Frei Otto - db deutsche bauzeitung

Ingenieurporträt
Frei Otto
Architekt, Konstrukteur und Visionär, Förderer der Leichtbauweise
Von Falk Jaeger
Wie kein anderer hat Frei Otto die Leichtbauweise in der zweiten
Hälfte des 20. Jahrhunderts wissenschaftlich erforscht und
die Entwicklung leichter, ressourcenschonender und umweltgerechter
Tragwerke gefördert und beeinflusst. Seine Bauten
von höchst gestalterischer Qualität sind fast allen bekannt –
Zeit, sich seiner Person zu widmen.
Like no other, Frei Otto has in the second half of the 20th century
scientifically researched lightweight construction and furthered
and influenced the development of lightweight, economical and
ecologically appropriate structures. Of the highest design
quality, his buildings are known to almost everyone – time for a
personal appraisal.
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Die Ausstellung im Münchner Architekturmuseum, das Erscheinen
seines Gesamtwerks, die Ehrung mit der RIBA-Goldmedaille und
schließlich sein 80. Geburtstag, am 31. Mai diesen Jahres – die Anlässe
sind zahlreich und bedeutend, den Architekten und Ingenieur,
Bildhauer und Maler, Philosophen und Weltverbesserer im besten
Sinne Frei Otto zu feiern und zu würdigen. »Ein glänzender Mann,
mehr Wissenschaftler als Künstler, voller origineller Ideen, in seinen
Ansichten ausgeglichen und gedankenvoll«, so hatte ihn Walter
Gropius 1963 charakterisiert.
Als Künstler ist er Architekt, als Wissenschaftler Ingenieur, könnte
man ergänzen. Architekten betrachten Tragwerkslehre und Materialkunde
oft als untergeordnete Hilfswissenschaft – und ignorieren
Bauschäden und allzu rasche Alterung als Misslichkeiten, die ihren
Meisterwerken keinen Abbruch mehr tun können. Bauingenieure
wiederum konstruieren oftmals ohne Ansehen des baukünstlerischen
Ergebnisses. Gesucht wird (zum Beispiel durch integrierte
Studiengänge) die ideale Kombination: der Architekt, der weiss
wie vernünftig zu konstruieren ist, beziehungsweise der Ingenieur,
der Schönes zu gestalten weiß. So kommt Frei Otto diesem Ideal
als einer der wenigen von Seiten der Architektenschaft sehr nahe,
wie wenige von Seiten der Ingenieure. So nahe, dass er für viele die
Grenze bereits überschritten hat, dass er ihnen eher als Ingenieur
gilt, arbeitete er doch als Wissenschaftler zeitlebens an Problem-
stellungen, die gemeinhin dem Bauingenieurwesen zugerechnet
werden.
Fritz Leonhardt, selbst einer der Ingenieure, denen eine gute Gestaltung
von Ingenieurbauwerken immer am Herzen lag, hatte den an
der TH Berlin als Architekten Ausgebildeten 1964 als »Ingenieurkollegen«
an die TU Stuttgart geholt. Dort entwickelte Frei Otto
»leichte Flächentragwerke«, und gründete 1969 einen Sonderforschungsbereich
»Materialforschung und Forschung im konstruktiven
Ingenieurbau« – ein Terrain, auf das sich normalerweise kein
Architekt verirrte. Später wurde der Sonderforschungsbereich SFB
64 »Weitgespannte Flächentragwerke« genannt, was die Arbeit im
Institut mit Netzen, Zelten, Schalen und Pneus anschaulicher beschreibt.
»Natürliche Konstruktionen« war das nächste Thema, dem er sich
mit einem interdisziplinären Team in einem Sonderforschungsbereich
widmete. Auch hierzu holte er Konstrukteure, Materialtechniker,
Biologen und Geisteswissenschaftler aus aller Welt nach
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Stuttgart, um gemeinsam der Natur die Geheimnisse zu entlocken,
wie man ökonomisch, ökologisch und im Einklang mit ihr bauen
könne. Zellen und Knochen, Stämme und Halme, Kieselalgen und
Spinnennetze, Wasserwirbel und Seifenblasen, Termitenhügel und
Vogelnester wurden untersucht, um ihnen für künstliche Konstruktionen
brauchbare Gesetzmäßigkeiten abzuschauen.
