Gratgewölbe

Holz bildet das unsichtbare Gerüst der Ausführung. Die Realisierung eines Gratgewölbes beginnt mit dem Aufbau eines komplexen Formgerüsts, wobei Zimmerleute schwere hölzerne Schalungen herstellen, die die exakte Krümmung der beiden sich kreuzenden Zylinder nachbilden. Diese Schalungen werden rechtwinklig zueinander aufgestellt. Die diagonale Schnittlinie zwischen den Eckpunkten ist maßgebend. Hier treffen die verschiedenen Gewölbeflächen in einem scharfen Grat aufeinander.

Maurer ziehen die vier Gewölbekappen gleichzeitig vom Gewölbeansatz aus hoch. Stein für Stein steigt die Konstruktion entlang der Rundung der Schalungen empor. Von einem tragenden Skelett aus Rippen ist keine Rede. Die Stabilität entsteht vollständig durch den Verband der Steine in der Gewölbeschale selbst. Wo die Flächen an der Schnittlinie zusammentreffen, ist präzises Behauen erforderlich, um die Steine nahtlos aneinander anzuschließen. Der Grat muss konstruktiv einwandfrei sein, um die Druckspannungen korrekt zu den Eckpunkten zu leiten. Je mehr sich das Mauerwerk dem Scheitel nähert, wird die Konstruktion mit Schlusssteinen oder einem Schlussring geschlossen. Der Mörtel muss vollständig aushärten, bevor die hölzerne Unterstützung vorsichtig entfernt wird. Bei diesem Ausschalen setzt sich das Gewölbe; die inneren Drucklinien suchen ihren Weg zu den schweren Pfeilern oder Eckmauern, die die seitlichen Schubkräfte aufnehmen.

Die reine Geometrie des Gratgewölbes kennt verschiedene Erscheinungsformen, oft diktiert durch den Grundriss des Raumes. Das quadratische Gratgewölbe ist die häufigste Form, bei der zwei identische Tonnengewölbe einander unter einem Winkel von neunzig Grad schneiden. Die Scheitellinien liegen hierbei horizontal. Bei einem rechteckigen Joch ändert sich die Dynamik. Man spricht dann von einem gestelzten Gratgewölbe. Um die Scheitelhöhen der ungleichen Bögen auszugleichen, müssen die Bögen mit der kleinsten Spannweite steiler oder spitz ausgeführt werden. Dies verhindert, dass die Scheitellinie wellenförmig verläuft.

Der Unterschied zum Klostergewölbe

Obwohl sie visuell verwandt erscheinen, ist das Gratgewölbe konstruktiv der Gegenpol zum Klostergewölbe. Eine praktische Faustregel: Beim Gratgewölbe weisen die Grate zu den Eckpunkten und die Wände sind offen für Lichteinfall. Beim Klostergewölbe sind die Grate gerade die Schnittlinien, die zu den Seiten der Wände weisen. Die Ecken sind hier geschlossen. Das Gratgewölbe konzentriert die Kräfte auf vier Punkte; das Klostergewölbe verteilt den Druck über den gesamten Umfang der Wände. Ein wesentlicher Unterschied in der Belastung für den Unterbau.

Hybride Formen und Übergänge

In der romanischen Architektur und beim frühen Übergang zur Gotik sieht man manchmal Varianten, bei denen die Grate eine leichte Krümmung aufweisen, das sogenannte kuppelartige Gratgewölbe. Hierbei liegt der Scheitel des Gewölbes deutlich höher als der Scheitel der Schildbögen. Das Gewölbe erhält dadurch eine nahezu kuppelartige Steifheit. Auch gibt es das gestelzte Gratgewölbe, bei dem die Ansatzpunkte der Bögen sich auf unterschiedlichen Höhen befinden. Dies kommt häufig bei Treppenanlagen vor oder wenn die Konstruktion an bestehende, ungleichmäßige Wandteile anschließen muss. Es erfordert äußerste Präzision beim Zimmern der Schalungen, da jeder Grat einer einzigartigen Kurve folgt.

Gratgewölbe versus Rippengewölbe

Häufig wird der Fehler gemacht, das Gratgewölbe mit dem Rippengewölbe zu verwechseln. Der entscheidende Unterschied liegt im Vorhandensein eines Skeletts. Ein Rippengewölbe hat steinerne Rippen, die zuerst gemauert werden und die konstruktive Hauptfunktion erfüllen. Beim Gratgewölbe fehlt dieses Skelett vollständig. Der 'Grat' ist lediglich die scharfe Naht, wo zwei Gewölbeflächen einander berühren. Keine Verzierung. Keine zusätzliche Unterstützung. Reines Sichtmauerwerk.

Eine romanische Krypta oder ein Vorratskeller

Stell dir einen Kellerraum in einem alten Kloster vor. Massive Backsteinmauern. Keine Verzierung. Über dir kreuzen sich zwei halbrunde Formen genau in der Mitte. Wo die Flächen zusammentreffen, siehst du eine messerscharfe Naht im Mauerwerk. Keine steinerne Rippe, die den Übergang verdeckt. Rein konstruktiv. Die Kräfte der schweren Decke werden sichtbar zu den vier Eckpunkten des Raumes gedrückt, wo dicke Pfeiler die Last aufnehmen. Hier siehst du die Ehrlichkeit des Gratgewölbes: Die Form ist die Konstruktion.

