Tragen und Materialisieren: Stützen, Wände, Decken 9783034613637, 9783034600392

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SCA L E T r ag en u n d M aterial isier en

scale

tragen und materialisieren st ü t zen , wände, decken

H e r au s g e b e r

Al e x ander Reichel Kerstin Schult z Au to r e n

HENNING BAURMANN JAN DILLING CLAUDIA EULER JULIUS NIEDERWÖHRMEIER

Birkhäuser Basel

Vorwort der her ausgeb er

Tragwerk und Material – ohne diese beiden Faktoren wäre Architektur nicht denkbar, und schon gar nicht realisierbar. Tragwerk und Material sind die elementaren Bestandteile einer Konstruktion und eines jeden Gebäudes. Sie formen und gestalten es. Daher widmet sich der dritte Band der Fachbuchreihe SCALE ausschließlich diesen entscheidenden baukonstruktiven Prinzipien, die das Wesen eines ­Hauses beschreiben und die am Anfang eines Entwurfes stehen. Es geht dabei, wie in den bisherigen Bänden auch, um die Wechselwirkung von Konstruktion und Gestalt, die dem Gebäude seine Anmutung gibt. Der vorliegende Band gliedert sich in einen einleitenden übergeordneten Teil zur Logik von Tragwerken im Allgemeinen – dem Tragen – und beschreibt dann die Umsetzung dieser Prinzipien mit dem jeweiligen Baumaterial – dem Materialisieren. Am Ende des Buches wird anhand realisierter Gebäude aufgezeigt, wie die Beziehung von Ästhetik und Tragwerk entwickelt und umgesetzt werden kann. Anhand ­umfangreicher Zeichnungen und Plandarstellungen können der zeichnerische ­Entwurfsprozess und seine atmosphärische Ausformulierung an bestehenden B ­ au­werken nachempfunden werden. Die hier dargestellten Tragwerksentwicklungen beziehen sich auf die konstruktiven und formalen Besonderheiten idealisierter Tragwerke. So können Prinzipien gezeigt werden, ohne sich eines endgültigen rechnerischen Nachweises im statischen Sinn bedienen zu müssen. Gerade hier werden wesentliche entwerferische Grundlagen für den späteren erfolgreichen Projektverlauf geschaffen – und so ist es auch diese Schnittstelle, die besonders die Gemeinsamkeiten von Architekt und Ingenieur a ­ ufzeigt. Die Tragwerke sind dargestellt als Konstruktion einschließlich ihrer prinzipiellen ­Dimension und Fügungen, gleichzeitig wird aufgezeigt, mit welchem Material welches Tragwerk am besten ausgeführt werden kann. Dabei haben wir uns auf klare Grundprinzipien, wie den Skelettbau oder den Wandbau, beschränkt, um eine Lesbarkeit und damit Erlernbarkeit herzustellen, wissend, dass durch die Vielfalt der heutigen baulichen Umsetzung häufig hybride Tragwerkssysteme zum Einsatz kommen, die aber ohne die hier gezeigten Grundlagen nicht beschrieben werden könnten. Die Qualität des architektonischen Ausdrucks, ihre allgemeingültige Lesbarkeit und damit die Akzeptanz ihrer Nutzer zeigt sich gerade in einer klaren Nachvollziehbarkeit der Prinzipien von Stütze oder Träger, Bogen oder Rahmen, Skelettoder Wandbau. Die Logik der Tragwerke setzt sich fort in der Auswahl des Materials, wie es schon Louis Kahn 1972 formulierte. „Wenn man mit einem Ziegelstein spricht und ihn fragt, was er sich wünscht, wird er sagen: einen Bogen. Und wenn man dann erwidert: Schau mal, Bögen sind teuer, und einfacher ist ein Fenstersturz aus Beton, sagt der Ziegelstein: Ich weiß, dass es teuer ist, und ich fürchte, es lässt sich zurzeit wahrscheinlich nicht bauen, aber wenn du mich fragst, was ich mir wirklich wün-

sche, so bleibt es beim Bogen.“ (aus: „Die Architektur und die Stille“, Basel, 1993) Eine ihren Eigenschaften entsprechende Behandlung der Materialien ist eine der Grundlagen nachhaltigen Bauens. Nur so kann ein geringer Ressourcenverbrauch erzielt sowie ein langlebiges und wartungsarmes Gebäude errichtet werden. Dabei stellen sich bei neuen Materialien oder neuen konstruktiven Erkenntnissen diese Fragen entsprechend immer wieder neu. Das dazu nötige Wissen und die Hintergründe werden im Hauptteil des Buches ausführlich vorgestellt. Gegliedert nach einzelnen Materialien wie Mauerwerk und Beton, Holz oder Stahl sind anhand von beispielhaften Gebäudeschnitten konstruktive Details und Regeln aufgezeigt. Mithilfe der vorgestellten Prinzipien kann der Leser für spezielle Themen tiefergehende Recherchen betreiben und sich so individuell seine jeweilige Konstruktion erarbeiten. Die Bauteile Wände, Stützen und Decken sowie Aussteifung und Fügungen werden in verschiedenen Maßstäben und Bauweisen dargestellt und vertieft. Nicht jedes Material ist für jedes Tragwerk sinnvoll, und so zeigt sich beim „Mate­ rialisieren des Tragens“, wie wichtig eine genaue Kenntnis der Prinzipien, Fügungen und speziellen Eigenschaften ist, damit Material und Tragwerk eine Einheit bilden. Diese hier vermittelten Grundlagen ergänzen den Teil der Fachbuchreihe SCALE, der die konstruktiven Prinzipien einer eigenständigen Gebäudehülle zeigt. „Um­hüllen und Konstruieren“ ist der Band der Reihe, in dem die Fassade einschließlich des ­Daches in ihrem architektonischen Ausdruck und ihrer Vielfalt vorgestellt wird, und dabei ebenso wie im vorliegenden Band die gestalterischen und konstruktiven ­Details aufzeigt. Die Vielfalt heutiger architektonischer Haltungen soll durch diese zwei Bände ­dokumentiert werden und gleichzeitig wollen wir dabei Konstruktion, Form und ­Gestalt zusammenführen und Grundprinzipien anbieten. Die Qualität der Architektur ist dabei das Ergebnis eines Prozesses, an dessen Anfang ein konzeptioneller Entwurf steht, der mithilfe der Konstruktion und des Materials umgesetzt wird. Wir danken den Autoren für die inspirierende Erarbeitung des Buches, Andrea ­Wiegelmann für die konstante konzeptionelle Begleitung der Reihe und dem ­Birkhäuser Verlag für die langjährige und beständige Zusammenarbeit. Darmstadt/Kassel, 31. 3. 2013 Alexander Reichel, Kerstin Schultz

EINLEITUNG 8 TRAGEN 22 mat erialisieren I skel e t t bau

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mat erialisieren I wandbau

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mat erialisieren I decken

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b eispiel e 140

anhang 164

T R AG EN UND M AT ERIA L ISIER EN EINLEITUNG

k apit el 1

einl eit ung 10 TRAGWERK UND ORT

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TRAGWERK UND T Y P OLOGIE

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TRAGWERK , MATERIAL B EZUG UND GESTALTQUALITÄT

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AUSB LICK 20

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EINLEITUNG

Architektonisches Entwerfen ist ein kontinuierlicher Entwicklungsprozess. In seinem Verlauf wird die Wahl von Tragwerk, Konstruktion und Material auf wechselnden Grundlagen mit anderen an der Planung Beteiligten entschieden. Dieses „Prüfen und Überprüfen“, wie der italienische Architekt Renzo Piano die entwerferische Strategie definiert, verläuft nicht linear oder additiv, sondern vernetzt und integrativ, auch intuitiv und improvisierend, und auf Basis einer präzisen Analyse der Aufgabe. Überlegungen in konstruktiven Kategorien müssen dabei nicht am Anfang des Entwerfens stehen, doch ohne das Bewusstsein der Möglichkeiten und Bedingungen einer Konstruktion bleibt der Entwurf abstrakt. Die Umsetzung der Entwurfsidee benötigt also konstruktives Wissen: Was im Entwurf gedacht wird, wird nun materialisiert und gefügt, bekommt Dimension und Maßordnung, Textur und Farbe, setzt sich zusammen aus Bauelementen und Bauteilen – bildet Raum. Die Fähigkeit zu konstruieren ist somit eine der grundlegenden Voraussetzungen für das Entwerfen: Entwurf und Konstruktion sind nicht von­ einander zu trennen. Entwerfen ist Materialisieren einer Idee, Entwerfen ist Konstruieren.

In der folgenden Darstellung steht daher nicht die isolierte Betrachtung des Tragwerks im Fokus, sondern der Zusammenhang zwischen Konzeption, Material und Tragwerk. Als Gesamtheit des statischen Systems gewährleistet das Tragwerk die Standsicherheit von Gebäuden und Bauwerken, nimmt somit als wichtigste Komponente unter allen Einflüssen auf das entwerferische Konzept eine bestimmende Stellung ein. Dass sich der Zusammenhang von Tragwerk und Gestalt in seiner Entwicklung zwischen konstanten und variablen Kräften bewegt und vielfältigen Impulsen ausgesetzt ist, wird in der histo­ rischen Betrachtung sichtbar. Gewichtungen sind angesichts der Breite der Einflussfaktoren erforderlich, daher werden hier fokussiert nur einzelne Aspekte und Entwicklungslinien behandelt. Eng verknüpft mit der Geschichte des Tragwerks ist die Entwicklung der frühen Bauaufgaben: von Gebäuden – Wohn- und Kultbauten (Grab- und Tempelanlagen) – auf der einen und Bauwerken – Verkehrs- und Befestigungsanlagen – auf der anderen Seite. Das erste Tragwerk war vermutlich der horizontale Balken, der als liegender Baumstamm zur Überquerung von Gräben und Schluchten genutzt wurde. 1

1 Der Baumstamm zur Überquerung von Flüssen oder Schluchten als eines der ersten Tragwerke. 2 Der Typus der Urhütte als Laubund Lehmhütte hat sich in Mali bis heute weitgehend erhalten. Die ­einfache Konstruktion kombiniert ein aufgeständertes Laubdach mit abschirmenden Lehmwänden.

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einleitung 11

Bei Gebäuden finden sich die ersten Tragwerke in Behausungen, die allein die Aufgabe hatten, vor äußeren Ge­ fahren zu schützen. Sie waren nach den Darstellungen ­Vitruvs Höhlen oder Laubhütten, einfachste Konstruk­ tionen aus Gräsern oder Ästen, die in der ersten Phase nur mit den Händen als Werkzeug, später mit Ästen, ­Knochen oder Steinen grob bearbeitet werden konnten. Dagegen waren die Kultbauten der frühen Hochkulturen reine Massivkonstruktionen, wie die Grabmäler der Ägypter oder der Azteken: geschichtete, ausschließlich druckbeanspruchte Konstruktionen aus Naturstein mit dem Anspruch unbegrenzter Dauer- und Standhaftigkeit. Bis heute hat sich der Typus der Urhütte als Laub- und Lehmhütte in Mali und Mesopotamien oder als Jurte in der Mongolei weitgehend erhalten.

3 Jurte, Mongolei. Die hocheffiziente, über Jahrhunderte optimierte Konstruktion, die aus Gründen der Transportierbarkeit leicht und zerlegbar ist, lässt sich mit einfachen Fügungen in kürzester Zeit auf- und abbauen. Die Trennung von ­Tragen und Hüllen, Struktur und Haut, ­demonstriert damit bereits Wesens­merkmale des Skelettbaus.

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Werden in Mali etwa Laubdachkonstruktionen mit abschirmenden Lehmwänden kombiniert, setzen sich die mongolischen Jurten allein aus dem stabförmigen Tragwerk von Scherengitter, Mittelstütze und den radial ­angeordneten Dachstangen zusammen. Eine höchst ­effiziente, über Jahrhunderte bis heute optimierte Konstruktion, die aus Gründen der Transportierbarkeit leicht und zerlegbar ist. Sie ist mit einfachen Fügungen in kürzester Zeit auf- und abbaubar und demonstriert mit der Trennung von Tragen und Hüllen, Struktur und Haut, die Wesensmerkmale des Skelettbaus. 2, 3 Betrachtet man den Prozess der Materialisierung über die Jahrtausende hinweg, wird deutlich, dass Konstruktio­ nen und Tragwerke mit ihren physikalischen Bindungen über einen langen Zeitraum iterativ optimiert wurden.

12 EINLEITUNG

Unabhängig von konstruktiven Bindungen veränderten sich hingegen die gestalterischen Merkmale des Bauens unter politischen, kulturellen und klimatischen Impulsen deutlich schneller. In der Dualität von repräsenta­ tiven, gesellschaftlichen Konnotationen und funktionalen, technischen Anforderungen machen dies die Produk­ tionsanlagen oder Bahnhöfe des 19. Jahrhunderts beispielhaft deutlich. Mit der wachsenden Effizienz neuer Materialien differenzierten sich besonders mit dem Modernisierungsschub der Moderne Tragwerke und Kon­ struktionen immer weiter aus. Sie entwickelten sich von homogenen zu heterogenen, komplementären Struk­ turen. Ihre Komponenten materialisierten sich unabhängiger von den Zwängen des Tragwerks, wie in den ersten englischen Eisenkonstruktionen oder den Skelettbauten der Chicagoer Schule. 1

spielsweise die Nachweisverfahren der Ingenieure Alfred Mehmel und Wilhelm Fuchssteiner für ­Zylinderschalen. Trotz des dadurch verringerten Planungsaufwandes blieben Schalen in Ortbetonbauweise zunächst die Ausnahme, da Mitte der 1950er Jahre die Rüstung und die Schalung der oft komplexen Formen etwa die Hälfte der Gesamtbaukosten verursachten. Diese Arbeiten setzten besonders qualifizierte Facharbeiter voraus, auch das Biegen und Verlegen der Bewehrung war vergleichsweise aufwendig und teuer. Wilhelm Fuchssteiner (1908–1982) konnte zusammen mit Alois Schader an der neuen Halle des Technischen Überwachungsvereins in Darmstadt ­demonstrieren, wie man zu einer wirtschaftlicheren Realisierung von Flächentragwerken mit deutlich niedrigeren Schalungs-, Rüstungs- und Verlegekosten kommt. Sie schlugen ein Tragwerk vor, das sich aus sechs 44,50 m langen Schalen bei einem in Feldmitte nur 10 cm dünnen Schalenquerschnitt zusammensetzt. So entstand eine höchst effiziente Lösung für ein unangestrengt und leicht wirkendes Tragwerk, das bis heute durch die Einheit von Material, Konstruktion und Gestalt besticht. 2–4

Verfolgt man die Entwicklungslinie des Stahlbetonbaus, ist anhand der Schalenkonstruktionen zu beobachten, wie sehr neben leistungsfähigeren Materialien neue Berechnungsverfahren die Tragwerke optimierten. Einer der herausragenden Schalenbauer war Ernst Neufert, der 1955 den Neubau für die neugeschaffene Versuchsanstalt für Wasserbau der Technischen Hochschule Darmstadt realisierte. Für den stützenfreien Großraum von 25 × 70 m wählten er und der Bauingenieur Alfred Mehmel in bildhafter Analogie zur Aufgabe ein wellenähn­ liches Flächentragwerk, das gleichzeitig trägt und beschirmt. Der Eindruck höchster Eleganz, Leichtigkeit und assoziativer Kraft ist für dieses Projekt bis heute charakteristisch – ein Ergebnis enger Kooperation zwischen Archi­tekt und Ingenieur gilt für viele der vorgestellten Bauten. Die Wasserbauhalle stellt eine Weiterentwicklung der Schalenbauweise dar, die auf die frühen Schalen der Tragwerksplaner Franz Dischinger (1887–1953) und Ulrich Finsterwalder (1897–1988) nach dem System Zeiss-Dywidag (1923) zurückgeht. Der Zwang zur Materialersparnis resultierte aus der Rohstoffknappheit und Wirtschaftlichkeitsüberlegungen der 1950er Jahre. Die Verbesserung der Qualitäten von Stählen und Zement als Voraussetzung vorgespannter Konstruktionen bildete dabei einen wichtigen Entwicklungsschritt. So waren zwar schon seit Ende des 19. Jahrhunderts durch den deutschen Ingenieur Mathias Koenen (1849–1924) und den französischen Konstrukteur und Erfinder Eugène ­Freyssinet (1879–1962) Untersuchungen zum Spannbetonverfahren angestellt worden, aber erst in den 1930­ er Jahren wurden Stähle hoher Streckgrenze und Festigkeit sowie hochwertige Portlandzemente verfügbar, die für vorgespannte Konstruktionen geeignet ­waren. Die Kon­ struktion von Schalentragwerken wurde zusätzlich durch ­einfachere Berechnungsmethoden erleichtert, wie bei-

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1 Reliance Building, Chicago, während der Bauphase ­1890–1895, John Wellborn Root, Charles B. Atwood, Daniel Hudson Burnham.

einleitung 13

2–4  TÜV-Halle, Darmstadt, 1957, Wilhelm Fuchssteiner und Alois Schader. Das leicht wirkende ­Flächentragwerk resultierte aus den Wirtschaftlichkeitsüberlegungen der 1950er Jahre und weist in der Feldmitte einen nur 10 cm ­dünnen Schalenquerschnitt auf. Grundriss und Schnitte M 1:500

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14 EINLEITUNG

t r agwerk und ort

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Jedes Gebäude wird für eine spezifische Funktion an ­einem spezifischen Ort errichtet. Der Kontext des jeweiligen Standortes übt daher vielfältige Einflüsse auf das Entwurfskonzept aus: städtebauliche, naturräumliche, topografische, energetische, baurechtliche und andere. Fokussiert man den Blick wieder auf das Tragwerk als Teil der konstruktiven Struktur, so entwickelte sich vor allem im anonymen oder autochthonen Bauen das Tragwerk ­direkt aus dem Materialangebot des Ortes. Dafür stehen beispielhaft die historischen Holzkonstruktionen mittelalterlicher Städte ebenso wie hochalpine Steindörfer. Mit dem Ortsbezug definieren sich nicht nur verfügbare materielle Ressourcen, auch die handwerk­ lichen, von Generation zu Generation weitergegebenen und so auf bewährte Konstruktionen setzenden Erfahrungen und Fertigkeiten entwickelten sich beständig ­weiter. Werkzeuge und Produktionsmethoden als kultureller und zivilisatorischer Impuls sind dabei prägend – von den ersten, mit einfachsten Werkzeugen errichteten Behausungen bis zu den aktuellen hochtechnisierten, computergesteuerten Produktionstechniken mit hohen Vorfertigungsgraden. Untrennbar verbunden mit der Standortfrage ist der klimatische Aspekt. So steht die japanische Holzarchitektur, deren offene Raumkonzeption die Entwicklung der Moderne in Europa und Amerika maßgeblich prägte, in gleicher Weise für den Materialwie auch für den Klimabezug. Denn in feuchtwarmen Klima­zonen ermöglicht die Aufständerung des Hauses die Luftzirkulation und somit die Konditionierung des Wohnraums. Zugleich sorgt der hohe Bodenabstand durch die ständige Luftumspülung der Bauteile auch für den konstruktiven Holzschutz. 1, 2 In den landwirtschaftlich genutzten, waldreichen Regionen Europas – in Westfalen oder Niedersachsen mit dem spätmittelalterlichen niederdeutschen Hallenhaus ebenso wie in der Zentralschweiz – dienten die tradi­ tionellen Fachwerkkonstruktionen als wichtiger Vorläufer für die Entwicklung des modernen Holzskelettbaus.

Bei der Landbestellung aufgelesene Feldsteine boten als massiver Sockel Gründung und konstruktiven Holzschutz zugleich. Auf ihnen wurde das Holzskelett errichtet, die Gefache wurden ausgemauert oder alternativ mit ­Weidengeflecht und Lehmverputz geschlossen. Zur ­Ventilation des eingelagerten Heus blieb die Fassade ­offen, wie das ­Beispiel aus Saarnen in der Zentralschweiz zeigt.   3, 4 Neben den vergleichsweise filigranen Holzkonstruktionen stehen wie ein gestalterisches und konstruktives ­Gegenbild die massiven Steinbauten der alpinen Hochtäler wie zum Beispiel in Corippo im Verzascatal. 5, 6

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 tragwerk und ort 15

Aufgrund eines überall verfügbaren breiten Spektrums an Baumaterialien, effizienten Verarbeitungsmethoden und einer nahezu überall gegebenen guten Erschließung ist die Entscheidung für Material und Tragwerk heute ­unabhängig von den Ressourcen des Ortes – lässt man die ökologischen und energetischen Implikationen durch diese räumliche Entkopplung infolge ortsferner Vorfertigung und langer Transportwege außer Acht. Demgegenüber stehen einzelne vorbildliche Ansätze, die nach wie vor einen unmittelbaren Bezug zwischen Material- und Handwerksressourcen sowie der Konzeption von Tragwerk und Konstruktion herstellen. Die Bregenzer Bauschule beispielsweise bezieht sich in ihrer Grundhaltung auf die jahrhundertealte Tradition des Holzbaus in Vorarlberg und hat sich zur architektonischen Leitkultur der Region entwickelt. Heute zählt der Architekt Hermann Kaufmann zu ihren Repräsentanten; er arbeitet an der innovativen Weiterentwicklung moderner Holzkonstruktio­ nen und stärkt dadurch die regionale kulturelle Identität.

aus flächig verarbeiteten Holzwerkstoffen die Modernisierung des Holzbaus in der historischen Kontinuität des Ortes thematisiert. Daneben stehen weitere konzeptionelle Ansätze. Peter Zumthor hat sich für die Therme in Vals (1996) an den traditionellen, homogenen Steinhäusern der Region orientiert, aber auch an den kraftvollen steinernen Sicherungsbauten der Berghänge. Noch stärker vom Ort bestimmt erscheint das poetische Konzept für die Bruder-Klaus-Kapelle in Mechernich (2006), in seiner Materialisierung prototypisch für ein Massivsystem. 7, 8 Gion Caminada erweitert im Graubündener Vrin den Ortsbezug um die gesellschaftliche Relevanz seiner Planungen. Die Veränderung der alpinen Kulturlandschaft und die Entleerung der hoch gelegenen Alpentäler durch die Abwanderung der Bevölkerung stehen in einem Wirkungsgeflecht zu seinen Konzepten, die sich maßgeblich auch auf die Entscheidung für Material und Tragwerk auswirken. In den breiteren sozioökonomischen Kontext des Ortes Vrin eingebettet und mit dem Ziel, die alten bäuerlichen Strukturen zu erhalten, realisierte er Wohnhäuser und Wirtschaftsbauten in massiver Strickbauweise, die ganz aus dem Ort, seiner Kultur, Architektur, Sozialstruktur und Wirtschaft, aber vor allem aus den handwerklichen Ressourcen des Ortes entwickelt wurden. 9

Exemplarisch dafür ist die Konversion eines alten Stalls in Alberschwende (2004), der mit seinem Umbau zu ­einem Museum in der Gegenüberstellung von historischem, stabförmigem Fachwerk und den Ergänzungen 1, 2  Kaiserliche Villa Katsura, Kyoto, 1663. Die japanische Holzarchitektur mit ihrer offenen Raumkonzeption prägte maßgeblich die Entwicklung der Moderne in Europa und Amerika. 3 Historisches Stallgebäude, Saarnen, Zentralschweiz. 4 Ein Vorläufer des modernen Holzskelettbaus: niederdeutsches Hallenhaus in Fachwerkbauweise, Westfalen, 1686

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5, 6  Steinhäuser in Corippo 7, 8  Prototypisch für ein Massiv­ system: Bruder-Klaus-Kapelle, ­Mechernich, 2006, Peter Zumthor. Die Kapelle wurde in ortstypischem Stampfbeton ausgeführt. Im Innern wurde für drei Wochen ein Mott­ feuer unterhalten, das die Baumstämme antrocknen ließ und vom Beton ablöste, so dass sie leicht ausgebaut werden konnten. Mundgeblasene Glaspfropfen verschließen die Bundöffnungen, die zur ­Verbindung der äußeren mit der inneren Holzschalung beim Einbringen des Betons notwendig waren. 9 Wirtschaftsgebäude in regio­ naler Strickbauweise, Vrin, Gion Caminada

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16 EINLEITUNG

t r agwerk und t yp ologie

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Auch wenn beim autochthonen Bauen vor allem der Ortsbezug, materielle und handwerkliche Ressourcen sowie klimatische Bedingungen das Bauwerk prägen, bestimmen gegenwärtig doch weitestgehend typologische und funktionale Faktoren die komplexen Anforderungen an Tragwerk und Konstruktion. Mit Blick auf diese Einflüsse liegt es nah, zunächst nach ein- und mehrgeschossigen Bauten und in einer zweiten Ebene nach den Nutzungs­ typologien zu unterscheiden: Hallen brauchen andere Tragwerke als Hochhäuser, Wohnbauten andere als Bauten für Verwaltung, Wissenschaft oder Forschung. So ­waren im Wohnbau Raumgrößen von ca. 3 × 4 m für die tragende Struktur verbreitet, solange man den zellularen Grundriss nicht verlassen wollte, um mehr Wohnflexibilität zu schaffen. Geprägt wird der Geschosswohnungsbau, abgesehen von wenigen Ausnahmen, daher bis ins 20. Jahrhundert überwiegend von der traditionellen kammerförmigen Struktur des Massivbaus. Ein herausragendes Beispiel sind die Kopenhagener Wohnbauten des ­dänischen Architekten Kay Fisker (1893–1965), der mit seinen Projekten des sogenannten Kilometerstils für

die sprunghaft gewachsene Wohnungsnachfrage der 1920er Jahre qualitätvolle, robuste und nachhaltige Beiträge lieferte. 1, 2 Fisker gliederte die konstruktive Struktur in tragende Längs- und nichttragende Querwände. Differenziert man das Tragwerk des kammerartigen Grundrisses weiter, kristallisieren sich aus ökonomischen Gründen neben längs-, auch quer- und kreuzförmig tragende Wandbauweisen heraus. Kapitel 2 Nur wenige Jahre später realisierte Ludwig Mies van der Rohe mit seinem Beitrag zur Weißenhofsiedlung in Stuttgart (1927) ein wegweisendes Projekt der Flexibilität im Geschosswohnungsbau. Er übertrug die Raumtypologie seiner freistehenden, großzügigen Wohnkonzepte auf den Geschosswohnungsbau, indem er diese mit dem Konstruktionssystem seiner Geschäftsbauten kombinierte. Voraussetzung hierfür war „die Dienstbarmachung der Konstruktion für die räumliche Lösung“ (Schulze) durch einen optimierten Stahlskelettbau mit ausgemauerten Gefachen. 3, 4 1, 2  Die konstruktive Struktur seiner Wohnbauten, wie das ­Hornbaekhus, Kopenhagen, 1923, ­differenzierte Kay Fisker in tragende Längs- und nichttragende ­Querwände. Ausschnitt Grundriss, M 1:1000 3, 4  Mit seinem Beitrag zur Weißen­hofsiedlung, Stuttgart, 1927, projizierte Mies van der Rohe die Raumtypologie seiner ­freistehenden Wohnkonzepte auf den Geschosswohnungsbau, ­indem er sie mit dem konstruktiven System von Geschäftsbauten ­kombinierte. Grundrisse, M :1000

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 tragwerk und typologie 17

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5 vertikale Zonierung: Das Richards Medical Research Building, Philadelphia, 1957–65, gliederte Louis Kahn in dienende und bediente Zonen, die in Form von Schächten außerhalb der ­quadratischen Laborflächen angelegt wurden. Grundriss M 1:1000 6 horizontale Zonierung: Die raumhohen Zwischen­ geschosse des Salk Institute, La Jolla, 1959–65, Louis Kahn, ­dienen nicht nur der umfang­ reichen Haustechnik, sondern auch als Tragwerk. Schnitt M 1:500

Im Geschossbau hatte die Wandbauweise aufgrund zunehmender, die Grundfläche reduzierender Wandstärken ihr Limit bei ca. 60 m Höhe erreicht. Das MonadnockBuilding in Chicago (1891, Daniel Burnham und John Wellborn Root) steht für diese material- und tragwerksbedingte Höhenbegrenzung und markiert mit seinen in den unteren Geschossen bis zu etwa 1,80 m starken gemauerten Außenwänden zusammen mit dem zeitgleich entstandenen Skelettsystem des Reliance Building von Daniel Burnham den Übergang von der Massiv- zur Skelettbauweise im Geschossbau. Die Konzentration der Lasten auf optimierte, lineare Tragelemente des Stahlund Stahlbetonskeletts war fortan die angemessene Antwort auf für Wohn- und Bürofunktion genutzte Hochhausbauten. Bei zunehmender Höhe sind die Horizontallasten aus Windangriff neben den vertikalen Kräften von großer Bedeutung, die mittels räumlicher Aussteifungen auf­ genommen werden: zum Beispiel als Rohre, Rohrbündel, außenliegende Fachwerke oder durch Kerne. Kapitel 3 Neben dem Hochhaus beschleunigten neue Bauaufgaben die Einführung neuer Konstruktionen. Dies galt sowohl für die Bahnhöfe des 19. oder die Luftschiff- und Flugzeughallen des 20. Jahrhunderts als auch für die Weiterentwicklung von Ausstellungsbauten. Der Drei­ gelenkbogen der Galerie des Machines in Paris von ­Victor Contamin und Ferdinand Dutert überspannte 1889 bereits 115 m. Als eingeschossige Flachbauten bildeten sie mit ihren Großräumen den typologischen Gegenpol zum Geschossbau. Dabei war nicht die Ausbildung des vertikalen, überwiegend druckbeanspruchten Tragwerks, sondern die des horizontalen, auf Biegung beanspruchten Tragelementes – meistens die Dachkonstruktion selbst – ausschlaggebend. Weitere Optimierungen wurden im Verkehrsbau der frühen Moderne erzielt. Hier konnten Erfahrungen mit den Gusseisenkonstruktionen des Brückenbaus einfließen; die Affinität zu den weit gespannten Tragwerken der Hallenbauten ist offensichtlich. Verfolgt man diese Entwicklungslinie weiter, gelangt man schließlich zu den hocheffizienten Seilnetzkonstruk­ tionen, wie sie beispielhaft in den Bauten von Günter ­Behnisch und Frei Otto für die Olympischen Spiele in München von 1972 umgesetzt wurden oder zu den weit gespannten Tragwerken der Hightecharchitektur von Norman Foster, Renzo Piano oder Richard Rogers. Lange

Zeit – fast 1800 Jahre – war das Pantheon mit 43,30 m das größte stützenfreie Kuppeltragwerk. Dass es erst 1913 von der Jahrhunderthalle in Breslau abgelöst wurde, zeigt, welchen Beschränkungen weit gespannte Tragwerke über Jahrhunderte unterlagen. Erst mit dieser Rippenkuppel aus Stahlbeton gelang es, unter Weiterentwicklung leistungsfähiger Materialien eine Erhöhung der Spannweiten auf 65 m zu erzielen. Rippenkonstruk­tionen aus Stahlbeton hatten jedoch ihre Grenzen. Die Flächentragwerke der Schalen oder Faltwerke mit ihren papierdünn wirkenden Konstruktionsstärken erlaubten noch größere Spannweiten. Schon 1916 entstand die Luftschiffhalle Freyssinnets in Orly mit einem Faltwerk, das bei einer Stärke von nur 9 cm Spannweiten von 75 m erzielte, bald übertroffen von Maillarts Schale der Zementhalle auf der Landesausstellung 1939 in Zürich. Welchen Einfluss spezifische Typologien bei integrierenden Konzeptionen auf das Tragwerk haben, zeigt sich im Vergleich zweier Projekte Louis Kahns. Das Richards ­Medical Research Building in Philadelphia und das SalkInstitute in La Jolla, zwei Labor- und Forschungsgebäude, beeindrucken durch ihre logische Integration von Tragwerk, Konstruktion, Typologie und Gestalt. Die umfangreichen haustechnischen Konstruktionen eines hoch­ installierten Laborgebäudes und ihre Zuordnung zu den Hauptnutzflächen waren ausschlaggebend für eine konsequente Zonierung, die sich auch auf das Tragwerk ­auswirkte. So war es beim Richards Medical Research Building in Philadelphia die Anordnung von vertikalen Schächten außerhalb der quadratischen Laborflächen, die eine Zonierung des Grundrisses in dienende und bediente Fläche, aber auch in tragende und nichttragende, in versorgende und versorgte Flächen ergab. Analog, aber in horizontaler Ausrichtung und gestapelt dienten wiederum die Zwischengeschosse des Salk Institute nicht nur den haustechnischen Installationen, sondern auch als Tragwerk. Durch die geschosshohen Vierendeelträger konnten die Geschossflächen von vertikalen Tragelementen freigehalten werden: Zwei Lösungen also, die auf den entwerferischen Strategien von Stapeln und Zonieren basieren und exemplarisch die integrative Betrachtung der Konstruktionen von Tragwerk, Haustechnik und Ausbau zeigen. 5, 6

18 EINLEITUNG

t r agwerk , mat erial b e z u g u nd gestaltqualität

Die sorgfältige Wahl von Konstruktion und Tragwerk gewährleistet nicht nur Stabilität, Dauerhaftigkeit und Flexibilität, sondern bietet auch ein hohes gestalterisches Potenzial. Kriterien für die Beurteilung der Gestalt einer konstruktiven Struktur lassen sich besonders gut ent­ wickeln, wenn das Tragwerk maßgebend ist: bei typischen Ingenieurskonstruktionen, wie Türmen oder Brücken. Zwar sind etwa bei Straßenbrücken neben der Ableitung statischer und dynamischer Lasten Aspekte wie Abdichtung, Entwässerung oder die Auswirkungen extraktiver und kontraktiver Spannungen zu berücksichtigen, gegenüber der Formentwicklung des Tragwerks selbst nehmen sie jedoch eine untergeordnete Rolle ein. Gestalt bildend ist in diesem Fall der Kraftfluss, das Maß an räumlicher Transparenz und eine Form, die den Eigengesetzlich­ keiten der Materialien und Produktionsbedingungen entspricht. Bei seiner Analyse der Stahlbetonkonstruktionen Robert Maillarts (1872–1940) hat David Billington die Kriterien Ökonomie, Effizienz und Eleganz als Parameter zur Beurteilung definiert. Effizienz bedeutete für Maillart Materialeffizienz. Er wollte den Materialaufwand so gering wie möglich halten, um leichte, schlanke ­Tragkonstruktionen zu entwickeln. Maillart erzielte dies durch die Integration aller Teile einer Tragstruktur in ­einer ­homogenen Form, etwa bei Bogen, Pfeiler und Fahrbahnplatte eines Brückentragwerks.

Ökonomie bedeutete für ihn, sowohl die Bau- als auch die Unterhaltungskosten so niedrig wie möglich zu halten. Als er 1928 zusammen mit dem Bauunternehmer F ­ lorian Prader den Wettbewerb für die Brücke über den tief eingeschnittenen Tobel der Salgina für sich entscheiden konnte, war dieses Ergebnis besonders auf den ökonomischen Herstellungsprozess der Hohlkastenbogenbrücke zurückzuführen. Maillart dimensionierte das hölzerne Lehrgerüst der Salginatobelbrücke nur für den ersten ­Betonierabschnitt, den unteren, dünnen Bogen. Dieser konnte nach Aushärtung die Fahrbahnträger alleine tragen, das Lehrgerüst diente dann nur noch zur Verstärkung, nicht aber zur Abstützung des Bogens. 1, 2 Die Filigranität der Salginatobelbrücke zeigt die Profilierung im Schnitt: Die gegenüber der Fahrbahnplatte zurückspringenden Stirnseiten der Fahrbahnträger und der untere Bogen erzeugen feine Schattenlinien und trennen die Segmente der Brücke voneinander. Dies betont die Bündigkeit im Bereich des Scheitelgelenks zusätzlich. Weitere Merkmale sind der flache Bogen, der einen Rückschluss auf die starke Belastbarkeit der flankierenden Felswände gibt, die Transparenz der weiten Öffnungen in den äußeren Viertelslängen, die stark verjüngten Auflagerpunkte des Bogens und schließlich auch der Kontrast des hellen Betons zum dunklen Hintergrund der verschatteten Berghänge. 1, 2  Robert Maillart dimensio­ nierte das hölzerne Lehrgerüst der ­Salginatobelbrücke bei Schiers, 1928, nur für den unteren Bogen, der nach Aushärtung die Fahrbahnträger alleine halten konnte. Die ­filigrane Anmutung der Brücke wird insbesondere durch eine Profilierung der Elemente erreicht.

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 tragwerk, materialbezug und gestaltqualität 19

3 Der Ansatz von Kazuyo Sejima & Ryue Nishizawa (SANAA) beinhaltet die Entmaterialisierung von Oberflächen und die Visualisierung der reinen Form, wie beispielhaft bei der Zollverein-School in Essen, 2006, zum Ausdruck kommt. 4 Für den Bau des Sportausbildungszentrums Mülimatt, BruggWindisch, 2006, wählte das ­Architekturbüro Studio Vacchini ein Flächentragwerk, das sich als Faltwerk aus vorfabrizierten ­Dachträgern und Wandstielen ­zusammensetzt.

Weitaus komplexer als bei reinen Ingenieurskonstruktionen ist die Vielzahl an Einflüssen auf die Gesamtgestalt bei Gebäuden. Inwieweit Konstruktion und Tragwerk Gestalt bestimmend sind, ist von der Aufgabe und vor allem der Haltung des Architekten abhängig. Sie bewegt sich, vereinfacht ausgedrückt, zwischen Ablesbarkeit und Abstraktion, Materialisierung und Entmaterialisierung der architektonischen Gestalt. Pierre von Meiss differenziert in diesem Spektrum weitere Abstufungen zwischen „Emphase, Verbildlichung, Verfälschung, Unterwerfung und Bändigung der Technik“. Die Konstruktion ist dort ablesbar, wo der Kraftfluss über die Auflösung eines massiven Tragwerks auf punkt- oder stabförmige Elemente nachvollziehbar ist. Der Sichtmauerwerks- und Strickbau, besonders aber der Skelettbau, fasziniert durch die Syntax aus Elementen und Fügungen, aus Trägern, Stützen und Knoten. Sie veranschaulichen den Verlauf vertikaler und horizontaler Kräfte. Besonders im Stahlskelettbau entstanden so Leistungsformen, die ihre Vorbilder auch aus dem Maschinenbau in den 1920er Jahren beziehen. Das als „machine urbaine“ konzipierte Centre Pompidou oder die Industriebauten von Norman Foster stehen dafür beispielhaft. Im Gegensatz zur Visualisierung des Konstruktiven steht der Ansatz zur Abstraktion, die Betonung der entmaterialisierten Oberfläche, der reinen Form, von geometrischer Klarheit und Reduktion, wie sie bereits vom „Bauhaus“ und „de stijl“ vertreten wurde und heute in den Bauten von John Pawson oder SANAA konsequent zum Ausdruck kommt. 3 Wie die Bedeutung des Tragwerks für den gestalterischen Ausdruck immer von der individuellen architektonischen Interpretation abhängt, zeigt das Sportausbildungszentrum Mülimatt von Studio Livio Vacchini. 4 Nicht eine Skelettkonstruktion, wie für weit gespannte Sporthallentragwerke oftmals üblich, sondern ein Flächentragwerk kam zur Anwendung. Die Konstruktion besteht im Wesentlichen aus den in Ortbeton ausgeführten Fundamenten und einem kleinräumig organisierten Sockelgeschoss auf der einen und einer weit gespannten Dach- und Wandkonstruktion auf der anderen Seite. Sie wurde als Faltwerk konstruiert, das sich aus vorfabrizierten Dachträgern und Wandstielen zusammensetzt. Decke und Stiele sind vorgespannt, die Fugen in Ortbeton vergossen. Die dank Vorspannung rissarmen Dachelemente bilden zugleich die Abdichtungsebene, die Dachentwässerung erfolgt durch die konstruktiv bedingten größeren Querschnitte der Feldmitte offen zu den Stielen hin. Beispiele S. 150 Durch die Integration von Tragwerk, konstruktiver Struktur, Raumabschluss und Herstellungsprozess knüpft das Faltwerk der Halle an die Eleganz, Ökonomie und Effizienz der Betontragwerke Maillarts an.

3

4

20 EINLEITUNG

ausb lick

Auf die Frage nach neuen Ansätzen im Kontext von Tragwerk, Konstruktion und Materialisierung werden schlaglichtartig mehrere Aspekte betrachtet: die Bedeutung wandelbarer, adaptiver Tragwerke und Werkstoffe; der Einfluss neuer Materialien (Smart Materials, biologische Konstruktionen, Bionik, Kybernetik); die Auswirkung neuer Produktionsbedingungen, vor allem im Hinblick auf die Erweiterung digitaler Prozessketten und Vorferti­ gungsgrade; die Berücksichtigung von Lebenszyklen und Wieder­verwertung durch Montage und Demontage; und schließlich die Optimierung der Energie- und Rohstoffeffizienz von Konstruktionen und Materialien nach ihren ökologischen Leistungsprofilen. Adaptive Konstruktionen passen sich an wandelnde Bedingungen an. Ein histo­ risches Beispiel sind die drehbaren hölzernen Baugerüste des Pantheon: Zur Restaurierung der Kuppel 1756 wurden sie als aufgelöste Binderkonstruktion konzipiert, die dem Kreisprofil der Kuppel folgen und sich um eine im Opaion verankerte vertikale Achse drehen konnten. Die Tragwerke von Observatorien, Hebezeugen oder Autokranen sind aktuelle Beispiele für wandelbare Kon­ struktionen im Grenzbereich zum Maschinenbau. Ein breites bewegungstypologisches Spektrum zeigen adaptive Brückentragwerke von den frühen Zugbrücken über die „Transporter Bridges” des 19. und 20. Jahrhunderts bis hin zu Dreh-, Klapp- und Schiebebrücken. Architektonische Beispiele adaptiver Prinzipien finden sich bei den visionären Projekten des Londoner Büros Future ­Systems, etwa dem Peanut-House (1984).

