Entwurf von Tragkonstruktionen im Einklang von Nutzung, Konstruktion und Gestalt : Entwicklung eines Instrumentariums zur Bedarfsanalyse und Ergebnisbewertung

Abstract

Bei einer Vielzahl zeitgenössischer Bauten lässt sich feststellen, dass das Zusammenspiel von Tragkonstruktion und Architektur nicht optimal gelöst ist. Jeder kennt Beispiele solcher rein auf statische und funktionale Aspekte begrenzten Bauwerke wie die gängigen, stereotypen Brückenbauten, die mittlerweile Städte wie Landschaften gleichermaßen prägen. Einen Anspruch an menschliche Bedürfnisse, die über das Materielle hinausgehen, erfüllen diese Bauten häufig nicht, was in einer mangelhaften architektonischen Qualität vor allem der sogenannten Ingenieurbauten zum Ausdruck kommt. Dem Problem der fehlenden Wechselwirkungen zwischen Tragkonstruktion und Architektur widmet sich die vorliegende Arbeit. Sie will durch die Einführung des Begriffes "Einklang" von Tragkonstruktion mit Nutzung, Gesamtkonstruktion und Gestalt den Diskurs zwischen den Disziplinen Architektur und Bauingenieur-wesen fördern und letzten Endes eine verbesserte Qualität der gebauten Umwelt erreichen. Methodisch sieht das Vorgehen dabei folgendermaßen aus: - zunächst wird der aktuelle Forschungsstand untersucht und die Position des Verfassers beschrieben - darauf folgt eine Definition des Begriffs "Einklang" und die Entwicklung eines Instrumentariums zu seiner Bewertung - im Anschluss findet eine Thesendiskussion auf der Grundlage der gewonnenen Ergebnisse statt. Als ersten Schritt nimmt die Arbeit eine Auseinandersetzung mit den in der Forschungsliteratur vertretenen Erklärungsansätzen vor. Diese nehmen die Ursachen des Problems ganz unterschiedlich wahr und können nach drei Richtungen gruppiert werden: während die erste von einer ungeeigneten Vermittlungsmethode der Tragwerkslehre für Architekten ausgeht, bemängelt die zweite Richtung die fehlende Zusammenarbeit von Architekten und Bauingenieuren in der Ausbildung. Von dritter Seite wird die monokausale Betrachtungsweise der Bauingenieure als ursächlich für eine Vielzahl - ganzheitlich betrachtet – misslungener Tragwerksentwürfe gemacht. Dagegen sieht der Verfasser das Problem im fehlenden Einklang von Tragkonstruktion und Architektur, der seiner These nach auf die trennende Denkweise zwischen Architekten und Bauingenieuren sowie den hiervon geprägten Lehrkonzepten zurückzuführen ist. Der zweite Schritt stellt den Hauptteil und den eigentlichen Schwerpunkt der Arbeit dar. Über die Beschäftigung mit den grundlegenden Aufgaben der Tragkonstruktion wird eine eigenständige Definition erarbeitet. Danach liegt die Aufgabe der Tragkonstruktion in einem Bauwerk darin, unterstützende Beiträge zu sämtlichen entwurfsbestimmenden Kriterien zu liefern, sei es das Nutzungskonzept, seine Gesamtkonstruktion oder die gestalterische Idee. Hierzu wird die Entstehung der Entwurfskriterien und ihr Einfluss auf den Entwurfsprozess untersucht. Da ein Gesamtentwurf auch von subjektiven Einstellungen des Entwerfers geleitet ist, werden diese ebenfalls berücksichtig. Um den gewünschten Einklang von Tragkonstruktion und Architektur zu erreichen, müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein. Im Idealzustand herrscht ein harmonisches Verhältnis, so dass die Beiträge der Tragkonstruktion mit den Anforderungen an die Nutzung, Konstruktion und Gestalt eines Bauwerks übereinstimmen, diese unterstützen bzw. fördern. Da der Begriff des "Einklangs" jedoch nur schwer greifbar ist, ist es notwendig, eine