Unikat aus Unikaten

Elefantenhaus, Zoo Zürich/CH

„Schildkrötenpanzer“, „Blätterdach“ – wenn Besucher das im Juni dieses Jahres eröffnete Elefantenhaus im Zürcher Zoo so bezeichnen, dann ist Markus Schietsch zufrieden. Diese Begriffe bestätigen ihn. Schietsch, der Landschaftsarchitekt Lorenz Eugster, dessen Büro gleich neben seinem liegt, und ihre Teams wollten nicht nur das Haus für die Elefanten, sondern auch deren ganzen Park „naturnah“ gestalten. Und Naturanalogien wie die beiden eingangs erwähnten Begriffe waren ganz in ihrem Sinne, als sie ihre ersten Entwürfe skizzierten – im Jahre 2008 unter 50 internationalen Teilnehmern des Wettbewerbs für eine neue Elefantenanlage. Schietsch, in Augsburg aufgewachsen und nach seinem Studium an der ETH Chef eines erfolgreichen Architekturbüros in Zürich, verweist auf ein Bild von Jan Brueghel dem Älteren: Genannt das „irdische Paradies“, versammelt es unter üppiger Vegetation und in friedlicher Eintracht Rinder, Ziegen, Hunde, Hirsche, Papageien, alle Arten von Hühnern, aber auch einen Löwen und einen Gepard. Sogar ein Elefant kommt gelaufen. Immergrüner Pflanzenbewuchs schafft Raum. Das war die Idee, zumal die Auslobung forderte, einen Kontrast zwischen Architektur und Landschaft, selbst die Sicht auf „europäische Konstruktionselemente“ zu vermeiden.

Das flach geduckte Dach im Blick, dem 39-jährigen Schietsch, der seinen Entwurf erklärt, zuhörend, kommt man ins Philosophieren. Ja, die Zoos dieser Welt haben auf die Kritik von Umweltschützern an den „Haftbedingungen der Tiere“ reagiert. „Habitat immersion“ heißt das Zauberwort: das Tier nicht zirkusmäßig als seltsames Exotikum zur Schau zu stellen, sondern es als Teil eines Ökosystems zu präsentieren. Freilich, je authentischer man das macht, je „ortsspezifischer“ die Gehege, desto exotischer wirken diese auf dem mischbewaldeten Züriberg in 600 m Höhe. Letztlich bleibt es doch Simulation und Inszenierung. Auch wenn der Zoo Zürich seinen neuen, 11 000 m² umfassenden Elefantenpark mit einer „Thai-Lodge“, einem Kiosk und weiteren Stationen eines Edu- und Infotainment-Programms garniert - All das war nicht in Verantwortung des Architekten. Darüber hinaus ist der Zoo mit dem thailändischen Kaeng Krachan Nationalpark eine Kooperation eingegangen und hat sich allgemein dem Schutze bedrohter Arten gewidmet .Während Schietsch über die Parametrisierung der Fassade erzählt, steht die Sonne am Himmel, nutzen Eltern und Erzieher mit tollenden Kindern den goldenen Oktober. Und dann sieht man diese geschuppt wirkende Dachschale, diesen Dachrand mit seinem sanften Schwung, diese zurückspringende Fassade, schaut auf zwei Elefanten, hört sie brüllen – und ist versöhnt. Auch und vor allem mit der Architektur.

Skizzenblock, 3-D Modell-Quadmesh, NURBS

Dieses Gebilde ist ein rechtes Glanzstück. Es versöhnt Natur und Landschaft mit avanciertester Bautechnik. Dach und Fassade forderten nicht nur iterative Prozesse, nicht nur eigens entwickelte Plugins und Scripts, die Zeichen − und Konstruktionsarbeit vereinfachten und automatisierten, sondern- und das vor allem − ein Zusammenspiel von Architekten und Tragwerksingenieuren, von Werk- und Ausführungsplanern. Und ein gemeinsames Verständnis von Architektur als Kulturleistung. Schietsch stellt klar, dass das Haus kein parametrischer Entwurf war. Es war der Zeichenblock, auf dem sich die ersten Formen des Gebäudes zeigten, nicht der Monitor. Und zwar nicht nur bei ihm und Landschaftsarchitekt Eugster, sondern auch bei Wolfram Kübler von den Tragwerksingenieuren Walt + Galmarini, die man, nachdem das Konzept in Grundsätzen stand, hinzuzog. Im Laufe der weiteren Planung kamen die Programmierer der Firma Kaulquappe dazu, um ein digitales 3D-Modell aus Polygonnetzen („Quadmesh“) und damit eine parametrisierbare Schnittstelle zwischen den in Rhino gerechneten NURBS-Flächen der Architekten und dem Finite-Elemente-Modell der Tragwerksplaner zu gestalten. Während sich die Statiker nach dem Vorbild Heinz Islers an der idealen Bogenform einer umgedrehten durchhängenden Kette orientierten, stauchten und hoben die Architekten ihr frei geformtes Dach – und hatten auch noch das Raumprogramm zu berücksichtigen: Innengehege für die Elefantenkühe mit ihrem Nachwuchs, Bögen für Eingänge, besagte Thailodge und Ausblicke sowie Stallungen, einen Pflege- und Trainingsbereich und einen eigenen für die Besucher nicht sichtbaren Bereich für die Elefantenbullen.

