Rumänischer Stahlbeton-Pionier Mircea Mihailescu

Text: Adrian Pocanschi
Fotos: Adrian Pocanschi u. a.

Mircea Mihăilescu zählt zu den Bauingenieuren, die bewährte klassische Lösungen anerkennen, sie aber zugleich verbessern wollen: Voller Fantasie und Neugier suchte der Rumäne nach neuen Wegen im Entwurf und in der Ausführung. Bis zu seinem Lebensende war er als praktizierender Bauingenieur tätig. Bereits zu Beginn seiner Laufbahn widmete er sich einem Konstruktionssystem, das von zwei für das 20. Jahrhundert typischen Merkmalen geprägt ist: der Verwendung von Stahlbeton und dem Einsatz von Stahlbetonschalen für Überdachungen, mit seinerzeit völlig neuartigen, geometrischen Formen.

Geboren wurde Mihăilescu 1920 im Siebenbürgischen Braşov (Kronstadt) in eine Familie mit alten, aristokratischem Wurzeln. Er gehörte einer Generation an, die ihre Formung in der zweiten Gründerzeit Rumäniens erhalten hatte – der Zwischenkriegszeit, die, trotz mannigfacher Widersprüche, von einer bemerkenswerten wirtschaftlichen, wissenschaftlichen sowie kulturell-kosmopolitischen Aufbruchstimmung und Dynamik geprägt war. In der Schulzeit bekam Mihăilescu eine allgemeine, weltoffene Bildung – und entwickelte eine starke Neigung zur Mathematik: Mit dieser hatte er sich fortan unablässig beschäftigt, v. a. im Laufe seines Studiums an der Fakultät für Bauwesen des Bukarester Polytechnikums. Schon als Student erteilte er seinen Kollegen Privatunterricht in Geometrie und Festigkeitslehre.

Sein Studium schloss er 1944 als Jahrgangsbester ab. Im selben Jahr wurde er Assistent bei Prof. Hangan am Lehrstuhl für Beton- und Stahlbetonbau. Dort beteiligte er sich an der Ausarbeitung von Vorschriften zur Berechnung und Instandsetzung von Stahlbetontragwerken, leitete Seminare über die Bemessung von Stahlbetonelementen – und entdeckte seine Leidenschaft für Betonschalen.

Gleichzeitig war er als Tragwerksplaner am Institut für Planung und Entwicklung im Bauwesen (Transportministerium) in Bukarest aktiv. So plante er – im Alter von gerade einmal 27 Jahren – das Stahlbetontragwerk des Eisenbahndepots in Kronstadt (1947). Das Dach dieser Halle mit einer Grundfläche von 15 000 m2 setzt sich aus 40 Konoidschalen mit parabolischen Leitlinien zusammen (Abb. 2). Die Halle zählt zu den ersten Gebäuden weltweit, in denen Konoidschalen zur Abdeckung großer Spannweiten zum Einsatz kamen. Die theoretischen Grundlagen zur Berechnung dieser Schalenart im Rahmen der Membrantheorie veröffentlichte Mihăilescu 1952 [1]. Im darauf folgenden Jahr plante er das Tragwerk einer Textilproduktionshalle in Bukarest. Dabei entwickelte er zum ersten Mal S-förmige, vorgespannte Zylinderschalen aus Stahlbeton, die das Sheddach prägen (Abb. 3). Die Berechnung dieser Schalen stellte er 1960 beim IASS-Kongress in Madrid vor [2].

1947 wurde Mihăilescu auch wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für angewandte Mechanik an der Rumänischen Akademie; 1959 übernahm er die Leitung der dortigen Abteilung für Mechanik der Festkörper. Seine Forschungstätigkeit erwies sich als überaus fruchtbar: Er beschäftigte sich mit der Biegetheorie der Schalen, insbesondere mit Methoden zur Lösung der Differentialgleichungen des Spannungszustands bei elliptischen und hyperbolischen Schalen und erarbeitete ein Kompendium zur Theorie und Berechnung dünnwandiger Schalen.

Ende 1959 wendete er sich wieder vermehrt der Planung zu. Als Chefkonstrukteur des Bukarester Instituts für typisierte Bauten konzipierte er drei bemerkenswerte Schalenbauwerke: die Überdachung eines Pavillons in Olăneşti (1960), wofür er eine hyperbolische Schale mit gekrümmten Rändern auf zwei Auflagern entwickelt hat (Abb. 4), das Bahnhofsdach in Bârlad, das sich aus zwölf asymmetrischen Hyperschalen mit geraden Rändern zusammensetzt, sowie die Bahnsteigüberdachung des Bahnhofs in Kronstadt als parabolische Zylinderschalen, die auf Stützen im Raster von 12 m ruhen.