Heute finden adaptive Tragwerke überall dort Anwendung, wo auf sich wandelnde Nutzungsansprüche oder Effizienzoptimierungen reagiert werden muss. So sind etwa im modernen Stadionbau zusätzlich zur Tragwerkskonzeption auch Fragen des Öffnungsmechanismus und des Risikomanagements zu lösen, um auf wechselnde Nutzungs- und Witterungsanforderungen reagieren zu können. Bei ein- und zweiachsig nachgeführten Solar­ anlagen leisten dynamische Tragwerke einen wichtigen Beitrag zur Optimierung energetischer Systeme. Dabei entwickeln wandelbare Konstruktionen sich auch, aber nicht alleine, aus bionischen und biometrischen Ansätzen. Vorbilder aus dem Bereich der Biologie wurden über Analogieschlüsse schon von Leonardo da Vinci weiterentwickelt und transformiert. Der Architekt und Ingenieur Curt Siegel (1911–2004) hat die Strukturformen von Knochen – mit ihren fließenden Eigenschaftsänderungen Vorbild für Gradientenwerkstoffe – und Schalen analysiert, Frei Otto und das Institut für Leichtbau der Universität Stuttgart materialeffiziente Flächentragwerke und Membrane nach den biologischen Vorbildern von Seifenblasen gestaltet. 1 Auch zukünftig bieten bionische Phänomene eine Vielzahl von Ansätzen für die Entwicklung von Konstruktionen und Materialien. Großen Einfluss auf den Planungsund Produktionsprozess wird die weitere Entwicklung digitaler Prozessketten und der Baurobotik haben. 1 Seifenlaugenversuche, ­Stuttgart, 1960er Jahre. Seifenlauge bildet naturgemäß eine kleinstmögliche Fläche zwischen vorgegebenen Rändern. Durch Versuche mit Seifenblasen entwickelte Frei Otto Gestaltungsprinzipien, die im Vergleich zu herkömmlichen Bauverfahren mit einem Bruchteil an Materialaufwand auskamen.

1

 ausblick 21

2 Parametrisch generierter und produzierter Holz-Baldachin, TU München, 2010, Stefan ­Kaufmann, Gerhard Schubert 3 FlexBrick, ETH Zürich, 2008, Gramazio & Kohler. Baurobotik ­erweitert das Spektrum gestal­ terischer Möglichkeiten.

2

3

Beispielsweise im Holzbau trägt diese Entwicklung zusammen mit neuen Holzwerkstoffen zu einer tief greifenden Prozessoptimierung bei. Von der Planung bis in den rechnergestützten Abbund, frei von analogen Zwischenschritten, werden eine exakte Produktion, Vormontage und eine erhebliche Verkürzung der Bauzeit möglich. Dass mit dieser Entkopplung von den tradierten Bindungen aus Handwerk, Ort und den Eigengesetzlichkeiten des Materials auch eine Gestalterweiterung durch die Option nicht repetitiver Bauteile verbunden ist, zeigen Beispiele, wie die Chesa Futura in St. Moritz (2004) von Norman Foster mit ihrer typischen, an Schiffskon­ struktionen erinnernden zweiachsig gekrümmten Rippenbauweise. Oder auch das unregelmäßig wabenförmige Dachtragwerk des Betriebsrestaurants in Ditzingen von Barkow und Leibinger S. 130 sowie die digitalen Schnitzereien der Monte Rosa-Hütte (2009) von Bearth und Deplazes Architekten als ornamentales Abbild des integrierenden digitalen Fabrikationsprozesses. Die Auswirkungen und Chancen digitaler Planung und Produktion auf die Fügungsprinzipien demonstriert der parametrisch generierte Holz-Baldachin (2010) von Kaufmann und Schubert. 2 Die Rippenkonstruktion aus Sperrholz wird materialgerecht mit Steckverbindungen gefügt, ­fixiert ­allein durch verdeckt geführte, zugbeanspruchte Band­eisen. Welchen Einfluss hohe Vorfertigungsgrade auf den Entwurfs- und Bauprozess im modernen Holz-

bau haben, veranschaulicht das Projekt des Alpenhotels Ammerwald (2009) von Oskar Leo Kaufmann und Albert Rüf. Durch die Vorfertigung der Zimmereinheiten als komplett installierte Module in Raumzellenbauweise konnte gleichermaßen eine hohe Ausführungsqualität, kurze Bauzeit und wirtschaftliche Optimierung erzielt werden. In der ­maschinellen, digital informierten Fabrikation führt der Einsatz der Baurobotik im Mauerwerksbau zu überraschenden Erweiterungen des gewohnten tektonischen Spektrums, wie die expressiven bildhaften Texturen der gemauerten Wandprototypen von Gramazio & Kohler zeigen. Sie werden teilweise auch mit mobilen Fabrikationsanlagen vor Ort montiert. 3 Das Phänomen der Anpassung an wandelnde Leistungsprofile beeinflusst auch die Entwicklung von Werkstoffen, die sich als „smart materials“ durch adaptive Leistungsprofile auszeichnen. Konstruktiv wirkt sich das bislang auf Hüllsysteme aus, wo beispielsweise durch adaptive, mehrlagige Gebäudehüllen oder schaltbare Verglasungen temporäre Qualitätsänderungen geschaffen werden können. Unter dem engeren Betrachtungswinkel der Materialisierung wird es zukünftig darum gehen, am Leistungsprofil des Werkstoffes ausgerichtet, Lösungen zu entwickeln, die Aspekte der Energie- und Rohstoff­ effizienz sowie Ökobilanzierung in den Entwurfsprozess integrieren.

T R AG EN U N D M AT ERIA L ISIER EN TR AGEN

k apitel 2

T R AGWERK UND KONST RUK TION

24

Konstruk tive Struk tur | El emente und SystemE

28

Anforderungen und wirkungsweisen

32

massiv- und skel ettsysteme

34

tragwerk und raumbil dunG

36

l eistungsprofil e und ökologische effizienz

44

24 TRAGEN

tragwerk und konstruk tion

Nach den einführenden Betrachtungen historischer, orts­ bezogener, typologischer und gestalterischer Aspekte werden nun die systemischen Abhängigkeiten und Defi­ nitionen von Tragwerken zu Konstruktion und Material ei­ nerseits und zu architektonischem Konzept und Raum andererseits dargestellt. Welche grundsätzliche Bedeu­ tung das Tragwerk über gebaute Strukturen hinaus hat, beschreibt Heino Engel in seinem Buch Trag­systeme (2006) treffend: „Von allen Bestandteilen, die zur Exis­ tenz von festen stofflichen Formen wie Haus, ­Maschine, Baum oder Lebewesen beitragen, ist das Tragwerk das Wichtigste.“

früh auch den technischen Ausbau mit seinem Netz aus horizontaler und vertikaler Leitungsführung und den not­ wendigen Lichträumen einbezieht, bei der konstruktiven Durcharbeitung des Entwurfs unerlässlich. Die energe­ tische Aktivierung der Bauteile bildet hier einen wesent­ lichen Aspekt. S. 47 Fritz Haller (1924–2012) hat sich, wie auch Norman ­Foster, intensiv mit der systemischen Integration der drei konstruktiven Kategorien auseinandergesetzt und inno­ vative Konzepte realisiert. So demonstriert Haller etwa mit dem Ausbildungszentrum der Schweizer Bundesbah­ nen in Murten (1982) erstmals die Realisierung des Trag­ werkssystems MIDI, das als Baukastensystem in großer Präzision auch die Integration der haustechnischen Kon­ struktionen gewährleistet und damit ein ­hohes Maß an Nutzungsflexibilität bietet. 1 Norman Foster integriert konzeptionell in der Service­ zone der doppelten, U-förmigen Raumhülle des Sains­ bury Center in Norwich (1978) die Systeme von Trag­ werk, Hülle und Haustechnik gleichermaßen.

Grundsätzlich gliedern sich Konstruktionen in die drei Teilbereiche: Tragkonstruktion, raumbegrenzende Kon­ struktion und haustechnische Konstruktion. Tragkonstruktionen sind, kurz, die Mittel zur Übertragung von Kräften. Kräfte werden in der Definition Frei Ottos durch stoffliche (Baustoffe) oder unstoffliche (Magnet­ wirkung) Konstruktionen übertragen. Bei den stofflichen Konstruktionen werden die lastabtragenden Aufgaben von den Konstruktionselementen und -sys­temen über­ nommen, beispielsweise von den Stützen, Unter­zügen und Deckenplatten im Skeletttragwerk oder von Stielen und Riegeln im Rahmentragwerk. Sie leiten alle vertikal und horizontal auftretenden äußeren Lasten aus Eigen­ lasten, Verkehrslasten durch Einrichtungsgegenstände, Personen, Maschinen, aus Erddruck und Wind, Schnee und Eis in den Baugrund ab.

1 Modell des als Baukasten ­konzipiertenTragwerkssystems MIDI für hochinstallierte Gebäude, 1972, Fritz Haller, in dem Tragwerk und Haustechnik integriert sind.

Die Berechnungsgewichte werden als Regelwerte nach DIN 1055 „Lastannahmen für Bauten“ definiert. Ergän­ zungen für fliegende Bauten werden in DIN 4112, für Straßen- und Wegebrücken nach DIN 1072 festgelegt. Neben den äußeren wirken die inneren Lasten aus Ver­ formungen durch thermische Beanspruchung, Quellen, Schwinden, Kriechen etc. auf das Tragwerk ein. Alle Las­ ten treten punkt-, linienförmig oder flächig, als Einzel-, Strecken- oder Flächenlast auf. Als raumbegrenzende Konstruktionen werden alle Kon­ struktionssysteme bezeichnet, die Raum bilden und ab­ grenzen, so beispielsweise Innenräume gegen äußere Einflüsse wie Schall, Kälte, Wärme etc. Die raumbe­ grenzenden können identisch mit den tragenden Kon­ struktionen sein, wie im Massiv- oder Wandbau, oder als Sekundärstruktur erscheinen, wie das Hüllsystem im Ske­ lettbau. Die haustechnischen Konstruktionen dienen im weitesten Sinne der Ver- und Entsorgung sowie der Kon­ ditionierung des Gebäudes. Abhängig vom ­energetischen Konzept können sie auch in die Trag­konstruktion integ­ riert sein. Insofern ist eine ganzheitliche Sichtweise, die

1

tragwerk und konstruktion 25

Unter Konstruktion (konstruieren: con = „zusammen“ und struere = „bauen“) verstehen wir die technischen Mittel zur Materialisierung der jeweiligen architektonischen Aufgabe. Sie kann durch die technischen und gestalteri­ schen Qualitäten der Einzelteile sowie deren Verknüp­ fungssyntax von Fügungen bewertet werden. Als Ordnungs- und Organisationsprinzip stellt die kons­ truktive Struktur die Verknüpfung und Relation zwi­ schen den Konstruktionselementen und dem Konstruk­ tionssystem dar. Konstruktive Verknüpfungen sind z. B. statisch-konstruktive oder herstellungstechnische Ab­ hängigkeiten, wie die Auflagerbedingungen eines Unter­ zuges auf einer Stütze im Skelettsystem, oder der ­Anschluss von Stütze oder -fuß an Schwelle oder Riegel­ balken in der traditionellen Holzskelettbauweise.

(1886–1969) und Angelo Mangiarotti (1921–2012). Während der Mies‘sche Stahlbau mit der sich verjüngen­ den eingespannten Stütze aus gekreuzten T-Profilen und dem punktförmigen Auflager deutlich Einspannung und Gelenk visualisiert, ist es bei Mangiarottis Stahl­ betonskelettbau die Stütze mit hammerförmigem Kopf, der wie eine Feder in die Nut des U-förmigen Trägers ein­ greift und damit Kraftverlauf und Fügungsbedingungen im Anschluss von Stütze und Hauptträger in sinnfälliger und eleganter Weise entspricht.  2, 3 Die geometrischen Grundlagen einer konstruktiven Struktur werden durch Ordnungssysteme und Maßbezie­ hungen in Form von Toleranzen, Modulordnungen, Ras­ ter- und Maßordnungen gebildet. Als einheitliches Sys­ tem für die Bemessung der Bauteile und Strukturen sind sie also nicht geometrischer Selbstzweck, sondern, auch gebunden an die Eigenschaften des jeweiligen Materials, Grundlage für die innere Struktur des jeweiligen Systems.

Wie diese konstruktive Verknüpfung sich systemabhän­ gig beispielsweise im Skelettbau materialisiert, zeigt der Vergleich zweier Projekte von Ludwig Mies van der Rohe

2 Neue Nationalgalerie, Berlin, 1967, Ludwig Mies van der Rohe. Die Stützen aus gekreuzten ­T-Profilen und punktförmigen Auf­ lagern visualisieren Einspannung und ­Gelenk. 3 Firmenzentrale, Turate / Como, 1982, Angelo Mangiarotti. Der hammerförmige Kopf der Stahl­ betonstützen greift wie eine Feder in die Nut der U-förmigen Träger und entspricht damit in eleganter Weise dem Kräfteverlauf.

2

3

26 TRAGEN

Im Mauerwerksbau stellt beispielsweise, als eine der frü­ hesten Normen im Bauwesen, die Maßordnung im Hoch­ bau, DIN 4172, die Verknüpfung zwischen dem Element Mauerstein und dem System Wand her. Sie bildet die er­ gonomischen Bedingungen des Verarbeitungsprozesses ab. Ausschlaggebend für die Bestimmung zweckmäßi­ ger Ziegelmaße waren primär die Griffmaße der Hand. Durch die wirtschaftliche Verarbeitung von längs und quer zu Verbänden vermauerten Steinen entwickelten sich die Proportionen: Zwei Ziegelbreiten + Stossfuge ­ergab die Ziegellänge. Auf dieser Basis wurde das Zie­ gelmaß von 125 mm zum Grundmaß des Oktameter­ systems und zur Grundlage für die Bemessung von Bau­ teilen und Gebäuden im Mauerwerksbau. Aus ihr leiten sich weitere Baunormen als Maßgrundlage für den Ent­ wurfs- und Konstruktionsprozess ab.

Maßsysteme und Modulordnungen definieren ein drei­ dimensionales, geometrisches Koordinatensystem, das eine präzise räumliche Lage jedes Bauteils als Punkt, ­Linie, Fläche oder Körper definiert. Als Achs-, Flächenund Raumraster baut dieses Ordnungssystem auf einem Grundmodul auf, unterschieden nach Nutzungs-, Trag­ werks- und Ausbauraster.  1

z

Raumraster

Vor allem im Hinblick auf die komplexere geometrische Koordination in der Entwicklung der Vorfertigung erwies sich ein System als zweckmäßiger, dessen Grundmaß zehnmal in einem Meter enthalten ist: In der DIN 18000 ist das dezimetrische System als Mo­ dulordnung definiert. Ausgehend von dem Grundmodul M (100 mm) entstehen durch Multiplikation Multimodule von 3 M (300 mm), 6 M (600 mm) und 12 M (1200 mm) etc., als Vorzugsmaße, durch Division Submodule von M/10 (10 mm), M/5 (20 mm) etc.

b

b

b

b

b

1 Ein dreidimensionales geometri­ sches Koordinatensystem definiert eine präzise räumliche Lage jedes Bauteils als:

x

y Flächenraster

1

Achsraster

b a

b

a

a

b a

b b

a

a

b b

a

b

a√2

b

2a

b

c a

a

a

d

a

d

a

a

a d a

b

a

e

d

f

Achsraster    x Flächenraster  x, y Raumraster   x, y, z

2 Rastergeometrien: a Rechteckraster b Quadratraster c Dreiecksraster d Kreisraster e Achtecksraster f Kreissegmentraster

tragwerk und konstruktion 27

Die geometrische Ausformung des Rasters lässt zu­ nächst ein orthogonales Raster nahe liegend erscheinen. Darüber hinaus finden Dreiecks-, Achtecks-, Kreis- und Kreissegmentraster Anwendung. 2 Innerhalb dieser Systeme sind in der weiteren Differen­ zierung Achs- und Bandraster zu unterscheiden. 3 Der Achsenbezug definiert die Achsen der Bauteile, de­ ren Abmessungen unberücksichtigt bleiben, während der Grenzbezug im Bandraster von den Abmessungen der Bauteile ausgeht. Sie definieren ein geometrisches Band, das Grundlage sein kann für tragende oder begrenzende Konstruktionselemente. Als Primär- und Sekundärraster definiert es zugleich eine Hierarchie der Konstruktions­ elemente, etwa die Stützen im Skelettbau im Primär- und die Hüllkonstruktion im Sekundärsystem. Wie besonders das Bandraster auch Aspekte von Trag­ werk und Typologie konsequent integriert und dabei mit konstruktiven Anforderungen einhergeht, zeigt das Kim­ bell Art Museum (1972) von Louis Kahn. Das Projekt ist ein hervorragendes Beispiel für die Verwendung eines Rasters auch für das entwerferische Konzept. In der Bin­ dung an das konstruktive Raster und in der gleichzei­tigen Freiheit der räumlichen Ausformung kommt die Dialektik von Regel und Spiel zum Ausdruck.  4, 5

3

3 Rasterarten: Achsraster, Bandraster, Kombination beider Raster (von oben nach unten) 4, 5  Das Kimbell Art Museum, Fort Worth, 1972, Louis Kahn, zeigt beispielhaft die Anwendung eines Rasters für das entwerferische Konzept. Grundriss M 1:750

5

4

28 TRAGEN

Konstru k tive stru k tur | el emente und systeme

Elemente allgemein sind die Bestandteile einer Gesamt­ heit von Objekten, die innerhalb dieser Gesamtheit nicht weiter zerlegt werden können. Sie bilden dann ein Sys­ tem, wenn sie nach den Regeln einer Struktur miteinan­ der verknüpft werden. Als konstruktive Elemente werden demnach diejenigen kleinsten Einheiten und Teile eines Konstruktionssystems bezeichnet, die nicht ohne Scha­ den für dessen Funktion weiter geteilt werden können.

1

1, 2  Geodätische Kuppel, Detroit, 1978, Buckminster Fuller. Stäbe und Knoten bilden das Kons­ truktionssystem (Primärsystem), die Membran das Hüllsystem (­Sekundärsystem). 3 Hierarchie von Systemen 4 Übersicht von Tragsystemen, nach Engel, Tragsysteme

So bilden bei Buckminster Fullers Geodätischer Kuppel von 1954 die Konstruktionselemente Stäbe und Knoten das Konstruktionssystem „Räumliches Stabtragwerk“ (Primärsystem), das Konstruktionselement Membran den Raumabschluss als Hüllsystem (Sekundärsystem). 1, 2 Im Bereich der raumbegrenzenden Konstruktionen im Skelettbau besteht beispielsweise das Konstruktions­ system „Raumabschließende Hüllfläche“ aus den Kon­ struktionselementen: regensichere Deckschicht, Wärme­ dämmung, Dampfbremse, innere Bekleidung.  Konstruktionssysteme und Konstruktionselemente bil­ den eine Hierarchie von Systemen und Subsystemen. So stellen normalkraftbeanspruchte Stäbe Elemente des konstruktiven Systems „Fachwerkträger“ dar, welches Teil des Konstruktionssystems „Balkentragwerk“ ist, das wie­ derum Teil des Systems „Dach“ ist etc.  3

3

2

Konstruktive struktur | elemente und systeme 29

geometrie

linear eben

gekrümmt/gefaltet

zweiachsig

dreiachsig

Fachwerkrost vektoraktiv

Gitterschale formaktiv

Platte, Scheibe senkrecht/quer flächen-/massenaktiv

Schale, ein-/zweiachsig gekrümmt Tonnen-/Kuppelschale flächenaktiv

Rahmen massenaktiv

Trägerrost massenaktiv

Faltwerk flächenaktiv

unterspannter Träger massenaktiv vektoraktiv

unterspannter Fachwerkrost massenaktiv vektoraktiv

gerade lastabtragung

flächig gekrümmt

einachsig

Beanspruchung normalkraft

Fachwerkträger vektoraktiv

Seil formaktiv

Fachwerkrahmen vektoraktiv

Bogen formaktiv

Balken massenaktiv

gebogener Träger massenaktiv

Beanspruchung biegung und querkraft

Beanspruchung biegung und normalkraft hybrid

4

30 TRAGEN

1a

b

c

Die konstruktiven Elemente werden nach ihrer geomet­ rischen Form (punktförmig, linear, flächig, körperhaft) und statischen Wirkung gegliedert und zu Gruppen zusam­ mengefasst. Dabei treten lineare und flächige Elemente auch in gekrümmter Form auf. Punktförmige Elemente 1a bezeichnen den kleinst­ möglichen Bestandteil eines Tragwerks. Ein typisches Beispiel ist der Knoten im Skelettbau, etwa der gezeigte Knoten der Kuppel von Buckminster Fuller. S. 28 Eindimensional ausgebildete Tragelemente 1b werden Stäbe, Träger oder Balken genannt. Sie sind geometrisch definiert durch ihre Proportionen: Die Länge ist um ein Vielfaches größer als die Breite und die Höhe. In ihrer sys­ temischen Abstraktion und Idealisierung als lineares Tra­ gelement wird die statisch wirksame Systemachse dar­ gestellt. Stab- oder Trägerausformungen sind Ein- oder Mehrfeldträger, Kragträger, Vollwand-, Fachwerk- und Rahmenträger sowie unter- und abgespannte Träger. Gekrümmte Träger werden als Bogenträger bezeichnet. Zweidimensional ausgebildete, ebene Tragelemente  1c werden als Flächentragwerke definiert, je nach Kraft­ wirkung als Scheiben (Kraft in Tragwerksebene) oder ­Platten (Kraft senkrecht zu Tragwerksebene). Sie sind durch ihre Proportionen geometrisch definiert: Länge und Breite sind jeweils um ein Vielfaches größer als die Höhe, oder allgemeiner: Zwei Abmessungen sind deutlich grö­ ßer als die dritte. Scheiben und Platten können jeweils sowohl als vertikale oder horizontale Tragelemente verbaut werden. Entschei­ dend ist allein die Richtung der Krafteinleitung. So wirkt beispielsweise die Kellerwand gegen Erddruck, die Fas­ sade gegen Windlast oder die Geschossdecke gegen Verkehrslast als Platte; während die aussteifende Außen­ wand oder Dachdecke als Scheibe wirkt.

d

Räumlich einachsig oder zweiachsig gekrümmte Flä­ chentragwerke, die in der Regel im Vergleich zur Spann­ weite eine geringe Dicke aufweisen, werden Scha­ len ­genannt. Flächige Tragwerke, die ihre Form durch ­Knicken oder Falten erhalten, werden als geknickte Flächen­tragwerke oder Faltwerke bezeichnet. Voraus­ setzung für die geringe Tragelementdicke und damit hohe Material­effizienz von Schalen ist die Lastabtragung durch Normal- oder Längskräfte (Membrankräfte). Es handelt sich um Kräfte, bei denen keine Biegemomente, sondern ­allein Druck- und Zuglasten auftreten, wie bei der druckbeanspruchten Stütze oder dem zugbean­ spruchten Seil. Die Tragwerke werden Membranschalen genannt und stellen den Idealfall eines gekrümmten, flächenartigen Tragwerks dar. Werden Schalen hingegen nicht system­ affin, sondern auch auf Biegung beansprucht, erscheinen sie als Biegeschalen vergleichsweise dick, büßen an ­Materialeffizienz ein und verlieren ihre gestalterische Eleganz und konstruktive Logik. Körperhafte Elemente  1d bezeichnen Tragelemente, wie sie heute nur noch bei Fundamenten oder vergleich­ baren Tragwerken auftreten. Selten werden die Systeme in Reinform, sondern über­ wiegend kombiniert eingesetzt, treten also komplemen­ tär zueinander auf. Ein herausragendes Beispiel dafür ist die Bagsvaerd-Kirche von Jørn Utzon (1976). 2–5 Auf sinnfällige Art sind innerhalb eines begrenzten Mate­ rialkanons (Stahlbeton) Tragsysteme so kombiniert, dass ein typologisch und räumlich konsequentes Resultat ent­ steht. Jedem Bereich der gitterartigen Typologie, die in den Grundrissfeldern unterschiedliche Nutzungsberei­ che aufnimmt, ist eine spezifische Stahlbetonkonstruk­ tion zugeordnet: Beispielsweise die vorgefertigte, addi­ tive Skelettstruktur der linearen Erschliessungs­zonen oder die gekrümmte Raumschale der Sakralräume, die als Flächentragwerk in Ortbeton realisiert wurde.

1 konstruktive Elemente: a punktförmig ausgebildete ­Traglemente b eindimensional ausgebildete ­Tragelemente c zweidimensional ausgebildete Tragelemente d körperhaft ausgebildete ­Tragelemente

Konstruktive struktur | elemente und systeme 31

2–5  Bagsvaerd-Kirche, ­Kopen­hagen, 1976, Jørn Utzon. Das Bauwerk besteht aus einer Kombination unterschiedlicher Tragsysteme. Jedem Bereich der gitterartigen Typologie, die in den Grundrissfeldern unterschied­ liche Nutzungsbereiche aufnimmt, ist eine spezifische Stahlbeton­ konstruktion zugeordnet. So wur­ den etwa die linearen Erschlie­ ßungszonen in einer vorgefertigten Skelettstruktur ausgeführt, die ­Sakralräume erhielten eine ge­ krümmte Raumschale, die als Flä­ chentragwerk in Ortbeton reali­ siert wurde.

2

3

4

5

32 TRAGEN

anforderungen und wirkungsweisen

1a

b

c

d

e

f

Allgemein ist mit dem Tragwerk die Standsicherheit und damit die Gebrauchstauglichkeit von Bauwerken zu ge­ währleisten. Sie ist dann gefährdet, wenn der Verlust des statischen Gleichgewichts, übermäßige Verformung, Ma­ terialermüdung oder plötzliches Materialversagen auf­ tritt. Tragwerke werden auf Zug, Druck, Biegung, Torsion oder Abscheren beansprucht. 1 Oftmals wirkt eine Kombination dieser Kräfte, etwa Druck und Biegung, in einem Tragwerk. Die Materialwahl ist ­darauf abzustimmen; beispielsweise kann unbewehrter ­Beton gegenüber bewehrtem Beton nur zu 10 % auf Druck belastet werden. Als Lasten werden Kräfte bezeichnet, die auf ein Trag­ werk einwirken. Sie werden ein-, zwei- oder dreiachsig als Einzel-, Strecken- oder Flächenlast abgetragen. Der Lastangriff kann horizontal, vertikal oder schräg erfolgen.  Die unterschiedlichen Belastungen auf das Tragwerk ­resultieren sowohl aus äußeren als auch aus inneren ­Beanspruchungen. Infolge Temperatur, Feuchtigkeit und Spannungen treten Formveränderungen auf. Dabei wird unterschieden nach elastischer und plastischer Form­ änderung. Elastische Formänderung entsteht infolge von Belastung durch Spannung oder Stauchung (negative Dehnung bei Druck) und durch Temperaturänderung (Dehnung tritt bei Erwärmung, Verkürzung bei Abkühlung auf). Plastische Formänderung bleibt im Gegensatz zur elas­ tischen Verformung bestehen und ist materialabhängig. So tritt Schwinden durch Austrocknen bei Holz, Beton und Mauerwerk, Fließen bei Stahl und Kriechen bei Be­ ton, Metallen und Kunststoffen auf. Schäden infolge von Verformungen durch Schwinden und Kriechen zeigen sich oftmals verzögert. Um Rissgefah­ ren etwa durch Zwängungen zu vermeiden, sind zur Auf­ nahme dieser Verformungen konstruktive Maßnahmen, wie Dehnfugen, Arbeitsfugen, Scheinfugen oder der Ein­ satz schwindarmer Baustoffe, vorzusehen. Baustoffe ­unterschiedlichen Materialverhaltens, wie etwa Gipsputz auf Betondecken, sollten nicht kombiniert werden.

3

2

ABTRAGUNG VERTIKALER UND HORIZONTALER KRÄFTE Vertikale Kräfte können entweder direkt oder indirekt in den Baugrund abgeleitet werden. Prinzipiell ist der kür­ zeste Weg zur Ableitung senkrechter Lasten der güns­ tigste, beispielsweise der Träger auf zwei Stützen. Lange Kraftwege, etwa bei einem Hängetragwerk oder bei wei­ ten Auskragungen, erscheinen nur dann vertretbar, wenn etwa eine Konzentration der Lasten, gestalterische oder typologische Anforderungen, wie zum Beispiel stützen­ freie Geschosse, maximale Transparenz oder ein fili­ granes Erscheinungsbild, dies erfordern. Bei der „Hongkong and Shanghai Bank“ (1985) von ­Norman Foster war es dieser Wunsch nach maximaler Transparenz und Flexibilität der Bürogeschosse, der ein Hängetragwerk und damit eine Innovation der Hoch­ haustypologie entstehen ließ. Die Lasten der fünf unter­ schiedlich hohen Geschosspakete, die über eine freie Spannweite von 40 m abgehängt sind, werden auf acht gebäudehohe Rahmentragwerke abgetragen. Sie setzen sich aus je vier Rohrstützen zusammen, die als Stock­ werksrahmen biegesteif miteinander verbunden sind und so auch die Horizontalkräfte aufnehmen.  2

anforderungen und wirkungsweisen 33

1 Krafteinwirkung auf Tragwerke: a Balken b Zug c Druck d Biegung e Torsion f Abscheren 2 In Form eines Hängetragwerks realisierte Norman Foster mit der Hongkong and Shanghai Bank, Hongkong, 1985, eine neue Hoch­ haustypologie. Die Lasten der fünf unterschiedlich hohen Geschoss­ pakete werden über gebäudehohe Rahmen abgetragen. 3 Horizontale Lastabtragung 4 Tragsysteme: a Massivbau b Schottenbau c Skelettbau

4a

b

c

Horizontale Kräfte aus äußeren Lasten (Wind, Erd­ druck) können grundsätzlich durch Momente in Form von ­eingespannten Stützen bzw. Rahmen oder durch auf­ gelöste Konstruktionen (Strebepfeiler, Fachwerke, Dia­ gonalkreuze etc.) in den Baugrund abgeleitet werden. Die räumliche Abtragung ist dabei von der Bauweise ab­ hängig.   3

­ ontinuierliches Auflager (Schachtel, Schotten, Scheibe), k als einachsig gespannte Decke (Stahlbetonplatte, Bal­ kenlage, Elementdecke), als Halle mit Satteldach oder als Bogenhalle, jeweils mit kontinuierlicher Unterstützung durch Wandscheiben etc. Daraus entwickelt sich bei punktförmiger Lastabtragung im Skelettbau beispiels­ weise:

Innere, systembedingte Horizontalkräfte, wie sie an den Fußpunkten eines Sparrendaches, bei Sprengwerken und abgespannten oder gekrümmten Tragwerken auftreten, werden entweder außen durch entsprechend feste Auf­ lager oder innen, etwa durch Zugseile, abgetragen.

– die kreuzweise, zweiachsig gespannte Flachdecke mit Unterstützung der Eckpunkte – die Faltwerkkonstruktion als Flächentragwerk, das die Lasten über die Flächenwirkung des Tragwerks in Quer- und Längsrichtung abträgt (systembedingte Zugkräfte am Auflager sind dabei zu berücksichtigen) – die Kuppel mit punktförmiger Unterstützung

Die Lasten können jeweils direkt oder indirekt in den ­Baugrund abgeleitet werden. Die direkte Lastabtragung ­erfolgt, indem die geometrische Ausbildung der Trag­ konstruktion alle vertikalen und horizontalen Kräfte, etwa in längs- und ringförmig angeordneten Tragwerken, kon­ tinuierlich, direkt und ohne zusätzliche Konstruktionen in den Boden abgetragen werden. Die indirekte Lastabtra­ gung erfolgt beispielsweise durch Wandscheiben als

Die Übersicht macht die Abhängigkeit der horizontalen und vertikalen Tragwerke von Wänden und Decken er­ kennbar. 4 In welchem Kontext Tragsysteme mit den konstruktiven und räumlichen Typologien der Bauweisen stehen, sollen die folgenden Betrachtungen zeigen.

34 TRAGEN

massiv- und skel ettsysteme

1

2

Christian Norberg-Schulz entwickelt in seinem Buch „­Logik der Baukunst“ die Differenzierung in zwei über­ geordnete Systeme: Massiv- und Skelettsysteme, die sich durch die Art der Raumbildung und Eindeckung ­sowie durch die Beziehung von Tragen und Abschlie­ ßen definieren. Beide Systeme dienen demnach auf unterschiedliche Weise einem Ziel: dem Bauen von ­ Grenzwänden und dem Eindecken der dadurch ent­ stehenden Räume durch vertikale und horizontale Trag­ elemente. Massivsysteme zeichnen sich dadurch aus, dass sämt­ liche tragenden Elemente des Systems demselben tech­ nischen Zweck dienen, tragen und abschließen zugleich. Sie werden materialisiert durch isotrope Tragwerke, die entweder aus der Addition untergeordneter Elemente, etwa Ziegelsteinen, oder durch das Gießen monolithi­ scher Massen entstehen. Während das einschließende, überwiegend druckbelastete Massivsystem für den Zu­ schnitt von Räumen zunächst große Freiheiten bietet, schränkt das eindeckende, auf Biegung und Zug belas­ tete System diese Freiheiten weitgehend ein, weshalb raumbildende, tragende Massivsysteme auch mit ske­ lettartigen Eindeckungen aus Balken und Trägern kom­ biniert werden. Neben diesen komplementären Lösun­ gen entstehen reine Massivsysteme homogen durch die ­Kombination ausschließlich druckbelasteter Konstruk­ tionen, wie sie etwa von römischen Kuppel- und Gewölbe­

konstruktionen oder afrikanischen Lehmbauten bekannt sind. In der zeitgenössischen Architektur kommt die ­Kapelle in Oberrealta von Rudolf Fontana (1994) diesem Charakter des Massivsystems in der Homogenität des Mate­rialeinsatzes und der Raumwirkung sehr nahe, wenn­ gleich das auf Biegung beanspruchte Dachtragwerk die oben genannten Kriterien eines Massivsystems im stren­ gen Sinne nicht erfüllt.  1 Raumform, -größe und die Abmessungen der Öffnungen im Massivsystem sind begrenzt. Aus diesen Bindungen erwuchs früh das Bestreben, das massive System auf­ zulösen und in ein Skelettsystem zu überführen, indem die geschlossenen Wandscheiben schrittweise über im­ mer schmalere Wandpfeiler aufgelöst wurden. Beispiel­ haft stehen dafür die gotischen Kathedralen oder Tem­ pel auf Malta: „Der Unzulänglichkeit der Massivsysteme wurde durch die Annäherung an das Skelettsystem ent­ gegengewirkt“ (Norberg-Schulz); was der Entwicklung von schweren zu leichten Konstruktionen und der Öffnung des Raumes im 20. Jahrhundert, verstärkt durch sozial­ hygienische Forderungen, entspricht. Die homogene Backsteinkonstruktion der Grundtvigs­ kirche (1921–40) von Peder Jensen-Klint und Kaare Klint mit ihrer signifikanten Synthese aus expressionistischen und gotisierenden Elementen steht beispielhaft für diese Annäherung an das Skelettsystem durch Auflösung mas­ siver Wände in tragende Pfeiler.  2

1 In der zeitgenössischen ­Architektur kommt die Kapelle St. Nepomuk, Oberrealta, 1994, Rudolf ­Fontana, in ihrer Homo­ genität und Raumwirkung dem ­klassischen Massivbau sehr nahe. 2 Die Grundtvigskirche, Kopen­ hagen, 1921–40, Peder JensenKlint und Kaare Klint, steht durch die Auflösung massiver Wände in tragende Pfeiler beispielhaft für die Annäherung an das Skelett­ system.

massiv- und skelettsysteme 35

3 Grundlage für den Skelettbau: das dreidimensionale Raumraster

Als Gegenbild zum Massivsystem unterscheiden Ske­ lettsysteme zwischen raumbegrenzenden und tragen­ den Konstruktionen. Sie sind unabhängig voneinander. Räume können in Dimension und Form „mit einem höhe­ ren Grad an Freiheit“ (Norberg-Schulz) geschaffen wer­ den und auch die Öffnungen profitieren von dieser Ab­ nahme an Beschränkungen (vgl. „plan libre“, Le Corbusier). Gleiches trifft auf die Eindeckungen zu. Leistungsfähige, weit gespannte Konstruktionen und räumliche Flächen­ tragwerke unterstützten den Prozess der Öffnung und Befreiung.

4 Das Skelettsystem bietet ­maximale Flexibilität, Transparenz und die Freiheit von Tragen und ­Hüllen, in besonderem Maß in Ver­ bindung mit der Vorhangfassade, wie etwa verwirklicht bei dem ­Projekt VM Houses, Kopenhagen, 2005, BIG Bjarke-Ingels-Group.

3

4

Das konstruktive System des Skelettbaus basiert auf ei­ nem dreidimensionalen Raster 3, das Grundlage für die präzise Anordnung und Fügung der primären – tragen­ den – und sekundären – raumbildenden – Elemente ist. Es ist gleichfalls Impuls für die repetitive Eigenschaft des Skelettbaus, die im Wiederholen gleicher Teile auch Vor­ aussetzung ökonomischer Konstruktionen ist. Ludwig Mies van der Rohe benannte diese Qualität als Kenn­ zeichen einer „klaren Konstruktion“. Die konstruktiven Systeme im Skelettbau unterscheiden sich in der Größe und Maßstäblichkeit ihrer Elemente. Hat beispielsweise das Primärsystem als tragende Struktur Spannweiten von 5–9 m, ist in der Regel neben dem Primär- ein Sekun­ därskelett mit einem Bruchteil dieser Spannweite not­ wendig, um Wind- und Eigenlasten abzutragen und eine angemessene Elementierung der Hüllflächen zu ermög­ lichen. Das Sekundärskelett tritt als umhüllendes, aus­ fachendes oder frei gestaltetes System in Erscheinung, oftmals in Kombination dieser Qualitäten. Die Vorhang­ fassade 4 ist der Inbegriff des umhüllenden Systems. Primär- und Sekundärsystem werden geometrisch über Haupt- und Nebenraster definiert, die zugleich eine Hie­ rarchie von Tragen und Hüllen abbilden. Dabei werden Achs- und Bandraster sowie verschiedene Rasterüber­ lagerungen in der Planung genutzt, um die Bauteile zu ­koordinieren. S. 27 Auch die Lage der Fassade wird über das Raster definiert. Sie kann grundsätzlich vor, zwischen oder hinter dem äußeren Tragwerk liegen. S. 55

36 TRAGEN

tragwerk und raumbil dung: vertik al e und horizontal e tragel emente

1a

b

Innerhalb der Systeme Massiv- und Skelettbau gibt es weitere Differenzierungen nach dem Zusammenhang von Bauweise, Funktion, Raumbildung und Öffnung. Betrachtet man zunächst die vertikalen Tragelemente, so wird im Massivbau in einer ersten Ebene zwischen den Bauweisen Schachtel, Schotte und Scheibe unterschie­ den, die sich in einer zweiten Ebene (überwiegend im ­Geschossbau) auf die Wandbauweisen der Kreuz-, Längsund Querwandtypen auffächern. S. 38 Die Schachtelbauweise 1a stellt die traditionelle Bau­ weise im Massivbau dar, historisch materialisiert im Mauer­werksbau, Lehmbau oder bedingt in ausgefachten Fachwerkkonstruktionen und Holztafelbauten. Sie ist auch in massiven Holz- oder Betonkonstruktionen denk­ bar. Räumliches Merkmal der Schachtelbauweise ist die kammerartige Addition aneinandergefügter, allseits ge­ schlossener Räume, deren Wandöffnungen in ihren Di­ mensionen begrenzt sind und eher lochartigen Charak­ ter haben. Sie lässt nur wenig Flexibilität zu. Vertikale und horizontale Kräfte werden durch den Verbund der Wand­ scheiben abgetragen, so dass die Schachtelbauweise zu eher blockhaften, in sich geschlossenen Baukörpern führt, deren Kennzeichen massive Ecken sind. Vorteil der Schachtelbauweise ist die gleichmäßige, lineare Belas­ tung der Wände, die besonders durch zweiachsig ge­ spannte Betondecken gewährleistet wird. Die einachsig gespannte Holzbalkendecke, die bis in das frühe 20. Jahr­ hundert neben der Kappendecke die vorherrschende De­ ckenkonstruktion war, lässt die flankierenden Wände je­ weils unbelastet und ist insofern tragwerksbezogen eine weniger günstige Lösung. Die Schottenbauweise 1b wird durch die parallele An­ ordnung querlaufender, gereihter Wandscheiben charak­ terisiert. Sie ist somit eine typische Lösung für Bauauf­ gaben, die eine möglichst gleichmäßige Addition gleicher, autarker Einheiten bei maximaler Öffnung der Längs­

c

seiten vorsehen, etwa den Wohnungsbau. Das System tragender Wände quer zur Längsachse wird über den De­ ckenverbund mittels Rahmenwirkung durch aussteifende Längswände oder durch Kerne (Treppe, Sanitär- und ­Nebenräume) stabilisiert. Es stellt in den letzten beiden Fällen eine Mischkonstruktion dar, die Prinzipien von Schachtel- und Schottenbauweise überlagert. Ein Vor­ teil ist die Qualität des quer zur Längsachse orientierten Raumes, der einen fließenden Übergang zum Außen­ bereich bietet. Die Offenheit der Außenwände, die frei von konstruktiven Zwängen sind, gewährleistet ein Maxi­ mum an Licht und Sicht im Inneren. Auf die schalldäm­ mende Qualität der Schotten ist im Wohnungsbau be­ sonders zu achten. Die Scheibenbauweise 1c ist die am weitesten geöff­ nete und freieste Bauweise. Sie zeichnet sich durch eine freie Anordnung von abgewinkelten oder linearen Wand­ scheiben aus, die einen allseits gerichteten, vielfach dif­ ferenzierten Raumfluss gewährleisten, der bei den ver­ gleichsweise starren Systemen von Schachtel oder Schotte kaum möglich ist. Die Öffnungen entstehen hier durch die Abstände der Wandscheiben voneinander. Eine besondere Bedeutung kommt dem horizontalen Tragwerk der Deckenplatte zu, das die komplexen, aussteifenden und lastabtragenden Bedingungen (wechselnde Spann­ weiten, unterschiedliche Auflagerbedingungen, Kanten­ pressungen an den Kontaktflächen etc.) erfüllen muss. Die Abtragung der horizontalen Lasten hingegen ist durch die orthogonale Stellung der Wandscheiben ge­ währleistet. Wie oben beschrieben, werden diese kon­ struktiven und räumlichen Typologien oftmals kombiniert. Anlass können funktionale oder räumliche Überlegungen sein, etwa die gewünschte Polarität intimer und offener Räume im Wohnungsbau, oder konstruktive Überlegun­ gen, wie beispielsweise die Überlagerung der Schottenoder Scheibenbauweise mit kammerförmigen Elemen­ ten zur horizontalen Lastabtragung.