Waren im Wettbewerb noch fünf das Dach tragende Baumstützen vorgesehen, so ist das realisierte Dach, das eine Fläche von 6 000 m² und bis zu 85 m stützenfrei überspannt, eine Holzschale. Ihre doppelte Krümmung folgt den darunter liegenden Nutzungen, die am geschwungenen Dachrand Bögen bis zu 40 m Länge erforderten. Die Halle wird belichtet durch 271 in die Holzschale teilweise mit einer Kettensäge eingeschnittene Oberlichter, die mit Luftkissen aus ETFE-Folie samt integrierter Hagelschutzschicht eingedeckt sind. Statisch funktioniert die 54 cm dicke Primärkonstruktion als ein zu Strahlen aufgelöstes Schalentragwerk, bei dem ein betonierter, mit insgesamt 9 m bis 120 m langen Kabeln vorgespannter Ringbalken teilweise als Zugring dient. Der 270 m lange Ringbalken, dessen Bewehrung komplett als parametrisches Modell realisiert wurde, lastet zum einen auf vier lokalen Widerlagerbereichen, die in einzelne auskragende, mit Kerto-Platten verkleidete Wandscheiben aufgelöst sind. Die Lasten werden in den Tiefpunkten des Daches konzentriert und über Fundamente mit vorgespannten Litzenankern in den Fels eingeleitet. Zum anderen dient die runde Außenwand des Stallungs- und Bullenbereichs als lineares Auflager. Die hölzerne Dachschale ist ein Unikat, ein Prototyp, deshalb ließen Architekten und Ingenieure den Querschnitt untersuchen. Bei einer Schale verlaufen die Kräfte je nach Belastung in verschiedene Richtungen. Holz kann dagegen in der Längsrichtung der Fasern sehr gut Zug- und Druckkräfte aufnehmen; orthogonal dazu aber nur einen Bruchteil davon. Mit einem Verbund aus drei Lagen jeweils 8 cm dicker Brettsperrholzplatten, die jeweils um 60 Grad zueinander gedreht und anschließend, um sprödes Bruchverhalten auszuschließen, vernagelt wurden (100 Nägel pro m²), konnten die Eigenschaften über die ganze Schale homogenisiert werden. Von jedem Widerlagerbereich aus verläuft eine Lage Platten in ihrer starken Faserrichtung. Zusätzlich wird die Schale mit 240 mm dicken Rippen aus gebogenen Holzbalken vor allem gegen asymmetrische Lastfälle wie Wind und Schnee verstärkt. Die erforderliche Biegesteifigkeit erfolgt über einen idealisierten Fachwerkträger: Die 57 mm dicke Kerto-Platte des Primärträgers wirkt als Obergurt, die Schale als Untergurt und schlanke Vollgewindeschrauben, die mit der untersten Schichtplatte kreuzweise im 45 Grad-Winkel verbunden sind, als Diagonale. Die 39 cm hohe Sekun­därkonstruktion über der Primärkonstruktion setzt sich aus 19 cm Mineraldämmung und der Installationsebene mit 18 cm lichter Höhe zusammen. Die Wartungsebene darüber ist 60 cm hoch aufgeständert und wird nach oben von mittlerweile schon leicht ausgebleichten Furnierschichtholzplatten begrenzt.

Kam die Parametrik vor allem bei der Berechnung der Dachgeometrie zum Einsatz – etwa bei der Bestimmung der Trägerachsen und ihrer Kreuzungspunkte −, so spielte sie ihre Vorteile bei der Planung der Fassade und bei der Fertigung erst richtig aus. So wurden beispielsweise aus den gekrümmten Trägern 2D-Abwicklungen generiert, so dass einerseits diese aus Standardware gefertigt werden konnten und gleichzei­­tig der Verschnitt optimiert wurde. Die errechneten Trägerzuschnitte wurden so übersetzt, dass sie von der Software der Abbundmaschine direkt
weiterverarbeitet werden konnten. Auch das Spantengerüst, über dem die erste Dachschicht gebogen wurde, wurde parametrisch berechnet.

Schließlich die Fassade:

Eine gängige, direkt an den Dachrand anschließende Pfosten-Riegel-Fassade hätte dem Dach einiges an Wirkung genommen. Weitaus aufwendiger, aber ungleich groß­zügiger war die zurückgesetzte Lamellenfassade mit ins Fundament eingespannten Brettschichtholz-Pfosten sowie Zweifach-Isolier-Vertikal- und Überkopf-Gläsern, für die sich Schietsch entschied. Gelenke und vom Ringbalken abgehängte, schräge Auslegerbalken sorgen dafür, dass sich ein statisch bestimmtes, aber zwängungsfreies System ergibt. Im parametrisierten 3D-CAD-Modell berechneten die Architekten die Übergänge zwischen den tragenden Auflagern und den nicht-tragenden Pfosten unter den Bögen. Fast jedes Holz- und Stahlbauteil an der Fassade ist ein Unikat, einmal mehr trug die Parametrisierung zu reibungslosem Export der Daten von Architekt zu Tragwerksplaner und zur Fassadenbaufirma bei und vereinfachte die Konstruier- und die Überprüfungsarbeit. So war insgesamt Brueghel und die Parametrik nötig, um das Zürcher Elefantenhaus so zu bauen, wie es nun dasteht. Freilich, wenn man an die Frage „Technology is the answer. But what is the question?“ denkt −eine Frage, mit der Cedric Price vor 50 Jahren eine Vorlesung überschrieb −, so stehen die Planer, die Architekten und Ingenieure, im Fokus – die die Inspiration verarbeiten und die Computer füttern. Enrico Santifaller, Frankfurt a. M.