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1.2.1 Der architektonisch-konstruktive Entwurf
Bei jedem Entwurf befasst sich der Architekt mit den entwurfsrelevanten Faktoren Raum, Nutzung, Form und Umwelt. In Bezug auf diese Faktoren und deren Gewichtung, insbesondere der häufig vorausgesetzten Randbedingungen (Raumprogramm, Ort), entwickelt sich im Verlaufe des Entwurfsprozesses letztlich ein möglichst ausgewogenes, architektonisches Projekt.
Anfänglich handelt es sich dabei um ein abstrakt gedachtes, in Plänen und Modellen (1:100/200) dargestelltes, räumliches Gebilde. Der Architekt «übersetzt» ein gefordertes Nutzungsprogramm in Raumzusammenhänge, in eine architektonische Modellvorstellung, unter Berücksichtigung gestalterischer und (orts-)umweltbezogener Aspekte. Dieser ersten Raumdisposition liegen bereits Ordnungen zugrunde, welche die raumbildenden Elemente (Wände, Stützen, Decken) organisieren. Die etablierte Ordnung, das Verhältnis von primären (tragenden) und komplementären (trennenden) Bauteilen zur Bildung eines Baus wird als Baustruktur definiert. Sie enthält erste wichtige konstruktive Informationen: Primärsystem (Tragstruktur, Rohbau), Komplementärsystem (Ausbau). Das architektonisch-konstruktive Konzept ist in dieser Entwurfsphase weitgehend vorhanden.
1.2.2 Die Materialisierung der Gebäudehülle
Die Umsetzung des noch abstrakten Modells in die materielle Wirklichkeit wird durch die Entwurfsphase des Konstruierens eingeleitet. Konstruieren bedeutet auch Materialisieren, d.h., Konstruieren ist das Vorwegnehmen einer baubaren Realität. Materialvorstellungen zu haben heisst wiederum, konstruktive Zusammenhänge miteinzubeziehen. Material ist selten nur Oberfläche, sondern bedingt die Kenntnis der Fertigungsweisen und der Leistung. Materialien wirken nicht nur durch ihre Eigengesetzlichkeiten des Machens und der Leistung (Fähigkeiten wie Wärme zu speichern, Schall zu absorbieren, gegenüber Stoffen der Umgebung verträglich oder unverträglich zu sein, zu oxydieren, zu faulen …), ebenso wirken sie durch Sinneseindrücke wie Farbe, Textur …
Für den Entwurfsprozess hilfreich wirkt Material besonders über seine systembildenden und -beeinflussenden Eigenschaften. Beispielsweise ergibt Stahl Stabsysteme, neigt zu grossen Spannweiten, ist feuerempfindlich, ein sehr guter Wärmeleiter, ist schwingungsfreudig, und er rostet bei ungeschützter Anwendung. Beton neigt zu stäbigen und flächigen Systemen, er ist bei gegebener
Dimension in seiner Tragfähigkeit variabel, rissempfindlich, ein guter Wärmeleiter, bedingt eine Schalungshohlform, ist am Ort oder im Werk herstellbar.
Diese Überlegungen können sinngemäss auf weitere tragwerksbildende Materialien wie Holz und Mauerwerksteine übertragen werden. Wesentlich ist die Folgerung, dass die Materialwahl nicht beliebig ist!
Von der Baustruktur gehen gewisse Materialisierungstendenzen für das Tragsystem aus: Stabsysteme neigen dazu, in Stahl (feuersicher verkleidet), Holz, Beton oder in pfeilerförmigem Mauerwerk materialisiert zu werden. Flächige Systeme tendieren ebenfalls zu bestimmten Stoffen oder Stoffkombinationen. So bestehen Affinitäten gewisser Wandsysteme und Bauteile zu entsprechenden Baustrukturen. Beispielsweise neigt die Verwendung der Zweischalenmauerwerktechnik zur Baustruktur der Massiv- oder teilweise zur Schottenbauweise, die Vorhangwandtechnik (Curtain wall) zur Skelett- oder zur Schottenstruktur.
