Komplexe Feldforschung

ESO Supernova, Garching

Das Highlight des James Bond-Abenteuers in „Ein Quantum Trost“ ist nicht nur kinobegeisterten Architekten in Erinnerung: Eine eindrucksvolle Explosion zerstörte die von Auer Weber in der chilenischen Atacama-Wüste gebaute Residenz der Europäischen Südsternwarte ESO. Gottseidank war dies nur Fiktion und die Forscher der ESO können weiterhin ihrer Arbeit am Very Large Telescope, einem der größten Teleskope der Welt, nachgehen. Der interessierte Hobby-astronom wird zukünftig etwas von den Ergebnissen live verfolgen können – im neuen ESO Supernova Planetarium & Besucherzentrum in Garching bei München.

Moderne Teleskope ermöglichen es, Objekte in weit entfernten Regionen des Universums zu studieren und grundlegende Fragen wie die nach der Existenz von Leben auf anderen Planeten zu beantworten. Von der Nordhalbkugel der Erde aus sind das Zentrum der Milchstraße – der Galaxie, in dem sich unser Planet Erde befindet – und die benachbarten Magellanschen Wolken nicht vollständig zu sehen. Deshalb wurde 1962 die Europäische Südsternwarte ESO gegründet. Sie bietet an inzwischen drei Standorten in der Atacama-Wüste in Chile mit der Entwicklung und Bereitstellung moderner leistungsfähiger Forschungseinrichtungen optimale wissenschaftliche Bedingungen für Astronomen und Astrophysiker. Der Vorteil des Standorts liegt auf der Hand: Die klimatische Lage im Regenschatten der Anden, fern von urbanen Zentren, bedeutet so gut wie keine Wolkenbildung, Luftverwirbelung und Lichtverschmutzung, dafür 300 klare Nächte im Jahr für die Beobachtung der interessanten Objekte des Südhimmels.

Die Faszination für neue Welten in unfassbaren Entfernungen ist groß. Um die aus der aktuellen Forschung resultierenden Erkenntnisse einem breiten Publikum verfügbar zu machen, entstand die Idee zum Bau des Planetarium & Besucherzentrums als Koopera-tion der Europäischen Südsternwarte ESO mit dem Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS). Die Klaus Tschira Stiftung (KTS), die Naturwissenschaften, Mathematik und Informatik fördert, ermöglichte den Bau der Einrichtung. Mit der Architektur wurde das Büro Bernhardt + Partner beauftragt, das auch das Haus der Astro­nomie und  das EMBL International Centre for Advanced Training in Heidelberg entwickeln konnte. Den Bauherren unterstützte Schuhmann Projektsteuerung aus Darmstadt.

Die Entstehung einer Supernova

Bei der Gestaltung des Neubaus für die ESO bezog man sich auf einen Grundbegriff der Astronomie: den der Supernova. Dieses Phänomen entsteht, wenn in einem gewöhnlichen, engen Doppelsternsystem Masse von einem auf einen anderen Stern übertragen wird und ein Stern in einer extrem hell aufleuchtenden Explosion verschwindet. Das Gebäude der ESO Supernova spielt mit dieser Analogie. Wie zwei Sterne im Masseaustausch ziehen sich die Gebäudeteile an und halten sich dennoch auf Abstand. Dies zeigt sich auch in der zweisinnig gekrümmten Fassade, in deren Ausstülpungen bzw. Splittern sich die Öffnungen befinden. Im Inneren des Gebäudes setzt sich die Anziehungskraft der Gegensätze fort. Der helle, tageslichtdurchflutete Luftkern mit einer Glaskuppel als Sternendach steht im Kontrast zum „dunklen“ Kern mit einem modernen digitalen Planetarium. Es wird eines von zehn digitalen Fulldome-Planetarien im deutschsprachigen Raum sein, mit der größten geneigten 360-Grad-Planeta­riumskuppel Deutschlands (14 m Durchmesser) und undirektionaler Blickrichtung für 109 Besucher. In der Nacht dreht sich die Wirkung um. Die notwendigen Anforderungen an das Tragwerk der Glaskuppel wurden auf das Sternbild der südlichen Hemisphäre abgestimmt und kleine Lichtspots in den Knotenpunkten und LED-Streifen in der Konstruktion bilden die Sternbilder der Südhalbkugel ab.