Die Zeit an der TH Klausenburg

1964 wurde Mihăilescu schließlich an den Lehrstuhl für Beton und Massivbau der Fakultät für Bauingenieurwesen der TH Klausenburg berufen, wo er bis zu seiner Emeritierung lehrte. Zu verdanken hatte er dies dem klugen und vorausschauenden Handeln des damaligen Ordinarius für Festigkeitslehre und Elastizitätstheorie und Prorektor, Prof. Ilie Vasile, der trotz des Widerstands der politischen Führung – Mihăilescu war nicht Mitglied der Kommunistischen Partei gewesen –, seine Berufung durchsetzte.

Dank Mihăilescus hervorragender Ausbildung, seiner Erfahrung in Lehre, Forschung und am Zeichenbrett sowie seiner Kontakte zur nationalen und internationalen Fachwelt war seine Berufung für die junge Klausenburger Fakultät für Bauwesen ein Glücksfall. Seine Didaktikanschauung entsprach dem Humboldtschen Bildungsideal: Akademische Freiheit, durch Forschung unterstützte Lehre und Integration der neuen Erkenntnisse in die Praxis. Gründlichkeit, Qualität und die Synthese von Theorie und Praxis bestimmten seine Lehre auf dem Gebiet Massivbau und konstruktiver Ingenieurbau. Zudem überraschte er sein akademisches Umfeld immer wieder mit Neuem, etwa mit der Einführung des Fachs Schalentheorie, was sich bei seinen Studenten großer Beliebtheit erfreute. Gleich nach seiner Ernennung gründete er ein Versuchslabor zum Testen von Mikrobetonmodellen und ein »Labor für die Entwicklung neuartiger Tragwerke«. Seine Tätigkeit konzentrierte sich auf die Suche nach analytischen Lösungen zur Schalenberechnung und auf Modelluntersuchungen. Beim Schalenbau legte er ein besonderes Augenmerk auf Verfahren zur Vorfertigung durch die Segmentierung der Schalen.

Seine Zeit als Ordinarius für Massivbau an der TH Klausenburg stellt die Blüte seines Schaffens dar, auch in Bezug auf Bauwerke, wie der nachfolgende Einblick in sein reichhaltiges Schaffen zeigt.

Bahnhof von Predeal

Mit dem Projekt eines Schalendachs gewann Mihăilescu 1967 den Wettbewerb für den Neubau des Bahnhofs des Kurorts Predeal im Karpatenpaß, der Bukarest mit Siebenbürgen verbindet. Der Bahnhof hat ein Dach aus einer asymmetrischen Hyperschale mit geraden Rändern, die sich gut in die Berglandschaft einpasst (Abb. 5). Mit einem Verhältnis der kurzen und langen Diagonale von 34 zu 38 m überdeckt das Dach eine Grundfläche von 700 m2. Die Schale besteht aus 169 kastenartigen Fertigteilen mit 24 cm dicken Randrippen. Zuerst wurden die Fertigteile und die Schalung der Randträger auf einem Gerüst aufgestellt und anschließend die Fugen und Ränder bewehrt und betoniert. Fünf vorgespannte Spannglieder, angeordnet in den Fugen in beiden Richtungen der Auflager, sorgen für den Abbau der Zugspannungen.

Boxhalle der Stadt Onesti

Das Tragwerk der Sporthalle Oneşti setzt sich aus fünf identischen sattelförmigen, 12 cm dicken hyperbolischen Schalen mit einer Grundfläche von 7  x  18 m zusammen, die aneinander angeordnet sind (Abb. 6-8). Zur Ausführung sind die Schalen durch Schnitte entlang der Apexlinie und quer dazu segmentiert worden. Geschweißte Stahlteile, die in den Kontaktflächen einbetoniert sind, und betonierte Fugen sorgen für Herstellung der Schalenwirkung. Je zwei Vorspannkabel, angeordnet in Längsrichtung in der Höhe der flachen Krümmung der Schale, sichern die Aufnahme der Zugspannungen aus der Balkenwirkung.

