STAHL THESENBLATT 2 STRUKTUR

Struktur und Material FS15
HSLU Technik & Architektur
Dozent: Ivo Thalmann
Studierender: Sandro Schmid
09. Juli 2015
AUSGANGSLAGE
STAHL
THESENBLATT 2 STRUKTUR
Im Stahlbau können grosse Spannweiten mit relativ filigraner Konstruktion ausgeführt werden.
Der Stahlbau ist prädestiniert für den Skelettbau. Auch ist Stahl im Verhalten auf Zug- und
Druckkräfte sehr ausgeglichen.
Bei einem Gebäude mit einem einseitig, weit auskragendem Dach kommen diese Eigenschaften von Zug und Druck zur Anwendung.
Bei einer gerichteten Skelettstruktur (siehe Abb. 01) stellt sich die Frage der horizontalen
Gebäudeaussteifung. Die Herausforderung besteht darin, den Vorteil des Skelettbaus mit dem
flexiblen Grundriss zu erhalten. So soll die Aussteifung möglichst über die Dachkonstruktion
aufgenommen werden.
THESE
RECHERCHE
Abb. 01 Strukturmodell Foto
«DIE HORIZONTALE AUSSTEIFUNG EINER HALLE KANN HAUPTSÄCHLICH
DURCH DAS DACH AUFGENOMMEN WERDEN, DAMIT BLEIBT DER RAUM
FLEXIBEL UND WIRD NUR VON EINZELNEN STÜTZEN DEFINIERT.»
Stadion Letzigrund, Zürich
Ovale Dachform aus 32 Vollwandbindern, die je von einer
Druck- und einer Zugstütze getragen werden, da das Dach bis
zu 34 Meter auskragend ist. Die Stützen sind unten eingespannt
und verjüngen sich nach oben.
Abb. 02 Letzigrund Dachstützen
Das Dach wird durch ein sekundäres Traggerüst ausgesteift
(siehe Abb. 03), die Verbindungen sind geschraubt.
Die geschlossene, ovale Form wirkt sich auch positiv auf die
Aussteifung aus.
Foto: EWA, swissprofessionals
Abb. 03 Schnitt und Aufsicht der
Dachkonstr.
Neue Nationalgalerie, Berlin
Das Dach ist quadratisch und besteht aus 1.8m hohen
Rahmenträger. Es wird auf 8 Stützen, je 2 pro Seite, gelenkig
gelagert. Die Stützen sind unten eingespannt und haben einen
biegesteifen Querschnitt (siehe Abb. 05 Skizze).
Die 38 Rahmenträger, je 19 in eine Richtung, wurden vor Ort zu
Kastenträger mit einem Deckblech als oberen Abschluss
zusammengeschweisst.
Abb. 05 Stützenanordnung und
-querschnitt
Abb. 04 Neue Nationalgalerie
Foto: Fritz Geller-Grimm, 2006
Gemeinsamkeiten der beiden Objekte:
Beide untersuchten Objekte sind geprägt von einer starken und ausgesteiften Dachkonstruktion,
die es zulässt die Primärkonstruktion nur auf Stützen zu lagern, die im Boden eingespannt sind.
Durch die schwere Konstruktion sind auch massive Stützenquerschnitte erforderlich die die
vertikalen Lasten aufnehmen. Diese Stützen können durch ihre hohe Biegesteifigkeit auch die
horizontalen Kräfte in den Untergrund abtragen, ohne dass ein aussteifender Kern oder Wandscheiben nötig sind.
Grundsatz: freie Grundrissgestaltung
Ein Prinzip von Le Corbusier war bereits die Anwendung von
Stützen um einen freien Grundriss zu erhalten und damit
das Gebäude abgehoben wird. Dies ist bei der Villa Savoye
klar veranschaulicht (siehe Abb. 06). Jedoch konnte nicht
vollständig auf aussteifende Wandscheiben verzichtet werden.
Das Ziel, eine freie Grundrissgestaltung zu haben um die
gewünschte Flexibilität zu erreichen, wurde erfüllt.
Abb. 06 Villa Savoye, Le Corbusier
Foto: m-louis, 2010
FAZIT
Es ist möglich, dass das Dach die horizontalen Lasten aufnehmen und gleichmässig auf die
Stützen verteilen kann. Die primären Träger die durch eine sekundäre Konstruktion ergänzt
werden, machen das Dach zu einer biegesteifen Scheibe.
Die Horizontalen Kräfte müssen jedoch in den Untergrund gelangen, somit ist nicht nur das Dach
entscheidend, sondern auch die Stützen. Die Stütze müssen eine genügende Biegesteifigkeit
aufweisen, und entweder unten oder oben eingespannt sein. Dadurch ist ein massiver Querschnitt nötig (vgl. Skizzen Abb. 07). Trotz den gross dimensionierten Stützen wirken sie als Einheit
mit dem Gebäude immer noch als filigran. Den Zwischenraum der Stützen kann frei und flexibel
genutzt werden. Der Verhinderung der Torsion gilt besonderer Beachtung.
EINFLUSS IM
ENTWURFSPROJEKT
Abb. 07 Fazit
Oben: Eingespannte Stütze
Mitte: Bsp. Stützenquerschnitt
Unten: Aussteifung vom Dach
Das Kastendach im Entwurfsprojekt ist in sich biegesteif und verteilt die Kräfte gleichmässig auf
die Stützen. Die Druckstützen sind unten eingespannt, das Dach liegt gelenkig darauf. Die Zugstützen ziehen das Dach ins Gleichgewicht, sie müssen gut im Boden verankert werden.
Die Aussteifung vom Dach zu einer biegesteifen Scheibe, war im Projekt lange Zeit eine
Herausforderung. Durch die Integrierung der «sekundären» in die primäre Struktur gelang eine
einheitliche und klare Lösung.
Abb. 08 Kräfteverlauf Projekt