Hartwig Schneider

Struktur

Zur Konstruktion als Grundlage der Architektur

Nicht zuletzt weil Architektur nicht abstrakt, sondern immer konkret ist, ist Konstruktion die wesentliche Grundlage der Architektur. Die Konstruktion ordnet und formt das Material, sie bildet den Raum, ermöglicht die Funktion, erlaubt den Gebrauch und erzeugt Form und Gestalt. In theoretisch-technischer Hinsicht ist Konstruktion die Zusammenfügung von Einzelteilen zu einem sinnvollen Ganzen. Dabei wird dieses Ganze nicht nur von der Summe und Art seiner Teile bestimmt, sondern ganz wesentlich von den Beziehungen der Teile untereinander. Wird sie planvoll erzeugt, ist die Konstruktion das Ergebnis einer zielgerichteten Abstimmung und Zuordnung der Teile.

Angelo Mangiarotti, Bruno Morassutti, „3-Zylinder-Haus“, Mailand, Italien 1970, Foto: Paolo Monti (via Wikimedia / CC BY-SA 4.0)

Struktur und Bau
Bei einem Bauwerk umfasst die „Konstruktion“ alle eingesetzten Mittel zur Herstellung des Baus. Für diese gelten Konstruktionsprinzipien, die auf geometrischen Beziehungen und charakteristischen physikalischen und mechanischen Wirkprinzipien sowie Gesetzen der Schwerkraft und Materie beruhen, die unabhängig von der technologischen Entwicklung gestern wie heute gültig sind.(1) Darüber hinaus gibt es eine individuelle Regelhaftigkeit, die als nicht sichtbare, aber dennoch spürbare Ordnung die Konstruktion als auch das gesamte Bauwerk durchdringt. Im Unterschied zur konkreten Konstruktion, die die materielle Umsetzung und Fügung der Bauteile umfasst, meint „Struktur“ – jener in Bezug auf die Architektur so schwer zu fassende, unscharfe und doch so wichtige Begriff – die innere Ordnung, den geistigen Zusammenhang für die Anordnung und das Zusammenwirken der Teile eines Bauwerks.

Angelo Mangiarotti, Bruno Morassutti, Wohngebäude Via Quadronno, Mailand 1956 – 1960, Foto: Arbalete (via Wikimedia / CC BY-SA 4.0)

Die Kriterien, die der „Ordnung des gesamten Bauwerks“ zugrundeliegen, lassen sich den drei fundamentalen Dimensionen Form, Funktion und Konstruktion zuordnen. Sie entsprechen den drei vitruvschen Kategorien der venustas (Form), utilitas (Funktion) und vetustas (Dauerhaftigkeit, zu gewährleisten durch die Konstruktion). Es leuchtet ein, dass die strukturelle Gliederung und die geometrisch und volumetrische Ordnung eines Baus mit der äußeren und inneren architektonischen Form ebenso in einem wechselseitigen Zusammenspiel stehen, wie mit Funktion und Gebrauch. Es ist das erfolgreiche „in Beziehung setzen von Tragwerk und Raum“, der Baustruktur mit der Raum- und Erschließungsstruktur, die eine gelungene Gesamtstruktur des Baus ausmacht.

Angelo Mangiarotti, Bruno Morassutti, Kirche Nostra Mater Misericordia, Baranzate, Italien 1958, Foto: Arbalete (via Wikimedia / CC BY-SA 4.0)

Struktur und Konstruktion
Begrenzt man die Perspektive der Betrachtung auf die Konstruktion eines Baus, so ist deren Gestaltwerdung, ihre „Tektonik“, ein weiterer Schlüsselbegriff. Sie basiert auf der nach außen spürbaren Strukturhaftigkeit, der Wirkungsästhetik und sinnlichen Erfassbarkeit der Konstruktion. Der vom griechischen Wort tecton – für Zimmermann und dessen Kunst klar aufgebaute und nachvollziehbare Konstrukte zu erschaffen – abgeleitete Begriff „tektonisch“ steht weniger für konstruktive Wahrhaftigkeit, als für die Ausdruckskraft und sinnbildliche Erscheinung eines harmonischen Ganzen aus einzelnen Teilen. Wie beim griechischen Tempel oder den subtil variierten Ecklösungen der Hochhäuser Mies van der Rohes, muss die dabei hervorgerufene Vorstellung vom konstruktiven Aufbau nicht unbedingt mit der tatsächlichen Baukonstruktion übereinstimmen.(2)

