Die Jugend Šuchovs, der 1853 in der Kleinstadt Grajvoron nahe der ukrainischen Grenze geboren wird, fällt in eine Zeit großer gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Umbrüche in Russland. Unter der Regentschaft Alexanders II. werden zahlreiche Reformen im rückständigen Zarenreich durchgeführt. So wird die Leibeigenschaft 1861 abgeschafft und die Universitäten reformiert. Des Weiteren bewirkt die staatsmonopolistische Politik einen spürbaren Aufschwung in der Montan- und Schwerindus-trie. Die in Russland erst spät einsetzende Industrialisierung gewinnt deutlich an Fahrt. In dieser sich rasch wandelnden Zeit beginnt Šuchov achtzehnjährig ein Studium am Polytechnikum in Moskau, das aus den staatlichen Handwerksschulen hervor gegangen ist und über ein sehr fortschrittliches Lehrprogramm verfügt. Neben einem umfassenden Studium der Mathematik und Physik beinhaltet die Ausbildung auch eine gründliche Lehre in den eigenen Werkstätten. Zwei Jahre nach seinem Abschluss als »Mechanik-Ingenieur« beginnt Šuchov eine Tätigkeit in der Ingenieurgesellschaft von Alexander V. Bari, den er auf der Weltausstellung in Philadelphia kennengelernt hat und dessen Firma er sein Leben lang verbunden bleiben wird. Schon bald nach seiner Einstellung steigt Šuchov zum Chefingenieur auf und wird nach der Verstaatlichung des Unternehmens 1918 zum Firmenleiter ernannt.
Sein erster Auftrag bei der Firma Bari führt ihn in die russische Kolonie Aserbaidschan, wo er in kurzer Zeit entscheidende Beiträge zum Aufbau der russischen Erdölindustrie leistet: Er entwickelt eine industrielle Anlage zum thermischen Kracken von Rohöl, konzipiert die erste russische Pipeline, und realisiert die weltweit erste Leitung für vorgewärmtes Masut, einem Raffinationsdestillat. Daneben plant und baut er die ersten zylindrischen Erdöltanks, deren prinzipielle Bauweise auch heute noch verwendet wird. Zurückgekehrt nach Moskau geht es in ähnlichem Tempo weiter. 1879 patentiert Šuchov eine Düse zur Verbrennung von Masut. 1885 plant er die ersten russischen Tankschiffe. Wenige Jahre später reicht er Patente für Rohrkessel in horizontaler und vertikaler Bauweise ein, die zahlreiche Preise erhalten werden. Die Fülle seiner technischen Neuerungen und Erfindungen scheint nahezu grenzenlos, ebenso wie die Weite seiner Betätigungsfelder. Ab dem Jahr 1890 wendet sich Šuchov vermehrt dem Hochbau zu. Seine wegweisendsten Neuerungen auf dem Gebiet der Bautechnik sollen im Folgenden aufgezeigt werden.
Für die oberen Handelsreihen, die sich direkt neben dem roten Platz im Zentrum Moskaus befinden, entwirft Šuchov ab 1890 die tonnenförmigen Passagendächer (Abb. 1). Die halbkreisförmigen Bogenelemente, die 15 m Spannweite überbrücken, verfügen über ein raffiniertes Aussteifungssystem: An den Kämpfern ordnet Šuchov jeweils drei dünne Zugstäbe an, die fächerförmig an den Bogen anschließen. Um die Wirkungsweise dieser völlig neuartigen Konstruktionsweise zu verstehen, muss man sich das Verformungsverhalten eines Bogens vor Augen führen. Während Bogentragwerke für gleichmäßig verteilte Lasten sehr leistungsfähig sind, bewirken asymmetrische Lasten, wie Wind oder eine einseitige Schneelast ein seitliches Ausweichen des Trägers. Allein die Biegesteifigkeit leistet dann der Verformung Widerstand. Da die höhere Steifigkeit der Bögen aber nur durch entsprechend größere Querschnitte erlangt werden kann, wird die Konstruktion sehr schwer.
