4th November 2002
Downland Gridshell
Downland Gridshell, eine Gitterschalenkonstruktion aus frischem Eichenholz für das Freilichtmuseum in Weald and Downland, Chichester, GB
Für das Freilichtmuseum in Weald and Downland hat Edward Cullinan zusammen mit Buro Happold eine zweilagige Gitterschale aus 3,5 cm x 5 cm dünnem, frischem Eichenholz entworfen.
Der Bau der neuen Halle für Restaurationsarbeiten innerhalb des Freilichtmuseums in Weald and Downland ist eine Weiterentwicklung der Gitterschalenkonstruktionen und der Technik mit frischem Holz zu bauen. Die selbsttragende Form der zweilagigen Gitterschale wurde durch stufenweises Absenken von einer erhöhten Hilfskonstruktion erreicht.
Am 23. Oktober 02 wurde das Gebäude mit dem British Construction Industry Small Projekt Award ausgezeichnet. Das Downland Gridshell wurde dieses Jahr bereits mit Architekturpreis des Royal Institute of British Architects und dem David Alsop Preis ausgezeichnet.
Das Freilichtmuseum ist ein internationales Zentrum für historische Bauten aus der Zeit zwischen dem 15. und 19. Jahrhundert. Für die anfallenden Restaurationsarbeiten sowie für die Demonstration traditioneller Holzbauweisen und Handwerkstechniken wurde die Werkstatt mit integriertem Museumsshop in Übereinstimmung der Schwerpunkte des Museums entworfen. Im Sommer 2002 wurde das neue Gebäude eröffnet.
Die wellenförmige, organische Form des ‘Downland Gridshell’ nähert sich materiell und formal seiner Umgebung an und nimmt die Topographie von South Down auf. Die Schönheit der Landschaft in South Down, die erhöhte Lage im Kontext der historischen Gebäude des Museums erforderte eine sehr hohe Sensibilität für die lokalen Gegebenheiten.
Die ganzheitlich umweltbewusste Entwurfsphilosophie zeigt sich in der minimalen Dimensionierung und einem nachhaltigem Energiekonzept. Das Gebäude ist sowohl formal als auch technisch sehr innovativ.
Bisher gibt es nur wenige Beispiele einer zweilagigen Gitterschale. Die erste zweilagige Gitterschale wurde für die Bundesgartenschau in Mannheim 1975 von Frei Otto in Zusammenarbeit mit Ted Happold entworfen. Zwei weitere wurden in Japan errichtet. Der Grund dieser Seltenheit liegt vermutlich in der Schwierigkeit, aus einem flach liegendem Gitter in einem exakt gesteuerten Formungsprozess eine selbsttragende Schale zu errichten.
Für die Errichtung der Gitterschale in Weald and Downland konnten einige innovative Techniken in der Konstruktion erprobt werden, die diese Schwierigkeiten überwinden.
Die Gitterschale besteht aus vier Schichten, bzw. zwei Gitternetze die auf einander liegen. Die verwendeten Latten aus frischem Eichenholz sind 3,5 cm x 5 cm dünn. Es ergibt sich also eine Gesamttiefe von 4 x 5 cm.
Der verringerte Durchmesser der einzelnen Latten und die Feuchtigkeit des frischen Holzes ermöglichen den engen Radius für die gewünschte Geometrie. Um trotz der schlanken Bemessung die nötige Spannweite zu erreichen, werden während der Formung hölzerne Schubblöcke installiert, die die horizontalen Schubkräfte zwischen den parallelen Schichten aufnehmen. Zusammen addieren die beiden Latten sich zu einem Querschnitt, der aufgrund der erhöhten Steifigkeit die erforderte Tragfähigkeit erreicht. Diese Technik birgt ein sehr weitreichendes Potential.