Das Innenleben des Universums

Die eigentliche Ausstellung entwickelt sich in Form einer Acht entlang einer 255 m langen Rampenanlage vom Erdgeschoss bis ins zweite Obergeschoss. Aufweitungen und Verengungen der Ausstellungsfläche zonieren die 13 Themenbereiche und erzeugen eine dynamische Raumwirkung. Von der Entstehung von Sternen und Planeten sowie zur Faszination „Schwarzes Loch“, bis hin zu außerirdischem Leben und der Zukunft der Astronomie wird der Besucher interaktiv und analog über echte astronomische Artefakte durch den Raum navigiert. Die Architektur ist wie selbstverständlich Teil dieser Szenografie. Komplettiert wird das Besucherzentrum durch einen Seminarbereich im dritten Obergeschoss, dessen zwei Seminarräume zu einem großen Raum zusammengeschlossen
werden können. Die über das Dach hinaus hochgezogene Fassade ermöglicht eine uneinsehbare Dachterrasse ohne störende Absturzsicherung. Der Bereich am rückwärtigen Teil des Gebäudes wird als öffentlich nutzbare Freifläche gestaltet. Die notwendige Technik für die Ausstellung und das Planetarium sowie temporäre und feste Arbeitsplätze für die Mitarbeiter des Besucherzentrums sind im Untergeschoss untergebracht.

Krümmung, Neigung und Knicke

Da es im Gebäude fast keinen rechten Winkel gibt und kein Bauteil dem anderen in Form oder Größe gleicht, wurde die komplette Planung im digitalen Gebäudemodell entwickelt und im Planungsteam kommuniziert. Die zwei Kerne, die sich aus einer Innen- und Außenschale zusammensetzen, sind durch das Rampensystem und zum Teil brückenartige Geschossdecken miteinander verbunden. Die tragenden Bauteile, die zugleich den Raumabschluss bilden, wurden in Stahlbeton errichtet. Die Herausforderung lag in der Kubatur der gleichzeitig geneigten und gekrümmten Wände. Das Volumen mit zum Teil freistehenden Elementen wurde in acht Schalen aufgeteilt, die wiederum in jeweils fünf Segmente unterteilt sind. Diese sind horizontal zwar radial gebogen, aber vertikal in der Schrägstellung in sich gerade. Anstelle einer regulären Baustelleneinrichtung mit Tausenden individuellen Sonderteilen wurde aus der Not eine Tugend gemacht und ein intelligentes System aus vorgefertigten Schalungselementen und kluger Logistik eingesetzt. Zudem wurden in den Betonschalen Sensoren verbaut, die das Abbindeverhalten aufzeichnen. Somit konnte die Ausschalzeit beim Erreichen von 70 % Endfestigkeit trotz komplexer Geometrie und der Einhaltung der Arbeitssicherheit auf bis zu 51 Stunden verkürzt werden. Um sich im wahrsten Sinne des Wortes am Bau nicht selbst im Weg zu stehen, wurden gegenüberliegende Bauteile parallel erstellt. Sie wurden außerdem mit­einander verspannt, um die massenaus­gleichende Tragwirkung des Systems auszunutzen. Der Transport der Schalelemente erfolgte im LKW-Pendelverkehr zwischen der Baustelle und der Sonderschalungsmanufaktur im
40 km entfernten Maisach. Durch eine präzise abgestimmte Baulogistik gab es auch keine Leerfahrten.