Durch die strahlenförmige Anordnung von Zugstäben wird nun genau diese Verformung verhindert. In der Folge können die Abmessungen der Querschnitte gering gehalten werden. Šuchov hat nahezu alle seiner Bogentragwerke nach diesem Prinzip konstruiert. Nachdem diese Konstruktionsweise in Vergessenheit geraten war, wurde sie in den neunziger Jahren des letzten Jahrhunderts von Tragwerksplanern wieder aufgegriffen und weiter entwickelt. Ein Beispiel ist die Überdachung des Bahnhofs in Chur von Peter Rice, oder auch die radial ausgesteiften Bogenelemente, die Jörg Schlaich häufig zur Aussteifung seiner Stabwerkschalen benutzt.
Ebenfalls im Jahr 1890 baut Šuchov die ersten netzförmigen Gitterschalen. Während bei den Stabwerkschalen des Berliner Ingenieurs Johann Wilhelm Schwedler, den so genannten Schwedlerkuppeln, alle Tragwerkselemente nach ihrer Beanspruchung hin differenziert ausgebildet sind, bestehen Šuchovs Gitterschalen aus ausnahmslos gleichen Elementen. Für die Überdachung einer Pumpstation in Grosny (Abb. 2) lässt er zwei Lagen von Kreisbogensegmenten aus Stahlprofilen schräg von Randträger zu Randträger verlaufen, sodass im Grundriss ein rautenförmiges Netz entsteht. Die aus Z-Profilen gefertigten Träger sind an den Kreuzungsstellen vernietet, die Schubkräfte werden durch horizontal verlaufende Rundstäbe kurzgeschlossen. Auch das strahlenförmige Aussteifungssystem kommt hier wieder zum Einsatz, durch das die nur einseitig gekrümmten Flächen stabilisiert werden.
Der Auftrag für die temporären Hallen der All-Russischen Ausstellung in Nižnij Nov-gorod (Abb. 3) verhilft dieser Bauweise endgültig zum Durchbruch. Für die große Industrieschau kann die Firma Bari vier große Hallen mit Gitterschalen realisieren, die mehr als 16 000 m2 Ausstellungsfläche überdachen. Die als »Dächer ohne Dachstuhl« apostrophierten Konstruktionen erreichen bis zu 32 m Spannweite. Mit variierenden Spannweiten, Stichhöhen und unterschiedlich vielen Zugstäben werden zahlreiche Lager- und Werkshallen errichtet, wie die Aufzeichnungen der Firma Bari belegen (Abb. 4).
Eine völlig neue Qualität erreicht eine Halle, die Šuchov 1897 in der auf Metallerzeugung spezialisierten Industriestadt Vyksa plant (Abb. 5 – 8). Das in Grosny entwickelte Konstruktionsprinzip einer tonnenförmigen Gitterschale wird hier über einen parabelförmigen Obergurt geführt – die erste doppelt gekrümmte Gitterschale ist entstanden. Die Halle, die seit zwanzig Jahren nicht mehr genutzt wurde und in der Folge stark vernachlässigt ist, bedarf dringend der Sanierung. In den vergangenen Jahren wurde die Halle von dem oben erwähntem Team ausführlich dokumentiert und untersucht. Pläne für Sanierungs- und Nutzungskonzepte sind derzeit im Gespräch. Dass die ungewöhnlich leichte Konstruktion auch 110 Jahre nach ihrer Errichtung nichts von ihrer Eleganz eingebüßt hat, vermittelt eine Visualisierung des Innenraums (Abb. 6).
