15 Glas als Sekund.rtragwerk II - formpig als sekundartragwerk... · 2013. 10. 31. · wahlseminar...

WAHLSEMINAR WS 2001-02 KONSTRUKTIVER GLASBAU

INSTITUT FÜR TRAGWERKSLEHRE UND INGENIEURHOLZBAU UNIV.ASS. DIPL.ING. O. ENGLHARDT 1/32

GLAS ALS SEKUNDÄRTRAGWERK II OLIVER OSZWALD MICHAEL TESCH

ZUSAMMENFASSUNG

DIESE ARBEIT BESCHÄFTIGT SICH MIT GLASKONSTRUKTIONEN BEI DENEN GLAS HAUPT-SÄCHLICH ALS RAUMABSCHLIESSENDES ELEMENT VERWENDET WURDE. ES ÜBER-NIMMT KEINE LASTEN AUS DER TRAGKONSTRUKTION. SCHALENTRAGWERKE UND ZUGBEANSPRUCHTE KONSTRUKTIONEN WERDEN HIN-SICHTLICH IHRER ENTSTEHUNGSGESCHICHTE, PROBLEMATIK UND DETAILAUSBILDUNG UNTERSUCHT UND BEWERTET. DIE PROBLEME VON MODULAREN SYSTEMEN WERDEN NUR KURZ ANGESPROCHEN, DA DER RECHERCHIERTE STOFFUMFANG BASIS EINER EIGENSTÄNDIGEN ARBEIT WÄRE UND DIE KRAFTABTRAGUNG SOLCHER SYSTEME NICHT ZUR GÄNZE MIT DER AUFGA-BENSTELLUNG KORRESPONDIERT.



INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG........................................................................................................................4 2. SCHALENTRAGWERKE.....................................................................................................5 2.1 STABSCHALEN ...................................................................................................................5 2.1.1 Entwicklung ..........................................................................................................................5 2.2 GEODÄTISCHE KUPPELN ..................................................................................................6 2.3 STABNETZE ........................................................................................................................7 2.3.1 "Schwimmbad Neckarsulm"..................................................................................................7 2.3.2 "Museum für hamburgische Geschichte"…………………………………………………………. 8 2.3.3 "Messehalle Leipzig"………………………………………………………………………………… .9 2.3.4 Translationsschalen – "Das Flusspferdehaus im Berliner Zoo" ............................................10 2.4 FREIE GEOMETRIEN – DREIECKSMASCHEN.................................................................11 2.4.1 "British Museum, London"...................................................................................................11 3. SEIL-, SEILNETZ- UND MEMBRANKONSTRUKTIONEN .................................................14 3.1 ALLGEMEINES ..................................................................................................................14 3.2 PRINZIPIELLE TRAGWERKSFORMEN.............................................................................14 3.3 VERSCHIEDENE TRAGWERKSSYSTEME .......................................................................15 3.3.1 Stütze und Seil ...................................................................................................................15 3.4 STÜTZE MIT KRAGARM UND SEIL...................................................................................15 3.4.1 Einachsig gekrümmte Systeme anhand "Zeppelin Carré"....................................................16 3.5 SEILBINDERSYSTEME .....................................................................................................17 3.5.1 "Bankgebäude in Lodi" .......................................................................................................18 3.5.2 "La Villette / La Cité des Sciences et de l'Industrie" .............................................................19 3.5.3 "Banque populaire de l'Ouest et de l'Amorique" ..................................................................22 3.6 SEILNETZE........................................................................................................................23 3.6.1 "Hotel Kempinski M II" ........................................................................................................24 3.7 MEMBRANKONSTRUKTIONEN ........................................................................................25 3.7.1 "Olympiazelt München".......................................................................................................26 3.7.2 "Diplomatischer Club in Riyadh"..........................................................................................26 3.7.3 "Rhönklinik" ........................................................................................................................27 3.8 MODULARE SYSTEME / "SEELENTRAGWERK" ..............................................................28 3.9 MODULARE SYSTEME / "TRIAXTRAGWERK"..................................................................29 4. SCHLUSSWORT ...............................................................................................................30 LITERATURVERZEICHNIS..............................................................................................................31 ABBILDUNGSVERZEICHNIS......................................................................................................32





1. EINLEITUNG Der Wunsch nach großzügig belichteten Räumen und fließenden Raumübergängen veranlaßte Architekten und Ingeneure schon seit jeher immer filigranere und transparentere Konstruktionen zu entwickeln (Man muß sich nur romanische und gotische Kirchen verdeutlichen!). Dieses Streben nach Transparenz führte über die "Auflösung" der Konstruktion hin zu neuartigen Tragwerksformen. Schalen aus extrem minimierten Stäben, Seilnetzkonstruktionen und die Mög-lichkeit, membranartige Flächen mit Glas einzudecken sind heute en vogue. Diese Konstruktionen stellen hohe Anforderungen an alle Beteiligten hinsichtlich Planungsaufwand, Detailausbildung, Toleranzen, Logistik und ästhetischem Verständnis. Im Laufe der Analyse bestätigte sich die Vermutung, daß solche Konstruktionen in der Regel sehr kostenintensiv sind (vgl. British Museum) und Glas nicht immer nur Sekundärtragwerk sein muß (vgl. modulare Konstruktionen). Die Arbeit ist in druckbeanspruchte Schalentragwerke und zugbeanspruchte Konstruktionen ge-gliedert.



2. SCHALENTRAGWERKE Diese Arbeit beschäftigt sich mit gekrümmten, druckbeanspruchten Flächentragwerken, sogenann-ten Schalen. Ihnen gemein ist die Abtragung der Nutzlasten über ausschließlich in der Ebene lau-fende Kräfte; sprich: ohne Biegebelastung. Dieses Fehlen von Biegung erlaubt nun sehr geringe Systemdicken, welche wiederum die Ver-formbarkeit der Systeme fördern. Angesichts dieser Voraussetzungen soll hier auf das statische Verhalten unterschiedlicher Konstruktionen und die daraus resultierenden Konsequenzen für den Einsatz von Glas eingegangen werden. 2.1 Stabschalen Wird Glas als Sekundärtragwerk eingesetzt, funktionieren die Glasscheiben als Platten, die auftretende Lasten auf eine Primärkonstruktion übertragen. Diese Primärkon-struktionen sind in Stäbe aufgelöste gekrümmte Flä-chen.(Stabschalen). Die Geometrie der Stabanordnung bestimmt, abgesehen von der optischen Erscheinung, wesentlich das Tragverhalten und den konstruktiven Auf-wand (Wirtschaftlichkeit !) einer solchen Schale. Sie ist daher ein zentrales Thema dieser Arbeit. 2.1.1 Entwicklung In der Geschichte des Stabschalenbaus stößt man zunächst auf zwei geometrische Grundformen: Einfach gekrümmte Tonnen finden hauptsächlich im Bahnhofshallenbau des 19. Jahrhunderts Verbreitung. Dort allerdings löst man sich wenig vom Prinzip des Bogentragwerks (Lasten werden über einzelne Bogenträger abgeleitet). Wesentlich näher einem Flächentragwerk kommt man zur selben Zeit im Bau von Gewächshäusern. Der tatsächliche Schritt zur Stabschale erfolgt aber im Bau von Kuppeln. Einfache Rotationsgewölbe, gebildet von radialen Rahmen und Ringgurten, werden zu unglaublicher Filigranität auf-gelöst. Als Höhepunkt kann die Kuppel der Halle au ble' in Paris mit einer Spannweite von 41 Meter verstanden wer-den. 1813 erbaut, gilt sie zugleich als die älteste echte Stabkuppel. (Abb. 301) Als Beispiel für unübertroffene Radikalität der Auflösung sei auch der 1872 errichtete Kibble Palace erwähnt. Das ursprünglich im Privatbesitz des Architekten John Kibble befindliche Gewächshaus wurde abgetragen und in Glasgow als Veranstaltungssaal vergrößert wiederaufge-baut. Am Bild ist deutlich die mit der Zeit eingetretene Ver-formung der 44,5 Meter weiten Kuppel zu erkennen. (Abb. 302) Anhand der Verformung läßt sich erkennen, daß Konstruktionen dieser Art nicht auf statischen Nachweisen beruhten, sondern über bauliche Experimente aus handwerklicher Tradition heraus entstanden sind. Sie nutzen die aussteifende Wirkung der Scheiben; das Glas ist hier aktiver Teil der Schale.