nachvollziehbare Methode der Bewertung zu entwickeln. Hierzu stützt sich der Verfasser auf die Kategorien des Soll- und Ist-Zustandes anhand derer sich negative bzw. unterstützende Tragkonstruktionsbeiträge unterscheiden und messen lassen. Ein wichtiger Beitrag dieser Arbeit liegt in der graphischen Darstellung des Verhältnisses von erwünschten und tatsächlichen Reaktionen auf die verschiedenen Anforderungen an ein Bauwerk. Dabei werden entscheidende Entwurfskriterien auf den ersten Blick sichtbar gemacht und auch der Erfüllungsgrad der Tragkonstruktionsbeiträge kommt deutlich zum Ausdruck. Besonders ist aber, dass bei der Festlegung des Soll-Zustandes auch subjektive Präferenzen in das Modell einfließen können. Folglich stellt das Modell ein leicht zu handhabendes Instrumentarium zur Bewertung des Einklangs von Tragkonstruktion und Architektur dar, das die trennende Denkweise von Architekten und Bauingenieuren überwindet und somit beiden Disziplinen einen gemeinsamen Bewertungsmaßstab bietet. Gegen Schluss des Hauptteils wird das Modell am Beispiel einer Industriehalle praktisch angewandt und auf seine Richtigkeit überprüft. In einem dritten und letzten Schritt nähert sich der Verfasser der Thesendiskussion, also der Frage nach der maßgeblichen Ursache des fehlenden Einklangs von Tragkonstruktion und Architektur. Um seinen eigenen Standpunkt abschließend besser einordnen zu können, wird anhand von drei repräsentativen Arbeiten vertieft auf die in der Forschungsliteratur vertretenen Lösungsansätze eingegangen. Von zentraler Bedeutung erweist sich die trennende Ausrichtung der herrschenden Ausbildungssysteme, die auch in der Denkweise von Architekten und Bauingenieuren wiederzufinden ist. Mit Hilfe des erarbeiteten Instrumentariums zeigt der Verfasser am Beispiel Ägyptens, vor allem Kairos, verschiedene Beispiele misslungener Bauwerke, die diesen Zusammenhang von Denkweise, Lehre und deren Niederschlag im gebauten Resultat verdeutlichen. Da das Ausbildungssystem in Ägypten auf der absoluten Trennung der Disziplinen Architektur und Bauingenieur-wesen beruht, lässt sich der negative Einfluss der nicht aufeinander abgestimmten Lehrinhalte hier eindeutig und in erschreckendem Maße zurückverfolgen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis kommt die Arbeit zu dem Ergebnis, dass im Ausbildungssystem für Bauingenieure und Architekten sowohl interdisziplinäre Wege beschritten, als auch neue Lehrkonzepte für die Tragkonstruktionslehre entwickelt werden müssen. Der Verfasser schlägt die Einführung eines eigenständigen Pflichtfaches vor, das den Studenten beider Disziplinen tiefergehende Kenntnisse über die Zusammenhänge von Tragkonstruktion und Architektur vermitteln soll. Dieses Fach könnte "Tragkonstruktion in der Architektur" heißen. Da das in dieser Dissertation entwickelte Instrumentarium ein einfaches graphisches Mittel darstellt, um der Komplexität des Bauens und der Vielzahl der teils widersprüchlichen Einflüsse Ausdruck zu verleihen, könnte es sich als inhaltliche Grundlage für das vom Verfasser geforderte neue Studienfach eignen. Die Optimierung bereits bestehender, integrativer Konzepte sollte zudem als Vorbild für die künftige Entwicklung des Ausbildungssystems dienen. Ziel ist es, einen Bewusstseinswandel bei Dozenten und Studierenden wie auch praktizierenden Bauingenieuren und Architekten zu bewirken. Denn nur so lässt sich eine neue Qualität der Bauresultate erreichen und der Teufelskreis von trennender Denkweise und Lehre überwinden.

