Entstehung des Bauingenieurwesens


Entstehung des Bauingenieurwesens

Bohlenlamellenkuppel in G���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼nzburg, 18. Jh.

Das Bauingenieurwesen ist die älteste wissenschaftliche Ingenieurdisziplin. Die Vorlesung widmet sich folgenden Fragen:

  • Wann, wo und wie stieg die "Wissenschaft vom Bauen" zur akademisch-universitären Disziplin auf?
  • Wann und wie fanden die theoretischen Erkenntnisse der neuzeitlichen Mathematik und Physik Eingang in die Diskussion bauspezifischer Fragen?
  • Wie hat sich die Bautechnik entwickelt?
  • Wie haben sich die neuzeitlichen wirtschaftlichen, organisatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen des Bauens herausgebildet?
  • Seit wann gibt es die Berufsbilder des Architekten und des Ingenieurs?
  • Welche Rolle spielte das militärische Bauwesen?

 

Beachten Sie auch die Unterlagen zur Ausstellung "Bau-Kunst: Vom Handwerk zur Ingenieurwissenschaft", die im Februar 2006 an der Bibliothek der UniBw München stattgefunden hat!


Überblick

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Die Begriffe "Wissenschaft" und "Ingenieurwesen" treten zuerst gemeinsam im Titel des Buches "La Science des Ingenieurs dans la conduite des travaux de fortification et d'architecture civile" des französischen Militäringenieurs Bernard Forest de Belidor (1729) auf, und dieses Buch ist sicher einer der Meilensteine auf dem Weg zur Entstehung der modernen Wissenschaft des Bauingenieurwesens. Die vorliegende Vorlesung versucht, den Bogen von den allerersten wissenschaftlichen Betrachtungen des Bauwesens bis zum etablierten Ingenieurbau (ab ca. 2. Drittel des 19. Jahrhunderts) zu schlagen und untersucht, wie sich eine naturwissenschaftliche Betrachtungsweise in Entwurf, Konstruktion und Dimensionierung von Tragwerken nach und nach durchsetzte und schließlich zum Motor der Innovation wurde.

Außerdem stehen historische Baukonstruktionen und Bautechniken im Zentrum der Vorlesung, bis hin zur Möglichkeit der modernen Ertüchtigung historischer Tragwerke. Schon das Mittelalter hatte auf rein empirisch-handwerklicher Basis eine hochentwickelte Bautechnik hervorgebracht, zu der die Barockzeit noch einige weitere Innovationen (z.B. moderne "Leichtbau"-Kuppeln aus Holz, siehe Abbildung ganz oben, Kuppel über dem Hauptraum der Frauenkirche Günzburg) hinzufügte. Manche Baukonstruktionen leben bis heute fort, etwa die Pfahlgründung, Hänge- und Sprengwerke (siehe Abbildung eines Dachtragwerkes aus der Mitte des 18. Jahrhunderts mit Hängesäulen) oder Holzbinder aus Brettlagen. Die handwerkliche Bautechnik und Baupraxis wurde auch in diversen Traktaten der Zeit diskutiert, beginnend mit Philibert de l'Orme 1567 und Mathurin Jousse 1627 in Frankreich, im deutschsprachigen Bereich mit Johann Wilhelm 1649 und Johann Vogel 1708.

Die ersten Versuche, wissenschaftliche, mathematisch-mechanisch begründete Modelle für Baukonstruktionen zu entwickeln, wurden gegen Ende des 17. Jahrhunderts in Frankreich im Umkreis der Ingenieur-Offiziere und der Akademie der Wissenschaften in Paris unternommen, z.B. von Philippe de la Hire, Pierre Bullet, Couplet, Abbé Bossut, und eben Bélidor. Im Laufe des 18. Jahrhunderts kamen zahlreiche Bücher zu den unterschiedlichsten Bauaufgaben - von Straßen, Holz- und Stein-Brücken, Kanälen und Schleusen bis hin zu Turmhelmen, Kuppeln und Dachstühlen - heraus.

Gegen Anfang des 19. Jahrhunderts wird die Bautechnik und Baukonstruktion - beginnend mit Frankreich - zunehmend durch die mathematischen und mechanischen Kenntnisse bestimmt (führende Persönlichkeiten waren hier u.a. Gerstner, Eytelwein, Navier). Die klassischen Baumaterialien Holz und Mauerstein und die traditionellen handwerklichen Baukonstruktionen werden durch den industriellen Eisenbau ergänzt und abgelöst. Die Gründung der Polytechnischen Hochschule in Karlsruhe 1825 markiert das Ende der Entstehungsphase der Wissenschaft vom Bauen auch in Deutschland.