ABB. 301: KUPPEL DER HALLE AU BLE', PARIS

ABB. 302: KIBBLE PALACE, GLASGOW



Als sich in der 2.Hälfte des 19.Jahrhunderts Methoden entwickeln, Stabschalen statisch und rech-nerisch zu erfassen, bedeutet dies eine konstruktive Trennung in primär tragende Stäbe und nicht tragende – bzw. als Platten sekundär tragende- Gläser. Unter der neuen Prämisse Berechenbarkeit gehen im Lauf der Zeit sowohl die erreichte Formenvielfalt als auch die an die Grenze getriebene Filigranität verloren. Als Hauptproblem entpuppt sich die Ver-formungsneigung der nicht ausgesteiften Vierecks-maschen, was zunächst mit entsprechend starken Stabquerschnitten kompensiert wird. Den wichtigsten konstruktiven Schritt in dieser Hin-sicht macht Johann Wilhelm Schwedler. Um 1865 entsteht die heute als Schwedlerkuppel bekannte Bauform, deren Prinzip die diagonale Auskreuzung der Vierecke ist. (Abb. 303) Die somit entstandenen Dreiecke sind in der Fläche verformungsstabil, das heißt, sie können Schalen-kräfte in allen Richtungen aufnehmen. Erkennbarer Nachteil ist die sich verringernde Transparenz im Scheitel. Als Lösung (?) dieses Problems sparte man das Zentrum aus und setzte eine "Laterne" auf. 2.2 Geodätische Kuppeln Einem von der Rotationsfläche abweichenden Prin-zip folgt der Physiker Walter Bauersfeld, als er 1922 gemeinsam mit den Ingenieuren Dischinger und Finsterwalder am Projekt des Zeiss Planetariums in Jena arbeitet. Das sogenannte Zeiss-Dywidag-System soll lediglich die Bewehrung für eine Beton-kuppel halten. (Abb. 304) Geometrische Grundlage ist der Ikosader, ein aus zwanzig gleichseitigen Dreiecken gebildeter Körper. Durch Projizieren der Kanten auf die umschreibende Kugelfläche und eine weitere Unterteilung in Drei-ecke nähert man sich der Kugel an. Buckminster Fuller übernimmt diese Idee und macht sie als Geodätische Kuppel bekannt. Abb.305 zeigt den von ihm konstruierten US-Pavillon der Expo 1967 in Montreal. Das Gebäude durchmißt 76 Meter und ist mit Plexiglas beplankt. Neben den Vorteilen (Stabilität, weitgehend konstan-te Stab- und Scheibenmaße) bleibt der große Nach-teil zu bemerken, daß die Formen geodätischer Schalen auf Kugelsegmente beschränkt bleiben.

ABB. 303: SCHWEDLERKUPPEL, LATERNE

ABB. 304: ZEISS PLANETARIUM, BEWEHRUNG

ABB. 305: US PAVILLON, EXPO 67



2.3 Stabnetze Erst Frei Otto gelingt es, sich von den bis dato stren-gen Geometrien zu lösen. Sein Zugang dazu ist, das Stabgitter nicht aus der vorgegebenen Form, sondern aus einem beweglichen Netz entstehen zu lassen. Die Multihalle Mannheim aus dem Jahr 1975 zeigt eine solche Konstruktion: (Abb.: 306) Ein ebenes, quadratisches Netz aus im Knoten dreh-bar verschraubten Holzstäben wird durch Verschieben in eine völlig freie Form gebracht. Um die starke Ver-formung des Netzes unter Lastangriff zu verhindern, hat man die fertige Schale durch auskreuzende Seile versteift. In der Folge stehen die Ingeniere Schlaich, Berger-mann und Partner im Zentrum der Betrachtung, die auf Frei Ottos Netzprinzip zurückgreifen und daraus er-folgreich filigrane Stabschalen entwickeln. 2.3.1 "Schwimmbad Neckarsulm" Ein Beispiel dafür ist die Kuppel über dem Schwimmbad in Neckarsulm.(Abb.: 307) Ein gedachtes quadratisches Netz wur-de mittels Computerberechnung über ein Kugelsegment ge-legt. Bei der konstruktiven Umsetzung konnte der Vorteil der Regelmäßigkeit des Netzes voll ausgenutzt werden: Alle Stäbe sind genau 1m lang, durch die drehbare Verbindung sind auch alle Knotenelemente gleich. Die Geometrie wird folglich allein durch die exakte Länge der Randstäbe bestimmt. Diese wur-den zuerst montiert, die Kuppel zur Mitte hin langsam ver-schlossen. (Abb.: 308) Die konsequente Auskreuzung jeder Masche erfolgt über durchlaufende Diagonalseile, welche vorgespannt und dann in den (nun unverdrehbaren) Knoten festgeklemmt werden. Abb.9 zeigt den sich wiederholenden, weil durch eingebauten Drehpunkt und vertikales Spiel flexiblen, Knoten. Bemerkens-wert ist die Fixierung von Scheiben, Stäben und Seilklemmtel-lern mittels einer einzigen Schraube, und die direkte Auflage der Scheiben auf die Stäbe über Dichtungsprofile.

ABB. 306: MULTIHALLE MANNHEIM, 1975

ABB. 309: SCHNITT / SYSTEMKNOTEN

ABB. 307: NECKARSULM

ABB. 308: DAS STABNETZ IN BAU



Die konkrete Wirkung der Seilverspannung läßt sich aus Abb. 310 ablesen. Durch die Vorspannung geht ihre Wirkung über die reine Aussteifung hinaus. Das Gesamtsystem erfährt durch permanente Spannung (bei Druckaufnahme erschlaffen die Seile nicht) Stabilisation. Als Negativfaktor bezüglich der Wirtschaftlichkeit sind die entstehenden nicht ebenen Vierecksma-schen anzumerken. Die Stäbe, vor allem aber die Scheiben verursachen durch die angepaßte Krüm-mung hohe Kosten, obwohl es gelungen ist, die 524 Scheiben über Zusammenfassung in Toleranzberei-chen auf 32 unterschiedliche Maße zu reduzieren. (Architekten Kohlmeier & Bechler, Entwicklungs- und Herstellungszeit 2 Jahre, erste echte Glas-kuppel mit exakter Kugeloberfläche weltweit ) 2.3.2 "Museum für hamburgische Geschichte" Bei der Hofüberdachung des Museums für Hambur-gische Geschichte stellte sich den selben Ingenieu-ren das Problem des Formübergangs zwischen zwei normal zueinander laufenden Tonnenschalen. (Abb. 312) Auch hier wurde der Konstruktion ein quadratisches Netz mit drehbar verschraubten Knoten zugrundege-legt, die Endform der Übergangskuppel wurde zu-gunsten möglichst reiner Membranwirkung und mög-lichst ebener Maschen optimiert. Hier sind also im Gegensatz zum vorigen Beispiel die Stäbe und Scheiben eben, die wenigen nicht ebenen Maschen wurden mit zwei gestoßenen Drei-ecksscheiben eingedeckt. (Abb. 311) In Abb.12 erkennt man ein die bei einachsig ge-krümmten Schalen notwendigen Queraussteifungen. Durch das Ausnutzen der Schalentragwirkung wer-den im Vergleich zum klassischen Bogen/Pfetten System sowohl die aufnehmbaren Lasten als auch die Transparenz gesteigert. Vorausset-zung für das Verhalten als Schale ist aber die Erhal-tung der Geometrie ohne große Verformungen; sprich: eine ausreichende Stabilisierung am Scha-lenrand und in regelmäßigen Abständen durch Bin-derscheiben. zeigt das Verformungsverhalten einer unendlich langen Tonne auf Basis des Schlaich-Bergermann-Sytems (nach Jan Knippers)