Noticeably, a great number of contemporary buildings have an unbalanced interaction between their structure and their architecture, which negatively affects the quality of these buildings. Everybody knows examples of such buildings, purely limited on static and functional aspects, such as the usual, stereotypical bridges that, in the meantime have equally shaped cities and landscapes to a great extent. Mostly, these buildings don't fulfil the right to human needs, which go further than material belongings. This is expressed in an inadequate architectural quality, especially in the so called engineer buildings. This appears in different shapes and extents according to different factors such as the type of the building. This research deals with the problem of missing interaction between structure and architecture. Involving the concept of harmony between structure and function, as well as construction and form the work aims at encouraging the discussion about this issue among the architects and construction engineers and finally at increasing the quality of the buildings' environment. The research method can be summarized in three main steps: - At the beginning, the present state of research was analysed and examined and the researcher's point of view was described - The next step was to define the concept of harmony and to develop an instrument for its valuation. - Finally, the thesis of the researcher was discussed based on the obtained results. The first part of the research deals with the different views and tendencies, which are represented in the scientific references. These opinions differ a lot in terms of what they see as the main reason for a poor structure design. They can be classified into three main trends: The first trend claims that the inefficient method of teaching the subject of "theory of structure" to architects is the main reason. The second tendency, however, refers to the lack of cooperation between architects and engineers during their education. The third tendency blames the engineers for having a one sided view and is considered a main cause for failed structure designs. On the contrary, the researcher views the problem in the missing harmony between structure and architecture. He is of the opinion that the main reason for this missing harmony lies in the separated manners of thinking between architects and engineers as well as the teaching concepts that are shaped by it. He sees the scientific syllabuses as the result of such different views. The second step can be seen as the main focus of this research. An own definition for the major functions of structures in different buildings was elaborated. This definition states the fact that the function of the structure in a certain building is to supply supporting contributions to all design relevant criteria, whether it is the functional concept, its entire construction or the creative idea. The birth of design criteria and their influence on the design process is analysed at this stage. Similarly, the influence of the designer's subjective opinions on the entire design is examined. In order to achieve the required harmony between structure and architecture some conditions have to be obtained. In the ideal case, there must be a harmonised relationship, so that the contributions of the structure correspond with the requirements of usage, construction and form of a building, and that they support and assist each other. As it is difficult to comprehend the concept of harmony, it is a must to develop an instrument that is easy to comprehend in order to valuate it. The researcher refers to the categories of the required condition and the actual condition where it is possible to differentiate and measure both negative and supportive structural contributions. An important contribution to this work is the graphic portrayal of the relation between the required and the actual structure's reactions on the requirements of a building. In a portrayal like this decisive design criteria of the building are made visible on the first sight and also the extent of accomplishing the structural contribution becomes clear. Especially by determining the actual condition, the subjective preferences can also come in to play. Consequently, the model is easy to handle and simplifies the valuation of the harmony between structures and architecture. It also overcomes the different opinions of architects and engineers and offers a common standard of valuation to both disciplines. Coming to an end of the main part, the model will be examined and checked if it woks correctly in an industrial hall as an example. As a third and final step the researcher approaches the discussion of the thesis, the question of the authoritative cause of the missing harmony between structures and architecture. In order to show the point of view of the researcher, solutions which are represented in scientific references will be discussed. These will profoundly be analysed with the help of three representative works. The separated directions of the dominant educational systems which can be seen in the engineers' and the architects' ways of thinking are of great significance. By using this new elaborated method, the researcher shows -using Egypt as an example- several examples of unsuccessful buildings which clarify the negative effects of the relation between the separated ways of thinking and education as well as its influence on the buildings. As the present educational system in Egypt is based mainly on the complete separation between architects and engineers, the negative effects of the educational syllabus which do neither cope nor harmonize, are quite obvious. According to this knowledge, the research comes to the conclusion that the educational systems for architects and engineers should develop new educational concepts for the subject "theory of structures", and that interdisciplinary paths have to be taken. The researcher suggests introducing new obligatory and independent subjects that teach more about the relationship between structure and architecture. This subject could carry the name "structure and architecture". Since the elaborated instrument represents new simple methods to show the complexity of construction, in addition to showing the great number of the contra dictionary influences, it is capable of being contents of the suggested subject. The improvement of already existing and integrated concepts of the educational system should be used as a role model for the future development of the present educational system. The goal is to develop a change of consciousness or awareness of students and teaching staff, as well as architects and engineers. This is the only way to surpass this vicious circle between the separate way of thinking and the educational process and, as a result, to achieve a new quality of buildings.