Überdachung der Ausgrabungsstätte St.-Antony-Hütte

Die St. Antony Eisenhütte produzierte im 18. und 19. Jahrhundert gusseiserne Produkte von herausragender Qualität. Dieser innovative Geist im Umgang mit Metall ist Grundlage für die neue Dachkonstruktion, die als exemplarische Darstellung dessen dient, was mit geringstem Materialeinsatz und innovativer Konstruktion in unserer Zeit möglich ist. Gleichzeitig erinnert die minimalistische Form des Daches in Schalenform an temporären Wetterschutz aus Zelttuch, das über archäologischen Fundstätten befestigt wird und das sich – gleichsam durch Windsog – nach oben wölbt. Die Dachschale liegt frei über der Ausgrabungsstätte und überdeckt die wesentlichen Teile der archäologischen Funde.

Schutz und Konzentration

Die Überdachung des Grabungsfeldes erfolgte mit einer Rippenschale aus verzinktem Stahlblech. Ihre klare Geometrie und minimierte Konstruktion bewirken eine Konzentration auf das Wesentliche. Das Schalendach steht beispielhaft für die stützenfreie Überspannung einer Fläche mit geringstmöglichem Materialaufwand.

Die schützende, bewahrende Geste des Daches vermittelt dem Besucher etwas vom historischen Wert des Ortes. Die Großform des Daches ist Landmarke und sichtbares Zeichen für den besonderen Ort – die Wiege des Ruhrgebietes.

Tragwerk

Das etwa 900 qm große Schalendach, welches die Grabungsstätte freitragend überspannt, hat die Form einer synklastischen Translationsschale. Es ruht auf 4 Fußpunkten, die ein Rechteck von etwa 40 x 18m Größe beschreiben. Entlang seiner Längsseiten wölbt es sich um etwa 2,50 m nach außen. Das Schalendach hat einen Stich von 9,5 m. Es besteht aus 323 ähnlichen aber nicht gleichen Blechtafeln von 5mm Dicke, die sich schindelartig überlappen. Die gelaserten Blechtafeln sind zur Versteifung an jeweils einer Längs- und Querseite um etwa 15 cm auf- bzw. Abgekantet. Entlang der Blechtafelränder und im Bereich der Überlappungen der Kantungen sind die Tafeln miteinander verschraubt. Neben den Randverschraubungen sind Dichtbänder eingelegt, um gegen zurückdrückendes Niederschlagswasser zu dichten.

Aufgrund ihrer doppelt gekrümmten Form und der abgekanteten Versteifungen ist die Schale selbsttragend. Durch die Anordnung einer Aufkantungs - Rippenschar auf der Schalenoberseite und der orthogonal verlaufenden anderen auf der Schalenunterseite, entfallen aufwändige Rippenkreuzungen. Die Schale kommt ohne jede Schweißnaht aus. An den Längsrändern der Schale verlaufen geschachtelte, verschraubte Randträger aus stehenden Flachstählen zur Randversteifung.

Die Form jeder einzelnen Schindel ergibt sich aus einer parametrischen Programmierung, die sich bis zum letzten gelaserten Schraubloch detailliert.

Die Schale ist auf Bohrpfählen gegründet, die auch den Horizontalschub aufnehmen. Die Montage der nummerierten Schindeln erfolgte in zwei Teilen neben der Ausgrabung auf einem Leergerüst. Die Teile wurden mittels eines Mobilkrans über die Ausgrabung gehoben, provisorisch versteift und nach der Montage beider Teile miteinander verschraubt. Sämtliche Stahlschindeln sind nach der Fertigung - Lasern und Abkanten - feuerverzinkt worden, um einen langfristigen Korrosionsschutz sicherzustellen. Die Verzinkung ergibt ein lebhaftes und sehr "metallisches" Farbbild auf den Schindeln, was der Gesamtanmutung der Konstruktion den gewünschten technischen Charme verleiht. Die Entwässerung erfolgt in den Kehlen der Aufkantungen zu den 4 Eckpunkten.

Die Berechnung der Schale erfolgte als 3D Faltwerk, wobei die einzelnen Schindeln inklusive ihrer Überlappung und Verschraubung modelliert wurden. Höherbelastete Schindeln beulen planmässig unter 1,0-fachen Eigengewichtslasten aus. Die Rechnung zeigten, dass die Beanspruchungen sich auf die Versteiften Schindelrändern umlagern.

Das Konstruktionsprinzip der Schindelschale - ausschneiden, oben-unten abkanten und verschrauben - eignet sich zur Überdeckung beliebiger Flächen, die aus ebenen Vierecksmaschen zusammengesetzt sind. Bei Anbringung nur eines weiteren Knicks entlang der Diagonalen des Ausgangsrasternetzes kann jede beliebige triangularisierbare Freiformfläche abgebildet bzw. freitragend überspannt werden. Dies eröffnet neue Konstruktionsmöglichkeiten in der aktuellen, oft amorphen Architektur.

Erläuterungsbericht des Ingenieurbüros Schülke Wiesmann zur Einreichung beim Ingenieurbau-Preis 2013