Bohlenbinder-Kuppel Statische Ertüchtigung des Kuppeltragwerk im Tieranatomischen Theater in Berlin

Es war das erste Mal, dass ein Architekt in Deutschland Bohlenbinder als Tragwerk für eine Kuppel verwendete. Der Architekt war Carl Gotthard Langhans, das Gebäude das in bauhandwerk 4.2013 vorgestellte Tieranatomische Theater in Berlin. Die statische Ertüchtigung des Kuppeltragwerks war eine holzbautechnische Meisterleistung.

Das Tieranatomische Theater entstand in Berlin zeitgleich mit dem Brandenburger Tor. Der Architekt beider Gebäude – Carl Gotthard Langhans (1732-1808) – entwarf den Bau Ende des 18. Jahrhunderts für König Friedrich Wilhelm II. als Hörsaal der neu gegründeten Tierarzneischule. Bei seinem Entwurf lehnte sich Langhans, der die Architektur des Renaissancebaumeisters Andrea Palladio von Italienreisen kannte, an dessen Villa Rotonda in der Nähe von Vicenza in Norditalien an. Im Vergleich zu diesem Gebäude ging Langhans beim Bau des Tieranatomischen Theaters in Berlin konstruktiv allerdings vollkommen neue Wege. Er wählte für die Kuppel, die auch für die Villa Rotonda charakteristisch ist, eine Bohlenbinderkonstruktion. Das hatte in Deutschland zuvor noch niemand gewagt.

Bohlenbinder: Vorläufer der Holzleimbinder

Das Langhans diese ursprünglich in Frankreich entwickelte Binderkonstruktion für ein Gebäude in Berlin verwendete, hatte mehrere Gründe. Zum einen konnte man die gebogene Form der Binder aus kurzen Brettern herstellen: Die Zimmerleute nagelten damals jeweils vier kurze Bretter versetzt aneinander und konnten so Binder herstellen, die über die gesamte Kuppelhälfte spannten. Beim mäßigen Baumbestand in der Region Berlin war dies eine enorm Holz sparende Bauweise, die obendrein keiner langen Stämme bedurfte. Auf der anderen Seite erreicht man mit den gebogenen Bindern ein sehr schlankes Kuppeltragwerk. Andere, bis dato aus geraden Balken konstruierte Kuppeltragwerke, benötigten ein Vielfaches an Dachvolumen. Eine solche Konstruktion hatte Vorbildcharakter, weshalb David Gilly auf seinem 1797 erschienenen Buch „Erfindung, Construction und Vorteile der Bohlendächer“ das Tieranatomische Theater als Kupferstich auf dem Titelbild zeigte. „Was heute der Leimholzbinder ist, war damals der Bohlenbinder, nur dass die Verbindung der Hölzer untereinander nicht mit Leim, sondern mit Nägeln hergestellt wurde“, sagt Thomas Müller vom Berliner Büro Müller Reimann Architekten, das mit der Planung der Restaurierungsarbeiten beauftragt war.

Vom echten Hausschwamm befallene Hölzer

„Ursprünglich dachten wir, dass wir nur die Dachhaut erneuern müssten“, erinnert sich Thomas Müller. Jedoch hatten Lüftungsabzüge das vorhandene Zinkblech auf dem Kuppeldach an zahlreichen Stellen durchstoßen. Diese hatte man seinerzeit für die Labore benötigt, die zu DDR-Zeiten für die Nutzung des Gebäudes als Institut für Lebensmittelhygiene um den Hörsaal herum eingebaut worden waren. „Als wir 2007 das Dach geöffnet hatten, mussten wir feststellen, dass das historische Tragwerk gravierend geschädigt war. Wasser war durch undichte Stellen der Dachhaut an den Abzügen ins Holz der Bohlenbinder eingedrungen und hatte zu Befall mit echtem Hausschwamm und anderen Holz zerstörenden Pilzen und Insekten, wie dem Trotzkopf, geführt. Da gab es ganz klare Regeln“, sagt Architekt Müller. Vor allem der echte Hausschwamm war auch ein echtes Problem: Er verteilt seine Sporen in der Bausubstanz, so dass man an befallenen Hölzern auf beiden Seiten 1,5 m gesundes Holz mit wegschneiden muss. „Das Schlimme am echten Hausschwamm ist, dass dieser sich durch das Holz frisst, ihm die Tragfähigkeit nimmt und im Mauerwerk weiter wächst. Da die Fußpunkte des Kuppeltragwerks ins Mauerwerk eingezapft sind, war der Befall dort am stärksten. Es war erstaunlich, dass die Kuppel überhaupt noch hielt“, meint Klaus Pawlitzki, Projektleiter im Büro Müller Reimann Architekten. Folglich hätte man das komplette historische Bohlentragwerk inklusive dem Mauerwerk des Tambourrings abbrechen müssen. Das aber wäre verheerend gewesen: Die verputzte und aufwendig bemalte Kuppelinnenschale hängt direkt an der Bohlenbinderkonstruktion und wäre somit auch verloren gegangen. Und natürlich bestand die Denkmalpflege darauf, die originale Substanz vor allem der ersten Bohlenbinderkonstruktion Deutschlands von Langhans unangetastet zu lassen. Wie sollte man aus dieser Zwickmühle gelangen?