Der Vorgang des Materialisierens ist nicht an einem bestimmten Ort des Entwurfsprozesses angesiedelt. Vielmehr ist das Überdenken der Materialisierung im klassischen Entwurfsweg vom Nutzungsprogramm bis hin zum Bauprojekt immer wieder erforderlich.
Wie kommt man nun beim Entwerfen zu einer Vorstellung über die zu verwendenden Materialien?
«Auf dem Weg der inneren Einflüsse»
Beschreitet man das vorher angedeutete, oft auch als funktionalistisch bezeichnete Entwurfsverfahren, befindet man sich in der Regel schon eine gute Strecke im Entwurf drin, bevor das Bedürfnis nach Materialisierung akut wird. Räumliche Ordnung, Terrainbezug und Baustruktur sind im Werden; es ist höchste Zeit, dass Materialisierungsvorstellungen sich einstellen, falls der Entwurf nicht Cartonage bleiben soll. Dabei kann von den schon vorhandenen konkreten Ansätzen einer Baustruktur ausgegangen werden.
Gesetzt der Fall, ein Massivbau sei naheliegend (vgl. Bild 1.2.3), weil die vorwiegende Geschlossenheit nach aussen und die Trennung der Räume untereinander gegeben waren: Durch einheitliches Wandmaterial oder durch Differenzieren der Wandmaterialien (z.B. Innenwände – Aussenwände) lässt sich dieser Sachverhalt unterstreichen. Soll also die Materialwahl den architektonischen Ausdruck verstärken? Demgegnüber könnte es sein, dass beispielsweise die Materialwahl ausschliesslich durch ausführungstechnische, bauphysikalische oder ökonomische Erwägungen bestimmt wird.
Steht ein Schottenbau zur Diskussion (vgl. Bild 1.2.4), weil der tunnelartige, räumliche Aufbau dies nahelegt, lässt sich durch materielle Differenzierung der tragenden und nicht tragenden Wände (beispielsweise Mauerwerk – Gipsleichtbauwände), durch Darstellen der Tragrichtung der Decken (vielleicht Hourdisdecke) auf diesen grundlegenden räumlichen Sachverhalt reagieren. Oder ist die Raumwirkung durch die primäre offene – geschlossene Situation schon stark genug, sodass die Materialwahl der Wirksamkeit z.B. physiologischer Kriterien überlassen werden kann?
Der Skelettbau (vgl. Bild 1.2.5) erlaubt die Darstellung tragender und trennender Raumbildner, unter Zuhilfenahme von Materialien, welche Tragen und Nichttragen repräsentieren.
Soll überhaupt mit einem formal materiellen Ansatz gearbeitet werden, oder entsteht diese Baustruktur, weil eine hohe Änderungsrate, z.B. der Trennwandstellungen zu erwarten ist, also Kriterien der Handlichkeit und Lebensdauer, die Materialien bestimmen?
Massiv-, Schotten- und Skelettbau sind reine, eher theoretische Extremfälle (welche allerdings mit vielen typischen, architektonisch wertvollen Beispielen belegt werden können). In der Praxis entstehen allerdings mehrheitlich hybride Strukturen, sogenannte Mischbauten (vgl. Bild 1.2.6), welche partiell die entsprechenden Eigenschaften ihrer Grundtypen aufweisen.
Materialien müssen nicht, können aber eine Rolle spielen in der Klärung räumlicher und struktureller Beziehungen, besonders in grossen und komplexen räumlichen Zusammenhängen, z.B. als Orientierungshilfe durch die Rolle von Farbe und Textur auf Wänden, Stützen und Decken, zur Klarstellung von öffentlichen und privaten Bereichen oder von veränderlichen und unveränderlichen Bauteilen.
