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 © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier © Charpente Concept, Gaëtan le Penhuel Architectes / Sergio Grazia / Laurent Massu-Poulingue / VS-A, Metsä Wood / Sergio Grazia / Bénédicte Moussier

Geschwungene Klammer für den Sport

25.07.2018

Das französische Clamart bei Paris erhielt auf dem Campus Trivaux-Garenne einen Sportpark der besonderen Art. In Erscheinung tritt vor allem ein langgestrecktes Dach mit sanft abgerundeten Hebungen und Senkungen. Mit dem Bauwerk wollte man vor allem zwei in hohem Maße gegensätzliche Stadtviertel verbinden: ein Wohngebiet mit Einfamilienhäusern und einen Bezirk aus bis zu zwölfgeschoßigen Hochhäusern mit Sozialwohnungen.

Die neue Sportanlage sollte die bereits bestehenden Gebäude auf dem Campusareal, zwei Vor- und zwei Grundschulen, ergänzen, aber gleichzeitig eine eigene Formensprache zur optischen Aufwertung des gesamten Viertels erhalten. Sie ist Teil eines groß angelegten städtischen Entwicklungsprojekts, das dem Campus aus den 1960er-Jahren wieder zu einer hohen Aufenthaltsqualität verhelfen soll. Die kurvenreich gestaltete Dachkonstruktion der Anlage entspringt einer ambitionierten architektonischen Vision, die unter anderem die hügelige Landschaft der Umgebung aufgreift. Entwurf und Konzept für das Gebäude lieferte – in Übereinstimmung mit den Wünschen der Behörden vor Ort – Gaëtan Morales und sein Team vom Architekturbüro Gaëtan Le Penhuel aus Paris (Frankreich).

Auf einer Grundfläche von 5.200 Quadratmetern beherbergt die Anlage mit 130 Meter Länge und 40 Meter Breite eine Sporthalle, einen Trainingsraum für Kampfkünste, einen Leichtathletikbereich und einen Tennisplatz. Ein Gitterwerk aus Holz, das die Dachschwünge formt und an den Enden des Gebäudes zu Wänden heruntergezogen wurde, überspannt das Ganze wie eine geschwungene Klammer.

Dem Gebäude liegt ein Konstruktionsraster von drei Metern in Längs- und Querrichtung zugrunde. Auf diesem Raster haben die Architekten zunächst das Raumprogramm untergebracht. Da die Anordnung der einzelnen Sportbereiche wesentlichen Einfluss auf die Dachform haben würde – Täler und Erhebungen des Daches sollten sinnvoll mit den Raumfunktionen in Übereinstimmung gebracht werden – verwendeten sie viel Mühe auf eine entsprechende Einteilung. Die Längsfassaden wurden mit einer Art Stahlgitter, das heißt Stahlstützen mit diagonal darüber angeordneten, stabilisierenden Stahlprofilen, tragend ausgeführt. Die Stützen dienen den Längsträgern als Auflager bzw. den äußersten Querträgern, die die Traufe der Holzdachkonstruktion bilden, zur Aufhängung. Das Tragwerk der Längsfassade, die den Schulgebäuden auf dem Campus zugewandt ist, misst an der höchsten Stelle etwa 11,50 Meter bzw. knapp zwölf Meter mit Dachaufbau, der mit einer Aluminiumeindeckung abschließt. Als Fassadenmaterial wählten die Architekten milchglasartige Polycarbonatplatten.

Die Fassadengestaltung der Gebäudelängsseiten stellt einen Bezug zu den Nachbargebäuden her und integriert den Neubau damit gut ins Gesamtensemble des Campus. Die zu Wänden heruntergezogenen Dachflächen im Norden und Süden dagegen schließen den Sportkomplex nicht nur formschön ab, sondern dienen auch als Lärmschutz für die seitlich anschließenden Wohngebiete.

3D-Modellierungsprozess

Der Designprozess für das Gebäude erfolgte auf Basis einer 3D-Software. Damit entwickelten die Architekten die ersten Entwürfe und Volumenmodelle am Computer. Zusammen mit dem Ingenieurbüro Van Santen & Associés (VS-A) aus dem französischen Lille, das mit der Konstruktion des Tragwerks und der Gebäudehülle beauftragt war, verfeinerten sie diese Modelle: Bei der Formfindung legten sie ein engmaschiges Netz als virtuelles Tuch so über den Grundriss mit den einzelnen Raumvolumen der Sportbereiche, dass es die Struktur darunter abbildete. Dieses neue Gesamtvolumen variierten sie am Bildschirm so lang, bis Form und Funktion optimal zusammenpassten.

