Zentraler Blickfang ist unbestritten die geschwungene Holztragkonstruktion, welche 26 m in die Höhe ragt. Die Dachform ist von einem Tuch abgeleitet, das wie von Zauberhand aufgehoben wurde, um das Darunterliegende zu offenbaren. Die unregelmässig geformten und verschiedenfarbigen Dachschuppen aus Blech sollen einem Zaubertuch optisch ganz nahekommen. Und so kommt das Schalenfaltwerk mit Schwung und einer Leichtigkeit daher, wie das kaum ein anderer Werkstoff so gut schafft wie Holz.
Multifunktionales Raumkonzept
Das Herzstück des Objekts: Die Zirkusarena mit einem Durchmesser von 32 m – oder anders gesagt – mit einer Grundfläche von 1200 m2, frei überspannt. Grösstmögliche Flexibilität im Betrieb war das Stichwort. Durch ausziehbare Tribünenelemente und versenkbares Bühnenpodest wird die Arena innerhalb kürzester Zeit zu einer ebenen Fläche. Bankette, Galadinner, Seminare oder Konzerte können auf diese Weise professionell arrangiert werden. Was für viele nicht auf den ersten Blick ersichtlich ist, sind die technischen Raffinessen, die Herausforderungen, denen es Herr zu werden galt.
Ingenieurarbeit nach Mass. Konstruktionsskizzen und Konzept vom Bauablauf in Wettbewerbsphase.
Einblick in die Konstruktionsdetails
Die Carlos Martinez Architekten entwickelten mit Thomas Rimer, Projektleiter Tragwerksplanung, und den Gebäudetechnikplanenden eine Konstruktion mit dem Ziel, ein möglichst geringes zu beheizendes Gebäudevolumen bei frei überspanntem Grundriss und der nötigen Gebäudehöhe für Trapezkünstler zu gewährleisten. Dies führte dazu, dass eine geschwungene, rotationssymmetrische Dachform mit zentralem Hochpunkt entstand. Die Auffaltung der einzelnen Dachelemente gibt die nötige statische Höhe, damit die lediglich durch zwei Diagnonalschalungen und eine Sparrenlage gebildeten Dachflächen in 11 m und 18 m an Druckringen gestützt, aber ohne Vertikalabstützung, den Arenagrundriss überspannen können. Die beiden Schalungen übertragen Schubkräfte in die Gurthölzer an Grat und Kehlen, sodass diese vorwiegend auf Normalkraft längs zum Holz, kaum aber quer auf Biegung belastet werden. Normalkraftbelastet ist der Baustoff Holz viel leistungsfähiger, als wenn er auf Biegung belastet wird. Das zeigen alle schlanken historischen Holzdachkonstruktionen. Die Schubkräfte an Grat- und Kehlbalken – dort wo die Dachfläche gefaltet ist – werden durch einachsig gebogene Brettschichthölzer aufgenommen und in den Kehltiefpunkten über zwölf Nischen am oberen Ende der Betonstützen eingeleitet. Zusammengehalten werden die Stützenköpfe durch einen umlaufenden Betonzugring. Thomas Rimer erklärt: «Es ist dasselbe Funktionsprinzip, wie wenn Mikadostäbchen im oberen Bereich an einen Serviettenring angelehnt werden, und damit sie unten nicht auseinanderrutschen, durch einen Hosengurt zusammengehalten werden.»
Schnitt (links) und Auflager Kehle an 1. Druckring (rechts). 
Verformungsbild der Gesamtstruktur unter Windeinwirkung.
Einer der 12 Fusspunkte, auf denen die Holzkonstruktion auf dem Beton lagert. 
Detalaufnahme Auflager Kehle am Fusspunkt in Betonzugring. 
Detailaufnahme Elementstoss am ersten Druckring (Holzfläche unten im Bild). Mit Luftdichheitsfolie abgeklebt sind die Konsolhölzer, auf denen die grossen Dachelemente auf dem Druckring aufgelegt werden konnten, ersichtlich. Der Druckring ist durch die grossen M30er-Bauschrauben auf Drucknormalkraft an den Dachelementen aufgehängt. Oberhalb der Schraube ist der Hornholzkontaktstoss der zweiten Elementebene zu sehen. 
Funktionsweise der Tragstruktur ĂĽber zwei Diagonalschalungen.
