Glossar

Vorwort

Die vorliegende digitale Konstruktionslehre versteht sich als Brücke zwischen den bewährten Grundlagen des Konstruierens und den dynamischen Möglichkeiten der digitalen Werkzeuge, die heute unsere Entwurfs- und Planungsprozesse prägen. Während klassische Konstruktionsprinzipien weiterhin das Fundament des architektonischen Entwurfes ausmachen, eröffnet die zunehmende Digitalisierung neue Wege, konstruktive Zusammenhänge zu begreifen und zu visualisieren.

Dieses Werk soll Architekturstudierenden wie Praktiker:innen gleichermassen Orientierung bieten. Es vermittelt grundlegende Methoden des Konstruierens, zeigt Arbeitsprozesse und stellt deren praktische Anwendung in den Mittelpunkt. Interaktive Modelle, Simulationen und nachvollziehbare Beispiele unterstützen dabei, komplexe Inhalte intuitiv erfahrbar zu machen.

Die digitale Konstruktionslehre ist als lebendiges Dokument konzipiert: Sie wächst mit dem Fortschritt der Technik und der Forschung und soll sich weiterentwickeln. Damit lädt sie dazu ein, das eigene konstruktive Denken zu schärfen, neue Wege mutig auszuprobieren und verantwortungsvoll einen Beitrag zu einer nachhaltigen Bauwirtschaft zu leisten.

Die digitale Konstriktionslehre soll Neugier wecken, Kreativität fördern und die Freude am Entwickeln nachhaltiger Lösungen stärken.

Digitale Konstruktionslehre

Costruire correttamente – auf Deutsch «korrekt konstruieren» – ist der Titel eines Buches von Pier Luigi Nervi, jenem Gestalter, der Architektur und Ingenieurwesen wie kaum ein anderer in seinen Projekten zusammengebracht hat. «Korrekt konstruieren» könnte auch das Motto des Instituts Konstruktives Entwerfen (IKE) sein, nicht zuletzt, weil «korrekt» nicht nur auf die Materialeffizienz – und damit die Nachhaltigkeit von Konstruktionen –, sondern auch auf die Tätigkeit als solche, Bezug nimmt. «Korrekt konstruieren» betrifft aber auch die gesellschaftliche und ethische Dimension der Architektur. Konstruktion bringt Struktur, Tektonik, Raum, Material und Stofflichkeit zusammen zum Ausdruck. Eine Konstruktion ist dann «korrekt», wenn sie auf diese Aspekte Bezug nimmt und allen Anforderungen entspricht – was heutzutage immer anspruchsvoller wird, nicht zuletzt wegen der Komplexität des Bauens und der Enge des normativen Korsetts. Konstruktionslehre ist damit der Ort, wo Ingenieur- und Architektenwissen zusammenkommen und eine Synthese erfahren. Es ist der Ort, an dem man lernt, «korrekt» zu konstruieren. Es ist aber auch der Ort, an dem man jene Techniken erlernt, mit denen man Projekte – «Welten» – und damit Architektur erschaffen kann.

Die Konstruktion ist immer auch durch die Ökonomie – auch der Mittel – bedingt und greift deswegen auf bewährte Systeme zurück. Diese wurden in den letzten sechzig Jahren durch verschiedene Krisen – allen voran die Ölpreiskrisen 1973 und 1979/80 – immer wieder «gestört» und mussten sich anpassen, so entstanden etwa das Zweischalenmauerwerk und die hinterlüftete Fassade in den 1980er-Jahren oder die erhöhte Dämmung für Minergie in den 1990ern. Im Zeichen der Klimakrise hat sich in den letzten Jahren eine neue Auseinandersetzung mit Konstruktion entwickelt, die diese nicht mehr als monolithisches System, sondern als Summe von Teilen, die jeweils besondere Aufgaben zu erfüllen haben, erkennt. Hybride Systeme aus Stahl, Beton, Holz und Lehm (weitere regenerative Materialien bieten sich hier ebenfalls an) zeigen sich dabei als vielversprechend, denn sie reagieren verschieden auf Anforderungen und kombinieren unterschiedliche Qualitäten intelligent. Das bedeutet auch, zeitgenössische Narrative zu hinterfragen: Beton ist nicht per se schlecht und Holz per se gut, es gilt hier zu differenzieren und den grösseren Kontext, bis hin zur Verfügbarkeit von Materialien und deren Kreisläufe, zu berücksichtigen.

In diesem Zusammenhang gewinnt die Wiederverwendung von Bauteilen an Bedeutung, mit all den Schwierigkeiten und Herausforderungen, die das mit sich bringt. Auch hier handelt es sich aber nicht um etwas Neues, wie das vom IKE herausgegebene Buch Bauteile wiederverwenden (Park Books, 2019) gezeigt hat. Die periodische «Notwendigkeit» der Architektur, sich neu zu erfinden, manifestiert sich nicht nur im immer wieder Neu-Entdecken von «alten Hüten», sondern auch darin, dass Wissen verloren geht und wiedergewonnen werden muss. Auch der Einsatz von regenerativen Materialien oder das Bauen von Solaraktiv- bzw. -passivhäusern hat natürlich eine sehr lange Tradition, auf die wir uns beziehen müssen.

Seit der Trennung von Entwerfen und Ausführen, die in der Renaissance von den Architekten im Zeichen einer Nobilitierung ihres Berufes vollzogen wurde, stellt sich immer wieder die Frage, wie das Wissen um Ausführung und entsprechende Planung vermittelt werden kann. Solange das Bauen auf tradierten Materialien und Konstruktionen beruhte, stellte die Wissensvermittlung weniger eine Herausforderung dar und konnte durch die klassische Konstruktionslehre an den Akademien und Architekturschulen sowie durch die Begleitung von Baustellen erworben werden. Mit der Zunahme der Komplexität des Bauens infolge der Industrialisierung und mit dem Aufkommen neuer Materialien und Verfahren entstand immer mehr das Bedürfnis nach entsprechender Literatur und Anleitungen.

Bücher zu Baustofflehre, Tragwerk und/oder Konstruktion und Bautechnik gibt es unzählige, kaum ein Architekt hat sich nicht mit diesen Themen mehr oder weniger intensiv auseinandergesetzt. In der Publikation Elementare Bücher zum konstruktiven Entwerfen, die vom IKE 2018 herausgegeben wurde, findet sich eine Übersicht über die wichtigste Literatur. Der Erfolg der 1943 zum ersten Mal erschienenen Bauordnungslehre von Ernst Neufert, die sich zwar nur am Rande mit Konstruktion beschäftigt, zeigt den Wunsch nach einer gewissen Systematisierung des Wissens. Das kurz danach in Italien erschienene Manuale dell’architetto (1946) zeugt vom Bedürfnis nach einer Verbreitung rationeller Konstruktionsmethoden.

Diese Art der Vermittlung war sehr hilfreich, hatte aber auch normierende Wirkung, da sie für kreative Ausnahmen und auch den atmosphärischen Charakter der Konstruktion wenig Raum bot. Vor allem von Letzteren handelt das bis heute unerreichte Architektur konstruieren. Ein Handbuch von Andrea Deplazes und seinem Lehrstuhlteam, das 2005 zum ersten Mal erschienen ist, seither mehrmals neu aufgelegt und in unzählige Sprachen übersetzt wurde. Die zahlreichen Übersetzungen zeugen vom grossen Interesse für eine Konstruktionslehre «Made in Switzerland», denn hier hat die Ausführung bis ins kleinste Detail eine lange und bis heute gelebte Tradition.

Wieso digital? Grundsätzlich stehen wir als Institut der Digitalisierung in der Baubranche kritisch gegenüber, nicht zuletzt, weil sie Architekt:innen zwar neue Anwendungen zur Verfügung stellt, diese als geschlossene Systeme aber kaum veränderbar sind. Solche Anwendungen können Prozesse mitunter zwar optimieren, haben oft aber eine einschneidende Wirkung. Da sich Qualität kaum in Parameter übersetzen lässt, wird Architektur damit auf eine Frage der Quantitäten reduziert. Das zeigt sich insbesondere bei den neuen KI-gestützten Tools. Auch Bauwerkinformationsmodellierung (BIM) bringt zweifelsohne Rationalisierungsgewinne mit sich, gleichzeitig aber drängt sie auf eine Verkürzung der Konzeptphase, und Änderungen können schwer eingebaut werden, weil das digitale Modell als «absolut» gesehen wird.

