Architekturkunst Eine vierbeinige Spinne für den Kuppelschluss

Gerd Heene ist Architekt. An der Universität Kaiserslautern hat er als ordentlicher Professor Studenten im Fachbereich Architektur unterrichtet und sich mit seinem Ludwigshafener Büro auf das Bauen von Industrie- und Laborbauten spezialisiert. Das ist einige Jahre her. Als Professor quittierte er 1991 den Dienst, er hatte die Altersgrenze erreicht. Aus seinem Büro zog er sich einige Jahre später zurück. Seitdem befindet er sich im sogenannten kreativen Unruhestand. Diese biographischen Angaben sind wichtig. Nur wenn man sie kennt, kann man die Genesis der Arbeit von Heene über die „Baustelle Pantheon“ richtig bewerten, die sich wesentlich mit der Frage beschäftigt, wie dieser nahezu 2000 Jahre alte Kuppelbau errichtet wurde. Eine Frage, die zwar immer mal wieder aufgeworfen wurde, die aber stets eine deutlich weniger wichtige Rolle spielte als das akribische Beschreiben des bauhistorischen Befunds durch Archäologen, Alt- und Kunsthistoriker. In Hundertschaften haben sie sich seit der Renaissance über dieses Gebäude hergemacht.

Heene ging mit seiner Frage nach dem „Wie?“ fremd. Er hat sich auf das den Bauingenieuren vorbehaltene Gebiet gewagt. „Bedächtige Zurückhaltung“ bis hin zu ernsthafter Skepsis sind ihm entgegengebracht worden, wenn er mit seinen Ingenieurskollegen auf der anderen Seite des Flurs technische Details erörtern wollte. Doch die Berührungsängste haben sich im Zuge des Fortschritts seiner Arbeit abgeschwächt und bis heute gar weitgehend aufgelöst. Die Erkenntnisse des Architekten Heene über die Technik der Errichtung des Pantheons haben mittlerweile den Segen der Fachwelt. So wird dem 2003 gestorbenen und lange an der TU München tätigen Bauforscher und „Pantheon-Papst“ Professor Gottfried Gruben der Ausspruch zugeschrieben, „So war es!“, als er die von Heene erstellten Zeichnungen, Berechnungen und Texte gesehen hat. Zustimmung kam auch von Giangiacomo Martines vom Sopraintendenza Archaeologica in Rom, einem ausgewiesenen Pantheon-Experten. Und auf der letzten großen Pantheon-Tagung Ende des vergangenen Jahres in Bern hat Heene seine Arbeit vorgetragen, ohne dass es Widerspruch gab.

Die Geschichte von dem Erdhügel

Alle bisher über den Bau der Pantheonkuppel angestellten Vermutungen schienen demnach falsch zu sein: Recht amüsant klingt die immer wieder gern erzählte Geschichte vom Erdhügel, auf dem man die Kuppel errichtet hat. Und zwar waren in den Erdhaufen gerade so viele Goldmünzen eingestreut, dass es sich für die Plebs lohnte, den Hügel herauszukratzen, aber doch noch so wenig, dass ein Gerüst teurer gewesen wäre. Häufig wurde auch vermutet, dass das umlaufende Gesims der Kuppel in 22 Meter Höhe als Auflager für ein freitragendes Lehrgerüst gedient haben könnte. Doch auch diese Idee kann nicht stimmen, standen doch damals noch keine stählernen Gerüststangen und - noch wichtiger - belastbare Verbindungselemente zur Verfügung, aus denen man eine solch weitspannende Brückenkonstruktion hätte bauen können.

Übrig blieb demnach die Annahme einer vollen Einrüstung, ohne dass man die damit verbundenen Schwierigkeiten durchkalkuliert hätte. Für Heene schied diese Möglichkeit von vornherein aus. Er verweist auf den enormen Holzverbrauch und die hohen Kosten, die ein das ganze Bauwerk ausfüllender „Ständerwald“ verschlungen hätte. Auch wäre eine Holzkonstruktion mit den bei einem solch schweren Bau unweigerlich auftretenden Setzungen nicht fertig geworden, geht man doch davon aus, dass sich der Bau während des Emporwachsens rund 25 Zentimeter tief in den Boden gedrückt hat. Diese Setzungen hätten sich unweigerlich auch auf das Gerüst übertragen und auf die Präzision der Kuppelschale ausgewirkt. Und die ist so gleichmäßig geformt, dass man auch mit heutiger Schalungstechnik Probleme hätte, diese Genauigkeit zu erreichen.