Kenneth Frampton bezeichnet Tektonik ideologiefrei als das „poetische Ausdruckspotential der Konstruktionstechnik“, das von der Materialisierung und dem Zusammenwirken ihrer Teile und der strukturellen Systematik ihrer Anordnung bestimmt wird.(3) Eine klare Definition des Bezugs dieser für das Denken über Architektur zentralen Begriffe untereinander stammt von Eduard Sekler: „Struktur als Prinzip und immanente Ordnung wird verwirklicht durch Konstruktion, aber erst die Tektonik macht Struktur und Konstruktion künstlerisch sichtbar und verhilft ihnen zum Ausdruck.“(4)

Kristian Gullichsen, Juhani Pallasmaa, Moduli 225, Helsinki, Finnland 1968, Foto: Urbipedia (CC BY-SA 3.0)

Struktur: Skelett, Tragwerk oder Regelwerk?
Von den drei beschriebenen Begriffen, die in engen gegenseitigen Wechselbeziehungen und Abhängigkeiten stehen, hat Struktur zweifellos den „prinzipiellsten Charakter“ und soll im Folgenden näher betrachtet werden. Zunächst ist festzustellen, dass „die ordnungsstiftende Kraft des Wortes Struktur heute eine große Selbstverständlichkeit hat und ‚Struktur‘ und ‚Ordnung‘ im alltäglichen Gebrauch der Sprache fast schon zu Synonymen geworden sind.“ Auch ordnende Struktur und strukturelle Ordnung werden, nicht nur in der Architektur, nahezu gleichbedeutend verwendet. Es lassen sich drei Bedeutungen unterscheiden, die heute den Begriff der Struktur in der Architektur prägen: „Struktur als Skelett, Struktur als Tragwerk und Struktur als Regelwerk“(5).

Herzog + Partner, EXPO-Dach, Hannover 2000, Foto: Erwin Müller (via Wikimedia / gemeinfrei)

Die frühe Bedeutung „Skelett“ hat ihren ursprünglichen Hintergrund in der Anatomie, mit Analogien zu Knochengerüsten und skelettartigen Strukturen in der Natur. Struktur als „Tragwerk“ abstrahiert das Skelett zum Gerüst, das materialunabhängig die Kraftverläufe und Wirkungsweise eines Tragwerks abbildet. Die dritte wesentliche Bedeutung, Struktur als „Regelwerk“, die sich in der Architektur in den 1960er Jahren unter dem Einfluss der Diskussion des Begriffs in der Linguistik und Sprachphilosophie etabliert hat, versteht Gerüst als ein rein gedankliches Konstrukt, als Gedankengerüst für den Bau und seine Teile. Die nicht materiell bestimmte Struktur ist als ein umfassendes Sinngefüge zu verstehen, das die logische (An-)Ordnung und das sinnvolle Zusammenwirken aller konstruktiven Elemente beschreibt. Der unsichtbare, geistig-konzeptionelle Charakter von Struktur, wie er schon bei den ersten beiden Bedeutungen als Skelett und Tragwerk angedeutet ist, hat sich hier also noch weiter verstärkt. In der Realität überlagern und verdichten sich die beschriebenen unterschiedlichen Bedeutungen von Struktur zuweilen zu einer komplexen Mehrdeutigkeit. Paradoxerweise lässt sich diese bei Bauwerken von herausragender struktureller Klarheit oft in einfachen Skizzen, Schemata oder Diagrammen sehr eindrücklich und verständlich kondensieren.

