BACKSTEIN
Werbung
Struktur Lernjournal und Material BACKSTEIN Noelle Bottoni Dozent: Michael Künzle HSLU FS 2014 Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Material Ich beschäftigte mich mit den Eigenschaften von Backstein. Dadurch erhielt ich einen umfassenden Eindruck von dem spezifischen Umgang mit Backsteinen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 1 – Besuch in einer Ziegelei Als Einstieg in das Thema Backstein, besuchte ich eine Ziegelei. Dabei hat uns ein Arbeiter die einzelnen Schritte des Herstellungsprozesses eines Backsteins erläutert. Für das Modul und auch den Entwurf ist es wichtig, dass man die Eigenschaften des verwendeten Materials sehr gut kennt und die Vorzüge auszunutzen weiss. Der Rohstoff eines Backsteins ist Lehm oder Ton. Lehm ist ein Gemisch aus Ton, Sand und Schluff. Beide sind eine Bodenart. Eine weiche Tonmasse wird von einer Maschine in die richtige Grösse und Form gebracht. Dabei ist der Ton noch völlig verformbar. Über mehrere Tage werden die Backsteine getrocknet bis sie nur noch 1% Feuchtigkeit enthalten. Der Ton ist jetzt ausgehärtet. Schlussendlich wird der Backstein für zwei Tage in einem Ofen gebrannt. Die Temperatur beträgt ca. 950°C. Gleichmässig wird von den Seiten und von oben geheizt. Danach muss der Stein nur noch abkühlen und fertig ist der Backstein. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Imitation eines Backsteins Um die Eigenschaften des Backsteins besser zu verstehen, setzte ich mich mit seiner Oberfläche und seiner Struktur ausseinander. Danach fertigte ich aus einem völlig anderen Material (Schokolade) eine Imitation davon an und versuchte die Oberflächenstrukturen nachzustellen. Grundsätzlich ist zu sagen, dass Backsteine für den Standartgebrauch eine raue gerillte Oberfläche haben. Dies kommt durch die Herstellung (Pressen, Schneiden). Die Rillen sollen auch einen besseren Putzhalt zu gewährleisten. Der Klinker zum Beispiel hat eine glatte Oberfläche. Da er für Sichtmauerwerke verwendet wird hat er auch eine andere Funktion. Er muss Feuchtigkeit und Schlagregen standhalten. Bei dem Herstellungsprozess, den man Sinterung nennt, verschliesst der Klinker seine Poren und erhält so seine glatte Oberfläche. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 2 – „schichten“ In dieser Woche hatten wir die Aufgabe ein Backsteinmodul zu kreieren und durch „schichten“ einen Raum zu schaffen. Dabei sollten durch das Stapelungsprinzip des Backsteins automatisch Perforationen entstehen. Bei einigen Verbänden könnten auch einfach Steine weggelassen werden, und so Perforationen erzeugt werden. Wir versuchten die Anordnung und Verbände der Backsteine logisch anzuordnen, sodass sich eine Regel bildete. Die Schwierigkeit dabei lag vor allem in den Ecken. Als erstes mussten wir uns aber für eine Backsteinform entscheiden. Wir liessen uns von den Backsteinen inspirieren, die Peter Zumthor für sein Kolumba Museum in Köln verwendete. Das sind sehr dünne Backsteine, die der Fassade aber einen weichen Charakter geben. Durch die Schmalheit müssen viel mehr Steine übereinander geschichtet werden und dadurch entstehen auch mehr Fugen. In echt ist der Backstein ca. 4cm hoch und ganze 50cm lang. Im Materialverleih haben wir diesen Steine genauer betrachtet und versucht verschiedene Verbände aufzuzeigen. Läuferverband 1/3 versetzt Läuferverband 1/2 versetzt Bei den Verbindungen mussten wir darauf achten, dass niemals Fugen übereinander zu liegen kommen. Dadurch könnten Risse entstehen. Eine vertikal liegende Fuge nennt man Stossfuge, die horizontalen Fugen sind Lagerfugen. Es gibt viele Ausführungen von Fugen wie Hohlfugen, vertiefte Fuge, etc. Sie haben wohl eine bautechnische Aufgabe, sind aber auch für die Gestaltung einer Wand sehr wichtig, denn 10-15% einer Wand sind Fugen. Da sich der Backstein und die Fugen anders auf Spannung und Dehnung verhalten, ist es die Aufgabe der Lagerfuge die Zug- und Schubkräfte aufzunehmen. Damit kein Wasser in die Steine gelangt, werden die Fugen mit einem Silikon verschlossen. So sind sie vor Witterungseinflüssen geschützt. Trotzdem sind die Fugen die Schwachstelle einer Wand. Sie altern viel schneller als der Backstein. Zwischen die Backsteine wird Mörtel gesetzt. Dieser dient dazu die Ungenauigkeiten in den Steinen auszugleichen und natürlich um die Steine aneinander zu befestigen. Er ist aber nicht dafür da um die statischen Lasten der Wand abzutragen oder die Wand bei einem Erdbeben zusammenzuhalten. Mörtel besteht aus Wasser + Sand + Zement/Kalk. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Um die passende Verbandsart für unser Modell zu finden, betrachteten wir unterschiedliche Varianten. Wir versuchten möglichst grosse Perforationen zu erzeugen. Perforationen können erzeugt werden durch Weglassen von Steinen im Mauerwerk, durch Auseinanderziehen des Verbandes, oder durch einen geplanten Verband mit Aussparungen. Weglassen Auseinanderziehen Variante 1 Variante 4 Variante 2 geplanter Verband Variante 3 Variante 5 Wir entschieden uns dann zuerst für die letzte Variante mit zwei verschieden grossen Backsteinen. Sie erzeugte ganz schmale, aber grosse, lange Öffnungen. Die Strategie war, mit den kleinen Steinen von unten, die Anschlüsse von den oberen zwei langen Steinen zu halten. Wir bauten ein Modell aus einzelnen MDF Backsteinimitaten. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Da wir aber nach erneutem Auseinandersetzen mit der Aufgabenstellung verstanden, man dürfe nur ein Backsteinformat benutzen, bauten wir unser Modell noch einmal um und verwendeten nur den langen Backstein. Auf den beiden langen Seiten unseres Modells waren die Backsteine immer um 1/5 versetzt. Die Eckanschlüsse gingen genau auf, indem man einen Stein von der langen Wand und einen Stein von der hinteren Wand jeweils aufeinander stapelte. Dies erzeugte automatisch an der hinteren Wand ein anderes Muster. Dort wurden die Steine in der Mitte um 1/2 versetzt aufgebaut. Um „richtige“ Öffnungen in einem Backsteinmauerwerk zu schaffen gibt es eigentlich zwei Methoden: Stürze oder Bögen. Auf der Baustelle werden die Stürze immer mit Beton ausgefüllt, um die Spannweite zu überbrücken. Bei den Bögen gibt es verschiedene Varianten. Bei Rundbogen beträgt der Radius immer die Hälfte der Öffnungsbreite. Bei einem Spitzbogen ist es die ganze Öffnungsbreite. Es gibt aber auch noch weitere Bogenvarianten. Dabei wird immer eine ungerade Anzahl Backsteine für den Bogen verwendet. Um die Schubkräfte des Bogens aufzufangen gibt es in einer Wand 3 verschiedene Möglichkeiten um dies zu erreichen: - durch viel Gewicht von oben werden die Kräfte nach unten in die Erde umgeleitet (Bsp. gotische