Interessant ist, dass er von Architektenseite her eine Urform der
ingenieurtechnischen Entwicklungsmethode mitbringt, den empirischen
Prozess. Es geht ihm um »Formfindung«, bereits in den
zwanziger Jahren ein Begriff der Protagonisten der organischen
Architektur. Die Form wird nicht erschaffen, sondern experimentell
ermittelt, denn sie ist zuallererst Ausdruck herrschender statischer
Kräfte und ergibt sich als Reaktion auf diese. So führen Hängemodelle,
in ihrer selbst entstandenen, momentfreien Form fixiert und
umgedreht, zu ökonomischsten, logischsten (und elegantesten)
Tragwerken; Seifenblasen zwischen beliebigen Rahmen zu deren
materiell und kräftemäßig minimierten Membrantragwerken und
zu optimalen Pneukonstruktionen.
Am Anfang stand allerdings die Hängekonstruktion, mit deren erster
Frei Otto bei seinem Amerika-Aufenthalt 1950–51 in Kontakt
kam, der berühmten, 1953 fertig gestellten Arena in Raleigh, North
Carolina. Ihr Entwerfer Metthew Nowicki war kurz zuvor tödlich
verunglückt, als Otto die Pläne bei Fred Severud auf den Zeichen-
tischen sah. Er erkannte, dass mit dieser leicht herzustellenden,
materialsparenden Technik eine Bauweise zur Verfügung stand,
die in einer Zeit der Materialknappheit weiterhelfen konnte und die
ihm zudem als Gegenparadigma zur monumentalen Repräsentationsarchitektur
des Dritten Reichs äußerst willkommen war.
Zurück in Berlin formulierte er in seiner Dissertation »Das hängende
Dach« die Kernsätze der ökonomischen, von ihm »das Prinzip
Leichtbau« genannten Bauweise: »Durch sparsame Anwendung
hochwirksamer Baustoffe und durch Ausnutzung der Trageigenschaften
räumlicher Systeme entstehen leichte, bewegliche Bauwerke
ohne wesentliches Eigengewicht. Die Konstruktion
schrumpft auf das unbedingt Notwendige zusammen«. Bald darauf
bekam er Gelegenheit, seine Ideen mit weiter entwickelten Hängekonstruktionen
zu demonstrieren. Der deutsche Pavillon auf der
Weltausstellung 1967 in Montreal (Bild 2) ist eine solche Seilnetzkonstruktion,
organisch, spielerisch leicht, aller Erdenschwere und
Monumentalität enthoben. Das experimentelle Modell dazu steht
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1 Frei Otto, am 31.5.1925 in Chemnitz-Siegmar geboren
2 Erinnert bereits an das fünf Jahre später fertig gestellte Münchener
Olympiastadion: die Seilnetzkonstruktion des Deutschen Pavillons für die
Weltausstellung 1967 in Montreal
3 Zeltdach für eine Sporthalle in Jeddah, 1976
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Ingenieurporträt Frei Otto
4 Skizze des Eingangsbogens für die Bundesgartenschau 1957 in Köln
5 Voliere im Tierpark Hellabrunn in München, 1980
noch heute in Stuttgart. Frei Otto hatte es aufs TU-Gelände im Pfaffenwald
versetzt und fortan für sein Institut genutzt – ein ständiges
Anschauungsobjekt für Studenten und Mitarbeiter.
Das Prinzip der durch mehrere Masten angehobenen Zeltdecke hat
er dann zusammen mit Günter Behnisch und dessen Partnern in
großem Maßstab in München umsetzen können. Zur angestrebten
Vollendung einer eleganten, ultraleichten Dachhaut hat es beim
Olympiapark 1972 nicht ganz gereicht, sind doch die Stützglieder
auf Grund der damals noch eingeschränkten EDV-Rechenkapazitäten
für komplexe Tragsysteme aus Sicherheitsgründen unerwünscht
kräftig ausgefallen. Zusätzlich entstanden weitgespannte Zelt-
und Hängekonstruktionen in verschiedensten Variationen, für eine
Sporthalle in Jeddah, ein Konferenzzentrum in Mekka, Ausstel-
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lungsbauten der Buga 1957 in Köln oder der Internationalen
Gartenschau 1963 in Hamburg, Fabrikdächer für Wilkhahn in Bad
Münder Eimbeckhausen oder ein Großvoliere in München.