Norman Foster, Willis Faber & Dumas Building, Ipswich, England 1971 – 1975, Grundriss

Entwicklung der Struktur
Es wäre jedoch ein großes Missverständnis anzunehmen, eine im oben beschriebenen Sinne ordnende geistige Struktur für einen Entwurf oder Bau könne ohne Bezug zur Konstruktion entwickelt und von außen per Anwendung von allgemeinen Regeln verordnet werden. Vielmehr muss die innere Struktur jeweils aus den individuellen Vorgaben und Zielen der Aufgabe und des Ortes und der Untersuchung möglicher Lösungen stets aufs Neue entwickelt werden. Ein tragfähiges strukturelles Konzept wird nur dann entstehen, wenn in einem nichtlinearen iterativen Entwicklungsprozess sowohl funktionale Konzepte der Nützlichkeit, angemessene konstruktive technologische Möglichkeiten und die ästhetische Behandlung der Gestalt in Alternativen untersucht werden. Dabei sind neben Zweckmäßigkeit, Beständigkeit und Wirtschaftlichkeit in den allermeisten Fällen auch die berechtigten Interessen des Bauherrn und die nicht minder berechtigten öffentlichen Interessen der Gesellschaft zu berücksichtigen. Dies ist nur ein Grund dafür, warum die Architektur, im Unterschied zu allen anderen Künsten, so mühsam und langwierig ist. Damit wird deutlich, dass „Konstruieren“ einerseits weit mehr als nur ein auf Stabilität, Standfestigkeit und Dauerhaftigkeit ausgerichtetes, pragmatisches Umsetzen bedeutet, und dass der Konstruktion andererseits auch mehr als eine vorgefassten formalen und funktionalen Vorstellungen gehorsam dienende Aufgabe zukommt.

hartwig schneider architekten, Kreativwirtschaftszentrum C-Hub, Mannheim 2016, Foto: Christian Richters

Struktur und System
Mit dem Anspruch einer synergetischen Integration ihrer Teile ist es essentiell, unter Konstruktion alle eingesetzten Mittel am Bau, gleich ob sie tragend, umhüllend, raumbildend oder konditionierend wirken, als Konstruktion zu verstehen.
Vergegenwärtigt man sich die Komplexität, die Gebäude inzwischen aufgrund immer höherer technischer Anforderungen erreicht haben – beispielsweise sei auf die Folgen der thermischen Trennung der Gebäudehülle verwiesen –, so erklärt sich, dass es erforderlich ist, Konstruktion als ein „Gesamtsystem“ zu betrachten, dessen „Subsysteme“ Tragwerk, Hülle, Ausbau und Technische Ausrüstung in vielfältiger Wechselwirkung zueinander stehen und durch Struktur – als begründetem umfassenden Regelwerk – in einen sinnvollen Leistungszusammenhang gebracht werden müssen. Wenn Konstruktion in diesem Sinn, als umfassendes Gefüge aller Teile, Systeme und Technologien eines Bauwerks verstanden wird, dann wird deutlich, dass nicht mehr allein das Skelett oder Tragwerk eines Bauwerks, sondern weit stärker das integrale Zusammenwirken aller Subsysteme Einfluss auf die innere wie äußere Form und Gestalt des Baus hat. Und dass die durch eine ordnungsstiftende Struktur beförderte „Integration der Systeme“ zu einem sinnvollen Ganzen – eine Kernaufgabe der Architektur bei der Verwirklichung durch Konstruktion – mitnichten ein rein technischer Vorgang ist

Katsura-Villa, Kyoto, Japan, 17. Jahrhundert, Foto: Bigjap (via Wikimedia / CC BY-SA 3.0).

