Vom Fachwerk zur ­Raumspirale

experimenta, Heilbronn

Wie lässt sich das „Experimentieren“ in gebaute Architektur übersetzen? Dieser Frage haben sich die Planer von Sauerbruch Hutton und schlaich bergermann partner bei der Erweiterung des Experimenta Science Centers in Heilbronn stellen müssen. Ihre Antwort führte zu einem komplexen Bauwerk, mit dem die Planer zeigen, dass Wissenschaft auch damit zu tun hat, als gegeben geglaubte Regeln immer wieder aufs Neue zu hinterfragen.

Seit einigen Jahren erfährt Heilbronn so etwas wie eine Runderneuerung, die sich vor allem im Städtebau und in der Architektur ausdrückt. Wichtige Triebfeder in diesem Prozess ist die Bundesgartenschau 2019, die hier als erste BUGA zusätzlich eine Stadtausstellung beinhaltet. Auf einer inner­städtischen Industriebrache entsteht dabei ein neues Quartier. Quasi zeitgleich zu den BUGA-Vorbereitungen entwickelte sich der Plan, ein altes Lagergebäude aus den 1930er-Jahren zum „Science Center“ für Jung und Alt umzubauen, der sogenannten „experimenta“. In dem massiven Gebäude wurden einst Ölfrüchte für die Produktion von Ölen, Fetten und Futtermittel gelagert, weshalb noch im dritten Geschoss der Boden mit bis zu 3 t/m² belastet werden kann. Der Wettbewerb zum Umbau wurde im Jahr 2006 von dem Berliner Architekturbüro studioinges gewonnen und umgesetzt.

Erweiterung der experimenta

Der Erfolg des Projekts brachte die Stadt Heilbronn im Jahr 2013 schließlich auf die Idee, die experimenta deutlich zu erweitern. Den dazugehörigen Architekturwettbewerb im selben Jahr konnte das Berliner Büro Sauerbruch Hutton für sich entscheiden. Zusammen mit den Tragwerksplanern von schlaich bergermann partner aus Stuttgart entwickelten sie ein Bauwerk, das vor allem durch seine komplexe Gebäudegeometrie ins Auge fällt. Sie ergibt sich aus der gestalterischen Grundidee einer Raumspirale, die sich als choreografierter Weg von unten nach oben durch das gesamte Gebäude windet, dabei mal Weg, mal Raum ist und gezielte Blicke in die umgebende Stadtlandschaft inszeniert. Entlang dieser Spirale sind auf vier fünfeckigen Ebenen „Themenwelten“ und „Kreativstudios“ aufgebaut, in denen Naturwissenschaft und Technik vermittelt und angewendet werden können. Die fünfte Ebene beherbergt ein Experimentaltheater und eine Sternwarte. Im Untergeschoss, neben dem Hauptbaukörper, befindet sich ein 360°-Kuppelkino.

Konstruktive Grundidee

In der Wettbewerbsphase war die Raumspirale in der Fassade noch durch V-förmig angeordnete Stützen geprägt. Mit Beginn der Tragwerksplanung stellte sich jedoch heraus, dass die Gesamtkonstruktion im Grunde anders gedacht werden musste. Die neue Idee: Hinter allen geschlossenen Fassaden befindet sich nun ein Strebenfachwerk mit V-förmig angeordneten Streben, die durch ihre Höhe von 5 m sehr biegearm sind und sich deswegen besonders zur Aussteifung der komplizierten Gebäudegeometrie eignen. Als Gegenstück zu dieser Struktur sind die Bereiche der Raumspirale mit einer schlanken Glasfassade versehen. Das konstruktiv Besondere dabei: Die Geschosse entlang der Spirale sind an den Fachwerkträgern darüber wo nötig abgehängt, was die Transparenz der Fassade maximiert.

Wirtschaftliche Planung und Ausführung

Die Kombination aus tragenden und abgehängten Gebäudeteilen sowie die Komplexität führten schließlich zu einer Ausführungsplanung als Baukastenprinzip, in der Gurte, Stützen, Diagonalen und Träger vor Ort mit Bolzen und Schrauben zwängungsfrei, zügig und dadurch terminsicher verbunden werden konnten. Den Planern war es wichtig, auf der Baustelle so wenig wie möglich schweißen zu müssen, da durch eventuelle Verformungen immer auch größere Toleranzen vorgehalten werden müssen. Die Fügetechnik wurde in der Planung möglichst vereinfacht, sodass lediglich rund 30 Leitdetail-Gruppen entwickelt werden mussten, bei einer Genauigkeit von deutlich unter 20 mm. Wichtige Impulse bei der Planung waren also die Termineinhaltung durch Kalkulierbarkeit und die Wirtschaftlichkeit durch Einfachheit. Bei der Bemessung des Tragwerks haben sich die Planer vor allem an der maximalen Verformung bzw. der Steifigkeit orientiert. Besonders die Glasfassade der Raumspirale verträgt nur wenig Spielraum, auch die Sternwarte im Dachgeschoss mit den empfindlichen Instrumenten muss sehr exakt und zudem vibrationsarm gelagert sein. Die gesamte Planung erfolgte in einem 3D-Modell, das sich parametrisch modellieren, berechnen, materialisieren, optimieren und schließlich in eine BIM-Planung integrieren ließ.