Wärmebehandlung von Holz und Mauerwerk

„Da wir auf den regulären Wegen der Ingenieurbaukunst nicht weiter kamen, hat uns die Zusammenarbeit mit einem Holzgutachter weitergeholfen“, erinnert sich Thomas Müller. Der Holzfachmann Ingo Müller empfahl in seinem Gutachten eine Sanierungsmethode, der sich auch der Bauherr und die Denkmalpflege anschließen konnten. Diese basiert darauf, dass der Schwamm eine Eiweißverbindung ist. Man kann ihn also töten, wenn man das Gebäude auf über 60 Grad Celsius aufheizt. „So die Theorie“, meint Architekt Müller. „Das aber in die Praxis umzusetzen, brachte einen erheblichen Aufwand mit sich. Damit verlängerte sich auch der Bauablauf um ein Jahr.“

Also hausten die Handwerker das Gebäude ein, stellten ein Gerüst auf, legten ein Wetterdach darauf und darunter das Dachtragwerk frei. Die Holzkonstruktion wurde anschließend in Folie eingepackt und fünf Stunden lang auf 60 Grad Celsius erhitzt. Das Gleiche musste natürlich auch mit dem Mauerwerk des aufgehenden Tambourrings geschehen. „Wir mussten Löcher ins Mauerwerk bohren und Thermometer hineinstecken, um zu messen, ob das über 60 cm dicke Mauerwerk auch im Kern 60 Grad Celsius hatte“, erinnert sich Klaus Pawlitzki. Mit in das Mauerwerk in Glasröhrchen eingebrachten lebenden Pilzsporen ließ sich der Behandlungserfolg überprüfen. „Das entspricht nicht dem Norm- und Regelwerk. Aber auf diesem Weg konnten wir die originale Bausubstanz sowohl im Mauerwerk als auch im Dachtragwerk erhalten“, erläutert Architekt Müller.

Neues Tragwerk trägt die Lasten und das Dach

So konnte zwar die Substanz, jedoch nicht die Tragfähigkeit der Bohlenbinder erhalten bleiben, denn die war durch den Schwammbefall weitgehend verloren gegangen. „Wir mussten den vorhandenen Traggliedern etwas zur Seite stellen, damit das Dach trägt“, so Thomas Müller. Also wurden die 41 Bohlenbinder mit 41 Holzleimbindern ergänzt. Die Zimmerleute setzten immer zwischen zwei alte einen neuen Binder. Diese tragen nicht nur das neue Dach, sondern über zwei Druckringe aus Stahl verbunden auch das alte Tragwerk, an dem die Putzinnenschale hängt. Die alten und neuen Binder verbanden die Zimmerleute mit dem oberen Druckring, der die Kuppel unter der Laterne um deren Öffnung verspannt, und dem unteren Druckring, der auf halber Höhe um die Kuppel läuft. „Wenn sich also einer der alten Bohlenbinder verabschiedet, übernimmt ein neuer Holzleimbinder seine tragende Funktion“, sagt Architekt Pawlitzki.

Kuppeldach aus kleinformatigen Blechen

Da die Holzleimbinder höhenversetzt zu den Bohlenbindern liegen, tragen sie das neue Dach. Hierzu nagelten die Zimmerleute eine Brettschalung auf die neuen Binder und verlegten dazwischen Holzwolleplatten, die für eine zeitgemäße Wärmedämmung sorgen. Das Dämmpaket schließt eine weitere Brettschalung inklusive Dachpappe und eine neue Dachhaut aus Zinkblech in Stehfalzdeckung ab. „Das ­Gebäude hatte ursprünglich auch eine Zinkblecheindeckung. Vor 200 Jahren hatte man natürlich kein Zinkblech von der Rolle, sondern arbeitete mit kleinformatigen Blechen. Daher verlegten die Spengler auf dem Kuppeldach wieder kleine Zinkbleche, um dem ursprünglichen Bild der Eindeckung zu entsprechen“, sagt Thomas Müller. Diese Art der Eindeckung musste von den Handwerkern erst einmal entwickelt werden und bedurfte einer intensiven Absprache mit den Architekten.

Laterne mit krönendem Geländer

Wie beim Pantheon in Rom gelangte durch eine Öffnung im Zenit der Kuppel Tageslicht in den Raum, nur dass diese Kuppelöffnung in Berlin mit einer Laterne verglast war und dazu diente, den Seziertisch in der Mitte des Hörsaals zu belichten. Weder die Laterne noch ihr krönendes Geländer waren im Original vorhanden. Stattdessen thronte auf der Kuppel eine vergleichsweise flache und mittlerweile defekte Laternenlösung aus DDR-Zeiten, deren verglaster Kegel ein einfaches Stahlrohrgeländer umgab. Die Laterne wurde samt Geländer in der Schlosserei aus Stahlprofilen und Isolierglas erneuert und mit dem Mobilkran als krönender Abschluss der Dacharbeiten auf die Kuppelöffnung gehievt und festgeschweißt. „Das Krönchen ist ein architektonisches Element, das die technische Konstruktion der Laterne überspielen soll“, erklärt Thomas Müller. Mit „Krönchen“ meint er das Geländer, über das allerdings keine Unterlagen vorhanden waren. Daher orientierten sich die Architekten formal am Geländer des bauzeitlichen Hörsaalgestühls, dessen Motive sie in einem Buch über historische Treppen gefunden hatten. Darin war eine Treppe in dem von Carl Gotthard Langhans entworfenen Palais Wallenberg in Breslau zu sehen. Nach diesen Vorlagen baute der Schlosser schließlich das Laternengeländer nach. „Dies ist durchaus legitim, da Langhans bei seinen Entwürfen formal immer wieder früher bereits verwendete Stilelemente aufgegriffen hat. Daher haben wir uns dazu entschlossen, ebenso wie bei den Geländern im Hörsaal, die im Buch gefundene Form zu favorisieren“, so Thomas Müller.

Autor

Dipl.-Ing. Thomas Wieckhorst ist Chefredakteur der Zeitschriften bauhandwerk und dach+holzbau.

Langhans verwendete Bohlenbinder – in Deutschland ­hatte     das zuvor noch niemand gewagt