Quasi als Umkehrung des Prinzips sind die auf Druck belasteten
Schalenbauten zu verstehen, deren Form sich gleichwohl oft am
einfachsten durch Selbstfindung mittels zugbelasteter Hängemodelle
ermitteln lässt; ähnlich wie einst auch Antoni Gaudí zu seinen
nahezu momentfreien Gewölbeformen gekommen ist.
Prominentestes Beispiel ist die gemeinsam mit den Architekten
Mutschler, Langner und Partner entworfene Gitterschale der Bugahalle
1971 in Mannheim (Bild 6). Sie besteht aus einem gleichmaschigen
Netz aus geraden, durchlaufenden Holzlatten. Interessant
dabei ist die Tatsache, dass nicht nur das Modell, sondern
folgerichtig auch die realisierte Konstruktion ihre Form selbst bildet:
Hierzu wird das Gitter zunächst eben auf der Baustelle ausgebreitet
und dann durch Stützgerüste angehoben. Durch Biegung der Latten
und Verdrehung der Knoten entsteht dann die Form der Schale,
die wiederum durch Fixieren der zuvor flexiblen Gitterknoten, die
Befestigung des Gitterrandes und das Aufbringen der Dachhaut
schließlich ihre Stabilität erhält.
Wenn Frei Otto seine Seilnetzideen auch in seinen typischen luziden
Zeichnungen – man hat diese zum Teil aquarellierten Skizzen mit
Bruno Tauts Fantasien verglichen – ins Utopische dehnte, die komplette
Überdachung der Stuttgarter Bahnhofsanlage, eines Konferenzzentrums
in Rijad oder ganzer Gebirgstäler, so blieb ihnen
doch immer das Wissen um die Realisierbarkeit. Hätte sich ein Bauherr
gefunden, hätte es auch Wege gegeben, die Ideen in die Wirklichkeit
umzusetzen. Charakteristisch für Ottos ganzheitlichen
Ansatz ist die Ausweitung der Erkenntnisfelder über das Ingenieurtechnisch-Konstruktive
hinaus. Zwar wurden Bemessungs-, Berechnungs-
und rechnerunterstützte Entwurfsmethoden für die verschiedensten
Flächentragwerksprinzipien entwickelt, doch er fragte
auch: »Wie werden weitgespannte Flächentragwerke vom Menschen
erlebt?« und »Wie müssen Objekte entworfen werden, die
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eine zufriedenstellende Erlebniswirkung haben?«. Dazu wurden
psychologische Untersuchungen durchgeführt und Tausende von
Nutzern befragt. Es war ihm klar, dass man die menschlichen Bedürfnisse
an die gebaute Umwelt analysieren müsse, um die allgemeine
Tauglichkeit der Flächentragwerke ermessen zu können.
Es ging nicht darum, die Menschheit mit neuen, fantastischen Bauwerken
zu beglücken, sondern auch darum, ob sie damit glücklich
wird – ein Rückkopplungseffekt, an dem Ingenieure und Architekten
eigentlich immer interessiert sein sollten.
Vergleicht man die Entwürfe von Transrapid-Trassen, die Frei Otto
zusammen mit seinem Freund, dem britischen Ingenieur Edmund
Happold, entwickelt hat, mit dem inzwischen in Shanghai in die
Landschaft betonierten Brückenband, wird dieses Anliegen deutlich.
Frei Ottos Team hat zehn Entwürfe untersucht und sechzig
Varianten gerechnet, eine filigraner als die andere. Dass bei seinen
Trassenkonstruktionen auch deren Abbau und Recycling bedacht
ist, überrascht nicht, hat er doch schon in den sechziger Jahren die
Forderung aufgestellt, von allen Bauwerken die Gesamtenergiebilanz
zu berechnen. Dazu hat er unter anderem das »Bic-�-Diagramm«
aufgestellt, mit dem das Verhältnis zwischen Leistung und
den dazu benötigten, also zu produzierenden und zu transportierenden
Massen berechnet werden kann.