ABB. 310: VERFORMUNGSDIAGRAMM

ABB. 311, 312: GEOMETRIE

ABB. 313: VERFORMUNG EINER TONNE, MIT UND OHNE BINDERSCHEIBEN



Das Knoten- und Glasauflagersystem entspricht dem des Schwimmbads Neckarsulm (Abb.9), mit dem Unterschied, daß hier, den ebenen Stäben zufolge, die Knicke in den Knotenlaschen aufgenommen werden. Die Glasbefestigung –sowohl Auflagerfugen als auch Klemmteller- sind perfekt in das Tragsystem integriert und somit von unten „unsichtbar“. (Abb. 314) (Architekten Von Gerkan, Marg und Partner, Entwicklungs- und Herstellungszeit 6 Monate) 2.3.3 "Messehalle Leipzig" Auf konträre, nicht minder interessante Art, ging man an die Themen Tonne und Glashalterung beim Bau der neune Messe Leipzig heran. Zum ersten wurden das Stabnetz nach außen gelegt und von zugleich aussteifenden Fachwerksbögen abgehängt. Das Netz wirkt somit nicht als Schale im beschriebenen Sinn. Es finden sich auch keine Maschen-Auskreuzungen. Die Vierecksmaschen bestehen aus Stahlrohren, die statt dessen durch ihre Dimension die Aufnahme von Schubspannungen über die biegesteifen Ecken erlauben. Zum zweiten werden die Scheiben (statisch betrachtet als Platten wirksam) vom Stabnetz „entkoppelt“: Die Lagerung erfolgt über Punkthalter mit Kugelgelenken in der Glasebene. Diese Beweglichkeit wird ideal ausgenutzt, indem die

Halter in das Scheibenfeld gerückt werden. (Abb. 316) Treten nun Wind- oder Schneelasten auf, werden die Gläser auf Biegung beansprucht. Durch die geringere Spannweite und die Auskragung der Scheibe übers gelenkige Auflager hinweg wird das Feldmoment der biegebelasteten Scheibe auf ein Optimum reduziert. An den Kontaktstellen der Auskragungen finden große Verformungen von ±8 mm statt. Die erfor-derliche bewegliche, dehnbare Dichtungsfuge wurde mit einer eingeklebten Silikonschlaufe her-gestellt (Abb. 317)

ABB. 314: UNTERSICHT EINES KNOTENPUNKTS

ABB. 315: MESSEHALLE LEIPZIG

ABB. 316: GLASHALTERUNG AUSKRAGUNG, GELENKE AN DEN PUNKTEN 18 / 19

ABB. 317: BEWEGLICHE SILIKONSCHLAUFE



Umgekehrt dürfen bei Verformung der gesamten Stahlkonstruktion keine Belastungen der Scheiben entstehen. Um die erforderliche zwängungsfreie Lagerung zu gewährleisten, waren zusätzlich zu den Gelenken in Glasebene differenzierte Befestigungen der Halter an den Kragarmen notwendig. Abb. 318 zeigt einen kugelgelagerten Halter, eine von drei Varianten. Außerdem wurden, je nach An-forderung, einachsige Drehgelenke und Fixbefesti-gungen verwendet. Bei großer Hitze können die Scheiben von einer außen liegenden Waschanlage mit entkalktem Was-ser besprüht werden. Durch die Verdunstung wird das Glas dabei gekühlt. (Architekten Von Gerkan, Marg und Partner, Ian Ritchey Statik: Polonyi und Partner) 2.3.4 Translationsschalen – "Das Flusspferdehaus im Berliner Zoo" 1997 realisieren Schlaich, Bergermann und Partner auf Basis des bewährten Systems aus Stäben, Kno-ten und Seilen ein Gebäude, das einem neuen geo-metrischen Ansatz folgt. Es galt, zwei runde Becken mit einem gemeinsamen Dach einzuhausen, wobei die Becken in der Dachform wieder erkennbar blei-ben sollten. Der Bau echter Kugelsegmente wie in Neckarsulm schied einerseits wegen zu hoher Kos-ten (sphärisch gekrümmte Scheiben), andererseits wegen des nur mit Dreiecken realisierbaren Form-übergangs zwischen den Kuppeln (Inhomogenität der Struktur) aus. Als Lösung wählte man das Prinzip der Translati-onsfläche. Eine erzeugende Kurve wird entlang ei-ner Leitlinie verschoben und beschreibt dabei eine Fläche. Bei entsprechender Teilung entsteht also aufgrund der Parallelität der Vektoren ein gleichma-schiges Netz aus ebenen Vierecken. Translations-Stabschalen stellen somit eine Ideal-form in wirtschaftlicher Hinsicht dar. Als Leitlinie und Erzeugende beider Kuppelteile wur-den in diesem Fall jeweils idente Parabeln gewählt, wodurch Rotationsparaboloid 3e entstehen und die Kreisgrundrisse der Becken abgebildet werden konnten. (Abb. 320) Im Übergangsbereich zwischen den beiden unterschiedlichen Erzeugenden entsteht eine frei defi-nierte Fläche mit "noch ertragbaren Scheibenverwindungen"(Schlaich). Sie wurde im Rechenmo-dell (Abb. 321) optimiert und dann im statisch kritischen Bereich über Erhöhung der Stabquer-schnitte entsprechend verstärkt.

ABB. 320: BILDUNG DER SCHALENGEOMETRIE

ABB. 319: SCHALE UND FASSADE

ABB. 318: BEIDSEITIGES KUGELLAGER



In diesem Rechenmodell war auch die in Abb. 319 sichtbare Fassade inkludiert. Sie schneidet die Schale als Kegelfläche ab. Eine Voraussetzung für die Schalenwirkung des Dachs ist aber die Auf-nahme der Membrankräfte im Auflagerrand. Der gewölbte Träger zwischen Schale und Fassade konnte diese Bedingung alleine nicht erfüllen, durfte daher nicht als Schalenauflager gelten, und mußte in die Berechnung der Schale einbezogen werden. Die Stabknoten wurden im Gegensatz zu den erwähnten beweglichen Netzen steif montiert. Zur Auskreuzung verwendete man Einzelseile, die sich im Knotenzentrum überschneiden und eine mittige Schraube unmöglich machen. (Abb. 322, vgl. Abb. 314) (Architekt Jörg Gribl Statik: Schlaich,Bergermann und Partner) 2.4 FREIE GEOMETRIEN – DREIECKSMASCHEN Der Formenschatz solcher Schalen mit ebenen, direkt verglasbaren Vierecksmaschen ist also begrenzt. Nicht ebene Maschen komplexer Geometrien sind nur mit sehr kostspieligen, mehrfach gekrümmten Scheiben eindeckbar. Um diesen Aufwand zu umgehen, bleibt die Möglichkeit, durch die Teilung in Dreiecke wiederum ebene Maschen herzustellen. (siehe auch die Ichsen in Abb. 311) Zugleich gewährleistet eine solche Struktur die Schalenwirkung durch Aufnahme von Membrankräf-ten in jeder Richtung. 2.4.1 "British Museum, London" Ein aktuelles Beispiel dazu ist die von Norman Foster entworfene Überdachung des Great Court im British Museum, London. Vom Reading Room, einem im Hof stehenden Rundbau, wurde die Schale zu den umliegenden Traufen gespannt. Um den Reading Room wurden Stützen angeordnet, auf denen ein Ringbalken, das innere Schalenauflager, sitzt. Da in die Umgebenden Gebäude keine Horizonttallasten (Membrankräfte) eingeleitet werden durften, mußte die Schale in sich formstabil sein und am äußeren Rand gleitend gelagert wer-den. Die tatsächlichen Verformungen der Schale bewirken am Lager Verschiebungen von bis zu 5 cm.

ABB. 321: RECHENMODELL

ABB. 322: KNOTENAUSBILDUNG

ABB. 323: BRITISH MUSEUM, DRAUFSICHT

ABB. 324: ANSCHLUß AM READING ROOM



Die genaue Geometrie wurde anhand mehrerer Parameter entwickelt. So entstehen zum Beispiel an den Rändern immer Netzknoten, nie abgeschnittene Stäbe. Besonderes Augenmerk wurde auf eine Optimierung der Maschenweiten hinsichtlich maximal produzierbarer Scheibengröße (geringste Scheibenanzahl) gelegt. Das Ergebnis ist ein Netz mit 4.878 verschiedenen Stäben, 1.566 verschiedenen Knoten und 3.312 verschiedenen Scheiben.