Reine Holzkonstruktion ohne Stahlverbindungsteile
Die Lage der Druckringe definiert die Montagestösse der einzelnen Elemente. Schon früh in der Planung wurden die Transportmasse berücksichtigt. Jedoch nicht nur der Transport, sondern auch Abbund und Produktion waren herausfordernd. Unter anderem deshalb, weil die endgültige Form erst durch das Vernageln der Schalungsbretter auf den Gurten zustande kam. Hier kam der Holzbauer Blumer-Lehmann AG ins Spiel. Dazu wurden mit viel Erfindergeist und Perfektion in der Produktionshalle Schablonen gebaut, die gebogen abgebundenen Gurthölzer und die geraden Sparren hineingelegt, die geraden Schalungsbretter mit Spitzkamm ineinandergeschoben, in Form gedrückt und befestigt. Abgesehen von den zwölf Widerlagern zur Verbindung auf den Beton, waren keine geschweissten Stahlteile nötig. Die einzelnen Elemente wurden mit Holzkontaktstössen auf Druck aufeinandergestapelt und mit Vollgewindeschrauben untereinander in ihrer Lage gesichert.
Bauphysik in ihrer Ganzheit
Unterschiedliche Nutzungsbereiche ziehen auch unterschiedliche Raumansprüche nach sich. Entsprechend waren alle Nutzungen inklusive Eventbetrieb bezüglich Lärmschutz gegenüber der bewohnten Umgebung zu überprüfen und zu beurteilen. Die Raumakustik beurteilten wir mittels Simulationen. In den Tests wurden 20 Veranstaltungsszenarien berücksichtigt, um einen guten Akustikkomfort zu gewährleisten. Die Lösung: Im Innenraum sorgen nun 450 in aufwendiger Geometrie erstellte gebogene Elemente, mit gelochten Dreischichtplatten beplankt, für hervorragende Raumakustik, welche zusätzlich mit den Akustikvorhängen gesteuert werden können.
Schallschutztests vor Ort. Die Besucher sollen eine optimale Geräuschkulisse erleben.
Besonderes Augenmerk beim Brandschutz
Beim Zauberhut gab es auch hinsichtlich des Brandschutzes einige spannende Herausforderungen. In der Arena können Veranstaltungen mit bis zu 500 Personen durchgeführt werden. Die zahlreichen technischen Anlagen unterstützen die Durchführung von professionellen Veranstaltungen. Im Untergeschoss befindet sich ein Technikring, der die Flexibilität und Systemtrennung technisch ermöglicht. Der Brandschutz wurde unter Berücksichtigung der definierten Nutzungen wirtschaftlich geplant und umgesetzt, z. B. Entrauchung der Arena, Sprachalarmierungsanlage, Notbeleuchtungen, etc.
Verantwortungsvoll gebaut
Es entstand ein energieeffizientes Gebäude in Holzbauweise, welches durch einen hohen Vorfertigungsgrad eine überdurchschnittliche Wirtschaftlichkeit aufweist. Der Einsatz des heimischen Rohstoffs besitzt den Vorteil, dass die Konstruktion vorfabriziert und die Bauzeit dadurch optimiert werden konnte. Zudem war das mit rund 180 Tonnen relativ leichte Gesamtgewicht vom Dach für die mit Holzpfählen erstellte Gründung im schwierigen Baugrund vorteilhaft. Durch das ausgeklügelte Energiekonzept kann flexibel auf die Bedürfnisse der unterschiedlichen Veranstaltungen reagiert werden. Die Fernwärme und das Brauchwasser werden nachhaltig durch die Seewasseraufbereitung gewonnen.
EindrĂĽcke der Bauzeit
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Die einzelnen Dachelemente wurden im Werk des Holzbauers auf Schablonen produziert. Dazu wurden die gebogenen Brettschichtholzträger, welche die Randgurte (Grat- und Kehlbalken) ausbilden, sowie die Dachsparren, welche die Schalung aus der Ebene stützen und die Dämmstärke bilden, mit modernster CNC-Abbundtechnologie in sehr hoher Präzision gefräst. 
Der Bauablauf erfolgte mit einem Lehrgerüst für die beiden hölzernen Druckringe. Diese mussten sehr exakt eingemessen werden, denn ein Überhöhen der Druckringe um Luft in den Stossfugen zu erhalten war geometrisch nicht möglich. War der erste Elementring aufgerichtet, wurde mit der zweiten Ebene identisch verfahren. 
Logistische Herausforderungen mit beengten Platzverhältnissen. Während die Vordachelemente versetzt werden, werden die Elemente für den die zweite Elementebene angeliefert. Im Hintergrund sind die Spenglerarbeiten am «Hut» im Gange, welcher schon bald auf das Gebäude aufgesetzt wird. 
Am Schluss konnte der «Hut» mit Abmessungen von rund 7m Durchmesser und 18 Tonnen Gewicht passgenau und komplett fertig vormontiert aufgesetzt werden. 