Zweite Hülle

Die Komplexität der Geometrie setzt sich auch im Ausbau fort. Die extrem gute Qualität des Rohbaus trug maßgeblich dazu bei, das gewünschte Erscheinungsbild der Architektur mit der exakten Ablesbarkeit der Neigungen, Krümmungen und Knicke der Außenschalen umsetzbar zu machen. Die Entscheidung für die fast komplette Beplankung der sichtbaren Innenflächen der Schalen fiel zum einen aus der Notwendigkeit, Installationsführungen für Elektro und Lüftung zu integrieren, wie auch aus dem Wunsch nach Homogenität in der Oberfläche. Das ausführende Unternehmen Apleona R&M Ausbau München GmbH konnte bereits beim Bau des Hauses der Astronomie viele Erfahrungen mit komplexen Bauformen sammeln. Trotzdem stellte der Neubau der ESO Supernova die Planer und Monteure vor Herausforderungen. Denn die Geometrie erforderte eine ganz andere Art des Arbeitens. Dank des digitalen 3D-Gebäudemodells konnte die Ansicht der Decken mit dem aktuellen Stand auf der Baustelle überprüft und ein Verständnis für die Versprünge und Verläufe von Schrägen entwickelt werden: eine große Hilfe für die Vorstellungskraft der Situation vor Ort. Auch für die Arbeitsvorbereitung war das 3D-Modell wichtig. Der klassische 2D-Plan war allein durch die wechselnden Verschränkungen und Neigungen obsolet.

Anstatt mit Systemen zu arbeiten, mussten sowohl Konstruktion als auch Montage­abläufe neu gedacht werden, was nur funk­tioniert, wenn das Gespür für die Bausubstanz und die Fähigkeiten der Monteure passt. Ebenso wie das Tragwerk ist auch das Brandschutzkonzept am Maximum des Machbaren. 2 200 m2 Ausstellungsfläche auf vier Ebenen in einem Raumverbund bedeuten erhöhte An­-
forderungen an Oberflächen und Dämmung. So dürfen nur Materialien der Baustoffklasse A verbaut werden. Anstelle der leicht biegbaren, anpassbaren Kunststoffprofile konnten nur Metallkantenschutzsysteme verwendet werden. Harmonische Krümmungen sind da nicht vorgesehen, was erhöhte Aufmerksamkeit bei der Durchführung erfordert, um die Radien sauber auszuführen. Neben den Anforderungen an die Akustik mussten die Untersichten als rauchoffene Decken inklusive Sprinklertechnik ausgeführt werden, weshalb man sich anstelle eines geschlossenen Systems für eine Lamellenkonstruktion entschied. Das Ineinandergreifen der verschiedenen Gewerke erforderte eine herausragende kollegiale Zusammenarbeit der verschiedenen Firmen. Da alle Raumteile nahtlos ineinanderfließen und jede Rampe zugleich auch ein Transportweg war, mussten sich alle Gewerke perfekt absprechen, um Baufreiheit für die Folgegewerke zu schaffen. So wurde die Montage des Trockenbaus nach Zugänglichkeit der Flächen organisiert – teils schrittweise in horizontalen Teilstücken, teils in kompletten raumhohe Flächen, wie in den Lufträumen mit Fahrgerüst. Eine eng getaktete Materiallieferung alle drei Tage sorgte für das notwendige Arbeitsmaterial auf begrenztem Raum, so dass zu Kernzeiten 25 bis 30 Monteure vor Ort im Einsatz sein konnten.