Die durch das äußere Gleitlager notwendige Eigenstabilität erreichte man über eine Erhöhung der Stabquerschnitte am Schalenrand. Aufgrund der erwünschten gleichmäßigen Stabhöhe im Knoten waren Stäbe mit veränderlichem Querschnitt nötig. In den Knoten treten Winkel von 26 und 110 Grad sowie Verdrehungen zwischen den Stäben auf. Angesichts der enormen Komplexität war, um die Konstruktion rationell herstellen zu können, ein hoher Grad an Automation notwendig. So wurden aufgrund der endgültigen Geometrie automatisch Arbeitsdaten für die Schweiß- und Schneideautomaten generiert und abgeschickt. Das Ausschneiden und Bearbeiten der Knoten (Abb. 326) und Stäbe konnte also unter weitgehender Ausschaltung manueller Prozesse erfolgen. Komplex war auch die Montage des Netzes. Alle Knoten und ca. 3.000 Stäbe wurden werkstattmäßig zu möglichst großen „Leitern“ zusammengesetzt. Da sich die Tragwirkung erst bei Vollständigkeit der Schale einstellt, wurde die Konstruktion währen der Montage unterstützt. Erst unter Eigenlast entstand die endgültige Form, die verglast werden konnte. Um eine glatte Außenfläche der Verglasung zu erreichen, wurden die äußere Scheiben des Isolier-glases nach innen versetzt und die Halterung sowie die Dichtung in der entstandenen Fuge ver-senkt. Die Inneren VSG-Scheiben werden über ein Silikonhohlprofil auf den Stahlstab geklemmt. Randprofile werden auf die Scheiben vormontiert und stellen bereits bei trockener Montage die Dichtheit her. Die restliche Fuge wird zum Schutz vor Ort naßverfugt. (Abb.28) Nur durch den Einsatz von Computern in der Berechnung und Fertigung war die Herstellung dieses von jedem Standard abweichenden Bauwerks zu vertretbaren Kosten möglich. Interessantes Detail dabei: die Scheiben, aufgrund der verschiedenen Zuschnitte ein großer Kostenfaktor, wurden von Privaten Sponsoren gestiftet.

ABB. 325: UNREGELMÄßIGER STABKNOTEN

ABB. 326: AUTOMATISIERTES SCHNEIDEN

ABB. 327: VERGLASUNG



(Architekt Foster and Partners, Statik: Büro Happold, Planungs- und Bauzeit 1994-2000)

ABB. 328: SCHNITT GLASFUGE MIT HALTERUNG / SCHEIBENECKE VOR EINBAU



3. SEIL-, SEILNETZ- UND MEMBRANKONSTRUKTIONEN Seil–, Seilnetz– und Membrankonstruktionen sind zugbeanspruchte Konstruktionen bei denen gro-ße Verformungen auftreten können. Die Analyse verschiedener Systeme anhand von realisierten Objekten, das Aufzeigen ihrer Vor- und Nachteile und Detaillösungen ist Ziel dieses Kapitels. 3.1 Allgemeines Seil- und Seilnetzkonstruktionen können nur Zugkräfte überneh-men. Die Querschnitte der Elemente sind minimal im Vergleich zu den abgetragenen Lasten, wobei Stahl, als Baustoff, hohe Lastkon-zentrationen in den Knoten- und Randpunkten ermöglicht. Frei Ottos BIC-λ-Diagramm zeigt anschaulich, daß druck–, sowie biegebeanspruchte Systeme wesentlich mehr Material für die Kon-struktion, bei gleichbleibender Schlankheit λ, �benötigen als zugbe-anspruchte. Dieses wiederum belastet das System zusätzlich mehr, die Querschnitte werden stärker und die Konstruktion, in Bezug auf die Materialien, insgesamt teurer. Seiltragwerke sind verformungsaktive Tragwerke, das bedeutet sie erfahren bei veränderten Last-fällen immer eine Geometrieveränderung, auf Grund ihrer Biegeweichheit. In anderen Worten – eine Seilkonstruktion benötigt eine gewisse Verformung um "arbeiten" zu können. Die Größe der Verformung kann mit der statischen Höhe verglichen werden. "Da zu große Verformungen die Gebrauchstauglichkeit einer Seilnetzkonstruktion stark einschrän-ken, müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden. Diese Maßnahmen beruhen allesamt auf dem Einbringen einer hinreichend großen Vorspannung in die Netzfläche, so daß auch bei ungüns-tiger Lasteinwirkung Seile niemals schlaff werden können." 4-1 Die Stabilisation einer Seilkonstruktion gegen Windsog erfolgt entweder über eine Auflast oder über ein zweites Seil. Seilscharen in parallelen Ebenen definieren Seilbindersysteme. Seilscharen, die in einem Winkel ≠ 0 zuein-ander angeordnet werden, bilden ein Seilnetz. Membranen sind Netze mit sehr geringer Maschenweite. 3.2 Prinzipielle Tragwerksformen Die hier besprochenen Tragwerke können in der Anordnung der Seilscharen und deren Krümmung unterschieden werden. (1) nur parallele Seilscharen, gekrümmt (2) wie (1), jedoch eben durch starke Vorspannung (3) einfach gekrümmtes Seilnetz (4) ebenes Seilnetz, vgl. (2) "Tennisschlägerprinzip" (5) antiklastisches Seilnetz, vgl. Membranen

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3.3 Verschiedene Tragwerkssysteme Die Skizze verdeutlicht, wie die weit verbreitete und standardisierte Pfosten-Riegel-Verglasung aufgelöst werden kann – bis hin zu einer reinen Netzfassade. Das steife Pfosten-Riegel-System entwickelte sich über Nur-Balken-, bzw. Nur-Stützen-Systeme zu Stützen-Systemen mit Kragarmen, bzw. hinterspannten Fachwerksstützen. Verschiedene halbweiche Seilbindersysteme in horizontaler und verti-kaler Lage bildeten die Ausgangsbasis für die heutigen weichen Sys-teme wie Seilnetzkonstruktionen. Ein wesentlicher Punkt bei diesen weichen, verformungsaktiven Sys-temen ist die zwängungsfreie Lagerung der Glastafeln und die stabile Rahmenausbildung der Anschlüsse von Seilnetz und Bauwerk. 3.3.1 Stütze und Seil Die Seile liegen in der Glasebene und übernehmen die Lastabtragung des Gewichts der Verglasung. Die Stützen sind ausschließlich zur Windaussteifung vorhanden und werden nur auf Biegung belastet. Der Stützenabstand resultiert aus der Glastafelbreite. 3.4 Stütze mit Kragarm und Seil Eine Weiterentwicklung des obigen Beispiels stellt dieses System dar. Der Stützenabstand kann dadurch vergrößert werden.

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3.4.1 Einachsig gekrümmte Systeme anhand "Zeppelin Carré" Stuttgart/D 1995 – 1998 Bauherr: Deutsche Gesellschaft für Immobilienfonds GmbH, Frankfurt Architekten: Auer + Weber + Partner, Stuttgart Ingenieure: Pfefferkorn und Partner, Stuttgart Ausführende: Glasbau Seele GmbH, Gersthofen

Das Projekt Zeppelin Carré ist ein Pilotprojekt zur Revitalisierung des Wohn- und Geschäftsviertels rund um den Stuttgarter Hauptbahnhof. Das Glasdach überdeckt einen rechteckigen Hof, an den Büros angrenzen. Die Hängeform gewährleistet eine gute Durchlüftung des Hofes. Die Verglasung wird von, mit 18 t vorgespannten, parallelen Seilen (∅ 24mm) getragen. Für die Windaussteifung und Entwässerung wurde die 23 x 29 m große Fläche von der Mittelachse um 1.5 % nach innen geneigt. Über den bestehenden Dächern wurden die Randtragglieder als Fach-werk angeordnet. Das Spannseil (∅ 42 mm) in der Mittelachse, das der Längsaussteifung dient, wurde mit 64 t vorgespannt und über vertikale Seile (∅ 14 mm) mit den Tragseilen verbunden. Die Queraussteifung erfolgt durch die Glasscheiben.