Zur Gewoelbestatik, De La Hire 1712

Br���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼ckenkonstruktion, Johann Vogel 1708

Für einen Bauingenieur, der mit dem Bauen im Bestand und mit der Ertüchtigung historischer Bauten befaßt ist, sind Grundkenntnisse des historischen Bauens unabdingbar erforderlich. Der moderne Standsicherheitsnachweis historischer Konstruktionen setzt Kenntnisse und das Verständnis historischer Tragwerksentwürfe voraus. Die Modellierung historischer Tragwerke mit modernen Techniken (FEM) ist ebenfalls ein interessantes Thema (z.B. Nachgiebigkeit der Verbindungsmittel). Darüberhinaus will die Vorlesung aber auch die Frage "Woher kommen wir" und implizit damit auch die Frage "Wohin soll sich das Bauingenieurwesen weiterentwickeln?" beantworten. Im erweiterten Blick, der auch die sozialen, wirtschaftlichen und rechtlichen Bedingungen des Bauens mit erfaßt, werden viele Ähnlichkeiten zwischen der heutigen Situation und historischen Entwicklungsstufen des Bauwesens deutlich, Krisen und Probleme, aber auch Innovation und Fortschritt.

Bautechnisch interessante historische Bauten in Bayern

Gerade Bayern war und ist reich an technikgeschichtlich interessanten Baudenkmälern. Oftmals unbeachtet bleiben die großen hölzernen Dach- und Kuppelkonstruktionen der bayerischen Barockkirchen, die teilweise Spannweiten über 20m erreichen. Man findet aber in Bayern auch historisch bedeutsame Werke des Brücken-, Tunnel- und Wasserbaus, an denen sich oft die Beziehung zwischen dem Fortschritt der Bau-Theorie und der Bau-Praxis ablesen läßt.

Dachwerk Wiblingen

Das Dachwerk über dem Langhaus der ehemaligen Benediktinerklosterkirche Wiblingen bei Ulm wird durch ein fünffaches Hängewerk gebildet, an dem die flache Decke des Kirchenschiffs aufgehängt ist. Ein derart weitgespanntes und aufwendiges Hängewerk ist nahezu singulär im 18. Jahrhundert. Das Hängewerk wird durch einen aus dem barocken Brückenbau entlehntes Stabpolygon ausgesteift. Das Bild zeigt das obere Stockwerk des Dachwerks über dem ersten Kehlbalken. Bei den Bindern ist deutlich das Stabpolygon zu sehen, das aus paarweise parallel geführten Hölzern gebildet ist.

Schleuse am Ludwig-Donau-Main-Kanal

Schleuse des Ludwig-Donau-Main-Kanals bei Nürnberg. Dieser Kanal (1836-46 erbaut) entstand zu einer Zeit, zu der die große Zeit der Kanäle zugunsten der Eisenbahnen bereits abgelaufen war; er hat sich nie wirklich gelohnt. Bautechnisch unterscheidet er sich nur wenig von den französischen und englischen Kanälen des 17. und 18. Jahrhunderts.

Br���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼ckkanal des Ludwig-Donau-Main-Kanals ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼ber die Schwarzach bei Feucht

Ein bemerkenswertes Bauwerk am alten Ludwigskanal ist die Trogbrücke, die den Kanal über die Schlucht der Schwarzach bei Feucht überführt ("Brückkanal"). Der erste Versuch, eine Kanalbrücke an dieser Stelle zu errichten (1839-41), scheiterte; wegen schwerer Bauschäden mußte die Brücke abgerissen werden und wurde 1844-45 durch einen Neubau ersetzt. Die erste Version der Brücke hatte auf der Südseite (im Bild rechts) ein massives Widerlager, das mit bindigem Material hinterfüllt worden war. Angeblich quoll dieses Material durch eindringendes Kanalwasser auf, so daß die Futtermauern des Widerlagers sich zu neigen begannen. Ein weiterer Grund für den Einsturz war wohl unzureichend tiefe Gründung und zu hohe Auflast auf dem südseitigen, nicht felsigen Talhang. Beim Wiederaufbau wurde das südliche Widerlager als hohle Konstruktion ausgeführt, die eine gewölbte Halle enthält.

Eisenbahntunnel Erlangen

Der erste Eisenbahntunnel Bayerns entstand auf der König-Ludwig-Nord-Süd-Eisenbahn 1842 bei Erlangen. Damit ist dieser Tunnel, der heute noch auf der Bahnlinie Nürnberg-Bamberg besteht, nur wenig jünger als der erste Eisenbahntunnel des europäischen Festlandes überhaupt, nämlich der Tunnel der Bahnlinie Dresden-Leipzig bei Oberau (1837-39), der allerdings inzwischen in einen offenen Einschnitt verwandelt worden ist. Stahlstich nach Carl August Lebschee von Kolb (1881).

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In der Anfangszeit der Eisenbahn wurden zahlreiche Eisenbahnbrücken aus Holz erbaut. Wegen der Brandgefahr durch Funkenflug, der sich infolge wechselnder Beanspruchung lockernden Holzverbindungen und der mangelhaften Dauerhaftigkeit wegen Feuchte wurden nach der Mitte des 19. Jahrhunderts jedoch alle hölzernen Eisenbahnbrücken durch eiserne bzw. stählerne und steinerne ersetzt. Zu den absoluten Seltenheiten zählt daher die hier abgebildete Brücke der König-Ludwig-Nord-Süd-Eisenbahn über die Iller bei Kempten (1851). Sie ist nach dem System Howe, einem amerikanischen Brückenpatent, konstruiert. Die hölzernen Teile der Brücke sind durch eiserne Zugstangen vorgespannt. Dieses System war sehr erfolgreich; allerdings wurden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts statisch bestimmte Konstruktionen, die auch einer Berechnung zugänglich waren, bevorzugt. Durch die Umwidmung in eine Straßenbrücke, heute Fußgängerbrücke, blieb die Brücke bei Kempten erhalten. Ihre Aufgabe wurde von zwei daneben liegenden, ebenfalls interessanten Stampfbetonbogenbrücken des 1. Jahrzehnts des 20. Jahrhunderts übernommen. Das stählerne Stützskelett der alten Holzbrücke stammt aus der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts.