1 Bauweisen: a Schachtelbauweise b Schottenbauweise c Scheibenbauweise 2 Tragsysteme im Skelettbau: 3 Vorbemessung einfacher ­Tragwerke im Vergleich:

2

tragwerk und raumbildung: vertikale und horizontale tragelemente 37

Im Skelettsystem Kapitel 3 erfolgt die vertikale Lastab­ tragung durch Stützen, Stiele und Riegel, abhängig von der konstruktiven Fügung mit gelenkigen oder biege­ steifen Anschlüssen. Skelettsysteme bieten maximale Flexibilität, Transparenz und die Freiheit von Tragen und Hüllen. Sie lassen sich in Stütz-, Krag- und Hänge­ systeme einteilen. 2

Holz

stahl

Holzbalkendecke / Deckentragwerk h = l/17 b = h/3–h/2 e = 0,7–1,0 m

Stahlbetonunter-/-überzug Deckentragwerk Einfeldträger

h = ³ 50 · q · l²– 2 Biegung um y-Achse

y

h

h

h = l/8–l/12 b = ≥24 cm

b

b

Einfeldträger BSH / Hallentragwerk

Vollwandträger Hallentragwerk

h = l/17 l = 10–35 m e = 5–7,5 m

h = l/20–l/30 l = 3–20 m e = 5–7,5 m

Durchlaufträger BSH h = l/20

h

unterspannter Stahlträger Hallentragwerk h l

h

h System = l/12 h = ca. l/50–l/35 l = 6–60 m e = 5–7,5 m

h

h = l/12–l/15 l = 7,5–60 m e = 4–10 m

h

h = l/10–l/13 l = 8–75 m e = 5–7,5 m

l

l

h

H

h

Fachwerkrahmen Stahl Hallentragwerk

h

h

Rippendecke Deckentragwerk

a ≤70

Trägerrost Stahl Vollwand Hallentragwerk

h

h = l/35–l/25 l = 10–70 m l max/l min = max 1,3 l

Kassettendecke Deckentragwerk

b

h

l

h

120

Plattenbalkendecke Deckentragwerk

h = l/15–l/20 l = 6–12 m

l

l

60

l 70

h = l/20–l/10 l = 8–60 m e = 5–7,5 m

h = l/12 l = 15–40 m e = 4–6 m

Trägerrost BSH Hallentragwerk

h

l

l Zweigelenkfachwerkrahmen KVH Hallentragwerk

∏-Platten Deckentragwerk h = li/18–li/12 l = max 20 m h ≥ 10 cm

h = l/15–l/20 l = 6–14 m

h = l/40–l/30 l = 5–45 m e = 5–7,5 m

h

h

h = l/35

vorgespannt: h = li/24–li/18

Rahmen Stahl Hallentragwerk

Zweigelenkrahmen BSH

Spannbeton-Hohlplatten Deckentragwerk

l

Fachwerkbinder Hallentragwerk

Fachwerkbinder Hallentragwerk

h = l/30 h2 = l/20 lk = 15–40 m e = 5–7,5 m

h

l

H

h System = l/12–l/10 h = l/40 l = 5–20 m e = 5–7,5 m

Stahlbetonflachdecke punktgestützt Deckentragwerk h = l/25–l/20

l

unterspannter BSH-Träger Hallentragwerk

3

beton

Stahlträger IPE Deckentragwerk

Flächendachtragwerk h = l/16–l/24 b = h/3–h/2 e = 0,7–1,0 m

h = l/25–l/18 l = 10–25 m l max/l min = max 1,3

Die Realisierung erfolgt in unterschiedlichen Raster­ typologien und deckenabhängig analog zur Wandkonzep­ tion: längs, quer, gitterartig als Trägerrost, punktuell etc. Bei eingeschossigen, weit gespannten Konstruktionen, bei denen dem Dachtragwerk besondere Bedeutung zu­ kommt, fächern sich die Tragsysteme im Skelettbau auf in ein breites Spektrum von linearen (Ein-, Mehrfeld-, Rah­ men-, Bogenträger und Roste, als Wand-, unterspannte oder Fachwerkträger; Seiltragwerke) und flächigen Trag­ systemen (auch Roste, Schalen und Faltwerke). 3

b ≥5

h

h = l/20 l max/l min = max 1,1 a ≤70

b ≥5

60

38 TRAGEN

Im Massivbau sind grundsätzlich alle drei vorgestellten Typologien mit jeder der vier Deckenarten (Platte, Ge­ wölbe, Balken, Element) kombinierbar. Auswirkungen und Abhängigkeiten ergeben sich auch hier im Verhältnis von Tragwirkung und Raumbildung und in der Art der Addition und Fügung, also in Form der vertikalen Raumbezüge und Durchdringungen, wie sie aus Erschließungs- und Ver­ sorgungsfunktionen oder räumlichen Anforderungen ­entstehen. Das angemessene Deckentragwerk für die Schachtel mit quadratischem bis leicht rechteckigem Grundriss ist die zweiachsig gespannte Deckenplatte als ungerichtetes System mit linearem oder – ausnahms­ weise – punktförmigem Auflager bei Pfeilern. Miller und Maranta realisierten bei dem Seminargebäude (2004), als Erweiterung der Villa Garbald in Castasegna, ein signifikantes Beispiel für eine schachtelartige Kon­ zeption. Aufgrund des nicht orthogonalen, polymor­ phen Raumsystems sinnvoll umgesetzt als Stahlbeton­

konstruktion im monolithischen Verbund von Decken- und Wandtragwerk. Ringförmig umgeben die Schlafkammern den zentralen Erschließungskern, so dass ein spiralför­ miges Raum- und Nutzungsschema entsteht und sich wechselnde Raumerweiterungen dieser Kernzone erge­ ben. Der Grundsatz der direkten vertikalen Last­abtragung wurde weitgehend berücksichtigt, Wärmedurchgänge durch Leichtbeton und innenliegende Verzögerungsstrei­ fen gemindert.  1, 2 Die Addition des schachtelartigen Grundmoduls in ein oder zwei Richtungen gibt Möglichkeiten zur Nutzung der Durchlaufwirkung des Deckentragwerks. Eine weitere Optimierung stellt beispielsweise die Kragplatte dar. Die Schachtelbauweise differenziert sich durch ihre Addi­ tion in horizontaler und vertikaler Richtung weiter aus. Im Geschossbau entwickelte sich so aus dem Grundtypus, durch Optimierung von Funktion, Raum und Tragwerk, der Längswand-, Querwand- und Kreuzwandtyp.   3

3a

b

c

1, 2  Restaurierung und ­Erweiterung Villa Garbald, ­Castasegna, 2004, Miller & Maranta, Schnitt, M 1:200 3 Typologien im Geschossbau: a Längswand b Querwand c Kreuzwand

1

2

tragwerk und raumbildung: vertikale und horizontale tragelemente 39

In der Stapelung, vor allem im Bereich des traditionellen Wohnungsbaus, bei dem in Zeiten großer Wohnungsbau­ programme weniger Flexibilität als vielmehr Volumen im Vordergrund stand, gab es beispielsweise mit den Kopen­ hagener Projekten Hornbaekhus und Dronningegarden von Kay Fisker (1893–1965) typische Realisierungen des Längswandtyps mit – vermutlich – einachsig gespannten Decken und Durchlaufwirkung in Querachse. 4, 5 Mit den tragenden Wänden in Längsrichtung und der gleichmäßigen Reihung von Lochfenstern stellte das Hornbaekhus als erstes Projekt des sogenannten „Kilo­ meterstils“ eine besonders ökonomische und tragwerks­ optimierte Lösung dar: Die tragenden Außenwände des Längswandtyps bieten durch ihrer Wandstärke zugleich auch ein günstiges bauphysikalisches Leistungsprofil.

4, 5 Wohnanlage Dronningegarden, Kopenhagen, 1946, Kay Fisker, Grundriss M 1:500 5

4

40 TRAGEN

Das gerichtete Raummuster findet seine konsequente Umsetzung in einer gerichteten Deckenkonstruktion, die als einachsig gespannte Plattendecke, als Balkenoder Elementkonstruktion – idealerweise mit Durchlauf­ wirkung – umgesetzt wird. Von Seidlein Architekten realisierten mit der Reihen­ wohnanlage in München-Harlaching (2001) eine klare Umsetzung dieses Tragwerks- und Raumkonzepts. Ort­ betonscheiben, ohne Vorlagen oder direkt anschließende Querwände im Erdgeschoss, stellen die Grundstruktur der vertikalen Lastabtragung dar, sie sind ergänzt durch Fertigteile im Terrassenbereich. Die Aussteifung gegen Horizontallasten wird über das Deckentragwerk und je eine quergestellte Wandscheibe gewährleistet, die in Geschossmitte im Bereich des zentralen, freistehen­ den Kerns (Erdgeschoss) bzw. als wandanschließende Scheibe (Obergeschoss) platziert ist.  1, 2

Das ungleichmäßige, in zwei Achsen angelegte Raum­ gefüge der Scheibenbauweise schafft vergleichsweise komplizierte Auflagergeometrien und Lastkonzentratio­ nen. Daher sind weniger homogene Wandkonstruktionen, sondern eher Tragwerke, die auf die unterschiedlichen Kontaktlasten reagieren können, geeignet. Dies trifft auch auf die Deckenkonstruktion zu, die als Balken- oder Elementdecke, besser aber als monolithische Decken­ platte ausgeführt werden kann. Als Stahlbetonplatte ­gewährleistet sie die unterschiedlichen Lastbeanspru­ chungen durch die dem Kraftfluss folgenden variieren­ den Dichten der Bewehrungsführungen „in sich“, das heißt innerhalb des Systems. Ein typisches, gleichwohl extremes Beispiel für die mate­ rial- und tragwerksgerechte Umsetzung eines solchen Raumgefüges stellt das Mehrfamilienhaus Forsterstraße (2003) von Christian Kerez in Zürich dar.  3–6

2

1

1, 2  Reihenhaus-Wohnanlage, München, 2001, von Seidlein ­Architekten. Die klare Konstruk­tion aus Ortbeton und Fertigteilschot­ ten bestimmt die zurückhaltende Atmosphäre der Anlage. Der indus­ trielle Charakter der Fertigung ­spiegelt sich in der strengen ­Gestalt der Reihenhäuser wider. Ausschnitt Grundriss, M 1:500

tragwerk und raumbildung: vertikale und horizontale tragelemente 41

4

3

5 3–6  Wohnhaus Forsterstraße, Zürich, 2003, Christian Kerez. Das Mehrfamilienhaus stellt konst­ ruktiv eine Besonderheit dar. Das „bodenverbundene“ Scheiben­ system wurde hier gestapelt. Die Struktur erinnert an ein Kartenhaus, bei dem sich die Wandscheiben ­zusammen mit den Geschossplat­ ten in einem ausgeklügelten Gleich­ gewicht halten. Grundriss M 1:500

Das eher als eingeschossiges, „bodenverbundenes“ Sys­ tem gedachte Scheibenkonzept wird hier gestapelt und um von Geschoss zu Geschoss versetzte Wandscheiben ergänzt. Ein feinsinnig bearbeitetes, zugleich aufwen­ diges räumlich-konstruktives Konzept und ein optimier­ tes Tragsystem waren Voraussetzung für diese Lösung, die den vertikalen Kraftfluss durch die geometrischen Schnittmengen der Kontaktflächen ermöglicht und die Wandscheiben als integralen Teil des Tragwerks für hori­ zontale und vertikale Lasten versteht. So entstand ein in allen Richtungen wirkendes Verbundtragwerk aus Plat­ ten und Scheiben, das die stützenfreie Nutzung der ­untersten Ebene als Parkgeschoss gewährleistet. Be­ trachtet man die oben genannten Kategorisierungen, so wird deutlich, dass es sich um einen Sonderfall han­ delt. Zum einen könnte man in der Homogenität der ­Materialisierung von horizontalen und vertikalen Trag­ elementen Kennzeichen eines monolithischen Massiv­ baus ­sehen, zum anderen ist die Trennung des zumindest äußeren Raumabschlusses vom Tragwerk ein Merkmal des ­Skelettbaus. Die Regelhaftigkeit eines repetitiven Skelettbaus erlaubt, wie oben beschrieben, ein breites Spektrum von Decken­ tragwerken. Als gerichtete Konstruktionen sind Unter­ zugsdecken in mehreren Lagen oder Elementdecken, sinnvoll kombiniert mit einem gerichteten, rechteckigen Stützenraster, zu nennen. Als ungerichtete Decken über ungerichteten, quadratischen Raster eignen sich be­ spielsweise zweiachsig gespannte Plattendecken, gege­ benenfalls als Pilzkopfdecken.  Decken S. 130

6

42 TRAGEN

Durch die inneren Freiheiten des Skelettsystems sind alle denkbaren Grundrissorganisationen bei maximaler Flexibilität denkbar 1a, wie beispielhaft in Le Corbu­ siers Projekt des Kongressgebäudes für Straßburg (1964) demonstriert. Eine besondere Bedeutung hat die Kombination vertikaler und horizontaler Tragelemente für die Standsicherheit eines Bauwerks, vor allem bezogen auf die Abtragung horizontaler Lasten. Zur räumlichen Aussteifung wirken vertikale und horizontale Tragwerke im Verbund und leiten so horizontale Kräfte aus Windund anderen Lasten in den Baugrund ab.

Die Aussteifung kann nur durch Vertikalscheiben oder durch die Kombination von Vertikal- und Horizontalschei­ ben erfolgen. Im ersten Fall sind pro Geschoss in jeder Achse, quer und längs, Vertikalscheiben vorzusehen. Im zweiten Fall können die Vertikalscheiben pro Geschoss bis auf drei verringert werden, wenn die Deckenscheibe steif ausgebildet wird. Voraussetzung ist, dass sich die Wirkungsachsen der Vertikalscheiben nicht nur in einem Punkt schneiden. S. 83 Die flächige Ausbildung der Trag­ elemente durch Scheiben kann konzept- und material­ abhängig durch Verbände oder Rahmen ersetzt werden.

1 Möglichkeiten der Grundriss­ organisation: a Prinzipdarstellung des Plan libre nach Corbusier, der bei maximaler Flexibilität alle Freiheiten der Grundrissgestaltung bietet. b Prinzipdarstellung eines stan­ dardisierten Skelettbaus, der durch seine repetitiven Eigenschaf­ ten eine hohe Wirtschaftlichkeit ­gewährleistet

1a

b

tragwerk und raumbildung: vertikale und horizontale tragelemente 43

2

c

2 Einwirkende Kräfte und Anordnung von aussteifenden Bauteilen: Aussteifung durch Fassung der Wand an den Ecken, Querwände und Deckenscheibe 3 Möglichkeiten der Aussteifung: a Kernaussteifung im Verbund mit Deckenscheibe b Aussteifung durch die ­Anordnung von Scheiben, deren Wirkungs­linien sich in mehr als ­einem Punkt schneiden müssen, da sonst kein Gleichgewicht ­gegen Verdrehen um diesen Punkt möglich ist. c Aussteifung durch Verbände

b

4 Aussteifung mehrgeschossig: Bei größeren Bauhöhen sind neben steifen Decken zumindest einzelne queraussteifende Wandscheiben erforderlich. Bei Decken ohne Aus­ steifungsvermögen verringert sich der Abstand notwendiger Quer­ wände. Voraussetzung für größt­ mögliche Schlankheit (Verhältnis Bauteildicke zu Fläche) ist die kraft­ schlüssige Verbindung der Wandund Deckenscheiben.

a

3

4

44 TRAGEN

l eistungsprofil e und ökologische effizienz

Die Materialentscheidung und die Konzeption des Trag­ werks werden durch entwerferische Aspekte wie Atmo­ sphäre und Anmutung, Haptik, Textur und akustische Qualität beeinflusst, wie es der Vergleich der Texturen von Beton (flächig), Mauerwerk (modular) und Holz (linear) in Farbe, Tiefe und Verwitterungsverhalten beispielhaft 1–3 Daneben sind vor allem physika­ deutlich macht. lische Merkmale, wie die Druck- und Zugfestigkeit oder die Fähigkeit, Wärme zu leiten, Feuchte zu speichern und gegen Schall oder Brand zu schützen, für die Wahl von Materialien und Tragwerken entscheidend.

1

2

Vor dem Hintergrund globaler Naturzerstörung, der zu­ nehmenden Gefährdung unserer Lebensgrundlagen und mit Blick auf den Kontext von Natur, Mensch und Um­ welt sind die Leistungsprofile für Materialien und Kon­ struktionen immer mehr unter dem Gesichtspunkt der ­Nach­haltigkeit zu betrachten. So sind Materialien und Konstruktionen darauf zu prüfen, inwieweit sie bei Her­ stellung, Transport, Verarbeitung und in ihrem Nutzungsund ­Alterungsprozess in den Naturkreislauf eingebunden sind. Auch die Frage der Transportwege bzw. der Verfüg­ barkeit vor Ort spielt dabei eine wichtige Rolle, ebenso wie die der Erneuerbarkeit natürlicher Baustoffe wie Holz oder Lehm. Bevor im Folgenden die Optionen aus der Kombination verschiedener Materialen zu Konstruktionen und Trag­ werken dargelegt werden, soll zunächst eine exempla­ rische materialbezogene Betrachtung zeigen, wie sehr die notwendige ökologische Bewertung konstruktive Ent­ scheidungen beeinflusst. Holz zeichnet sich durch seine Anisotropie aus, die sich aus den natürlichen Qualitäten des Baustoffs ergibt. Sein zellularer Aufbau als gebündelte, lineare Struktur führt zu seiner gerichteten, physikalischen Charakteristik: Voll­ holz ist besonders längs zur Faserrichtung leistungs­ fähig für Normalkräfte, die Druck und Zug übertragen, während es in Querrichtung nur einen Bruchteil dieser Kräfte aufnehmen kann. Diese einachsig gerichtete sta­ tische Struktur des Vollholzes und sein differenziertes Verformungsverhalten haben eine Vielzahl von Holz­ werkstoffen hervorgerufen, die durch Verleimung oder mechani­sche Verbindung aus geschälten, gesägten oder gespanten Bestandteilen produziert werden. In architek­ tonischem Ausdruck und räumlicher Ausformung ent­ wickelt sich daraus die tragende Struktur von linearen zu flächigen Bauweisen, vom Skelett- zum Wandbau. ­Unter ökologischen Aspekten hat Holz ein positives ­Leistungsprofil: eine hohe CO2-Bindung und die Wieder­ verwendbarkeit durch reversible Fügungen.

3

leistungsprofile und ökologische effizienz 45

1 Blumenkiosk, Malmö, 1969, ­Sigurd Lewerentz 2 St. Peter, Klippan, 1963, Sigurd Lewerentz 3 Seebad in Kastrup, Kopenhagen, 2005, White Arkitekter 4–6  Haus Rauch, Schlins, 2008, Boltshauser Architekten, Martin Rauch. Das in tragendem Stampf­ lehm ausgeführte dreigeschossige Wohnhaus ist aus dem aufberei­ teten Baugrund erstellt. Isometrie M 1:500 4

Beispielhaft dafür steht der Palais de l’Equilibre der zerischen Landesausstellung in Neuenburg Schwei­ (2002), von Hervé Dessimoz, der eine Ausstellung zum Thema nachhaltiger Entwicklung präsentierte. Dieses Ziel setzte er konsequent auch in der Materialisierung um. Dabei demonstrierte die Wahl von Holz nicht nur die Bedeutung erneuerbarer Roh- und Baustoffe für die Ziele nachhaltiger Konzepte. Indem das Douglasienholz aus Peter Zumthors Klangkörper, realisiert für die Welt­ ausstellung 2000 in Hannover, eingesetzt wurde, konnte auch die besondere Qualität der Wiederverwendbar­ keit von Holz aufgezeigt werden. Insgesamt wurde Dou­ glasien-, Tannen- und Fichtenholz in Vollholz und Holz­ werkstoffen verbaut; der gesamte Rohholzbedarf von 2500 m³ wächst im Schweizer Wald in weniger als drei Stunden nach.

eher als ausfachendes Material, wie traditionell im Holz­ skelettbau, aber auch mit Mauerwerks- und Betontrag­ werken gesehen. Als tragende, homogene Wandkonst­ ruktion beschränkt es sich hauptsächlich auf niedrige Bauten. 4–6 Die bauphysikalischen Qualitäten zeichnen sich im Ver­ gleich zu massiven Wandbaustoffen wie Ziegeln oder Gasbeton durch eine gute Speicherfähigkeit von Feuchte und Wärme aus. Aufgrund der kapillaren Leitfähigkeit ­bietet Lehm gute Voraussetzungen für die Dampfdiffu­ sion, so dass bei Tauwasserausfall im Wandquerschnitt Feuchtigkeitsprobleme nicht zu erwarten sind. Lehm weist eine hervorragende Ökobilanz auf: Weder bei Ge­ winnung, Verarbeitung, Transport oder Nutzung sind ge­ sundheitsschädigende Emissionen zu erwarten – Roh­ stoffe sind in ausreichender Menge vorhanden. Die handwerkliche Verarbeitung in Selbsthilfe ist eine beson­ dere Qualität der Lehmbauweise, die mehrfache Wieder­ verwendung auf einfachste Weise gewährleistet und die Wartung erleichtert.

Lehmbaustoffe als Gemisch aus Ton, Sand und Schluff weisen ein isotropes Gefüge aus, die Lastabtragung ­erfolgt richtungsunabhängig. Lehm wird grundsätzlich

5

6

46 TRAGEN

Stahl als wichtigstes Baumetall wird vielfältig eingesetzt und tritt bei Tragwerken in Form warm und kalt verform­ ter Stahlprofile und -bleche, aber auch als Betonstahl im Verbund mit Beton, Holz oder Ziegelkonstruktionen auf. Ferner als Beschlag und Verbindungsmittel, etwa im Holzbau. Stahl ist in weiten Bereichen aufgrund seiner herausragenden Festigkeitswerte unverzichtbar. Opti­ mierte Tragwerke aus Stahl zeichnen sich grundsätzlich durch hohe Vorfertigungsgrade, trockene Bauweisen, ihr geringes Gewicht im Verhältnis zum Gebäudevolumen und große Freiheiten bei der Konzeption von Grundriss und Hülle aus. 1 Bauphysikalisch weist Stahl eine hohe Wärmeleitfähig­ keit auf. Maßnahmen wie Beschichtungen oder Feuer­ verzinken dienen dem passiven Korrosionsschutz, als ­aktiver Schutz ist korrosionsschutzgerechtes Konstru­ ieren in der Planung frühzeitig zu berücksichtigen. Tra­ gende Bauteile sind gegen Brandeinwirkung durch Be­ kleidung oder Beschichtung zu schützen. Gegenüber seiner überragenden statischen Leistungsfähigkeit weist Stahl eine eher problematische Ökobilanz auf: Besonders die Gewinnung und Verarbeitung ist mit gesundheits­ schädigenden Emissionen verbunden und erfordert ­einen großen Energieeinsatz.

Eisenerz als Rohstoff für die Stahlproduktion unterliegt einer immer schärfer werdenden geopolitischen Konkur­ renz um die Lagerstätten und ist als mineralisches Vor­ kommen endlich. Umso wichtiger ist der Aspekt der ­Wiederverwendung von Bauteilen und Halbzeugen bei Demontagen und Neukonstruktionen: Die Differenzie­ rung nach Lebensdauer, reversible Fügungen, konstruk­ tive Fugen und hohe Vorfertigungstiefen sind in die ­materialgerechte Planung frühzeitig zu integrieren. Die exemplarische Charakterisierung dieser drei Werk­ stoffe zeigt, welche Faktoren für die Bewertung von ­Materialien grundsätzlich von Bedeutung sind. Als tech­ nische Kennwerte sind sie in verschiedene Rechen­ modelle zur Ökobilanzierung eingeflossen, die das jewei­ lige Leistungsprofil ausweisen: Zunächst nach dem Kennwert für Primärenergie PEI, der den Energieaufwand für Gewinnung, Produktion und Transport abbildet, diffe­ renziert nach nicht erneuerbaren und erneuerbaren Ener­ giequellen. Ferner werden die verschiedenen Auswir­ kungen auf Klima und Umwelt quantifiziert auf den Treibhauseffekt, den Ozonabbau, auf Versperrung, Über­ düngung und Sommersmog.  2

1 Zeitgenössischer Stahlbau: Landmarke Lausitzer Seenland, Senftenberg, 2008, Stefan Giers 2 Tabelle: Leistungsprofil Wand und Ökobilanz, nach Hegger u. a., Energie Atlas 3 Tabelle: Bauteil Decke, nach Hegger u. a., Baustoff Atlas 4 Sanierung der Liebfrauen­ kirche, Projekt, Duisburg, 2010, Hannes Hermanns und Susanne Klösges. Energetische Beratung: Günter Pfeifer. Die baufällige ­Fassade ­wurde durch eine umlau­ fende Luftkollektor-­Fassade aus Poly­carbonatplatten ausgetauscht. Durch das Sammeln des solaren Energieeintrags von ­allen Seiten des Gebäudes wird ein energeti­ sches Luftpolster ­geschaffen. Die vorhandene Stahlbetonkonstruk­ tion dient dabei als ­Speichermasse.

Wände pro m²

PEI

PEI

GWP

Dauer-

Schichtaufbau

Primärenergie

Primärenergie

Klimagase

haftigkeit

n. erneuerbar

erneuerbar

[MJ]

[MJ]

[kg CO2eq]

[a]

650

83

45

70–100

96

1,2

4,2

70–90

410

14

65

70–90

247

5,1

26

80–90

517

14

56

90–100

186

2,5

8,9

90

massive Wände Stahlbeton Stahlbeton C25/35 2 % Stahlanteil (FE 360 B), 200 mm Lehmstein Lehmstein luftgetrocknet, p=140 kg/m³, 240 mm Lehmmörtel Porenbetonstein Porenbetonstein (PPW 4-0,6 NuF), 240 mm Mauermörtel MG III Bims-Leichtbetonstein Bims-Leichtbetonstein (VBL 2), 240 mm Mauermörtel MG III Kalksandstein Kalksandstein (KSL 12/1,4), 240 mm Mauermörtel MG II Gipsdiele Gipsdiele, 100 mm

1

2

Gipsmörtel MG IV

leistungsprofile und ökologische effizienz 47

Unter dem Gesichtspunkt nachhaltiger Materialisierun­ gen sollte neben dem Einbauzustand auch die energe­ tische Bilanz über den gesamten Nutzungszyklus des Bauwerks berücksichtigt werden. Dabei ist der Aufwand an Energie und Ressourcen zur Gewinnung der Roh­ stoffe und Produktion der Baustoffe dem Gewinn (Wär­ meschutz, Schallschutz, Speicherfähigkeit) während der Nutzung gegenüberzustellen. Neben dem Nutzen einzel­ ner Baustoffe ist ferner das Gesamtprofil des Bauteils und der Konstruktion zu bewerten. In verschiedenen ­Bauteilkatalogen ist darüber hinaus die Auswertung von Bauteilquerschnitten möglich, etwa für eine Decken­ konstruktion.  3

nis des Cradle-to-Cradle-Prinzips (Michael Braungart) eine geschlossene, biologische Werkstoffkette berück­ sichtigt werden, die von der Gewinnung über die Verwer­ tung bis hin zur erneuten Gewinnung einen ökoeffektiven Prozess darstellt. In der notwendigerweise schlaglichtartigen Betrachtung zeigt sich, in enger Verknüpfung mit dem Entwurfskon­ zept, ein breites Spektrum an Möglichkeiten, nachhaltige Lösungen für Tragwerke zu entwickeln, die sich auf den Leistungsprofilen der verwendeten Materialien gründen.

Erweitert man den Blick auf die energetischen Optionen, die sich aus der Materialkombination zu mehrschaligen und mehrschichtigen Bauteilen ergeben, so zeigen sich zwei Tendenzen: Zum einen die Integration aktiver Kom­ ponenten in die teils nichttragende Hülle, zum anderen die Vernetzung der Materialien und Konstruktionen in ­einem dynamischen Nutzungsverständnis. Als ein Bei­ spiel steht der kybernetische Ansatz von Günter Pfeifer und Siegfried Delzer, die bei ihren Projekten auf Basis ­dynamischer Nachweismodelle experimentell die Opti­ mierung der Energieeffizienz nachweisen. 4 Neben der Betrachtung der Material- und Tragwerksqua­ lität ist, wie oben beschrieben, der Blick auf den gesam­ ten Lebenszyklus eines Projekts von Bedeutung. Im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit der Materialien und die Nutzungszeit ist zu untersuchen, inwiefern durch Re­ versibilität und konstruktive Maßnahmen Demontage und Wiederverwendung möglich sind und inwieweit die unter­ schiedlichen Lebenszyklen der konstruktiven Komponen­ ten berücksichtigt werden müssen. Es geht also grundsätzlich nicht nur um die Frage, wel­ ches Material, sondern auch wie es eingesetzt, konstru­ iert wird. Im Idealfall könnte nach dem Kreislaufverständ­ Deckensystem

übliche

spezifisches Gewicht

Wärmedurchgangs-

Wasserdampf-

Beitrag zur

übliche Spannweite

widerstand

diffusionswiderstand

Schalldämmung

Einfeldträger

[kg/m³]

[m²k/W]

[–]

Aufbauhöhe [mm]

4

gerichtet

ungerichtet

Möglichkeit der

Notwendigkeit

Auskragung

einer Schalung

zweiachsig

○

[m]

Massivbaudecken Stahlbetonflachdecke

120–180

290–440

0,05–0,08

80/130

80/130

6–9

Trapezblechverbunddecke

120–320

270–375

0,05–0,08

≥100 000

≥100 000

2–5,8

○

einachsig zweiachsig

Betonrippendecke

○

187,5–500

180–430

0,03–0,05

70/150

70/150

6–12

○

Plattenbalkendecke

350–900

280–620

0,03–0,05

70/150

70/150

bis 14

○

Hohlplattenbalkendecke

120–400

210–580

0,67–0,77

5/10

5/10

8–11,5

○

90–290

125–470

0,13–0,36

5/10

5/10

bis 6,5

○

Stahlbetonflachdecke

140–200

120–180

0,61–0,71

2

2

4–6,5

○

einachsig

Trapezblechverbunddecke

120–216

85–155

0,71–1,18

90/220

90/220

bis 6

○

einachsig

Betonrippendecke

120–320

40–90

0,46–0,74

5

5

6–10

○

einachsig

Stahlsteindecke

○

Holzdecken

3

○

T R AG EN U N D M AT ERIA L ISIER EN materialisieren | SKELETTBAU

k apit el 3

prinzipien des t r agsyst ems

50

Stahl bau 56 b e ton- u nd STAHL B ETONBAU

64

HOLZBAU 68

50 materialisieren I SKELETTBAU

PRINZIPIEN DES TRAGSYSTEMS

Der Skelettbau ist als ein in sich geschlossenes Kon­ struktionssystem zu verstehen, das gleichwohl in der zeitgenössischen Architektur nur selten zu finden ist. Die meisten Bauten sind in einer kombinierten Bauweise er­ richtet, wobei der Übergang vom Wand- zum Skelettbau fließend ist. Die Darstellung „reiner“ Tragsysteme ist den­ noch notwendig, um die unterschiedlichen Prinzipien der einzelnen Bauweisen zu begreifen. Weit gespannte Tragkonstruktionen wie Hallentragwerke oder Sport- und Freizeitbauten sind auch heute noch ­typische Anwendungsbeispiele der Skelettbauweise, ebenso wie große, stützenfreie Räume in Industrieanla­ gen, Geschäftshäusern oder Versammlungsbauten. Ins­ besondere bei hohen, im Grundriss beschränkten Gebäu­ den wie den Hochhäusern bietet die Skelettbauweise aufgrund ihrer geringen Eigenlasten und weitgehender Flexibilität in der Grundrissgestaltung Vorteile, während sie im Wohnungsbau mit seinen geringen Deckenspann­ weiten eine eher untergeordnete Rolle spielt. Die Mög­ lichkeit, auf innere Trennwände verzichten zu können und ganze Etagen auch nach Baufertigstellung noch verän­ derten Nutzeranforderungen anzupassen, hat dem Ske­ lettbau zu seiner größten Verbreitung im Verwaltungs­ bau verholfen. Durch seine leichte Bauweise fehlt ihm die Masse des Wandbaus und damit dessen Speicherfähigkeit, die bei energetisch optimierten Bauwerken durch zusätzliche Schichten hergestellt werden muss. Als komplexe, einer strengen Logik gehorchende Systeme erfordern Skelett­ bauten ein hohes Maß entwerferischer Disziplin. Das Bauwerk wird stärker als im Wandbau vom Detail be­ stimmt. Die Skelettbauweise zwingt den Entwerfer, in Systemen, Ordnungen und Hierarchien zu denken. 1 Die dem Skelettbau eigenen Fügungsmöglichkeiten so­ wie die spezifische Ökonomie der Materialverwendung führten schon früh zu Überlegungen, wie etwa durch Vor­ fertigung Bauzeit und -kosten vermindert werden kön­ nen. Damit markiert der Skelettbau den Beginn der Fer­ tigteilbauweise, die heute aus dem gewerblichen Bauen nicht mehr fortzudenken ist. Aus ökonomischen Gründen und einem komplexeren Planungsprozess ­heraus wird heute die überwiegende Zahl neuer Gebäude in einer Mischbauweise aus Skelett- und Wandbau errichtet.

a c

b

c

1

1 Prinzip Skelettbau, Trennung von Primärsystem: a Tragwerk und Sekundärsystemen: b Hülle c Ausbau

PRINZIPIEN DES TRAGSYSTEMS 51

Im Skelettbau finden sich unterschiedliche Tragsysteme: Für Gebäude mit vielzelliger Raumstruktur, zumeist mehr­ geschossig, eignen sich andere Tragwerke als für hallen­ artige, eingeschossige Bauten. Während Letztere mit ­einem oft weit gespannten, einfachen horizontalen Trag­ werk auskommen und die Anforderungen an Schall- und Brandschutz gering sind, benötigen mehrgeschossige Bauten eine dichtere Stützenstellung, um mittels massi­ ver Deckensysteme den entsprechend höheren physi­ kalischen Anforderungen von Büro- oder Wohnbauten Rechnung zu tragen. Beiden Systemen gemein ist das Grundprinzip der Auflösung des Tragwerks in einzelne Elemente und der strikten Trennung von Tragwerk und Gebäudehülle. Im Geschossbau wird differenziert in ste­ hende, hängende und kragende Systeme. 2a mit Am gebräuchlichsten sind stehende Systeme einer Lastabtragung über Träger und Stützen in die Fun­ damente. Bei hängenden Systemen 2b werden die hauptsächlich druckbelasteten Außenstützen durch Zug­ glieder ersetzt, deren Lasten über Kopftragwerke in e ­ inen massiven Kern eingeleitet werden. Der Bau eines Hänge­ hauses ist verhältnismäßig aufwendig und nur sinnvoll, wenn die Erdgeschosszone stützenfrei sein soll. Bei Kragsystemen 2c sind die Deckenträger biegesteif an einen Kern angeschlossen. In der Fassadenebene befin­ den sich keine Tragelemente. Da die Kragträger Verfor­ mungen ausgesetzt sind, müssen die Anschlüsse an die Fassade entsprechend beweglich gestaltet werden.

3a

b

c

4a

Alle Bauteile eines Gebäudes tragen als Teile eines Ge­ samttragwerks Lasten und Kräfte ab. Ein Skelett, das sich aus stabförmigen Tragelementen wie Stützen und

b

Trägern sowie aus darauf gelagerten Dach- oder Decken­ scheiben zusammenfügen lässt, muss die Lasten und Kräfte nicht nur in der Vertikalen abtragen, sondern auch gegenüber horizontalen Kräften formstabil bleiben. Alle Kräfte und Lasten werden daher zunächst in der Ho­ rizontalen durch ein System aus Trägern (als Scheibe) zu­ sammengefasst und konzentrieren sich dann in der Ver­ tikalen auf einzelne Stäbe (Stützen), welche die Lasten in die Fundamente leiten. Tragende Wände oder zu Wän­ den verbundene Stützen werden in einem derartigen Sys­ tem als nichttragende Trennwände, als Fassade oder zur Aussteifung benötigt. Die horizontalen Tragglieder be­ stehen entweder aus hierarchisch gefügten Systemen einzelner stabförmiger Tragelemente (Träger) oder aus einer massiven Scheibe (Deckenplatte), die in sich unter­ schiedliche statische Funktionen vereint. Hieraus resul­ tiert die Unterscheidung in „Stütze-Träger-System“ und „Stütze-Platte-System“. 4 Die Differenzierung erfolgt in Längs- und Querträger­ systeme sowie in Haupt- und Nebenträger. Je nach An­ forderung kommen Einfeld- oder Mehrfeldträger zur Aus­ führung; bei Hallen oftmals Rahmen, die auch nach dem Fachwerkprinzip aufgelöst werden können. Bei Rahmen­ verbindung muss die als „Stiel“ bezeichnete Stütze zu­ sätzliche Biegemomente aufnehmen können. Beim soge­ nannten Trägerrost kreuzen sich gleiche Trägerscharen in einer Ebene. Sie sind in den Kreuzungspunkten biege­ steif verbunden und tragen dadurch die Lasten in zwei Richtungen ab. Die Ableitung der Kräfte in die Funda­ mente erfolgt dabei punktuell und nicht linear wie im Wandbau. Hierdurch kommt der Stütze als vertikalem Tragglied im Skelettbau eine besondere Bedeutung zu.