Der Form folgend

Für den Trockenbau gab es zwei grundsätzliche Anforderungen: Die vorgehängten Wandflächen folgen der Formgebung der Außenschale, während im Bereich der Rampen- und Deckenränder der Trockenbau den Vorleistungen des Schlossers folgt, der die Unterkonstruktion installierte. Eine Wasserwaage und der Laser zum Anzeichnen von Linien kamen auf der Baustelle kaum zum Einsatz, zu vielfältig sind die ansteigenden Fugen in den Krümmungen – unabhängig von der Rampenneigung. Die Unterkonstruktion der Wandschalenbekleidun­­gen
folgt parallel zur Mantelfläche in einem Abstand von 10 cm. Um den Geometrieschluss mit den Fassadenelementen exakt auszuführen und dabei noch die durchgehende Schattenfuge von 10 mm einzuhalten, musste präzise gearbeitet werden. Toleran­zen wurden frühzeitig in der Rundung ausgeglichen. Ebenso mussten die Monteure den Verlauf der Knickstellen im Auge behalten. Diese verlaufen weder horizontal, noch haben sie den gleichen Radius, was ein hohes Maß an Können und Augenmaß erfordert, um genau auf der Fassade auszulaufen. Durch die ausgeklügelte Konstruktion der vorgehängten Vorsatzschale können die Elemente vertikal getrennt werden. Die bündig gestoßene Fuge im horizontalen Knick fängt den Schwund durch Trocknung der Materialrestfeuchte und Bauteilsetzungen auf einer Fläche von bis zu 15 m Ausdehnung auf, denn nachträgliche Schönheitskorrekturen, etwa von Rissen, sind bei der geforderten Qualität der Oberflächenbeschaffenheit und Farbigkeit nicht möglich.

Die Form gebend

Im Bereich der Rampenränder zu den verschiedenen Lufträumen folgt der Trockenbau ebenfalls der Geometrie von Rohbau und Schlosserkonstruktion und wird zugleich formgebend eingesetzt. Der gekrümmte und im Querschnitt trapezförmig geknickte Deckenrandkoffer ist einerseits Abschluss der oberen Glasbrüstung inklusive Schattenfuge und bildet andererseits an der Unterseite den Anschluss an die Lamellendecke. Durch die unterschiedlichen Krümmungen, Steigungen und den Höhenverlauf innerhalb des Gebäudes konnten keine Formteile oder baugleiche Elemente zum Einsatz kommen. Eigens entwickelte Metallspanten wurden im Abstand von 30 cm in der Betonkonstruktion befestigt. Es wurden verschiedene Typen für die Gegebenheiten vor Ort vorgerichtet, was einen Mehraufwand an Vorfertigung bedeutete, aber dann bei der Beplankung durch die simple Formgebung und geringe Fehlerquote eine große Zeitersparnis zur Folge hatte. Je nach Position im Gebäude verläuft die Lamellendecke senkrecht zu den Wandschalen oder folgt der Krümmung abgewinkelt als Vermittler zwischen den Knick­linien der Innen- und Außenschale. Die Lamellen docken am Kern an und unterscheiden sich je nach Aufweitung des Grundrisses und der Radien in der Lamellenlänge und der Dichte der Lamellen. Höhenversprünge können so ebenso ausgeglichen werden wie anfallende Steigun­­gen und Verzahnungen im Bereich der Kerne. Um die notwendige Technik zu integrieren, musste die mit einer Vorbiegung versehene Unterkonstruktion unverschiebbar sein, aber zugleich maximal filigran. Das erforderte ein exaktes Einmessen der Lamellen mit Toleran­zen im Millimeterbereich, so dass im Verlauf gesehen wieder eine fluchtende Linie sichtbar ist. Im Gegensatz zur Ausstellungsfläche konnten die Trockenbauarbeiten im Seminarbereich und den Arbeitsplätzen unkomplizierter ausgeführt werden. Auch hier findet sich die Schattenfuge von 10 mm zwischen der Sichtbetonfläche und der Akustikdecke mit Lochung. Lediglich die Beplankung des ansteigenden Fensterbandes erforderte erhöhte Aufmerksamkeit – eine „Fingerübung“ nach der Montage von ca. 3 500 m2 Wandverkleidung, 700 m2 Deckenrandabkofferungen und 2 200 m2 Lamellendecke...

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