Anlagen zur Sonnenenergiegewinnung gehören ebenfalls seit mehr
als drei Jahrzehnten zu seinem Programm. Vielfach kombinierte er
sie mit Schirmkonstruktionen, die einen weiteren Schwerpunkt seiner
Arbeit darstellen. Leichte Flächentragwerke können auch temporär
sein, so sein Ansatz, der ihn zur Entwicklung von aufklappbaren
Schirmen für Messen und Rockkonzerte (Bild 7) führte. Die
Vela römischer Amphitheater schließlich waren Vorbild für raffbare
Textildächer, etwa über der Stiftskirchenruine in Bad Hersfeld (Bild
9), einem Multimediastadion oder einer Moschee in Saudi Arabien.
In die so faszinierende wie vielfältige Welt der natürlichen Konstruktionen
ist Frei Otto mit der Methodik des »umgekehrten Weges«
eingedrungen. Das heißt, es werden Wachstums- und Bildungspro-
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6 Neben Hängetragwerken entstanden auch Schalenkonstruktionen,
wie etwa eine Halle für die Bundesgartenschau in Mannheim 1975
7 »Leichte Flächentragwerke können auch temporär sein«:
Schirme für ein Konzert von Pink Floyd
zesse der anorganischen wie der organischen Natur experimentell
künstlich in Gang gesetzt, um daraus Erkenntnisse für Konstruktionen
zu gewinnen. Dieser umgekehrte Erkenntnisweg führte zu der
Überzeugung, dass die lebende Natur nicht beliebige Strukturen
wachsen lässt, sondern sich des abiotischen Selbstbildungsprozesses
der Bläschenbildung bedient und diese mittels komplizierter
Fasernetze stabilisiert: Der weiche, fasergestützte Pneu – im technischen
Sinn eine durch Innendruck stabilisierte Membrankonstruktion
aus einer biegeweichen Hülle und einer fließfähigen Füllung –
ist also die Urkonstruktion des biologischen Lebens, das Abbild der
Zelle, des kleinsten Bausteins lebender Konstruktionen. Wieder ist
es das Phänomen der Selbstfindung, das zu den Tragwerksformen
führt. Die von Frei Ottos Teams erdachten Anwendungen dieses natürlichen
Prinzips reichen vom Staudamm bis zum Luftschiff.
Man kann mit Pneus Dämme aufbauen und temporäre Wasserreservoires
vorhalten. Und man kann natürlich die vielfältigsten Dachkonstruktionen
damit meistern. Traglufthallen in allen Größenordnungen
sind dabei die häufigsten Anwendungsfälle, und Frei Otto
wäre nicht der visionäre Architekt, hätte er es nicht Richard Buckminster
Fuller gleichgetan und Klimahüllen für ganze Städte entworfen
(doch im Unterschied zu diesem beließ er es nicht bei utopisch-hypertrophen
Ideen, sondern wies nach, wie sie zu konstruieren
seien). So entstand zusammen mit Kenzo Tange und Ove Arup
das Projekt einer Stadt in der Antarktis (Bild 8), die mit einer transparenten
pneumatischen Hülle von zwei Kilometern Durchmesser

Ingenieurporträt Frei Otto
8 Zwei Kilometer Durchmesser hat die Hülle, die Frei
Otto gemeinsam mit Kenzo Tange und Ove Arup für eine
Stadt in der Antarktis vorsah
9 Das wandelbare Dach über der Kirchenruine in Bad
Hersfeld entstand bereits 1968 und schützt das Freilufttheater
bei schlechter Witterung
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überspannt werden sollte. Die Membranhülle für eine Stadt im Norden
Kanadas sollte eher eine amöbenhafte Form annehmen und im
inneren differenzierte Raumeindrücke bieten.
Die Plexiglas-Modelle dazu werden mit einer speziellen Technik hergestellt,
die inzwischen – nach Weiterentwicklung einschlägiger
Techniken – als zukunftsträchtig gilt: Das Tiefziehen durch Unterdruck
(Gleichflächenlast), das, wenn es ohne Gegenform geschieht,
wiederum einen Prozess der Formselbstfindung ausnutzt. Dünnste
Membrantragwerke lassen sich damit herstellen, etwa wenn Stahl-
oder Aluminiumbleche durch Kaltverformung zu flachen Kalotten
gezogen werden, die an Stabilität und spezifischem Tragvermögen
kaum zu übertreffen sind. Ein kreisrundes Dach mit 100 Metern
Durchmesser könnte theoretisch mit einer Blechstärke von nur einem
Millimeter auskommen. Vorerst beschränkt sich das Verfahren
auf handlichere Formate, etwa die Herstellung von Metallspiegeln
zur Gewinnung von Sonnenenergie.