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Tafeln aus VSG Sicherheitsglas (2 x 10 mm aus TVG) im Format 2 x 2 m werden stumpf aufeinander gestoßen und an den Ecken mit Punkthaltern gehalten. Das Detailfoto zeigt die Verbindung von je 4 Punkthaltern untereinander. Die drehbaren V-Elemente gewährleisten eine zwängungsfreie Lagerung. Die Verglasung leitet horizontale Lasten, die Tragseile vertikalen Lasten aus Eigengewicht und Schnee in die Rahmenkonstruktion ein. Zu Reinigungszwecken ist das Glas begehbar. Der hohe konstruktive Aufwand wird durch die besonderen Ansprüche eines Revitalisierungsprojek-tes an die Architektur begründet. Die Reduktion der tragenden Elemente auf ein Minimum und die Verwendung von nur einem Scheibenformat senken dabei die Kosten. Die Atriumsverglasung spielt sich nicht in den Vordergrund, versteckt sich aber auch nicht hinter der bestehenden Architektur. 3.5 Seilbindersysteme Bei Seilbindersystemen wirken jeweils 2 Seile in einer Ebene als Verband. Verbunden werden sie durch Streben und Spreizen. Die Formen können konkav, gekreuzt oder konvex sein. Diese Systeme werden für die Abtragung von horizontalen Lasten in die Rahmenbauteile verwendet. Um die großen Verformungen dieser Systeme zu reduzieren werden die Seile vorgespannt, was wiederum massive Rahmen als Folge hat. Die prinzipiellen Vorteile – Transparenz und Materialreduktion – werden oft durch falsche Konstruktion und Details zunichte gemacht. Die Planung und Toleranzen können mit dem Maschinenbau verglichen werden. An einem Seilbindersystem greifen unterschiedliche Lasten an: - parallel zur Binderebene (z.B. Winddruck, Windsog) - im Winkel zur Binderebene (z.B. Windsog) - Momente um die Binderachse bei paralleler Last Das rechte System in Bild 410 ist besonders anfällig in Bezug auf "Verdrehen um die Längsachse" auf Grund der Aufspreizung. Hier sollte die Mittelspreize biegesteif ausgeführt werden. Fassaden mit sich kreuzenden Seilen in den Binderebenen weisen die ge-ringste Vertikalverformung auf. Das linke System in Bild 410 besitzt das meiste Potential bei reiner Querlast – jedoch erst nachdem sich beide Seile verformt haben.

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3.5.1 "Bankgebäude in Lodi"

Lodi/I 1998 – 2001 Bauherr: diverse Banken Region Lodi Architekten: Renzo Piano Building Workshop, Genua Ingeneure: M.S.C., Mailand

Der Komplex umfaßt den Gemeinschaftssitz der größten Bankhäuser der Region und ein Auditorium. Einem 250 m langen Riegel werden, in Anspielung an die historischen Türme Lodis, drei kleine höhere (Technik und Tresoren) sowie ein breiter niederer Turm entgegengestellt. Die Fassadenverkleidung besteht aus Terrakotta-Platten. Für den Wetterschutz des Platzes wurden eine horizontale Glaskonstruktion errichtet. Die Tragseile wurden radial um den Auditoriumsturm angeordnet – spiegelbildlich dazu die Stabilisationsseile. Senkrechte Spreizen verbinden die Seilscharen. Die Verglasung befindet sich zwischen den Seilen. Etwas darüber dienen Flachstähle als horizontale Aussteifung.

Die Glastafeln wurden aus bedrucktem VSG Sicherheitsglas hergestellt und nicht gebohrt. Die Fixierung der Tafeln erfolgt durch Klemmung, weswegen das gesamte Glasdach keine Dehnfugen benötigt – gewöhnliche Dichtungsbänder reichen aus. Die große Zahl der unterschiedlichen Forma-te (264 verschiedene) und den daraus größeren logistischen Aufwand werden durch die einfache Detailausbildung, die auf Bohrungen verzichtet, kompensiert.



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Das Glasdach beeindruckt in seiner Leichtigkeit – es scheint förmlich zu schweben – nur gehalten von dünnen Stäben und Seilen. Der massive Rahmen, den die Konstruktion benötig, wird allein durch die Baukörper gebildet – ansonsten ist er unsichtbar. Das Detail der Glasbefestigung ist ein-fach und funktionell. Positiv zu erwähnen ist die bedruckte Oberfläche, die ein schmutziges Erscheinungsbild wegen der Verunreinigungen durch Regen und Staub, ein optischer Schwachpunkt bei allen flach geneigten Verglasungen, abmildert auf eine homogene, transluzente Fläche. 3.5.2 "La Villette / La Cité des Sciences et de l'Industrie"

Paris/F 1984 Baubeginn Architekten: Tschumi, Fainsilber Ingeneure: Rice, Dutton

Das Gebiet von La Villette ist geprägt von mehre-ren monumentalen High-Tech-Gebäuden, einem Park und Galerien. La Cité bildet den Abschluß des Areals nach Norden. Es liegt in einer Senke, da Fainsilber die Kellergeschoße des Vorgänger-baus nicht zuschütten ließ, um den Untergescho-ßen Tageslicht-Belichtung zu ermöglichen. Die Gesamthöhe von 40 m würde den 270 x 110 m großen Bau als Hochhaus definieren – man entschloß sich deswegen zu einer horizon-talen Teilung des Gebäudes mit eigenen Feuer-wehr- und Rettungszufahrten. "Die Maße des Centers erscheinen dem Besucher zwar groß, jedoch keineswegs erdrückend. ... Während die Nord-seite mit dem Haupteingang streng gegliedert ist und sich nur beim Eingang ... offen gibt, entfaltet Fainsilber auf der Südseite sein ganzes Formen-Repertoire: Es gibt vor der Gebäudefassade ... in drei Felder vorgesetzte, gebäudeho-he Wintergärten." 4-2 Diese Wintergärten ermöglichen inte-ressante Aus- und Einblicke und dienen als Wärmepuffer im Winter. "Geschlossene, transparente Wände, metallen-modern und vegetativ-dekorativ, Beton (in Maßen), Stahlfachwerk und polierte Stahlzylinder – es ist das Vokabular heutiger mo-derner Architektur ... ohne alle Spuren vergänglicher Archi-tekturstile." 4-3 (nach Fainsilber)

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Jeder dieser angesprochenen Wintergärten besteht aus einem Primärtragwerk aus runden Stahlprofilen, mit einem Rastermaß von 8 m. Die Höhe und Breite betragen 4 Felder, die Tiefe eines. Drei horizontale Seilbindersysteme werden eingehängt – sie dienen der Windaussteifung. Ein Primärfeld wird demnach von 16 Glastafeln im Format 2 x 2 m abgeschlossen. Es können drei Arten von Verformungen auftre-ten (s. Bild 419, rechts): 4-4 - seitliche Verformung des Tragwerks unter Windeinwirkung - Durchbiegen des Oberrohrs unter dem Ge-wicht von Glas und Wartungseinrichtungen - Verformung der Seile Die punktgehaltenen Glastafeln wurden mit Gelenkbolzen befestigt. Biegebelastungen der Glasscheibe können ausgeschlossen werden. Es ließ sich folgende Prognose aufstellen: "Belastungen erfolgen nur in der Ebene der Glasfläche und senkrecht zu ihr. Unvorher-sehbare ... treten nicht auf und müssen nicht berücksichtigt werden." 4-5 Ein Problem, dieser Art von Gelenkbolzen, waren die sehr geringen Toleranzen und die aufwendige Prozedur des Gewindeschneidens in die Augbolzen-Gußteile. Für die Aufhängung der Glastafeln lehnt sich das Konzept an Sir Norman Fosters Entwurf für "Faber and Dumas" an. 4-6 Die Glastafeln sind in 4 vertikale Streifen an-geordnet – die oberste, sie trägt das Gewicht aller drei anderen mit, ist drehbar mittig auf-gehängt. Die Beweglichkeit der Streifen unter-einander und zum Tragwerk ist gegeben. In der Praxis ist aber durch den Silikonwider-stand der Dichtungen keine vollständige Ver-schieblichkeit gewährleistet – die Tafel wirkt wie eine Scheibe. Um diesen Effekt zu kom-pensieren, entwickelten die Ingeneure vorge-spannte Federelemente um das Gesamtge-wicht gleichmäßig zu verteilen. Erst ab einer Belastung von ca. 600 kg wer-den diese zusammengedrückt oder gedehnt, bis die anderen Punkte der Aufhängung die Belastung übernehmen. Ein zweiter Aspekt, der für diese Art der Aufhängung spricht, ist die Abdämpfung beim Bruch einer Scheibe. Die Federelemente greifen viertelkreisförmig tangential am Rohr an, da dies die beste Art der Krafteinleitung für runde Querschnitte darstellt. Das Material ist, wie für alle anderen Auf-hängeteile, nichtrostender Gußstahl.