Die daraus entwickelte hölzerne Megastruktur des Dachtragwerks hat zwei Tragrichtungen: Sie besteht aus 41 Bogen-Hauptträgern in Gebäudequerrichtung sowie aus 562 kurzen, dazwischen eingefügten, ebenfalls bogenartigen Nebenträgern in Gebäudelängsrichtung. Beide reihen sich jeweils im Abstand von drei Meter aneinander und bilden zusammen einen räumlichen Trägerrost im Raster von drei Meter mal drei Meter.

Jeder Träger ist ein Unikat. Auf die Grundfläche projiziert sind die Hauptträger zwar jeweils 39 Meter (Gesamtgebäudebreite: 40 Meter) bzw. die Nebenträger drei Meter lang. Durch die unterschiedlichen Krümmungen und Neigungen aber hat jeder eine andere Abwicklungslänge und individuelle Form. Bei den Nebenträgern variieren die Längen zwischen 2,8 Meter und 4,3 Meter.

Wegen der vielen verschiedenen Krümmungsradien, der außergewöhnlichen Gebäudeabmessungen und der großen ovalen Öffnung im Dach mit Achsmaßen von 18 Meter und 36 Meter über dem Leichtathletikbereich modellierten und berechneten die VS-A-Ingenieure zahlreiche Varianten der Tragstruktur und analysierten bzw. prüften so deren Effizienz. Auch die Dachentwässerung beeinflusste die Modellierung der Konstruktion. Regenwasser darf sich auf dieser komplexen Oberfläche nirgendwo anstauen und zu unkontrollierten Zusatzlasten führen. Aus all diesen Randbedingungen resultierte die endgültige Form des langgestreckten Daches.

Da der Prozess der Modellierung auch die Vordimensionierung der Querschnitte mit sich bringt und diese für einen filigranen Gesamteindruck möglichst schlank ausfallen sollten, was mit Brettschichtholz nicht zu erreichen war, schlugen die Ingenieure vor, Kerto-Furnierschichtholz (FSH) für die Träger zu verwenden. Damit ließ sich die ausgefallene Architektur der geschwungenen Dachklammer mit großen Spannweiten und zum Teil sehr engen Krümmungsradien so realisieren, wie es der Entwurf der Architekten vorsah.

Kerto für schlanke Kurven

Hohlkastenträger aus FSH, also Träger, die wie eine Röhre aus FSH- bzw. Kerto-Q-Platten zusammengesetzt sind, können wesentlich schlanker dimensioniert werden; wegen der Gewichtseinsparung durch den Hohlraum, vor allem aber wegen der Materialeigenschaften. Denn Kerto-Q besteht aus drei Millimeter dicken, längs und quer verklebten Schälfurnierschichten. Durch die flächige Lagenverklebung ist es besonders formstabil, verfügt über eine hohe Biege-, Zug- und Druckfestigkeit und kann daher zweiachsige Beanspruchungen, wie sie bei Bogenbindern auftreten, problemlos aufnehmen.

Gleichzeitig lassen sich Bogenbinder aus FSH mit kleineren Krümmungsradien ausführen als mit Brettschichtholz, und derer gab es viele wie beispielsweise die Doppelkurven in bestimmten Abschnitten des Daches oder die Übergänge des Daches in die Wandkonstruktionen an den Schmalseiten des Gebäudes. Kerto-Q stellte daher für die komplexe Dachgeometrie, die die Träger bzw. das Material der Träger zweiachsig beansprucht, einen idealen Werkstoff dar. Mit ihm ließ sich nicht nur die architektonische Vision realisieren, das Dach der Sportanlage mit schlanken Trägern auszuführen, sondern diese auch wirtschaftlich herzustellen.