Lichteinfall in einem Seitenschiff

In den Seitenschiffen einer frühen romanischen Kirche bemerkst du den Effekt auf den Lichteinfall. Weil das Gratgewölbe den Druck auf die Eckpunkte konzentriert, sind die Wände zwischen den Pfeilern nicht überall gleich schwer belastet. Dadurch konnte der Baumeister große Rundbogenfenster hoch in der Seitenwand anordnen. Im Gegensatz zu einem durchgehenden Tonnengewölbe, das die Wand vollständig zusammendrückt, öffnet das Gratgewölbe den Raum für einfallendes Tageslicht. Das Ergebnis? Ein Rhythmus heller Joche hintereinander.

Die ansteigende Treppenkonstruktion

Schau unter eine monumentale Treppe in einem historischen Gebäude. Der Raum ist begrenzt, die Ecken sind ungleich und der Boden steigt schräg an. Hier wird oft ein 'gestelztes' Gratgewölbe angewendet. Der Maurer hat die Steine so behauen, dass die Grate einer fließenden, fast gedrehten Linie folgen, um den Höhenunterschied zwischen den Stufen und dem Podest zu überbrücken. Es ist eine technische Meisterleistung, bei der sich die Geometrie an die unregelmäßige Form der Treppe anpasst, ohne dass ein schweres Skelett erforderlich ist.

Der Unterschied bei der Inspektion

Stehst du in einem gewölbten Raum und zweifelst zwischen einem Grat- oder Klostergewölbe? Geh in die Mitte und schau zu den Ecken. Weisen die Nähte (die Grate) direkt zu den Ecken des Raumes? Dann stehst du unter einem Gratgewölbe. Siehst du gerade, dass sich die Flächen wie eine umgedrehte Schachtel zu den Wänden hin biegen, wobei die Ecken des Raumes gerade 'dicht' gemauert sind? Dann ist es ein Klostergewölbe. Das Gratgewölbe wirkt in den Ecken immer offener und 'luftiger'.

Konstruktive Sicherheit ist bei einem Gewölbe keine Option, sondern eine gesetzliche Pflicht. Die Musterbauordnung (MBO) und die jeweiligen Landesbauordnungen (LBO) geben die Rahmenbedingungen für die Standsicherheit der Haupttragkonstruktion vor. Hierbei wird streng auf die fundamentale Stabilität geachtet. Für ein Gratgewölbe bedeutet dies, dass die horizontalen Schubkräfte an den Eckpunkten zweifelsfrei durch den Unterbau aufgenommen werden müssen. DIN EN 1996, die Eurocode-Norm für Mauerwerk, bildet den technischen Rückgrat für Berechnungen an unbewehrtem Mauerwerk unter Druck. Es ist eine Frage des Verfolgens der Drucklinien innerhalb der Geometrie der Gewölbeschale.

Das Denkmalschutzgesetz der Länder schützt historische Gratgewölbe in Baudenkmälern. Einfach einen Riss zuzuschmieren oder eine Zugstange hinzuzufügen ist genehmigungspflichtig. Das Gesetz fordert den Erhalt des Denkmalwerts. Die DIN 18580 sowie die WTA-Merkblätter stellen Anforderungen an die Verwendung von Mörteln, die mit historischem Mauerwerk kompatibel sind. Kein harter Zementmörtel auf weichen, alten Steinen. Das verursacht Spannungen, die den Grat zum Reißen bringen können. Die Sicherheit während des Baus oder der risikoreichen Ausschalung fällt unter das Arbeitsschutzgesetz und die BaustellV, wobei die Standsicherheit der temporären Schalung ein verpflichtender Bestandteil des Sicherheits- und Gesundheitsschutzplans ist.

Römische Ingenieure fanden die Lösung. Wo das Tonnengewölbe den seitlichen Druck über die gesamte Länge der tragenden Wände verteilte und damit die Möglichkeiten für große Fensterpartien einschränkte, brachte das Gratgewölbe die Kräfte zu den Eckpunkten. In den Thermen des Diokletian und der Basilika des Maxentius sieht man die ersten großmaßstäblichen Anwendungen. Damals oft in opus caementicium ausgeführt, einem römischen Gussbeton, über eine temporäre Holzschalung gegossen. Das Ergebnis war eine monolithische Schale. Die Wand zwischen den Auflagern wurde nahezu funktionslos.

Die Technik des Gießens ging nach dem Fall des Römischen Reiches verloren. Der mittelalterliche Baumeister musste auf Mauerwerk zurückgreifen. In der romanischen Architektur des elften und zwölften Jahrhunderts erlebte das Gratgewölbe seine zweite Blüte. Nun in Naturstein und Backstein. Krypten und Seitenschiffe von Kirchen wurden damit überspannt, weil es im Gegensatz zum massiven Tonnengewölbe einfallendes Licht von den Seitenwänden zuließ. Ein konstruktives Puzzle. Jeder Stein auf der Diagonale musste von Hand behauen werden, um die scharfe Schnittlinie zu formen. Handwerkskunst auf den Quadratmillimeter.

Der Aufstieg der Gotik bedeutete das Ende der Dominanz des Gratgewölbes. Es war einfach zu starr und zu komplex, um in extremen Höhen zu bauen. Die Schalung für ein großes Gratgewölbe erforderte einen Wald aus Holz. Die Rippe wurde zur Innovation. Indem zuerst ein Skelett aus steinernen Rippen gemauert wurde, konnte die Ausfüllung der Gewölbekappen viel leichter und ohne vollständige Unterstützung ausgeführt werden. Das Gratgewölbe degradierte zu utilitären Räumen. Keller. Gänge. Treppenanlagen. Dennoch blieb die Form in der Renaissance und im Barock beliebt, geschätzt für die visuelle Ruhe und die reine Geometrie ohne die 'Unruhe' gotischer Rippen. Konstruktiv ehrlich. Unverwüstlich bei gutem Fundament.