Aus unserer Sicht ruft das Architekt:innen zu einer stärkeren Auseinandersetzung mit dieser Technologie auf und macht es erforderlich, eigene digitale Anwendungen zu entwickeln.

Die digitale Konstruktionslehre baut zwar ebenfalls auf Parametern und Daten auf, diese aber sind nur die Grundlage für eine vertiefte Auseinandersetzung mit beispielhaften Projekten, die man im Detail untersuchen kann. Dies erfolgt über dreidimensionale und animierte Modelle, die sich einer dynamischen Betrachtung anbieten. Wichtig ist, dass man sich der hohen Abstraktion des digitalen Raums bewusst bleibt und es im «realen» Raum, sei es durch Zeichnungen oder Modelle, immer wieder eine Rückkoppelung gibt. So soll die digitale Konstruktionslehre etwa jene Offenheit bieten, die wir in den zeitgenössischen digitalen Tools oft vermissen.

Mit der Klimakrise hat sich nicht nur die Konstruktion und deren Betrachtungsweise verändert, sondern auch die Art ihrer Vermittlung. Neu geschieht dies nicht mehr nur über Zeichnungen, Masse und Toleranzen, sondern auch über Ökobilanz und Life Cycle Assessment und damit vor allem über Zahlen. Gerade hier bietet die Digitalisierung grosses Potenzial, da z.B. die automatische Verknüpfung mit der KBOB-Liste diese Zahlen in die Konstruktionen einfliessen lässt und sie somit mit architektonischen Qualitäten in Beziehung setzt. Dass es sich dabei um keine exakten Werte, sondern bloss um Annäherungen handelt, sollte allen klar sein, geht es dabei doch um ein Entwurfstool.

Ein weiterer Vorteil der digitalen Konstruktionslehre besteht darin, dass diese durch neue Konstruktionen, durch aus der Forschung kommende Erweiterungen fortentwickelt und auch verbessert werden kann. Sie ist somit nicht nur eine statische Momentaufnahme, sondern stetig wachsendes Instrument.

Es sei noch betont, dass die digitale Konstruktionslehre aus der Werkstückhalle des Instituts Konstruktives Entwerfen der ZHAW hervorgegangen ist. Die 1:1-Mockups zu hybriden und klimagerechten Deckenkonstruktionen, die in der Werkstückhalle ausgestellt und erforscht werden, waren der Ausgangspunkt für jene ersten Konstruktionen, die in die digitale Sammlung von Konstruktionstypen aufgenommen wurden. Entsprechend besteht über diese eine Verbindung zu «Halle 180+ Raum für Wissen» (https://wissen.halle180plus.zhaw.ch/index), dem digitalen Archiv des Departements Architektur, Gestaltung und Bauingenieurwesen der ZHAW.

Am Ende bleibt uns nur noch, einen grossen Dank auszusprechen: den Architekt:innen und Bauherrschaften, die uns Zugang zu ihren Projekten gewährt haben, sowie allen, die an der Entwicklung der digitalen Konstruktionslehre mitgewirkt haben. Wir hoffen, mit diesem Werkzeug einen Beitrag zu einer nachhaltigeren Konstruktionsweise geleistet zu haben, der die Perspektive der Architekt:innen stärker einbezieht.

Normen

Warum wird etwas zu einer gewissen Zeit an einem bestimmten Ort auf eine sehr bestimmte Weise gemacht und nicht anders? Michel Foucault fokussiert sich in seinem Werk auf dieses tatsächliche Tun der Menschen. Er bezeichnet es als Praktik. Gemäss seiner Beobachtung ist dieses menschliche Machen weder besonders zweckorientiert noch intentional – und weit weniger geprägt von grossen Ideen, von Idealen oder Ideologien, als wir meinen könnten. Der Begriff der Praktik wird bei Foucault zum Angelpunkt einer grundlegend neuen Geschichtsauffassung, die der Althistoriker Paul Veyne «revolutionär» nennt (Paul Veyne, Foucault révolutionne l’histoire, Paris 1978; als Beispiel einer besonders langlebigen Praktik beschreibt er etwa die Geschichte der römischen Gladiatorenkämpfe). Wenn wir uns auf Foucault beziehen und den Begriff der Praktik aufgreifen, werden andere Phänomene, die sich auf Anhieb einer Entschlüsselung verweigern, vielleicht etwas fassbarer.

Beschäftigen wir uns beispielsweise mit der Frage, wie die hiesige Bauwirtschaft auf die Anforderungen des Klimawandels reagiert, sind wir möglicherweise etwas ratlos. Der Bausektor hat bekanntlich einen grossen Anteil an der CO2-Bilanz. Angesichts dessen erscheinen die Praktiken des Bauwesens erstaunlich resistent gegenüber den in den Medien vehement vertretenen Steuerungs- und Veränderungsansprüchen der Gesellschaft. Zur Erreichung der Klimaziele wurde in der Schweiz die Reduktion der Treibhausgasemissionen auf netto Null bis 2050 gesetzlich verankert. Das Übereinkommen von Paris, mit welchem sich die Schweiz zu diesem Ziel verpflichtet hat, wurde 2017 ratifiziert. Hat sich seither in der Bauwirtschaft Entscheidendes geändert? Nachhaltigkeit als Begriff ist zwar auch im Alltag des Bauwesens omnipräsent. Doch was weder behördlich vorgeschrieben noch zur Erreichung irgendwelcher Labels einzuhalten ist, hat einen schweren Stand. Zu eingeschliffen sind offenbar die Prozesse, die Praktiken des Bauens.

Für die Regulierung des schweizerischen Bau- und Planungswesens zentral sind die nationalen Regeln der Baukunde, bekannt als SIA-Normen. Sie werden in der Schweiz nicht vom Staat, sondern von einem Fachverband bzw. den zuständigen Gremien des Schweizerischen Ingenieur- und Architektenvereins (SIA) erarbeitet und herausgegeben. Kategorisiert werden sie in technische Normen, Vertragsnormen und Verständigungsnormen. Die technischen Normen bilden den kollektiv akzeptierten Stand der Technik im Bauwesen ab. SIA-Normen gelten zwar nicht als Gesetze. Erst durch vertragliche Vereinbarungen werden die privaten Normen des SIA gemäss Obligationenrecht rechtlich verbindlich. Sie bekommen auf diese Weise in der Praxis quasi einen gesetzlichen Anspruch, der in Rechtsfällen von den Gerichten gestützt wird. In vielen Fällen sind SIA-Normen auch die Basis von Gesetzen, die von den Parlamenten verabschiedet werden.

Es existiert folglich ein breiter gesellschaftlicher Konsens, dass die Einhaltung der SIA-Normen essenziell ist für die Sicherheit von Bauten und Anlagen, für Funktionalität, Dauerhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit, kurz: für die Qualität von Bauwerken. Der SIA als mächtigster Berufsverband für Planende im Bauwesen geht mit dem Geltungsanspruch seiner Normen noch weiter. In seinem Selbstverständnis gewährleistet die Beachtung der SIA-Normen die Baukultur schlechthin.

In Anbetracht des breiten Konsenses, mit der die jeweils gültigen SIA-Normen anerkannt werden, mag es erstaunen, in welcher Kadenz das Regelwerk verändert wird. Unablässig werden irgendwelche Normen revidiert, um sie an veränderte Rahmenbedingungen anzupassen. In diesen Revisionen sowie den zahlreich neu dazukommenden Regulierungen spiegeln sich die stetig steigenden Sicherheits-, Gesundheits- und Komfortansprüche einer immer wohlhabenderen Gesellschaft. Es wäre nun eigentlich anzunehmen, dass mit einer stets engmaschigeren Regulierung die Erreichung der Klimaziele wahrscheinlicher wird. Das ist jedoch nicht der Fall: Die Revisionen der SIA-Normen erfolgen nicht koordiniert, um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Daraus entstehen Widersprüche.