Im Jahre 1895 meldet Šuchov ein Patent für netzförmige Hängedächer an. Er überträgt das System seiner druckbeanspruchten Gitterschalen auf zugbeanspruchte Konstruktionen: Zwischen einem oberen Zugring und einem unteren Druckring spannt er zwei Lagen von schräg verlaufenden Flachstählen, die er gegenläufig anordnet. Im Grundriss zeigt sich wiederum das charakteristische rautenförmige Muster. Es entsteht die weltweit erste gegensinnig gekrümmte, zugbeanspruchte Konstruktion. Wie auch die Gitterschalen kann Šuchov diese Typologie bei der All-Russischen Ausstellung 1896 zum Einsatz bringen und mit vier Hängedachkonstruktionen mehr als 10 000 m2 Ausstellungsfläche überspannen (Abb. 9, 10). Am Spektakulärsten ist die Rotunde mit einem Durchmesser von 68 m, die aus einer Kombination von zwei Hängedächern besteht. Zwischen einem höheren, von 16 Fachwerkstützen getragenen inneren Ring und einem Druckring auf der Außenseite waren zwei Scharen von Flacheisen gespannt, deren feines Netz die Spannweite von 21,50 m überbrückt. Die Abmessungen der 640 Bandeisen betragen lediglich 50 ≈ 5 mm. Auch der innere Bereich der Rotunde wird von einer zugbeanspruchten Konstruktion überdacht. Hier allerdings besteht das Tragwerk nicht aus einem Netz, sondern einer dünnen Membran. Die 25 m Durchmesser werden von einer hängenden Kalotte überspannt, die aus vernieteten, nur 1,6 mm dicken Blechen gefertigt ist. So kommen bei diesem Bau gleich zwei zugbeanspruchte Konstruktionen zum Einsatz, deren horizontale Auflagerkräfte sich teilweise aufheben.
Merkwürdigerweise sind in den Jahren nach der All-Russischen Ausstellung keine weiteren netzförmigen Hängedächer mehr realisiert worden, trotz ihres unschlagbar geringen Konstruktionsgewichts. Die Bauweise gerät in Vergessenheit. Fast 60 Jahre werden vergehen, ehe der polnisch-amerikanische Architekt Matthew Nowicki in Raleigh 1953 das berühmte Seilnetz der Dorton Arena baut, das den weiteren Weg für die Seilnetze Frei Ottos ebnet.
Im Jahr 1896 entwickelt Šuchov wiederum eine Tragwerkstypologie, die in der Baugeschichte ohne Vorläufer ist: den hyperbolischen Gitterturm. Die doppelt gekrümmte Fläche eines einschaligen Hyperboloids kann durch die Rotation einer windschiefen Geraden um eine vertikale Achse erzeugt werden. Šuchov macht sich dieses Prinzip zu eigen und legt ein Netz aus zwei gegensinnig verlaufenden Stabscharen auf diese Fläche. Das erste Mal kommt diese ungewöhnliche Konstruktion bei einem Wasserturm für die All-Russische Ausstellung in Nižnij Novgorod zum Einsatz. Der knapp 26 m hohe Schaft ist aus 80 gleichschenkligen Winkelprofilen gefertigt, die an den Kreuzungsstellen vernietet sind und mittels acht gleichmäßig über die Höhe verteilter Zwischenringe ausgesteift werden.
Die so entstandene Konstruktion ist leicht und ausgesprochen leistungsfähig; zudem lässt sie sich auf einfache und schnelle Weise montieren. Aus diesen Gründen, aber auch aufgrund ihrer prägnanten Gestalt kommt sie in Russland und seinen Kolonien vielfach zum Einsatz. Vor allem werden zahllose Wassertürme nach diesem Prinzip gebaut (Abb. 11). Da sich die Basisgeometrie der Türme aus wenigen Parametern eindeutig ableiten lässt, entwickelt Šuchov ein hochgradig systematisiertes Verfahren. Mittels aufwändiger Entwurfstabellen konnten die unterschiedlichen Parameter für die jeweilige Aufgabe vergleichsweise schnell austariert werden. Die wahren Stablängen konnten alsdann rasch abgeleitet werden. Trotz dieses stark schematischen Verfahrens, das als ein frühes Beispiel des parametrisierten Entwerfens betrachtet werden kann, weisen die Formen der realisierten Türme eine große Vielfalt auf. Keiner der über 200 gebauten Wassertürme gleicht dem anderen. Šuchov setzt sein System neben Wassertürmen aber auch für Leuchttürme oder Radiosender ein, wie sein vielleicht bekanntestes Turmbauwerk, der Šabolovka-Radiosender in Moskau, zeigt (Abb. 12, 15).