Kathedrale) - durch eine Öffnung neben einer Öffnung; die Schubkräfte heben sich gegenseitig auf - durch einen sogenannten Zugring werden die Kräfte aufgenommen (kommt oft bei Gewölben vor) Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Recherchen Material Backstein Damit man sich mit den verschiedenen Backsteinen auseinandersetzten kann, braucht es ein grundsätzliches Wissen über die Steine. Allgemein - Backstein: Sammelbegriff für alle Bausteine aus gebranntem Ton - SwissModul Stein: Backstein mit modularen Abmessungen für Mauerwerk zum verputzten - Grossblockstein: Gebrannter Mauertstein mit geringer Rohdichte (für wärmedämmendes Einsteinmauerwerk) - Sichtstein: speziell hergestellte Steine für sichtbelassendes Mauerwerk - Klinker: Sichtstein, bis zur Sintergrenze gebrannt. Im Gegensatz zum normalen Sichtstein nahezu wasserdampfundurchlässig (Hinterlüftung erforderlich) Mauerwerksarten - Das Mauerwerk wird aufgrund der Art und Beschaffenheit der verwendeten Steine bezeichnet. Neben normalen Backsteinen gibt es noch Zementsteine, Kalksandsteine, Porenbetonsteine, und Hüttensteine. Standartformate Angepasst an das Mass 1/8m = 12.5 cm dienen dabei als Grundmodule für die Steinabmessung des Dünnformat DF mit 24 x 11.5 x 5.2cm und das Normalformat NF mit 24 x 11.5 x 7.1cm. Alle grösseren Steinabmessungen werden aus diesen Grundmodulen unter Berücksichtigung der Fugendicke zusammengesetzt. Verbände Die Aufgabe des Mauerwerks ist es, die auf das Mauerwerk wirkende Lasten gleichmässig im Mauerkörper zu verteilen. - Läuferschicht: Längsseite in der Wandebene angeordnet - Binderschicht: Schmalseite - Rollschicht: Lagerfugenflächen der Steine - Grenadierschicht: 90° in die Vertikale gedrehte Rollschicht Es gibt viele verschiedene und unterschiedliche Verbandsarten. Die gewöhnlichen sind: Blockverband und Kreuzverband. Natürlich gibt es auch Mauerwerke wo nur Läufer oder Binder verwendet werden. Blockverband Kreuzverband Fugen - Lagerfuge: waagrechte Fuge im Mauerwerk - Stossfugen: senkrecht liegenden Fugen zwischen den Stossflächen Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Thesenpapier 1 – Material Erkenntnisse während der Woche im Projektmodul In der letzten Woche ging es darum, das „Schichten“ zu perfektionieren. Aufgabe war noch einmal, ein Modell im Massstab 1:5 zu bauen. Die längliche Backsteinform von letzter Woche wollten wir beibehalten (50cm x 12.5cm x 5cm). Um uns aber gestalterisch mehr Spielraum zu ermöglichen, nahmen wir einen zweiten Stein hinzu, der in seiner Länge genau ¼ des Ausgangssteins entspricht. In seiner Grundfläche ist dieser zweite Stein also ein Quadrat. Wir merkten, dass durch die Kombination dieser zwei Backsteine unterschiedlichste Öffnungen entstehen konnten. Nur durch einen langen Backstein ist es aber möglich, lange, schmale Perforationen zu erzeugen. Mit Modellsteinen kreierten wir verschiedenste Anordnungen und Verbände. Die Schwierigkeit lag darin, die Steine so anzuordnen, dass es mit der festgelegten Raumgrösse aufgeht. Es fiel auf, dass durch logisches Anordnen entweder lange oder ganz kleine Öffnungen entstehen. Durch abwechselndes Aufeinanderstapeln eines Seitenwandsteins und eines Hinterwandsteins, ergab sich eine Ecke. Dies schränkte uns in der definitiven Anordnung der Steine ein. Wir mussten eine logische Anordnung von Ecke zu Ecke finden. So ergab sich, dass die hintere Wand kleine Perforationen erhielt und die beiden Seitenwände mit langen Öffnungen versehen ist Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Da unser Modell von letzter Woche, mit einer einzigen Steinschicht zwischen den langen Öffnungen, statisch ein wenig fragwürdig erschien, überlegten wir uns, wie man dem konstruktiv entgegenwirken kann. Wir experimentierten mit zwei Lagen zwischen Öffnungen und sogar drei Lagen und fanden schlussendlich eine stabil scheinende Lösung. Je nachdem, wie viele Lagen man verwendet, verschieben sich auch die Perforationen und erzeugen somit einen anderen Ausdruck. Es ist aber zu sagen, dass wir bis jetzt nicht bestätigen können, ob die Konstruktion im Realen statisch verwirklichbar ist. Unser Abgabemodell hatte bei den beiden Seitenwänden 3 Lagen zwischen den Öffnungen. Die mittlere dieser drei Lagen ist jeweils um 2mm zurück versetzt. Dies erzeugt eine spannendere Fassade. Die kleinen steine sind um 2mm vor versetzt, was noch mehr Dynamik erzeugt. Da Backsteine auf Druck funktionieren, wählten wir die obersten Schichten komplett geschlossen. Sie bringen ein Gewicht auf die darunter liegenden Backsteine. Die selben geschlossenen Schichten wählten wir am unteren Ende der Wand, um ein einheitliches Bild zu erzeugen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Recherchen und Thesenformulierung Schlussendlich ist zu sagen, dass das spannende an unserem Entwurf die sehr langen und dünnen Backsteine sind. Sie lassen uns im Modellmassstab eine Vielzahl von grossen, langgezogenen Perforationen errichten, aber auch kleinere, schmale Öffnungen können generiert werden. Die Frage die jetzt bleibt ist: können im echten Bau wirklich so grosse Perforationen gebaut werden, dass es statisch realisierbar ist und was sind die maximalen Öffnungsgrössen? In unserem Modell entsprechen die langen Öffnungen ¾ der Länge des Steines. Ein Beispiel für in Realität ausgeführte Perforationen ist das Kolumba Museum in Köln von Peter Zumthor. Mit langen Backsteinen wurden kleine Öffnungen erzeugt. Um diese Öffnungen zu vergrössern, bzw. erhöhen, wählte er sehr dicke Fugen. Diese waren fast so dick wie ein Stein selbst und erzeugen so den Eindruck einer doppelt so grossen Perforation. Nach einem Gespräch mit dem Tragwerkscoach Klaus Kreher, lässt sich über die Statik der perforierten Wand des Kolumba Museums folgendes sagen. Jeder Stein der oberhalb einer Perforation liegt ist einer Bruchgefahr ausgesetzt, da von oben Lasten auf ihn wirken. Liegen viele Perforationen untereinander, steigt die Bruchgefahr ständig, wobei sie zuunterst am grössten ist. Daher ist das Versetzten der Perforationen enorm wichtig. Die Lastabtragung zwischen den Öffnungen muss gewährleistet sein. Ausserdem sind beim Kolumbamuseum nur Teile der Wand perforiert. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Perforationen übereinaner führen zu Bruchstellen und Instabilität der Wand versetzte Perforationen, sodass die Druckkräfte abgetragen werden können sind grundsätzlich Möglich Unser Entwurf hätte also wahrscheinlich in Wirklichkeit auch mit dreifacher Lage zwischen den Perforationen nicht umgesetzt werden können. Grund dafür ist, dass immer nur die kleinen Steine die Druckkräfte weitergeleitet hätten. Festigkeit Je nach Steinart, die verwendet wird, kann der einzelne Stein mehr oder weniger Lasten aufnehmen bevor er bricht. Diese Eigenschaft nennt man Festigkeit. Genau gesagt beschreibt die Festigkeit das Widerstandsverhalten eines Werkstoffes gegen elastische oder plastische Verformung. Die Festigkeit ist jene Spannung, die errechnet wird aus der maximal erreichten Kraft bei einer definierten Dehnung oder bei einem definierten Fließverhalten, jeweils bezogen auf die ursprüngliche Querschnittfläche des Werkstoffes. In meinem Beispiel spielt die Druckfestigkeit eine Rolle, da der Backstein Lasten von oben aufnehmen muss. Die Definition von Druckfestigkeit ist: Als Druckfestigkeit wird die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs bei der Einwirkung von Druckkräften bezeichnet. Ist die Druckspannung größer als die Druckfestigkeit eines Körpers, so wird er zerstört. Steindruckfestigkeitbk = Maximallast/Querschnittfläche = Fmax/A Die Festigkeit eines Materials ist eine wichtige Eigenschaft und jedes Material hat eine Unterschiedliche. Auch die durchschnittlichen Festigkeiten von Backsteinen unterscheiden sich. Hochlochziegel z.B haben eine Festigkeit von etwa 45N/mm2 während ein Klinker mehr Druck aufnehmen kann (75N/ mm2). Diese Festikeit ist aussschlaggebend für das maximale Öffnungsmass, daher kann man nicht eine Grundregel für eine maximale Länge einer Perforation festlegen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Was für die Perforationen in einer Wand aber unbedingt eingehalten werden muss, und immer im Verhältnis steht, ist das sogenannte Überbindemass. Dies muss auch bei einem normalen, geschlossenem Mauerwerk eingehalten werden. Die Überbindung bezeichnet im Mauerverband das Mass des Übergreifens der Steine einer Schicht über die der darunter liegenden Schicht. Überbindemass ü ≥ 0.4 x Steinhöhe Aus den Erkenntnissen im Projektentwurf und aus den Recherchen formuliere ich folgende Material–These: Um die Lastabtragung einer Wand mit Perforationen zu gewährleisten, dürfen die Aussparungen nicht direkt untereinander liegen und die Backsteine müssen sich in einer genügend grossen Fläche überschneiden. Für die maximale Öffnungsgrössen gibt es kein genaues Mass, sondern die Festigkeit des gewählten Steins spielt eine Rolle. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Struktur Über die Recherche wird die konstruktive Grammatik entwickelt, die man im Entwurf architektonisch umsetzt. Es wird untersucht, was für Tragwerke und Bausysteme mit Backstein möglich sind und was das jeweilige raumbildende Potenzial dahinter ist. Die Einträge beziehen sich auf den jeweiligen Stand des Entwurfprojektes. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 4 – Konzeptphase Ich widmete mich die vergangenen zwei Wochen der eigentlichen Entwurfsaufgabe dieses Semesters, ein Atelier in einer Umgebung von 200 Metern der HSLU. Die Vorgaben dabei waren mindestens drei Räume auf einer Fläche von maximal 35m2. Ich ging dabei folgender Massen vor: Um ein geeignetes Atelier zu entwerfen, sollte man dessen Nutzen festlegen. Ich wollte ein Atelier für Architekturstudenten entwerfen. Dieses besteht aus den Räumen Arbeitsplatz, Modellbauraum und Besprechungszimmer. Der Übergang von Zimmer zu Zimmer soll ganz offen geschehen. Da 35m2 relativ wenig Platz ist, soll der Raum als grosser, offener Raum wahrgenommen werden. Durch eine Bogenkonstruktion wird zwar angedeutet, wo die Raumtrennung ist, man kann sich aber frei bewegen. Dadurch fühlt man sich nicht eingeengt und hat genügend Platz kreativ tätig zu sein. Die Bogentrennung dient zugleich als Lastenträger des Daches. Nach vielen Möglichkeiten der Grundrissgestaltung entschied ich mich für eine Varianten, die ich näher betrachten wollte. Dabei ist der Grundriss eher länglich gezogen und es entsteht eine Art Abfolge der Räume. Um den engen Platz möglichst effizient zu nutzen, schien es mir eine gute Idee in die Höhe zu bauen. Der Besprechungsraum, der nicht sehr viel Platz benötigt, soll auf einer Art Galerie platziert werden, Dadurch ist er auch ein wenig abgehoben und privatere Gespräche können geführt werden. Der Platz darunter kann weiterhin als Modellbauplatz genutzt werden. Die Raumunterteilung erfolgt stets durch eine Bogenkonstruktion. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Recherche Museo Nacional de Arte Romano Um Eindrücke von verschiedenen Gebäuden zu erhalten recherchierte ich ein wenig über das Museum von Rafael Moneo. Die Hauptstrassen der neuen und der alten Stadt stehen in unterschiedlichen Winkel zueinander. Diesen Faktor benutzte Moneo und integrierte ihn in seine Konstruktion. Er errichtete das Untergeschoss über den ausgegrabenen Gebäuderesten. Das Museum wurde mit römischen Ziegeln verkleidet. Die Bögen spannen sich behutsam über die Wände. Durch die sehr hohen Dachfenster ist der untere Wandbereich in ein Gedämpftes Licht getaucht. Museo Nacional de Arte Romano Haus im Geistviertel Münster Die Art ein flaches Dach durch Fenster zu generieren, gefiel mir sehr. Ich überlegte mir eine ähnliche Konstruktion, wobei die Fenster immer auf den Bögen zu liegen kommen. Dieses Dachfenster bietet eine genügende Belichtung. An den Seitenwänden wollte ich die früher entworfenen Perforationen beibehalten. Sie schaffen im Innenraum ein eher dezentes, aber schön gestreutes Licht. Für diese Idee inspirierten mich auch Hehnpol Architekten mit dem EFH Münster. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Erste Entwurfsgedanken in Skizzenform und Modell... Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Lernjournal 5 – Weiterentwicklung Konzept Fazit aus der Tischkritik: Die Idee ist im Ansatz sehr interessant. Es sollte an der Unterteilung und am Ablauf der Räume gearbeitet werden. Wo ist der Eingang und wo das Ende? Wie führt man die Nutzer des Ateliers durch das Gebäude? Um die Struktur der Bogenwiederholungen zu verdeutlichen, wird die Form noch mehr ins Lange gezogen. Die Frage bleibt ob mit der geplanten Beleuchtung genügend Licht gewonnen werden kann. Recherche zu <La Congiunta> von Peter Märkli in Giornico (TI) Um eine bessere Abfolge von Räumen zu entwerfen untersuchte ich das Museum von Peter Märkli. Durch verschieden hohe Räume wird einem der Raumwechsel verdeutlicht. Der Architekt arbeitet auch mit seitlichen Versetzungen der Räume, welche eine Veränderung des Grundrisses mit sich tragen. Die Trennung der drei Räume des Museums entsteht aber auch durch eine Wand. Es gibt aber keine Tür, nur eine Öffnung in einer Betonwand. Sie zeigt dem Besucher klar auf wo die Raumtrennung ist. Auch die Belichtung ist in jedem Raum anders. Sie ist an das Geschehen im Innenraum angepasst. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein In einem nächsten Schritt setzten wir uns mit dem Ort des Ateliers auseinander. Es musste ein Platz in der näheren Umgebung der HSLU gefunden werden, um das Gebäude zu errichten. Dabei beschäftigten wir uns intensiv mit dem Millieu, der Atmosphäre, dem Lichteinfall, der Oberfläche, der Bebauung und der Vegetation. Ziel der Übung war es, ein Situationsplan mit der Technik der Frottage darzustellen. Ich entschied mich für ein Ort nahe des HSLU-Ateliers Ebenau. Mein geplantes Gebäude liess sich aufgrund von vielen Punkten in die Parzelle einpassen. Der Ort für das zukünftige Architekturatelier befindet sich ganz in der Nähe des Bahnhofs Horw. Das Grundstück ist ca. 20m auf 30m gross und ganz flach. Es steht angrenzend an eine Strasse und an die Bahngleise und ist desshalb gut erschlossen. Das Volumen wird parallel zur Strasse platziert um das Prinzip des Industriegebietes weiterzuziehen. Für die Erschliessung ist eine schmale Anfahrtsstrasse geplant. Vereinzelt stehen Bäume am Rand des Grundstückes und der Boden ist mit Gras übersäht. Auf der einen Seite befindet sich ein grosses Industriegebäude. Dessen Fassade ist mit kleinen Steinen versehen. Durch dieses Gebäude und die hohen Bäume wird das Licht ein wenig gebremst. Um genügend Licht für das Architekturatelier sicherzustellen, wird dies in die Höhe gebaut und mit Dachfenster ausgebildet. Im hinteren Teil des Grundstücks steht ein Hühnerkäfig und Gestrüpp. An die Strasse grenzt das Wohngebiet. Die ganze Atmosphäre ist sehr industriell, aber doch durch viel Grün in der Umgebung annehmlich. Ein Backsteingebäude passt sich ideal in das Milleu ein. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 6 – Der Bogen als Tragwerk Die Aufgabe der vergangenen Woche war es, anhand unseres Konzepts, eine tragende, räumliche Struktur zu entwickeln. Da das Atelier sehr klein ist, setze ich es mir zwingend zur Aufgabe, dass die räumliche und die tragende Struktur übereinstimmten. Ich setzte mich daher mit den Lastabtragungsarten eines Bogens auseinander. Es sind noch viele weitere Tragwerke mit Backsteinen möglich. Z.B. Kuppel oder Krakbögen. Da ich aber in meinem Entwurf ausschliesslich aus Bögen und Tonnengewölbe bilde, vernachlässige ich andere Gewölbeformen und Tragsysteme in diesem Lernjournal. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Ein Bogen wird für seine Eigenlast gebaut → er nimmt nur Druckkräfte auf. Die Form der Drucklasten ohne zusätzliche Lasten entspricht einer Kettenlinie. Die variablen Lasten werden von den Versteifungsträgern aufgenommen. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten: - Strebepfeiler auf den Aussenseiten - Zugband - Verdickung der Aussenmauern Bei asymetrischen Lasten wie Wind oder Schnee, verschiebt sich die Stützlinie des Bogens. Damit die Stützlinie im Querschnitt bleibt, wählt man eine gewisse Dicke. Die Stützlinie eines Bogens entspricht der Form einer Parabel. Schubkraft und Wiederlager Ausser der Bindekraft des Mörtels müssen Druck und Gegendruck, Schub und Gegenschub zusammenwirken, um die Steine im Bogen in der Schwebe zu halten. Dabei müssen die Kräfte stets im Gleichgewicht sein. Ein Gewölbe, dass durch Wiederlager gegen Seitenschub gesichert ist, kann nicht einstürzen, sofern die Stichhöhe des Bogens mindestens 1/7 seiner Spannweite beträgt. Ein Bogen gilt als Rundbogen, wenn die Stichhöhe = der halben Spannweite ist. Um dem Einsturz bei einseitiger Entlastung entgegenzuwirken, kann eine Hintermauerung helfen. Diese muss mindestens die Höhe von 2/3 haben. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Tonnengewölbe Eine Aneinanderreihung von vielen Bögen nennt man Tonnengewölbe. Def. Tonnengewölbe: ein Gewölbe mit zwei gleich langen parallelen Widerlagern. Bei rundbogigem Querschnitt spricht man von Rundtonne, bei spitzbogigem Querschnitt von Spitztonne. Das Tonnengewölbe wird genau wie der Bogen auch mit einem Leergerüst erstellt und auch die Grundregel mit 2/3 Aufmauerung kann übernommen werden. Die Aussenmauern müssen dem Gewicht standhalten und dem Gewölbeschub. Die Schubkraft kann auch durch Gegenschub aufgenommen werden, z.B durch ein weiteres Tonnengewölbe. rot: Wange blau: Kappe rot: Wange blau: Kappe Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Projektentwurf Da ich für meinen Entwurf unbedingt ein Flachdach erzeugen wollte, blieb mir nichts anderes übrig, also einen Bogen nach oben aufzufüllen. Bis zu 2/3 muss der Bogen aber sowiso schon hintermauert werden. Der Nachteil des Gewichts spielt sich zusätzlich positiv auf den Bogen aus. Die Querschnittslinie kann nach unten gedrückt werden. Das Flachdach wollte ich aufgrund der Umgebung. Alle Industriegebäude inkl. des Bahnhofes und des Perrondaches weisen ein Flachdach auf. Viele Bögen aneinander gestellt ergab dann ein Tonnengewölbe. Die Seitenwände müssen eine bestimmte Dicke haben, um die Schubkräfte des Bogens auffangen zu können. Diese Dicken erzeugen dann gleich die Nischen im Arbeitsbereich. Ortswechsel Um meinem schmalen Gebäude einen sinnvollen und kreativen Ort zu geben, suchte ich zwei eng einander stehende Gebäude, wo ich mein Atelier einzwängen konnte. Da ich aber in einem Umkreis von 200 Metern nichts Geeignetes finden konnte, musste mich irgendwie anders einschränken. Ich stellte das Gebäude auf das Bahnhofperron. Links und rechts konnte ich nicht breiter fahren, da dort die Schienen des Zugs verliefen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 7 – Schottenbauweise Projektentwurf Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Bogen und ein Tonnengewölbe seine Schubkräfte abtragen kann. Durch Strebepfeiler drückt eine Kraft von oben und leitet so die Kräfte des Bogens nach unten um. Durch mehrere Bögen nebeneinander entsteht ein Gegenschub und die Kräfte wirken einander entgegen. Eine letzte Variante ist die Verdickung der Wandstärken, damit die Stützlinie des Bogens im Querschnitt bleibt. Diese Stützlinie entspricht der Form einer Parabel. Mit dieser Verdickung der Wände arbeite ich in meinem Entwurf. Die Grundrissform bleibt aufgrund der Situation immer noch länglich. Im Eingangsbereich schreitet man durch ein sehr tiefes Tonnengewölbe, dass nur durch kleine Perforationen belichtet wird. Dieser Bereich ist auch nicht gedämmt. Der Sinn ist, dass wenn man in den nächsten hohen Raum tritt, ihn als noch höher und noch angenehmer Empfindet und merkt, was für eine gute Atmosphäre zum arbeiten dort herrscht. Am Ende des Gebäudes befindet sich der Besprechungsraum. Der Raumwechsel wird durch eine Höhenänderung wahrgenommen. Die tragende Struktur der Bögen ergibt regelmässige Raumteilungen. Dadurch entstehen Nischen und Plätze zum