Ausstellungshalle in Klausenburg

Im Auftrag der Klausenburger Stadtverwaltung hat der Lehrstuhl für Massivbau 1971 eine erweiterbare Ausstellungshalle für regionale Produkte geplant (Abb. 9). Das modulare Konzept beschränkt sich auf zwei Elemente: ein Dachelement aus einer Stahlbeton-Velaroidschale mit geraden Rändern und ein Stützenmodul aus vier räumlich angeordneten Stahlstützen. Während die Grundfläche der Velaroidschale 12  x  12 m beträgt, misst die des Stützenmoduls 2  x  2 m. Das Tragwerk setzt sich aus 21 Schalenmodulen zusammen, die, angeordnet in Abständen von 2  m, auf 42 an den Ecken platzierten Stützenmodulen aufgelagert sind. Die Segmentierung der Schalen in 20 Fertigteile und vier vorgespannte Randträger hat eine rasche Ausführung ermöglicht. Die Stützen mit variablem Querschnitt bestehen aus 6 mm dickem, kaltgeformtem Stahlblech. Die Stützenköpfe sind mit biegesteifen Riegeln kreuzweise miteinander verbunden, die ihrerseits biegesteif an die Stahlbetonträger angeschlossen sind. Am Fußpunkt konvergieren die Stützen in einem gemeinsamen Querschnitt und sind auf einem Stahlbetonsockel gelenkig aufgelagert.

Markthalle der Stadt Onesti

Das Hallendach der Markthalle in Oneşti besteht aus fünf Makromodulen orthogonal angeordneter Fachwerke aus Stahlbeton. Ein Modul deckt eine Grundfläche von 21 x 21 m und ist an den Ecken auf Stahlbetonstützen aufgelagert (Abb. 10-11). Jedes Makromodul ist unterteilt in 16 Mikromodule (Abmessungen 3 x 3 x 1,80 m), die, als räumliches Fachwerke mit oberer Dachscheibe ausgeführt, innerhalb der Makromodule schachweise angeordnet sind. Die Montage der Makromodule erfolgte am Boden, mit in beiden Richtungen vorgespannten Untergurten. Die einzelnen Makromodule wurden anschließend zusammen mit den Stützen mithilfe von Pressen in die Endlage geliftet.

Agrarmarkt in Klausenburg

Die Form der Jacobsmuschel hatte Mihăilescu bei der Überdachung eines Agrarmarkts in Klausenburg (auf einer trapezförmigen Grundfläche von etwa 100 x 50 m, Abb. 12) inspiriert. Um die Schalungskosten zu senken, wurde die Schale durch Längsschnitte in dünnwangige parabolische und hyperbolische Bögen segmentiert: Die parabolischen Bögen sollten als Fertigteile in der Werkstatt entstehen, die hyperbolischen Bögen und die Ränder hingegen in Ortbeton gegossen werden. Leider hatte die Stadtverwaltung die Baugenehmigung verweigert und so blieb es nur bei einem Projektentwurf.

Stahlbetonfertigteile für Hallendächer

Für das Dach einer Werkstatthalle entwickelte Mihăilescu ein dünnwandiges, linsenförmiges Fertigteil, das die Spannweite von 16 m mit minimalem Material- und Kostenaufwand deckt: ein vorgespannter Fischbauch-Träger mit perforiertem Steg und breiten Flanschen (Abb. 13). Die Dicke von Steg und Flanschen beträgt 8 cm, der Obergurt ist 1,20 m breit, der Untergurt kann schmaler oder gleich breit sein. Außerdem entwarf er, um den Betonbau mit seiner vorteilhaften Eigenschaft der Brandfestigkeit gegenüber dem Stahlbau konkurrenzfähig zu machen, zwei weitere Prototypen leichter, dünnwandiger und kostengünstiger Stahlbetonfertigteile in Trogform: Gekrümmte Fertigteile mit Vollstegen sowie gerade Elemente mit perforierten Wänden.

Wasserbehälter und Kläranlagen aus doppelgekrümmten Fertigteilen

Das Hauptproblem beim Bau von Wassertanks und Kläranlagen ist die Sicherung der Dichtigkeit, da in kreisförmigen Behältern die Wände durch den Wasserdruck insbesondere auf Zugspannungen beansprucht werden. Um dieses Problem zu umgehen, entwickelte Mihăilescu vorgefertigte Wandelemente aus doppelgekrümmten Schalen, deren Form dafür sorgt, dass unter Wasserbelastung allein Druckspannungen auftreten (Abb. 14). Diese Spannungen addieren sich an den Rändern und schließen die Fugen zwischen den Fertigteilen. Die Vorspannung der Ringgurte sichert ihrerseits die Aufnahme der Radialkräfte.

Viele der genannten Bauwerke sind nicht nur ingenieurtechnisch eine Besonderheit. Sie sind auch deswegen bemerkenswert, weil sie in einem Land und zu einer Zeit entstanden, in dem Wirtschaft und Baukultur der politischen Klasse unterworfen waren – und es somit schwierig war, Bauherren zu finden, die für Mihăilescus fortschrittliche Ideen offen waren. Das ihm dies dennoch gut gelang, zeigt dieser Einblick in seine Bauwerke und Erfindungen.