Die Opeion: neun Meter Durchmesser

Und um diesen Bau geht es: Der Zentralraum des Pantheon wird stets als Halbkugelkalotte auf einer zylindrischen Wand beschrieben. Das ist bedingt richtig, folgt doch die Innenfläche der Kuppel einer Kugelfläche mit einem Durchmesser von 43,30 Meter, deren lediglich gedanklich vorhandener Tiefpunkt (Südpol) den Fußboden gerade berührt. Für das Tragverhalten ist jedoch nicht die bei den Römern als Symbol für weltliche und geistige Macht stehende Kreisform zuständig, sondern eine ganz andere Linienführung, die sogenannte Mittelfläche. Sie liegt - das sagt der Begriff - zwischen der kreisrunden Innen- und der flacheren, den Dachverlauf abbildenden Außenfläche.

Da die Außenwand des Pantheon einige Meter über die Kuppelbasis hinaus gezogen ist und sieben treppenartige Steinringe über die Kuppel nach oben gezogen sind, hat der Bau in Wirklichkeit die Form einer Kalotte mit veränderlichem Radius. Ihre tatsächliche Spannweite beträgt demnach 49,5 Meter. Um sie zu beherrschen, musste der von Kaiser Trajan mit dem Bau des Pantheons beauftragte Baumeister Apollodorus von Damaskus (60 bis 125 n. Chr.) sein ganzes, über viele Jahre und an zahlreichen Bauten gesammeltes Können ausspielen. Er erkannte, dass die hochgezogene Außenmauer der Rotunde als Auflast wirkt und die durch den Gewölbeschub der Kuppel entstehenden Ringdruckkräfte abschwächt. Den gleichen Effekt liefern die sieben Abtreppungen auf der Außenseite. Und den Kuppelschub hat Apollodorus weiter minimiert, indem man sie dort, wo eine große Gewichtslast besonders ungünstig wirkt, einfach weggelassen hat. Am Zenit hat die Kuppel eine kreisrunde Öffnung - ein Opeion - mit einem Durchmesser von neun Metern.

Entlastungsbögen sparen Gewicht

Trotz des Kunstgriffs, das „Dach“ nicht ganz zu schließen, ist der Kuppelschub beachtlich. Ihn kann man nur mit einer Schwergewichtsmauer in den Griff bekommen. Diese ist daher mit 6,25 Meter äußerst kräftig ausgefallen, wurde aber nicht von unten bis oben massiv ausgeführt, sondern man hat sie mit vier halbrunden (apsidialen) und vier rechteckigen Nischen in acht tragende Pfeiler untergliedert. Überaus genial ist die Lösung, alle Nischen und Öffnungen mit einem mehrstöckigen System aus gemauerten Ziegelbögen (Entlastungsbögen) zu überspannen, die teilweise komplett die Wandstärken ausfüllen und daher von außen zu sehen sind. Denn durch das Einziehen dieser Entlastungsbögen konnte einiges an Baumaterial eingespart werden, man rechnet mit rund einem Viertel, ohne die Empfindlichkeit der Mauer gegenüber horizontalen Kräften im gleichen Maße wie ihr Gewicht zu reduzieren.

Verantwortlich ist dafür die Physik, denn die Nachgiebigkeit einer Mauer gegenüber horizontalen Lasten ist proportional zur dritten Potenz der Wandstärke, während ihr Gewicht direkt proportional zu ihrer Dicke ist. Die Bögen und damit zahllose in das Mauerwerk integrierte Hohlräume und Nischen boten einen weiteren wichtigen Vorteil. Die dazwischenliegenden Wände fielen weniger mächtig aus, was für die damals angewandte Bauweise ein Segen war: Die Mauern des Pantheon bestehen aus Opus Caementitium, den man zwischen die aus Ziegeln gefertigte (Mauer-) Schalung schichtweise „stopfte“. Dieses auch als Römerbeton bekannte Material konnte umso gleichmäßiger abbinden, je dünner es eingebracht wurde. Es bildeten sich dann weniger Risse.