Offensichtlich werden diese Zielkonflikte beim Weiterbauen im Bestand. Um den CO2-Verbrauch im Bausektor zu reduzieren, könnte der Erhalt von Bestandsbauten mit der ihnen inhärenten, vor langer Zeit verbauten grauen Energie eigentlich viel beitragen. Doch Bestandsbauten stehen nicht nur im Weg, um zwecks innerer Nachverdichtung einen sparsamen Umgang mit Grund und Boden zu erreichen. Historische Bauten basieren, wenn überhaupt, auf längst überholten und meist laxeren Normen. Wenn die aktuellen, für Neubauten konzipierten SIA-Normen auf den Bestand angewendet werden, kommt es daher zu Konflikten. Bei vielen Bau- und Gebäudeteilen ist der Erhalt aufwendiger als der Ersatz. Aufwand und Nutzen von einzelnen Baumassnahmen, etwa bei energetischen Sanierungen, müssen daher in jedem Fall sorgfältig analysiert und abgewogen werden – in ökologischer, ökonomischer und gestalterischer Hinsicht. Wenn die Einhaltung der aktuellen Normen zum obersten Ziel erklärt wird, sieht es meist schlecht aus für den Bestand.

Einer der grössten Treiber für Ersatzneubauten ist die Unmöglichkeit, mittels Sanierung die aktuell gültigen Bauakustiknormen zu erfüllen. Das Problem besteht vor allem bei den Deckenaufbauten in älteren Wohnhäusern. Es gilt als unzumutbar, Geräusche von den Nachbarn einen Stock darunter oder darüber zu hören, und wenn sich das Manko nicht wegsanieren lässt, muss das Haus weg, so die gängige Praxis. Zu fragwürdigen Praktiken haben die gleichen Normen aber auch beim Deckenaufbau von Neubauten geführt. Bezogen auf die Bauteile machen die Decken den grössten Anteil an der CO2-Bilanz aus, was eigentlich Anreize zu Materialeinsparungen setzen sollte. Als Standard durchgesetzt haben sich hingegen Betonflachdecken, die in den letzten Jahrzehnten immer dicker und schwerer wurden, um mit der zusätzlichen Masse die laufend erhöhten Bauakustikanforderungen einzuhalten. Verschärft wird das Problem durch die mangelhafte, aber gängige Systemtrennung: Haustechnikleitungen wie Lüftungsrohre werden oftmals in die Decken eingelegt, was die Schallschutzwerte empfindlich reduziert und mit zusätzlicher Betonstärke kompensiert werden muss. Diese seltsamen Gewohnheiten haben zur Folge, dass oftmals nicht der Bauingenieur, sondern der Bauakustiker die Deckenstärke bestimmt.

Worauf der SIA, wenn seine Normen und ihre Auswirkungen in die Kritik kommen, immer wieder verweisen kann: Normen bilden einen gesellschaftlichen Konsens ab. Sie zeigen einen Spiegel gesellschaftlicher Ansprüche – einer Gesellschaft mit Widersprüchen, die sich Klimaziele setzt und trotzdem über ihre Verhältnisse lebt. Somit schliesst sich der Kreis. Wir leben in einer Gesellschaft, wo die Klimaziele gerne verdrängt werden; wo 2021 an der Urne ein strengeres CO2-Gesetz abgelehnt wurde; wo die ganzjährige Gewährleistung eines Innenklimas zwischen 21 und 26 Grad als selbstverständlich angenommen wird; wo es als normal gilt, zweimal pro Jahr in die Ferien zu fliegen; wo der Benzin- oder Stromverbrauch der Privatfahrzeuge als Privatsache gilt usw. Das Bauwesen ist in den Kontext dieser Gesellschaft eingebettet. Ist es daher erstaunlich, mit welcher Beharrlichkeit die Bauwirtschaft ihre Praktiken pflegt und verteidigt?

Der grosse Umbau im Bauwesen kann erst gelingen, wenn der Gedanke der Suffizienz innerhalb der Gesellschaft einen anderen Stellenwert erhält. Dieses Faktum soll uns nicht entmutigen, sondern anspornen, um uns für Verbesserungen einzusetzen. Als Architektinnen und Architekten können wir im Bauwesen mehr erreichen, als wir denken. Ressourcenoptimiertes Entwerfen findet im Alltag der Architekturbüros statt. Systemtrennung im Bau sollte so selbstverständlich werden, wie wir den Hausmüll trennen. Und die SIA-Normen werden von Fachleuten gemacht, unter anderem von engagierten Architektinnen und Architekten. Es liegt also auch an uns und unserem Engagement, mittels Verbandsarbeit neue, ressourcenschonende Normen zu etablieren.

Beton

Obwohl bereits der römische «Opus caementicium» breite Anwendung fand, wurde erst 1892 durch den von François Hennebique eingeführten «Béton armé» oder durch die 1908 von Robert Maillard patentierte «Pilzdecke» das Bauen mit Beton wesentlich weiterentwickelt und vielseitig angewendet. Die zwischenzeitliche intensive Auseinandersetzung mit stabförmigen Bauweisen wie den filigranen Kreuzstreben der Gotik oder den weitspannenden Dachstühlen und Holzbrücken von Hans Ulrich Grubenmann (1709–1783) waren jedoch wegweisend für eine erfolgreiche bautechnische Entwicklung des «neuen» Materials Beton.

Beton kann tragend und auch raumfassend sein. Kaum ein anderer Baustoff hat ein so breites Anwendungsgebiet wie armierter Beton: Wände, Flachdecken, Stützen, Rahmen, Unterzüge, Tonnen, Schalen etc. Deshalb eignet er sich für Brücken und Tunnels, Fundationen und Stützmauern, für Massiv- und Skelettbauweise wie auch für stabförmige vorfabrizierte Bauelemente und hochwertige Raumfassungen. Seine weit verbreitete Anwendung liegt aber auch daran, dass armierter Beton äusserst leistungsfähig, kostengünstig und bautechnisch einfach umsetzbar ist.

Tektonisches Potenzial wird insbesondere durch das Fügen von vorfabrizierten Betonelementen erreicht. Wegweisend hierzu waren Angelo Mangiarottis (1921–2012) in Norditalien meisterhaft umgesetzte Industriebauten, wo nebst hoher tragwerkstechnischer Leistungsfähigkeit und effizientem Montageprozess das tektonische Fügen und die spezifische Formgebung der einzelnen Elemente thematisiert wurden.

Die Anwendung des Betons wird aufgrund der schlechten CO2- und Energiebilanz zunehmend hinterfragt. Aufgrund mangelnder Alternativen ist es aber unumgänglich, dass armierter Beton weiterhin breite Verwendung findet. Dafür müssen die Zementproduktion optimiert, neue Rezepturen angewendet und der Materialverbrauch durch schalungs- und armierungstechnischen Mehraufwand in seiner Gesamtbilanz wesentlich reduziert werden. Gepaart mit dem grossen Potenzial, Stahlbeton gezielt nur dort einzusetzen, wo er leistungsfähig ist und durch geeignete Verbindungsmittel und im Verbund mit anderen Materialien synergetisch kombiniert werden kann.

Charakter (Ausdruck)

Ausgehend von dem Befund, dass sich «ein allgemeiner Verlust an Qualität der gebauten Umwelt» abzeichnet, wurde 2018 im Vorfeld des World Economic Forum seitens der europäischen Kulturminister:innen die gesellschaftliche Bedeutung einer hochstehenden Baukultur offiziell festgestellt. Zur politischen und strategischen Verankerung wurde das sogenannte «Davoser Qualitätssystem für Baukultur» mit «Acht Kriterien für eine hohe Baukultur» verabschiedet. Interessant ist hierbei das achte Bewertungskriterium, welches es zu erfüllen gilt: der Aspekt der SCHÖNHEIT. Im Hinblick auf eine zukunftsfähige und nachhaltige Architektur wurde dieser oft marginalisierte Aspekt damit offiziell als eine gesellschaftliche Notwendigkeit definiert. Es liegt nun an uns Architekt:innen, die Suche nach einem architektonischen Ausdruck mit einem positiven Appell an das Gefühl in den Entwurf grundlegend miteinzubeziehen.

Die Ausstrahlung und der Charakter eines Bauwerks beruhen auf seiner räumlichen sowie materiellen Präsenz. Damit sind die materiellen Bedingungen des Bauens ein direkter und entscheidender Parameter für einen unmittelbaren und sinnlichen Ausdruck – und kommt dem konstruktiven Entwurf eine grundsätzliche Bedeutung zu. Er regelt nicht nur technische und bauphysikalische Anforderungen, sondern definiert immer auch eine Ordnung im Zusammenspiel der Bauteile, wie es etwa durch den Begriff der Tektonik versinnbildlicht wird. In jedem konstruktiven Gefüge werden Beziehungen formuliert: Beziehungen der Bauteile untereinander, aber auch Massstabsbeziehungen vom Kleinen zum Grossen, vom Bauwerk zum Betrachter usw. Gemäss Untersuchungen in der Glücksforschung ist der Mensch stark auf Beziehungen ausgerichtet – und sind etwa in der «Soziologie des guten Lebens» von Hartmut Rosa «resonante» Beziehungen ein Gradmesser und fundamentale Voraussetzung für ein erfülltes Leben. Es ist in diesem Sinn nicht abwegig, den konstruktiven Entwurf mit dem Potenzial zur Orchestrierung von Beziehungen, welche mit uns in Resonanz treten, als grundlegendes Instrument für eine fruchtbare Suche nach dem Aspekt der Schönheit – und letztlich für das Glücklichsein – zu sehen.