Die Schale hat eine Länge von 50 m und variiert in der Breite zwischen 12 m und 15 m und in der Höhe zwischen 7,35 m und 9,5 m. Trotz der Zweigeschossigkeit erscheint das Gebäude von außen als eingeschossig. Im Grundriss und im Längsschnitt hat das Gebäude eine dreifache Ausbuchtung. Die Kopfseiten aus parabelförmigen Bögen sind offen und machen das Gebäude zugänglich. Die dreidimensionale organische Form mit einer Reihung von Kurven unterstützt die Gebäudeaussteifung und nimmt die asymmetrischen Lasten auf, ein weiterer Grund für die minimale Dimensionierung der Latten.
Flach ausgelegt hatte das Gitternetz eine Fläche von 25 m x 47 m. Während des Formungsprozeß streckt es sich in der Länge um 3 m.
Um die dreifach gewölbte Schale zu formen, wurde im Gegensatz zu der bisher üblichen Methode das Gitternetz aufzurichten die Schwerkraft als Hilfsmittel benutzt. In 7 m Höhe, die Höhe der Wölbungstiefpunkte, wurde das Netz langsam von einer Arbeitsplattform abgesenkt und nur die Scheitelpunkte wurden aufgerichtet.
Um während des Formungsprozesses kleine Verschiebungen zu ermöglichen, müssen sich die Latten in den Knoten leicht bewegen können. Der von Buro Happold patentierte Knotenpunkt aus drei Stahlplatten, die an den vier Eckpunkten mit Bolzen verbunden sind, zwischen denen die Latten kreuzweise durchlaufen, ermöglicht diese Flexibilität. Die mittlere Stahlplatte liegt in der schubneutralen Mittelzone der Schalenkonstruktion und trennt das äußere vom inneren Gitternetz. Sie ist mit einem zentral liegendem Drehbolzen versehen. Durch Bohrungen in den beiden anliegenden Latten werden die beiden Gitterschalen über diesen Bolzen gelenkig miteinander verbunden und gleichzeitig die Knoten an ihrer vorgegebenen Stelle fixiert.
Die Wirkung der Schale wird vervollständigt durch die anschließende diagonale Verstrebung mit Latten, was die Aussteifung innerhalb der Ebene bewirkt und die Stabilität erhöht. Aus den frei drehbaren Rhomben entstehen biegesteif verstrebte Dreiecke. Die aussteifenden Latten sind ebenfalls 3,5 cm x 5 cm stark. Auf ihnen werden die Zedernholzschindeln der Eindeckung befestigt.
Die Kanten der Fußpunkte und Eingangsöffnungen werden von Rahmen und Binder verstärkt. Zum Schluß wurden die abgesenkten Gerüstteile abgebaut und durch die beiden seitlichen Öffnungen der Werkstatt abtransportiert.
Die Formfindung für Gitterschalen ist nicht geradlinig und erfordert einen interaktiven Prozess von Berechnungsschritten. Nach Abschluss der Formfindung wurden die Raumkoordinaten der Computersimulation direkt übernommen, und es war möglich, von der flach ausgelegten Gitterschale über die Zwischenstadien des Formgebungsprozesses die Absenkung über diese Daten exakt zu steuern.
Die Jury des British Construction Industry Small Projekt Award zeigte sich beeindruckt von der Teamarbeit während des Entwurfsprozesses und ging besonders auf das erfolgreiche Zusammenwirken komplexer theoretischer Analysen und hoher handwerklichen Qualität ein, die diese schlanke, „gewebte“ Holzstruktur ermöglichte.
Planungsbeteiligte:
Bauherr: Weald and Downland Open Air Museum, Chichester, GB
Architekten: Edward Cullinan Architects, London
Tragwerksplanung: Buro Happold, Bath
Technische Ausrüstung: Buro Happold, Bath
Kostenkontrolle: Boxall Sayer Ltd, West Sussex
Holzkonstruktion: The Green Oak Carpentry Company, Hampshire
Gerüstbau und Absenkung: Peri GmbH Schalung und Gerüste, Wei