Mitwachsende Hubgeräte

Bei der Diskussion über den Aufbau des Pantheons spielt die besagte Abbindewärme des Opus Caementitium keineswegs eine Nebenrolle. Sah man in ihr vielfach doch den Grund für die Existenz von acht sogenannten Entlüftungsschächten, die mit halbrundem Grundriss und einem Durchmesser von etwas über vier Metern von ganz unten bis zum außen liegenden Kuppelrand führen, ohne nach oben hin verschlossen zu sein. Für Heene handelt es sich jedoch nicht um Lüftungskanäle. Er hat sie als Förderschächte identifiziert, in denen - mit dem Bau mitwachsende - Hubgeräte steckten. Über sie wurde nach seiner Meinung das gesamte Baumaterial nach oben gehievt. Dieser Möglichkeit ist Heene im Versuch nachgegangen: Maßstabsgetreu hat er sowohl Schacht als auch Hubgerät nachgebaut. Die Sache funktionierte, was seine Ehrfurcht vor dem Baumeister Apollodorus weiter steigerte, muss der doch von Anfang an alle planerischen und geometrischen Details im Auge gehabt haben.

Heene ist fest davon überzeugt, dass bereits beim Bau der ersten Meter der Rotunde klar war, wie die Kuppel aussehen und wie sie hergestellt werden sollte: Als unbedarfter Betrachter darf man sich jedoch nicht täuschen lassen. Denn die Innenansicht lenkt auf eine falsche Fährte, könnte man durch die Dominanz der zum Opeion schlanker werdenden fünf Kassettenreihen und der radial zur Lichtöffnung aufsteigenden 28 Stege doch annehmen, es handele sich hier um eine quer ausgesteifte Rippenkonstruktion. Das ist falsch. Die Kassetten sind keine „nicht tragenden Füllungen“. Ihre Rolle für die Stabilität der Kuppel ist essentiell. Doch nicht die Kassetten selbst, sondern deren Schalungen. Ist die Kuppel doch wie die Rotunde aus Opus Caementitium „gegossen“. Man hat eine monolithische Schale hergestellt, die zur Massenreduktion nach oben hin dünner wird (von 5,90 auf 1,60 Meter) und für die man, je weiter man nach oben kommt, leichteres Material verwendet hat. Indem man Ziegelsplit und Bimsstein als Zuschlagsstoffe eingesetzt hat, ging die Rohdichte des Römerbetons bis auf 1.350 Kilogramm je Kubikmeter zurück.

Stabil mit geschlossenen Ringen

Bleibt die Frage, wie man die Kassettenschalungen eingehoben und stabilisiert hat. Für Heene ist der Arbeitablauf klar: Die „Gießformen“ der vier unteren umlaufenden Kassettenreihen wurden an den in diesem Bereich im klassischen Freivorbau errichteten Kuppelabschnitt angehängt. Von einem in der Rotunde aufgestellten kreisförmigem Arbeitsgerüst konnten die Schalungen an die Kuppelwand herangezogen, arretiert und anschließend hinterfüllt werden. Da man die einzelnen Kassettenringe vor dem „Betonieren“ komplett schloss, bekam man die erforderliche Stabilität. Nach dem Abbinden war dann stets die gesamte noch unfertige Kuppelschale kraftschlüssig - und hatte ein enormes Tragverhalten. Diese Methode funktionierte für die oberste Kassettenreihe und den nicht profilierten Abschnitt bis zum Opeion nicht. Hierfür musste ein völlig anderes Bauprinzip gefunden werden.

Heene sieht als Lösung eine „vierbeinige (verdrehungsfreie) Spinne“, die über die zu diesem Zeitpunkt noch recht große Kuppelöffnung gehoben und deren Last in das Schalungsgerüst der unteren Kassettenebenen abgeleitet wurde. Im nächsten Schritt hat man dann die Schalung für den Opeion-Druckring aufgesetzt. Anschließend mussten die vierbeinige Spinne „nur“ noch mit Spanten ausgesteift und die Kuppelschalungen eingebaut werden. Danach wurde in Tageslosen der Opus Caementitium von unten nach oben aufgebracht, was vertikale Kräfte entstehen ließ. Mit zunehmender Abbindefestigkeit entstand jedoch ein eigenes Tragverhalten der jeweiligen Teilschale. Je weiter sich die „Betonierer“ nach oben arbeiteten, umso vorsichtiger mussten sie sein: Ihre Arbeitstakte wurden immer kleiner.