Design for Disassembly (DfD)

Design for Disassembly verfolgt das Ziel, Gebäude so zu gestalten, dass sie nach Ende ihrer Nutzungsdauer in wiederverwendbare Einzelteile zerlegt werden können. Dabei setzt man auf reversible Verbindungstechniken wie Schraub- oder Steckverbindungen, um Bauteile ohne Beschädigung voneinander zu trennen, anstatt dauerhafte Methoden wie Kleben oder Schweissen. Ein echtes DfD wird erst dann erreicht, wenn sämtliche Bauteile eines Gebäudes einzeln und exakt in umgekehrter Reihenfolge zum Montageprozess wieder demontiert werden können. Im Kontext des zirkulären Bauens ist DfD ein zentraler Ansatz, da Gebäude nicht mehr als endgültiges Produkt, sondern als temporäre Materiallager betrachtet werden. Besonders wirksam ist DfD für oberirdische Bauteile, während Fundamente oder unterirdische Infrastruktur, bedingt durch ihre Bauweise, nur schwer reversibel konstruiert werden können. Vorgefertigte, modulare Systeme verstärken die Vorteile des DfD: Standardisierte Module und Verbindungen ermöglichen es, komplette Gebäudeteile zu demontieren und an anderer Stelle erneut zu verwenden. Dadurch wird der Verbrauch neuer Rohstoffe reduziert und die Lebensdauer der Materialien verlängert. Allerdings bringt die praktische Umsetzung des DfD einige Herausforderungen mit sich. Gegenwärtig fehlen gesetzliche Normen und gezielte Anreize, um die Wiederverwendung gebrauchter Bauelemente zu fördern. Die Wiederverwendung struktureller Komponenten erfordert zudem aufwendige Zertifizierungen, und das Zerlegen eines Gebäudes benötigt häufig mehr Zeit und verursacht höhere Kosten als ein traditioneller Abriss. Hinzu kommt, dass reversible Konstruktionen oft zusätzlichen Materialeinsatz und erhöhte konstruktive Komplexität erfordern. Beispielsweise benötigen vorgefertigte Betonelemente oft einen ergänzenden Ortbeton zur endgültigen Aussteifung, was das System irreversibel macht. Ein vollständig trockenes Verbindungssystem verlangt hingegen mehr Verbindungselemente aus Stahl und möglicherweise zusätzlichen Beton oder Stahl. Ebenso erfordern reversible Holzverbindungen häufig aufwendigere Anschlüsse mit Metallplatten und Schrauben, während permanente Lösungen wie Schweissungen einfacher, jedoch nicht demontierbar sind. Historisch betrachtet gibt es bedeutende Projekte, die DfD-Prinzipien erfolgreich umgesetzt haben. Bereits 1851 wurde der Crystal Palace in London als modularer Pavillon aus Glas und Stahl errichtet, nach der Ausstellung wieder zerlegt und andernorts neu aufgebaut – ein frühes Beispiel für reversibles Bauen. Jean Prouvé entwickelte Mitte des 20. Jahrhunderts modulare Stahlhäuser, deren Bauteile beliebig oft montiert und demontiert werden konnten. Renzo Piano konzipierte in den 1980er-Jahren einen mobilen IBM-Ausstellungspavillon, der mehrfach versetzt und wiederaufgebaut wurde. Zeitgenössische Projekte wie Werner Sobeks Wohnhaus R128 in Stuttgart, das vollständig aus trocken montierten Stahl- und Glaselementen besteht, zeigen ebenfalls das hohe Potenzial des DfD. In Zürich hat Bauart Architekten mit dem Programm Züri-Modular Schulen in Holzmodulbauweise geschaffen, die flexibel und reversibel einsetzbar sind. Auch Pool Architekten realisierten hier modulare Turnhallen mit reversiblen Konstruktionen.

Fenster (wiederverwenden)

Fenster sind essenzielle Bauelemente, die nicht nur Tageslicht in Innenräume lassen, sondern auch massgeblich zur Energieeffizienz und zum Wohnkomfort beitragen. In den letzten Jahrzehnten haben sich Fenstertechnologien erheblich weiterentwickelt, insbesondere in Bezug auf Wärmedämmung und Schallschutz.

Ein bedeutender Fortschritt war die Entwicklung von Isolierglas. Während ältere Fenster nur aus einer einzelnen Glasscheibe bestanden, setzen moderne Fenster auf Mehrscheiben-Isolierverglasung mit Gasfüllungen wie Argon oder Krypton. Diese Gase sowie optimierte Abstandhalter minimieren Wärmeverluste und verbessern die Energieeffizienz. Zudem verfügen heutige Fenster über Low-E-Beschichtungen, die Wärmestrahlung reflektieren und so sowohl Wärmeverluste im Winter als auch eine Überhitzung im Sommer verhindern.

Die Wärmedämmung wird durch den sogenannten U-Wert bewertet – je niedriger dieser Wert, desto besser isoliert das Fenster. Moderne Dreifachverglasungen erreichen Werte unter 0,6 W/m²K. Auch der G-Wert, der angibt, wie viel Sonnenenergie durch das Fenster gelangt, spielt eine Rolle bei der passiven Nutzung von Wärme.

Die Wiederverwendung von Fenstern ist eine grosse Herausforderung, da ihre technischen Eigenschaften schwer zu beurteilen sind. Faktoren wie Hersteller, Verglasungsart und Rahmenmaterial beeinflussen die Leistung eines Fensters erheblich. Wichtige Parameter für die Wiederverwendung sind der U-Wert, der G-Wert und die Lichttransmission. Auch Schalldämmung, Luftdichtheit und Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden.

Manche Hersteller kennzeichnen Fenster mit technischen Angaben im Abstandhalter, doch in der Schweiz gibt es hierfür keinen einheitlichen Standard. Dies erschwert die Einordnung und Weiterverwendung von Fenstern erheblich.

Die Demontage von Fenstern kann anspruchsvoll sein, da heutige Installationsmethoden (gemäss heutigen Normen) Klebstoffe, Dichtstoffe und Spritzschaum verwenden, um Luftdichtheit, Schalldämmung und Brandschutz zu gewährleisten. Diese Materialien machen den Ausbau kompliziert, da Fenster fest mit der Wand verklebt sind.

Graue Energie

Graue Energie wird in der Architekturdiskussion häufig als Synonym für den ökologischen Fussabdruck eines Gebäudes verwendet, da der Begriff zu Beginn der ökologischen Diskussion eine zentrale Rolle spielte. Im Merkblatt SIA 2032 wird graue Energie wie folgt definiert: «Gesamte Menge an nicht erneuerbarer Primärenergie im Bereich Erstellung» (Merkblatt SIA 2032, Graue Energie – Ökobilanzierung für die Erstellung von Gebäuden, Zürich 2020). Dies bedeutet, dass die Summe der fossilen Energieträger, die für die Gewinnung, Produktion und Entsorgung eines Baumaterials aufgewendet werden, berücksichtigt wird. Das Ergebnis wird in der Einheit «kWh oil-eq.» angegeben, wobei alle verwendeten fossilen Energieträger in Öl-Äquivalente umgerechnet werden. Aus diesem Grund spielt es keine Rolle, welcher nicht erneuerbare Energieträger letztendlich im Lebenszyklus eines Baumaterials verwendet wurde.

Mit dem fortschreitenden Klimawandel und dem Ziel, bis 2050 Netto-Null bei den Treibhausgasemissionen zu erreichen, ändert sich der Fokus von der grauen Energie hin zu den Treibhausgasemissionen. Wie bei der grauen Energie sind die Treibhausgasemissionen ein Wert, der zur Quantifizierung der Ökobilanz herangezogen wird. Die Treibhausgase werden in der Einheit kg CO2-eq. ausgedrückt, wobei CO2 als Referenzgrösse dient, auch wenn zum Beispiel Methan (CH4) ein 28-mal oder Lachgas (N2O) ein 273-mal grösseres Treibhausgaspotenzial aufweisen.