Gemessen an seinem internationalen Renommee hat Frei Otto nicht
allzu viel selbst gebaut. Ihn scheint die Mehrung der Erkenntnisse
immer wichtiger gewesen zu sein als deren Anwendung. »Gelehrt
in dem Sinne, wie es an Hochschulen gemacht wird, habe ich nie.
Ich habe all meine Lehr- und Forschungstätigkeit genutzt, um selbst
Wissen zu sammeln und Grundlagen für neue Ideen zu erarbeiten.
Ich war und bin im Erfahrenwollen maßlos und selbstsüchtig«,
schrieb er 1985. Zahllose Architekten und Ingenieure haben mit ihm
zusammen geforscht und mit ihm »etwas aufgelesen, was unbenützt
am Wegesrand lag«. Er gibt seine Erfahrungen gerne weiter,
wenngleich es ihn schmerzt, wenn andere unverhohlen seine Arbeiten
ausnutzen, ohne ihn einer Erwähnung zu würdigen. Baumförmige
»Verzweigungskonstruktionen« hat er zum Beispiel Anfang
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Ausstellung:
Frei Otto – Leicht bauen, natürlich gestalten, 26.5.-28.8.2005,
Architekturmuseum TU München, Pinakothek der Moderne,
www.freiotto-architekturmuseum.de, www.pinakothek.de/pinakothek-der-moderne
Literaturhinweis:
Frei Otto. Das Gesamtwerk. Leicht bauen – Natürlich gestalten, Winfried Nerdinger
(Hrsg.), Birkhäuser, Basel, 2005
der achtziger Jahre entwickelt. Gebaut wurde damit der Terminal
des Flughafens Stuttgart ohne sein Zutun. Und es ärgert ihn, weil
seine Vorschläge oft besser sind als das dann realisierte. »Ein Himmel
voller Metall!«, klagt er beispielsweise über das mittlerweile errichtete
Dach des Olympiastadion in Berlin, bei dem 22 Stahlstützen
vielen Zuschauern im Blickfeld stehen. Für dessen Überdachung
hatte er eine leichte Konstruktion ohne sichtstörende Stützen
erdacht.
Jüngstes spektakuläres Projekt aus seinem Atelier ist das Dach des
neuen Stuttgarter Hauptbahnhofes, das er gemeinsam mit dem
Architekten Christoph Ingenhoven entworfen hat. Es gehört zum
städtebaulichen Projekt »Stuttgart 21«, das die Drehung der Gleisanlagen
um 90 Grad und die unterirdische Anfahrt des Hauptbahnhofs
vorsieht (und, trotz politischer Probleme, noch immer zur Realisierung
steht). Eine unterirdische Bahnsteighalle quer zu den bis-
herigen Hallen soll unter dem Schlossgarten liegen und nur durch
Oberlichtöffnungen mit dem Park in Verbindung stehen. Die für
Frei Otto charakteristischen tropfenförmigen Öffnungen lassen
erahnen, dass auch diese Formen mit Seifenhaut- und Hängemodellen
ermittelt worden sind. Auf diese Weise kommt der Entwurf Frei
Ottos Vorstellungen nahe, die Architektur topologisch wie gestalterisch
weitgehend in die Natur einzubetten.
Der Mensch in Harmonie mit der Natur, das menschliche Handeln
und vor allem natürlich das Bauen mit der Natur, mit der Ökologie
in Einklang zu bringen, ist von Anbeginn sein Ziel gewesen. In
diesem Sinn erforscht er Bauweisen und Materialien und äußert
sich immer wieder zu ethischen, philosophischen und architekturtheoretischen
Grundsatzfragen des Bauens. Er ist das Gewissen
der Architekten, und als solches sicherlich auch der Gesellschaft. F. J.
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