Ein Hochhaus wie ein menschlicher Körper

Leonhard Fromm
15. Dezember 2021
Steht als IBA’27-Projekt seit Februar 2021 in Stuttgart-Vaihingen: Das Demonstrator-Hochhaus des Sonderforschungsbereichs 1244 der Uni mit seinen adaptiven Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen. (Foto: Uni Stuttgart / Uli Regenscheit)

24 Hydraulikzylinder sorgen für Stabilität, ähnlich der Muskulatur stützen und bewegen sie das Stahlskelett des Hochhauses bei Wind und Erdbeben. Der Clou: Durch den Einsatz dieser Aktoren lässt sich massiv Material sparen. Auf dem Campus der Universität Stuttgart steht seit Anfang 2021 ein Gebäude, das weltweit einmalig und Projekt der IBA‘27 ist.

Entworfen und gebaut hat das „adaptive Hochhaus“ das Institut für Entwerfen und Konstruieren (ILEK). Der Turm misst knapp 37 Meter Höhe. Bei einem Schlankheitsgrad von eins zu sieben, ergibt sich eine Seitenlänge von fünf Metern. Die zwölf Geschosse sind zu vier Einheiten aus je drei Geschossen zusammengefasst. Diese „Units“ sind mit Querverstrebungen ausgesteift. 

In den unteren zwei Geschossen haben die Forscher des Instituts Hydraulikzylinder montiert. Acht an den senkrechten Metallstützen und 16 an den diagonalen Streben. Von einem Arbeitsplatz aus, der in einem Container am Fuße des Turms untergebracht ist, lässt sich das Hochhaus steuern. „Die Hydraulik ist Standardware im Maschinenbau, die wir zweckentfremdet haben“, sagt Projektleiterin und Architektin Stefanie Weidner. Normalerweise heben und senken sie Baggerschaufeln. 

In Stuttgart hat ein interdisziplinäres Team sie mit 200 Sensoren gekoppelt. Bläst der Wind oder bebt die Erde, melden die elektronischen Fühler dies der Steuereinheit. Die wiederum bewegt die Hydraulikzylinder und sorgt somit für einen stabilen Stand des Hochhauses bei Wind und Wetter. Auch die Tests laufen so ab: „Wir bringen das Gebäude künstlich zum Schwingen“, erklärt Weidner. Es funktioniert wie das Zusammenspiel von Muskelapparat und Gehirn im menschlichen Körper. „Wenn mich eine Böe in eine Richtung drückt, meldet das Gehirn meinen Muskeln, dass sie gegensteuern sollen.“

Um das Testgebäude aus der Simulation in die Realität zu heben, waren neben Architekten und Bauingenieuren auch Maschinenbauer, Elektroniker und Programmierer ins Projekt involviert. Sie sorgten dafür, dass der „Demonstrator“ intelligente Entscheidungen trifft und automatisch handelt. Und wofür das Ganze? „Um Material und Energie zu sparen“, sagt Weidner. Bis zu 50 Prozent des Rohbaustahl können Bauherren über diese Technik sparen. Im experimentellen Stuttgarter Hochbau sind das etwas mehr als 20 Tonnen. 

Üblicherweise sorgt im Geschossbau viel Beton für Masse und damit für Stabilität. Das soll sich ändern. So sah das schon Frei Otto. Er gilt als einer der bedeutendsten Architekten des 20. Jahrhunderts und als Pionier nachhaltigen Bauens. 2015 starb er, sein Erbe lebt an der Uni Stuttgart weiter. In den 1990er-Jahren tritt Leichtbaupapst Werner Sobek in Ottos Fußstapfen. Er gründet das ILEK, in dem intelligente Architektur entwickelt wird. 

Nachdem der Turm Anfang 2021 stand, folgten weitere Experimente. Den Fokus streng darauf gerichtet, wie anpassungsfähig Gebäudehüllen und Rohbau künftig sein könnten. So testen die Forscher etwa unterschiedliche Fassaden am Hochhaus. Aktuell schützt eine Membran den Bau vor Witterung. Schritt für Schritt sollen unterschiedliche Außenhüllen hinzukommen. Diese können auf das Wetter reagieren und im Sommer vor Sonnenstrahlen schützen. Sie aber im Winter aufnehmen und Wärme speichern. Auch hier geht es ums Sparen: Außenrollos und Jalousien würden überflüssig, wenn Fassaden selbst denken und deren Funktion übernehmen, so Weidner. Wenn die Bauweise des Demonstrators genehmigungsreif ist, können auch höhere Hochhäuser lukrativ werden. Bisher sind hohe Häuser auf etwa 100 Meter begrenzt, weil sich das Kosten-Nutzenverhältnis verändert. „Jeder Meter mehr Höhe macht das Bauen deutlich teurer“, so Weidner.

Sonderforschungsprojekte der Universität Stuttgart
Eine wachsende Weltbevölkerung und endliche Ressourcen werfen die Frage auf, wie die Menschheit künftig Wohnraum mit weniger Material bauen kann. Im „Sonderforschungsbereich (SFB) 1244 Adaptive Hüllen und Strukturen für die gebaute Umwelt von morgen“ forschen 14 Institute der Universität Stuttgart an der Integration sich selbst an die Umwelt anpassender – also: adaptiver – Elemente in Konstruktionen, Fassaden und Innenausbauten. Dabei will der Forschungsbereich neue Baukomponenten entwickeln und diese ins Gesamtsystem einbinden. Ziel ist, deutlich weniger Material und Energie zu verbrauchen und gleichzeitig den Komfort von Gebäuden zu steigern. 
In Stuttgart-Vaihingen steht das adaptive Hochhaus als Großexperiment seit Februar 2021 auf dem Campus. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert den Sonderforschungsbereich, dessen Sprecher Architekt Werner Sobek den Ultraleichtbau als „Schlüsseltechnologie für das Bauwesen des 21. Jahrhunderts“ bezeichnet. Die Gesamtkosten für das Projekt liegen bei rund zwei Millionen Euro, sie werden teilweise vom Land gefördert.
Seit Mai können Besucher das adaptive Hochhaus besichtigen. Aufgabe in den nächsten Jahren ist es, Gebäude dieser Art zur Genehmigungsreife zu bringen und in der Bevölkerung ein Bewusstsein für Ressourcenschonung und Einsparungswege im Bauwesen zu schaffen. Der Demonstrator ist aktuell eines von 14 IBA‘27-Projekten.

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