Ein weiterer Indikator sind die Umweltbelastungspunkte, kurz UBP. Diese werden seit 1990 nach der Methode der ökologischen Knappheit berechnet. Das BAFU definiert die Methode wie folgt: «Dabei richten sich die tolerierten Zielmengen nach den gesetzlich verankerten schweizerischen … Zielen» (Ökofaktoren Schweiz 2021 gemäss der Methode der ökologischen Knappheit, BAFU, Bern 2021), also ein Wert, welcher mit den Zielen der Schweizer Umweltpolitik verknüpft ist und Faktoren berücksichtigt, die aufzeigen, wie weit wir aktuell von den Zielwerten entfernt sind. UBP berücksichtigen den ökologischen Fussabdruck eines Baustoffes, indem sie beispielsweise den Ressourcenverbrauch, die Biodiversität, die Toxizität sowie zehn weitere Kategorien mit einbeziehen.

In jedem zu untersuchendem Objekt können die unterschiedlichen Kennwerte für Berechnungen genutzt werden, um eine spezifische Aussage über die Nachhaltigkeit zu machen. Das Merkblatt SIA 2032 weist die Konstruktionsaufbauten in «kWh oil-eq./m2» aus, während die Norm SIA 390/1 mit «kg CO2-eg./m2» rechnet. Der Bezug pro «m2» bezieht sich in der Regel auf die Energiebezugsfläche (Definition siehe SIA 380/1) und ermöglicht einen Vergleich unterschiedlicher Bauprojekte oder Konstruktionen. Diese Bezugsgrösse ist jedoch nicht für jede Bauaufgabe sinnvoll. Daher kann die Ökobilanz auch pro Geschossfläche (siehe SIA 416) oder pro Person ausgewiesen werden.

Hanfkalk

Hanfkalk ist ein Verbundbaustoff aus einer der ältesten Kulturpflanze und dem bewährten Baumaterial Kalk. Die mineralisch-biogene Mischung besteht aus vier Teilen Hanfschäben – einem Abfallprodukt aus der industriellen Fasergewinnung von Nutzhanf – sowie je einem Teil Luftkalk und Wasser. Als natürliches Wärmedämmmaterial bietet der Baustoff ausgezeichnete Feuchte- und Temperaturregulierung. Ebenso punktet er mit positiven Eigenschaften im Brandschutz sowie in der Schalldämmung. Hanfkalk bindet über seine gesamte Lebensdauer hinweg 150 Prozent der ausgestossenen CO₂-Emissionen und kann wiederverwendet und recycelt werden. Eine monolithische Wand von etwa 40 cm Stärke genügt, um die aktuellen Wärmedämmstandards zu erfüllen.

Die Mischung wird auf verschiedene Arten eingesetzt: vor Ort gestampft, zu Ziegeln gepresst und luftgetrocknet oder mittels Sprühverfahren. Beim Abbinden an der Luft reagiert gebrannter Kalk zunächst mit Wasser und karbonatisiert anschliessend mit dem Kohlendioxid der Umgebungsluft. Es entsteht ein fester, jedoch nicht tragfähiger Baustoff, der mit einfachem Werkzeug bearbeitet werden kann und sich für den Selbstbau eignet. Aufgrund der geringen Tragfähigkeit erfordert Hanfkalk eine Skelettkonstruktion aus Holz, Stahl oder Beton. Am Ende seiner Lebensdauer kann Hanfkalk zerkleinert und unter Beimischung einer geringen Menge Kalk vollständig wiederverwendet werden. Die aktuelle Schweizer Gesetzgebung verbietet die Weiterverwendung als Kompost zur Bodenverbesserung, dies wäre technisch umsetzbar, setzt aber die gebundenen Treibhausgase wieder frei.

Trotz der weitverbreiteten Grundstoffe bleibt Hanfkalk in der gegenwärtigen Architektur ein Nischenprodukt. Nur in Frankreich findet der Baustoff grössere Verbreitung, da die Verwendung von Nutzhanf dort nie verboten war. Im Zuge der Transformation zu einer klimagerechten Bauwirtschaft bietet Hanfkalk grosses Potenzial, das derzeit an mehreren Hochschulen erforscht wird.

Holz

Holz liegt als Baustoff im Spannungsfeld zwischen Tradition und Innovation. Als Material mit traditionsreicher Verankerung erlebte Holz in jüngerer Zeit einen regelrechten Boom, getrieben durch die Klimakrise und die Digitalisierung. Als nachwachsender Rohstoff verbindet es hohe Tragfähigkeit mit geringem Eigengewicht. In Zentraleuropa ist Holz regional verfügbar, leicht zu bearbeiten und bindet im Wachstum über Fotosynthese CO₂. Als langlebiges Bauteil speichert es Kohlenstoff, und sowohl in der Verarbeitung als auch am Lebensende erlaubt Holz die Kaskadennutzung bis hin zur biochemischen Verwertung von Zellulose, Lignin oder Tannin. Ein Kubikmeter Nutzholz wächst in der Schweiz innerhalb von vier Sekunden nach; laut BAFU wurde 2023 nur etwas mehr als die Hälfte des Potenzials geerntet.

Holz ist kein homogenes Material. Seine Eigenschaften variieren je nach Wuchs, Standort und Holzart. Die Wahl und der Einsatz des Holzes erfolgt idealerweise in direkter Beziehung zur natürlichen Form des Rohstoffs. Neben Massivholz kommen heute Holzverbundwerkstoffe wie Brettschichtholz oder Spanplatten zum Einsatz, die durch industrielle Fertigung hohe Formstabilität oder grosse Spannweiten ermöglichen und dabei auch minderwertiges Rohmaterial nutzbar machen.

Konstruktive Herausforderungen bestehen beim Brand-, Schall- und Witterungsschutz. Die hygroskopischen Eigenschaften von Holz, also seine Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen und abzugeben, beeinflussen die Konstruktion und die gestalterische Ausformulierung. Die Dauerhaftigkeit hängt wesentlich von konstruktiven Massnahmen ab: Schutz des Hirnholzes, Belüftung, Abdeckung und die Vermeidung direkter Erdberührung.

Die Tendenz, Holz als ausschliessliche Option für klimagerechtes Bauen zu betrachten, sollte kritisch hinterfragt werden. Auch das nicht-optimierte Verwenden von Holzverbundwerkstoffen wirft Fragen zur Materialgerechtigkeit, zur Verwendung fossiler Klebstoffe und zur konstruktiven Logik des Ausgangsmaterials auf.

Seine einfache Bearbeitbarkeit und die Tradition der Vorfertigung begünstigen die digitale Fertigung präziser Elemente, von Kompaktsystemen bis zu fünfachsig gefrästen Freiformträgern. Die Fügung prägt den Holzbau entscheidend mit. Historisch wurde Holz häufig durch reine Holzverbindungen ohne Leim oder Metall gefügt, Ausdruck eines materialgerechten und handwerklich geprägten Bauverständnisses. Heute dominieren verleimte oder metallische Verbindungen, die eine rationelle Vorfertigung ermöglichen. In Kombination mit anderen Materialien entstehen hybride Konstruktionen, die die Vorteile von Holz mit den Eigenschaften anderer Werkstoffe verbinden und zugleich noch nicht ausgeschöpften Raum für Innovationen eröffnen.

Hybride Deckensysteme

Deckensysteme bestehen üblicherweise aus Tragkonstruktion, Bodenaufbau und Deckenverkleidung. Der Ausdruck hybrid bezeichnet die Verwendung von unterschiedlichen Materialien in der Tragkonstruktion. Dies ermöglicht in vielen Fällen eine materialeffiziente Bauweise, da die jeweiligen Materialien entsprechend ihren Stärken eingesetzt werden und sich gegenseitig ergänzen. In der mehrgeschossigen Bauweise dienen Decken dem Lastabtrag und dem Raumabschluss. Diese wesentliche Aufgabe erbringt die Tragkonstruktion, sie dient oft auch der Bauwerksaussteifung. In Kombination mit Bodenaufbau und Deckenverkleidung werden bestehende Anforderungen von Brand- und Schallschutz erreicht. Über einen mehrschichtigen Konstruktionsaufbau aus unterschiedlichen Materialschichten kann, wo nötig, Wärme gespeichert, die Übertragung von Körper- und Trittschall reduziert sowie der Brandüberschlag von einem Geschoss zum anderen verhindert werden. Auch werden Haustechnikleitungen gerne innerhalb des Deckenaufbaus geführt. Aufgrund der vielfältigen Anforderungen haben sich unterschiedliche Deckensysteme entwickelt. Je nach Konstruktionsart und eingesetzten Materialien unterscheiden sie sich neben ihrer Leistungsfähigkeit in ihrem Gewicht, in der Höhe des Aufbaus sowie in ihrer Ökobilanz.