Ein Stahlverbundbau als Leichtbau

Entscheidend für die finale Ausgestaltung des Strebenfachwerks war ein möglichst gleichmäßiger Rhythmus der Fachwerkstreben wie auch die Positionierung, sodass sich im Gesamtsystem möglichst viele Schnittstellen ergeben, an denen sich die einzelnen Geschosse im Grundriss verschneiden und somit die Lasten hier ohne Umwege durch das Gebäude geführt werden können. Die durchlaufenden Stützen an den Schnittpunkten reichen über mindestens zwei bis drei Stockwerke, nur an wenigen Stellen müssen die Lasten umgeleitet werden. Die Decken im Gebäude bestehen aus Stahlbeton, getragen wiederum von Stahlträgern, die aus Brandschutzgründen mit Kammerbeton ausgefüllt sind. Ein zentraler Stahlbetonkern mit den Fahrstühlen, Fluchttreppen und Nebenräumen dient der zusätzlichen Aussteifung. Das wegen des Alt-Neckars in unmittelbarer Nachbarschaft komplett im Grundwasser stehende Untergeschoss, ausgebildet als absolut dichte „gelbe Wanne“, musste zuvor mit fast 300 Ankern gegen Auftrieb gesichert werden – denn aus Sicht des Tragwerkplaners ist der Stahlverbundbau ein Leichtbau.

Tragwerk und Architektur verbinden

Sauerbruch Hutton und schlaich bergermann partner ist mit dem Neubau für die experimenta in Heilbronn ein Bauwerk gelungen, dessen Gebäudekubatur erahnen lässt, welche komplexe Tragwerkstruktur nötig ist, um eine solche Geometrie zu erzeugen. Besonders raffiniert ist dabei die Kombination aus tragenden Strebenfachwerkträgern und abgehängten Bereichen, die allesamt der Logik der Raumspirale folgen. Ein wichtiger Teil ist die Konstruktion, die sich auf der Fassade fein, aber deutlich abzeichnet. „Das Tragwerk ist komplett verschmolzen mit der Architektur“, sagt Michael Werwigk, Projektleiter bei sbp und verantwortlich für das experimenta-Gebäude. Mehr noch: Architektur und Tragwerk spielen auf Augenhöhe.⇥Thomas Geuder, Stuttgart

Baudaten

Objekt: Experimenta

Standort: Heilbronn

Typologie: Science Centre

Bauherr: Schwarz Real Estate vertreten durch Drees & Sommer

Architekt: Sauerbruch Hutton, Berlin, www.sauerbruchhutton.de

Project Manager: Andrew Kiel, Peter Apel

Mitarbeiter: Jürgen Bartenschlag, Marc Broquetas Maduell, Stefan Fuhlrott, Falco Herrmann, Viviane Hülsmeier, Axel Ibarroule, Rémi Jalade, Nils Lindhorst, Patrick Mc Hugh, Felix Partzsch, Jimi Pazos Estevez, Tanja Reiche-Hoppe, Amalia Sanchez, Christian Seidel, Marina Stoynova, Markus Weber, Waldemar Wilwer

General Construction Management: Drees & Sommer GmbH, Stuttgart, www.dreso.com

Bauzeit: Mai 2015 – März 2019

 

Fachplaner                                  

Tragwerksplaner: sbp schlaich bergermann partner GmbH, Berlin, ww.sbp.de

TGA-Planer/Bauphysik+Energieplaner/Fassadenberatung: Drees & Sommer Advanced Building Technologies GmbH, Stuttgart, www.dreso.com

Landschaftsarchitekt: Hager Partner AG, Zürich/Berlin, www.hager-ag.ch

Brandschutzplaner: hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH, Berlin, https://www.hhpberlin.de

 

Projektdaten                                

Grundstücksgröße: 10.847 m²

Grundflächenzahl: 0,22

Geschossflächenzahl: 1,11

Nutzfläche gesamt 9.145 m²

Brutto-Grundfläche: 17.724 m²

Brutto-Rauminhalt: 109.853 m³

 

Hersteller:

Fassade: Rupert App GmbH & Co.

Stahl- und Metallbau, Werk 2

Unterzeiler Weg 3, 88299 Leutkirch

Lamellendecke: HAUFE Deckensysteme GmbH, www.haufe-deckensysteme.de

Fassade: OCTATUBE DEUTSCHLAND BV

Stahlbau: spannverbund GmbH

„Bei Tag ist dem skulpturalen Gebäude lediglich die geometrische Komplexität anzusehen. Wenn es aber dunkel wird, scheinen die Fachwerke durch die transparenten Fassadenelemente und die hochkomplexe Struktur lässt sich erahnen. Die hervorragende Zusammenarbeit von Ingenieur und Architekt wird bei solchen Projekten direkt ablesbar.“ DBZ Heftpate Knut Stockhusen, sbp , Stuttgart

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