arbeiten. Diese tragenden Bögen, senkrecht zu den Aussenwänden sind extrem wichtig für die Aussteifung des Gebäudes. Sie nehmen die horizontalen Lasten auf. Man nennt diese Bauweise Schottenbauweise. Nischen Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Schottenbau Gebäudeaussteifung Die Aufgaben der Gebäudeaussteifung sind die Aufnahme und Weiterleitung von Horizontalkräften (Wind, Erddruck, Erdbeben, etc.) in den Baugrund sowie die Begrenzung der horizontalen Verformungen. Horizontalkräfte werden zum Beispiel durch Geschossdecken aufgenommen. Die Wandscheiben sollten möglichst gleichmässig verteilt und zentrisch angeordnet werden. Schotten Unter Schottenbauweise wird parallel addierte Anordnung mehrerer lastabtragenden Wände im Zusammenhang mit einer grossen Anzahl von Räumen unter gleicher Bedingung verstanden. Die tragenden Wände werden hierbei in Querrichtung angeordnet. Es handelt sich um ein Flächentragwerk, die Lasten der Geschossdecken (Platte) und des Daches werden von den Schotten (Scheibe) abgetragen. Die Außenwände in Längsrichtung und innenliegende Trennwände sind von ihrer statischen Funktion befreit.(In meinem Fall nicht) Durch die Schottenbauweise entstehen deutlich längsrechteckige Räume. Sie können nur noch über die Stirnseite, oder über das Dach Tageslicht empfangen. Wenn die tragenden schotten mit Tonnengewölben überdeckt werden, potenziert sich die die Wirkung der bereits stark gerichteten Struktur. Die Ausrichtung der Innenräume verläuft parallel zu den Schotten. Durch einen querlaufenden Durchbruch kann ein Erschliessungsgang erzeugt werden. Eine ähnliche Grundrissgestaltung gibt es auch bei dem Pavillion der Finca Guell von Gaudi. Schotten Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 8 – Raumüberdeckung Bis anhin hatte ich geplant, dass Dach in Glas auszuführen und so genügend Tageslicht einzufangen. Aus verschiedenen Gründen ist das aber keine optimale Lösung. Z.B. wird es in den Räumen bei voller Sonneneinstrahlung unglaublich heiss und zum anderen kann man die Vorzüge der Schotten besser ausnützen. Recherche Eladio Dieste – Uruguay Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Eladio Dieste als Überspannung Bögen, wodurch er auf einer Seite Fenster anbringen kann. Die Grundidee wäre dabei auf meinen Entwurf übertragbar. Die Fenster müssen dann aber auch Lasten tragen können. Zudem ist so eine S-Form nur mit Backsteinen ohne Hilfe von Stahlkonstruktionen nicht ausführbar. Sigurd Lewerentz, Markuskirche Stockholm Auch er verwendete im Innenraum Bögen zur Überspannung. Diese sind von aussen sichtbar und prägen die Ansicht. Unter den Bögen hier sind jedoch Stahlträger angebracht, welche die Bogen halten. An meiner Stelle würden die Schotten diese Funktion übernehmen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Tonhourdisplatten Da ich für meinen Entwurf unbedingt ein Flachdachgebäude erzeugen möchte, fragte ich mich ob es eine Möglichkeit gibt, mit Backsteinen gerade Dächer zu erzeugen. Dabei stiess ich auf diese Tounhourdisplatten. Diese Tonholplatten werden in regelmässigen Abständen auf eine Holz oder Stahlkonstruktion aufgelegt, und können so Horizontalen überbrücken. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Muslimisches Bad, Malaga Bei der Suche von Oberlichtern in Bögen bin ich auch auf ein altes muslimisches Bad in Malaga gestossen. Sie konnten in einem Tonnengewölbe einzelne Steine weglassen und so natürliches Licht von aussen in den Raum zu lassen. Dies ist nur möglich bei einer ausreichenden Verzahnung des Gewölbes. Dabei sollte auch die maximale Ausbreitung der Druckkräfte von 45 Grad beachtet werden. Damit im Atelier eine Lichtatmosphäre erzeugt wird, soll nur punktuell Licht ins Gebäude gelangen. Eine andere Idee dafür wäre die Seiten der Überdachungsbögen mit Fenster auszubilden. Dabei werden auch die Überdachungsbögen wieder aufgemauert. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Projektentwurf Für meinen Entwurf stehen zwei Varianten zur Auswahl. - Fenster an den Seiten des Tonnengewölbes - Aussparungen/Oblichter im Tonnengewölbe Die Seitenfenster erzeugen laut Modellfotos eine schönere Lichtatmosphäre, die Öffnungen im Tonnengewölbe sind aber wesentlich komplexer und daher auch spannender. Man könnte ihre Anzahl je nach Raumnutzung varrieren. Damit solche Öffnungen überhaupt möglich sind, ist eine ausreichende Verzahnung des Gewölbes nötig. Variante 1 – Seitenfenster Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Variante 2 – Oblichter im Tonnengewölbe Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Thesenpapier 2 – Struktur Bis anhin beschäftigten wir uns mit der Struktur eines Gebäudes. Unter Struktur kann man die räumliche Struktur, oder auch die tragende Struktur verstehen. Die räumliche Struktur ist entweder filigran oder massiv. Die Struktur in meinem Atelier ist massiv und stimmt mit der tragenden Struktur überein. Die Schubabtragung des Bogens zwingt mich dazu, die Wandstärken anzupassen. Diese Wandstärken ergeben dann automatisch die räumliche Struktur, wodurch Nischen entstehen. Die Druckkräfte der raumüberdeckenden Tonnengewölbe können in die Schotten abgegeben werden. Zusätzlich wirken die einzelnen Tonnengewölbe einander als Gegenschub und heben die Kräfte auf. Der Bogen in all seinen Variationen ist die Ausschlaggebende Form für ein Tonnengewölbe. Die Eigenschaften bezüglich Kräfteabtragung sind die selben wie beim Backstein, also sehr gut auf Druck belastbar und schlecht auf Zug belastbar. Daher gilt die Regel: “Die Stichhöhe des Bogens, bestimmt die Stärke des Widerlagers” In meinem Entwurf wird diese Regel in zwei Hinsichten angewendet. 1. Die Bogenöffnungen in den Schotten erfordern eine Anpassung der Wandstärken, sodass die Stützlinie im Querschnitt bleibt. 2. Bei der Überdachung aus Tonnengewölben nehmen die aneinandergereihten Gewölbe den Schub des Nachbargewölbes auf -> Prinzip des Gegenschubs. Die Schotten am Ende eines Gebäudeteils werden so ausgebildet, dass auch dort die Schubkräfte aufgenommen werden. Weiter wird auch beim Tonnengewölbe beim Eingang die Wandstärke eingepasst. In diese Dicken Wände können kleine Räume eingepflanzt werden. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Zusammenfassung Struktur Projektmodul Mein Entwurf beruht auf dem Prinzip der Schottenbauweise. Diese Schotten sind quer zum Verlauf des Gebäudes gestellt und haben primär die Funktion der Gebäudeaussteifung. Durch Bögenaussparungen in den Schotten entsteht ein Erschliessungsgang. Unterschiedlich hohe Räume und ein enges, tiefes Tonnengewölbe als Eingang, machen die Raumabfolge leserlich. Die Raumüberdeckung folgt logisch aus der Struktur der Schotten durch Tonnengewölbe von einer Schotte zur anderen. Aneinandergereihte Tonnengewölbe heben die Schubkräfte durch Gegenschub auf und an den Enden einer Abfolge wird die Wandstärke einer Schotte angepasst, damit die Schubkräfte aufgenommen werden können. Die Aufmauerung des Bogens unterstützt die Lastabtragung, denn durch zusätzliches Gewicht von oben, können die Kräfte in den Boden gedrückt werden. Auch in Längsrichtung des Gebäudes werden die Schotten so angepasst, dass die Stützlinie des Bogens innerhalb des Querschnittes bleibt. Sämtliche Schubkräfte in meinem Entwurf werden nur durch das Eigengewicht der Schotten, also der Wiederlagerwände aufgenommen. Dies ergibt die Öffnungsgrösse eines Bogens und bestimmt zugleich die Breite einer Nische. Die Frage des Lichteinfalls lässt sich aufgrund dieser Struktur auch logisch beantworten. Jeweils an den Stirnseiten des Tonnengewölbes können Aussparungen in die Aussenwände gemacht werden. Die Schotten übernehmen also in meinem Entwurf die tragende und aussteifende Funktion aber zugleich bilden sie die räumliche Struktur durch die Entstehung von Nischen. Daraus lässt sich folgende Strukturthese entwickeln: Durch die Schottenbauweise und deren Anpassung an die Schubkräfte des Bogens, wird die tragende und räumliche Struktur gebildet. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Detail Wichtig ist der architektonische Ausdruck der Konstruktion. Gestalterische und konstruktive Konsequenzen sollen dem Material und dem daraus abgeleiteten Bausystem folgen. Die Einträge beziehen sich auf den jeweiligen Stand des Entwurfprojektes. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 10 – Sockel und Dachrand Der Dachrand hat sowohl einen ästhetische, wie auch eine konstruktiven Sinn. Er soll dem Gebäude optisch ein Ende geben und konstruktiv hat er den Sinn, dass das Wasser nicht der Fassade entlang läuft. Beim Sockel genau das gleiche. Recherche Dachrandabschlüsse und Sockel bei Backsteingebäuden Die Sockel bei neueren Backsteingebäuden sind meistens nicht hervorgehoben, d.h. die Backsteinfassade verläuft bis zum Terrain durchgehend. Bei den Dachrändern gibt es jedoch oft auffällige Verzierungen oder Ornamente durch Verschiebungen des Backsteins. Ich wollte meiner aussagekräftigen Fassade nicht einen optischen, riesigen Abschluss geben. Sie soll eher verlängernd wirken. Trotzdem versuchte ich einige Möglichkeiten um mit dem Dachrand zu spielen. Weil ich schlussendlich das Dachranddetail auch aus Backstein ausführen wollte, ergab sich die Lösung mit der Rollschicht. Die Rollschicht kann auch für das Fenstersims verwendet werden Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Erste Dachrand- und Sockeldetailskizzen: Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 11 – Öffnungen Die Lage und Grösse meiner Fensteröffnungen waren klar durch das Tonnengewölbe definiert. An der Fassade wird daher sichtbar, wie die Räume im Innern überdeckt sind. Die Fenster sollen innen angeschlagen werden, da durch die sehr dicken Mauern eine Tiefe als Sonnenschutz gewonnen werden kann. Zudem wirft diese Tiefe Schatten, was das Fassadenbild prägt. Ein Innenanschlag hat zur Folge, dass im Raum die ganze Rahmenbreite sichtbar wird, während die Aussenansicht auf den Flügelrahmen reduziert werden kann. Beim Innenanschlag ist das Fenster relativ gut vor Witterungseinflüssen geschützt. Erste Skizzen Fensterdetail: Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Lernjournal 12 – Wandaufbau Schon vor einiger Zeit hab ich mich für den werk entschieden. Dabei wird ein Dämmstein und inneren Sichtbackstein verzahnt. Durch zusätzliche Dämmung und der Backstein kann sichtbar sein. Wandaufbau für das Kombimauerverwendet und mit dem äusseren den Dämmstein braucht es keine sowohl innen, wie auch aussen Im Innenraum sollen die Backsteine auch sichtbar sein. Daher habe ich schon vor einiger Zeit einen eher speziellen Wandaufbau konstruiert. Ich habe diesen 3D aufgebaut um seine Funktionalität zu überprüfen. Um die Wärmedämmung zu gewährleisten, wird ein spezieller Wärmedämmstein von Unipor verwendet. Dieser ist doppelt so gross wie der Sichtbackstein aussen und der NF – Backstein innen. Dadurch lässt sich eine Verzahnung generieren. Bei meiner Wanddicke von 62 cm wäre auch eine Wand ohne Wärmedämmung denkbar. Der Braune Stein ist ein Normalformatstein. Der Graue der Wärmedämmstein und der weises sind Steine die angepasst werden müssen um die Verzahnung zu gewährleisten. Sie haben aber immer dieselben Masse wie ein NF-Backstein in der Läuferschicht. Der Backstein aussen soll eine klassische dunkle Farbe haben. Das Format ist NF und der Verband ein Kreuzverband. Innen ziehen sich der Kreuzverband und das Format weiter. Auch innen hat der Stein eine dunkle, rotbraune Farbe. Der Stil soll ähnlich einem Loft sein. Der Stein soll rauchig Wirken und die Massivität des Backsteines betonen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Lernjournal 13– Kombimauerwerk MFH, Burkhard Meyer Es gibt einschalige- oder zweischalige Mauerwerksysteme. Bei einer einschaligen Konstruktion muss die Wand den Ansprüchen an die Statik, Schlagregen, Wärme- und Schallschutz gerecht werden, während bei einem zweischaligen Ziegelverblendmauerwerk jeweils die verschiedenen Steine eine Aufgabe übernehmen. Ein drittes Mauerwerkssystem ist das Kombimauerwerk. Dies habe ich anhand von einem MFH von Burkard Meyer Architekten analysiert. Bei dem Mauerwerk handelt es sich um ein Kombimauerwerk eines Dämmsteins „Optitherm“ und eines Sichtbackstein „Kelesto“. Dabei ist der Dämmstein 40cm hoch und der Sichtbackstein 12cm. Die beiden Mauerwerke werden gleichzeitig hochgeführt und gehen in jeder 4.Lage mittels Binderreihe einen Verbund ein. Dadurch wird keine weitere Dämmung benötigt. Die zwischen den Steinen entstehenden Hohlräume bleiben unisoliert. Durch diese Verzahnung der Schichten sind keine Dilatationsfugen nötig. Bei der Wahl des Sichtsteines müssen bauphysikalische Kriterien beachtet werden. Die Dampfdiffusion muss gewährleistet sein und der Stein muss Schlagregen standhalten. Ein normaler Klinker zum Beispiel wäre zu dicht. Schulhaus Gebenstorf Ein weiteres Objekt, dass ein Kombimauerwerk verwendete ist das Schulhaus in Gebenstorf. Es ist ebenfalls von Burkard und Meyer Architekten. Der Verbund ist der gleiche, jede vierte Sichtsteinschicht greift in die tragende Wand. Für dieses Gebäude haben sie für die Aussenseite einen Harttonstein verwendet. Mit diesem Aufbau wird ein U-Wert von 0.34 W/m2K erreicht. Die Vorzüge dieses Systems werden folgerichtig herausgearbeitet. Durch den Fensteranschlag innen, wird kein Sonnenschutz benötigt. Fazit: Die Materialwahl des Aussensteins spielt eine grosse Rolle, sonst funktioniert der Aufbau nicht und die Wand kommt zu Schaden. Bei einem so speziellen Aufbau ist es auch wichtig, dass man die Vorteile des Systems nutzt. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Für meinen Entwurf wollte ich auch ein Kombimauerwerk verwenden. Da ich aber auch im Innern den Backstein sehen wollte, kreierte ich ein eigenes Mauerwerk, das auf den Prinzipien des Kombimauerwerks basiert. Als Dämmstein wählte ich einen Porotherm Normalbackstein. Dieser hat die Masse 15cm x 11.5cm x 24cm. Für den Aussenbereich wähle ich einen mitteldichten Sichtbackstein. Im Innern ist es ein normaler Backstein im Normal Format. Er hat dieselben Masse wie der Sichtbackstein, damit das Kombimauerwerk aufgeht. Der Aufbau ist folgender: Der tragende und dämmende Stein versetzt sich übereinandergeschichtet jeweils um die Hälfte. Dadurch kann jede 4. Binderschicht verzahnt werden. Innen funktioniert es genau gleich. Um eine Hinterlüftung der Aussenschicht zu gewährleisten, wird die Schicht 3cm nach vorne gezogen. Bei jeder zweiten Binderschicht muss ein Anpassungsstein eingelegt werden. Auch ich stellte mir zur Aufgabe die Vorzüge dieses Systems zu nutzen. Für den Fensteranschluss eignet sich das Kombimauerwerksystem optimal. Ein Stein der Innenschicht kann weggelassen werden, wodurch automatisch das Fenstersims entsteht. Ich benutze den Dämmstein auch für die Dämmung von Dach und Boden, auch wenn mir bewusst ist, dass man das in Realität nicht so durchführen würde. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Thesenpapier 3– Detail Anforderungen an den Wandaufbau / Dämmkonzept Komplementärsysteme sind nach dem Schichtenprinzip hierarchisch in die Funktionen Tragen, Dämmen und Schützen eingeteilt. Im Gegenzug dazu übernehmen bei Kompaktsystemen einzelne Elemente mehrere Funktionen. Zum Beispiel beim Einsteinmauerwerk. Bei der Planung eines Wandaufbaus gibt es einige konstruktive Grundlegen zu beachten. Zur Verhinderung von Kondensation muss eine Dampfsperre/Dampfbremse eingeführt werden. Zwei Regeln sind zu beachten: - Die Dampfsperre/Dampfbremse muss warmseitig vor der Wärmedämmung angebracht werden. - Die Dampfdichte der Werkstoffe muss von innen nach aussen Abnehmen. Tragschicht innen dicht, Schutzschicht aussen dampfdurchlässig Tragschicht innen aus dampfdichtem Baumaterial. Da bei meinem Kombimauerwerk der Dämmstein aber nicht gleich empfindlich auf Kondensationswasser ist wie eine normale Wärmedämmung, muss keine Dampfbremse angebracht werden. Eigenschaften gewählter Dämmstein – Porotherm Normalstein Porotherm ist ein monolithisches, mit Perlit gefülltes und somit hochwärmedämmmendes Einsteinmauerwerk. Es wird im Läuferverband vermauert. Porotherm erfüllt die hohen U-Wert-Anforderungen und gewährt gleichzeitig einen hohen Schallschutz. Porotherm ist ein Leichtbackstein mit optimierten Lochbild durch breite Stegen für die Statik und grosse Kammern für die Wärmedämmung. Perlit ist ein vulkanisches Gestein, das aussergewöhnlich gute Dämmeigenschaften hat und nicht brennbar ist. Ein weiterer Vorteil des Porotherm-Mauerwerk ist die Wärmespeicherfähigkeit. Es kann Sonnenenergie aufnehmen und phasenweise wieder abgeben. Im Sommer verhilft diese Verzögerung zu ausgeglichenen Temperaturen. Durch das Versetzten der Backsteine übereinander wechseln sich Tragen und Dämmen über den ganzen Wandquerschnitt ab. Die Wand kann atmen. Es wird ein Porotherm Normalstein mit den Massen gewählt Wahl Sichtbackstein Die Dampfdiffusionswanderung muss gewährleistet werden und die Schlagregendichtigkeit erfüllt. Da es keine Hinterlüftung gibt müssen die Fugen absolut dicht sein oder mit Elektroröhrchen versehen, denn der Optithermstein würde sich sonst mit Wasser vollsaugen. Es wird ein Kelesto Sichtbackstein bordeauxrot gewählt. Wahl innerer Stein Der Innere Stein, der auch die tragenden Schotten gebildet werden ist ein gewöhnlicher Klinker im Normalformat. Dieser ist wegen seiner geschlossenen Poren ein dichter Backstein, was für die Dampfdiffusion nur von Vorteil ist. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Burkard, Meyer Architekten – MFH Martinsbergstrasse In allen beiden analysierten Gebäuden wurde die Verzahnung des Sichtmauerwerks und des tragenden Mauerwerks in jeder vierten Binderschicht ausgeführt. Der Wandaufbau ist bei beiden Projekten genau gleich und führt somit zu der gleichen Ansicht. Es sind jeweils drei Läuferschichten (gelb) und dann eine Binderschicht (rot). Um diesen Mauerwerksverband auszuführen, braucht es jedoch einige Anpassungssteine (blau). Dieser spezielle Mauerwerksverband prägt den Ausdruck der Fassade. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Möchte man aber an der Fassade einen Blockverband (abwechslungsweise Binder, Läufer) sehen, erfordert dies Anpassungen bei jeder zweiten Binderschicht. Die blau eingefärbten Steine zeigen, welche Bindersteine zugeschnitten werden müssen. Sie zeigen in der Ansicht eine Binderschicht. in Wirklichkeit sind diese Steine aber Quadrate, die zugeschnitten worden sind. Burkard, Meyer Architekten – Schulhaus Wettingen Durch all diese Recherchen lässt sich sagen, dass ein normaler, bekannter Verband, mit abwechselnder Binder und Läuferschicht, ist ohne Anpassungssteine mit dem Kombimauerwerk nicht realisierbar. Für die Verzahnung der beiden Mauerwerke muss ein neuer, eigener Verband kreiert werden. Dieser neue Verband ergibt sich je nach Steinhöhe des Dämmsteins, aber auch durch dessen Verhältniss zum Sichtstein. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Um dem Verwenden dieser Sonderformate entgegenzuwirken, kreierte ich einen eigenen Verband. Dabei werden jeweils zwei Läuferschichten und zwei Binderschichten übereinander gelegt. Die Höhe des Dämmsteins entspricht der Höhe von zwei Sichtbacksteinen. Dieser Verband hat auch architektonisch einen sehr speziellen Ausdruck. Die einzigen Schwierigkeiten bei diesem Verband sind die Eckausbildungen. Dort braucht es auch Sonderformate, bzw. zugeschnittene Backsteine, aber sonst können die Backsteine immer ganz belassen werden. Axonometrie Wandaufbau 1:20 GSEducationalVersion Ausschnitt Mauerwerksansicht 1:20 Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 Anpassungssteine bei den Ecken Definition Kombimauerwerk: Man spricht von einem Kombimauerwerk,wenn zwei Mauerwerke ineinander verstrickt sind. Aufgrund der Recherchen und meinem selbst kreierten Verband lässt sich folgende Materialthese herleiten. Ein Kombimauerwerk ist nur mit einem angepassten Mauerwerksverband möglich, welcher sich durch das Verhältniss von Dämm- und Sichtbackstein ergibt. Anhang: Verzahnung Kolumbamauerwerk Auch hier kann kein herkömmlicher Verband entstehen. Drei der Sichtsteine ergeben die Höhe eines Dämmbacksteins. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein Detaillösungen lassen sich durch ein Kombimauerwerk perfekt lösen. So kann zum Beispiel durch das Weglassen eines Steins im Innenraum ein Fenster einfach angeschlagen werden. Als Kontrast zu den Backsteinmauern wird ein Hartbetonboden fugenlos gegossen. DACHAUFBAU 10mm var. 15mm 15mm 1 7 1 15 7 1 Kies Bitumenabdichtungsbahn Magerbeton mit Gefälle 1.5% Porotherm Normalstein Dampfsperre aufgemauerte Backsteindecke 115 1 24 1 24 BODENAUFBAU Hartbeton Trennlage Kunststofffolie Porotherm Perlit Normalstein Feuchtigkeitssperre tragende Schicht Backsteine Sauberkeitsschicht Magerbeton Dozent:GSEducationalVersion Michael Künzle | HSLU FS 2014 80 mm 1 mm 150 mm 31 mm 10 mm Hier noch die Innenraumfotos meines Abschlussmodells. Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein THESE MATERIAL BACKSTEIN STRukTuR & MATERIAL NoELLE BoTToNI DozENT: MIcHAEL küNzLE HSLu FS 2014 Um die Lastabtragung einer Wand mit Perforationen zu gewährleisten, dürfen die Aussparungen nicht direkt untereinander liegen und die Backsteine müssen sich in einer genügend grossen Fläche überschneiden. Für die maximale Öffnungsgrössen gibt es kein genaues Mass, sondern die Druckfestigkeit des gewählten Steins spielt eine Rolle. Überbindemass Perforationen übereinander führen zu Bruchstellen und Instabilität der Wand Versetzte Perforationen, sodass die Druckkräfte abgetragen werden können sind grundsätzlich möglich PERFORATION Perforationen bezeichnet eine Durchlochung. Sie entstehen durch Weglassen von Steinen im Mauerwerk, durch Auseinanderziehen des Verbands oder durch einen geplanten Verband mit Aussparungen. DRUCKFESTIGKEIT Als Druckfestigkeit wird die Widerstandsfähigkeit eines Werkstoffs bei der Einwirkung von Druckkräften bezeichnet. Ist die Druckspannung größer als die Druckfestigkeit eines Körpers, so wird er zerstört. Die Druckfestigkeit gibt also an, wie viel Spannung der Backstein aufnehmen kann, bevor er bricht. ÜBERBINDEMASS Die Überbindung bezeichnet im Mauerverband das Mass des Übergreifens der Steine einer Schicht über die darunter liegenden Schicht. Die Überbindung ü muss mindestens 0.4xSteinhöhe oder mindestens 4.5cm betragen. REFERENZOBJEKT: KOLUMBA KÖLN – PETER ZUMTHOR Mit langen Backsteinen wurden kleine Öffnungen erzeugt. Um diese Öffnungen zu vergrössern, bzw. erhöhen, wählte Peter Zumthor sehr dicke Fugen. Diese waren fast so dick wie ein Stein selbst und erzeugen so den Eindruck einer doppelt so grossen Perforation. Die Öffnungen sind immer versetzt. Für die Statik ist zu erwähnen, dass nicht ganze Wände perforiert sind, sondern nur Ausschnitte. Zudem sind zwischen zwei Mauerwerken Stützen platziert, die den grössten Teil der Lasten tragen. Die perforierten Wände müssen also nur ihr Eigengewicht tragen. Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 THESE STRUKTUR BACKSTEIN STRUKTUR & MaTERial NoEllE BoTToNi DozENT: MicHaEl KüNzlE HSlU FS 2014 Durch die Schottenbauweise und deren Anpassung an die Schubkräfte eines Bogens, wird sowohl die tragende, wie auch die räumliche Struktur gebildet. SCHOTTENBAUWEISE Unter Schottenbauweise wird die parallel addierte Anordnung mehrerer lastabtragenden Wände im Zusammenhang mit einer grossen Anzahl von Räumen unter gleicher Bedingung verstanden. Die tragenden Wände werden hierbei in Querrichtung angeordnet. Nischen GEBÄUDEAUSSTEIFUNG Die Aufgaben der Gebäudeaussteifung sind die Aufnahme und Weiterleitung von Horizontalkräften (Wind, Erddruck, Erdbeben, etc.) in den Baugrund, sowie die Begrenzung der horizontalen Verformungen. Grundriss 1:50 mit eingezeichneten Schotten. Sie steifen das Gebäude aus, indem sie die Horizontallasten aufnehmen. LASTABTRAGUNG EINES BOGENS & TONNENGEWÖLBES Ein Bogen funktioniert auf Druck. Dabei hat seine Stützlinie die Form einer Parabel. Wenn die Schubkräfte des Bogens nur durch die Wiederlager aufgenommen werden, müssen die Wandstärken angepasst werden. Dabei gilt die Regel: „Die Stichhöhe des Bogens bestimmt die Stärke der Widerlager.“ Um den Einsturz bei einseitiger Belastung zu verhindern, sollte der Bogen bis mindestens 2/3 aufgemauert werden. 2/3 1/3 GSEducationalVersion Wiederlager Resultierende Bogenschub Belastung STRUMAT GEGENSCHUB Anstelle von Wiederlagern können sich zwei gleichmässige Bogenschubkräfte aufheben und ein Kräftegleichgewicht herstellen. GSEducationalVersion GSEducationalVersion Gegenschub Wiederlager Resultierende Bogenschub Belastung Noelle Bottoni | Struktur und Material – Backstein THESE DETAIL BACKSTEIN STrukTur & MATErIAL NoELLE BoTToNI DozENT: MIcHAEL küNzLE HSLu FS 2014 Ein Kombimauerwerk ohne zugeschnittene Steine nimmt Einfluss auf den Mauerwerksverband und damit auf die Gestaltung der Fassade. DEFINITION KOMBIMAUERWERK Zwei ineinander verstrickte Mauerwerke METHODE 1 – ANPASSUNG DES VERBANDES OHNE ZUSCHNEIDEN In dem analysierten Gebäuden wurde die Verzahnung des Sichtmauerwerks und des tragenden Mauerwerks in jeder vierten Binderschicht ausgeführt. Dies führt zu einem Verband aus drei Läuferschichten (gelb) und einer Binderschicht (rot). Durch diesen angepassten Verband können die Sichtbacksteine in ihrer ursprünglichen Form belassen werden, was aber Auswirkungen auf das Fassadenbild hat. Trotzdem braucht es Ausgleichssteine (blau). D K B M P D a Analyse Burkard, Meyer Architekten – MFH Martinsbergstrasse METHODE 2 – ZUSCHNEIDEN DER BINDERSCHICHTEN Ich habe versucht, durch die Verzahnung einen Blockverband zu erzeugen. Damit in der Fassade ein „gewöhnlicher“ Verband sichtbar wird, muss jede zweite Binderschicht geschnitten werden (blau). Im Allgemeinen lässt sich sagen, dass die Verzahnung bei einem Kombimauerwerk mit einem herkömmlichen Verband (eine Binderschicht, eine Läuferschicht) nicht ohne Anpassungssteine realisierbar ist. 7 1 115 1 24 Dozent: Michael Künzle | HSLU FS 2014 24 H T P F t S GSEducationalVersion Aufbau und Verzahnung des Kombimauerwerks GSEducationalVersion 1 B Die einzigen Sondersteine, die der Verband braucht, sind dreiviertel Steine an den Ecken. Diese werden aber auch bei herkömmlichen Verbandsarten verwendet. Speziell ist, sie müssen auch in der Tiefe angepasst werden. Sondersteine an den Ecken 1 15 7 1 NEU KREIERTER VERBAND Durch die logische Verzahnung von Dämmstein und Sichtbackstein folgt ein neuer Mauerwerksverband mit zwei Binder- (rot), und dann zwei Läuferschichten (gelb). Durch die Anpassung des Mauerwerksverband kann dem „Zuschneiden“ entgegengewirkt werden und es werden keine Anpassungssteine benötigt. Diese spezielle Art von Verband prägt den Ausdruck der Fassade.