2 Skelettsysteme: a stehendes System (Lake Shore Drive Apartments, Chicago, 1949, Ludwig Mies van der Rohe) b hängendes System (BMW-Hochhaus, München, 1972, Karl Schwanzer) c kragendes System (Ausstellungspavillon, Brüssel, 1958, Egon Eiermann, Sep Ruf) 3 Skelettbautypologien, ohne aussteifende Elemente: a Scheibenbauweise (einzelne tragende Wandscheiben) b reine Skelettbauweise: (tragendes System von Stützen) c kombinierte Skelettbauweise (Stützen und Wandscheiben) 4 Skelettbausysteme: a Stütze-Träger-System b Stütze-Platte-System

2a

b

c

52 materialisieren I SKELETTBAU

1 Im Detail der Fügung, dem ­Knoten, spiegelt sich die Ordnung der gesamten Konstruktion: a materialfreies Idealbild eines Knotenpunktes b Stahlknoten, geschraubt c Ortbeton-Knoten, gegossen d Holzknoten mit Schlitzblechen aus Stahl

1a

b

Den Übergang vom horizontalen zum vertikalen Trag­ glied, also den Anschluss zwischen Träger und Stütze, bezeichnet man als Knoten bzw. Fügung. Der Knoten kennzeichnet den Ort, an dem die Flächenlasten aus den Decken in die Stützen eingeleitet werden, um als Verti­ kallasten in die Fundamente abgetragen werden zu kön­ nen. Das Stützenraster bestimmt das Grundrissgefüge des Skelettbaus. Im Detail der Fügung, dem Knoten, ­spiegelt sich die Ordnung der gesamten Konstruktion. Das Idealbild des Knotens besteht aus einem dreidimen­ sionalen Gebilde aus Trägern und Stützen 1a, deren Wirkungsachsen sich schneiden oder durchdringen. Derartige Fügungen in einer Ebene sind in der Baupraxis häufig mit einer aufwendigen Montage verbunden, wie ein Vergleich der drei Materialien Stahl, Stahlbeton und Holz 1b–d zeigt. Einzig die Ortbetonbauweise vermag die Fügung aller Bauteile in einer Ebene ohne Mehrauf­ wand zu lösen. Im Stahlbau benötigt man mit zusätz­ lichen Montagehilfen, Kopf- und Fußplatten sowie ein­ geschweißten Blechen zusätzliche Elemente, um die Lastübertragung der oberen Stütze durch den Träger auf die untere Stütze zu gewährleisten. Der Holzbau ermög­ licht zwar durchdringungsähnliche Fügungen, kann aber in den Knotenpunkten ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie Stahlwinkel oder Schwerter, keine Momente übertragen. Holzbaugerechte Konstruktionen finden sich dagegen bei den Zangensystemen S. 74, deren Prinzip auch auf die anderen Materialien übertragen werden kann. Fügun­ gen in zwei Ebenen sind konstruktiv einfacher zu lösen und entsprechen in ihrer additiven Art den Anforderun­ gen von Fertigteilen und Halbzeugen. Dem Stützenfuß als Übergang vom Tragwerk zum Fun­ dament kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Der gelenkige Stützenfuß ist in der Lage, Bewegungen des Tragwerks aufzufangen, ohne sie an die Fundamente

c

2 Tragsysteme: a gerichtete Konstruktion b ungerichtete Konstruktion

d

­ eiterzuleiten. Der eingespannte Stützenfuß leitet die w Bewegungen des Tragwerks biegesteif in die Funda­ mente. Um die Wirkungsweise eines Skelettbaus zu be­ greifen, muss man den Kraftflüssen nachgehen, von den Decken über die Träger und Stützen bis hin zu den Fun­ damenten. Einzelne Bereiche des Tragwerks werden zu Lastfeldern und es müssen lastabführende Balken in Haupt- und Nebenträger, Rand- und Feldträger unter­ schieden werden. Manche Stützen tragen mehr Lasten als andere, da ihr Lasteinzugsbereich größer ist. Die 2a Durchbiegung in einem Lastfeld kann zur Entlastung des Nachbarfeldes genutzt werden. Der Zuschnitt der Last­ einzugsfelder bestimmt nicht zuletzt die Höhe der ­Träger. Grundsätzlich werden gerichtete und ungerichtete Trag­ werke unterschieden. In der Praxis stellt sich die Frage nach der Wahl des Systems eher selten, da aufgrund der zwei Tragrichtungen die Anschlüsse bei ungerichteten Tragsystemen wesentlich aufwendiger ausfallen als bei gerichteten Systemen mit nur einer Spannrichtung. Ein ungerichtetes Quadratraster ermöglicht die Veränder­ barkeit in jeder Richtung sowie die Errichtung allseitig gleicher Fassaden. Raumfachwerke und Trägerroste sind in der Regel ungerichtete Tragwerke. 2a Das gerich­ tete Tragwerk basiert auf einem Rechteckraster und ist nur ungleich erweiterbar. Es weist unterschiedliche Längs- und Stirnfassaden auf. Die meisten Hallenbauten bestehen aus gerichteten Tragwerken. 2b Für die Konstruktion von Skelettbauten eignen sich alle Materialien, die in der Lage sind, gleichmäßig Zug- und Druckkräfte aufzunehmen. Die wichtigsten dieser Bau­ stoffe sind Holz, Stahl und Stahlbeton. Aufgrund ihrer ­additiven Struktur eignen sich Skelettbauten besonders gut für den Einsatz von Halbzeugen und Fertigteilen. Die Vorteile von Stahl- und Stahlbeton-Skelettbauten gegen­ über dem monolithischen Wandbau werden insbesondere im Geschossbau deutlich.

b

PRINZIPIEN DES TRAGSYSTEMS 53

3a

3 Aussteifungsarten: a Aussteifung durch Diagonalen (Andreaskreuz) b Aussteifung durch biegesteife Knotenpunkte c Aussteifung durch eingespannte Stützen d Zentrale Aussteifung durch ­massiven Kern und Deckenscheibe

b

c

Die Unabhängigkeit des Raumabschlusses vom Tragwerk garantiert größtmögliche Flexibilität im Grundriss, auch im Hinblick auf spätere Veränderungen der räumlichen Ordnung. Gleichzeitig ermöglicht eine punktuell zusam­ mengefasste Tragstruktur eine höhere Stockwerkszahl aufgrund minimaler Eigenlasten und geringerer Kon­ struktionsvolumen. Dagegen spielt der Baustoff Holz, der jahrhundertelang das Tragsystem der meisten Ske­ lettbauten bestimmte, im heutigen Wohnungsbau eine ­unter­geordnete Rolle. Verantwortlich hierfür sind die natür­lichen Grenzen des organischen Baustoffs, was die absolute Belastbarkeit, die Formstabilität und die Dau­ erhaftigkeit betrifft. Erst in jüngerer Zeit kann der regio­ nale Holzbau durch die Entwicklung moderner Holzwerk­ stoffe seine konstruktiven Fähigkeiten als nachhaltiges Material, auch für größere Skelettbauten, unter Beweis stellen. Holzbau S. 116 AUSSTEIFUNG Um die Standfestigkeit des Gebäudes sicherzustellen, ist die Aussteifung des Tragwerks erforderlich. Das Ske­ lett muss gegenüber horizontalen Kräfteeinflüssen, wie Windlasten, formstabil bleiben. Zur Anwendung kommen unterschiedliche, häufig mit­ einander kombinierte, Systeme: Auskreuzungen in der Fassade 3a, etwa die scheibenartige Ausbildung von Wänden oder Decken, eine biegesteife Ausbildung von Knoten 3b oder Einspannungspunkten der Stützen  3c sowie ein massiver Kern des Gebäudes 3d. Grund­ sätzlich ist darauf zu achten, dass das Skelett sowohl in zwei horizontalen, als auch in vertikaler Richtung – also in drei Richtungen – ausgesteift ist.

d

Um die Aussteifung eines Skeletts ohne zusätzliche Bau­ teile zu bewirken, müssen die Stützenfüße oder die Kno­ tenpunkte biegesteif ausgeführt werden. Daraus lassen sich die Systeme „eingespannte Stütze“ (mit gelenkig an­ geschlossenem Träger) und „Rahmen“ (biegesteife Ecke, gelenkiges Auflager) ableiten. Sowohl aus wirtschaft­ lichen als auch aus verformungstechnischen Gründen bleiben diese Systeme überwiegend auf ein- bis zwei­ geschossige, hallenartige Bauten beschränkt. Die Aussteifung von Geschossbauten wird meistens durch Versorgungskerne, wie geschlossene Treppen­ häuser, Aufzugsschächte sowie Leitungsschächte und ­Sanitärzonen, übernommen. Massive Decken können ebenfalls zur Aussteifung herangezogen werden, um Hori­zontalkräfte aufzunehmen und an den Kern weiter­ zugeben. Sie können aus Gebäudekernen auskragen und an den Außenrändern auf Pendelstützen aufliegen. Im Gegensatz zu den übrigen Aussteifungsprinzipien kann die Kernaussteifung zugleich einen Teil der Gebäude­ nutzung übernehmen. Außen oder in der Konstruktions­ ebene liegende Wandscheiben sind eine weitere Möglich­ keit, Skelette auszusteifen. Diese vertikalen Scheiben ­können entweder massiv oder als Fachwerkverband (Dia­ gonalkreuz) ausgebildet werden. Die Grundrissachsen ­vertikaler Scheiben dürfen sich nicht in einem Punkt über­ schneiden und alle das Gebäude angreifenden Horizon­ talkräfte müssen sicher in die Scheiben eingeleitet und in die Fundamente abgeleitet werden, ohne dass sich das Gesamtgefüge verformt. In der Praxis bedingt das Prin­ zip der peripheren Aussteifung Deckenscheiben und Windverbände in mehreren Ebenen. S. 27

54 materialisieren I SKELETTBAU

1

2

ORDNUNGSSYSTEME Weitaus stärker noch als im Wandbau ist die Skelettbau­ weise durch ein Maßsystem bestimmt. Man unterschei­ det zwischen Maßen, die den Bezug zwischen den ein­ zelnen Teilen eines Bauwerks herstellen, und Maßen, die ihre Bedingungen aus den Eigengesetzlichkeiten des Baumaterials oder seines Transports und seiner Ver­ arbeitung ableiten. Das Raster ist ein gedachtes räumlich-geometrisches Koordinatensystem, das die Lage von Punkten, Linien, Flächen und Körpern im Raum fixiert. Das Raster stellt die gleichmäßige Folge gleicher Abstände, sogenannter Intervalle, dar, die auf einem Modulmaß oder seinem Viel­ fachen basieren. Das Grundmodul bestimmt die gestal­ terische und konstruktive Ordnung des Bauwerks. Man unterscheidet zwischen dem Konstruktionsraster und ­einem Ausbauraster, auch Nutzungs- oder Installations­ raster genannt. Über die Schnittpunkte der Konstruk­ tionsachsen wird die geometrische Lage des vertikalen Tragwerks, der Stützen, definiert. Die Ausbauachsen ­fixieren die geometrischen Orte, an denen eine innere Tei­ lung in einzelne Räume erfolgen kann. Sie geben also die Lage der Trennwände und ihre Anschlussmöglichkeiten an die Fassade vor. Darüber hinaus definiert das Ausbau­ raster auch die Dimensionen der Unterdecken- und Be­ leuchtungselemente, Installationstrassen, Klimaanlagen und Belüftungen, bis hin zu den Details der Möblierung. Bei der Überlagerung mehrerer Raster werden Primärund Sekundärraster gebildet.

Dabei wird das Konstruktionsraster als Haupt- oder Pri­ märraster und das Ausbauraster als Neben- oder Sekun­ därraster bezeichnet. Durch die Trennung der Raster­ systeme lassen sich komplizierte Knoten vermeiden und es entstehen gleichmäßige Ausbaumaße oder Fassaden­ teilungen. Üblicherweise beträgt das Konstruktionsras­ ter ein Vielfaches des Ausbaurasters. Die Größe des Ras­ ters, der Abstand der einzelnen Achsen, hängt von der Nutzung des Gebäudes ab. So gibt etwa im Verwaltungs­ bau die Breite eines Einzelbüros die Rastersprünge vor. Drei Ordnungssysteme haben sich für die geometrischen Beziehungen zwischen Konstruktions- und Ausbauras­ ter entwickelt. Wenn Trag- und Ausbauachsen identisch sind, liegt die Stütze zentrisch auf der Konstruktions­ achse, die ein Vielfaches des Ausbaurasters ist. Das be­ deutet, dass der gesamte Innenausbau sich dem Rohbau, mit all seinen Unzulänglichkeiten und Toleranzen, anzu­ passen hat. Möchte man sich von den maßlichen Zwängen des Roh­ baus lösen, müssen die Konstruktions- und Ausbau­ achsen versetzt zueinander angeordnet werden. Diese Lösung hat sich insbesondere bei der industriellen Vor­ fertigung von Fassaden und Ausbauelementen bewährt. Die Einführung eines Bandrasters, welcher den Stützen ein eigenes „Band“ zuweist, kann zu unterschiedlich brei­ ten Innenräumen führen. Das Band wird sich im Innen­ raum, beispielsweise in der Untersicht einer abgehäng­ ten Decke, abbilden, ebenso wie in der Fassade.

3

PRINZIPIEN DES TRAGSYSTEMS 55

1–3  Rasterbildung als Gestaltungsprinzip: Wohnhaus, Beroun, 2003, HSH Architekti 4 Tragwerk und Hülle: a Tragwerk hinter der Fassade b Tragwerk in der Fassadenebene c Tragwerk vor der Fassade 5 Historisches Beispiel eines Eckkonflikts: Detail der Innenhofecke des Palazzo Medici-Riccardi, Florenz, 1444, Michelozzo di Bartolommeo

4a

b

c

5

Entscheidend für die Geometrie eines Skelettbaus ist die Lage der Stützen, die hinter der Fassade, aber auch in der Fassadenebene oder vor der Fassade stehen ­können. Die häufigste Lage der Stützen ist im Warmen, hinter der Fassade 4a. So ist gewährleistet, dass es nicht zu ­unerwünschten Kältebrücken kommt. Die Fassade um­ hüllt das gesamte Tragwerk. Die Dämmung liegt in der Fassadenebene. Durch die Stützenstellung im Innenraum ergibt sich eine Nutzungseinschränkung. Liegen die ­Stützen in Fassadenebene, spricht man von einer aus­ gefachten Fassade 4b. An den Anschlusspunkten ent­ stehen unterschiedliche konstruktive und bauphysika­ lische Bedingungen. Die außenliegenden Tragwerksteile müssen mit Dämmung ummantelt werden und verlieren dadurch ihre typische Materialität und zumeist auch ihre schlanke Proportion. Die an den Anschlüssen zwischen Fassade und Stütze entstehenden Fugen müssen außer­ dem die unterschiedlichen Bewegungen der Bauteile auf­ nehmen. Stehen die Stützen vor der Fassade 4c, wird das Tragsystem nach außen hin sichtbar. Im Bereich der Durchstoßpunkte von Traggliedern durch die Fassade können Kältebrücken entstehen, die ebenso wie die un­ terschiedlichen Bewegungen durch Temperaturschwan­ kungen baukonstruktiv nur schwer zu bewältigen sind. Die Materialität der Fassade, ihre Ausführung und ihr Be­ zug zur Tragkonstruktion verleihen dem Gebäude sein eindeutiges Gestaltmerkmal. Es genügt jedoch nicht, die Außenwand in ihrer geometrischen Beziehung zu Kon­ struktions- und Ausbauachsen als lineare Kante zu be­ greifen. Als Teil eines räumlichen Gefüges mit Vor- und Rücksprüngen, Innen- und Außenecken fordert die Fas­ sade eine umfassendere Betrachtung. Bislang wurde bei den geometrischen Ordnungssyste­ men oftmals von der idealisierten Vorstellung ausgegan­ gen, dass ein Bauteil einer Linie gleicht. Jedes Bauteil hat jedoch eine Dimension. Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung einer Fassadenecke. Die geschilder­ ten geometrischen Zusammenhänge lassen sich nicht ­einfach „um die Ecke ziehen“. Konstruktiv ist zwischen ­Innen- und Außenecken eines Gebäudes zu unterschei­ den. Da nur der Quadratraster gleiche Anschlüsse in jede Richtung erlaubt, in der Praxis aber weit häufiger Recht­ eckraster zum Einsatz kommen, zieht sich der „Eckkon­ flikt“ von Rasterbauten durch die Baugeschichte, von den dorischen Tempeln bis zur klassischen Moderne. 5

56 materialisieren I SKELETTBAU

STAHL BAU

EIGENSCHAFTEN Stahl erreicht mit geringem Materialaufwand eine ex­ trem hohe Leistungsfähigkeit. Daraus resultieren die ge­ ringen Dimensionen und die Materialeffizienz von Stahl­ konstruktionen. Als Metalle (von griechisch Metallon: Bergwerk) wer­ den chemische Elemente bezeichnet, deren Atome sich unter­einander zu einer Kristallstruktur mit freien Elek­ tronen verbinden. Diese besondere Verbindung bewirkt ihre physikalischen Eigenschaften, so die hohe Dichte und Festigkeit, ihre elektrische Leitfähigkeit, ihr magne­ tisches Verhalten und den hohen Schmelzpunkt. Je nach Zusammensetzung gibt es reine Metalle aus den Atomen eines chemischen Elements oder Mischungen mehrerer Elemente, sogenannte Legierungen. Schon geringe An­ teile anderer chemischer Stoffe verändern die Material­ eigenschaften der Legierungen, die somit den unter­ schiedlichsten Anforderungen angepasst werden können. Eine Besonderheit der Metalle stellt ihre plastische Ver­ formung unter hohen Belastungen, das sogenannte Flie­ ßen, dar. Die Umwandlung von sprödem Roheisen zu elas­ tischem Stahl erfolgt durch das Oxydieren der im Eisen enthaltenen Elemente Kohlenstoff, Silicium, Phosphor und Mangan. Dabei muss das im Hochofen durch die Ver­ hüttung von Eisenerz gewonnene Roheisen von 4 % auf einen Gehalt von unter 2 % Kohlenstoff reduziert wer­ den, um die Geschmeidigkeit des Stahls zu sichern. Die­ ser Oxydationsprozess wird als Frischen bezeichnet. Die Verbindungen von Eisen mit einem Anteil von mehr als 2 % Kohlenstoff werden als Gusseisen bezeichnet und sind nicht schmiedbar. Als Stähle werden ausschließlich Eisen­sorten bezeichnet, die sich schmieden oder walzen lassen. So enthält Baustahl nur rund 0,2 % Kohlenstoff, da seine Schweißbarkeit ansonsten beeinträchtigt wäre.

HERSTELLUNG Da Eisen in der Natur nur als Schwermetall in Verbindung mit Eisenerzen vorkommt, setzt die Gewinnung von Roh­ eisen die Aufbereitung dieser Erze voraus. Seit etwa 1500 v. Chr., dem Beginn der Eisenzeit, wurden Eisen­ klumpen in Gruben- oder Schachtöfen aus Lehm mit Holzkohlefeuern ausgelöst. Im späten Mittelalter gelang es schließlich, in ersten Hochöfen das Roheisen aus dem Erz heraus zu schmelzen und es zu Schmiedeeisen zu verarbeiten. Die industrielle Herstellung von Stahl begann 1742 in England im Tiegelschmelzverfahren. Die zu­ nächst verwendete Holzkohle wurde nach und nach durch Steinkohle ersetzt. 1783 wurde die Stahlerzeugung mit dem Puddelverfahren, dem Frischen von Roheisen in Hochöfen, weiterentwickelt und Mitte des 19. Jahrhun­ derts begann schließlich die Entwicklung großtechni­ scher Produktionsverfahren. In der Bessemer-Birne, ­einem belüfteten, mit phosphor- und schwefelarmem Roheisen beschickten Konverter, wurde ab 1855 eine entkohlte und schwefelfreie Schmelze, der BessemerStahl, gewonnen. Als erstes technisches Herdfrisch­ verfahren erlaubte das Siemens-Martin-Verfahren auf­ grund höherer Ofentemperaturen wenige Jahre später die Regenerativ-Feuerung und damit die Wiederaufberei­ tung von Schrott. Es folgte 1879, als weiterentwickel­ tes Windfrischverfahren, das Thomas-Verfahren, mit dem auch phosphorreiches Roheisen kostengünstig zu Stahl verarbeitet werden konnte. Ende des 19. Jahrhunderts entwickelte man das heute noch gängige Walzverfah­ ren zur Herstellung von Profilen. Schließlich erfolgte im 20. Jahrhundert die Umstellung vieler Hochöfen auf das Elektroschmelzverfahren (Lichtbogen- und Induk­ tionsöfen). Mit der Entwicklung der Sauerstoff-Metal­ lurgie wurde es möglich, die Prozessführung weiter zu ­ver­bessern. Technologisch gesehen handelte es sich bei dem neuen Hochleistungsmaterial zwar nicht mehr um einen primären Baustoff wie Stein oder Holz, doch tritt der Stahl, im Gegensatz zum später entwickelten Stahl­beton, noch als materiell homogener Baustoff in ­Erscheinung.

1 Herstellung von Stahlprofilen: a Platte vor dem Walzvorgang b Abstechen von Trägern c Warmwalzvorgang eines I-Profils d Träger nach Zurechtschneiden

1a

b

c

d

STAHLBAU 57

IPE-PROFILE: IPE-Profile eignen sich aufgrund ihres rechteckigen Querschnitts besonders gut als Träger, ihre schmalen Flansche weisen auf eine geringe Knicksteifigkeit hin.

HE-PROFILE: besitzen eine quadratische Projektionsfläche und ­weisen mit ihren breiten Flanschen eine gute Knick­ steifigkeit in beide Richtungen auf; sie eignen sich ­daher besonders gut als Stützenprofile.

STAHLSORTEN UND PROFILE Im Hochbau wird im Wesentlichen in zwei Stahlsorten ­unterschieden, die als allgemeine Baustähle (S235 und S255) und als wetterfeste Stähle bezeichnet werden. Hinzu kommen noch hochfeste Feinkorn-Baustähle und Spezialstähle für Verbindungsmittel, Seile und Drähte. Stahl steht in typisierten Elementen in verschiedenen Formen, Größen und Profilierungen zur Verfügung. Die einzelnen Elemente bezeichnet man als Halbzeuge. Im Walzwerk hergestellt, ermöglichen diese Profile eine ­präzise, maßgenaue Verarbeitung. Mit der industriell ­genormten Herstellung von Walzprofilen beginnt der ­moderne Skelettbau. Stahlprofile unterscheidet man in Formstähle (Doppel-T-, U-, Z-Träger), Stabstähle (T-Stahl, L-Winkel, Vollprofile), Hohlprofile und Bleche. Dem Inge­ nieur und Architekten kommt mithin die Aufgabe zu, ­unter Berücksichtigung dieser in Serie hergestellten Halb­ zeuge und mittels ihrer Kombination ein Bauwerksgefüge zu errichten: im Stahlbau wird der Zusammenhang ­zwischen Entwerfen und Konstruieren daher besonders deutlich. Rundstahl

Quadratstahl

Flachstahl

WINKELPROFILE Winkelprofile (U, L und T) eignen sich besonders für die Konstruktion zusammengesetzter Tragwerksglieder.

U-Stahl

Winkelstahl, gleichschenklig

Winkelstahl, ungleichschenklig

T-Stahl

HOHLPROFILE: Hohlprofile weisen eine hohe Knicksteifigkeit auf, ihre Tragfähigkeit ist jedoch begrenzt. Es gibt sie in ver­ schiedenen Wandstärken; dadurch können bei gleichem Außendurchmesser unterschiedliche Lasten in einem Bauwerk aufgenommen werden.

U-80 bis U-400

IPE-80 bis IPE-600

HE-A 100 bis HE-A 1000

HE-B 100 bis HE-B 1000

HE-M 100 bis HE-M 1000

VOLLPROFILE: Vollprofile eignen sich zur Abtragung großer Stützen­ lasten, kommen aufgrund ihres hohen Eigengewichts und des Preises jedoch eher selten zum Einsatz. Sie erreichen eine hohe Feuerwiderstandsklasse.

Hohlprofil

Rohrprofil

58 materialisieren I SKELETTBAU

KORROSIONSSCHUTZ Die Korrosion von Stahl wird durch Feuchtigkeit an den Bauteiloberflächen verursacht. Bei einer Luftfeuchtigkeit von etwa 65 %, wie sie im Innern eines Gebäudes im Durchschnitt herrscht, spielt Korrosion eine unterge­ ordnete Rolle; dennoch sollten Stahlbauteile geschützt ­werden. Außenliegende Stahlbauteile müssen hingegen zwingend vor Korrosion bewahrt werden. Zur gefürch­ teten Kontaktkorrosion kommt es an den Kontaktstellen unterschiedlicher Metalle unter Einwirkung von Elek­ trolyten wie Wasser. In diesem Fall zersetzt sich das ­unedlere Metall, daher ist beim Einsatz von Nichteisen­ metallen das Potenzial der Spannungsreihe zu berück­ sichtigen. Man unterscheidet zwischen aktivem und ­passivem Korrosionsschutz sowie fünf verschiedenen Korrosionsschutzklassen. Aktive Schutzmaßnahmen sind Konstruktionen, die der Korrosion möglichst geringe Angriffsflächen bieten, z. B. durch eine geschützte Lage des Bauteils oder durch das gezielte Opfern eines uned­ leren Metalls, das elektrisch leitend am Bauteil befestigt ist. Passive Maßnahmen schützen die Oberfläche des Bauteils selbst. Die einfachste Form des Korrosions­ schutzes liegt in der Legierung, indem im Zuge der Stahl­ veredelung eine Stahlqualität erzeugt wird, die weitere Schutzmaßnahmen überflüssig macht. Hier sind vor al­ lem nichtrostende Stähle zu erwähnen, die über eine sehr dichte molekulare Struktur verfügen und eine Schutz­ schicht bilden, die sich auch nach Beschädigungen ­erneuert – umgangssprachlich werden sie als Edelstahl bezeichnet. 1

Ein typisches Anwendungsfeld sind verdeckt eingebaute Tragkonstruktionen wie Mauerwerksanker für Verblend­ mauerwerk oder hoch beanspruchte, weil außenliegende Geländerkonstruktionen. Edelstahl ist jedoch schwer be­ arbeitbar und teurer als normaler Stahl, daher bleibt sein Anwendungsbereich beschränkt. Eine weitere Legie­ rung im Bereich der wetterfesten Sonderstähle ermög­ licht i­ hren eigenen Korrosionsschutz: Cor-Ten-Stahl. 2 Bei dieser Stahlsorte entsteht auf der Oberfläche des Bauteils eine Rostschicht, die nach wenigen Wochen dau­ erhaft vor weiterer Korrosion schützt. Die wichtigste Gruppe passiver Korrosionsschutz-Systeme stellen Be­ schichtungen, wie Anstriche oder Kunststoffüberzüge, dar. Ihnen gemein ist ein Aufbau in mehreren Schritten: Auf eine Grundbeschichtung, die den eigentlichen Kor­ rosionsprozess verhindern soll, werden je nach Korro­ sionsschutzklasse eine oder mehrere Deckschichten ­aufgetragen. Die Beschichtung sollte beim Einbau der Bauteile nicht durch Bohrungen oder Verbindungsmittel beschädigt werden; ist dies unvermeidlich, so sind die be­ schädigten Stellen nachträglich erneut zu behandeln. Zum Schutz der Stahlbauteile während der Lagerung, der Fertigung und des innerbetrieblichen Transports ist es üblich, vorab eine Montagebeschichtung aufzubringen. Auch Brandschutzbeschichtungen eignen sich als Kor­ rosionsschutz. Die beste Schutzdauer erzielen soge­ nannte Duplex-Systeme, die aus einer Feuerverzinkung mit anschließend aufgebrachten Beschichtungen be­ stehen.

1 Edelstahlfassade: Wohnhaus, Dornbirn, 2005, Oskar Kaufmann

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2 Cor-Ten-Stahlfassade: Jakob-Kemenate, Braunschweig, 2007, O. M. Architekten

STAHLBAU 59

3 Brandschutzmaßnahmen auf Stahlprofilen: a Verkleidung mit Gewebe und Putz b Ummantelung mit Platten c Verkleidung mit Formteilen d Ummantelung mit Beton und Bims 4 Thermische Bauteiltrennung zur Reduzierung von Wärme­brücken 3a durch den Einsatz von ­Isokörben

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BRANDSCHUTZ Stahl gehört ebenso wie Beton der Baustoffklasse A1 an, ist folglich nicht brennbar und leitet Feuer nicht wei­ ter. Stahl verliert aber bei Temperaturen über 400 °C seine Tragfestigkeit und ab etwa 500 °C auch seine Formstabilität. Er muss daher für den ausreichenden Brandschutz mit Fremdmaterialien ummantelt werden. Grundsätzlich muss jede tragende Stahlkonstruktion mit mehr als einem Geschoss vor Feuereinwirkung geschützt werden. Die Erwärmung der Bauteile aus Stahl ist durch geeignete Maßnahmen so weit hinauszuzögern, dass die Versagenstemperatur der Konstruktion erst nach der als Feuerwiderstandsdauer definierten Zeitspanne eintritt.

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Der bauliche Brandschutz spielt bei der ästhetischen Be­ urteilung von Stahlskeletten eine wichtige Rolle, da die für feingliedrige Stahlprofile typischen Fügungsdetails nur unverkleideten Bauteilen eigen sind. Brandschutz­ maßnahmen im Stahlbau werden nach Ummantelung, Verkleidung oder Beschichtung unterschieden. Unter be­ stimmten Voraussetzungen ist es möglich, auf einen ­direkten Brandschutz am Bauteil zu verzichten und die Tragfähigkeit des Gebäudes durch entsprechende Lösch­ einrichtungen, wie etwa Sprinkleranlagen, zu sichern. Ge­ bräuchlich sind Abschirmmaßnahmen an ungeschützten Stahlbauteilen durch entsprechend qualifizierte Decken oder Wände, die eine direkte Hitzebeaufschlagung des Stahls verhindern. Je nach der Feuerwiderstandsklasse, in die das betreffende Stahlbauteil eingestuft wird, ist die geeignete Schutzmaßnahme auszuwählen. Um­ mantelungen bestehen aus Spritzputzen oder Spritzbe­ tonen, oft mit Zusätzen von Mineralfasern, und werden örtlich hergestellt. Verkleidungen aus Kasten- oder Pro­ filelementen bestehen aus Gipskarton- oder Gipsfaser­

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platten sowie speziellen Brandschutzplatten aus Kom­ posit-Werkstoffen. Sowohl Ummantelungen als auch Verkleidungen verdecken allerdings die Stahlkonstruk­ tion vollständig. Es ist zwar möglich, ein Stahlbauteil formentsprechend zu umkleiden – also in vergrößerter Form mittels Brandschutzplatten nachzubilden – die typi­ sche Schlankheit der Konstruktion geht dadurch jedoch verloren. Dämmschichtbildende Beschichtungen gelten als besonders stahlbaugerecht. Als Anstriche oder Folien aufgebracht, schäumen sie im Brandfall bei Temperaturen um 200–300 °C auf und ver­ hindern den direkten Flammenangriff am Stahlbauteil. Beschichtete Stahlbauteile sind an ihrer ungewöhnlich rauen, pinselstrichgeprägten Oberfläche zu erkennen. WÄRMESCHUTZ Wie die meisten Metalle ist Stahl ein guter Wärmeleiter, dadurch entstehen leicht ungewollte Wärmebrücken. Dies führt einerseits zu Heizwärmeverlusten, anderer­ seits kann es an der kalten Stahloberfläche zu Konden­ satbildung und in der Folge zu Korrosionsschäden kom­ men. Zuweilen gibt es Anwendungsfälle, in denen die Durchdringung beispielsweise eines Stahlträgers durch die Fassade einen derart geringen Anteil an der Gesamt­ fläche der Gebäudehülle bildet, dass sie wärmeschutz­ technisch vernachlässigbar scheint. Jedoch ist auf eine ausreichende Belüftung des Bauteils zu achten und das Detail bauphysikalisch zu prüfen. Ähnlich wie bei Stahl­ beton-Konstruktionen kann man durch die Außenhülle geführte Stahltragwerke durch den Einbau von Dämm­ steifen thermisch trennen. Grundsätzlich gilt, dass Stahl­ konstruktionen, wo immer es möglich ist, sich vollständig im temperierten Bereich, also innerhalb der Gebäude­ hülle, befinden sollten.

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STAHLTRÄGER Vollwandträger bestehen aus Walzprofilen, zumeist IPE, seltener IPB mit parallelen Flanschen (auch als IPBl in leichter und IPBv in verstärkter Ausführung).

Lochstegträger mit punktförmig ausgesparten Stegen dienen der Ge­ wichtsreduzierung und eignen sich für die Installations­ führung in Trägerebene.

Wabenträger entstehen aus trapezförmig aufgeschnittenen IPE- oder HE-Profilen, die versetzt zusammengeschweißt werden.

Fachwerkträger können aus verschiedenen Walz- oder Hohlprofilen zu­ sammengesetzt werden und eignen sich für große Spannweiten. Sie ermöglichen bei geringem Material­ bedarf große Trägerhöhen und eine ungehinderte Lei­ tungsführung.

Unterspannte Träger zeigen deutlich den Kräfteverlauf und eignen sich für große Spannweiten. Der kräftige Obergurt überträgt Druckkräfte, der zierliche Untergurt übernimmt die Zug­ kräfte und kann auch als Seil ausgebildet werden.

Vierendeelträger bestehen aus aneinandergereihten Viereckrahmen, die allein durch die Steifigkeit der Gurte und Riegel trag­fähig sind; durch die großen Öffnungen sind sie auch als ge­ schosshohe Träger verwendbar.

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1 Stützenprofile: a Rundstütze b quadratische Hohlprofilstütze c Doppel-T-Stütze d zusammengesetzte ­Winkelstütze e Kreuzstütze aus Winkelprofilen f Kreuzstütze aus T-Profilen

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2 Stützenfüße: a einachsig gelenkiger Stützenfuß b zweiachsig gelenkiger ­Stützenfuß c eingespannte Stütze mit ­Ankerstäben 3 Stützenfuß mit Lastenverteilung

STÜTZEN Als bevorzugte Stützenprofile im Stahlbau gelten HEProfile, da sie neben einer hohen Tragkraft sehr gute An­ schlussmöglichkeiten für Deckenträger bieten. Aufgrund ihrer breiten Flansche weisen sie eine hohe Knicksteifig­ keit in beide Richtungen auf. Ebenfalls hoch belastbar sind Hohl- oder Rohrprofile, Träger können an sie je­ doch nur mittels Konsolen oder Laschen angeschlossen ­werden. Vorteilhaft ist, dass bei Stockwerksbauten die ­unterschiedlichen Wandstärken der Hohlprofile es erlau­ ben, auf die sich nach oben hin verringernden Lasten mit dem Materialeinsatz reagieren zu können, ohne die äuße­ ren Abmessungen der Stützen zu verändern. Zusammen­ gesetzte Kastenprofile oder mit Lamellen geschlossene HE-Profile eignen sich für große Lasten. Der Ausbildung des Fußpunktes von Stützen muss große Aufmerksamkeit geschenkt werden, da bei der Lastein­

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leitung in die Fundamente die hohen Druckspannungen (ca. 140 N/mm²) der Stahlstützen auf die viel niedrige­ ren zulässigen Druckspannungen des Stahlbetons (ca. 15 N/mm²) reduziert werden müssen. Dazu benötigt man aufgeschweißte, lastverteilende Fußplatten aus Stahl, die oft mit Rippen verstärkt werden. Die Stützenfüße wer­ den unterfüttert, ausgerichtet und mit Quellmörtel satt ausgefüllt. Die Ausbildung von eingespannten Stützen­ füßen ist wesentlich aufwendiger und führt zu erheb­ lichen Abmessungen der Fundamente. In der Regel werden Stützen aus transport- oder monta­ getechnischen Gründen geteilt. Die Ausbildung des Stüt­ zenstoßes ist abhängig vom statischen System; gängig sind Kopfplatten- oder Laschenstöße. Bei Pendelstützen werden Stöße oftmals mit dem Anschluss des Decken­ trägers durch Stegbleche im Trägerprofil zusammen­ gefasst.

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FÜGUNG Verbindungsmittel werden benötigt, um einzelne Trag­ glieder zu einer Gesamtkonstruktion zu verbinden. Sie können auch dazu dienen, mehrere Einzelprofile zu einem Gesamtquerschnitt, beispielsweise zu einem Fachwerk­ träger, zusammenzufügen. Man unterscheidet lösbare Verbindungen, wie Schraubverbindungen, von ­unlösbaren Verbindungen, hergestellt durch Schweißen oder Nieten.

Die elegantesten und zugleich leistungsfähigsten Ver­ bindungen entstehen im Stahlbau durch das Schwei­ ßen. Das direkte Fügen einzelner Halbzeuge ohne ver­ bindende Teile führt zu einer ungestörten, homogenen Konstruktion. Es gibt eine ganze Reihe von Schweiß­ arten, je nach Art der Verbindung, der Lastübertragung, der ­atmosphärischen Bedingungen oder der gewünsch­ ten Nahtform. Allen Schweißarten ist gemein, dass ­unter Wärmezufuhr zwei zu verbindende Stahlteile an ­ihren Berührungsflächen aufgeschmolzen und mittels Schweißgut zu einem einzigen Teil miteinander verbun­ den werden. In Anbetracht des Risikos, das falsch aus­ geführte Schweißnähte in sich bergen, dürfen tragende Schweißverbindungen nur von Fachwerkstätten ausge­ führt ­werden.

Die gebräuchlichste Verbindungsart sind Verbindungen durch Schrauben 1. Die Kraftübertragung erfolgt durch Scher- und Reibungsverbund. Es gibt vier verschie­ dene Schraubenarten, drei Festigkeitsklassen und sechs ­Typen von Schraubenverbindungen. Man unterscheidet zwischen rohen Schrauben (R) mit Lochspiel in den ­Bohr­löchern für geringe punktuelle Lastübertragungen, Passschrauben (P) für erhöhte Lastübertragung auf Loch­ laibung, die auch minimale Verschiebungen der Bauteile zuverlässig verhindern, und hochfeste Schrauben (HR/ HP) aus speziellem Stahl, die für eine Vorspannung ge­ eignet sind und eine Lastübertragung per Blechreibung ermöglichen. Solche gleitfesten Verbindungen (GV/GVP) bedingen eine Vorbehandlung der Kontaktflächen (z. B. durch Sandstrahlen) und sind in der Lage, mehr als dop­ pelt so hohe Kräfte zu übertragen wie einfache Schraub­ verbindungen (SL-Verbindungen). Dennoch stellen diese am Bau die häufigste Verbindungsart dar, nicht zuletzt, weil sie kleinere Korrekturen und damit die Aufnahme von Toleranzen ermöglichen.

Während das Bild historischer Stahlkonstruktionen ge­ prägt ist von einer Vielzahl sichtbarer Nietverbindungen – etwa bei vielen noch im Gebrauch befindlichen Eisen­ bahnbrücken 2 – wird diese Verbindungstechnik heute aufgrund der großen Lärmentwicklung des Nietens und des hohen Arbeitsaufwands kaum noch ausgeführt. Gleichwohl spielt die Nietverbindung im Denkmalschutz weiterhin eine gewisse Rolle. Nieten sind unlösbare Ver­ bindungen, die Kräfte punktförmig übertragen und da­ mit in der Wirkungsweise Schraubverbindungen ähnlich. Sie werden in glühendem Zustand eingesetzt und der ­herausstehende Schaft wird mit dem Niethammer zum ­Nietkopf geformt.

1 Schraubverbindung: Rahmenecke Parkhaus, Heilbronn, 1997, MGF Architekten 2 Nietverbindung: Müngstener Brücke, Solingen, 1897, Anton von Rieppel

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STAHLBAU 63

3 Mero-Knoten, 1937, Max Mengeringhausen 4 Mero-Systemtragwerk: Kirche St. Josef, Oer-Erkenschwick, 1972, Joachim Schürmann

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BAUSYSTEME Trotz seiner mit der industriellen Entwicklung eng ver­ bundenen Tradition ist der Stahlbau heutzutage weit ­weniger systematisiert als der Holzbau oder der Stahl­ beton-Fertigteilbau. Stahlbau-Systeme wurden in Europa erst im Zuge der Bemühungen, der massenhaften Woh­ nungsnot der zwanziger Jahre entgegenzutreten, ent­ wickelt und auf Bauausstellungen in Stuttgart (1927), Dresden und Breslau (1929) vorgestellt. Zahlreiche ­Architekten des Bauhauses, wie Walter Gropius, Marcel Breuer, Adolf Muche und Mies van der Rohe, nahmen hier­ bei eine führende Rolle ein. Die Versuche kamen aller­ dings nie über das Stadium von Prototypen hinaus, da die Zeit fehlte, Detail- und Fertigungsprobleme abschließend zu lösen. In den vierziger Jahren des 20. Jahrhunderts schließlich entwickelten Jean Prouvé in Frankreich und Charles Eames in den Vereinigten Staaten erste serien­ reife Bausysteme für Wohngebäude aus Stahl. Doch auch hier überwogen anwendungsbezogene Sonderlösungen, sodass der erwartete Erfolg der Systeme zunächst ­ausblieb. Der bereits 1937 entwickelte Mero-Knoten des Ingenieurs Max Mengeringhausen ist hingegen noch heute gebräuchlich. 3, 4 Erst der Schweizer Ingenieur Fritz Haller, der, ausgehend von Entwürfen für ein modu­ lar aufgebautes Möbelsystem, drei unterschiedliche Bau­ systeme zur Serienreife führte, verhalf dem Systembau aus Stahl zu größerer Verbreitung. Die Arbeiten von Kon­ rad Wachsmann (1901–1980) und Buckminster Fuller (1895–1983) führten schließlich zur industriellen Ent­ wicklung räumlicher Tragwerke, mit denen große Räume stützenfrei überspannt werden konnten. Ähnlich dem Holzbau unterscheidet man auch im Stahlbau zwischen Skelettbau, Ständer- und Modulbauweise. Bei der Ske­ lettbauweise wird das Tragwerk auf Träger und Stützen

reduziert, das Skelett bleibt in der Regel sichtbar. Die De­ cken werden meist durch Stahlbeton-Fertigteilplatten gebildet, die auf leichten Zwischenträgern mit einem ­engeren Achsabstand aufliegen. Der Wandaufbau einer derartigen Konstruktion ist frei wählbar und auch die ­Zwischenwände sind beliebig anzuordnen. Die Konstruk­ tionsweise des Ständerbaus ist aus der erfolgreichen Rahmenbauweise im Holzbau abgeleitet. Decken- und Wandscheiben bestehen aus extrem leichten, tragenden Kaltprofilen mit einer Wandstärke von 1–2 mm. Ähnlich dem im Innenausbau gängigen Trockenbau-Ständerwerk werden Metallständer in einem Raster von 40–80 cm ge­ stellt und beidseitig mit Holz- oder Gipswerkstoffen be­ plankt. Durch die Verbindung der Profile mit der Beplan­ kung entsteht eine Tafel, die als Scheibe wirkt und das Gebäude aussteift. Analog zum Holzbau kann geschoss­ weise (platform-frame) oder geschossübergreifend (bal­ loon-frame) konstruiert werden. Die Modulbauweise geht über den Vorfertigungsgrad des Ständerbaus hinaus. Im Gegensatz zu den übrigen Fer­ tigteilbauweisen entstehen raumgroße Module witte­ rungsunabhängig im Werk. Das Tragwerk eines Moduls besteht aus einem dreidimensionalen Rahmensystem aus Kaltprofilen, die Größe richtet sich nach den Trans­ portbedingungen. Bei einer Breite von 3 m und einer Höhe von bis zu 4 m können Module bis zu 12 m Länge pro­ blemlos von Sattelschleppern an die Baustelle befördert werden. Diese häufig als Containerbauweise bezeichnete Herstellung ist vor allem für temporäre, schnell zu errich­ tende und sich wiederholende Räume, etwa für Bau­ stelleneinrichtungen oder den Messebau, geeignet. Zu­ nehmend findet die Modulbauweise auch experimentell Anwendung, etwa in den Bereichen Wohnen und Kultur.

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b e ton- u nd STAHL B ETONBAU

EIGENSCHAFTEN Der heute mit Abstand am häufigsten eingesetzte Bau­ stoff im Skelettbau, Stahlbeton, ist erst seit Mitte des 19. Jahrhunderts in Gebrauch, als entdeckt wurde, dass zugfester Stahl in Kombination mit druckfestem Beton einen Verbundbaustoff ergibt, der die Vorteile der Mate­ rialeigenschaften von Stahl (hohe Zugfestigkeit) mit de­ nen von Beton (hohe Druckfestigkeit, Korrosionsschutz und nichtbrennbarer Baustoff) verbindet. In der Folge wurde Stahlbeton als Hybrid-Baustoff zum wichtigsten Material für die Entwicklung der modernen Architektur. Mit dem neuen Baustoff konnten Konstruktionen rea­ lisiert werden, die mit den einzelnen Baustoffen Stahl, Holz oder Stein nicht denkbar waren. Eine grundlegende Voraussetzung zur Kombination der beiden Materialien Stahl und Beton ist die Tatsache, dass sich ihre Ausdeh­ nungskoeffizienten nahezu gleichen, beide Materialien reagieren unter dem Einfluss von Temperaturänderungen ähnlich. Ihre Längenänderung beträgt überschlägig bei einer Temperaturdifferenz von 10 °C etwa 1 mm je 10 m; diese Differenz muss bei Baukonstruktionen berücksich­ tigt werden. Auftretende Bewegungen werden beispiels­ weise durch die Ausbildung entsprechender Fugen auf­ gefangen. Zudem verformen sich Betonbauteile durch Schwinden und Kriechen im Zuge der Austrocknung des im Material gebundenen Wassers.

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nellen Formensprache der an den Akademien g ­ eschulten Architekten bestimmt, beim Tragwerk setzte sich je­ doch rasch eine von dem französischen Bauunternehmer ­Hennebique entwickelte Konstruktionsweise aus Stüt­ zen, Voutenträgern und Rippenplatten durch 1, 2. Diese an den vertrauten Holzskeletten orientierte, durch ihre ­monolithische Bauweise jedoch neuartige Konstruktion war dem Eisenskelettbau wirtschaftlich deutlich über­ legen. Außerdem löste die Verwendung von Beton das Problem des Brandschutzes. Meilensteine jener Entwick­ lung ­waren das Wohnhaus der Brüder Perret in Paris (1903) und das Faguswerk in Alfeld von Walter Gropius (1914). Le Corbusier schließlich verwendete das Kons­ truktionssystem des Betonskeletts als architektonisches Ausdrucksmittel (Domino, 1915 3) und machte die Trennung von Tragwerk und Hülle zur Grundlage seines „plan libre“.