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Die Glastafeln-Streifen sind untereinander vertikal verschiebbar. Der Anschluß an den Tragwerksrahmen erfolgt durch Pendelstä-be (s. auch Bild 419). "Das einzige Element der Aufhängung, das in der Ebene der Glasfläche seitlichen Belastungen Widerstand leistet, befindet sich in der Mitte des oberen Rohres des Traggerüsts einer Tafel." 4-7 Auf Grund seiner Gelenkigkeit in vertikaler Richtung, ist ein Durchbiegen des Oberrohrs für die statische Berechnung nicht relevant. Nichtrostender Stahl und Glas besitzen unterschiedliche Wärme-ausdehnungskoeffizienten – auch dies ist zu vernachlässigen, da nur ein einziger fixer Verbindungspunkt existiert. Die Seilaussteifung ist die einzige horizontale Halterung des Glases. Sie besteht aus zwei sich kreuzenden Seilen mit einem maximalen Abstand von 600 mm. Der Kreuzungspunkt liegt etwa im Drittelpunkt eines Glastafelfel-des. Der Mindestabstand zwischen Glas und Seil beträgt ca. 300 mm. Wegen Verformung der Aussteifung unter Belastung ist diese zur Glasebene und parallel zu ihr unabhängig. Jedes Seil wurde mit 2 t vorgespannt – bei Maximalbelastung wirkt ein Seil alleine, das andere baut seine Vorspannung ab. Die Vor-spannung wurde auf eine Windspitzenbelas-tung ausgerichtet, die nur alle 100 Jahre auf-tritt. Der Grund für so eine Überdimensionie-rung sind die Weichheit des Systems und die französischen Bauvorschriften. Besucher würden es als unangenehm und störend empfinden, wenn sich die Verglasung bei jedem Windhauch, optisch sichtbar, verformt. Auf der anderen, pragmatischen, Seite sind in Frankreich statische Systeme sowohl für den Regelfall, als auch für den "Jahrhundertfall" auszulegen. Unter normalen Bedingun-gen ist die Verglasung von La Cité starr – im Extremfall treten aber große Verformungen auf. Ein wichtiger Punkt bei der Konstruktion ist das Vorrecken der Seile, da diese sich sonst beim Vor-spannen, auf Grund des Seilschlupfs, zu stark dehnen würden. Die Montage läuft folgendermaßen ab: - Positionierung der Elemente auf Schablonen - Einheben der Schablone - Befestigung am Primärsystem - Vorspannen der Seile Das Beispiel zeigt, wie wichtig eine funktionierende Zu-sammenarbeit von Architekten, Ingeneuren und Ausführen-den ist. Die einzelnen Elemente, die für uns heute völlig logisch erscheinen, waren das Ergebnis von intensiven Forschungen und Versuchen. "Die gegenseitige Kenntnis der verschiedenen Arbeitsschritte erlaubt, daß einer vom anderen Nutzen zieht." 4-8 Die Probleme von extrem kleinen Toleranzen konnten nicht ganz beseitigt werden – in der Folge waren sie aber Anstoß für neuartige Systeme. La Villette ist kein Projekt normaler Größenordnung – die Art der Konstruktion spiegelt das wieder. Inwieweit solche Versuche und Lösungen ökonomisch sinnvoll sind hängt von der Größe des jeweiligen Projekts ab.

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3.5.3 "Banque populaire de l'Ouest et de l'Amorique"

Montgermont/F 1988 – 1990 Bauherr: Banque populaire de l'Ouest et l'Amorique Architekten: Decq, Cornette Ingeneure: Rice, Francis, Ritchie Glasbau: PMB, Maccoco Kosten / m²: 7.260 FF (1989)

Die Südfassade des ca. 100 m lange Riegels ist in 8 Rasterfelder zu je 12 x 8 m unterteilt. Die Anforderungen an die Verglasung waren ein Maximum an Transparenz, bei gleichzeiti-gem Sonnenschutz, zu erreichen. Das Be-sondere an dieser Fassade ist die aufgehäng-te Doppelverglasung und das außen liegende Traggerüst. Der Sonnenschutz sitzt auf diesem auf und ist, je nach Sonnenstand, verschiedenartig ausgerichtet. Das Tragwerk setzt sich folgendermaßen zusammen: - Doppelrohrmaste auf denen - Querbalken befestigt werden und - drei horizontale Balken. Der Aufbau der drei Elemente ist identisch: ein zentrales Druckrohr wird mit Spannstan-gen und Abstandsstücken verbunden.

Die Verglasung zählt zu den ersten punktge-haltenen aufgehängten Isolierverglasungen und ist teilweise in 3-fach-Verglasung ausgeführt. CNC-Maschinen führten die Bohrung der Glastafeln durch. Das Befestigungsdetail ist ähnlich dem von La Villette, jedoch ökonomischer. Alle 4 Punkthalter werden von einer starren Spinne gehalten und sind gelenkig ausgeführt, eben-so die Verbindung zwischen Spinne und Spreize.

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Die gelenkigen Punkthalter mußten auf Grund des höheren Glasscheibengewichts größer dimensioniert werden als es bis dahin üblich war. Im Scheibenzwischenraum befinden sich Abstandsstücke aus Aluminium mit Dichtun-gen aus Silikon und Butylkautschuk. Sie sind mit Trocknungsmittel befüllt. Die Befestigung der Halter an die Spinne erlaubte diesmal größere Toleranzen als es noch in La Villette der Fall war. Grund dafür war eine Weiterentwicklung, hin zu einem übergroßen Bohrloch im Gußteil, in dem sich der Gelenkbolzen selbst zentriert. Durch die Rillung der Oberflächen greifen Scheibe und Gußteil beim Festschrauben ineinander und fixieren den Halter. Ein zweiter Vorteil ist das Entfallen des komplizierten Gewindeschnei-dens am Gußteil. Basierend auf dem Befestigungssystems von La Villette wurde für diese Bauaufgabe ein System entwickelt, welches ökonomischer und effizienter hergestellt und eingebaut wer-den konnte. Die Architektur des Tragwerks erweist sich als interessant, zumal es unge-wöhnlich ist, daß sich das Tragwerk außer-halb der raumabschließenden Elemente be-findet. Die umschlossene Hülle kann vollstän-dig genutzt werden. Neben diesen pragmati-schem Grund ist auch die Ästhetik solch einer Konstruktion eine andere. Der Innenraum verlagert sich nach außen, hin zum Tragge-rüst, welches sich in der Fassade spiegelt. Die beweglichen Sonnenschutzlamellen rhythmisieren und verändern das Aussehen des Gebäudes je nach Wetterlage. 3.6 Seilnetze Seilnetze sind die verformungsaktivsten Zugsysteme. Die Verformung ist wichtig für das statische Tragvermögens solcher Systeme zur Ableitung von horizontalen Windlasten (Fassaden) bzw. verti-kalen Gewichtslasten (Dächer). Damit bei nicht belasteten Seilen diese nicht einfach schlaff herun-terhängen, müssen sie vorgespannt werden. Diese Vorspannung wirkt sich aber auf das Rahmen-gerüst der Umgebung aus. Rahmen und Netz bilden ein in sich geschlossenes System, das auf dem selben Prinzip beruht, wie etwa ein Tennisschläger (vgl. Bild 403). Dabei übernimmt der Rah-men alle Druck- und das Seilnetz die Zugkräfte. Druck und Zug stehen im Gleichgewicht – es wer-den also nur Vertikallasten (Fassaden) bzw. Horizontallasten (Dächer) an das übrige Bauwerk ab-gegeben. Bei Fassaden ist besonders darauf zu achten, daß die horizontale Seilschar nicht zu sehr vertikal belastet wird, da ansonsten der Durchhang zu groß ausfällt. Mit der Vorspannung kann die Lastverteilung auf die Seilscharen gesteuert werden.