Diese spektakuläre Konstruktion, die von Lenin kurz nach der Revolution in Auftrag gegeben worden war, sollte ursprünglich 350 m in den Himmel über der sowjetischen Hauptstadt ragen. Aufgrund der großen Knappheit an Baumaterial konnte jedoch nur eine verkleinerte Variante realisiert werden, bei der Šuchov sechs Hyperboloid- Segmente übereinander anordnete und schließlich eine Höhe von 150 m erreichte. Die Montage erfolgte nach dem so genannten Teleskop-Verfahren, bei dem das nächst höhere Hyperboloid-Segment zuerst im Schaft zusammengebaut und alsdann mit kleinen Holzkränen an das obere Ende des letzten Abschnitts gehoben wurden. Das einst höchste Bauwerk Russlands wurde nach seiner Fertigstellung als »Trompete der Radiorevolution« gefeiert und fand Eingang in die zeitgenössische Literatur und darstellende Kunst. Die vielleicht schönsten Turmkonstruktionen Šuchovs bilden die ab 1929 errichteten NiGRES-Türme, ein im Südwesten von Nižnij Novgorod an der Oka gelegenes Ensemble von sechs paarweise angeordneten Hochspannungsmasten (Abb. 13, 14; s. S. 1141). Die Masten sind in der Höhe gestaffelt und erreichen am Ufer eine Höhe von 130 m, um die Leiterseile fast 1000 m frei spannend über das Wasser zu führen. Nie zuvor waren die Details so selbstverständlich einfach, die Konstruktion so zeitlos elegant wie bei diesem Spätwerk Šuchovs. Der einzig erhaltene Mast war vor ein paar Jahren akut vom Einsturz bedroht, nachdem Unbekannte mit Brennschneidern die unteren Stabenden von 16 der 40 Vertikalen sowie zwei Zwischenringe heraus geschnitten hatten. Nachdem der Turm von der eingangs erwähnten Gruppe gemeinsam mit Prof. Saal aus Karlsruhe eingehend dokumentiert und analysiert worden war, wurden Sanierungskonzepte mit den russischen Kollegen der Universitäten Moskau und Nižnij Novgorod erarbeitet. Im Frühling 2008 konnten die Reparaturmaßnahmen schließlich durchgeführt und die fehlenden Stäbe wieder eingebaut werden. Nach Šuchovs Tod haben Architekten und Ingenieure seine hyperbolischen Stabwerke immer wieder aufgegriffen, vor allem im Hochhausbau, wo man sich die hohe Tragfähigkeit und die große Bildkraft dieser Konstruktionen zu Nutze macht. Besonders bekannt ist der Entwurf von I. M. Pei für Midtown Manhattan aus dem Jahr 1954. Aber auch aktuelle Bauvorhaben in Doha oder Guangzhou (s. S. 1154f.) belegen die ungebrochene Faszination dieser Strukturen.
Konstruktives Denken
Šuchovs Entwurfsweise wird durch zwei Leitmotive geprägt. Die von ihm erdachten Strukturen zeichnen sich stets durch ein Minimum an Materialverbrauch aus – ein Gebot der Notwendigkeit im Russland der Jahrhundertwende. Ihnen liegt eine hohe ökonomische Zweckmäßigkeit zugrunde, die sich in rationellen Planungsverfahren, einem hohen Grad an Vorfabrikation und kurzen Montageprozessen manifestiert. Durch die konsequent pragmatische Umsetzung dieser Leitmotive entstehen radikal neuartige Konstruktionsweisen, die in der Baugeschichte ohne direkte Vorläufer sind. Wie sehr Šuchov seiner Zeit voraus war, beweist die Tatsache, dass viele seiner Entwicklungen erst in den vergangenen Jahren – mehr als 100 Jahre später – wieder aufgegriffen wurden, nachdem sie zwischenzeitlich in Vergessenheit geraten waren. In unserer heutigen Zeit, in der ressourcenschonendes Bauen immer wichtiger wird, erscheinen seine Maximen aktueller denn je.