Unglaubliche Präzision der rund 400 einzeln gefertigten, gebogenen, jeweils 1m breiten und bis 5.5m langen Akustikelemente, welche unter der tragenden Dachschale montiert wurden.
Begeistert vom Endergebnis
«Wir waren beim Wettbewerb in kreativer Hinsicht stark gefordert. Ich wollte ein spezielles Icon, ein identitätsförderndes, neues Wahrzeichen für den Kinderzoo schaffen. Die erste Idee des erstarrten Zaubertuches auf dem Zauberhut, das war der Schmelzpunkt einer kreativen Auseinandersetzung mit der Aufgabe und dem speziellen Kunden. Ich habe es genossen.» Die Freude am Erreichten ist dem Architekten Carlos Martinez anzumerken. Die Konstruktion zeigt, wie mit moderner Planungstechnologie, dem Willen und Ideenreichtum, vor allem auch der Ausführenden, und der traditionellen, einfachen 24 mm starken Holzschalung auch heute noch spektakuläre Bauten errichtet werden können. Das alles lebt die Stärken des natürlich wachsenden Fichtenholzes aus. «Es sollte ein aussergewöhnliches Bauwerk für fantastische Momente kreiert werden, welches höchste Anforderungen an Technik und Gestalt erfüllt. Das ist uns als Team gelungen», meint Stefano Ghisleni als Gesamtleiter und Generalplaner des Projektes. Carlos Martinez ist sich sicher, dass «die Form des Gebäudes und die repetitive, vorfabrizierte Holzkonstruktion alle Beteiligten gefordert hat. Alles in allem war das Teamwork erster Güte.»
«Ich bin stolz, dass die ursprüngliche Idee des Wettbewerbs so beeindruckend abgeschlossen werden konnte.»
Carlos Martinez, Architekt
Beeindruckende Konstruktion, die an ein Zirkuszelt erinnert. Fotos: Luca Zanier 
Thomas Rimer, Projektleiter Tragwerksplanung | thomas.rimer@pirminjung.ch
«Freude habe ich daran, dass bei der komplexen Konstruktion das Fichtenholz so simpel und naturnah zum Einsatz kam.»
«Das Projekt hat mir so viel Spaß bereitet, weil das Projektteam vom Wettbewerbsentwurf bis zur Bauvollendung kompetent und zielgerichtet – auch mal über das eigene Gewerk hinausgedacht – zusammengearbeitet hat. Bereits während dem ersten Tragwerksentwurf, dem Erarbeiten der Dachgeometrie und dem Definieren der sinnvollen Schnittstelle von Holz zu Beton wurden einfache Spielregeln festgelegt, wo die architektonische Gestaltung mehr Spielraum (Vordächer, Hut) und wo die Statik keine Störzonen (Dachflächen) zulässt. Bis zur Bauvollendung musste das Konzept nicht durchlöchert oder geschwächt werden. In Bauprojekten kann dieser optimale Vorgang nur gelingen, wenn von Beginn weg explizit für das verwendete Material entworfen wird. Das Bauwerk zeigt, dass durch geschickte Konzeption unter Einbezug aller Einflussfaktoren auch relativ komplexe Gebäudeformen einfach, effizient und mit geringem Materialeinsatz umsetzbar sind. Freude habe ich nämlich daran, dass bei der komplexen Konstruktion das Fichtenholz so simpel und naturnah zum Einsatz kam. Gebaut wurde mit einer traditionellen, einfachen und 24 mm starken Spitzkammschalung, die händisch in Form gebogen und mit rund einer viertel Million gewöhnlichen Nägeln befestigt wurde.»
Spannende Facts und Figures
- Bauzeit: 2018 - 2020
- Bauherr: GebrĂĽder Knie Schweizer National Circus AG, Rapperswil
- Gesamtleitung: Ghisleni Partner AG, Rapperswil
- Architektur: Carlos Martinez Architekten AG, Berneck
- Tragwerksplanung, Bauphysik, Brandschutz: PIRMIN JUNG Schweiz AG, Rain
- Holzbau: Blumer-Lehmann AG, Gossau
- Bauingenieur: HTB Ingenieure, Rapperswil
- Gesamtkosten: CHF 15.5 Mio.
- Holzbaukosten inkl. Akustikbekleidung: CHF 2.05 Mio.
- Gebäudevolumen nach SIA 416: 6'600 m3
- Nettogeschossfläche nach SIA 416: 1'400 m2
- Holz: Total 224 m3 Fichte/Tanne aus der Schweiz und aus Ă–sterreich; davon 180 m3 fĂĽr das Tragwerk und 44 m3 fĂĽr die Innenverkleidung
Bildquelle Titelbild: Ghisleni Partner AG