Konstruktion

Der etymologischen Bedeutung des lateinischen construere folgend (con = zusammen; struere = schichtweise über- oder nebeneinanderlegen), beschreibt konstruieren das geometrische Ordnen und Zusammensetzen von Teilen. Konstruktion in der Architektur lässt sich als ordnendes und schichtendes Fügen von Materialien und Bauteilen definieren, das deren Zusammenwirken in einem Bauwerk bestimmt. Was sich im Gebäude in physischer Gestalt zeigt, basiert auf der entworfenen Disposition von Architekt:innen, die erst in präzisen Konstruktionszeichnungen festgeschrieben und später durch unterschiedliche Gewerke in die gebaute Realität überführt wird. So kommt der Baukonstruktion in der Architektur in dem Sinne tragende Bedeutung zu, als sie die stoffliche Umsetzung einer Entwurfsidee erst ermöglicht und somit einen unabdingbaren Bestandteil des architektonischen Entwurfs darstellt. Bauwerke gliedern sich in Tragwerk, Gebäude- und Innenhülle oder vereinfacht: in lastabtragendes Gerüst und umhüllende Bekleidung. Beide sind geprägt durch die Eigenschaften und Bedingungen von Material und Verbindung und in ihrem Wesen bestimmt durch physikalische und bautechnische Gesetzmässigkeiten. Baukonstruktion wiederum erhält über die Materialität ihre spezifische, formale Erscheinung. Architektonischer Ausdruck und Konstruktion stehen entsprechend immer in unmittelbarer Wechselwirkung. Konstruktive Lösungen haben den aktuell geltenden Regeln der Baukunst zu entsprechen, sind damit in ihrer Zeit verankert und fussen auf substanziellem, verfügbarem, baukulturellem Wissen. Zudem ist Baukonstruktion immer auch einer Praxistauglichkeit verpflichtet, um den längerfristigen Erhalt von Bauwerken zu gewährleisten. Konstruktion folgt nicht allein und übergeordnet den formalen, architektonischen Absichten der Entwerfenden – Konstruieren stellt vielmehr einen vielschichtigen, facettenreichen Prozess dar, der Gestaltung, Funktionalität und Bautechnik in Einklang zu bringen sucht.

Lehm

Lehm ist regional verfügbar, benötigt wenig Energie zur Verarbeitung und ist vollständig wiederverwendbar. Im Gegensatz zu Beton oder Ziegeln verursacht er kaum CO₂-Emissionen.

Lehm entsteht durch die Verwitterung von Gestein und besteht aus Kies, Sand, Schluff und Ton. Der Tonanteil bestimmt die Bindekraft, während die anderen Bestandteile zur Stabilität beitragen. Lehm weist eine hohe Wärmespeicherfähigkeit auf und kann so Temperaturschwankungen ausgleichen und dadurch die Energieeffizienz von Gebäuden steigern. Zudem trägt er dank seiner feuchtigkeitsregulierenden Eigenschaften zu einem angenehmen Raumklima bei.

Allerdings gibt es Herausforderungen: Lehm ist wasserempfindlich und hat eine geringe Tragfähigkeit. Dennoch eröffnen moderne Forschung und neue Fertigungstechniken vielversprechende Möglichkeiten. Hybride Bauweisen kombinieren Lehm mit Holz oder Beton, um seine Anwendung zu erweitern. Vorgefertigte Lehmbauelemente ermöglichen schnellere Bauweisen und steigern die Effizienz.

Lehm wird meist vor Ort gewonnen, was lange Transportwege und energieintensive Herstellungsprozesse vermeidet. Zudem ist er vollständig wiederverwendbar – ein Gebäude aus Lehm kann am Ende seiner Lebensdauer wieder zu Erde werden.

Lehmbautechniken sind vielseitig: Stampflehm wird schichtweise verdichtet und bildet stabile Wände. Adobe-Ziegel, aus feuchtem Lehm geformt und an der Luft getrocknet, bieten eine einfache Verarbeitung. Leichtlehm, mit Stroh oder Holzspänen angereichert, verbessert die Wärmedämmung und ermöglicht leichtere Konstruktionen.

Obwohl sich Lehm über viele Jahrhunderte bewährt hat, wurde er in den letzten Jahrzehnten als Baustoff kaum weiterentwickelt. Nun laufen zahlreiche Forschungsprojekte, um industrielle Fertigungsprozesse und Baustellenabläufe zu optimieren. Damit könnte Lehm zukünftig eine wichtige Rolle im klimagerechten Bauen spielen.

Ökobilanz

Ein aussagekräftiger Indikator für die Einschätzung der Nachhaltigkeit ist die Ökobilanz. Durch die Ökobilanzierung von Baustoffen, Konstruktionen, Gebäuden und sogar Siedlungen können Aussagen über deren Umweltauswirkungen gemacht werden. Letztendlich lassen sich sämtliche Alltagsprozesse mit einer Ökobilanz beschreiben, die auch unter dem Begriff «Life Cycle Analysis» bekannt ist. Der gewählte Betrachtungsgegenstand wird mithilfe standardisierter Methoden entlang seines Lebenszyklus in 16 Prozessphasen (A–C) unterteilt. Diese Gesamtbetrachtung erfolgt im klassischen Sinn von der Wiege bis zur Bahre, beginnend mit der Rohstoffbereitstellung (A1) und endend bei der Entsorgung (C4). Diese lineare Phasenbetrachtung kann zudem für eine Kreislaufnutzung angepasst werden.

Im Bauwesen der Schweiz definiert das Merkblatt SIA 2032 «Graue Energie – Ökobilanzierung für die Erstellung von Gebäuden» die Vorgehensweise zur Berechnung einer Ökobilanz. Das Merkblatt dient seinerseits als Basis für die Norm SIA 390/1 «Klimapfad» sowie für verschiedene Gebäudelabels. Für die Basisdaten greifen alle Berechnungsmodelle auf die Werte der «Ökobilanzdaten im Baubereich» der KBOB zurück (https://www.kbob.admin.ch/de/oekobilanzdaten-im-baubereich). In einer umfangreichen Excel-Tabelle erhalten interessierte Personen Zugriff auf die Materialkennwerte wie graue Energie (kWh oil-eq.), Treibhausgasemissionen (kg CO2-eq.), Umweltbelastungspunkte (UBP) und den im Material gespeicherten biogenen Kohlenstoff (kg C).

Die Berechnung einer Ökobilanz erfordert einen Massenauszug aller Konstruktionsaufbauten, der gesamten Gebäudehülle einschliesslich der unterirdischen Bauteile und der Innenwände.

Pädagogik der Konstruktion

In der Wahrnehmung von Architektur erscheint das konstruktive Detail dank der konkreten materiellen Ausdrucksebene als stoffliches Gegenüber, welches eine unmittelbare Wirkung ausstrahlt. So kommt der konstruktiven Ausformulierung eines Bauwerks eine fundamentale Bedeutung zu und muss mit dem architektonischen Entwurf präzis entwickelt werden. Wie die Bedeutung eines Wortes in der gesprochenen Sprache vom Kontext abhängig ist und sich je nach Kontext wandelt, so gewinnt auch in der Architektur das bauliche, konstruktive Detail seine Bedeutung erst aus dem städtebaulichen und kulturellen Gesamtzusammenhang. Die Konstruktion steht nie für sich allein, sondern bedarf der städtebaulichen Interpretation und der kulturellen Wahrnehmung, welche als Katalysatoren dem Entwurfsprozess erst seine Sinnhaftigkeit verleihen. Der eigenen Entwurfshaltung kommt hierbei eine entscheidende Rolle zu.