Stahlbeton ist ein für die Skelettbauweise hervorragend geeigneter Baustoff. Es besteht die Möglichkeit, die Bau­ teile entweder vor Ort zu gießen (Ortbeton) oder als Fer­ tigteile in der Fabrik herzustellen. Durch eine in die Fab­ rik verlagerte, witterungsunabhängige Fertigung können Gerüste und Schalungen eingespart werden. Die Ergeb­ nisse sind präziser und besser kontrollierbar. Allerdings sind bei Fertigteilen die Anschlüsse aufwendiger und auf die günstige Durchlaufwirkung von Trägern oder Decken­ platten muss oft verzichtet werden. Aus diesen Grün­ den hat sich im Stahlbetonbau ein weiteres Fertigungs­ verfahren, die Halbfertigteilbauweise, herausgebildet, welches die Vorteile beider Bauweisen miteinander ver­ bindet. Fertigteile werden dabei durch Ortbetonbauteile getrennt, was eine bessere Kraftübertragung und die Ausbildung homogener Anschlussdetails ermöglicht. Die Verwendung von Fertigteilen ist fast so alt wie die Stahlbetonbauweise selbst. Bereits 1891 verwendete der französische Ingenieur Edmond Coignet für den Bau des Casinos in Biarritz Betonfertigteile, zehn Jahre ­später entstand in Cincinnati mit dem Ingalls-Building (­Elzner & Anderson) das erste Hochhaus der Welt in ­Eisenbeton-Skelettbauweise. Das Äußere der früheren Stahlbetonbauten blieb zwar noch lange von der traditio­

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1 Industriebau im HennebiqueSystem (heute ZKM – Zentrum für Kunst und Medien­technologie), Karlsruhe, 1915, Philipp Jacob Manz 2 Patentzeichnung, Hennebique-System, Paris, 1892, François Hennebique 3 Bausystem „Domino“ zur ­industriellen Serienfertigung von Häusern in Stahlbeton-Skelett­ bauweise aus vorgefertigten Teilen. 1915, Le Corbusier, Max du Bois 4 Fertigteilfuge, dauerelastisch 5 Bewegungsfuge, Fakultätsbau, Oxford, 1998, Norman Foster 6 verschiedene Fugenprofile, ­ M 1:20

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FÜGUNG Typische Stahlbetonquerschnitte haben durch die im Verhältnis zur zulässigen Bewehrungsstahlzugspan­ ­ nung niedrige Betondruckspannung einen relativ gro­ ßen Druckbereich. Im Vergleich zum Stahlbau sind daher Stahlbetonbauteile, vor allem an den Fügepunkten, oft deutlich stärker dimensioniert. Fügungen von Stahlbetonbauteilen unterscheidet man nach ihrer Herstellungsart: Bei der Ortbetonbauweise sind die Verbindungen in der Regel monolithisch, also ver­ gossen und damit biegesteif. Bei der Fertigteilbauweise können die Übergänge zwischen den einzelnen Fertig­ teilen (Stützen, Träger, Deckenplatten) ebenfalls auf der Baustelle vergossen oder mithilfe von Stahl-Einbau­teilen starr bzw. gelenkig angeschlossen werden. Ihre Fügung bleibt für den Betrachter nachvollziehbar, sofern die ein­ zelnen Bauteile nicht nachträglich verkleidet werden. Bei der Ortbetonbauweise können sich Stützen, Träger und Deckenplatten – durch die Möglichkeit, die Bewehrung in einer Ebene zu führen und den gesamten Knoten in ­einem Vorgang zu betonieren – geometrisch durchdrin­ gen. Die Folge kann eine schlanke, durch das Ausnutzen der Verbundtragwirkung statisch optimierte Konstruk­ tion von hohem ästhetischem Reiz sein. Ein Ortbeton­ knoten kommt damit dem Idealbild des Knotens im Ske­ lettbau am nächsten. S. 52

Fertigteilsysteme erfordern in den Knotenbereichen oft mehr Raum, da die einzelnen Elemente über- oder neben­ einander geführt werden müssen. Für das Auflagern der Träger an den Stützen sind angeformte Konsolen erfor­ derlich. Die Aussteifung von Stahlbetonbauten über­ nehmen in der Regel Wand- und Deckenscheiben oder ­massive Kerne. Erschließungskerne sind oft vor Ort her­ gestellt, können aber auch aus Fertigteilen bestehen. Wandscheiben und Deckenplatten werden häufig als Halbfertigteile, sogenannte Filigranelemente, angeliefert und örtlich zu einem statischen Gefüge vergossen. In Fertig­teilhallen übernehmen eingespannte Stützen die horizontale Aussteifung. Beton verformt sich infolge von wechselnden Tempera­ turen, durch Feuchtigkeit und auch beim eigenen Trock­ nungsprozess. Diese Längenänderungen müssen durch Fugen aufgenommen werden, andernfalls entstehen Schäden durch Risse. Im Montagebau sind Fugen unum­ gänglich und müssen auch gestalterisch bedacht sein. Je nach Tragwerk sind die einzelnen Bauteile über die Fu­ gen hinweg durch Stahlbauteile (z. B. Seilschlaufen oder Bewehrung) kraftschlüssig verbunden. Die Fugenbreite ist abhängig von der Länge und Höhe des Gebäudes. Das Fugenbild prägt das äußere und innere Erscheinungsbild von Fertigteilbauten maßgeblich.

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1–6  Verbundarten für ­Verbundträger, M 1:20: a

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VERBUNDKONSTRUKTIONEN AUS STAHL UND STAHLBETON Um einen Verbund zwischen den unterschiedlichen Werk­ stoffen herzustellen, muss die glatte Stahloberfläche so bearbeitet werden, dass der Beton an ihr haften kann. Stahlbauteile werden durch angeschweißte Schub­ dollen oder Kopfbolzen verbundfähig. So entstehen Ver­ bundträger aus Stahlprofilen, die durch aufgeschweißte ­Kopf­bolzen schubfest mit den aufliegenden Stahlbeton­ decken verbunden sind. Dabei wird die Decke als Druck­ platte und der Träger überwiegend auf Zug beansprucht. Häufig kommen Stahltrapezbleche als verlorene Scha­ lung für Stahlverbunddecken zum Einsatz. Hierzu werden entsprechend zugelassene Trapezbleche mit bewehrtem ­Beton vor Ort vergossen, wobei das Trapezblech als ­außenliegende Bewehrung angerechnet werden kann. Es bildet zugleich die fertige Untersicht der Decke. Für hoch beanspruchte Bauteile, aber auch aus wirtschaftlichen Gründen kombiniert man oft die Vorteile des Stahlbaus und der Stahlbetonbauweise in Verbundkonstruktionen. Das Ummanteln oder Ausgießen von Stahlprofilen mit Beton erhöht deren Steifigkeit und sorgt für einen we­ sentlich besseren Brandschutz, dennoch können Knoten­ ausbildungen und Befestigungen durch Schweißen oder

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Schrauben montagefreundlich und kostengünstig auf der Baustelle hergestellt werden. Umgekehrt ermöglicht die Ausnutzung der höheren Festigkeit von Stahl eine Ver­ ringerung der Querschnittsabmessungen, bei deutlich er­ höhter Tragfähigkeit. Außerdem unterbindet die Beton­ deckung die Korrosion des Stahls, so dass zusätzliche Korrosionsschutz-Maßnahmen verzichtbar sind. Man unterscheidet zwischen vollständig betonumman­ telten Stahlprofilen und Profilen, bei denen die Kammern ausbetoniert sind, deren Flansche und Kanten jedoch sichtbar bleiben. Sind Letztere sowohl vom Aussehen als auch der Fügetechnik nach eindeutig dem Stahlbau zu­ zuordnen, rechnet man vollummantelte Profile eher zur Stahlbetonbauweise. Vor allem durch die stetig erhöhten Brandschutzanforderungen haben Verbundbauweisen an Bedeutung gewonnen. Auch bei außenseitig sichtbaren Stahlprofilen hat das Ausbetonieren der Kammern brand­ schutztechnische Vorteile: Im Brandfall verlieren zwar die außenliegenden Flansche einer Kammerstütze ihre Tragfähigkeit, deren Lastanteile gehen aber auf den ge­ schützten Steg und den bewehrten Kammerbeton über, wodurch insgesamt eine wesentlich höhere Feuerwider­ standsdauer erreicht wird.

1 Ortbetondecke auf Stahlträger 2 Fertigteilelemente auf ­Stahlträger mit Verguss 3 Ortbetondecke auf Stahl­ trapezblech 4 Fertigteilplatten mit ­Reibverbund 5 Fertigteilplatten mit Aufbeton 6 Ortbetondecke auf mittragen­ dem SchwalbenschwanzprofilBlech a Ortbeton b Fertigteilplatte c Stahlträger d Kopfbolzendübel e HV-Schrauben f Trapezblech g Schwalbenschwanzprofilblech h Bewehrungsschlaufen 7 Verbundstützen (von oben nach unten): a Hohlprofil, ausbetoniert b Hohlprofil, ausbetoniert mit ­Zusatzbewehrung c einbetoniertes Stahlprofil d Walz- oder Schweißprofil mit Kammerbeton

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BAUWEISEN Der Vorteile der Stahlbeton-Fertigteilbauweise liegt in der rationellen Vorfertigung einzelner Bauteile, ohne die Widrigkeiten einer Baustelle und ihrer Witterungsbedin­ gungen. Damit sind Fertigteile äußerst präzise herstell­ bar und die eigentliche Montagezeit vor Ort ist minimiert. Aus den Bedingungen von Montage und Transport er­ geben sich allerdings vielfältige Maß- und Gewichts­ beschränkungen der Fertigbauteile. Beide Herstellungsmethoden (Ortbeton- und Fertigteil­ bauweise) sind für den Einzelfall auf ihre Anwendbarkeit zu untersuchen. Große, seriell herstellbare Hallentrag­ werke sind ein ideales Feld für den Fertigteilbau, während sich bei kleineren oder komplexeren Bauvorhaben eher die Ortbetonbauweise bewährt hat. Die Frage, welches der beiden Prinzipien gewählt werden soll, stellt sich in der Praxis seltener, da aus wirtschaftlichen Überlegun­ gen in Abstimmung mit Tragwerksplanern und Bauunter­ nehmen oft beide Bauweisen kombiniert werden. Funda­ mente, Bodenplatte, Stützen und Tragbalken können kostengünstig in Ortbeton erstellt werden, die Decken­ platten werden meist als Halbfertigteile (Filigrandecken S. 135) verlegt und mit Aufbeton versehen. Der Keller kann aus ausbetonierten Hohlwänden errichtet und die Treppenläufe können als Fertigteile eingebaut werden. Folglich handelt es sich meist um Teilmontagebauten.

8 8 Kombination von Fertigteil-­ Trägerrost und Ortbeton-Tragwerk: Firmenzentrale, Coesfeld, 2001, David Chipperfield 9 Bauteilquerschnitte: a Trägerquerschnitte b Binder- und Pfettenquerschnitte 10 Fertigteilanschlüsse: Decke, Träger, Stütze

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Vollmontagebauten waren insbesondere bei den Groß­ bauten in den sechziger und siebziger Jahren des ver­ gangenen Jahrhunderts beliebt, z. B. bei Hochschul- und Verwaltungsbäuden. Das tragende Skelett, bestehend aus Stützen mit Auflagerkonsolen, auf die Unterzüge oder weit gespannte Träger aufgelegt sind, wird wie ein Baukasten zusammengesetzt. Die Aussteifung erfolgt durch Einspannung der Stützen in Köcherfundamenten, durch massive Decken- und Wandscheiben oder durch Erschließungskerne. Da die Bauteilfugen konstruktiv nicht überdeckt werden können, sind diese Bauweisen mit den ­gestiegenen Wärmeschutzanforderungen – ab­ gesehen von ungedämmten Konstruktionen im Indust­ rie- und Ge­werbebau – heute kaum mehr realisierbar. Ihre größte Verbreitung findet die Montagebauweise in 8 Spannweiten auch über 40 m Hallenbausystemen. sind durch Vorspannung herstellbar. Vor allem bei Groß­ anlagen ist der Baustoff Stahlbeton aufgrund des schnel­ len Bau­ablaufs, der hohen Belastbarkeit des Tragwerks und der robusten Montagetechnik oftmals die wirtschaft­ lichste Alternative.

68 materialisieren I SKELETTBAU

HOLZBAU

Mit Holz entstanden die ersten Skelettbauten. Der Bau­ stoff war früher fast überall verfügbar, bot ausreichende Stabilität und konnte einfach bearbeitet werden. Holz ist in auch heute noch in waldreichen Gebieten ein kosten­ günstiger Baustoff, der zudem von vielen Menschen als angenehm, warm und sinnlich erfahrbar empfunden wird. Über alle Kulturen und geografischen Grenzen hinweg haben sich Konstruktionsweisen im Holzbau entwickelt, die bezeugen, wie vielfältig und doch ähnlich der Baustoff Holz eingesetzt wurde. Der Holzbau in allen Variationen ist damit zu einer we­ sentlichen Ausdrucksform der Architektur geworden. An der Holzskelettbauweise orientieren sich viele spätere Konstruktionsarten. Wird von „Fachwerk“ gesprochen, denkt man zunächst an die spätmittelalterliche Holz­ architektur 1, wie sie uns heute noch in vielen euro­ päischen Städten begegnet, obschon der Begriff des Fachwerks ganz allgemein und materialunspezifisch ein Tragwerk beschreibt. Auch im Holzbau kann in flächige Bauweisen (z. B. Block­ bau) und lineare Konstruktionen, den Holzskelettbau, ­unterschieden werden. Die Dauerhaftigkeit von Holz­ baukonstruktionen hängt, mehr noch als bei anderen Bau­ stoffen, von der materialgerechten Verwendung des Werkstoffs ab. Daher müssen die Fügungspunkte gewis­ senhaft geplant und detailliert werden. Holzverbindun­ gen sind nach ihrem statischen System, ihrer Fertigung und der Montage zu bewerten: Welche Arten und wie viel Lasten können übertragen werden? Sind sie handwerk­ lich oder industriell hergestellt und sind sie lösbar oder unlösbar konstruiert? Verbindungsmittel müssen neben den Auflagerkräften auch Druck-, Zug- und Schubkräfte sicher von einem auf das andere Bauteil übertragen. Die Fügungsarten im Holzbau werden in zimmermanns­ mäßige und ingenieurmäßige Konstruktionen differen­ ziert. Traditionelle, mathematisch nicht exakt zu fassen­de, sogenannte zimmermannsmäßige Konstruktionen, zeichnen sich dadurch aus, dass sie ohne zusätzliche kräfteübertragende Verbindungsmittel, beispielsweise aus Stahl, auskommen. Allenfalls werden die Balken durch Holznägel in ihrer Lage gesichert. Sie sind so konstruiert, dass sie überwiegend Druckkräfte übertragen. Von der großen Anzahl traditioneller Holzverbindungen 2 sind heute (außer in denkmalgerechten Konstruktionen) nur noch Versatze, Verblattungen und einfache Zapfen im Gebrauch. Grund dafür ist nicht nur der hohe Arbeits­ aufwand, der mit ihrer Herstellung verbunden ist, sondern auch der Umstand, dass die traditionellen Holzverbin­ dungen oft mit einer deutlichen Schwächung der Balken­ querschnitte einhergehen und dadurch insgesamt einen

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­ öheren Holzverbrauch bedingen und zudem statisch h nicht nachweisbar sind. Der Holzskelettbau hat sich aus der historischen Fachwerkbauweise entwickelt. Voraus­ setzung für den modernen Holzskelettbau ist die Verwen­ dung von Verbindungsmitteln und Formteilen aus Stahl 3, wie Winkel, Bleche oder Balkenschuhe, sowie von Dübeln, Bolzen oder Passschrauben. Damit ist die bere­ chenbare Übertragung von Druck-, Zug- und Schub­ kräften möglich. Spezielle Stahlblech-Formteile ermög­ lichen die Ausbildung von horizontalen Knotenpunkten, bei denen die Hölzer alle in einer Ebene liegen. Die Ver­ wendung von Balkenschuhen, Pfetten­ankern und Winkel­ stücken hat zu einer deutlichen Vereinfachung der Füge­ technik im Holzskelettbau geführt, ebenso der Einsatz von Nagelplatten und Knotenblechen im Ingenieurholz­ bau. Die automatisierte Fertigung birgt dabei auch die Gefahr einer deutlichen Verarmung der einst so hoch­ stehenden „Kunst des Fügens“ im Holzbau.

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HOLZBAU 69

1 Fachwerk-Rathaus, Markgröningen, 15. Jahrhundert 2 traditionelle Holzverbindungen 3 Formteile aus Stahl 4 Fugen im Holzbau, M 1:20: a offene Fugen b überlappende Fugen

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Die Tragelemente im Holzbau, die traditionell recht eng­ maschig waren, werden heute mit größeren Raster­ abständen ausgeführt. Durch die Trennung zwischen tra­ gender Konstruktion und raumabschließenden Wänden ist eine freiere Grundrissgestaltung und damit eine fle­ xiblere Aufteilung der Innenräume möglich. Das Trag­ werk bestimmt das Entwurfsraster. Holzskelette können unter­schieden werden in Systeme, deren Tragelemente in einer Ebene liegen und solche, deren Tragelemente in mehreren Ebenen verlaufen. Die Wahl einer bestimmten Bauart hängt von den auftretenden Belastungen ab. Die architektonische Gestalt eines Holzskelettbaus wird maßgeblich durch die gewählte Bauart, das Tragwerk, be­ stimmt. Daher ist es unumgänglich, sich nicht nur mit den systemischen Eigenschaften, sondern auch mit der gestalterischen Wirkung der einzelnen Holzbauweisen vertraut zu machen. Die Trennung von Tragsystem und Hülle bringt eine Viel­ zahl von konstruktiven und gestalterischen Freiheiten mit sich. Man unterscheidet in die Wand integrierte von nicht oder nur teilweise integrierten Tragsystemen. Die Ent­ scheidung für das Tragsystem bestimmt auch die Lage der Fassade, die vor, zwischen oder hinter dem Tragwerk angeordnet werden kann. Bei einer integrierten Tragkon­ struktion sind die Tragglieder nicht zu sehen, während bei teilweise integrierten Systemen die Wandflächen durch die Stützen im Raster geteilt werden. Bei nicht integrier­ ten Konstruktionen übernehmen die Stützen durch ihr plastisches Hervortreten einen Teil der Raumbildung. Auf­ grund der hohen Wärmeschutzanforderungen heutiger Ge­ bäude ist eine vollständige Umhüllung des Tragsystems, seine Lage im Warmen, den übrigen Möglichkeiten meist vorzuziehen. Liegt die Fassade zwischen den Traggliedern, entstehen schwer kontrollierbare Wärmebrücken. Zudem können Bewegungen des Tragwerks auf die Fassadenkon­ struktion übertragen werden. Die natürlichen Quell- und Schwindeigenschaften des Holzes wirken sich nachteilig

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auf die Fugenbildung aus, so dass dichte Anschlüsse nur mit hohem Aufwand herstellbar sind. Das Gleiche gilt, wenn das Tragsystem außerhalb der Gebäudehülle liegt. Wenngleich derartige Konstruktionen einen hohen ästhe­ tischen Reiz haben, bedarf die konstruktive und bau­ physikalische Bewältigung der Durchdringungen zwischen Tragwerk und Hülle einer hohen planerischen Sorgfalt. FUGEN Zwischen der Tragkonstruktion und den Elementen der Hüllflächen und des Ausbaus müssen differenzierte An­ schlüsse in verschiedenen Ebenen geschaffen werden. Fugen müssen sowohl Maß- als auch Montagetoleranzen zur Erleichterung des Einbaus aufnehmen. Im Holzbau weisen Fugen 4 eine Breite zwischen 5 und 20 mm auf. Man unterscheidet je nach Anordnung in gestoßene Fu­ gen, die der Trennung zwischen Trag- und Ausbau­system im Bandraster dienen, in gleitende Fugen, die durch die Tragkonstruktion verdeckt werden und eine ungehinderte Ausdehnung der einzelnen Ausbauelemente ermöglichen, sowie in einfach oder doppelt verdeckte F ­ ugen, die eine Trennung der Ausbauelemente untereinander, beispiels­ weise bei Verschalungen, ermöglichen. Auch der konst­ ruktive Holzschutz wird erst über eine korrekte Fugenaus­ bildung gewährleistet. Fugen im Fassadenbereich müssen zur Innenraumseite hin dampfdicht ausgebildet sein, um einer Tauwasserbildung vorzubeugen. Konstruktive Holz­ bauteile im Außenbereich sind grundsätzlich so auszufüh­ ren, dass ein ungehindertes Austrocknen nach der Durch­ feuchtung durch Regen oder Schnee möglich ist. Als Fu­ genmaterial eignen sich im Holzbau vor allem Fugenbän­ der auf Polysulfidbasis oder aus Polyurethan-, Vinyl- oder Mineralschaumstoffen. Adhärierende Dichtmassen sind aufgrund der auftretenden Spannungen in Bauteilen aus Holz nicht dauerhaft. Die Verträglichkeit des Fugenmate­ rials mit den vorgesehenen Anstrich- oder Holzschutz­ systemen ist in jedem Einzelfall sorgfältig zu prüfen.

70 materialisieren I SKELETTBAU

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TRÄGER Die Ausbildung eines Trägers hängt, neben der gestal­ terischen Einfügung in das architektonische Konzept, wesent­lich von seiner Belastung und der gewünschten Spannweite ab. Die zulässige Durchbiegung für Decken­ träger ist nach DIN 1052 auf l/300 der Spannweite ­begrenzt. Während Vollholzträger wirtschaftlich nur bis etwa 6 m Spannweite verwendbar sind, werden größere Weiten oder stärkere Belastungen durch Träger aus Brett- oder Furnierschichtholz oder durch zusammenge­ setzte Tragsysteme bewältigt. Fachwerk beispielsweise setzt sich aus geraden Stäben zusammen, die unterein­ ander Dreiecke bilden. Dadurch werden die einzelnen Stäbe nur durch Druck- oder Zugkräfte beansprucht. Ne­ ben Nagelbindern findet man auch mit Schlitzblechen versehene Greim- oder Menigbinder. Im Holzleimbau kommen außerdem Gitterträger zu Anwendung, so die ein- oder mehrteiligen Trigonitträger 3a oder die Drei­ 3b. Wellstegträger 3c beste­ eckstrebenbauweise hen aus sinuswellenförmigen Baufurnierplatten, die als Stege in ausgefräste Nuten von Ober- und Untergurt ein­ gepresst und verleimt werden und so ein Ausbeulen des Trägers verhindern. Plattensteg- und Kastenträger mit Gurten aus Brettschichtholz und Stegen aus Holzwerk­ stoffen weisen bei geringem Materialaufwand eine hohe 3d Besonders schlanke Träger sind Tragfähigkeit auf. gegen Verkippen oder Beulen anfällig und müssen mit Beulsteifen gesichert werden. Unterspannte Träger be­ stehen aus einem auf Biegung beanspruchten Obergurt sowie Druckstäben und einer Unterspannung mit Zug­ stäben. Brettschicht- oder Leimholzträger gibt es als ­Parallelträger, pult- oder satteldachförmige Träger sowie in geknickter und gekrümmter Form. Für Spannweiten zwischen 10 und 30 m haben sich Fachwerkträger als wirtschaftlich erwiesen. Bis 15 m Länge werden Fach­ werke geleimt oder genagelt, für größere Spannweiten werden die Verbindungen der Streben gedübelt.

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1, 2  Unterspannte BSH-Träger: Reithalle, St. Gerold, 1997, Hermann Kaufmann

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3 Auswahl von Trägerarten: a Trigonitträger b Dreieckstrebenträger c Wellstegträger d Plattenstegträger

HOLZBAU 71

STÜTZEN UND STÜTZENFÜSSE Im modernen Holzskelettbau werden Grundrissraster meist auf einem Grundmodul von 62,5 cm aufgebaut, Stützraster liegen daher häufig bei 250, 500, 750 und 1000 cm. Entscheidend für die Wahl eines Rasters sind die Träger- und Deckenspannweiten. Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit in Holzlängsrichtung sind Stützen in statischer Hinsicht einfach berechenbare Tragglieder. Oft werden sie aus zwei oder mehr Querschnitten zusam­ mengesetzt, um eine ausreichende Biegesteifigkeit zu erzeugen und nicht zu knicken. Dabei wird zwischen ­homogenen und gespreizten Querschnitten unterschie­ den. Letztere sind aus Einzelstäben zusammengesetzt, die nur punktuell durch Zwischenhölzer oder Streben mit­ einander verbunden sind. Stützen aus Kantholz-Quer­ schnitten sind aufgrund der Stammlängen in der Regel auf ca. 8 m Länge begrenzt. 4 Auswahl von Stützen/-füßen 5 Wohnanlage Hebelstraße, Basel, 1988, Herzog & de Meuron. Die Form der Pendelstützen aus Vollholz folgt dem Kräfteverlauf (Entasis).

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Holzstützen sind, sofern sie der Witterung ausgesetzt sind, mindestens 5 cm hoch über die Geländeoberkante aufzuständern, um zu verhindern, dass sich zwischen Fuß und Erdboden Feuchtigkeit, die zum Faulen des Holzes führen könnte, sammeln kann. Das Stirnholz muss belüf­ tet sein, um ungehindert abtrocknen zu können. Stützen innerhalb von Gebäuden können mit einer Bitumenpappe als Trennlage auch unmittelbar auf die Bodenplatte auf­ gesetzt werden. Den Übergang zum Fundament bildet in≈der Regel ein Stahlfuß 4, dessen Metallteile in die Stütze eingelassen, eingebohrt oder eingeschlitzt ­werden. Je nach den zu übertragenden Kräften wird der Fuß als Gelenk ausgebildet oder die Stütze wird zwi­ schen ­entsprechend stark dimensionierten Stahlprofilen ein­gespannt. Liegt die Stütze innerhalb einer Außen­ wandkonstruktion, kann sie auf einer Grundschwelle ­aufgesetzt werden. Im Gegensatz zur traditionellen Schwellenausbildung im Fachwerkbau ist die Stütze über Stahlteile durch die Schwelle hindurch mit dem Funda­ ment verankert. Das Schwellenholz bildet dann lediglich die Montagelehre für die Aufstellung der Stützen und muss durch eine Bitumenpappe gegen aufsteigende Feuchtigkeit geschützt werden.

Der Gefahr der Rissbildung und des Verdrehens der ­Hölzer kann durch Entlastungsnuten und eine entspre­ chende Profilierung entgegengewirkt werden. Größere Stützenquerschnitte werden heutzutage häufig aus Brettschichtholz gefertigt.

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72 materialisieren I SKELETTBAU

RAHMEN Im Hallenbau mit Spannweiten bis 50 m haben sich sta­ tisch bestimmt gelagerte Dreigelenkrahmen aus Brett­ schichtholz bewährt. Durch die biegesteif ausgeführten Rahmenecken werden die Momente aus den Riegeln in die Stiele geleitet. Das für die Bemessung ausschlagge­ bende Moment in der Rahmenecke ist hauptsächlich ab­ hängig von der Form des Rahmens. Je höher der First im Verhältnis zur Spannweite ist, desto geringer fällt der ­Horizontalanteil der Auflagerkraft aus. Die größten Biege­momente entstehen in der Rahmenecke, der Mo­ menten-Nullpunkt liegt im Riegelgelenk am First. Es ist zu unterscheiden zwischen durchgehend gefertig­ ten Hüftrahmen, die bis etwa 20 m Spannweite in einem Stück auf die Baustelle transportiert werden können, und gestoßenen Rahmen aus einzelnen Riegeln und Stielen, die über Dübel biegesteif verbunden sind. Keilverzinkte Rahmenecken aus Brettschichtholz werden mit einem Mittelstück konstruiert, um den Kraft-Faser-Winkel zwi­ schen Riegel und Stiel zu halbieren und die zulässigen Spannungen zu erhöhen. Statisch unbestimmte Zwei­ gelenkrahmen kommen dagegen im Holzbau seltener zum Einsatz.

1 1 Brettschichtholzträger der ­Ausstellungshalle Hergatz, 1995, Baumschlager & Eberle 2 Rahmenkonstruktionen: a Stiel und Riegel keilverleimt, Stützenfuß b einteilige Rahmenhüfte aus BSH, Stützenfuß c Stiel und Riegel mit Dübel ­verbunden, Stützenfuß d in Druck- und Zugglieder ­aufgelöster Stiel, Stützenfuß

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HOLZBAU 73

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3 3 Errichtung eines Gebäudes in traditioneller Fachwerkbauweise 4 Zapfenverbindungen, M 1:20 5 Fachwerkbau: a Schwelle b Eckpfosten c Fensterpfosten d Türpfosten e Andreaskreuz f Strebe g Rähm (Einbinder) h Deckenbalken i Riegel j Sturzriegel

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FACHWERKBAU Ein elementierter Holzbau aus waagerechten Schwellen (dem oberen und unteren Rähm) sowie senkrechten Stie­ len oder Pfosten wird als Fachwerk bezeichnet. Dia­ gonale Streben zwischen diesen Bauteilen stabilisieren die Wände in Längsrichtung, indem sie die Windkräfte ­direkt in die Schwellen und das Fundament weiterleiten. Als Rastermaß hat sich im modernen Fachwerkbau 125 × 125 cm bewährt, Pfosten haben üblicherweise Querschnitte von 12/12 oder 14/14 cm. Das kleinteilige Konstruktionsraster gibt die Fassadenausbildung vor. Fenster werden direkt in die Gefache zwischen die Pfos­ ten gesetzt. Die Deckenbalken liegen zwischen dem obe­ ren Rähm und der Fußschwelle des nächsten Stockwerks und können dadurch leicht auskragen. Die Erdgeschoss­ schwelle ruht auf einer massiven Bodenplatte oder auf einer Balkenlage, die ihrerseits auf Streifenfundamente aufgelagert wird. Die Holzquerschnitte historischer Bei­ spiele sind relativ groß, da sie entsprechend der hand­ werklichen Fügetechnik konstruktiv nach Erfahrung und nicht statisch bemessen wurden. Die Kräfte werden ­vorwiegend direkt von Holz auf Holz durch Zapfen und Versatze übertragen, was zu einer Schwächung der Bal­ kenquerschnitte und dementsprechenden Überdimen­ sionierung der einzelnen Tragglieder führt. Das Fachwerk ist ein in sich ausgesteiftes System aus einer Vielzahl von Teilelementen, die geschossweise aufgestellt und übereinandergestapelt werden. Öffnungen über zwei Ge­ schosse sind nicht möglich, der Fachwerkbau ist, mit ­wenigen regionalen Ausnahmen, ein Stockwerkbau aus übereinandergestapelten Geschossrahmen. Im traditio­ nellen Fachwerkbau sind die Wandkonstruktionen mit Stein, Lehm oder Holz ausgefacht und bleiben außen wie innen sichtbar. Der moderne Fachwerkbau kommt durch den Einsatz ingenieurtechnischer Verbindungen mit wirtschaftlicheren Querschnitten aus. Die Gefache werden mit Dämmung ausgefüllt und die Konstruktion wird innen wie außen verkleidet, ist damit jedoch nicht mehr gestaltprägend. Die verwendeten Nagelbleche und Winkel­beschläge werden durch die beidseitige Beklei­ dung verdeckt. Heute kommt die Fachwerkbauweise überwiegend bei eingeschossigen Zweckbauten sowie der Restauration historischer Gebäude zum Einsatz.

1 Strandbad, Zug, 1999, Alfred Krähenbühl 2 Doppelträger-Stütze; Ansicht und Systemschnitt, M 1:50: a Fundament b Doppelträger c Stütze d Stülp-Schalung e Unterkonstruktion f Blechdachrand g Kiesschüttung h Dachabdichtung i Holzschalung j Bodenbelag

1

DOPPELTRÄGER-STÜTZE ­(ZANGENKONSTRUKTION) Das hierarchisch aufgebaute Konstruktionsprinzip des Doppelträgers auf einer Stütze wird umgangssprach­ lich auch als Zangenkonstruktion bezeichnet. Die hier ge­ zeigte Konstruktion besteht aus einteiligen Stützen und einem gerichteten Hauptträgersystem aus paarweise an­ geordneten Durchlaufträgern. Auf diesem Primärtrag­ werk liegen die Deckenbalken auf, dadurch ergeben sich relativ große Konstruktionshöhen der Geschoss­decken. Der Anschluss der Hauptträger an die Stütze wird durch Passbolzen und -schrauben, Ringdübel oder Ausplattun­ gen ausgeführt, die Deckenbalken sind mit Winkeln ge­ gen Verkippen gesichert. Den unteren Abschluss bildet eine Pendelstütze auf Einzelfundamenten mit Stahlfuß. Die Höhe der Träger ermöglicht eine hohe Tragfähigkeit und große Spannweiten, wobei die Spannweite der Zange stets größer ist als die der Nebenträger. Grundrisse können vom Stützenraster weitgehend unab­ hängig entwickelt werden. Da Zangensysteme grund­ sätzlich offene Systeme sind, kann die Fassade vor, hin­ ter oder zwischen den Stützen stehen. Bauphysikalisch sind die Schnittpunkte der Konstruktion mit der Fassade sorgfältig zu planen. Die gerichtete Konstruktion bedingt unterschiedliche Anschlusspunkte sowie verschiedene Öffnungsmaße und ermöglicht großzügige Verglasun­ gen. Sitzt die Fassade in der Ebene der Stützen, bleiben diese sichtbar, im Bereich von Zange und Nebenträger werden Füllhölzer eingepasst. Sitzt die Fassade hinter den Stützen, wird sie in der Ebene der Nebenträger be­ festigt. Der Anschluss zwischen Fassade und Zange bleibt ebenso sichtbar wie alle übrigen Teile der Kon­ struktion, die Aussteifung liegt vor der Fassade. Sitzen die Wände im Bereich der äußeren Zange, wird die Kon­ struktion durch die Fassade bis auf die herausstehenden Vorhölzer der Zangen verdeckt. In diesem Fall befinden sich die Aussteifungselemente auf der Innenseite. Die Stützen können mehrere Zangenanschlüsse auf­ nehmen, wodurch ein Ebenenversatz mit unterschiedli­ chen Geschosshöhen einfach ausführbar ist. Die Mög­ lichkeit umlaufender Auskragungen ist ein typisches Gestaltmerkmal, ein Höhenausgleich zwischen Hauptund ­Nebenträgern ist einzuplanen. Die Vorholz­längen der Zangenköpfe, die aufgrund der Dübelverbindungen an den Endpunkten konstruktiv erforderlich sind, geben der Konstruktion ihr charakteristisches Aussehen. Diese ­Vor­hölzer sind konstruktiv, z. B. durch den Dachüber­ stand, Blechabdeckungen oder durch imprägnierende An­ striche zu schützen.

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3 Jugenddorf Cieux, Limoges, 1985, Roland Schweitzer 4 Träger-Doppelstütze; Ansicht und Systemschnitt, M 1:50: a Fundament/Stützenfuß b Doppelstütze c Hauptträger d Nebenträger e Stülp-Schalung f Unterkonstruktion g Verglasung h Füllholz i Blechdachrand j Kiesschüttung k Dachabdichtung l Holzschalung m Bodenbelag

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TRÄGER-DOPPELSTÜTZE ­(ZANGENKONSTRUKTION) Dieses System ist ebenfalls den Zangenkonstruktionen zuzurechnen, kehrt aber das Konstruktionsprinzip des Doppelträgers um: Einteilige, durchlaufende Träger l­ iegen zwischen geteilten Stützen. Dies ermöglicht wirtschaft­ liche Spannweiten bis etwa 7 m und so flexibele Grund­ riss- und Fassadenkonfigurationen. Es handelt sich um eine gerichtete Konstruktion, die im Unterschied zur klas­ sischen Zangenbauweise durch die geteilten Stützen ein noch vielschichtigeres Bild abgibt. Dies kann durch Doppelung der Stützenpaare, als Bündel von vier Teil­ stützen, weiter gesteigert werden. Zweigeteilte Stützen ­ermöglichen die Anordnung von Hauptträgern in eine, vier­geteilte Stützen in zwei Richtungen. 4 Bei größe­ ren Bauhöhen werden die Stützen abschnitts- oder ge­ schossweise durch Füllhölzer gekoppelt, die als Auflager für die Hauptträger genutzt werden können. Die Futter­ hölzer zwischen den Stützenteilen können auch durch­ laufend eingebaut werden, die Konstruktion verliert dann allerdings ihre filigrane Wirkung. Der Hauptträger wird durch mechanische Verbindungsmittel aus Stahl wie Passbolzen, Ringdübel oder Passschrauben an die Stüt­ zenzange angeschlossen, die Nebenträger werden mit Balkenschuhen verbunden oder mit einfachen Blech­ winkeln gegen Verkippen gesichert. Der Stützenfuß muss eingespannt sein und ruht auf ­einem Einzelfundament, wodurch das System unterschiedlichen topografischen Bedingungen angepasst werden kann. Auskragungen sind in eine Richtung, bei viergeteilten Stützen auch in zwei Richtungen möglich. Die beliebige Lage der Fassaden entspricht der offe­ nen Zangenkonstruktion; problematisch ist auch hier die Durchdringung der Fassade durch die Trägerlage. Auf eine sorgfältige Fugenausbildung zwischen Tragwerk und Fassade ist daher besonders zu achten. Die ­Konstruktion mit Doppelträgern ist wirtschaftlicher als die der geteil­ ten Stütze. Zudem ist das System aufgrund der schlan­ ken Einzelquerschnitte der Stützenteile bei der Planung des Brandschutzes komplexer. Es eignet sich daher vor ­allem für Skelettbauten mit größeren Spannweiten, bei denen aus statischen Gründen auch die Stützenquer­ schnitte entsprechend stark bemessen werden müssen.

76 materialisieren I SKELETTBAU

1 Martinszentrum, Bernburg, 2007, Weiss & Volkmann 2 Träger auf Stütze; Ansicht und Systemschnitt, M 1:50: a Fundament b Stütze c Haupttäger d Nebenträger

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p Unterspannbahn q Dampfbremse r Bodenbelag s Estrich

e Innenverkleidung f Dämmung g Zusatzdämmung h Konterlattung i Traglatung j Boden-Deckel-Schalung k Blechdachrand l Kiesschüttung m Dachabdichtung n Holzschalung o Hinterlüftung /Lattung

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TRÄGER AUF STÜTZE Bei diesem System handelt es sich um eine einfache ge­ richtete Konstruktion, deren Hauptträger in einer Rich­ tung, in der Regel als Mehrfeldträger, auf den Stützen auf­ liegen. Die Nebenträger werden in gleicher Ebene über Winkelverbinder an die Hauptträger angeschlossen oder auf die Hauptträger gelegt, was dann zu einem höheren 4 Die Stützen sind eingeschos­ Deckenaufbau führt. sig, ebenfalls gerichtet und geben damit die Tragrichtung an. Die Abstände der Stützen in Haupttragrichtung ­liegen bei bis zu 7 m. Den unteren Abschluss bilden Hauptträger, die über Anker oder Platten am Fundament fixiert oder aufgeständert werden. Bei Verwendung einer massiven Bodenplatte kann die untere Tragwerkslage entfallen. Durch das Übereinanderstapeln gleicher Kon­ struktionen entstehen mehrgeschossige Bauten. Die Kraftübertragung von Hauptträger zu Stütze erfolgt über die Querdruckfläche des Trägers und die Stirnfläche der Stütze, die Kraftübertragung an die darunterliegende Stütze erfolgt über in die Hauptträger eingelassene Stahlplatten oder über Laschen. Reichen die Auflager­ flächen der Stützen zur Kraftübertragung nicht aus, ­müssen sie durch Stahlteile vergrößert werden. Bei der Konstruktion ist darauf zu achten, dass die Stüt­ zen längs, die Träger jedoch quer zur Faser beansprucht werden. Das Tragwerk ist gegen Windsog mittels Schlitzund Zapfenverbindungen, Gewindestangen oder Sim­ plexschrauben zu sichern. Auskragungen sind nur in Haupttragrichtung möglich. Ein Ebenenversatz ist durch die gestapelte Bauweise nur aufwendig herstellbar. Durch die gerichtete Konstruktion entstehen unterschiedliche Fassaden, deren Anschlüsse an das Tragwerk konstruk­ tiv zu lösen sind. Die Aussteifung kann über Andreas­ kreuze oder über Wandelemente erfolgen, sofern diese als Scheiben ausgebildet sind. Bei eingeschossigen ­Konstruktionen sind auch wesentlich größere Stütz­ weiten möglich, sofern ein entsprechend leistungsfähi­ ges Hauptträgersystem, beispielsweise aus Fachwerk­ trägern, gewählt wird. Auch hier hängt die Spannweite maßgeblich von der konstruktiven Ausbildung der Auf­ lager ab.

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HOLZBAU 77

3 Wohnhaus, Appenzell, 2000, Ecolo Architekten 4 Träger an Stütze; Ansicht und Systemschnitt, M 1:50: a Fundament b Stütze/Dämmung c Träger d Innenverkleidung e Zusatzdämmung

f Traglattung g Lamellen-Schalung h Blechdachrand i Kiesschüttung j Dachabdichtung k Holzschalung l Hinterlüftung m Unterspannbahn n Dämmung o Dampfbremse p Bodenbelag q Estrich

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TRÄGER AN STÜTZE (RIEGELKONSTRUKTION) Die Riegelkonstruktion ist ein ungerichtetes System und zeichnet sich durch eine vollständig ebenengleiche Kno­ tengeometrie aus. Sie besteht aus durchlaufenden ein­ teiligen Stützen und aus Hauptträgern, die als Einfeld­ träger zwischen den Stützen fluchtgleich angeschlossen werden. Der Vorteil dieser klassischen Knotengeometrie besteht in den gleichen Anschlussbedingungen für alle Außen- und Innenwände in jeder Höhe und jeder Rich­ tung. Die Lastabtragung erfolgt über die Riegel zu glei­ chen Teilen auf die Stützen. Daher wechseln die einge­ schnittenen Nebenträger in den Feldern die Richtung. Früher schränkte das relativ engmaschige Stützen­raster die Grundrissgestaltung ein. Mit den heute verfügbaren Holzqualitäten können auch größere Spannweiten reali­ siert werden. Die Verbindung zwischen Stützen und Riegeln kann über Balkenschuhe, Stahlwinkel, Stahldübel mit Simplex­ schrauben oder T-Profile mit Passbolzen erfolgen. Spe­ ziell hergestellte Stahlformteile ermöglichen verdeckte Verbindungen. Die Nebenträger werden über Winkel­ verbinder an die Hauptträger angeschlossen, der untere Anschluss erfolgt als eingespannte Stütze mit Stahlfuß. Die Fassadenelemente sitzen exakt zwischen den Stüt­ zen und Riegeln, wodurch die Tragkonstruktion, je nach energetischem Standard, sichtbar bleiben kann. Wie bei allen Holzkonstruktionen muss hier eine Abwägung zwi­ schen konstruktivem Aufwand, Bauphysik und energe­ tischem Standard getroffen werden. Daher ist auf die sorgfältige Durcharbeitung der Fugen besonders zu ach­ ten. Die Aussteifung erfolgt in Wandebene über Andreas­ kreuze. Ein Ebenenversatz mit Räumen unterschied­licher Höhen ist konstruktiv möglich, Auskragungen dagegen sind nicht möglich. Der verhältnismäßig hohe Aufwand der Knotenausbildung muss den Vereinfachungen im Ausbau durch die einheitlichen Bauhöhen und Anschluss­ bedingungen gegenübergestellt werden. Aus diesem Grund eignen sich Riegelkonstruktionen besonders für industriell gefertigte Bausysteme, die in größerer Serie hergestellt werden.