Erfolgt die Materialisierung aufgrund rein architektonischer Kriterien, wird eine korrekte technisch-baukonstruktive Lösung erschwert, oftmals verunmöglicht. Eine rein pragmatisch-technische Durchführung der Materialisierung führt meistens zu einem unbefriedigenden architektonischen Ausdruck.
Damit wird versucht zu illustrieren, dass ein wesentliches Einzugsgebiet für Materialisierungsvorstellungen im Programm (Nutzungsanforderungen) selber liegt; dann aber auch in frühen Ordnungsansätzen und Vorstellungen, welche während des Entwerfens entwickelt werden.
Nun könnte es scheinen, dass, auf dem Weg der inneren Wahrscheinlichkeit vorgehend, die Materialisierungsentscheide lange hinausgeschoben werden könnten. Tatsächlich kann es sich der Routinier erlauben, Fragen der Materialisierung oft erst zur Bearbeitung der Werkpläne aktiv werden zu lassen – wenigstens scheint dies von aussen betrachtet so. Gerade der Routinier aber zeichnet sich dadurch aus, dass er oft auf einem meist schmalen Pfad von materiellen Möglichkeiten operiert, den er sich durch die lange Erfahrung und das gewiefte Ausscheiden von Untauglichem erschlossen hat. Solange die Grenzen der Tauglichkeit nicht überschritten werden, ist ein sicheres und unbekümmertes Entwerfen zulässig, quasi ein Entwerfen in einer Bandbreite von vorabgeklärten, bewährten, miteinander technisch und formal verträglichen Standards. Man kann sagen, der Betreffende arbeitet mit einem konstruktiven Vokabular.
Wer aber auf Neuland operiert, wird mit Vorteil die Rolle der Materialien bei der Bildung räumlicher Ordnung frühzeitig klären, versuchsweise (provisorisch) schon bei der Entwicklung der Baustruktur, spätestens im 1:100-Entwurfsstadium. Dieses Vorgehen ist jedoch nur bei schon vorhandener Übersicht und Sicherheit in der Materie zu empfehlen. Diese Abklärung erfolgt am besten mit dem Werkzeug des Schichtenrisses (siehe 4.1.4 «Konstruktionsdetails»), wobei der Massstab dem gestellten Problem anzupassen ist (1:50 bis 1:1).
Über die inneren Einflüsse zu einer Vorstellung über die zu verwendenden Materialien zu kommen, heisst aber auch, dass von aussen her keine wesentlichen offensichtlichen Einflüsse für die Materialisierung einwirken. Oft sind aber Entscheidungsfelder ausgezeichnet dadurch, dass der Kontext des Bauwerks die Verwendung bestimmter Stoffe vordringlich macht oder andere gar verbietet. Dabei denke man etwa an kulturell oder geschichtlich geschlossene Situationen, wie sie im intakten Bauerndorf oder einer historisch eindeutigen Stadtrinde anzutreffen sind. Hier ist nicht mehr alles möglich: Steildach bedingt Steildach, Biberschwanzziegel verbieten neuen Faserzementschiefer, Verputz bedingt Verputz, Lochfassade bedingt Lochfassade. Oder: wie weitgehend sind nachbarliche Gegebenheiten eigentlich verbindlich?
Hier liegt eine weitere Art, zu einer Vorstellung über die Verwendung von Materialien zu kommen.
Auf dem Weg des «äusseren Einflusses»
Anschliessend an den vorher beschriebenen Materialisierungsansatz kann im Verlauf des Entwurfsvorganges auch ein Materialisierungsimpuls von der Umgebung ausgehen. Besonders was die Materialien der Gebäudehülle anbetrifft, sind Angleichungen naheliegend. Allerdings stellt sich sofort die Frage, ob eine minimale Beziehung zwischen Nachbarbauten genügt, die sich in der Verputztextur und Farbe oder vielleicht in gewissen formalen Oberflächlichkeiten erschöpft. Ob nicht, wenn schon Einflüsse der Umgebung zur Diskussion stehen, tiefgreifendere strukturelle Bezüge gefordert sind. Damit wird auch die Frage nach dem Zeitpunkt gestellt, in dem Umweltgegebenheiten in den Entwurfsprozess einfliessen sollen, und der Eindringtiefe, die man zulassen bzw. anstreben soll. Wir stehen zwischen den Extremen der völligen Beziehungslosigkeit und der völligen Angleichung zwischen Nachbarbauten.