Drängende Fragen und dringende Aufgaben
Ziel architektonischer Überlegungen ist nicht die optimale, sondern eine angemessene Konstruktion. Diese zu entwickeln, ist eine anspruchsvolle technische und gestalterische Aufgabe, erst Recht dann, wenn wir zu der Einsicht gelangen, dass bequeme eingefahrene Wege und konventionelle tradierte Mittel bisherigen Bauens nicht mehr ausreichen, um den aktuellen großen Herausforderungen des Klimawandels mit der notwendigen Ehrlichkeit und Ernsthaftigkeit zu begegnen. Wir brauchen innerhalb der Gesellschaft einen Bewusstseinswandel, damit ein grundsätzliches Umsteuern in Richtung eines nachhaltig und konsequent ressourcenschonenden und emissionsarmen Bauens stattfindet. Dabei sollten wir darauf achten, dass nicht – wie schon oft – Werkzeug und Ziel der Architektur verwechselt werden. Die Bauwirtschaft muss digitalisiert werden, das Ziel ist jedoch nicht eine digitale, sondern eine deutlich klima- und ressourcenschonendere Bauproduktion von hoher architektonischer Qualität und damit auch ästhetischer Nachhaltigkeit.

hartwig schneider architekten, Gretel-Nusser-Kindergarten, Winnenden 1995, Foto: Christian Kandzia

Die nachfolgend aufgeführten Themenfelder beinhalten jeweils Fragestellungen von technologischer, struktureller und tektonischer Natur. Relevante Beiträge und Lösungen können nur in einem Wechselspiel zwischen Entwerfen und Konstruieren erarbeitet werden, bei dem sich konzeptionelle und konstruktive Kompetenz bedingen und die veränderten Anforderungen als neue, andere Entwurfskoordinaten und Katalysatoren architektonischen Entwerfens begriffen werden. Die Annäherung über die prinzipielle Struktur erlaubt es, unvoreingenommen und mit der erforderlichen Neugier und Offenheit vorzugehen, ohne die neue Aufgaben erfahrungsgemäß nicht bewältigt werden können.

Adaptivität sollte ein Nachhaltigkeitsfaktor werden. Wandelbarkeit, Anpassungs- und Aneignungsfähigkeit von Neu- und Umbauten über den gesamten Lebenszyklus würde die Gebrauchstüchtigkeit und Lebensdauer verlängern und damit den Verbrauch an Ressourcen und den Ausstoß an Kohlendioxid auf zweifache Weise, durch die Vermeidung von Abriss und Neubau, verringern. Dazu braucht es intelligente, robuste, universelle oder flexible Strukturkonzepte.

Ressourcenschonung bedeutet weniger Energie, weniger Emissionen, weniger Müll. Um das zu erreichen, muss sie konsequenter und unter Berücksichtigung des gesamten Primärmaterial- und Primär­energieaufwands betrachtet werden. Dazu braucht es Indikatoren für lebenszyklusweite Rohstoffaufwendungen und graue Energie, ganzheitliche Ansätze – und weniger Beton.

Umbau statt Abriss und Neubau ist die Hauptaufgabe. Ein wertschätzender und sorgsamer Umgang mit dem Bestand erfordert sorgfältige Erfassung, einfühlsame Auseinandersetzung und kreative Neuinterpretation der vorhandenen Konstruktion und Struktur mit dem Ziel, Eingriffe wie Ergänzungen minimal zu halten.

Recycling muss angesichts hoher Abbruch- und Bauschuttraten deutlich gesteigert werden. Die Wiederverwendung recycelter Bauteile, Elemente, Halbzeuge und Baustoffe erfordert ein Umdenken von Entwurfs- und Konstruktionsmethoden. Zugleich muss eine möglichst lange Gebrauchstauglichkeit von Gebäuden oberstes Ziel bleiben.

Bauen mit Holz, wo immer es auf dem Land wie auch in der Stadt sinnvoll ist, würde die Holzproduktion deutlich erhöhen. Eine daraus resultierende Aufforstung wäre ein effizienter und direkter Weg, im Bauwesen mehr Kohlenstoff zu binden, anstatt immer mehr freizusetzen. Langlebige, industriell gefertigte Holzbauten zu entwickeln, erfordert eine sorgfältige Beschäftigung mit der Konstruktion bereits im Entwurf.

