Schule“. Der Modernismus bestand in der Hinwendung zum Stahlskelettbau. Das Leichtmaterial Stahl ermöglichte äußerst schlanke Strukturen. Zwischen Stahlstützen und Stahlträgern war nun aber andererseits auch Raum übrig, der für Glasflächen nutzbar wurde. Damit änderte sich die Erscheinung der Gebäude entscheidend.
Die Berührung mit dem Hochhausbau in den Vereinigten Staaten sollte die gesamte bauliche Moderne sowohl ästhetisch als auch technisch beeinflussen. Adolf Loos besuchte bereits 1893 die Vereinigten Staaten und Chicago und ließ sich durch das, was er dort vorfand, nachhaltig begeistern. In der Wiener Moderne spielt das amerikanische Hochhaus folglich eine wesentliche Rolle. Doch auch technisch werden gerade im Hochhausbau die Grundsteine gelegt, die auf die gesamte Baubranche einwirken. Was die Raumfahrt oder der Motorsport für die Fahrzeugindustrie ist, ist der Hochhausbau oder Brückenbau für das Bauwesen.
Persönlich besteht diese technische Faszination an extremen Höhen, extremen geotechnischen Tiefen, aber auch extremen Weiten, weil der Blick auf die Extreme das Denken nachhaltig prägt und verändert und dadurch auch das so genannte „konventionelle“ Bauen verändert. In den Extremfällen verdeutlichen sich die Kräfte und Verformungen, die Schwingungen und bautechnischen Konzepte, werden überprüft und bestätigen sich oder nicht.
In großen Höhen stellen sich alle Anforderungen an das Bauen, funktionelle, aber auch mechanische, die aus Wind und Erdbeben, aber auch aus Brand und Sabotage resultieren, in ihrer vollen Extremität. Gleiches gilt für die Kräfte, die auf einen mehr oder weniger tragfähigen Baugrund wirken, der vielfältigen natürlichen und jahreszeitlichen Variationen unterworfen ist. Hinzu kommen extreme Einwirkungen auf die Fassaden, die winddicht, luftdicht, thermisch dämmend, aber auch akustisch effizient und brandschutzsicher sein müssen.
Mit zunehmender Projektgröße und Projektkomplexität werden natürlich auch die Probleme größer, sodass die Planung agiler, umfassender und besser sein muss, aber auch Mängel und Fehler frühzeitig erkennen und beheben muss, um das Gesamtprojekt nicht zu gefährden.
Weil mit zunehmender Höhe aber auch die Massen zunehmend zum Problem werden, weil die Massen im Erdbebenfall aktiviert werden und Kräfte generieren, aber auch auf den Baugrund einwirken und extreme Mehrkosten für Geotechnik und den Grundbau verursachen, gilt es, an Werkstoffe und Tragsysteme zu denken. In extremen Höhen kann der architektonische Entwurf nicht mehr unabhängig vom Tragwerk gedacht werden. Diese Zweiteilung ist vielleicht auch bei kleineren Projekten nicht zielführend.
Darüber hinaus müssen die Massen erst einmal an die Baustelle transportiert und verbaut werden, was Kosten und Aufwand, aber auch Energie und Emissionen, verursacht. Die effiziente Baustellenorganisation wird wesentlich. In unserer zunehmend ökologischen Blickweise, die den gesamten Lebenszyklus umfasst, werden die nachhaltigen Gesichtspunkte folglich zunehmend relevant. Der Blick auf den Werkstoff Holz ist naheliegend, um immer größere Höhen zu erreichen.
Was sicher ist: In den kommenden Jahren werden nach und nach alle Rekorde im Holzhochhausbau übertroffen werden. Die 100 Meter sind in den kommenden Jahren erreicht. Der Blick zeigt dann in Richtung weitaus mehr als 100 Meter. Die Problematik betrifft dann aber nicht nur die Holzbauverbindungen, die extremen Kräften ausgesetzt sind. Indem das Bauwerk weit aus dem Boden reicht und die Einwirkungen zunehmend dynamisch werden, sind intelligente Aussteifungskonzepte erforderlich, die aber auch den Unterschied ausmachen werden. Wie gut gelingt es den Planern, die Aussteifungstragwerke nicht als einen Fremdkörper erscheinen zu lassen, sondern im Sinne des Leichtbaus in das Tragwerk zu integrieren und diesen Zusatzaufgaben zu übertragen?
Insgesamt ist zunehmend von Holz-Hybrid-Bau die Rede und zwar nicht „nur“, indem Tragstrukturen aus Beton und Fassaden aus Holz gemeint sind, sondern Tragwerke aus Holz kombiniert mit Tragwerksteilen aus Stahl oder Stahlbeton ausgeführt werden, die verschiedenen Werkstoffe also kongenial zusammenwirken müssen. Vielfach machen Brandschutz oder erwartbare Schwingungen Tragwerksteile in Stahlbeton, etwa auch Balkone, erforderlich. Hinzu kommt die Aussteifung.
Die Aussteifung ist das Um und Auf im Tragwerksentwurf. Bei kleineren Bauwerken spielen Aussteifungen naturgemäß eine kleinere Rolle. Bei größeren Bauwerken ist strukturelle Kreativität gefragt. Folgende Konzepte liegen auf der Hand:
Kern-Aussteifungen: Die vertikalen Verkehrswege wie Aufzugsschächte oder Treppenhäuser werden als Aussteifungselemente herangezogen und werden so angeordnet, damit Torsionseffekte möglichst gering sind.
Rohr-Aussteifungen: Ein Hohlkasten umschließt das Bauwerk und wirkt aussteifend.
Outrigger-Systeme: Diese bestehen in einer Kombination aus Kern und Außenstützen, die steif mit dem Kern verbunden sind. Anders als beim Hohlkasten verfügen folglich nur einige Geschosse über Aussteifungselemente an den Außenwänden.
Mit zunehmender Höhe werden die Aussteifungselemente zunehmend außen angeordnet, um möglichst große Hebelsarme auf Widerstandsseite zu aktivieren. Umso größer die Dimensionen, umso eher umfassen die Aussteifungen Fachwerke oder Rahmen, die über mehrere Geschosse laufen.
Literatur:
[1] Marios Phocas: „Hochhäuser: Tragwerk und Konstruktion“, Vieweg und Teubner Verlag, Wiesbaden 2005
[2] Klaus Bollinger, Manfred Grohmann, Markus Feldmann, Georg Giebeler, Daniel Pfanner, Martin Zeumer: „Atlas moderner Stahlbau“, Detail Verlag, München 2011
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