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3.6.1 "Hotel Kempinski M II"

Flughafen München II 1993 Architekten: Murphy und Jahn Ingeneure: Schlaich, Bergermann und Partner Ausführende: Fischer GmbH, Pfeiffer GmbH

Das Flughafenhotel besteht aus zwei 5-geschoßigen Riegeln und einer verbinden-den Halle, die von einer Tonne überdacht wird. Die 25 x 40 m großen Stirnseiten wur-den mit Seilnetzkonstruktionen verglast. Die Bogenkonstruktion der Überdachung wird seitlich getragen und liegt auf den Bettentrak-ten auf. Die Seilnetzkonstruktion wird von Bettentrakt zu Bettentrakt, bzw. vom Bogen zum Boden gespannt. Damit die vertikale Seilschar die Überdachung nicht zu stark belastet, wurde sie nur für die Abtragung der Vertikallasten herangezogen und mit 25 kN vorgespannt. Die horizontalen Seile über-nehmen die Windlasten und leiten diese in die Baukörper ein. Sie wurden mit 85 kN ge-spannt. Die notwendige Verformung kann im (theoretischen) Maximalfall bis zu 900 mm betragen. Bei so großen Verformungen bedarf es natürlich einer besonders flexiblen Detailausbildung. Die Verglasung folgt einem Raster von 1.5 x 1.5 m. In den Knotenpunkten werden die 22mm starken Edelstahlseile von Edel-stahlklemmplatten gehalten. Die Lagerung der Glastafeln, aus 10 mm VSG, ist stehend. Sie sind in den Ecken im 45° Winkel abge-schnitten, um ein Durchschrauben der Fuge zu ermöglichen. Die Exzentrizität der Lage-rung ist vernachlässigbar gering. Als Fugenmaterial wurde weißes Silikon ver-wendet, da es sich hier nur um einen Wetter-schutz handelt. UV-Beständigkeit ist nicht gegeben.

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Über gelenkige Spannungsvorrichtungen wird die Vorspannung in die Seile eingebracht. Das Beispiel verdeutlicht, wie mit unterschied-lichen Vorspannungen gearbeitet werden kann, um eine Seilschar weniger stark zu belasten. Seilnetze sind einfache, aber leistungsstarke Systeme. Der Anteil der Verglasung ist hoch. Nachteilig können sich jedoch die Vorspann-kräfte auswirken, die hier am stärksten von allen Zugkonstruktionen sind. Massive Rah-men sind deswegen immer erforderlich – sie stören manchmal das Bild einer leichten und transparenten Konstruktion. Das Beispiel Kempinski ist im Detail recht ansprechend, in seiner Gesamtheit wirkt es aber etwas zu banal. Eine High-Tech-Konstruktion hätte sich auch eine dementsprechende Hotelarchitek-tur verdient. 3.7 Membrankonstruktionen Bei Membrankonstruktionen mit Glaseineckung stellt die Netz-konstruktion die eigentliche Membran dar. Antiklastische Konstruktionen und Rotationsformen bestimmen die Formgebung. Das Problem bei der Eindeckung von antiklastischen Netzen mit Glasschindeln ergibt sich aus den unzählig verschiedenen Schindelformaten, auf Grund der unterschiedlichen Maschenge-ometrien. Auf den Glasbau umgelegt bedeutet dies einen we-sentlich größeren Kostenfaktor als vergleichsweise zu Plexiglas. Durch Rotationsformen kann die Anzahl der Formate reduziert werden. Die Ingenieure Sobek und Rieger entwickelten ein patentiertes System das die Verwendung von nur einem Glasschindelformat ermöglicht.

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3.7.1 "Olympiazelt München"

München/D 1968 – 1972 Architekten: Behnisch und Partner Ingeneure: Frei Otto, Leonhardt und Andrä Ausführende: Waagner Biro (Sanierung)

Die Freiformfläche wurde mit Plexiglasscheiben gedeckt, die an die unterschiedlichen Maschen-größen angepaßt wurden. Bei der Sanierung der Dachhaut, von der keine Montagepläne mehr vorhanden waren, mußten 3D-Bilder vom Hubschrauber aus angefertigt und diese per Computer zu einer Bestandsaufnahme verarbeitet werden. Die Firma Waagner Biro fertigte danach ca. 8.000 neue Dachsegmente. 4-9 3.7.2 "Diplomatischer Club in Riyadh"

- Riyadh/Saudi Arabien 1986 - Ingenieur: Frei Otto

Vier Zelte im Garten des Clubs schaffen ei-nen Bereich, der durch seine Leichtigkeit und Transparenz zum Verweilen einlädt. Jede Glasscheibe wurde individuell und von Hand bemalt. Zur Anwendung kam, mit kerami-schen Schmelzfarben bemaltes und an-schließend gebranntes, thermisch vorge-spanntes Floatglas. Eine 7.5 m hohe Mittelstütze, in der Form eines aufgelösten Druckstabes, bildet den Hochpunkt für die Tragseile. Der Innen-durchmesser beträgt ca. 17 m. zwischen den Tragseilen laufen horizontale radiale Zwil-lingsstahlseile an denen die 326 x 326 mm großen Schindeln befestigt sind. Die Fugen zwischen ihnen sind offen und sorgen so für eine spannungsfreie Befes-tigung. Das Zelt ist ein gelungener Brückenschlag zwischen tradierter Formgebung, moderner Konstrukti-onsweise und Materialwahl. Ein Nebeneffekt der offenen Fugen ist sicherlich auch die bessere Ventilation des Zeltes. Interessant ist auch das Verwischen der Grenze zwischen Außen- und In-nenraum.

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3.7.3 "Rhönklinik"

Bad Neustadt/Saale / D 1997 Bauherr: Rhön-Klinikum AG Architekten: Lamm, Weber, Donath und Partner, Stuttgart Ingeneure: Sobek und Rieger, Stuttgart Ausführende: Mero (Seilnetz)

Die Aufgabe bestand aus einer Überdachung des parkähnlichem Freiraums zwischen den einzelnen Klinikgebäuden. Als Herausforde-rung gestaltete sich die komplexe Grundriß-form; ein Ergebnis von jahrzehntelangem Um- und Zubau. Der "Park" befindet sich auf dem Dach einer Garage, welches statisch nicht stark belastet werden durfte. Die Überdachung ist eine leichte Seilnetzkonstruktion, die sich dem komplexen Grundriß anpaßt. Zwei Seilnetze, 600 m² über dem Eingangs-bereich und 4.000 m² über dem Promena-denbereich, werden auf BSH-Stützen aufge-spannt. Diese sind dem Kräfteverlauf ange-paßt und dementsprechend in der Mitte di-cker. Die Anschlüsse sind aus Edelstahl. Das Kopfstück besitzt die Form einer Kugelkalotte. Die Form des zweischarigen Netzes wurde zuallererst über ein Tüllmodell entwickelt und später mathematisch berechnet. Der Knotenabstand entspricht 400 mm. Die Keder werden von Stahlseilen gebildet. Die Kräfte des Netzes werden in Spannseile und Pendelstützen eingeleitet. Alle Seile wurden galvanverzinkt und sind Spiralseile. Die Netzseile sind ∅ 10 mm, die Gratseile bis ∅ 46 mm. Die Verbindungen der Seile sind entweder Seilklemmen (Grat- und Randseile) oder Ösenfittings (Netz). Die Kno-ten wurden geschmiedet und feuerverzinkt. Sie bestehen aus Baustahl St 52. Die Anlieferung des Netzes erfolgte gerollt. Vor Ort wurde es nur noch ausgerich-tet, eingehoben und verspannt. Das Material der Firstpunkt- und Regenrin-nenformteile ist Polycarbonat.

