Gesundheit: Seile wie Muskeln

Seit den Pyramiden gilt für viele Architekten vor allem eine Regel: Die Masse macht’s. Wer in Stein, Stahl und Beton formt, der muss wuchtige Quader aufschichten. Aber Mike Schlaich ist da anderer Ansicht: „Wir können sehr leichte Bauwerke errichten, die sich selbst auf ihre Nutzung einstellen, also aktiv und wandelbar sind“, sagt der neu berufene Professor an der Technischen Universität Berlin. Der Experte für Brückenbau und Dächer hat gerade seine Antrittsvorlesung gehalten, auf der er zu einer neuen Symbiose der Wissenschaften aufrief: „Wenn wir Leichtbau, Ideen aus der Natur und neue Materialien kombinieren, sind erstaunliche Lösungen möglich. Das erfordert aber vor allem aktive und wandelbare Kollegen und Absolventen.“

Schlaich hat sich sehr schlanken und luftigen Konstruktionen verschrieben: weit tragenden Brücken und Dächern. Der 45-jährige Bauingenieur setzte fünf Jahre seines Lebens daran, um 1998 die Ting-Kau-Brücke von der Insel Tsing Yi zum Festland von Hongkong zu spannen, über insgesamt 1177 Meter. Sie gehört zu den längsten und schlanksten Seilbrücken der Welt. Eigentlich nicht so neu, denn Hängebrücken an Seilen wurden schon Jahrtausende vor den Pyramiden errichtet, bis in die Steinzeit zurück. Doch das Team um Mike Schlaich kombinierte die Schrägseiltechnik mit modernen Baustoffen und Entwurfstechnologien, um die Statik so weit wie möglich abzuspecken. Nun steht die Brücke einer filigranen Skulptur gleich im Chinesischen Meer, scheinbar federleicht.

Ihr Erbauer denkt schon weiter, denn die Technik der Stahlseile stößt in diesen Dimensionen an ihre Grenzen. „Wenn wir Seile oder Spannbänder mit Kohlefasern verwenden, die sehr leicht, aber fest wie hochwertiger Stahl sind, lassen sich größere Konstruktionen verwirklichen“, meint er. Diese Idee stammt aus dem Flugzeugbau, wo Kunststoffe mit Verstärkungen aus Kohlefasern oder Glasfasern Stahl und das Aluminium verdrängen. „Kombinieren wir diese Faserseile mit piezokeramischen Elementen, könnte man die Vorspannung der Seile ändern, je nachdem, wie viel Verkehr über die Brücke rollt.“ Piezokeramische Bauteile dehnen sich aus oder ziehen sich zusammen, wenn ein elektrischer Strom anliegt. Fährt eine schwere Lokomotive an die Brücke heran, könnte das Bauwerk rechtzeitig die Seile wie Muskeln anspannen, also katzbuckeln.

„Auch im Autobau finden sich Ideen, die wir nutzen können“, sagt Schlaich. „Die Mikrosysteme, die einen Airbag aufblasen, können ebenso gut bei starken Windlasten an der Brücke eingesetzt werden.“ Beim Airbag ist es ein Beschleunigungssensor aus Silizium, der den Unfall registriert und das Signal zum Aufblasen des Luftsackes gibt. An Brücken könnten diese Sensoren den Winddruck messen und an eine zentrale Elektronik weiterleiten, damit die Brücke dem Wind in einem gewissen Rahmen ausweicht.

Brücken mit großer Spannweite müssen Stürmen standhalten. Je geringer die Angriffsfläche des Windes ist, desto geringer sind die Belastungen für die Brückenpfeiler. Deshalb sind schlanke Brücken besser als klotzige Viadukte. „Man könnte Mikrostrukturen auf die Brückenpfeiler, die Fahrbahn und die Seile aufbringen, um den Widerstand der Bauteile gegen den Wind zu verringern“, sagt Schlaich. „Gelingt es mit dieser Fischhaut, die Umströmung der Brücke zu verbessern, ließe sich weiter Gewicht einsparen.“

Schlaich stellt sich auch vor, dass die Brücke sich leicht gegen den Wind kippt, also in einem bestimmten Rahmen auspendelt. Werden die Böen übermächtig, könnte sich eine solche intelligente Brücke von selbst falten, um abzuwarten, bis der Orkan vorüber ist. Automatische Systeme schlössen die Zufahrten. Melden die Drucksensoren einen kritischen Wert, faltete sich die Fahrbahn wie eine Ziehharmonika zusammen.

Das sind vorerst Ideen. Doch Schlaich hätte die Ting-Kau-Brücke niemals realisiert, wenn er solchen Visionen nicht nachgegangen wäre. Er stellt sich vor, die Aufhängung der Brücken oder auch großer Dachflächen an Vorbildern aus der Natur zu orientieren: an Spinnennetzen, Muschelschalen, Korallen, Baumkronen und Bambusstauden. Mit baumartigen Stützen schuf er am neuen Terminal des Stuttgarter Flughafens großzügige, luftige Räume mit leichten Dächern, die über den Passagieren zu schweben scheinen. Das spart Masse und Kosten: für Material, Transport, Beleuchtung und die Bauunterhaltung. Abgesehen davon, dass leichte und schlanke Bauwerke optisch ansprechender sind als Betonklötze und Stahltürme.

Heiko Schwarzburger