Selbstverständlich können generell keine Rezepte abgegeben werden. Entscheide müssen von der spezifischen Sache her, im jeweiligen Fall, diskutiert werden. Doch soll kurz angedeutet werden, welche Beziehungsfaktoren überhaupt zur Diskussion stehen.
Beziehung der Oberfläche: Farbe, Textur, Kleinformen, die aus Sprossenteilung, Fugenteilung usw. hervorgehen.
Beziehung des Aufbaus: weitere primäre Formzusammenhänge, wie z.B. Rund-, Stich- oder Scheitrechter Bogen im Backsteinmauerwerk; die Fugentechniken des Betonbaus; Öffnungsgrössen und Art in Mauerwerken bzw. Fach-Grössen in Stabtragwerken; aber auch Homogenität oder Heterogenität der Materialisierung.
Beziehung der Form: die Dachform, Dach-Wand-Proportion, Dachgesimse; Flächigkeit, Voluminosität, Offenheit, Geschlossenheit der Aussenwand; Format (Grösse, stehend und liegend) der Wandöffnungen.
Über die Zweckmässigkeit der Übernahme von Merk-malen der umgebenden Bebauung entscheidet unter anderem die Beziehung, welche der Neubau mit den bestehenden Bauten eingehen wird: Werden sie zusammen gelesen? Sind sie von weit oder von nah überblickbar? Bilden sie eine Silhouette? Schliesst der Neubau eine Lücke in der bestehenden Bebauung? Usw.
Tritt Material auf dem Weg des äusseren Einflusses in den Entwurfsvorgang ein, ist es ratsam, diesem Sachverhalt die nötige Entwurfszeit einzuräumen, indem mit Material ein bestimmtes Formvokabular untrennbar verbunden ist. Material/Form jedoch hat enge Verwandtschaft zur Baustruktur und greift somit unversehens tief in das räumliche Gefüge eines Entwurfs ein. Man kann sagen, dass der Bau in solchen Fällen mit Vorteil vom Detail her entworfen wird. Aus den Randbedingungen der Details heraus entstehen Vorgaben wie: Spannweiten, Spannrichtungen, Öffnungssystem, Öffnungsgrösse usw., welche die Möglichkeiten räumlicher Organisation vorgeben bzw. einschränken.
Somit wird deutlich, dass der architektonische Ausdruck eines Gebäudes im Spannungsfeld von inneren und äusseren Gegebenheiten sich im Verlaufe eines (hier nicht näher beschriebenen) Entwurfsprozesses entwickelt. Das angemessene Abbilden dieser Einflüsse auf die Gebäudehülle wird durch den systematischen und sorgfältigen Einsatz eines konstruktiven Vokabulars erzeugt.
1.2.3 Das konstruktive Vokabular oder der Aktionsraum des Konstrukteurs
In den folgenden Kapiteln wird der eigentliche Aktionsraum des Konstrukteurs umschrieben, nämlich primär die konstruktive Bewältigung von Bauteilen und Bauteilübergängen. Wie vorgängig geschildert, ist die konstruktive, bautechnische Umsetzung des baustrukturellen Entwurfskonzepts die eigentliche Aufgabe des Konstrukteurs. Die Materialisierung der erforderlichen Bauteil-Schichten, die Schichtdicken und Schichtfolgen sind aufgrund der gestellten Anforderungen zu definieren.