Dabei kann das In-Beziehung-Setzen der einzelnen konstruktiven Elemente – sowohl untereinander wie auch im grösseren Kontext – nur erlernt und geübt werden, wenn eine Vielzahl von Betrachtungsebenen gleichzeitig in den Blick genommen und unterschiedliche Massstabsebenen parallel bearbeitet werden. Dies zu vermitteln, steht im Mittelpunkt der architektonischen Konstruktionslehre.

Unser Wort Konstruktion (von lat. con-struere = konstruieren) beruht auf dem lateinischen Wortstamm struere, welcher in der ursprünglichen Bedeutung schichten, aufschichten bedeutet. Derselbe Wortstamm liegt auch der Instruktion, also dem Unterrichten, Anleiten zugrunde. Geht es beim einen um das Zusammenfügen von Bauteilen, ist es beim anderen das Zusammenfügen von Know-how. Das Bauen ist dem Unterrichten also insofern verwandt, als es bei beiden um sinnhaftes Aufschichten geht. Beides sind aufbauende Tätigkeiten.

Putz

Putz ist ein Material der Oberfläche, denn er bildet zusammen mit der Farbe die äusserste Schutzschicht einer Fassadenkonstruktion, die sogenannte «Opferschicht». Wie die menschliche Haut erfordert diese Schutzschicht stetige Pflege und innerhalb des Lebenszyklus immer wieder Reparatur oder Erneuerung. Putz ist vermutlich einer der am meisten unterschätzten Baustoffe, Putz ist das Material des Alltags. Der Eindruck trügt: So einfach Putz in seiner Erscheinung ist, so komplex kann seine Zusammensetzung und seine Abhängigkeit von der darunter befindlichen Konstruktion sein. Gerade mit dem Verschwinden der monolithischen Aussenwandkonstruktion und der damit einhergehenden Auflösung der Wand in einzelne Schichten, verbunden mit dem Aufkommen der verputzten Aussenwärmedämmung (Kompaktfassade), wurde die ehemals einfache Putzfassade zu einem komplexen Bauteil. Putz ist kein Material, das wie Holz oder Naturstein aus der Natur gewonnen werden kann. Es ist ein aus mehreren Materialien zusammengesetzter Baustoff. Putze setzen sich aus Bindemitteln wie Kalk oder Zement, Zuschlägen wie Kies und Sand sowie Wasser zusammen. Allenfalls kommen Zusätze wie Pigmente hinzu. Bis zur Industrialisierung war Putz ein regionaler Baustoff – Kalk kam aus der örtlichen Kalk-, Sand aus der Sandgrube und Kies aus dem Fluss. Einfach gesagt: Es gibt so viele Putze, wie es Sande gibt. Die Welt der Oberflächen von Putzen ist unendlich vielfältig. Es gibt die unterschiedlichsten Oberflächengestaltungen wie Kratzen, Anwerfen, Glätten, Kämmen oder Schablonieren. Zwischen Werkzeug, Korngrösse des Putzes und Auftragstechnik besteht ein enger Zusammenhang: Die Art der Oberflächenbearbeitung ist der Putzmischung bereits eingeschrieben, glatte Putze etwa können nur mit kleinem Korn und hohem Sandanteil verarbeitet werden. Wird der Putz nicht maschinell, sondern von einem Handwerker aufgetragen, so trägt er dessen individuelle Handschrift. Somit ist jeder handwerklich aufgetragene Putz einmalig und ein Unikat.

Stahl

Stahl ist ein Sammelbegriff für Werkstoffe, die mehrheitlich aus Eisen bestehen. Verglichen mit den herkömmlichen Baumaterialien Holz, Natur- und Backstein wurde Stahl im Bauwesen lange Zeit nicht als eigenständiges Material akzeptiert, Eisen diente als hoch belastbares Verbindungsmittel, nicht aber als Baustoff mit architektonischem Ausdruckspotenzial. So verbinden im griechischen Tempel Metallbolzen Stützen und Architrav oder in Notre Dame de Paris Tausende von Stahlklammern die Natursteinwände. Erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts gewann Stahl mit dem Siegeszug der Eisenbahn in Infrastrukturbauten wie Bahnhöfen und Brücken, öffentlichen Gebäuden wie der Kuppel des Bundeshauses oder Ausstellungsarchitektur wie dem Eiffelturm eine breitere Akzeptanz als eigenständiges Baumaterial.

Baustahl hat ein unerreichtes Elastizitätsmodul von 210’000 N/mm2, Fichte dagegen, auch ein leistungsfähiges Baumaterial, erreicht in Faserrichtung gerade einmal 6000 N/mm2. Nachteile sind die Korrosion beim Kontakt mit Sauerstoff (für den Menschen nicht toxisch) und der schlechte Brandwiderstand.

Unsere heutige Sicht auf Stahl ist geprägt von der Industrialisierung des 19. Jahrhunderts. Ausgehend von England gab es in ganz Europa ein starkes Wachstum der Schwerindustrie für Kohle und Eisenerz. Mit Koks (entgaster Kohle) befeuerte Hochöfen erlaubten erstmals die grossmassstäbliche und günstige Herstellung von Roheisen. Wurden Anfang des 19. Jahrhunderts in Europa pro Jahr noch rund 0,02 Millionen Tonnen Stahl produziert, verhundertfachte sich diese Menge Ende des 19. Jahrhunderts auf 2 Millionen Tonnen, es entstand eine Blech- und Stahlindustrie. Metall hielt Einzug in den Alltag, vom Automobil zum Maschinenbau zum Sitzmöbel. Die weltweite Produktion von Stahl beträgt mittlerweile 2000 Millionen Tonnen. Er lässt sich als einziges Material ohne Qualitätsverlust recyceln, weltweit stammen heute rund ein Viertel der Tonnagen aus der Wiederverwendung.

Die Zahlen sprechen für sich, die Anwendung von Stahl in der Industrie ist unbestritten. Das Institut Konstruktives Entwerfen der ZHAW hat in der viel beachteten Forschungsarbeit Zuhause im Stahl das räumliche und konstruktive Potenzial von Stahl auch im Wohnungsbau anhand von drei historischen und sechs zeitgenössischen Beispielen aufgezeigt und ausgelotet.

Suffizienz

Der Begriff «Suffizienz» steht für das richtige Mass im Sinne von «genügen» (von lat. sufficere = ausreichen, genügen). Er steht in der Nachhaltigkeitsdebatte für einen möglichst geringen Energie- und Ressourcenverbrauch. In erweitertem Sinn steht er für Angemessenheit, Reduktion auf das Wesentliche und Selbstbeschränkung bis hin zu Konsumverzicht. Der Begriff wurde im deutschsprachigen Raum erstmals 1993 von Wolfgang Sachs verwendet. Nach Sachs sind die Begriffe «Effizienz» («Dematerialisierung», Einsparung von Energie und Ressourcen) und «Konsistenz» («Naturverträglichkeit», Einsatz regenerativer Ressourcen) um den der «Suffizienz» («Selbstbeschränkung», Einschränkung und Verzicht) zu ergänzen. Nur im Zusammenspiel aller drei Begriffe seien die Differenz zwischen wachsendem Bedarf und schrumpfenden Ressourcen zu schliessen und wirklich nachhaltige, zukunftstaugliche Modelle zu entwickeln. Während Effizienz und Konsistenz allgemein akzeptiert und anerkannt sind, da sie als quantitative Kategorien messbar sind und mit Daten belegt werden können, ist Suffizienz nur schwer beschreib- und vermittelbar. Es ist eine qualitative Kategorie, die individuell wahrgenommen wird und nicht messbar ist. Im Allgemeinen wird sie mit einer Einschränkung von Freiheit, Komfort und Wohlstand in Verbindung gebracht. Ein «Weniger ist mehr» lässt sich nur schwer überzeugend vermitteln, zumal das «Less is more» der Moderne durch abstrahierende Lösungen als zu asketisch und lebensfeindlich in Verruf geraten ist. Dabei wurde Verzicht bereits in klösterlichen Gesellschaften als Gewinn angesehen. In einer auf der individuellen Freiheit basierenden Gesellschaft lässt sich «Suffizienz» jedoch nicht verordnen. Sie ist daher die am schwierigsten vermittelbare Nachhaltigkeitsstrategie und kommt naturgemäss gegenüber den technisch geprägten Lösungsansätzen von Effizienz und Konsistenz in Diskussion und Anwendung zu kurz. Bestenfalls wird «Suffizienz» mit kostengünstigem Bauen verbunden. Sie weist aber darüber hinaus zum Beispiel einen möglichst geringen Einsatz von Gebäudetechnik bei «Low-Tech»-Lösungen oder im Hinblick auf den neu diskutieren «Gebäudestandard E» auf. Ein wichtiger Schritt ist die Reduktion der individuellen Wohnfläche von 40 m2 auf 26 m2 in der Stadt Zürich, die zu einem Gewinn für die Gesellschaft durch Ermöglichung von mehr Wohnungen führt (Wohn- und Gewerbesiedlung Guggach III, Stiftung Einfach Wohnen Stadt Zürich).

