Kaeng Krachan Elefantenpark

Aufgabenstellung des Bauherrn

Im Zoo Zürich soll eine Zuchtgruppe Asiatischer Elefanten verhaltensgerecht in einer zeitgemässen und der heutigen Zoophilosophie entsprechenden Anlage gezeigt werden. Die Tiere sollen in einer ihrem ursprünglichen Lebensraum nachempfundenen Landschaft leben und den Besucher in den Aussen- und Innenanlagen mit einbeziehen.

Die Nachbildung des ursprünglichen Lebensraums der Elefanten soll mit Landschaftsgestaltung ermöglicht werden, die in der Wahrnehmung jegliche Lenkung des Besuchers auf sichtbare europäische Konstruktionselemente und eine Architektur im Kontrast zur Landschaft vermeidet.

Beschreibung der Haupttragkonstruktion

Über einer unregelmässig runden Halle mit einer Grundfläche von ca. 6'000m² überspannt eine Holzdachkonstruktion mit einem Durchmesser von 85m als freitragendes durch 271 Oblichter gelochtes Schalentragwerk die Stallungen und eine grosszügige Innenanlage. Infolge der begrenzten zulässigen Bauhöhe und des im Höhenverlauf variablen Dachrandes werden die Stützkräfte über einen umlaufenden Spannbetonringbalken in ohnehin durch die Nutzung benötigte Betonbauteile als lokale Widerlager abgetragen. Die eigentliche tragende Schalenkonstruktion besteht aus drei Lagen 80mm starken Brettsperrholzplatten die zueinander um ca. 60° verdreht miteinander flächig vernagelt ein homogenisiertes und duktiles Schalenhybridmaterial ergeben.

Wahl der Baustoffe

Nicht nur aus gestalterischen Gründen zum vom Zoo vorgegebenen Thema passt die Wahl des Baustoffs für ein Schalentragwerk. Der schlechte Baugrund war ebenso Grund für die leichte und damit wirtschaftlichere Dachkonstruktion aus Holz. Durch aktuelle und speziell vorangetriebene Entwicklungen in den Planungs- und Produktionsmöglichkeiten von Brettsperrholz konnte der Bau einer doppelt gekrümmten Tragkonstruktion aus ebenen Einzelelementen effizient umgesetzt werden. Die Wandscheiben der lokalen Dachfundationen zur Stützung der Schale sind mit DYWIDAG-Stangen vertikal vorgespannt.

Erläuterung der Gestaltung

Die Wahl einer Schale als Dachform folgt dem Anspruch einer natürlichen Konstruktion sowie dem Streben nach einem minimierten und im Landschaftspark der Elefanten möglichst wenig dominierenden Gebäudevolumen. Die Möglichkeit der statischen Optimierung mittels Formfindung des Dachrandes und der Freiform selber kommt den gestalterischen Idealen entgegen und führt zu einer Verschmelzung von angestrebtem Bild und konstruktiver Wirklichkeit.

Die Bogenhöhen zwischen den Auflagern ergeben sich aus architektonischen Vorgaben, wie den vorgesehen Besuchereinblicken, den Höhen von Tordurchfahrten und der Grösse der Elefanten.

In Wechselwirkung mit der architektonischen Organisation der Nutzung und der daraus logischen Ausbildung der Glasfassade ergaben sich die für das Tragwerk zu berücksichtigenden Randbedingungen wie beispielsweise die Anordnung der vertikal abtragenden Elemente an den Tiefbereichen das Dachrandes. Es wurde darauf geachtet, möglichst nur ohnehin erforderliche Bauteile zu verwenden, wie beispielsweise die runde Aussenwand des Managementbereichs als lineares Auflager. In den unterirdisch verlaufenden Medienkanal wurden Regenwasserzisternen integriert und als lokale Dachwiderlager ausgebildet. Diese lokalen Bereiche sind in einzelne auskragende Pfeiler aufgelöst, die sich in das organisch gleichmässig wandelnde Prinzip der Fassadenstützen integrieren.

Das Projektareal liegt an einem Hang, weshalb sich das Gebäude mit seinem Untergeschoss hangseitig eingräbt und die Bodenplatte der Technikzentrale im Untergeschoss im Fels liegt, während talseitig die lokalen Widerlagerbereiche teilweise gar keinen Aushub erfordern und auf wenig tragfähigen und setzungsempfindlichen Schichten stehen und die Lasten mittels Grossbohrpfählen und Permanentankern abtragen.

Besondere Ingenieurleistung

Das Tragwerk stellt als sichtbare Konstruktion die Projektidee des Parks, eines künstlerischen Naturbildes als erlebbaren (Lebens)Raum für Elefanten und Besucher dar. Dabei wird Holz als anisotropes und inhomogenes Material gezielt über eigens entwickelte Formfindungs- und Verebnungsprozesse in Form des modernen Baustoffs Brettsperrholz in Kombination mit einer flächigen Vernagelung zu einem duktilen und robusten Flächentragwerk. Es gibt lediglich zwei Regeldetails für das Dach. Die ganze Konstruktion liess sich mit Hilfe konsequenter Konstruktionsregeln parametrisiert räumlich mittels projektspezifischem BIM planen und daraus direkt mit entsprechender Schnittstelle mit Robotern bei den Unternehmern produzieren. Als Hybridkonstruktion in Kombination mit Spannbeton für Ringbalken und Widerlager konnte so trotz baurechtlich bedingt flachem Stich und suboptimalem Schalenrand ein effizientes, materialreduziertes und damit für den Bauherrn nachhaltiges Tragwerk realisiert werden.

Welche positiven Effekte hat die besondere Ingenieurleistung

Moderne Zoologische Gärten sehen sich als Naturschutzzentren und wollen deshalb neben einer artgerechten Tierhaltung und Zucht mit edukativen und szenografischen Hilfsmitteln auf Missstände im Tier- und Umweltschutz hinweisen. Der neue Elefan- tenpark und dabei insbesondere das Schalendach führte - neben den Bewohnern selber - als Attraktion seit seiner Eröffnungen zu einer enormen Besucherzunahme. Somit kann an einem der meistbesuchten Orte der Schweiz einem grossen Publikum nicht nur der Tier- und Umweltschutz, sondern auch Architektur und Ingenieurbaukunst vermittelt werden. Die Anlage wird als Ergebnis einer engen und intensiven Zusammenarbeit zwischen Architekt, Landschaftsarchitekt, Bauingenieur sowie ausführenden Unternehmern wahrgenommen und erlebt.

Erläuterungsbericht von Walt + Galmarini AG dipl. Ing. ETH SIA USIC zur Einreichung beim Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015.