T R AG EN U N D M AT ERIA L ISIER EN MATERIALISIEREN | wandbau und decken

K APItel 4

prinzipien der tragstruk t ur

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MAUERWERKSBAU 88 B E TON- U ND STAHL B E TONBAU

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HOL ZBAU 116 DECKEN 130

80 Materialisieren I wandbau

prinzipien d er tragstru k t u r

In Wandbauweise errichtete Bauten sind allseitig geschlossene Körper. Die gesamte Lastabtragung erfolgt in der Regel über die Wände und Decken, so dass eine ­lineare Lastabtragung typisch ist. Die Tragstruktur wird durch die untereinander fest verbundenen, ineinander verzahnten, massiven Wandscheiben und Decken gebildet. Im Inneren wird die massive Hülle durch kleinteilig angeordnete Wände ergänzt, daher spricht man auch von der sogenannten Schachtelbauweise. Alle tragenden Wandelemente werden zur Aussteifung und Raumbildung synergetisch genutzt. Als Materialien stehen Mauerwerk, Beton, Lehm oder Massivholz zur Auswahl. Der Wandbau ist vor allem bei Gebäuden geringer und mittlerer Höhe anzutreffen. Wände und Decken wirken in diesem System gemeinsam als tragende und aussteifende Elemente. ­Höhere Geschossbauten werden in der Regel nicht über einzelne Wandscheiben, sondern durch zu ­einem Kern angeordnete Wände, die Torsionskräfte aufnehmen können, ausgesteift. Öffnungen für Fenster oder Türen werden in die Wände geschnitten. Je nach Größe müssen die Öffnungen durch verstärkte Bauteile wie Stürze oder Unterzüge überspannt werden. Die Dimensionen der Räume sind abhängig von der Leistungsfähig-

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keit des jeweiligen Materials wie des Deckensystems. Es ist sinnvoll, dass Raum- und Nutzungsstrukturen und damit der Grundrisszuschnitt der einzelnen Ebenen ähnliche Anforderungen aufweisen, da die tragenden Wände vertikal überein­ander angeordnet sein sollten. Die statischen und konstruk­tiven Möglichkeiten im Massivbau ergeben sich wesentlich aus den Qualitäten der verwendeten Einzelelemente und deren Fügung. Klassisch liegen beim Wandbau Tragfunktion und Raumabschluss in einem Bauteil. Verhältnismäßig werden mehr Flächen und Volumen von den t­ragenden Elementen besetzt. Geschosslage und Belastung bestimmen die Wandstärke. In den oberen Geschossen nimmt diese in der Regel ab. Der Massivbau vereinigt innerhalb seines Tragmaterials Anforderungen aus dem Tragwerk und aus der Bau­ pysik (Wärmeschutz, Schallschutz, Brandschutz, Feuchtigkeitsschutz, Regenschutz) . Dagegen steht der Skelettbau für die Trennung der Funktionen. Außenhaut und Raumbildung arbeiten unabhängig vom Tragsystem und erfüllen die jeweils gestellten Aufgaben (Wärmeschutz, Schallschutz, Brandschutz, Feuchtigkeitsschutz, Statik) spezifisch. Kapitel 3

1 Umbau und Renovierung ­Bürgerhaus „Bernhardskapelle“, Owen-Teck, 2001, Klumpp + Klumpp Architekten BDA

prinzipien der tragstruktur 81

2 Ein- und zweischalige Wand­ konstruktionen : a monolithische Wand: Bei Ausführung in Mauersteinen in der Regel beidseitig verputzt. Alle Anforderungen von Tragfähigkeit und Bauphysik werden durch die massive Wandkonstruktion erfüllt. Ein Wärmedämmputz kann den Wärmeschutz unterstützen. Feuchte- und Witterungsschutz werden von der Außenseite, z. B. vom Putz, übernommen.

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b einschalige Außenwand mit ­Wärmedämmverbundsystem (WDVS): Die massive Schicht übernimmt Tragfunktion, Brand-, Schallund Hitzeschutz. Das WDVS übernimmt die Anforderungen an den Wärme- und Witterungsschutz. c einschalige Außenwand mit Innendämmung: Die massive Schicht übernimmt Tragfunktion, Brand-, Schall-, Hitzesowie Witterungsschutz. Die Innenschale übernimmt die Anforderungen an den Wärmeschutz. d einschalige Außenwand mit ­vorgesetzter Bekleidung: Auf der tragenden Wand werden Halterungen montiert und im ­Zwischenraum wird eine Wärmedämmung angebracht. Die Hinterlüftung der Schale dient der ­Abführung des Kondenswassers. e–h  zweischalige Außenwand: Untergliedert in massive Innen- und Außenschale sowie gegebenenfalls ein Schalenzwischenraum mit ­Wärmedämmung (mit oder ohne Luftraum möglich). Die äußere, als Vorsatzschale bezeichnete Schicht dient dem Witterungsschutz, wo­ gegen die innere Schicht, als Tragschale, die Abtragung der Lasten übernimmt. Die Zwischenschicht dient der Wärmedämmung, Hinterlüftung oder als Sperrschicht gegen Feuchtigkeit. Die Vertikallasten des Eigengewichtes der Vorsatzschale müssen von der Tragschale abgetragen werden.

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WANDKONSTRUKTIONEN Wände können monolithisch oder mehrschalig aufgebaut sein. Im Sinne der Beanspruchung sind tragende, nicht tragende und aussteifende Wände zu unterscheiden. Tragende Wände nehmen Lasten und Kräfte aus Eigenlast, Nutzlast, Decken- bzw. Dachlast und Wind auf. Sie werden in erster Linie als Scheiben beansprucht und können gleichzeitig zur Aussteifung herangezogen werden. Aussteifende Wände tragen im Wesentlichen nur ihre ­eigene Last und gegebenenfalls Lasten aus darüberliegenden, aussteifenden Wänden. Sie dienen dem Ab­ tragen horizontal angreifender Lasten, wie Wind, Erddruck, Knicken oder Beulen. Nichttragende Wände werden weder zur Lastabtragung noch zur Aussteifung herangezogen. Sie sind für das Tragsystem nicht relevant. AUSSENWÄNDE Bei Außenwänden spielen neben den gestalterischen Anforderungen Wärmedämmung und Wetterschutz eine ­dominierende Rolle. Monolithische Außenwände sind im Mauerwerksbau mit besonderen, wärmedämmenden Steinen in der Regel als 30–36,5 cm starke Wände ohne

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zusätzliche Dämmung herstellbar. Demgegenüber steht die Aufsplittung der Einheit von Tragsystem und Außenhaut mit einer Ausführung der Außenwand in mehreren Schichten, die dann den jeweiligen Anforderungen (Tragen, Wärmeschutz, Feuchtigkeitsschutz bzw. Austausch) entsprechen kann. INNENWÄNDE Innenwände haben u. a. Anforderungen aus Brandschutz, Schallschutz (z. B. Wohnungstrennwände), Luftdichtigkeit, dem sommerlichen Wärmeschutz (als Pufferspeicher), Tragwerk und Aussteifung zu erfüllen. Tragende ­Innenwände werden in der Regel einschalig ausgeführt. Sie müssen neben der Eigenlast leichte Konsollasten und Stoßlasten aufnehmen bzw. weiterleiten können. NICHTTRAGENDE WÄNDE Nichttragende Innen- und Außenwände sind beansprucht durch Eigengewicht und gegebenenfalls Windlasten. Diese Lasten müssen auf die tragenden Bauteile ab­ geleitet werden. Darüber hinaus dürfen nichttragende Wände nicht für die Gebäudeaussteifung oder Knick­ aussteifung tragender Bauteile herangezogen werden.

82 Materialisieren I wandbau

1 Fügungsprinzipien im Wandbau: a Prinzip b Mauerwerk c Ortbeton d Betonfertigteile e Holzblockbau

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LASTABTRAGUNG UND FÜGUNG IM WANDBAU Unterschiedliche Nutzungstypologien erfordern jeweils eine entsprechende Raumbildung. Bauphysikalische, gestalterische und statische Möglichkeiten der einzelnen Materialien begünstigen oder verhindern unterschied­ liche Bauweisen oder Konstruktionen. Typischerweise werden im Mauerwerksbau Drucklasten übertragen, Zuglasten können nur bedingt aufgenommen werden. Mit der Festlegung des Systems trifft der Planer grundlegende Entscheidungen für die Gestaltung, Grundrissaufteilung, Belichtung und spätere Anpassungsfähigkeit, da tragende oder aussteifende Bauteile sich später nur unter hohem Aufwand verändern oder entfernen lassen. In Grenzbereichen der Belastung ist es mitunter sinnvoll, System oder Material zu variieren. Das Tragwerk wird in Zusammenarbeit mit dem Tragwerksplaner definiert. Die Prüfung der Statik erfolgt über einen externen Prüfingenieur. Unterschieden wird zwischen den konstruktiven Systemen Schachtel, Schotte oder Scheibe. S. 36 Bei der Wahl der Konstruktion sind die Leistungsfähigkeit von Material und Bauweise im Hinblick auf das gewählte System, sowie die sich jeweils ergebenden spe­ zifischen räumlichen Qualitäten zu betrachten.

d

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ERRICHTUNG UND MONTAGE Bei der Entscheidung für eine Vor-Ort- oder Montagebauweise sind die Projektbedingungen von Zeitmanagement, Kosten, Materialverfügbarkeit sowie die Auswirkung auf Konstruktionssystem und Gestaltung gegeneinander abzuwägen. Für die Bauzeit spielen Witterungsbedingungen eine beträchtliche Rolle. Bei niedrigen Temperaturen, besonders bei Frost, ist die Verarbeitung eingeschränkt. Das Erhärten von Mörtel wird verzögert, der Haftverbund zwischen Stein und Mörtel ist nicht sicher. Die Vorfertigung dagegen ist unabhängig von Witterungsbedingungen möglich. Die Herstellung vor Ort ermöglicht eine individuelle Formgebung. Eine Vorfertigung ist lohnend, sofern das Gebäude viele gleichbleibende Bauteile aufweist. Der Einbau der vorgefertigten Bauteile verläuft schnell, das Warten auf das Erreichen der Standfestigkeit entfällt. Eine Teilvorfertigung, z. B. Filigrandecken, kann unter Umständen ein Kompromiss sein. Bei dieser Deckenkonstruktion werden Fertigteile auf der Baustelle durch Ortbeton ergänzt. Auf diese Weise werden Schalungsaufwand und Transportkosten (geringeres Gewicht) einspart.

prinzipien der tragstruktur 83

e

d

c

b c

a

f

2

2 Halterung auszusteifender Wände nach DIN 1053: a einseitig gehalten (nur unten) b zweiseitig gehalten (oben und unten) c dreiseitig gehalten (oben, unten und eine Seite) d vierseitig gehalten (oben, unten und beide Seiten) e Ringanker f Wirkungslinien S. 84

AUSSTEIFUNG Vertikalkräfte (Druckspannungen) aus Belastungen werden im Wandbau über Wände und Pfeiler abgetragen. ­Dabei haben mehrseitig durch Decken oder Querwände gehaltene und ausgesteifte Wände eine geringere Knicklänge, d. h., sie können bei gleicher Wandstärke höher ausgeführt werden. Zusätzlich müssen Gebäude gegen Hori­ zontallasten aus Wind ausgesteift sein. Horizontalkräfte (Zugspannungen) werden über Aussteifungen oder Auflast abgetragen. Ausgesteift sind Gebäude, wenn die Geschossdecken als steife Scheiben ausgebildet oder umlaufende Ringbalken sowie eine ausreichende Zahl von Längs- und Querwänden vorhanden sind. Mindestens drei vertikale Wandscheiben, deren Wirkungslinien sich nicht in einem Punkt schneiden, sind hierzu notwendig. Haben die drei Wände einen gemeinsamen Schnittpunkt oder liegen die Schnittpunkte im Unendlichen, ist das System labil. Aussteifende Wände werden unterschieden in gebäudeaussteifende und bauteilaussteifende Wände. Gebäudeaussteifende Wände sind Bestandteil des Gesamtsystems und mitverantwortlich für die Standsicherheit des Gebäudes. Bauteilaussteifende Wände sichern langgestreckte Wandscheiben gegen seitliches Ausweichen (Knicken, Beulen, Kippen) unter Druckbelastung. Für eine wirksame Aussteifung legt man Höhe, Dicke und Länge der auszusteifenden Wand im Verhältnis zu Länge, Dicke, Gewicht und Abstand der aussteifenden Wand oder Wände fest. S. 90 Dabei ist es im Hinblick auf das Verformungsverhalten sinnvoll, die aussteifenden Wände aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie die auszusteifenden Wände, im Verband mit einer zug- und druckfesten Verbindung oder Bewehrungen ­herzustellen. DECKENSYSTEME Decken S. 130 bilden den horizontalen Raumabschluss und tragen sowohl die ständigen Lasten aus Eigen­ gewicht als auch die veränderlichen Nutzlasten ab. Darüber hinaus ist ihre wesentliche Funktion als aus­ steifende, lastweiterleitende, schubfeste Scheibe, die anfallenden Horizontalkräfte aus beispielsweise Windoder Erddruck auf die tragenden und aussteifenden Wände zu übertragen. Im Wandbau kommen je nach Wandsystem einachsig oder zweiachsig gespannte Decken in unterschiedlichen Materialien und Konstruktionsweisen zur Ausführung. Im Brandfall müssen Decken zumindest für den Zeitraum der Rettungsaktionen eine ausreichende Tragfähigkeit besitzen. Im Geschossbau spielt zudem der Trittschallschutz eine bedeutende Rolle.

84 Materialisieren I wandbau

1 Wandöffnungen: a Sturz b Laibung c Fenstersims d Fensterbank e Brüstung j

f Druckverlauf in einer Mauerwerkswand mit Flachsturz g Lastabtragung bei massiven Wänden im Bereich von Öffnungen, Darstellung Druckgewölbe h Lastverteilung unter dem ­Auflager eines Trägers

i

i Sturzformen; Segmentbogen, Scheidrechterbogen, Spitzbogen, Rundfenster j Zusammenwirken von Öffnung und Wand; Entlastungsbögen ­verschiedener Wandöffnungen

h

g

f

a

d e

1

c

b

prinzipien der tragstruktur 85

2 Temperaturverlauf bei ­verschiedenen Wandaufbauten am Beispiel Mauerwerk:

+40 °C

a Außendämmung b Innendämmung c Kerndämmung 3 konstruktive Wärmebrücken in Außenecken; der Innenfläche steht die größere, Wärme ­abgebende ­Außenfläche gegenüber:

+40 °C

+40 °C

+20 °C

+20 °C

∆T=12,6 °C

–12 °C

2a

+20 °C

∆T=40,8 °C

∆T=51,3 °C ∆T=10,2 °C

–12 °C

–12 °C

b

c

a Grundriss b Schnitt

WANDÖFFNUNGEN Wandbauten zeichnen sich gegenüber dem Skelettbau durch im Verhältnis zu den Öffnungen größere zusammenhängende Wandflächen aus. Zur optimalen Abtragung der vertikalen Lasten sollte die Anordnung der ­Öffnungen regelmäßig und vertikal untereinander er­ folgen. In den Wandscheiben bewirken die Öffnungen eine Lastumleitung, die im Einzelnen zu höheren Punkt­ lasten führt. Großformatige Öffnungen sind durch Misch­ konstruktionen mit Stützen und Pfeilern herstellbar. Hierdurch wird die Gesamtkonstruktion jedoch aufwendiger. Konstruktiv bestimmen Geschosshöhe, Sturz- und Brüstungshöhe die Dimensionen der Öffnung. Ausführung und Mate­rial dagegen geben die Breite der Öffnung und die Höhe des Sturzes vor. Früher übliche Bogenkonstruktionen sind heute durch einfach herstell- und einbaubare Balkenträger in Form von Stahlbetonstürzen und Stahlträgern ersetzt. Bei der Gestaltung der Öffnung selbst spielen verschiedene Faktoren wie Tageslichtnutzung, Brüstungshöhe oder Sturzausbildung im Zusammenspiel mit Sonnenschutzanlagen oder Rollläden eine maß­ gebliche Rolle. Für haustechnische Installationsleitungen müssen Wand- und Deckendurchbrüche vorgesehen ­werden.

3a

b

Durchbrüche und Aussparungen in tragenden Wänden sind generell möglich. Dimension, Anzahl und Lage gibt die Haustechnik vor. Diese ist statisch zu überprüfen. ­Horizontale Schlitze schwächen den Wandquerschnitt und sind nur eingeschränkt möglich. S. 91 In der Werkplanung werden alle erforderlichen I­nstallationsschlitze und Aussparungen in einer sogenannten Schlitz- und Durchbruchsplanung koordiniert. Im fertigen Zustand müssen auch die haustechnischen Installationen die Anforderungen an Brand- und Schallschutz erfüllen. Es empfiehlt sich, die Schnittstelle der Zuständigkeit für den Verschluss von Durchbrüchen (­bauliche/zeitliche Koordination und Kosten) im Vorfeld zu klären.

BAUPHYSIK Bei der Wahl des Wandmaterials sind die bauphysika­ lischen Anforderungen aus Wärmedämmung, Wärme­ speicherung, Festigkeit, Brandschutz und Schalldämmung gegeneinander abzuwägen. Hieraus ergeben sich Bauteilquerschnitte und Schichtaufbauten der Wände. Eine enge Abstimmung zwischen planendem Architekten und Tragwerksplaner, der neben der Erstellung der Statik in der Regel auch den baulichen Brand-, Schallund Wärmeschutz nachweist, ist hierzu notwendig. WÄRMESCHUTZ Ein guter Wärmeschutz schafft die Voraussetzungen zur Herstellung eines hygienischen und angenehmen Raumklimas sowie zur Vermeidung von Tauwasser im Innenraum (DIN 4108). Wesentlich für die Ausbildung der Wandkonstruktion sind Art und Lage der Wärmedämmung. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmedämm­ fähigkeiten massiver Baustoffe bieten sich je nach ­Anforderung und Material ein- oder zweischalige Konstruktionen an. S. 81 Eine außenliegende Dämmung ermöglicht die Herstellung einer lückenlosen Hüllfläche. Die hohe Speicher­ fähigkeit der innenliegenden massiven Wände bewirkt durch lange Aufheiz- und Abkühlzeiten ein stabiles ­Raumklima. Eine Innendämmung eignet sich auch für unregelmäßig geheizte Räume, da die Aufheizzeit relativ kurz ist. Sie ist für den nachträglichen Einbau (z. B. im denkmal­ geschützten Bestand) gut geeignet. Die Dämmschicht wird jedoch durch einbindende Querwände oder Decken oft unterbrochen und erfordert daher eine genaue Detail­ lierung, insbesondere im Hinblick auf die Tauwasser­ problematik. Die außenliegenden Tragelemente werden durch die Witterung thermisch stärker beansprucht. Das Verhalten einer mittig liegenden Dämmschicht (z. B. Kerndämmung) ähnelt dem einer Außendämmung. Die Notwendigkeit einer Hinterlüftung ist in Abhängigkeit von den Wand- und Verkleidungsbaustoffen und den Dampfdiffusionswiderständen zu planen.

86 Materialisieren I wandbau

Sonneneinstrahlung Reflexionsschicht

Niederschlag Feuchtigkeitssperre

Taubildung Oberflächenkondensatspeicher

Innentemperatur Wärmespeicher

Winddruck Winddichtung

Durchlässigkeit für Wasserdampf

Außentemperatur Wärmedämmung

Wasserdampfdruck Dampfsperre

Brandschutz Außenmaterial Frostbeständigkeit

1

FEUCHTIGKEIT Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft fällt als Tauwasser an der Bauteiloberfläche aus, sofern die Temperatur der Bauteiloberfläche unter der Temperatur der umgebenden Luft liegt. Aufgrund von Wasserdampfdiffusion kann Tauwasser im Innern des Bauteils ausfallen. Erdfeuchtigkeit resultiert aus im Boden vorhandenem, kapillar gebundenem Wasser und Wasser aus Niederschlägen (Sickerwasser). Unterschieden wird nicht drückendes und drückendes Wasser. Bei nicht drückendem Wasser ist der Schutz der erdberührenden Bauteile (Kellerwände, Fundamente) gemäß DIN 18195-5 herzustellen. Bei drückendem und aufsteigendem Sickerwasser empfiehlt sich die Herstellung einer sogenannten „weißen Wanne” aus Beton. LUFTDICHTHEIT Die wachsenden Anforderungen der ENEV steigern die Bedeutung von Luft- und Winddichtigkeit zum Erzielen der Richtwerte. Fugen und Durchbrüche müssen dicht ausgeführt werden. Undichtigkeiten führen zu verrin­ gertem Schallschutz, erhöhter Feuchtigkeitsbelastung innerhalb der Konstruktion sowie erhöhten Wärme­

verlusten und verringertem sommerlichem Wärmeschutz. Gemauerte Wände werden als luftdicht angenommen, wenn sie mit wenigstens einer Nassputzschicht, in der Regel der Innenputz, ausgeführt werden. Der Nachweis erfolgt über eine Luftdichtigkeitsprüfung (z. B. BlowerDoor-Test). RAUMKLIMA Massive Wände aus Mauerwerk oder Beton oder Lehm können aufgrund der Speicherfähigkeit des Materials die Wärme aufnehmen und über eine längere Zeit wieder abgeben. Andererseits verfügen sie über schlechtere Wärme­dämmeigenschaften als leichte Baustoffe. Positiv ist dies im Winter. Hier kann durch die Fenster ins ­Innere gelangende Sonneneinstrahlung gespeichert werden und im Laufe der Nacht wieder abgegeben werden. Die Positionierung der Öffnungen im Gebäudeentwurf spielt nicht zuletzt aus diesem Grund eine entscheidende Rolle. Die Wärmespeicherkapazität der Wandmaterialien kann andererseits im Sommer einen wertvollen Beitrag zur Pufferung von Wärmespitzen leisten, indem sie tagsüber Wärme aufnehmen und diese nachts wieder ab­ geben (Nachtkühlungssystem).

1 Bauphysikalische ­Beanspruchungen

prinzipien der tragstruktur 87

2 Bewegungsfugen: a Bewegungsfuge mit spritzbarem Fugendichtstoff b Bewegungsfuge mit imprägniertem Fugendichtungsband aus Schaumstoff

2a

BRANDSCHUTZ Die erforderliche Bemessung von Brandwänden regelt die DIN 4102, Teil 2. Brandwände sind erforderlich als Abschlusswand von Gebäuden bzw. als Trennwand innerhalb einzelner Brandabschnitte eines Gebäudes oder ­aneinandergereihter Gebäude sowie zwischen Wohn­ gebäuden. Sie sollen das Übergreifen des Feuers auf andere Gebäude oder Gebäudeabschnitte verhindern. Um einen Brandüberschlag oberhalb der Dachfläche zu verhindern, müssen Brandwände daher üblicherweise 30 cm über Dach geführt werden. In der Prüfung müssen sie einem Brand 90 Minuten widerstehen und zusätzlich einer normierten Stoßbeanspruchung standhalten. Sie haben daher in der Regel eine Mindestdicke von 24 cm. Im Brandfall müssen die tragenden Bauteile über einen vorgegebenen Zeitraum ihre Tragfähigkeit behalten. Neben der Materialität der Wand (A für nichtbrennbare Baustoffe, B für brennbare Baustoffe) sind ihre Position im Raum oder Lage im Gebäude sowie die Eigenschaften im Brandfall zu berücksichtigen. Unterschieden werden raumabschließende Wände, die eine Abgrenzung zu anderen Einheiten oder Rettungswegen herstellen und nur einseitig von Brand beansprucht werden können, sowie nicht raumabschließende Wände, welche sich innerhalb einer Nutzungseinheit befinden und einer mehrseitigen Beanspruchung durch Brand ausgesetzt sein können. Nicht raumabschließende Wände müssen daher ggf. stärker als raumabschließende Wände ausgebildet werden. SCHALLSCHUTZ Bauteile mit großer Masse und zweischalige Konstruk­ tionen erreichen einen guten Luftschallschutz. Bei einer traditionellen Massivbauweise, wie man sie im Wohnungsbau antrifft, werden daher die Mindestschallschutzanforderungen in der Regel erfüllt. Eine massive, einschalige Wand erreicht bei einem Flächengewicht von 350–400 kg/m² (das entspricht z. B. einer Kalksandstein-

b

wand der Rohdichteklasse 2,0 mit 24 cm Stärke, beidseitig ca. 1 cm verputzt) ein bewertetes SchalldämmMaß Rw von ca. 55 db. Bei höheren Anforderungen empfiehlt sich eine zweischalige Ausführung. Dies kann zu Mehrkosten führen, da Wände mit schallbrückenfreier Trennfuge ggf. bis ins Kellergeschossfundament auszuführen sind. VERFORMUNGEN UND FUGEN Aufgrund der jeweiligen Materialeigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung, Kriech- und Schwindverhalten), der Belastung (Eigengewicht, Verkehrslasten, ständige Lasten), der Verformungsrichtung (horizontal/ vertikal), der äußeren Einflüsse, je nach Ausrichtung (Nord/Süd) und Lage (innen/außen) ergeben sich unterschiedliche Verformungen wie Durchbiegung und/oder Längenänderung. Um Schäden wie Risse zu vermeiden, ist es notwendig, diese Verformungen konstruktiv einzuplanen. Geeignete Maßnahmen sind Dehnungs- und Bewegungsfugen. 2 Fugenbreiten zwischen 15–35 mm können mit spritzbaren, elastischen Dichtmassen geschlossen werden. Kleinere oder größere Fugen können mit fugenüberlappenden Bändern abgedichtet werden. Unterschiedlich hohe Gebäudeteile müssen durch Gebäudefugen getrennt werden, da unterschiedliche Setzungen zu erwarten sind. Die Trennung erfolgt durchgehend, d. h. über Wände und Bodenplatten. Fugenbreite und -tiefe von Dehnungs­ fugen (DIN 18540) werden auf Grundlage der zu er­ wartenden Bewegungen und Verformungen ermittelt und das elastische Ausgleichsvermögen des Fugenmaterials ist entsprechend zu beachten. Für die Wahl der Dichtung ist die Festigkeit und Saugfähigkeit der Untergründe ­ausschlaggebend, ebenso die Materialverträglichkeit zwischen Untergrund und Dichtstoff. Grundierungen (Primer) können die Verbindung zwischen unterschiedlichen ­Materialien verbessern.

88 Materialisieren | wandbau

M AU ERWERKSBAU

1 Mauerwerk als Gestaltungs­ element: Der archaisch anmutende Neubau eines IT-Ausbildungszentrums in Ruanda nutzt mit seinem klaren Materialkonzept Ziegelstein durchgehend für Wände, Stützen und ­Bodenbeläge, bis hin zu Lüftungsöffnungen und Sitzbänken. Nyanza, 2010, Dominikus Stark

1

Mauerwerk besteht aus anorganischen, nicht brenn­ baren Mauersteinen und Mauermörtel. Struktur, Trag­ wirkung und Belastbarkeit entstehen durch das in einer Maßordnung festgelegte Fügen und Verzahnen von Stein­formaten zu sogenannten Mauerwerksverbänden. Grund­elemente als Bauteil sind Pfeiler und Wand. Die Wandstruktur entsteht aus dem Verband von Steinen. Die einzelnen Wandscheiben müssen untereinander verzahnt werden. Die Tragfähigkeit von Mauerwerk ist begrenzt. Moderne Mauersteine sind leistungsfähige Baustoffe und aufgrund der industriellen Massenherstellung wirtschaftlich. Zudem sind sie einfach zu verarbeiten und anpassungsfähig an individuelle Grundrissgestaltungen. Durch den Einsatz großformatiger, maßhaltiger Steine kann der Arbeits- und Zeitaufwand auf der Baustelle deutlich reduziert werden. Verschiedene Mauerwerkssteine – mit unterschiedlichen Formaten, Querschnitten und Eigenschaften (Steindruckfestigkeit, Rohdichte, Wärmedämm- und Frostwiderstandsfähigkeit) – lassen in Kombination mit dem entsprechenden Mauermörtel unter­schiedliche Wandkonstruktionen zu.

In tragender Funktion erfüllt Mauerwerk heute in erster Linie keine gestalterischen Anforderungen. Die Steine sind rein auf statische und bauphysikalische Anforderungen optimiert und werden im fertigen Zustand im Allgemeinen verputzt oder verkleidet. Aufgrund der erforderlichen Wärmedämmung sind monolithische Systeme die Ausnahme. Zur Herstellung von Ansichtsflächen in Mauerwerk werden in der Regel mehrschichtige Aufbauten mit speziell hierfür entwickelten Steinen beispielsweise als witterungsbeständige Vormauerschale oder als aufgeklebte Riemchen verwendet. Mauerwerk als Gestaltungselement 1 ist geprägt durch seine spezifische Materia­ lität und die Art des Gefüges. Aufgrund von Zusammensetzung des Basismaterials, Formgebung, Brennmethode und Oberflächenbehandlung ergeben sich unzählige Steinprodukte. Sie verfügen in der Regel über eine hohe Lebensdauer und können durch geeignete Sanierungsund Reinigungsmethoden immer wieder ihr ursprüng­ liches Aussehen erhalten.

MAUERWERKSBAU 89

2 Herstellung Wandverband und Öffnungen: a Anfänger und Eckziegel b Ziegelflachsturz c Deckenrandschale, -element, WU-, WL- oder U-Schale d Kimmstein e Ziegelrollladen-, ­Ziegelraffstorekasten f Anschlagziegel g Anschlagschale h Gurtrollerstein i Iso-Kimmstein j Verschiebeziegel für ­Ausgleichslängen von 10–25 cm k Planelement l geschnittener Stein m Fertigteilsturz n senkrechte Anordnung von WU-, WL- oder U-Schalen für Installa­tionsschächte oder Stahl­ betonstützen zur Aufnahme von ­Punktlasten 3 Belastungen: a Lasten/Eigenlast b Windsog c Winddruck d Konsollasten e Stoßbelastung

n g a

i

2

d

e

3 a

b

4

l

j

b

c

k

f

h

a

d

m

e

4 Tragverhalten Stein/Fuge. Durch unterschiedliche Verformungen an der Kontaktstelle treten Spannungen auf: a Druckkraft b Versagen des Mauersteins c Zugspannung d Druckspannung e Mörtelverformung

c

d

c

b

e

KONSTRUKTIONSPRINZIPIEN Mauerwerk eignet sich vor allem für druckbeanspruchte Bauteile. Seine Druckfestigkeit ist wesentlich höher als die Biegezug- und Schubfestigkeit. Die Abtragung der Lasten erfolgt idealerweise flächen- und linienförmig. Lastkonzentrationen auf Punkte sind ungünstig. Zug und Biegung (z. B. aus Wind- oder Erddruck) werden nur begrenzt aufgenommen. Bei der Planung müssen folgende, das Tragverhalten bestimmende Kriterien berücksichtigt werden: – Herkunft der Steine: künstlich hergestellte Steine oder Natursteine – Steinart: Ziegel-, Kalksand-, Beton- oder Leichtbetonstein – Verbindung der Steine: mit oder ohne Mörtel (Trockenmauerwerk) – Mörtelsorte: Normal-, Leicht-, Mittelbett oder Dünnbettmörtel – Mörtelfugendicke: Dickbett, Mittelbett, Dünnbett – Stoßfugenausbildung: vermörtelt, unvermörtelt – Verband: Einstein-, Verbandsmauerwerk – fertige Oberfläche: Sichtmauerwerk oder verputztes Mauerwerk – Bauverfahren: vor Ort gemauert oder Vorfertigung – Rohdichte (kg/dm³): für Lastannahmen und Wärmeschutz

Stein und Mörtelfuge im Verbund bestimmen die Druckfestigkeit des Mauerwerkverbandes. 4 Bei Dünnbettmauerwerk liegt sie am höchsten. Einsteinmauerwerk hat eine höhere Festigkeit als Verbandmauer­ werk. Lochsteine haben eine geringere Druckfestigkeit als Vollsteine. Das Mauerwerk kann seine volle Trag­ fähigkeit nur entfalten, wenn die Steine kraft- und formschlüssig miteinander verbunden sind. Ausschlaggebend für das Gesamtergebnis ist daher die Qualität der Mörtelfugen, ihre Fugenstärke, lagerechte Verlegung, lotrechte Ausführung, vollständige Vermörtelung sowie die Einhaltung des Überbindemaßes (Überlappung von Steinen im Verband). S. 95 Außermittige Lagerungen oder Verschiebungen führen zu einer Beanspruchung auf Biegung, was zum Bruch des Steines und letztlich zur Reduzierung seiner Tragfähigkeit führen kann. Verbände gewähren das optimale Zusammenwirken von Stein und Mörtel. Stoßfugen können bei neueren Konstruktionen vermehrt unvermörtelt bleiben, sie haben keinen Einfluss auf die Druckfestigkeit des Verbandes. Ringanker oder bewehrtes Mauerwerk ermöglichen eine höhere Stabilität durch die steigende Zugfestigkeit. Je nach Lage der Wände kann deren Dicke unterschiedlich ausfallen. Kellerwände müssen zusätzlich zu den Lasten von oben den Erddruck aufnehmen und sind daher stärker als Wände in den oberen Geschossen auszuführen.

90 Materialisieren | wandbau

AUSSTEIFUNG Die DIN 1053 unterschiedet zweiseitig gehaltene (unten und oben durch Decken), dreiseitig gehaltene (ein freier vertikaler Rand) und vierseitig gehaltene Wände.  S. 83 Die Mindestabmessung für aussteifende Wände ist eine Länge von ¹/₅ der Wandhöhe. Sind Öffnungen vorhanden, ¹/₅ der lichten Höhe der Öffnung sowie eine Wanddicke von ¹/3 der Dicke der auszusteifenden Wand, mindestens jedoch 11,5 cm. 1 Die Standsicherheit freistehender Wände erreicht man durch eine Einspannung im Erdreich oder im Fußpunkt. Alternativ wird bei Mauerwerkswänden durch eingespannte Stützen (Stahl, Beton) die Standsicherheit hergestellt. 2 RINGANKER UND RINGBALKEN Ringanker sind am Wandkopf liegende horizontale Bauteile. Sie stabilisieren Wandscheiben, welche horizontale Lasten (Zugkräfte) abtragen, und sind ­umlaufend, ohne Unterbrechung, ausgebildet. Ringbalken sind in der Wandebene liegende, horizontale Balken die Zugkräfte, Biegemomente und Druckkräfte aufnehmen. Sie sind dort notwendig, wo die ­Decke nicht als aussteifende Scheibe (z. B. Holzbalkendecke) wirkt. Ringanker sind bei Bauten mit mehr als zwei Vollgeschossen bzw. bei einer Länge von mehr als 18 m, bei Wänden mit vielen oder großen Öffnungen (Öffnungsbreiten > 60 % der Wandlänge bzw. Fensterbreiten > ²/3 der Geschosshöhe), unter Gleitfugen sowie bei tragenden Bauteilen, die alleine nicht ausreichend schubfest sind (z. B. Mauerwerk), erforderlich. Zudem wenn der Baugrund es erfordert und bei Decken ohne Scheibenwirkung. In der Regel werden sie im Deckenrand als Bewehrung innerhalb der Geschossdecke ausgeführt. Als Mindestbewehrung für Ringanker sind zwei durchlaufende Rundstähle mit einem Mindestdurchmesser von 10 mm gefordert. Ihre Herstellung erfolgt aus Stahlbeton, Stahl oder bewehrtem Mauerwerk. Dabei ist zu beachten, dass bei der obersten Geschossdecke die Auflasten der aufgehenden Wände fehlen. Hierdurch können die Kräfte aus der Verformung der Decke nicht im gleichen Umfang wie bei den übrigen Geschossdecken in die Wände eingeleitet werden. Die oberste Geschossdecke wird daher, sofern keine anderen Maßnahmen getroffen wurden, gleitend (verschieblich) gelagert. Da auf die Wand wirkende Windlasten in diesem Fall nicht über Reibung in die Dachdecke eingeleitet werden, ist ­unterhalb von Gleitlagern grundsätzlich ein Ringanker auszubilden.

d

b ≥ ¹⁄₅ h c

≥ ¹⁄₅ h a

≤ 3d

≥ d/3 ≥ 11,5 cm d

≥ d/3 ≥ 11,5 cm

2a

h

≥ h/5

1

b

c

h

MAUERWERKSBAU 91

1 Mindestmaße aussteifender Querwände: a auszusteifende Wand b einseitige Aussteifung c beidseitige Aussteifung d Ringanker h lichte Geschosshöhe h lichte Öffnungshöhe 2 freistehende Mauern nach DIN 1053: a Aussteifung mit Stahlbeton­ stützen b Aussteifung mit Stahlprofilen c Aussteifung mit Kopfriegeln

b c

a

3 zulässige horizontale und ­ ertikale Schlitze ohne v ­rechne­rischen Nachweis:

400

a Schlitz mit unbegrenzter Länge b Ziegelflachsturz c Hilfsstütze; erforderlich, wenn lichte Weite (w) ≥ 1,25 m

≤ 120 d = 240

≤ 1000

≤ 1250 ≤ 30 ≥ 490 ≥ 115 ≤ 150

3

400

ÖFFNUNGEN Die Überdeckungen (Stürze) von Öffnungen für Türen oder Fenster in Mauerwerk wurden ursprünglich ge­ mauert. Heute sind zu ihrer Überdeckung vorgefertigte Sturz­elemente (als Einfeldträger) üblich. Ein Sturz besteht aus dem Zuggurt (z. B. vorgefertigter Flachsturz) und der Druckzone (Aufmauerung oberhalb des Sturzes). Bei ­Verwendung von bewehrten und ausbetonierten Form­steinen kann eine homogene Wandoberfläche entstehen. Sie bietet zudem den Vorteil, einen einheitlichen Putzgrund mit gleichem Verformungsverhalten (Riss­ vermeidung) zu schaffen. Bei der Übermauerung des Flachsturzes müssen die Stoßfugen zur Ausbildung des Druckgewölbes in jedem Fall vermörtelt werden. Die seitliche Auflagertiefe beträgt gewöhnlich 11,5 cm. Flachstürze können bis zu 3 m Sturzlänge verwendet werden. Fertigteilstürze erreichen Längen bis zu 2 m, die Öffnungsweite beträgt dann 1,77 m.

Bei Sichtmauerwerk sollten die Abmessungen und die Position der Öffnungen entsprechend dem angestrebten Verband gewählt werden. Für die Sturzüberdeckung gibt es in der Regel entsprechende Fertigteile. Bei verputztem Mauerwerk werden die Steine gewöhnlich auf der Baustelle zugeschnitten. Aus Gründen der Rationalisierung sind die Vorzugsgrößen von Öffnungen auf das gängige oktametrische Maßsystem abgestimmt. AUSSPARUNGEN Schlitze (in der Regel für die Leitungsführung der technischen Gebäudeausrüstung) führen zu einer Schwächung der Tragfähigkeit. Regeln für die Herstellung und Position von Schlitzen sind in der DIN 1053-1 festgelegt. Bei ­Anwendung der DIN kann ein rechnerischer Nachweis ­entfallen. In der Regel sind Schlitze mit einer Tiefe von 10–30 mm ausgeführt, d. h. in das fertige Mauerwerk gestemmt. Horizontale Schlitze sind statisch ungünstiger als vertikale.

92 Materialisieren | wandbau

MINDESTGRÖSSEN Die DIN 1053-1 definiert, dass es sich bei tragenden Mauerwerkswänden um überwiegend auf Druck beanspruchte, scheibenartige Bauteile handelt, die vertikale Lasten aus Decken sowie horizontale Lasten, z. B. aus Wind, aufnehmen. Da keine Zugfestigkeit vorhanden ist, können außermittig eingeleitete Kräfte zu einer Klaffung und schließlich zum Knicken der Wand führen. Daher sollten Mauerwerkswände mittig belastet werden. Das vereinfachte Bemessungsverfahren kann bei Gebäuden mit einer Höhe  15 cm über der wasserführenden Schicht liegen. Niederschlagswasser, das durch die ­Außenschale nach innen dringt, muss ohne Schaden wieder nach außen abgeführt werden. Bei zweischaligen Konstruktionen wird die Abdichtung an der Außenseite der inneren Schale geführt.