Modulare Präfabrikation mit hoher Fertigungstiefe im kontrollierbaren Umfeld von Werkstatt und Fabrik ermöglicht eine ressourcenschonende Bauproduktion. Hierfür braucht es architektonische Konzepte, die das vorgefertigte Bauen von der Aura des weniger Wertigen und nicht Dauerhaften befreien und die aus der Fügung der Teile eine Gestalt- und Ausdruckskraft entwickeln, die die Akzeptanz und damit den Einsatz deutlich erhöhen.

Was wir in allen Bereichen des Bauens – und damit auch als architektonische Tugend – dringend benötigen, ist intelligente Einfachheit auf allen Ebenen, sowohl bei den Anforderungen, Programmen und Richtlinien, bei Gebäudeentwürfen und Konstruktionen, beim Bauen und beim Gebäudebetrieb: integrale Gebäudekonzepte, die schlau auf der Wechselwirkung von Raum, Konstruktion und minimaler Gebäudetechnik beruhen.

Strukturelle Architektur
Im amerikanisch-englischen Sprachgebrauch bedeutet structure Konstruktion, während construction den Vorgang des Zusammenbauens, den Bauvorgang beschreibt. Structural architecture, strukturelle Architektur, meint eine rationale, konstruktionsbewusste Baukunst, die das Potential der Konstruktion als raum- und gestaltbildendes Element auslotet und heranzieht, wo sich Architektur, Konstruktion und Ästhetik verschmelzen und die Konstruktion selbst zum zentralen Ausdrucksmittel wird.

Myron Goldsmith, McMath–Pierce Sonnenteleskop, Kitt Peak, Arizona, USA 1962, Foto: (via Wikimedia / CC BY-SA 3.0)

Myron Goldsmith, einer der bedeutendsten Architekten der „Chicago School of Architecture“ der dritten Generation, und ein für seinen strukturellen Humanismus hochgeschätzter Lehrer am Illinois Institute of Technology IIT, hat dazu 1980 formuliert: „Intelligent sind Lösungen, die bei geringem Aufwand ein Höchstmaß an Erfolg gewährleisten, wo der Aufwand in günstigem Verhältnis zu den eingesetzten Mitteln steht. Die Herausforderung besteht darin, eine spannende Architektur zu entwerfen, ohne dabei komplizierte und langwierige bauliche Anforderungen zu stellen, den geforderten Zweck mit dem Geringstmöglichen zu erreichen, auf möglichst direkte und wirksame Art.“(6) Aktueller könnte diese Haltung kaum sein. Wir sollten anfangen, danach zu handeln.

Prof. Dipl.-Ing. Hartwig Schneider (*1957) studierte von 1977 bis 1984 Architektur an der Universität Stuttgart und am Illinois Institute of Technology IIT in Chicago. Nach anschließender Mitarbeit bei Prof. Peter C. von Seidlein und Norman Foster gründete er 1989 ein eigenes Architekturbüro in Stuttgart. Von 1991 bis 1994 war er Lehrbeauftragter an der Universität Stuttgart, seit 1999 lehrt er als Universitätsprofessor an der RWTH Aachen am Lehrstuhl Baukonstruktion.

Anmerkungen
1 Vgl. Moro, Jose-Luis: Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail, Einführung, Springer 2009.
2 Vgl. Sekler, Eduard F.: Struktur, Konstruktion und Tektonik, in Kepes, Gyorgy (Hrsg.): Struktur in Kunst und Wissenschaft, Brüssel 1967.
3 Vgl. Frampton, Kenneth: Studies in Tectonic Culture. The Poetics of Construction in Nineteenth and Twentieth Century Architecture, Cambridge / Ma 1995.
4 Sekler (wie Anm. 2).
5 Roesler, Sascha / Stehrenberger, Katharina, Arbeitsblätter Architektur und Konstruktion, ETH Zürich Architektur.
6 Blaser, Werner (Hrsg.): Myron Gold­smith. Bauten und Konzepte, Basel / Bos­ton / Stuttgart 1987.

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