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Die Glaseindeckung erfolgte nach einem neuartigen Prinzip, welches auch zum Patent angemeldet wurde. Es konnte mit nur einem Glasschindelformat (500 x 500 mm, VSG) gearbeitet werden. Baugleiche Edelstahlbügel entkoppeln die Scheibe vom Netz und gleichen über den Parallelogrammeffekt ungleiche Maschen-weiten aus. Durch allseitige Überlappung von 10 cm ist ein Regen- und Windschutz gegeben. Die Montage ist einfach: - der Bügel wird um die Schindel geclipst und - auf den Knoten geklemmt. Durch die relativ einfache Art, komplexe Geometrien zu decken, stellt dieses Beispiel einen wesent-lichen Fortschritt in der Membranbauweise dar. Im besprochenen Beispiel wird jedoch die beste-hende Bausubstanz durch die konstruktiv aufwendige Membran in den Hintergrund gedrängt. 3.8 Modulare Systeme / "Seelentragwerk"

"Gläserner Himmel", Stuttgart 1993 Ingeneur: Weischede, Stuttgart Ausführende: Glasbau Seele Gersthofen

Die Idee, die hinter der des Seelentragwerks steht, ist ein Modul zu entwickeln, daß belie-big addierbar ist und freie Formen zuläßt. Weischede entwickelte sein Konzept aus der Kugelform, wobei er das Modul auf die 6 Kon-taktpunkte der Kugel reduzierte. Drei Stäbe werden biegesteif miteinander verbunden und über Seilnetze stabilisiert. Kritik: - Die Anschlußpunkte müssen auf Grund der Modularität verschiebbar angeordnet werden. Sie treten deswegen optisch stark hervor – ihr Design ist wenig ansprechend. - Die Druckzone ist nicht biegesteif – ein zweites Stabilisierungsnetz ist erforderlich. - Die Randpunkte sind nicht ästhetisch gelöst (nur ein Modul). - Die angestrebte Filigranität und Transparenz wird nicht erreicht. - "laute" und kompliziert wirkende Erscheinung

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3.9 Modulare Systeme / "Triaxtragwerk"

"dvg Datenverarbeitungsgesellschaft" Hannover 1999 Ingenieure: Weischede und Partner, Stuttgart Ellers & Vogel, GmbH, Hannover

Das Tragsystem basiert auf dem Seelentrag-werk, wurde aber in einigen Punkten weiter-entwickelt. Die Druckzone ist in Stäben aus-gebildet, die innerhalb vom Modul biegesteif miteinander verbunden sind. Das Stabilisie-rungsnetz ist auf eine Seilschar reduziert worden. Es existieren mehrere Module – je nach Anwendungsgebiet (Mittel-, Rand-, Sondermodul). Das Triaxtragwerk ist eine Verbesserung hinsichtlich Filigranität und Transparenz. Durch die dichte Anordnung der Stäbe des Druckgurtes ist es aber noch lange nicht so filigran wie andere Systeme. Die Tragwirkung von Glas wurde überhaupt nicht berücksichtigt – gerade sie könnte beitragen, die Ziele zu erreichen.

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4. SCHLUSSWORT Neben reinen Sekundärtragwerken aus Glas gibt es auch Konstruktionen bei denen Glas eine last-abtragende Rolle zuteil wird (vgl. La Villette, Banque Populaire de l'Ouest). Bei waagrechten Verglasungen bietet es sich an, Glas als Aussteifendes Element heranzuziehen (vgl. Zeppelin Carré), bei senkrechten als lastabtragender Teil des Eigengewichts (vgl. La Villette). Ein zweiter Aspekt ist das Aufkommen von immer verformungsaktiveren Tragwerken (vgl. Messe-halle Leipzig, Hotel Kempinski). Durch einfache, preiswerte und logistisch minimierte Verfahren kann Glas auch zur Eindeckung von Membranflächen herangezogen werden (vgl. Rhön-Klinik). Modulare Systeme wurden entwickelt (Seelentragwerk, Triaxtragwerk), deren Transparenz und Filigranität noch hinter "normalen" Beispielen herhinkt. Ihr konstruktiver und planerischer Aufwand ist noch sehr hoch. Die besprochenen Beispiele zeigen, die hohe Bedeutung von Punkthaltesystemen bei anspruchs-vollen Verglasungen (vgl. Messehalle Leipzig). Punktgehaltene Lagerung ist jedoch sehr teuer und zeitaufwendig (Boh-rung bei VSG, Behördengänge). Durchgeschraubte, und geklemmte Befestigungssysteme bieten eine Alternative (vgl. British Museum, Flußpferdehaus, Lodi, Hotel Kempinski, RhönKlinik). Durch die Möglichkeit, Freiformflächen verglasen zu können, bieten sich neuartige gestalterische Möglichkeiten. Der finanzielle Rahmen wird oft bei weitem überschritten und kann manchmal nur durch Sponsoren gehalten werden (vgl. British Museum). Die Sinnhaftigkeit der Formgebung ist nicht immer nachvollziehbar. Das Ergebnis dieser Analyse sind folgende Kriterien für den Entwurf neuer Glaskonstruktionen: - standardisierte Primärtragwerkssysteme in Kombination mit Glas als Sekundärelement (vgl. Rhönklinik) - beziehungsweise auch als Primär-/Sekundärelement (vgl. La Villette, Banque Populaire) - Vermeidung von Bohrungen der Glastafeln, wenn möglich vgl. Flußpferdehaus, Lodi, Hotel Kempinsky) - gewissenhafte Detailausbildung, die die Flexibilität der Fuge nicht einschränkt (vgl. Messehalle Leipzig, Hotel Kempinsky)



LITERATURVERZEICHNIS Arch.&bauforum 214 ,5/2001, „Formvollendung in Stahl und Glas“, DI Johann Sischka Bautechnik 69,1992, heft 1, „Verglaste Netzkuppeln“, J.Schlaich,H.Schober Detail 1/1991: „Innenhofüberdachung des M.f.H.G.“ Detail 4/1999: „Vom Bogen zur tonne“, Jörg Schlaich,Hans Schober,Jan Knippers Detail 6/2001, „Innenhof des British Museum in London“ Glasbau Atlas Christian Schittich, Inst. für internat. Architekturdokumentation,1998 Konstruktiver Glasbau 2, Ulrich Knaack, Verlag Rudolf Müller, Köln 1998 Kuppeln: „Kuppeln aus Stahlstäben“, Erwin Heinle, Jörg Schlaich,DVA, Stuttgart 1996 Stahlbau.67, 1998, heft 4, „Glaskuppel für die Flußpferde im Zoo Berlin“, Schlaich,Schober Stahlbau.67, 1998, heft 4, „zum Stabilitätsverhalten tonnenförmiger Stabschalen“, Jan Knippers stahl und form , 1992: „Transparente Netztragwerke“, Inst. für internat. Architekturdokumentation, München

Autor Titel Verlag/Ort Jahr

Böcher, Max, Zeppelin Carré Wasmuth, Tübingen 1999 Buchmann, Peter; Renzo Piano Building Workshop Vol. 4 Phaidon, London 2000 Frei, Otto, Natürliche Konstruktionen DVA, Stuttgart 1982 Gössel, Leuthäuser, Architektur des 20. Jahrhunderts Taschen, Köln 1990 Heinle, Schlaich, Kuppeln DVA, Stuttgart 1996 Heinz, Krewinkel, Glasarchitektur Birkhäuser, Basel 1998 Knaak,Ulrich, Konstruktiver Glasbau I Müller, Köln 1998 Knaak, Ulrich, Konstruktiver Glasbau II Müller, Köln 2000 Paulhans ,Peters, Paris – Die großen Projekte Ernst & Sohn, Berlin 1992 Rice, Dutton, Transparente Architektur Birkhäuser, Basel 1995 TU München, Studienarbeit "Bauen mit Glas" am Lehrstuhl für

Hochbaustatik und Tragwerksplanung München 2001

TU Darmstadt, Glas im Bauwesen, Institut für Statik Darmstadt 1998 Vandenberg, Moritz, Cable nets Acad. Ed., London 1998 Weischede, Dieter, Deutsche Bauzeitung 127, Heft Nr. 9 Weischede, Dieter, Stahlbau 63, Heft 1 1994 Zeitschrift AIT spezial 10/95 1995 Zeitschrift Arch+ 126, 4 1995 Zeitschrift db 9/93 1993 Zeitschrift db Sonderheft 6/96 1996 Zeitschrift DBZ 10/95, Hotel Kempinski in München 1995 Zeitschrift Detail 1998/3 München 1998 Zeitschrift Detail 1999/4 München 1999 Zeitschrift Detail 1999/9 München 1999 Zeitschrift Glas 3/95 1995 Zeitschrift Glas 4/2000 2000 Zeitschrift Glas 5/99 1999 Zeitschrift Glasforum 1/94 1994 Zeitschrift Glasforum 4/86 1986 Zeitschrift Glasforum 6/2000 2000

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4-1 21 679 4-2 9 100 4-3 9 108 4-4 10 46 4-5 10 37 4-6 10 43f 4-7 10 47 4-8 10 38 4-9 nach stg.waagner-biro.at

15 Glas als Sekund.rtragwerk II - formpig als sekundartragwerk... · 2013. 10. 31. · wahlseminar...

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