Schrannenhalle M���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼nchen

Ein Denkmal ersteht neu! Ein Teil der Münchener Schrannenhalle (1851-53) hat alle Fährnisse der letzten 150 Jahre abmontiert überlebt. Aus diesen Originalteilen wird die Schrannenhalle am originalen Standort wiedererrichtet und im September 2005 eröffnet. Das Tragwerk dieser Halle entspricht dem sogenannten System "Wiegmann-Polonceau". Es handelt sich dabei um ein statisch bestimmtes Tragwerk, das aus unterspannten Trägern zusammengesetzt ist. Gemäß der Funktion der einzelnen Glieder des Tragwerkes sind diese in Gußeisen (Druckglieder) bzw. schmiedbarem Eisen (Zugglieder) ausgeführt. Insgesamt entstand ein außerordentlich filigraner Bau, der nun wieder besichtigt werden kann. Abbildung nach einem Stahlstich 1850, Bibl. Inst. Hildburghausen.

Pauli-Linsentr���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¤ger der Grosshesseloher Eisenbahnbr���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼cke bei M���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼nchen

Die erste Talbrücke der Eisenbahn über die Isar bei Großhesselohe südlich von München (erbaut 1857) zeichnete sich durch die Verwendung von "Trägern gleichen Widerstands" aus. Bei Belastung durch eine gleichmäßig verteilte Last ist die ideale Trägerform der annähernd parabelförmig gestaltete Fischbauchträger, wie er schon von Navier (1828) und Laves (in den 1830er Jahren) vorgeschlagen wurde. In monumentaler Form kam der Träger hier auf Anregung des Leiters der bayerischen Eisenbahnbaukommission, Friedrich August von Pauli (1802-1883), zum ersten Mal zum Einsatz. Ansicht nach einer Postkarte, die vor dem Umbau der Brücke 1908 entstanden ist. Die heutige Brücke hat mit der Paulis nichts mehr zu tun.

Hackerbr���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼cke M���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������¼nchen

Die Hackerbrücke über die Gleisanlagen des Münchener Hauptbahnhofes (1892) ist eine der wenigen erhaltenen Stahl-Bogenbrücken des 19. Jahrhunderts in Deutschland. Die Bögen werden durch Fachwerkkonstruktionen gebildet; an den Bögen ist die Fahrbahn aufgehängt. Die Horizontalkräfte am Bogenauflager werden durch ein Zugband, das etwa in Kopfhöhe der Passanten verläuft, kurzgeschlossen. Dieser Typus der "Bow-String"-Brücke (Bogen mit Zugband) war in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts und im frühen 20. Jahrhundert sehr beliebt.

Exkursion

Zu der Vorlesung findet auch eine Exkursion zu historischen Tragwerken statt.

 

Skripte

Einführung
Vorgeschichte des Bauingenieurwesens: Das Mittelalter. Autor: Prof. Holzer
Mittelalter.pdf
Erste wissenschaftliche Betrachtungen zum Bauwesen
Wissenschaft vom Bauen: Die Renaissance. Autor: Prof. Holzer
Renaissance.pdf *** Wird derzeit überarbeitet ***
Naturwissenschaft, Mathematik und Bautechnik
Wissenschaft vom Bauen: Die Barockzeit. Autor: Prof. Holzer
Barock.pdf *** Wird derzeit überarbeitet ***
Das Entstehen der akademischen Disziplin Bauingenieurwesen
Wissenschaft vom Bauen: Das frühe 19. Jahrhundert. Autor: Prof. Holzer
XIXJahrhundert.pdf *** Wird derzeit überarbeitet ***
Literatur
Literatur zur Entstehung des Bauingenieurwesens. Quellen und moderne Untersuchungen. Eine kommentierte Bibliographie. Autor: Prof. Holzer
Texts in the history of civil engineering - an annotated bibliography including numerous references to original sources (1200-1860). Collected by Prof. Holzer.
Literatur.pdf

Literatur

Die Universitätsbibliothek besitzt eine größere Anzahl von Exemplaren des Werkes Hans Straub: "Die Geschichte der Bauingenieurkunst", Basel 1992. Dieses Werk deckt einen Teil der in der Vorlesung behandelten Inhalte ab und ist auch darüberhinaus eine interessante Lektüre für jeden angehenden Bauingenieur. Außerdem ist Benvenuto, Edoardo: "An introduction to the history of structural mechanics" in der Bibliothek vorhanden.