3

94 Materialisieren | wandbau

MASSSYSTEME UND FORMATE Das Ordnungsprinzip für Tragwerk und Grundrissaufteilung sowie für Öffnungen und Gebäudehülle beruht auf dem einzelnen Stein. Dabei ermöglichen unterschied­liche Formate eine individuelle Gestaltung des Bauwerks. Mit der Wahl des Formats und der Oberfläche trifft man somit eine grundlegende Entscheidung für Gestalt und Gliederung des Baukörpers, wobei eine einheitliche Maßordnung die Voraussetzung für eine rationale, kostengünstige Rohbauerstellung schafft. Hervorzuheben ist, dass Steine in der Länge angepasst, die lieferbaren Steinhöhen jedoch nicht verändert werden können. Schichthöhe (Stein + Fuge) und Anzahl der Schichten ergeben somit die Mauerwerkshöhen. Diese basieren auf dem Vielfachen eines Achtelmeters (12,5 cm). Je nach Hersteller gibt es Ausgleichsteine (Kimsteine) für die erste Schicht, um je nach Deckenstärke im Mauerwerksmaß aufmauern zu können. Eine mauerwerksgerechte Ausführung sollte ohne großen Verschnitt funktionieren, da dies zu erhöhtem Aufwand an Arbeitszeit und größerem Materialverbrauch führt. Bei Neubauten ist es üblich, mit einem der erforderlichen Wandstärke entsprechenden Einsteinmauerwerk zu arbeiten. Das Dünnformat (DF) wird fast ausschließlich als Vormauerstein bei Sichtmauerwerk verwendet. Auch das Normalformat (NF) spielt heute nur noch eine unter­ geordnete Rolle, da großformatige Steine (Plan­elemente) eine kürzere Bauzeit und damit wirtschaftlichere Ausführung ermöglichen. Die Planelemente bestehen aus Ziegel-, Kalksand- oder Betonwerkstein und sind mit Nutund Federsystemen ausgebildet. Sie verfügen über computergenau plangeschliffene Lagerflächen, ihre Verarbeitung erfolgt bevorzugt im Dünnbettverfahren (Fuge ca. 2 mm) mit Stumpfstoßtechnik. Die Hersteller bieten in der Regel komplette Formsteinprogramme, wie Eckoder Halb- sowie Zubehörziegel an. Ihre Formate werden nicht als ein vielfaches DF, sondern in ihren tatsächlichen Maßen angegeben. Die Vorzugsgrößen von Bauteil­ öffnungen, wie Türen und Fenstern, sind von den Herstellern noch immer auf das oktametrische Maß­system abgestimmt. Bei neueren Produkten, bei welchen die Fugen kleiner ausfallen, werden die Steine entsprechend größer hergestellt, so dass die Maßordnung insgesamt wieder eingehalten werden kann. Vollsteine und Blocksteine dürfen nur eine geringe Lochung (max. 15 %), z. B. für Griffschlitze, senkrecht zur Lagerfläche auf­weisen. Hochlochsteine verfügen über eine kleinfor­matige L ­ ochung senkrecht zur Lagerfuge (zwischen 1 ­ 5 und 50 % der ­Lagerfläche). Hohlblocksteine sind großformatige Steine mit einer oder mehreren Kammern als Hohlräumen. Beim tradierten oktametrischen Maßsystem werden die Formate aus der Achtelteilung des Meters als Achsmaß,

A A

V

V

Ö

Ö

V A 1000

750 A

500

A 1000

250

916,3

875

937,5

833

750

812,5 0

666,4

250

312,5

166,6

125

187,5

83,3

23,8

0

62,5

11,5

11,5 24,0

11,3

2DF

7,1

11,5

NF

5,2

DF

1

375

437,5

333,2

8 DF

500

562,5

416,5 24,0

625

687,5

583,1

24,0

24,0

abzüglich 10 mm für Stoßfugen und 12 mm für Lager­ fugen, hergeleitet. Die Abmessungen sind in der DIN 4172 geregelt. Die Baurichtmaße sind Vielfache des ­Moduls von 12,5 cm. Aus den Richtmaßen ergeben sich durch Berücksichtigung der notwendigen Fugenzahl die Bauteil-Nennmaße bzw. die Rohbaumaße.

24,0

MAUERWERKSBAU 95

1 Maßordnung für Mauerwerk sowie verschiedene Steinformate: Außenmaß (A) = × mal 12,5 (Baurichtmaß) bzw. × mal 2a 12,5 – 1 (Nennmaß) Öffnungsmaß (Ö) = × mal 12,5 (Baurichtmaß) bzw. × mal 12,5 + 1 (Nennmaß) Vorsprungsmaß (V) = × mal 12,5 (Baurichtmaß) bzw. × mal 12,5 (Nennmaß)

b

Schichthöhen (H) werden entsprechend × mal 12,5 (Baurichtmaß) und × mal 12,5 – 1,2 (Nennmaß) ermittelt. 3 Mauerwerksverbände: c a Läuferverband Alle Schichten bestehen aus Läufern, die von Schicht zu Schicht um eine ¹/₂ Steinlänge (mittiger Verband) oder ¹/₃ bzw. ¹/₄ Steinlänge (schleppender Verband) gegeneinander versetzt sind. Der Läufer­ verband hat die höchste Festigkeit d und ist üblich für 11,5 cm starke Wände aus kleinformatigen Steinen. Als Kombination Klein- und Mittelformat entstehen 24, 30, 36,5 cm starke Wände. b Binderverband Alle Schichten bestehen aus Bindern, die um ¹/₂ Steinbreite versetzt sind. Aufgrund der geringen Überdeckung haben Binderverbände eine geringere Tragfähigkeit als Läuferverbände, dies wird jedoch bei der Bemessung von Mauerwerk nicht berücksichtigt. Häufig bei großformatigen Steinen verwen­ deter Verband. c Blockverband Binder- und Läuferschichten wechseln regelmäßig. Die Stoßfugen ­aller Läuferschichten liegen senkrecht übereinander. Einsatz als Konstruktions- und Tragverband mit dem Ziel einer hohen Mauer­ festigkeit. d Kreuzverband Binder- und Läuferschichten wechseln vertikal regelmäßig ab. Es sind vier Schichten notwendig. Die Stoß­fugen in jeder zweiten Läuferschicht, sind um ¹/₂ Steinlänge versetzt. Einsatz als Konstruktionsund Tragverband mit dem Ziel einer hohen Mauerfestigkeit. 3 Wohnanlage mit Sichtmauerwerk, Pécs, 2006, Ferenc Cságoly und Ferenc Keller 4 Überbindung im Steinverband

3

VERBÄNDE Die lastabtragenden Eigenschaften und die Flächen­ tragwirkung der Mauerwerkswände hängen vom jeweils ­gewählten Verband und der Schlankheit der Bauteile ab. Grundsätzlich werden die Steine einer Wand im Verband versetzt. Stoß- und Längsfugen (bei Verbandsmauerwerk) der horizontalen Schichten müssen untereinander um das Überbindemaß versetzt werden. Das Überbin­ demaß (Ü) beträgt bei einer Steinhöhe von > 11,3 cm ­mindestens 0,4 × Steinhöhe und bei einer Steinhöhe  1000 °C

4a

b

c

120 Materialisieren I wandbau

1 Konstruktionsysteme: a Blockbau b Rahmenbau c Tafelbau 2 Wandaufbauten: a Holzrahmenbau b Massivholzbau

1a

b

c

WANDSYSTEME Die Wandaufbauten unterscheiden sich abhängig vom Konstruktionssystem. Neben der Verwendung eines Gesamtsystems für Wände und Decken sind heute Kom­ binationen verschiedener Systeme durchaus üblich. ­Typisch für den Holzwandbau sind Block- und Massivholzbau, Ständer- und Rahmenbau. Ihre Wandkonstruktionen können aus stabförmigen Elementen, die durch eine Beplankung zu einem tragenden Element verbunden werden, entstehen oder durch eine Massivholzbauart (z. B. Brettstapel-, Brettsperrholz). Vereinzelt gibt es Systeme, die ähnlich wie die Steinformate im Mauerwerksbau aus handlichen, zusammengesetzten Elementen erstellt werden. Je nach Größe und Montage der Elemente sind die Raster- und Modulmaße der industriell hergestellten Serienprodukte (Bauplatten, Holzlängen etc.) relevant. Um die unterschiedlichen Anforderungen an Tragwerk und Bauphysik zu gewährleisten, sind Außenwände im Systembau heute üblicherweise aus mehreren Schichten aufgebaut. Die Dämmung wird in zwei Schichten, einmal in den Feldern zwischen den tragenden Profilen und dann außenseitig (z. B. Holzfaserdämmstoffe ohne Lattenrost) angebracht, um eine durchgehende Dämmebene herzustellen. Die Dampfbremse ist immer auf der warmen Seite der Dämmung angebracht und darf nicht durchbrochen werden.

2a

3 Wandsysteme (von oben nach unten): Brettstapelwand Brettsperrholzwand Brettsystemwand Rippenwand U-Schale

b

KONSTRUKTIONSSYSTEME Im modernen Holzbau gewinnt die werkseitige Vorfertigung an Bedeutung, denn bei seriell hergestellten Bausystemen kann die Produktion frei von Witterungseinflüssen stattfinden. Die Produkte verfügen aufgrund einer guten Verarbeitungsqualität und CNC-gesteuerter Fertigung über eine hohe Maßgenauigkeit. Das Angebot reicht von Halbfertigteilen (Verbundelemente aus Holzrahmen und Beplankungsmaterial, ein- oder beidseitig) bis hin zu fertigen Elementen (mit Fenstern, Türen, Beschichtungen und Fassaden). Kurze Montagezeiten und der Entfall von Wartezeiten aufgrund von Trocknungsprozessen sind Merkmale einer ökonomischen Bauweise. Für die Planung hat dies zur Folge, dass mit dem Beginn der Baumaßnahme alle Detailpunkte komplett definiert und geplant sein müssen. Viele Systemhersteller bieten daher Planungsvorleistungen, wie Regeldetails oder Systemstatiken, an.

3

HOLZBAU 121

d

4

5 4 Errichtung eines Wohnhauses in Blockbauweise 5 Konstruktionsformen von Massivholzwänden (von links nach rechts): Rundhölzer mit eingenuteten ­Federn , Kanthölzer, Kanthölzer mit eingenuteten Federn, Vollholzblockwand aus verleimten Brettern 6 Schnitt Blockbau, M 1:20 a Wandaufbau: Blockbauwand tragend 120 mm, Lattenrost Dämmung 120 mm, Dampfbremse, Dämmung und Installationsebene 40 mm, Gipskarton doppelt beplankt 25 mm b Bodenaufbau Obergeschoss: Massivholzparkett 28 mm, Trittschalldämmung 60 mm, Hobeldielen 28 mm, Balkenlage 160 mm mit Hohlraumdämmung 80 mm, Lattung 30 mm, Gipskarton doppelt beplankt 25 mm c Bodenaufbau Erdgeschoss: Massivholzparkett 28 mm, schwimmender Estrich 60 mm, Dampfsperre, Dämmung 200 mm, Feuchtigkeitssperre, Stahlbetonplatte 200 mm, Sauberkeitsschicht d Dachaufbau: Dachziegel, Konterlattung, Lattung, Holzfaserplatte 30 mm, Sparren, dazwischen Dämmung 180 mm, Dampfbremse, Lattung dazwischen Dämmung /  Installationsebene 40 mm, Gipskarton doppelt beplankt 25 mm

BLOCKBAU Auf die Blockbauweise, im Alpenraum auch als Strickbau bezeichnet, trifft die Bezeichnung Massivbau (Massivholzanteil > 50 %) im ursprünglichsten Sinn zu. Traditionell ist sie in waldreichen Gebieten weit verbreitet. Sie erfordert ein hohes handwerkliches Können sowie eine sorgfältige Holzauswahl. Typisch ist die Sichtbarkeit der Holzkonstruktion. Aufgrund der geltenden Wärmeschutzverordnung ist ein klassischer, einschaliger Blockbau heute kaum noch realisierbar. Durch mehrschalige Bauweisen, bei denen beispielsweise Innen oder im Kern­ bereich (Doppelblockwand) die Dämmung eingebracht wird, können Blockbauten die erhöhten Anforderungen ­erfüllen. Tragstruktur, Dämmung, Außen- und Innenwandbekleidung werden von den aufeinandergeschichteten Rundstämmen oder Blockbohlen gebildet und durch Eckverbände kraftschlüssig verbunden (verkämmt oder verzinkt). Die Konstruktion kommt ohne technische Verbindungsmittel aus. Die Aussteifung erfolgt über den Reibungs­ widerstand in den Lagerfugen.

b

a

Die Spannweiten sind von den möglichen Längen des Vollholzes abhängig und liegen bei 4–5 m. Setzungen können pro Geschoss bis zu 25 mm betragen und müssen konstruktiv bei Anschlüssen, z. B. von Mauern oder Kaminen, berücksichtigt werden. Ebenso ist dies bei der Ausbildung der technischen Installationen zu beachten. Zur Überbrückung von Öffnungen (Türen, Fenster) werden sogenannte Schwebepfosten eingesetzt. In der Grundrissgestaltung sind die Möglichkeiten begrenzt, eine rechtwinklige Anordnung der Wände ist ökonomisch sinnvoll. Mehrgeschossige Bauten sind aus konstruktiver und wirtschaftlicher Sicht ungünstig.

c

6

122 Materialisieren I wandbau

MASSIVHOLZBAU Wände, Böden und Decken erfüllen raumbildende und über die Fläche tragende Funktion zugleich und bestehen aus plattenartigen Elementen aus fest miteinander verbundenen Brettern, Bohlen oder Platten (Holzwerkstoffen). Sie können einfach, quer oder kreuzweise verleimt, genagelt oder gedübelt sein. Der Querschnitt kann massiv oder mit einem Hohlraumanteil kastenartig, zu ­einem Flächentragwerk (Platte, Scheibe) zusammengesetzt sein. Vorteil bei Letzterem sind die reduzierten Bauteilquerschnitte und das geringere Gewicht. Durch den schichtweisen Aufbau von weitgehend getrocknetem Holz sind die Elemente sehr formstabil. Ein allmähliches Schwinden und Reißen entfällt zumeist. Der Vorteil der großen Holzmasse (z. B. gutes Raumklima) kann so optimal genutzt werden. Kreuzweise verleimte Systeme zeigen ein sehr geringes Schwind- und Quellverhalten, bei einschichtigen Brettstapelhölzern können ggf. Schwindund Quellfugen notwendig werden. Die hohe Festigkeit der Elemente ermöglicht es, auch nachträglich Öffnungen einzufügen. Die Aussteifung ­erfolgt durch das Flächentragwerk. In Abhängigkeit von Belastung und Knicklänge sind Plattendicken zwischen ­60 und 120 mm üblich. Punktlasten müssen ggf. über zusätzliche Stützen abgetragen werden. Die Elemente werden im Werk wandweise, einschließlich der Öffnungen (Fenster, Türen) hergestellt. Installationen können in Ausfräsungen der Platten oder hinter Wandverkleidungen eingebaut werden. Die Dichtigkeitsebene in den Außenwänden kann oft bereits durch die massiven Elemente hergestellt werden. Da die tragenden Elemente den heute notwendigen Wärmeschutz in der Regel nicht ­erbringen, ist eine zusätzliche Wärmedämmebene notwendig. 1

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a

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d c

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2

1 Schnitt Massivholzbau, M 1:20 a Wandaufbau: Holzschalung Douglasie gestrichen 24 mm, Lattung / Hinterlüftung 50 mm, Wärmedämmung 200 mm, Brettsperrholz Fichte 115 mm, Acrylanstrich weiß b Bodenaufbau Obergeschoss: Zementestrich versiegelt / schwarz 60 mm, Trittschalldämmung mit Heizrohren 30 mm, Dämmplatte 30 mm, Perliteschüttung 16 mm, Brettsperrholz Fichte 146 mm c Bodenaufbau Erdgeschoss: Zementestrich versiegelt / schwarz 90 mm, Trittschalldämmung mit Heizrohren 30 mm, Dämmplatte 98 mm, Perliteschüttung 16 mm, Dampfbremse, Stahlbeton 250 mm, Dämmung 80 mm, Kies 100 mm d Sockelabdichtung: außenliegende Perimeterdämmung 100 mm, Stahlbetonaufkantung 250 mm e Dachaufbau: Gründach etxtensiv 80 mm, Foliendichtung zweilagig 5 mm, Gefälledämmung 200–300 mm, Dampfsperre, Brettsperrholz Fichte 95 mm, Acrylanstrich weiß 2 Errichtung eines Wohnhauses aus Massivholzelementen, Hamburg, 2007, Kraus Schönberg Architekten

HOLZBAU 123

TAFELBAU Im Tafelbau werden Holzbauelemente montagefertig als Wände oder Decken angeboten. Tragende Konstruktion, Wärmedämmung, Hohlräume für Installationen oder Blindschalungen sind in einem Bauteil kombiniert. Die Vorfertigung kann so weit gehen, dass bereits Fenster, Türen und Fliesen an den Wänden montiert sind. Ganze Wandbausysteme werden mit Platten oder Tafeln zu ­einem tragfähigen Gefüge untereinander verbunden. Wesentlich ist, das die Tragstruktur der Platten als ungerichtete Fläche wirkt. Die sehr festen und steifen massiven Platten lassen sich modellbauartig zu räumlichen Gebilden zusammensetzen.

3 3 Herstellung eines Gebäudes in Holztafelbauweise 4 Verschiedene Fügungsweisen zur Verzahnung von vertikalen ­Stößen bei einzelnen Wandelementen. Wichtig sind hier die Herstellung kraftschlüssiger Verbindungen (Scheibenwirkung) der Elemente untereinander und glatte Untergründe für die Montage der Innenund Außenverkleidungen.

4

Öffnungen können fast beliebig eingeschnitten werden und benötigen, sofern genügend Fläche oberhalb der Öffnung erhalten bleibt, keinen Konstruktionswechsel. Hierdurch unterscheidet sich der Tafelbau deutlich vom klassischen, skelettartigen Holzbau. Ziel ist eine ökonomische und schnelle Bauweise, die sich besonders für Gebäude, die demontabel ausgeführt werden sollen, eignet. Wand-, Decken- und Dachscheiben sind als ein Verbundsystem ausgebildet. Statisch sind Rahmen- und Tafelbau daher nahezu identisch, der wesentliche Unterschied liegt darin, dass die mindestens einseitige Beplankung nicht nur aussteifende, sondern auch tragende Funktion hat. Erst beide Schichten (beidseitige Beplankung und Rippen) zusammen erbringen die volle Tragfähigkeit der Elemente. Das Schalmaterial hat daher eine große Festig- und Steifigkeit (z. B. kreuzweise verleimte Holzblocktafeln). Das System der Scheiben ist ungerichtet. Das Rastermaß der Rippen kann individuell (entsprechend Statik und Öffnungen) angepasst werden und ermöglicht so einen größeren Gestaltungsspielraum. Die Aussteifung des Gebäudes wird über das Zusammenspiel von Decken-, Wand- und Dachtafeln hergestellt. Verbindungsmittel sind Nägel, Schrauben, Bolzen, Klammern oder Klebung. Die Fugenausbildung der einzelnen Elemente ist konstruktiv besonders zu bearbeiten.

b

1 Gemeindezentrum in Holzrahmenbauweise, St. Gerold, 2009, Cukrowicz Nachbaur Architekten 2 Schnitt Holzrahmenbau, M 1:20:

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a

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2

HOLZRAHMENBAU Der Holzrahmenbau zeichnet sich durch eine einfache und schnelle Bauweise mit hoher Gestaltungsfreiheit aus. Daher ist er die heute am häufigsten praktizierte Holzbauweise. Die Fassadenbekleidung kann frei gewählt werden. Im Innenraum bestehen die Wandoberflächen aus Holzwerkstoff-, Gipsfaser- oder Gipskartonplatten. Im Rahmenbau sind, ähnlich wie bei einer Holzständerbauweise, die tragenden Elemente aus stabförmigen Schnitthölzern zusammengesetzt. Die einzelnen Holzrahmenelemente, gebildet aus vertikalen Ständern und horizontalen Rahmen, werden meist werkseitig vorgefertigt und geschossweise montiert. Die für die Rahmenelemente benötigten Hölzer bestehen aus rechteckigen Vollholzquerschnitten, mit möglichst standardisierten, gering dimensionierten Profilen (z. B. 60/120 mm), zumeist aus Nadelhölzern oder Fichte. Das Rastermaß liegt in der Regel zwischen 50 und 70 cm, üblich sind 62,5 und 65 cm. Die Spannweiten betragen in der Regel ca. 4,50 m bis maximal 7 m. Wandanschlüsse, Fensterund Türöffnungen können relativ frei festgelegt, die geplante Öffnung durch kreuzende Ständer unterbrochen und durch Auswechselungen überbrückt werden. Sofern statisch notwendig, werden die angrenzenden Ständer gegebenenfalls verstärkt. Die Montage der einzelnen Wandscheiben erfolgt über stumpfe Stöße. Der Aufbau der Elemente erfolgt meist geschossweise, die Decken sind dazwischen gesetzt oder eingehängt. Da die horizontal eingebauten Hölzer das Setzmaß be­stimmen, ist besonderer Wert auf die Verwendung von trockenem Holz zu ­legen. Die Gefache werden je nach Anfor­derung mit Wärmedämmung gefüllt, wobei heute in der Regel eine zweite, von der Tragebene unabhängige, Dämmschicht vorgesehen wird. Wärmebrücken können so deutlich reduziert werden.

a Wandaufbau: Sichtlattung Weißtanne 30 mm Unterlagslattung 30 mm Konterlattung 30 mm Windpapier Diagonalschalung Fi / Ta 25 mm Holzlattung 125 mm, dazw. Zellulosedämmung Diagonalschalung Fi / Ta 25 mm Holzlattung 200 mm, dazw. Zellulosedämmung Diagonalschalung Fi / Ta 25 mm Dampfbremse Holzlattung Installationsebene Holzschalung Weißtanne b Dachaufbau: Bitumen-Dachdichtungsbahnen, beschiefert Vollschalung Fichte / Tanne Hinterlüftung 500 mm Vollschalung Fichte / Tanne Holzlattung 180–300 mm, dazw. Zellulosefaserdämmung tragende Holzbalkendecke, 300 mm, dazw. Zellulosefaserdämmung Vollschalung Fichte / Tanne Dampfbremse Installationsebene Akustikdämmung Schafwolle, 30 mm Rieselschutzvlies Holzlatten 40 mm c Bodenaufbau: Riemenboden 27 mm Polsterhölzer, dazwischen Dämmfilz Dampfsperre Polsterhölzer, dazwischen Holzfaserdämmung 100 mm Feuchtigkeitssperre vollflächig Voranstrich Stahlbetonplatte 300 mm Sauberkeitsschicht 80 mm

HOLZBAU 125

3 Basiselement im ­Holzrahmenbau: a Rähm b Schwelle c Stiel / Stängel / Rippe d Beplankung

a

d

4 Lastabtragung im ­Holzrahmenbau: a Beplankung verhindert Knicken der Stiele b Stiele verhindern Knicken der Beplankung c Stiele tragen Vertikallasten d Beplankung nimmt Windlast über Biegung auf e Rähm leitet Horizontallast in schubfeste Decke f Stiele verhindern Beulen der ­Beplankung g Rähm überträgt Horizontallast in aussteifende Wand h Beplankung erzeugt schubfeste Wandkonstruktion und überträgt 3 Horizontallast i Vertikallast wird in Decke und Boden abgetragen 5 Verbindung durch Nagelung 6 Holzrahmenbau

b d a

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b

4

Die Rahmenelemente erhalten eine ein- oder zweiseitige, flächige Beplankung aus Plattenwerkstoffen (OSB-, Spanplatten, Gipskarton oder -faser) in ein- oder mehrschichtiger Ausführung (ggf. als Diagonalverschalung). Sie sollte sich über wenigstens zwei Balkenfelder erstrecken. Die Materialwahl kann entsprechend den gestalterischen, konstruktiven, bauphysikalischen oder haustechnischen Anforderungen gewählt werden. Wichtig ist, dass die Platten an ihren vier umlaufenden Rändern mit den Rippen verbunden sind und Plattenstöße folglich nicht mitten im Gefach angeordnet werden. Innen kommen Spanplatten, OSB- oder mehrschichtige Massivholz­ platten zum Einsatz, auf der Außenseite weiche Holz­ faserplatten oder diffusionsoffene MDF-Platten. Die Platten dienen der Abtragung horizontaler Lasten aus Wänden und Decken. Je nach Anforderung werden Wind- oder Dampfbremse integriert. Die vertikalen Rippen tragen die lotrechten Lasten ab und benötigen – im Gegensatz zur Skelettbauweise – aufgrund ihrer Schlankheit zur Aussteifung der einzelnen Rippen mindestens eine einseitige Beplankung. Diese trägt ebenfalls die horizontalen Lasten aus Wind und Aussteifung ab und wird ihrerseits durch die Rippen ausgesteift. Man spricht bei dieser Konstruktionsweise auch von einem Verbund­ system. Die einzelnen Holzteile werden stumpf gestoßen und durch Nägel oder Schrauben verbunden. Die Gesamtaussteifung des Gebäudes wird über das Zusammenspiel von Decken-, Wand- und Dachtafeln hergestellt.

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6

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126 Materialisieren I wandbau

SCHALLSCHUTZ Im Holzbau werden überwiegend leichte Materialien mit verhältnismäßig geringer Flächenmasse verwendet. Dafür bestehen Wände vorwiegend aus mehrschaligen Konstruktionen, die aufgrund der Mehrschaligkeit oder der Herstellung von biegeweichen Schalen (Masse-FederPrinzip) ähnliche Schalldämmwerte wie schwere, massive Wände erreichen können. Entscheidend sind das ­Material der Schalen, Raster und Beschaffenheit der Ständer, Größe des Schalenabstandes, Befestigung der Schalen sowie Dämpfung der Hohlräume innerhalb der Konstruktion. Besonders gute Werte erreichen biegeweiche Vorsatzschalen und schalengetrennte Konstruktionen. Im Deckenbereich sind ein schwimmender Estrich, eine zusätzliche abgehängte Decke und eine Beschwerung der Tragkonstruktion Mittel für einen hohen Schallschutz.

DIFFUSION Fällt im Bereich des Wandquerschnitts durch Diffusion Tauwasser aus, kann dies zu einer Verminderung des Dämmwertes sowie langfristig zu Schäden an der Tragkonstruktion (Pilz- oder Schwammbefall) führen. Bei Schichtaufbauten ist die Reihenfolge der Schichten ausschlaggebend. Auf der warmen Seite (innen) müssen die dichteren Schichten das Eindringen von Wasserdampf begrenzen oder verhindern. Zur kalten Seite hin (außen) muss der Aufbau zunehmend diffusionsoffener werden. Bei einem diffussionsdichten Aufbau wird im Regelfall eine Dampfsperre auf der Innenseite angebracht. Diese Schicht muss unbedingt vor mechanischen Beschädigung, wie beispielsweise durch die Installation von Leitungen oder Rohren, geschützt werden. Da dies schwer zu überwachen ist und langfristig Verletzungen durch Schrauben und Nägel zu verhindern sind, spricht vieles für einen diffusionsoffenen Aufbau. Die Schichten werden so angelegt, dass in die Wand eingedrungene Feuchtigkeit wieder vollständig nach außen abgegeben werden kann. Als Dampfbremse wirkende OSB-Platten können beispielsweise an der Innenseite und diffusionsoffene MDF-Platten an der Außenseite verwendet werden.

LUFTDICHTIGKEIT Eine luftdichte Gebäudehülle reduziert Wärmeverluste. Das Behaglichkeitsempfinden hängt maßgeblich von den vom Nutzer empfundenen Luftströmen (Zugerscheinungen) ab. Im Holzbau ergeben sich eine Vielzahl von Fugen und Stoßstellen, zudem arbeitet das Holz ständig. In der Regel – Nut- und Federverbindungen gelten nicht als luftdicht – stellen Werkstoffplatten (Holzwerkstoff-, Gipsbauplatten, Baupappen) mit abgedichteten Fugen (gespachtelt oder abgeklebt) oder auch dampfbremsende Folien (z. B. Polyethylenfolien) die erforderliche Dichtigkeit her. Auf der Außenseite ist eine Windsperre not­ wendig, um ein Durchströmen der Wärmedämmung mit ­Außenluft zu vermeiden. Geeignete Materialien hierfür sind Bitumenpappe auf Holzschalung, Holzweichfaserplatten, Unterspannbahnen oder Dämmstoffplatten mit hohem Strömungswiderstand.

RAUMKLIMA Holzbausysteme werden heute üblicherweise diffusionsoffen angelegt. Holz wirkt aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften (Aufnahme von Luftfeuchtigkeit) ausgleichend auf die Raumluftfeuchtigkeit und führt auf diese Weise zu einem behaglichen Raumklima. Eine Konstruktion mit guter Dämmwirkung bewirkt auf den Innenseiten der Außenwände angenehme Temperaturen. Hinzu kommt, dass Holz selbst gut isoliert und die Umgebungstemperatur leicht aufnehmen kann. Daher bildet sich kein Kondenswasser an der Oberfläche. Der Nutzer empfindet Holz als angenehm, da es sich warm anfühlt (keine Kältestrahlung der Bauteiloberflächen).

1 baulicher Holzschutz 2 Wasserdampftransport­ mechanismen in Bauteilen: Eine Luftströmung aufgrund von Konvektion durch Fugen ­trans­portiert einige Zehner­ potenzen mehr an Wasser als die Wasserdampf­diffusion.

1

2

HOLZBAU 127

3 Gebrauchsklassen (GK) an Gebäuden nach DIN 68800-3 bzw. nach EN 335-1: GK 01 Bauteil unter Dach und vollständig vor der Witterung geschützt – ­keiner Befeuchtung ausgesetzt GK 02 Bauteil unter Dach und vollständig vor der Witterung geschützt – ­jedoch hohe Umgebungsfeuchte; führt zur gelegentlichen, aber nicht andauernden Befeuchtung GK 03 Bauteil der Witterung ausgesetzt, aber kein Erdkontakt – Gegenstand häufiger Befeuchtung GK 04 Bauteil ständig mit Süßwasser und/ oder Erde im Kontakt – ­ständige Befeuchtung GK 05 Bauteil ständig mit Meerwasser im Kontakt – ständige Befeuchtung 4 Konstruktive Prinzipien für den Holzschutz: Wichtig sind Eindringtiefe und gleichmäßige Verteilung des Holzschutzmittels. Einfache Verfahren werden durch Streichen, Spritzen, Tauchen, Kalt- oder Heissbäder ausgeführt. Daneben sind Kesseldruckimprägnierung (KDI) oder ­Kesselvakuumdruckimprägnierung (KVD) weit verbreitet. Nicht jede Behandlung ist dabei für alle Holzarten geeignet. 5 Massivdielen, kesseldruck-­ imprägniertes Holz

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FEUCHTESCHUTZ Bei dauerhafter Durchnässung (anhaltende Feuchte von > 25 %) beginnt Holz zu faulen und verliert seine Struktur und Festigkeit. Es ist jedoch möglich, geschädigte Be­reiche passgenau zu entfernen und zu ersetzen. Aus­ kragende Dächer, geneigte Oberflächen oder Abdeckungen (als Verschleißteile) sorgen für einen ausreichenden passiven Schutz. Schnittkanten senkrecht zur Faserrichtung (zum Hirnholz) sind besonders zu schützen. Aufgrund der offenen Kapillaren kann Feuchtigkeit hier tief in das Holz eindringen. HOLZSCHUTZ Holzhäuser können ein Alter von mehr als 400 Jahren ­erreichen. Im Zuge der Holzverarbeitung wird ein Großteil der im Holz enthaltenen Frischholzschädlinge durch die Trocknung abgetötet. Zusätzlich reduziert sich das Quell- und Schwindverhalten. Am Bau sind daher in erster Linie, neben Pilzen und Schimmelbefall, Trockenholzschädlinge (vor allem Holzbock und Holzwurm) relevant, die sich jedoch erst bei einer Mindestholzfeuchtigkeit von > 10 % und geringen Temperaturen entwickeln. Bei einer Holzfeuchte von > 20 % können sich auch Pilze und Schimmel entwickeln. Bei einer wärmebrückenfreien Konstruktion und einer guten Dämmung sind die Lebens- und Entwicklungsbedingungen jedoch kaum gegeben. Eine der wichtigsten Maßnahmen ist daher, Holz vor stehendem Wasser zu schützen. Durchnässtes Holz sollte schnellstmöglich wieder austrocknen können. Außenliegende Bauteile, welche regelmäßig nass werden, sollten

in Holzarten ausgeführt werden, die gegenüber Witterungseinflüssen resistent sind. Vorbeugende bauliche Maßnahmen (DIN 68800-2) schützen das Holz allein mit konstruktiven oder bauphysikalischen Mitteln. Sie reichen von Transport und Lagerung bis hin zum Einbau, der so auszuführen ist, dass weder Tauwasser entsteht, Feuchtigkeit von außen einwirkt (z. B. Schlagregen), Austrocknungsmöglichkeiten gegeben sind oder Schädlinge eindringen können. Die Wahl des Holzes selbst kann als Holzschutzmaßnahme gelten, da sie den Einsatz von chemischen Mitteln verhindert. Prinzipiell ist Kernholz ­widerstandsfähiger als Splintholz. Besonders dauerhafte europäische Hölzer sind z. B. Robinie, Eiche, Lärche oder Douglasie. Chemischer Holzschutz ist bei einer werkstoffgerechten Detaillierung nicht zwingend nötig, kann jedoch die Lebensdauer gegenüber unbehandelten Hölzern deutlich erhöhen. Treten höhere Beanspruchungen oder Anforderungen wie Maßhaltigkeit auf, kann es sinnvoll sein, einen vorbeugenden Holzschutz vorzusehen. Die DIN 68800-3 beinhaltet eine Aufteilung in unterschiedliche Gefährdungsklassen (GK0–GK4) für tragende Holzteile sowie die entsprechenden Anforderungen an einen chemischen Holzschutz oder alternativ eine geeignete Holzart, die ohne chemischen Holzschutz auskommt. Erscheinung und Nachbehandlung der fertigen Oberflächen ist in die Wahl des Holzschutzsystems einzubeziehen. Im Innenbereich kann meist auf eine großflächige Anwendung verzichtet werden. Bei bereits erfolgtem Befall von Pilzen oder Insekten ist der chemische Holzschutz eine Möglichkeit der Behandlung.

128 Materialisieren I wandbau

HOLZ UND HOLZWERKSTOFFE Natürliches Holz ist ein inhomogener Baustoff. Das Kernholz (innen) verfügt über andere Eigenschaften als das Splintholz (außen). Die Festigkeit hängt von der Breite der Jahresringe (Wuchsgeschwindigkeit) und der Anzahl der Äste ab. Hartes Holz stammt von langsam wachsenden, weiches von schnell wachsenden Bäumen. Als natürlicher Baustoff ist Holz ständig in Bewegung. Durch Aufnahme und Abgabe von Luftfeuchtigkeit dehnt es sich aus oder schwindet. Die Rohdichte ist für die physika­ lischen Eigenschaften des Holzes verantwortlich und ist je nach Holzart unterschiedlich. Sie ist außerdem vom Feuchtigkeitsgehalt des Holzes abhängig und muss daher mit angegeben werden. Für die Konstruktion von Holzbauten werden überwiegend einheimische Nadel­ hölzer verwendet. Im Außenbereich sollten widerstandsfähigere Hölzer wie z. B. Lärche, Eiche oder Douglasie zum Einsatz kommen. Die Bezeichnung Vollholz bezieht sich auf Hölzer, die aus einem Baumstamm heraus­ gearbeitet werden. Als Holzwerkstoffe bezeichnet man Baustoffe, die aus Holzlagen mit unterschiedlicher Stärke, Holzstreifen, -spänen oder -fasern hergestellt werden. Unterschiedlichste Holzwerkstoffe und Verbundbauteile wie Brett­ stapeldecken, Formholzträger, Tafelbauelemente oder Verbunddecken eröffnen neue Konstruktions- und Gestaltungsmöglichkeiten und sind für die Konzeption moderner Holzbauten wesentlich. Aufgrund der völlig ver­ änderten Fertigungsmethoden ist Holz heute in vielen Formen, als Brett, Leiste oder flächiges Plattenelement erhältlich. Während im traditionellen Holzbau die Abmessungen der Bäume die Dimensionen der Konstruktion beschränkten, werden die Größen heute durch die Transport- und Montagemöglichkeiten bestimmt. HOLZFEUCHTE Die Holzfeuchtigkeit wird durch die hydroskopischen ­Eigenschaften und die vorhandene Luftfeuchtigkeit der Umgebung beeinflusst. Durch Feuchtigkeitsaufnahme quillt das Holz, durch Abgabe schwindet es. Die Differenz dieser Bewegung wird durch das Schwindmaß ausgedrückt. Die DIN 1052 unterscheidet die Nutzungs­ klassen 1–3, abhängig von den Klimabedingungen, der umgebenden Luft ( Temperatur, Feuchte) und der zu ­erwartenden Holzfeuchte. Frisches Holz hat eine Ei­gen­ feuchtigkeit von ca. 60 %. Der Fasersättigungspunkt liegt zwischen 25 und 35 %. Unterhalb dieses Wertes beginnt das Holz in Abhängigkeit der Richtung des Jahresringverlaufes zu schwinden. Um Mängel und Schäden an der Konstruktion zu vermeiden, wird Holz vor seiner Verwendung getrocknet (Lufttrocknung, Kammertrocknung). Ein Vorteil von Holz ist, dass beim Bau kein Wasser eingesetzt wird und somit keine Trocknungsprozesse

ab­zuwarten sind. Entsprechend ihrer Feuchteresistenz werden Holzwerkstoffe in Werkstoffklassen eingeteilt. In Deutschland unterscheidet man V20 (ungeeignet gegenüber Befeuchtung) und V100 (geeignet gegenüber kurzfristiger Befeuchtung).

1 Holz und Holzwerkstoffe: a KVH (Konstruktionsvollholz) b Duobalken c Triobalken d Kreuzbalken e BSH (Brettschichtholz) 2 Gütesiegel (von oben nach unten): CE-Zeichen EN-Ökonorm Ü-Zeichen RAL-Gütezeichen PEFC-Logo

GÜTE UND KENNZEICHNUNG Um sicherzustellen, dass ein Baustoff mechanisch-­ physikalisch geeignet ist und keine gesundheits- oder umweltschädigenden Effekte von ihm ausgehen, erfolgt eine Güteüberprüfung. Für Baustoffe aus nachwachsenden Rohstoffen sind vor allem das RAL-Gütesiegel, ­Üund CE-Zeichen relevant. FORMATE FÜR HOLZWERKSTOFFPLATTEN Handelsüblich sind bei den Platten Formate, die auf ein 62,5-cm-Raster angewendet werden können. So werden Holzwerkstoffplatten in Größen von 1,25 bis zu 5,0 m hergestellt. Bei der Planung ist es günstig, das Konstruktionsraster so festzulegen, dass möglichst wenig Verschnitt entsteht.

1a

BAUSCHNITTHOLZ Die überwiegende Zahl der Bauhölzer wird aus Nadel­ hölzern (Fichte, Kiefer, Tanne, Lärche) gewonnen, bei den Laubhölzern aus Eiche und Buche. Man unterscheidet die Kategorien Vollholz (VH), Vollholz mit Keilzinkenstoß und Konstruktionsvollholz (KVH). Schnittholz gemäß DIN 68252 wird durch Zuschnitt parallel zur Stammachse aus natürlich gewachsenen Holzstämmen gewonnen. Man unterscheidet Latte, Brett, Bohle und Kantholz. Sie haben eine Restfeuchte von ≤ 20 %. Hölzer aus Lärche oder Douglasie werden aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit und Dauerhaftigkeit oft als Fußschwellen in Holzhäusern eingesetzt.

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KONSTRUKTIONSVOLLHOLZ (KVH) Der Begriff Vollholz wird in DIN 1052 geregelt. Es handelt es sich um technisch getrocknetes (Restfeuchte ca. 15 %), maßhaltiges Vollholz aus Nadelholz in besonderer Sortierung, das herzgetrennt oder herzfrei ein­ geschnitten ist. Aufgrund seiner Formstabilität ist die Rissbildung minimiert. Es verfügt meist über eine ge­ hobelte Oberfläche und kann daher gut bei sichtbaren Konstruktionen zum Einsatz kommen. Die Minimalmaße liegen bei 60/120, die Maximalmaße bei 120/240 mm.