Im Zuge der Bauteildimensionierungen entwickelten die Tragwerksplaner außerdem leistungsstarke, für Kerto-FSH geeignete Knoten- und Anschlusspunkte und dimensionierten die dazugehörigen Stahlteile und Befestigungselemente. Dabei galt es, die Verbindungen möglichst unsichtbar auszuführen und diese in der Konstruktion zu verstecken. Die Art der Träger ließ sich hierfür bestens nutzen, da die Bleche zwischen die Platten und Gurte bzw. die Platten und Füllplatten an den Trägerenden eingeschoben werden konnten.

Vorgefertigte FassadenElemente 

Das Konstruktionsraster der tragenden Fassadenstruktur aus weißlackierten, galvanisierten Stahlrohrstützen und aussteifenden Stahlrohrdiagonalen ist im Verhältnis zum Drei-Meter-Konstruktionsraster des Daches nochmals unterteilt: Die Stützen stehen im Abstand von zwei Meter und einem Meter zueinander. So können einerseits die Bogenhauptträger jeweils an einer Stahlstütze anschließen, andererseits aber auch die Sekundärträger, die hier als Traufträger fungieren, in einem Drittelspunkt angehängt werden.

Damit die Längenänderung der Stahlstützen infolge von Temperaturänderungen ohne Auswirkung auf die Dachkonstruktionen bleibt, haben die Ingenieure spezielle Stahlverbinder entwickelt, die diese Bewegungen aufnehmen.

Die Bereiche zwischen den Stützen füllen zwei Meter bzw. ein Meter breite Rahmen aus galvanisierten Stahlprofilen mit Polycarbonat-Paneelen. Die vorgefertigten Fassadenelemente wurden mit dem Kran nach und nach eingehoben, senkrecht zwischen den Stahlstützen eingefädelt, abgelassen und an diese angeschlossen. In einigen Stahlstützen sind Regenfallrohre zur Dachentwässerung integriert.

Warmdach mit geschwungenen ­Aluminium-Elementen

Auf das Holztragwerk folgt ein Warmdachaufbau, der oberseitig mit einem gefalzten Aluminiumblech abschließt. Die Krümmungsverläufe der Dachfläche sind in Querrichtung wesentlich sanfter als in Längsrichtung. Um dennoch fließende Übergänge auszubilden, wählten die Architekten vorgeformte Aluminiumwannen, die über eine Sekundärtragstruktur auf dem Holztragwerk befestigt sind. Das heißt: Gewölbte Stahlschienen ermöglichen die Montage der Aluminiumwannen auf der Holzkonstruktion des Daches dergestalt, dass jedes Element formschlüssig mit ihm verbunden ist.

Dabei wurden die verschiedenen Aluminiumwannen so geformt, unterteilt und mit entsprechender Fugenausbildung so miteinander verbunden, dass sie perfekt mit dem übereinstimmten, was die Architekten in ihrer Ausschreibung gefordert hatten. Um in Bezug auf die Längsfassade senkrecht verlaufende Linien zu erhalten, variiert die Breite der Aluwannen, die in Gebäudequerrichtung verlegt wurden. 

Jede Aluwelle bzw. ihre Ausformung als Aluwanne konnte mithilfe der 3D-Modellierungssoftware Rhinozeros exakt konstruiert werden. Die Werkpläne hatten zwar die Rahmenbedingungen des Herstellers dieser komplexen Dach(ein)deckung zu berücksichtigen. Dieser ermöglichte jedoch trotz allem eine große Freiheit an gewölbten, konvexen, konkaven, elliptischen und hyperboloiden Formen. So ließ sich die Ausführung des architektonischen Konzepts einer „fließenden Dachlandschaft aus einem Guss“ optimal umsetzen.

Fazit

Der hohe Aufwand für das 130 Meter lange und 40 Meter breite Dachtragwerk hat sich gelohnt. Fast skulptural fügt sich der langgestreckte Bau ins Gesamtgefüge des Campus und greift verschiedene Elemente daraus auf. Das Gebäude ist ein weiteres Beispiel dafür, welche komplexe Geometrien erst mit 3D-Software möglich werden. Das gilt sowohl für die Entwicklung der Form selbst als auch für die Erfassung des statischen Zusammenspiels innerhalb des Raummodells sowie die Ableitung der konkreten baulichen Lösungen daraus. Nur versierte Ingenieure können darauf kommen, hier Hohlkastenträger aus FSH einzusetzen, um damit der statischen Beanspruchung ebenso gerecht zu werden wie dem architektonischen Entwurf. Das Ergebnis überzeugt.

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