Konstruktion als Teil des architektonisch-konstruktiven Entwurfs
Auch die Konstruktion hinterlässt, als Lösung bautechnischer Problemstellungen, ihre Spuren und sie hat Auswirkungen auf das Erscheinungsbild des Bauwerks. Materialisierung, Fugen, Vor- und Rücksprünge und Befestigungsarten sind mitunter auch formal in Erscheinung tretende Elemente. Beim Konstruieren entsteht architektonische Form, welche durch die Wahl von Material und Technik, durch die Ausbildung der An-, Ab- und Zusammenschlüsse bestimmt wird und zu einem technisch und formal gleichwertigen Resultat führen soll.
Detailsammlung oder Lösungsprinzip
Ein Katalog von Standarddetails ist sicherlich Grundlage so mancher Baukonstruktion. Standarddetails bieten allenfalls auch den Vorteil, dass sie erprobt sind, sich bewährt haben. Standarddetails basieren jedoch oft auf Systemen und Schichten zur Erstellung eines einzelnen Bauteils und sind teilweise nur ungenügend auf die Erfordernisse des Bauteilüberganges abgestimmt, die immer aus dem Gesichtspunkt mehrerer Bauteile zu sehen sind.
Ein Katalog von Standarddetails ist somit kein Ersatz für den Innovationsprozess, der aus einer Vielzahl möglicher Detaillösungen das Lösungsprinzip erkennen lässt, um es im Prozess des konstruktiven Entwerfens anzuwenden. Die Kenntnis der Lösungsprinzipien ist für das Konstruieren unabdingbare Voraussetzung, auch wenn die Konstruktion letztlich auf objektspezifisch angepassten Standarddetails beruht.
Detail-Problemtypen
Aus dem Gebäudeentwurf resultieren bestimmte Beziehungen zwischen den Bauteilen. Es ergeben sich immer wieder ähnliche Beziehungen, woraus eigentliche Problemtypen oder Details resultieren (vgl. Bild 1.2.7).
Schicht und Funktion
Aussenbauteile sind, zur Erreichung der gestellten Wärmeschutzanforderungen, meist mehrschichtig aufgebaut, wobei jeder Schicht eine oder mehrere spezifische Funktion(en) zugeordnet sind (Tragen, Dämmen, Schützen …).
Tragen:
Wandscheiben in Stahlbeton, Backstein, Kalksandstein u.Ä., Decken aus Stahlbeton oder mittels Elementen (Platten, Stege und Hourdis) aus Stahl- oder Leichtbeton, Stützen und Träger aus Stahlbeton, Stahl oder Holz.
Wärmedämmung:
Wärmedämmschichten aus unterschiedlichen Dämmstoffen (Matten oder Platten aus Mineralfasern und Kunststoffschäumen), evtl. wärmedämmende tragende Elemente.
Schalldämmung:
Wand- und Deckenscheiben mit entsprechend hohen Flächengewichten bzw. weichfedernden, trennenden Zwischenschichten (Luft- und Körperschalldämmung).
Luft- und Dampfdichtheit:
Dampfbremsen und Luftdichtheitsschichten, Dichtungen, luftdichte An- und Abschlüsse.
Brandschutz:
Nicht brennbare bzw. brandresistente Materialien, Bekleidungen und Beschichtungen.
Witterungsschutz/Feuchtigkeitsschutz:
Putze, Beschichtungen, Anstriche und Lacke, Bekleidungen und Hartbedachungen, Dichtungsbahnen.
Vordächer, Gesimse, Abdeckungen …
Trennen, Schützen, Nützen:
Trenn- und Schutzlagen, Schutzschichten, begehbare oder befahrbare Nutzschichten, Begrünungen.
Durch geschickte Anordnung der Schichten bzw. Wahl der Einzelbauteile sind einerseits die Anforderungen an dieselben zu erfüllen und andererseits wird dadurch der funktionstüchtige Bauteilübergang ermöglicht, erschwert oder gar verunmöglicht. Im Vordergrund des Konstruierens kann also nicht die Wahl von Einzelbauteilen, losgelöst vom Gebäudetypus stehen, sondern die in Abhängigkeit der zu lösenden Bauteilübergänge aufeinander abgestimmten Bauteile der Gebäudehülle.