Tektonik

Der Begriff «Tektonik» leitet sich vom griechischen Wort tekton ab, das «Zimmermann» oder «Erbauer» bedeutet. Bei der griechischen Dichterin Sappho (6. Jh. v. Chr.) übernimmt der Zimmermann bezeichnenderweise auch die Rolle des Dichters. Im 19. Jahrhundert definierte Gottfried Semper den Begriff als «die Kunst, starre, stabförmige Teile zu einem in sich unverrückbaren System zusammenzufügen». Die beiden praktischen Ästhetiker Gottfried Semper im deutschsprachigen und Eugène Viollet-le-Duc im französischsprachigen Kulturraum beschäftigten sich mit der Stilfrage, die sich im Zeitalter der fortschreitenden Industrialisierung stellte. Beide suchten die Antwort auf diese Frage in der Logik und Richtigkeit des konstruktiven Zusammenfügens von Bauteilen und entwarfen zwei unterschiedliche, ja gegensätzliche Denkmodelle. Während Semper den konstruktiven Bekleidungselementen – Tektonik der Bekleidung – die Protagonistenrolle für die Raumdefinition eines Gebäudes zuschreibt, sind es bei Viollet-le-Duc vor allem die Elemente des Gebäudetragwerks – Tektonik des Tragens –, die die Raumbildung und den architektonischen Ausdruck eines Gebäudes bestimmen sollen. Die vorliegende digitale Konstruktionstheorie versucht, die «Logik und Richtigkeit» der tektonischen Fügung im Zeitalter der Digitalisierung nachzuvollziehen. Die Darstellung von Montageabläufen sowie die Möglichkeit, 3D-Modelle aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten, nutzen die Vorzüge des digitalen Mediums gegenüber dem traditionellen Printmedium. Damit lenken die Animationen auch die Aufmerksamkeit auf den zunehmend prozessualen Aspekt des tektonischen Fügens im Zusammenhang mit den allgegenwärtigen Themen Emissionen und Ressourcenschonung sowie auf die Zukunftsperspektive, in welcher der Prozess des Bauens zunehmend mit dem des Rückbaus verbunden sein wird. Im Kontext unserer Architekturschule soll die digitale Entwurfslehre unseren Studierenden ein Werkzeug an die Hand geben, mit dem sie über die Entwicklung ihrer Projekte hinaus an ihrer eigenen Haltung als verantwortungsvolle Berufsleute arbeiten können.

Typologie der Konstruktion

Die Komplexität der selbst gegebenen und äusseren Anforderungen im Entwurf, in der Planung und beim Bauen ist hoch. Ursprünglich durch lokale, kulturelle Bauweisen bedingt, jedoch virulent geworden durch die Industrialisierung und die damit einhergehende Standardisierung, werden Typologien immer zur Abgrenzung und Ordnung von «Systemen» definiert. Der Begriff «Typologie» setzt sich etymologisch aus «Vorbild» und «Wissenschaft» bzw. «Lehre» zusammen.

Typologie kann also nicht nur als die Wissenschaft des Ordnens und Klassifizierens verstanden werden, sondern vielmehr auch als «Prozess der Typenbildung». Die Sammlung und Anwendung von Typologien muss daher offen und dynamisch sein. Kreuzungen und Bastarde von bestehenden Typen begünstigen die Entwicklung von neuen Konstruktionslösungen, sofern sie einer inneren Logik entspringen. Entscheidend dabei sind Überlegungen der «Fügung», die aufgrund von (vielleicht neuen) Materialeigenschaften und Konstruktionsprinzipien zustande kommen.

Vorfertigung

Die Vorfertigung als Konzept in der Architektur und Bauindustrie beschreibt die industrielle Herstellung von Bauelementen oder ganzen Gebäudeteilen mit dem Ziel, Bauprozesse zu optimieren, Kosten zu senken und die Qualität zu steigern. Der Begriff verweist auf den Prozess der systematischen, oft modularen Produktion von Bauelementen, die in einem Werk vorgefertigt und dann auf der Baustelle zusammengesetzt werden.

Der Gedanke der Vorfertigung hat eine lange Tradition, die bis in die Antike zurückreicht. Insbesondere seit der Industrialisierung wurde er jedoch zu einem zentralen Thema in Architektur und Bauwesen.

Mit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert wurde die Vorfertigung erstmals in grossem Massstab eingesetzt. In England führte Joseph Paxton mit seinem Crystal Palace eines der ersten Beispiele für industrielle Vorfertigung im Bauwesen ein. Die gesamte Struktur des Gebäudes bestand aus vorgefertigten Glas- und Gusselementen, die in einer modularen Bauweise zusammengesetzt wurden.

Im 20. Jahrhundert rückte die Vorfertigung zunehmend in den Fokus, insbesondere nach dem Zweiten Weltkrieg, als die Nachfrage nach schnell verfügbarem und kostengünstigem Wohnraum enorm hoch war. In zahlreichen europäischen Ländern wurden zwischen den 1950er- und 1980er-Jahren standardisierte Plattenbausysteme entwickelt und eingesetzt, um Wohnraum in grossem Massstab zu schaffen.

Obwohl die industrielle Vorfertigung in den 1950er- bis 1980er-Jahren als vielversprechende Lösung für den Massenwohnungsbau galt, scheiterte sie vielerorts an sozialen, städtebaulichen und technischen Herausforderungen. Die geringe Anpassungsfähigkeit dieser Systeme und die fehlende Identifikation der Bewohner:innen mit ihren Wohnhäusern führten zunehmend zur Ablehnung dieser Typologie in der Bevölkerung.

Während die Vorfertigung in Beton an Bedeutung verlor, etablierte sie sich im modularen Holzbau als eine zentrale Bauweise der Gegenwart.

Wiederverwendung von Bauteilen

In unserer gebauten Umwelt wird für Neubauten der Bestand üblicherweise abgebrochen. Die Materialien werden sauber getrennt und wenn möglich dem Recycling zugeführt, doch die grosse Menge an benötigter Energie zur Erzeugung formgerechter Bauteile wird vernichtet. Das Bauen mit wiederverwendeten Bauteilen ist daher heute eine effektive Option zur Reduzierung des CO2-Ausstosses von Neubauten.

Bleibt die Wiederverwendung im von Zeit- und Kostendruck geprägten Bauwesen heute eine seltene Ausnahme, war der wiederholte Gebrauch wertvoller Teile historisch gesehen eher der Regelfall. Nicht aus ökologischen, sondern vielmehr aus ökonomischen Überlegungen wurden schon in prähistorischen Zeiten, in den Hochkulturen der Antike oder in den vernakulären Bauten unserer Bergkantone bearbeitete Bauteile als wertvoll erachtet und in Neubauten wo immer möglich wiederverwendet.

Jenseits des ökonomischen Drucks war die Wiederverwendung von Baustoffen auch Ausdruck des Respekts vor den handwerklichen Leistungen der Vergangenheit. Relikte historischer Bauwerke wurden mit mühevoller Hingabe zu Neuem geformt und sichtbar neuen Bauten einverleibt. Auch heute eröffnet die Wiederverwendung die Überführung der den Bauteilen innewohnenden Geschichte in Neubauten. Überraschende neue Zuordnungen können sich als Chance zur Etablierung eines neuen architektonischen Ausdrucks erweisen.

Das Bauen mit wiederverwendeten Bauteilen ist für unsere Generation von Architektinnen und Architekten eine weitere Fragestellung in unserem generalistischen Berufsbild, für die wir uns die entsprechenden konstruktiven und architektonischen Kompetenzen aneignen müssen. Die Fähigkeit, den ökonomischen, sozialen, energetischen und baukulturellen Wert von Bausubstanz einzuschätzen, ist ein weiteres Feld, deren Gesetzmässigkeiten wir verstehen sowie selbstverständlich und verantwortungsvoll bei jeder Bauaufgabe in die Waagschale legen müssen.