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HOLZBAU 129

DUO-, TRIOBALKEN (BALKENSCHICHTHOLZ) Sie entstehen durch das flachseitige, faserparallele Verkleben von zwei bis drei Bohlen oder Kanthölzern gleichen Querschnitts. Aufgrund der geringen Klebefugen bleibt der Vollholzcharakter erhalten. Balkenschichtholz entspricht den Nutzungsklassen 1 und 2 und sollte nicht klimatischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt ­werden. KREUZBALKEN Vier vierkantholzähnliche, faserparallel miteinander verklebte Hölzer aus Nadelholz ergeben zusammengesetzt einen Kreuzbalken. Die Rundholzsegmente werden mit der Außenseite nach innen ausgerichtet. Hierdurch entsteht im Mittelbereich des rechteckigen Querschnittes eine durchlaufende Röhre. Kreuzbalken sind für tragende und aussteifende Bauteile geeignet und verfügen über eine hohe Formstabilität und eine geringe Holzfeuchte. BRETTSCHICHTHOLZ (BSH) Mindestens drei horizontal miteinander verleimte Bretter (Keilzinkenverbindung) aus Vollholz (meist Fichte) ­bilden einen Querschnitt und sind besonders für hoch­ belastete und weit gespannte Tragwerke geeignet. Die getrockneten und gehobelten Bretter haben je nach Holzqualität eine Stärke von 3–4 cm und eine Breite von 20 cm. Höhe und Länge sind durch die Produktionsmöglichkeiten begrenzt. Längen von 30–35 m und 2,20 m Höhe sind möglich. Die Querschnittsform und die Form des Trägers (gerade oder gebogen) sind variabel. Bei der Wahl der Verleimung ist die Expositionsklasse für den Einsatzbereich zu beachten. SPERR- UND LAGERHÖLZER Durch mehrere aufeinander verleimte Lagen Holz, bei denen die Faserrichtungen der Schichten gegeneinander versetzt werden, entstehen Sperrholz, Bau-Furniersperrholz (BFU), Multiplex, Stab- und Stäbchensperrholz (ST, STAE), Drei- und Fünfschichtplatten, Furnierschichtholz (FSH) und Blockholzplatten. Sie verfügen über eine hohe Federelastizität. Die Platten von 8–30 mm eignen sich besonders zum Aussteifen von Holzkonstruktionen und tragenden Wänden. 3

3 Holz und Holzwerkstoffe (von oben nach unten): Baumstämme Latten Bohlen Bretter mit Nut und Feder Platten Brettsperrholz

SPANPLATTEN Lang-, Schäl-, Sägespäne oder Ähnliches bilden das Basis­material für Spanplatten (Span-, Langspanholzplatten, OSB-, Flachpressplatten). Zusammen mit Binde­ mitteln (kunstharz-, mineral-, zementgebunden) werden durch Pressung und Wärmebehandlung Platten mittlerer Festigkeit mit unterschiedlichen Schichten und Stärken produziert. Sie können aussteifende Funktionen wahrnehmen. Je nach Größe der Späne ergeben sich klein­

teilige ungerichtete oder gerichtete Strukturen. OSBPlatten sind parallel zur Richtung der Späne wesentlich höher belastbar als quer dazu. Im Vergleich zu unge­ richteten Spanplatten eignen sie sich, wenn eine richtungsabhängige Festigkeit Vorteile bringt, z. B. bei Dach­ schalungen. Bei anorganisch oder mineralisch (Gips oder Zement) gebundenen Holzwerkstoffplatten übernehmen die Holzfasern die Aufgabe einer Armierung. Je nach Typ können sie Wärme-, Brand-, Feuchtigkeits- oder Schallschutzanforderungen gerecht werden. Spanplatten sind universal verwendbar für Konstruktion, Sanierung, Ausbau und Möbelbau. Sie werden sowohl zur Verschalung von Wänden oder Decken wie auch als Trägerelement für Furniere oder Beschichtungen verwendet. WEICH- UND HOLZFASERPLATTEN Bei Holzfaserplatten ist die Holzstruktur nicht mehr erkennbar. Sie bestehen aus einer Mischung von aufbereiteten Holzfasern und Füllstoffen, die mit oder ohne Klebstoff (Bindemittel), evtl. unter Zugabe von Wasser, mit oder ohne Druck verpresst werden. Abhängig von der Stärke der Verdichtung entstehen unterschiedlich hohe Festigkeiten. Für die unterschiedlichen Anforderungen und Anwendungsbereiche stellt man weiche Holzfaserdämmplatten (SBW), poröse Holzfaserplatten (HDF), mittelharte Hartfaserplatten (HFM), harte Hartfaserplatten (HFH) oder bituminierte Holzfaserplatten (BPH) her. Weichfaserplatten werden als Dämmstoff für Wärme und Schall oder zur Verbesserung des Brandschutzes eingesetzt. Durch das Hinzufügen von Bitumen-Emulsionen können wasserabweisende Platten zur Außen- oder als Trittschalldämmung entstehen. Sie sind diffusionsoffen und sorgen für einen kontrollierten und ausgeglichenen Feuchtehaushalt der Bauteile. Bei MDF-Platten sind die Fasern extra getrocknet, mit Leimen besprüht und in Pressen zu Platten verarbeitet. Hierbei entsteht ein in Längs- und Querrichtung glei­ chermaßen homogener Holzwerkstoff. MDF und HDF werden vor allem im Innenausbau und Möbelbau verwendet. Sie eignen sich gut als Untergrund für Furniere, Beschichtungen oder lackierte Oberflächen. MDF-Platten dürfen nur in geringem Maß Feuchtigkeit ausgesetzt sein und sind daher nicht für den Außenbereich geeignet. HDF und HFH können bei Fassadenverkleidungen ein­ gesetzt ­werden.

130 Materialisieren

D ECKEN

Decken erfüllen eine Doppelfunktion, indem sie sowohl den horizontalen, oberen, als auch den unteren Abschluss eines Raumes bilden. Als Bodenplatte grenzen sie das unterste Geschoss zum Erdreich hin ab. Bei einer Flachdachkonstruktion bildet die oberste Geschossdecke zugleich das Dach. Im Verbund mit Fußbodenaufbauten und Unterdecken müssen Decken, neben den tragenden und aussteifenden Funktionen, Anforderungen von Schall-, Brand-, Feuchte- und ggf. auch Wärmeschutz erfüllen. Abhängig von der Bauaufgabe, dem gestalterischen Konzept und den Randbedingungen wie Stützweite, statischem System, Nutzung, Material und auch von Kosten, Bauzeit und Örtlichkeit ergeben sich unterschiedliche Konstruktionsmöglichkeiten für die Tragschicht, die sogenannte Rohdecke. Neben der Tragfunktion übernimmt die Deckenebene zunehmend weitere Aufgaben und wird so zu einem komplexen Bauteil, in das Installationen, wie beispielsweise Lüftungsleitungen und andere Ver­ sorgungsmedien integriert sind, um z. B. als Kühldecken zur thermischen Bauteilaktivierung genutzt zu werden. Heute kommen vorwiegend Flachdecken aus bewehrtem Beton in Ortbetonbauweise, als Fertigteil oder als Teilfertigteil zum Einsatz. Montagedecken erfordern dagegen einen hohen Grad an Vorplanung, schwere Hebewerkzeuge und Lieferzeiten. Bei einer Teilmontage werden balken- oder plattenartige Fertigteile (z. B. Filigran­ decken) mit Ortbeton ergänzt. Vorgefertigte Konstruk­ tionen als sog. Vollmontage, wie bewehrte Ziegel- und Elementdecken (z. B. Hohldielen) oder Decken mit Stahlträgern, sind in ihrer Errichtung aufwendiger. Vorteilhaft ist, dass die Fertigteile direkt nach der Montage belastbar sind. Insgesamt sind Flachdecken gegenüber Rippendecken oder Unterzugkonstruktionen wirtschaftlicher, da bei Letzteren, auch bei Vorfertigung, der Schalungsaufwand beträchtlich ist. Im Sinne eines ressourcenschonenden Bauens, erneuerbarer Rohstoffe und biologischer Baustoffe sowie der Änderung der Brandschutzvorschriften ist vor allem im Wohnungsbau ein Trend zu Holzfertigbaudecken zu beobachten. Sie zeichnen sich als trockener Baustoff mit relativ geringem Gewicht und einfachen Verarbeitungsmethoden aus.

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1 Deckenkonstruktion einer Betriebsmensa, Ditzingen, 2008, Barkow Leibinger Architekten. Die raumprägende Tragstruktur ­orientiert sich an Vorbildern aus der Natur und ähnelt in ihrem ­Aufbau dem eines Blattes. Die Primärkonstruktion aus Stahl wird von Holzwaben unterschied­ licher Höhe ausgefüllt, von denen einige als Oberlichter das Dach durchdringen. 2 Terminologien: a überbaute Fläche b Geschosshöhe c lichte Geschosshöhe d Rippendecke e Flachdecke f Lasteinzugsfläche g Lasten h Windlast i Erddruck

DECKEN 131

KONSTRUKTIONSSYSTEME Als horizontale Biegetragwerke bestehen Decken aus biegesteifen Tragelementen. Sie leiten Vertikalkräfte aus ihrer Eigenlast sowie die Gebäude- und Nutzlast bzw. Verkehrslasten (DIN 1055-3) in tragende Wände, horizontale Träger oder vertikale Stützen ab. Um größere Durchbiegungen zu vermeiden, müssen Decken eine hohe Steifigkeit aufweisen. Als aussteifende, schubfeste Scheibe leiten sie Horizontalkräfte (z. B. Wind, Erddruck) in die aussteifenden Wände. Bei Decken aus Einzel­ elementen (z. B. Holzbalken) geschieht dies durch An­ ordnung von Verschalungen oder Auskreuzungen. Zum ­Deckenbau stehen Stahlbeton, Holz, Stein und Stahl wie auch Kombinationen dieser Materialien zur Verfügung. Für wirtschaftliche Konstruktionen sind ein möglichst ­geringes Eigengewicht und eine geringe Bauhöhe zur ­optimalen Ausnutzung der möglichen Gebäudehöhe ­entscheidend. Abhängig von der Form der Decke gelten unterschiedliche Lastabtragungsprinzipien. Konstruktiv sind Träger- und Massivdecken zu unterscheiden. Die Art der Konstruktion hängt wesentlich vom sta­ tischen Gesamtsystem und der sich daraus ableitenden Auf­lagersituation, die Dimensionierung der Querschnitte von Spannweite, Spannrichtung und Lastfall ab. Für die Wahl des Konstruktionssystems der Rohdecke ist ­weiterhin von großer Bedeutung, ob und wie nicht­ tragende Trennwände auf der Decke platziert werden. Je nach ­Deckentyp können diese Wände dann beliebig oder nur quer bzw. längs zur Deckenspannrichtung an­

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geordnet werden. ­Gegebenenfalls sind zusätzliche Maßnahmen wie Verstärkungen, Auswechselungen, Streifen mit erhöhter Tragfähigkeit oder zusätzliche Unterzüge notwendig. LASTABTRAGUNG Bei Balken- oder Rippendecken sind die Balken (Rippen) und Unterzüge die statisch relevanten Elemente, untergeordnet beanspruchte Schalungen oder Füllelemente liegen auf ihnen auf. Eine Scheibenwirkung kann nur durch zusätzliche Maßnahmen erzielt werden. Flächige Plattendecken wirken in der Regel als Scheiben. Sie werden hauptsächlich auf Biegung beansprucht und ver­ fügen über große Tragreserven. Bei Plattenbalkendecken wirken Decke und Balken gemeinsam bei der Abtragung der Lasten. Sie weisen ohne weitere Maßnahmen eine Scheibenwirkung auf. Gewölbte Decken werden überwiegend auf Druck be­ ansprucht. Einachsig gespannte Decken tragen ihre Last in Spannrichtung ab. Beanspruchungen in Querrichtung müssen, sofern statisch erforderlich, durch zusätzliche Maßnahmen abgefangen werden. Einachsig gespannte Stahl­ betonplatten erhalten eine Querbewehrung, die für eine gleichmäßige Verteilung der Lasten im Feld sorgt. Zweiachsig gespannte Decken werden in beide Richtungen auf ihre Tragwirkung beansprucht. Wichtig ist hier das Verhältnis der beiden Spannrichtungen zueinander (günstig  1:2 sowie Träger- oder Balkendecken folgen dem Prinzip eines Trägers, der auf zwei gegenüberliegenden Stützen, Wänden oder Trägern aufgelagert wird. Plattenartige Decken mit einer flächigen Tragwirkung sind in der Regel auf vier Wänden aufgelagert und kreuzweise (zweiachsig) gespannt. Bei Deckenstärken von 18–30 cm können bei einachsiger Spannung und schlaffer (nicht gespannter) Bewehrung Spannweiten von bis zu 6,5 m

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hergestellt werden. Bei einer zweiachsigen Spannung sind 8 m wirtschaftlich möglich. Laufen die Platten über mehrere Auflager 2, spricht man von einer Durchlaufplatte. Die vorgeschriebene Mindestdicke für Platten beträgt nach DIN 1045 allgemein 7 cm, bei Platten mit Querkraftbewehrung 16 cm, bei Platten mit Querkraftbewehrung und Durchstanzbewehrung 20 cm. Deckenstärken > 25 cm sind jedoch als reine Flachdecken kaum wirtschaftlich. SPANNBETONDECKEN Um bei Decken größere Stützweiten (> 9 m) zu reali­ sieren, kommt anstatt Stahlbeton Spannbeton zum Einsatz. Er entsteht durch das Zusammenwirken von Beton und hochfestem Stahl, der als Spannstahl (Spannlitzen) im fertigen Bauteil eine Vorspannung ­erzeugt. Im Beton wird vor der Belastung durch mechanisches Anspannen der Spannlitzen dort Druck erzeugt, wo später Zugbe­ lastungen erwartet werden. Die Betonquerschnitte können so auch bei großen Spannweiten gering gehalten werden.

1 konventionelle Herstellung einer Decke in Stahlbeton: a Stütze b Kreuzkopf c Jochträger d Schalungsplatte e Deckenrandschalung f untere Bewehrung g obere Berwehrung h Ortbeton i Installationsleitung j Schaumstoffblock für ­Durchbruch 2 Stahlbetondecke, Deckenauflager

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DECKEN 135

3 Hohlkörperdecke als Halbfertigteilvariante mit Cobiaxkugeln und Bewehrung, vor dem Einbringen des Ortbetons 4 Hohlplattendeckenelemente 5 Filigrandecke: a Großflächenplatte (Fertigteil) b Ortbeton c Gitterträger d Längsbewehrung e Querbewehrung f Stoßfuge

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HOHLKÖRPERDECKEN Im Tragverhalten handelt es sich bei diesem Decken­ system um eine Flachdecke von 31,5–36 cm Stärke mit einer Spannweite von bis zu 12 m in einer Richtung. Die Deckenstärke ist erforderlich, um ausreichende Steifigkeit zu gewährleisten und Rissbildung zu vermeiden. Bei der Herstellung werden in den Mittelbereich hohle Kunststoffkugeln einbetoniert. Auf diese Weise ist das Eigengewicht der Decke um bis zu 30 % gegenüber einer massiven Decke reduziert und größere Spannweiten können realisiert werden. Die Herstellung ist aufgrund der mit­ unter komplizierten Bewehrungsführung aufwendig. Um bei einer Ortbetondecke den Auftrieb von Kugeln und ­Bewehrung zu verhindern, wird in zwei Arbeitsgängen betoniert. Bei der Halbfertigteilvariante sind Bewehrung und ­Kugeln bereits an einer dünnen Platte vormontiert (Prinzip ähnlich Filigrandecken). 3

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HOHLPLATTEN-, HOHLDIELENDECKEN Hierbei handelt es sich um vorgefertigte und vorgespannte Vollplattendecken in Spannbeton, welche im Mittelbereich des Querschnittes, wo Druck und Zugspan4 nungen am geringsten sind, Hohlräume enthalten. Diese werden durch Papprohre oder Schaumstoffkugeln gebildet. Das Eigengewicht der Decke ist auf diese Weise um 20–40 % reduziert. Je nach Plattenstärke ­(15–40 cm) können Spannweiten von 7–16 m erreicht werden. Die Plattenbreite beträgt 120 oder 240 cm. In die Hohlräume können Installationen eingebracht werden. Aufgrund des hohen Vorfertigungsgrades verfügen sie über kurze Montagezeiten. FILIGRANDECKEN Zur industriellen Vorfertigung von Bauteilen wurde das Prinzip der Stahlbeton-Filigrandecke entwickelt. Hierbei werden vorgefertigte, bewehrte Großflächenplatten (Breite ca. 2,5–3 m, Länge bis ca. 12 m) auf der Baustelle mit Bewehrung und einer Ortbetonschicht ergänzt. 5 Das vorgefertigte Deckenelement dient in der Bauphase als Schalung für die Decke. Es hat eine Betonstärke von 4–6 cm und ist über Gitterträger sowie eine Biegezugbewehrung in Längs- und Querrichtung, die für Transport und Montage eine ausreichende Biegesteifigkeit gewährleistet, bewehrt. Die Elemente sind bis zur Aushärtung des Ortbetons unterstützt. Die Gitterträger bewirken in der fertigen Decke den Verbund zwischen Fertigteil und Ortbetonschicht und stellen zugleich die erforder­ liche Schubbewehrung her. Zwischen den Platten wird an den Plattenstößen zusätzlich eine Stoßfugenbewehrung ­vorgesehen. Alle benötigten Deckendurchbrüche, Aus­ sparungen, Elektrodosen etc. werden werkseitig vorgesehen. Die Unterseite der Elemente ist schalungsglatt und an den Kanten gefast, die Oberseite ist zur Herstellung eines guten Haftverbundes mit dem Ort­beton rau. Im fertigen Zustand bilden das Fertigteil und die Ortbetonschicht ein Verbundelement, das statisch über den gesamten Querschnitt trägt.

136 Materialisieren

BALKENDECKEN Bei Balkendecken handelt es sich um ein System aus ganz oder teilweise vorgefertigten, in Längsrichtung tragenden Balken mit quertragenden Gefachausfüllungen. 1 Die Balken können in Stahlbeton oder aus Stahl­ profilen hergestellt werden. Sie tragen jeweils die Last eines Balkenfeldes und sind entsprechend dimensioniert. Material und Dimensionierung der überbrückenden Gefachausfüllungen bestimmen deren eigene Spannweite und Tragfähigkeit und damit die Abstände der Balken. Die Herstellung entspricht einer Fertigteil- bzw. Halbfertigteilbauweise, bei der unterschiedliche Konstruktions­ arten möglich sind. Alternativ können die Balken auch ­einen kompletten Teilbereich der Decke bilden. Ihr Querschnitt ist so angelegt, dass sie dicht an dicht liegen und einen tragenden Verbund herstellen. STAHLSTEIN-, ZIEGEL-, ZIEGELELEMENTDECKEN Eine weitere Art der Teilfertigbauweise stellen sogenannte Stahlsteindecken dar. Hierbei werden Ziegel- oder Betonhohlkörper als statisch mittragende Deckensteine, von ca. 25 cm Breite, eingesetzt. 2 Im oberen Bereich, ggf. auch über die gesamte Höhe, sind sie so ausgebildet, dass sie Druckkräfte aufnehmen können. Aufgrund Ihrer hohlkörperartigen Ausbildung halten sie das Gewicht der Decke gering. Auflagerpunkte und Stoßfugen werden vor Ort mit Beton vergossen. Alter­nativ ist auch eine Vorfertigung möglich. Ziegel­ elementdecken werden werkseitig in der Regel in Dicken von 16,5–24 cm (Mindestdicke 9 cm) hergestellt. Die ­Breiten betragen in der Regel 2,50 m, Längen bis ca. 7,30 m sind möglich. Bei größeren Belastungen oder Spannweiten kann eine Querbewehrung der Stoßfugen erfolgen. Die Ziegelkörper müssen sowohl Druck- als auch Schubkräfte aufnehmen und dürfen nur einachsig gespannt sein. Idealerweise sollten die einwirkenden ­Lasten gleichmäßig verteilt sein. Bei größeren Einzel­ lasten und Aussparungen sind besondere statische ­Maßnahmen erforderlich, der Einsatz der Decken als ­aus­steifende Scheibe ist gesondert nachzuweisen. Während der Bauphase kann eine Montageunterstützung ­not­wendig sein. Die Unterseite der Decke kann so konstruiert sein, dass Balken und eingelegte Elemente flächenbündig aus­ geführt werden. Sie kann im fertigen Zustand verputzt oder unverputzt bleiben. Alternativ besteht die Möglichkeit, an den Unterseiten der Träger Holzleisten vorzurichten und an diesen eine Abhangdecke zu befestigen. Das Brandverhalten ist aufgrund der Hohlkörper schlechter als das einer Massivdecke und ist entsprechend ­nach­zuweisen. Aufgrund des geringen Gewichtes eignet sich dieses ­Deckensystem zur Verlegung von Hand und kommt heute insbesondere dann in Betracht, wenn

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­ ufgrund der ört­lichen Gegebenheiten nicht mit einem a Kran oder großen Schalungselementen gearbeitet werden kann. BALKENHOHLKÖRPERDECKEN Betonträger bzw. Balken in Form von Gitterträgern mit werkseitig anbetonierten Untergurten (sog. Betonfußleisten) werden auf die lastabtragenden Wände oder ­Träger aufgelegt. 3 Der Abstand liegt systemabhängig zwischen 50 und 75 cm. Balken aus Stahlprofilen kommen aufgrund der Brandschutzproblematik heute nur noch selten zum Einsatz. In die Zwischenräume sind Füllelemente aus Hohlsteinen eingelegt. Je nach den ­sta­tischen Erfordernissen wird vor Ort eine Bewehrung mit Stäben oder Matten eingebracht. Abschließend ­werden mindestens die Zwischenräume der Elemente, oder bei höheren Anforderungen (Statik, Schallschutz) die ­gesamte Fläche, mit einer Schicht (> 3 cm) in Ortbeton vergossen. Auf diese Weise entsteht eine flächige ­Verbundplatte. DIELEN Im Gegensatz zu Hohldielen verfügen Dielen über einen vollen Betonquerschnitt. Aufgrund des Transportgewichts werden sie aus Leichtbeton hergestellt und benötigen in Deutschland eine bauaufsichtliche Zulassung. Für die Bewehrung sind besondere Auflagen zu beachten. Dielen haben eine Stärke von 15, 20, 24 oder 30 cm, bei einer Spannweite ≤ 6 m und einer Elementbreite von 62,5 cm. Die Nutzlasten sind auf 3,5 kN/m² beschränkt.

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3 1 Balkendecke: a Stahlbetonfertigteile ­aneinandergereiht b Ortbeton c Querbewehrung 2 Stahlsteindecke: a Deckenziegel b Ortbeton c Bewehrung 3, 4  Balkenhohlkörperdecke: a Fertigteilträger b Hohlsteine c Vergussbeton

DECKEN 137

5 Rippendecke : a Rippe (Steg) b Druckplatte c Querbewehrung d Bügel e Bügelhaken f Tragbewehrung 6 Trapezblechverbunddecke: a Ortbeton b Dübel c Stahltrapezblech 7 Pilzdecken : Um die Gefahr des Durchstanzens der Stütze im Auflagerbereich durch die Deckenplatte zu vermeiden, wird die Bewehrung im Bereich des Stützenkopfes verstärkt. Die außenliegende Stützenkopfverstärkung, welche den Säulen einen pilzkopfähnlichen Anschluss zur Decke verschafft, gibt dieser Decke ihren Namen. a klassische Form b technische Form c Flachpilz

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PLATTEN- UND RIPPENDECKEN Sie bestehen aus einer oberen Stahlbetonplatte und mehreren, darunter durchlaufenden Stahlbetonträgern. Diese können rechtwinkelig oder trapezförmig ausgebil5 Der den oberen Abschluss bildende Auf­ det sein. beton (Druckplatte) spannt quer zu den Stegen oder ­Rippen und hat eine Stärke von mindestens 7 cm bzw. 10 % des lichten Rippenabstands. Der lichte Abstand der Stege liegt bei Rippendecken gewöhnlich zwischen 65 und 75 cm, wobei sich die Rippen nach unten auf ­minimal 5 cm verjüngen. Bei Plattenbalkendecken beträgt die Plattenstärke 10–16 cm. Zur Übertragung von Querkräften erhalten die Stege bzw. Rippen eine Schub­bewehrung. Sie bindet in die Druckplatte ein und ge­währleistet eine sichere Kraftübertragung. Eine Scheibenwirkung ist herstellbar. Die Balken haben eine Mindestbreite von ca. 15 cm. Die vorgefertigten Elemente haben eine Breite von ca. 2,50 m. Spannweiten von 6–20 m sind mit Rippendecken herstellbar. Gängige ­Konstruktionshöhen liegen zwischen 30 und 85 cm. Installationen sollten zwischen den Stegen eingebracht ­werden. Alternativ gibt es Systeme mit tragenden und nichttragenden Füllkörpern, die eine auf Ober- und ­Unterseite ebene Deckenplatte ­erzeugen. TRAPEZBLECHVERBUNDDECKEN Stahlprofilbleche bilden als verlorene Schalung die Unterseite dieser Flachdecken. Die Oberflächen der Profile sind werkseitig korrosionsgeschützt (verzinkt, kunststoffbeschichtet). Durch die Profilierung des Blechs kann ein kraftschlüssiger Verbund hergestellt werden. Man ­unterscheidet Stahltrapezprofildecken mit oder ohne Verbund. Als Unterzüge kommen vor allem, durch Dübel oder Verbundanker mit der Deckplatte schubfest verbundene, Stahlträger zum Einsatz. Die Stahlträger werden durch Kammerbeton brandsicher gemacht. Bei einer Verbundwirkung dienen die Bleche als Armierung und ersetzen die untere Lage Armierungsstahl. Das Tragverhalten ist ähnlich einer Vollplattendecke. In den eingelassenen Profilierungen können Abhangdecken, Leitungen, ­Beleuchtungskörper o. Ä. befestigt werden. Bei Decken ohne Verbundwirkung wird das Stahltrapezblech als ­verlorene Schalung eingesetzt und übernimmt keinerlei statische Funktion. Für eine thermische Aktivierung der

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Bauteile eignen sich Stahltrapezverbunddecken insofern besonders gut, als sie im Vergleich zu ebenen ­Deckensystemen durch ihre Profilierung über eine größere Oberfläche verfügen. 6 Eine weitere Bauweise stellen Stahlträgerverbund­ decken dar. Vom Tragverhalten ähneln sie Plattenbalkendecken. Stahlträger übernehmen die Aufgabe der Längsträger. Sie werden z. B. durch Kopfbolzendübel mit der Deckenplatte kraftschlüssig verbunden. Die Zugkräfte werden vom Untergurt des Stahlträgers, die Druckkräfte von der Stahlbetonplatte aufgenommen. KASSETTENDECKEN Sie sind eine Weiterentwicklung der Rippendecken zu ­einer kreuzweise gespannten Decke. Bei Deckenstärken von 30–45 cm sind Spannweiten bis zu 12 m möglich. Die Schalung ist aufwendig, daher bietet sich eine werkseitige Vorfertigung an. Die Kassettenfelder haben in der Regel Größen von 50 × 50 bis 150 × 150 cm. PILZDECKEN Um ein Durchstanzen punktförmig auf Stützen aufgelagerter Flachdecken zu vermeiden, kann der Übergang von Stütze zu Decke voutenförmig ausgebildet werden. Der Schalungs- und Bewehrungsaufwand ist relativ hoch. Um eine möglichst große Freiheit (auch von Rastersystemen) in der Grundrissgestaltung zu erreichen, wurde daher eine Bauart entwickelt, welche die Verstärkung innerhalb der Platte (innenliegende Stützenkopfverstärkung) vorsieht. Dies kann zu einer deutlich stärkeren Deckenplatte führen. Optimal fällt die Konstruktionshöhe der Deckenplatte entsprechend den statischen Gegebenheiten gering (15–30 cm) aus. Spannweiten zwischen 4 und 8 m sind möglich. Gestalterisch störende Unterzüge können dadurch vermieden werden. Pilzdecken ermöglichen die Ausbildung von großen Räumen, was besonders bei beschränkten Raumhöhen von Vorteil sein kann. 7 HOURDISDECKEN Hierbei handelt es sich um 4–10 cm starke und 50– 100 cm lange Tonhohlplatten aus dünnwandigen Hohlkörpern, die auf Hauptträgern, beispielsweise aus Stahl oder Holz, aufliegen. Optional wird darüber eine 3–5 cm dicke Ortbetonschicht gegossen.

138 Materialisieren

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d = 45–60 cm

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a = 120–180 cm

HOLZBALKENDECKEN Holzbalkendecken 1, 2 verfügen nicht wie Massiv­ decken über eine lastverteilende Druckplatte. Einzel­ lasten können daher nur bedingt über mehrere Balkenfelder verteilt werden. Eine klassische Holzbalkendecke ist üblicherweise einachsig gespannt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, sie in zwei Richtungen zu spannen (z. B. Kassettendecken). Die Achsabstände der Balken liegen bei Mauerwerksbauten zwischen 70 und 120 cm.

DECKEN IN TAFELBAUWEISE Ähnlich wie bei Wänden im Tafelbau handelt es sich um eine Verbundkonstruktion. Rippen und Beplankung bilden zusammen das tragende Bauteil, wobei die Platten mittragend oder nur aussteifend ausgebildet sein können. Bei der Planung ist das Konstruktionsraster wesentlich. Die Deckenbalkenhöhe ist über den Deckenquerschnitt insgesamt gleich. Die Spannrichtung sollte möglichst über die kürzere Seite erfolgen.

Im modernen Holzbau überwiegen heute Abstände zwischen 40–80 cm. Auf diese Weise sind kleinere Balkenquerschnitte möglich, die Einbaufeuchte der Hölzer ist leichter zu erreichen und die Schwingungsanfälligkeit der Decke kann reduziert werden. Bei Konstruktions­ höhen von 17–30 cm liegen die Spannweiten zwischen 3 und 5 m. Durchbrüche für Schächte, Leitungen oder Treppen e ­ rfordern eine Auswechselung der Balkenlagen. Die untere Seite der Balken kann je nach Art der Decken­ konstruktion freiliegen oder verkleidet sein. Hier spielen vor allem optische Belange sowie der Brand- und Schallschutz eine Rolle. Üblicherweise wird zur Überbrückung der Balken eine Schalung eingebaut. Die Stöße von ­Platten und Brettern müssen über den Balken liegen. Tradi­tionell wurden Zwischenräume zwecks Wärmeund Schallschutz mit Schlacke oder Lehm verfüllt, während heute über­wiegend eine Mineralwolldämmung eingebaut wird. Die Oberseite kann mit einer Dielenschalung versehen werden. Heute verwendet man jedoch überwiegend Spanplatten, die zur Schallentkopplung auf Filzstreifen verlegt werden. Um einen besseren Schallschutz zu erzielen, kann das Deckengewicht erhöht und platten­ förmige Betonfertigteile können aufgebracht werden. Hierauf folgt dann der schwimmend (schallentkoppelt) verlegte Estrich mit Bodenbelag.

DECKEN AUS BRETTSPERRHOLZ Mehrere Lagen von Brettsperrholzplatten werden kreuzweise zu Deckenplatten einer Stärke von 12,5–17 cm verleimt und verpresst. Die Plattenformate können zwischen 4,50 m Breite und 16 m Länge liegen. Sonder­ längen bis zu 30 m sind herstellbar. Es sind einachsige und zweiachsige Spannrichtungen möglich. Installa­ tionen werden in geplanten Kanälen geführt, Leitungs­ öffnungen durch die Platten hindurch gebohrt. Stöße der Elemente werden als Stufenfalz- oder Nut- und Federausbildung kraftschlüssig hergestellt. BRETTSTAPEL-, DÜBELHOLZDECKEN Zur Herstellung massiver Holzdecken ordnet man hochkant gestellte Bretter, Bohlen oder Kanthölzer parallel nebeneinander an und verbindet sie kraftschlüssig miteinander. 3–5 Ihre Höhen liegen zwischen 6 und 24 cm, die Elementbreiten zwischen 60 und 125 cm. Sie sind sehr stabil, haben ein gutes Tragverhalten bei Einzel­ lasten und verfügen über eine sehr geringe Durchbiegung. Bei Einfeldträgern sind Spannweiten von 6 m, bei Durchlaufträgern von ca. 7,50 m möglich. Brand- und Schallschutz werden nur über zusätzliche Schichten wie beispielsweise schwimmenden Estrich oder Abhangdecken erreicht. Für das Raumklima sind die höheren, speicher­ wirksamen Massen positiv.

1 Aufbau von Holzbalkendecken: a mit Rippen b glatt 2 Dimensionen einer ­Holzbalkendecke mit Bohlen 3 Brettstapeldeckenelement 4 Brettstapeldecke, Auflager 5 Querverbindungen von ­Brettstapel- und Dübelholz­ elementen

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DECKEN 139

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HOHLKASTENDECKEN Bei dieser Bauweise stellt man Flächenelemente als Hohlkastenteile aus verleimten Holzlamellen her. 6 Lieferbar sind Kastenelemente (Einzelzellen), die von Hand verlegbar sind, oder großformatige Flächen- und Schalenelemente, die mit einem Kran versetzt werden. Sie eignen sich für einachsig tragende Boden- und Dachkonstruktionen und zeichnen sich durch ihr steifes und plattenähnliches Tragverhalten aus. Eine schei­ benartige Tragwirkung kann über ein Windrispenband, OSB-­Platten oder durch Schubbolzen hergestellt werden. Die ­Kon­struktionshöhen sind ähnlich einer Beton­ decke (12–32 cm) und verfügen über einen guten Schallund Brandschutz. Gleichzeitig können sie speichernde Funktionen übernehmen. Hierfür stehen unterschied­ liche Füllungen der Hohlräume zur Auswahl. Die Elemente sind sowohl im Holzbau als auch im Massivbau einsetzbar. Die Auf­lagerung wird durch einen Schwellenkranz oder durch Stahlwinkel hergestellt.

6 Hohlkastendecke 7 Holzblocktafeldecke 8 Auswahl von Gewölbearten (von oben nach unten): Kreuzgewölbe Klostergewölbe Böhmisches Kappengewölbe Tonnengewölbe 9 Preußisches Kappengewölbe: a gehackte Ziegel b Beton c Lagerholz 70/100 mm d Holzdielen 30 mm e Sand

HOLZBLOCKTAFELN Die Deckenelemente bestehen aus verleimten Brett­lagen mit oder ohne Stege. Bei einer Stegausbildung verläuft die Faserrichtung der einzelnen Lagen gleich und die ­Deckenelemente spannen in eine Richtung. Die Oberseite ist je nach Bauart geschlossen oder offen, die Oberfläche der geschlossenen Unterseite kann glatt oder profiliert 7 Die Deckenstärke richtet sich nach den statisein. schen und bauphysikalischen Anforderungen. Die Hohlräume können zur Führung von Installationen verwendet oder mit Schüttungen (Schallschutz) gefüllt werden.

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Stichhöhe a

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Stützweite bis zu 2 m

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HOLZ-BETON-VERBUNDDECKEN Im mehrgeschossigen Holzbau werden hohe Anforderung an Tragwerk, Schall- und Brandschutz gestellt. Holz-­ Beton-Verbunddecken können diese gut erfüllen. Durch den kraftschlüssigen Verbund von monolithischen Stahl­ betondecken (Druckzone) mit Holzbalken- oder Brett­ stapeldecken (Zugzone) entstehen Decken mit einem sehr steifen Schwingungsverhalten. Der Betonquerschnitt liegt je nach Anforderung zwischen 6 und 14 cm. Der Verbund zwischen Beton und Holz wird durch Verbundschrauben, HBV-Schubverbinder, BS-Verbundanker oder Nagelplatten hergestellt. GEWÖLBTE DECKEN Gewölbekonstruktionen 8 stellen die ursprüngliche Bauart massiver Decken dar. Die anfallenden Lasten werden in Form von Drucklasten an die Auflager abgegeben. Bei einer Mauerwerkskonstruktion werden entweder die Steine oder die Fugen keilförmig ausgebildet. Um einen Verlust der Druckspannungen durch Setzungen oder infolge des Gewölbeschubs langfristig zu verhindern, können Zuganker oder Auflasten zur Stabilisierung eingesetzt werden. Im Geschossbau ist vor allem bei Altbauten die Preußische Kappendecke 9 oft anzutreffen. Hierbei handelt es sich um Segmentbögen aus Ziegelsteinen, die auf Doppel-T-Trägern aus Stahl aufgelagert werden. Der Anschluss erfolgt über passend hergestellte Ziegel oder durch einen hierfür angefertigten Beton­ streifen. Zur Erhöhung des Brandwiderstandes wird häufig eine Ummantelung eingesetzt. Sie werden mit einer Stichhöhe von 10–15 % der Spannweite zwischen zwei Stahlträgern gemauert. Ihre üblichen Spannweiten sind ≤ 2 m. Weit deutlicher gerundet sind Tonnengewölbe. Sie verfügen über einen halbkreisförmigen Querschnitt und liegen auf parallelen Auflagern. Zwei sich rechtwinklig durchdringende Tonnengewölbe ergeben ein Kreuz­ gewölbe.

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B URK ARD ME Y ER ARCHIT EK T EN , BADEN SP ORTAUSBIL D UNGSZEN T RUM M ÜLIMATT, SCHWEIZ

150

ST UDIO VACCHINI, LOCARNO WOHNHAUS IN HÜ TTINGEN , DEU TSCHL AND

154

NIKOL AUS BIENEFEL D, SWISTTAL- ODEND ORF WOHNHAUS IN M ÜNST ER , DEU TSCHL AND

156

HEHNP OHL ARCHIT EK T UR , M ÜNST ER B ÜROGEBÄUDE IN RIED, ÖST ERREICH

158

FINK THU RNHER ARCHIT EK T EN , B REGENZ SOMMERHAUS IN OB ERB ERGEN , ÖST ERREICH J UDIT H B ENZER , WIEN

162

142 BEISPIELE

MONTAGE- UND VERWALTUNGSZENTRUM IN SENDEN, DEUTSCHLAND, 2007 GERKEN ARCHITEKTEN, ULM

Das Montagezentrum gründet auf einem bestehenden Kellergeschoss. Da die Auflast des Gebäudes so gering wie möglich gehalten werden musste, kam als Baustoff ausschließlich Stahl in Frage. Zudem musste das Erdge­ schoss für die Montage stützenfrei bleiben. So steht das gesamte Gebäude auf einer Art „Tisch“, der aus vier Hauptstützen zur Lastabtragung und darauf aufliegen­ den, geschosshohen Fachwerkträgern mit 18 m Spann­ weite besteht. Die Aussteifung übernimmt eine umlau­ fende Galerie aus Stahlbeton. Die vier Obergeschosse sind geschossweise als Verbundkonstruktionen aus Vie­ rendeelträgern und Sichtbetondecken ausgebildet und durch zusätzliche Verbände ausgesteift. In jeder Ebene befinden sich sechs tischförmige Träger, die zusammen mit den Eckstützen und dem umlaufenden Trägerkranz auf den darunterliegenden Geschossen aufbauen. Trotz der starken Biegebeanspruchung konnten die Stahl­ knoten gering dimensioniert werden.

Das zentrale, 16 m hohe Atrium über dem Montage­ geschoss ist als kommunikativer Mittelpunkt der Firma ausgebildet. Die Konstruktions- und Verwaltungsbüros sind zu beiden Seiten des Atriums angeordnet, während im 2. Obergeschoss die Kleingerätemontage erfolgt. Eine zu allen Seiten verglaste Fassade lässt Besucher und ­Angestellte am Fertigungsprozess teilhaben. Die Fassade verleiht dem Gebäude eine gewisse Ele­ ganz; tagsüber reduziert sie sich durch Spiegeleffekte, nachts erscheint der Baukörper transparent. Das für die Fassade neu entwickelte Isolierglas erreicht bei 70 %iger Lichttransmission einen g-Wert von nur 36 %, wobei rund 40 % der Fassade durch Siebdruck intransparent gehal­ ten sind. Dieser netzförmige Filter verdichtet sich zu den Gebäudeecken und löst sich zur Fenstermitte beinahe vollständig auf. Zu- und Abluftklappen in den Fassaden garantieren im Brandfall eine rasche ­Entrauchung des Atriums, eine flächige Sprinkleranlage kommt im gesam­ ten Gebäude zum Einsatz. Grundwasser wird zur Gebäudeheizung und -kühlung mit­ tels einer Aktivierung der Sichtbetondecken genutzt, eine Fotovoltaikanlage und ein Rapsöl-BHKW liefern die zum Betreiben der Wärmepumpen benötigte elektrische Energie.

Blick von der umlaufenden Galerie­ ebene aus Stahlbeton, die der ­Aussteifung dient, auf die Montage­ halle für Großgeräte.

MONTAGE- UND VERWALTUNGSZENTRUM IN SENDEN 143

5. OG

Grundrisse, Schnitt, M 1:500 Blick in das 16 m hohe Atrium, das als kommunikativer Mittelpunkt der Firma ausgebildet wurde.

3. OG

EG

c

d

a

b

MONTAGE- UND VERWALTUNGSZENTRUM IN SENDEN 145

Nachtansicht, Isometrie der Tragkonstruktion M 1:100: Das gesamte Gebäude steht auf einer Art „Tisch”, der aus vier Hauptstützen zur Lastabtragung und darauf aufliegenden, geschosshohen Fachwerk­ trägern besteht. Schnitt, M 1:20 a Wandaufbau: zweifach Isolierverglasung mit selektiver Sonnenschutzbeschichtung und Siebbedruckung (g = 0,35), Stahlträger 160 mm b Bodenaufbau Obergeschosse: Kugelvliesteppich 25 mm, Mineralwerkstoffplatten 23 mm, Installationsebene 175 mm, Halbfertigteildecken mit Ortbeton als ­Stahlverbundkonstruktion mit Kopfbolzen und Betonkernaktivierung 190 mm, Stahlträger 380 mm mit F30-Beschichtung, Kühldecke akustisch wirksam c Lüftungsklappen für natürliche Zuluft d Quellluftkanal

146 BEISPIELE

BERUFSBILDUNGSZENTRUM IN BADEN, SCHWEIZ, 2006, BURKARD MEYER ARCHITEKTEN, BADEN

Mit der neuen Schule für Berufsbildung in Baden entstan­ den für über 2000 Auszubildende zukunftsweisende Schulungsräume für die unterschiedlichsten Berufs­ felder. Die verschiedenen Teile des Schulkomplexes sind als einzelne Bausteine in das Stadtgefüge einer beste­ henden Industrieanlage eingesetzt. Ausgangspunkt der Komposition ist die Umnutzung des ehemaligen Wohl­ fahrtshauses der BBC (Brown, Boveri & Cie.) in einen neuen Schul-, Verwaltungs- und Infrastrukturtrakt. Die­ ser von Architekt Armin Meili stammende und für die ­Industriekultur Badens wesentliche Bau aus dem Jahre 1954 wurde erhalten. Ihm ist eine große, in den Hang ein­ gegrabene Sportanlage vorgelagert. Auf einer neuen drei­ geschossigen Parkgarage aufgelegt, erscheint die Sport­ anlage gegenüber dem Industriequartier als ein zwanzig

Meter hohes Sockelbauwerk. Das Deckentragwerk der Sporthallen vermittelt das Bild einer künstlichen Land­ schaft und reflektiert die Kraft der mächtigen, filigran ausgebildeten Hauptfassade des alten Wohlfahrtshau­ ses in der Horizontalen. Während diffuses Tageslicht die Hallen tagsüber erhellt, lässt das Kunstlicht die künst­ liche Landschaft in der Dämmerung schimmern. Die Tragstruktur des hier abgebildeten Gebäudes be­ steht aus Sichtbetonstützen als Skelettkonstruktion, die von einer Glas-Bronze-Fassade umhüllt wird. Durch die geschichtete Ausführung von Stützen und Fassade bleibt die Skelettkonstruktion spürbar und trägt zu ­einem fast immateriellen Erscheinungsbild des Gebäu­ des bei. Das einfache Tragprinzip des Tragwerks aus Stützen bzw. der Decken auf Stützen ist hier sinnfällig nachvollzieh­ bar. Zeitgemäße Unterrichtsformen sind mit den An­ forderungen des Brand- und Lärmschutzes, des Ener­ giehaushaltes und einem adäquaten architektonischen Ausdruck verknüpft, der aus den Regelmäßigkeiten der Konstruktion und des Tragwerks entstanden ist.

Vor allem nachts wir das ästhe­ tische Prinzip der Schichtung des Tragwerks sichtbar.

Licht und Schatten strukturieren die langen Fassaden und zeichnen ­grafische Bilder des Tragwerks. Grundrisse M 1:1000

3. OG

1. OG

EG

148 BEISPIELE

Schnitte M 1:200, M 1:20 a Wandaufbau Äußere Stützenreihe: Fassadenabdeckblech Baubronze, dazwischen ­Dreifach-Isolierverglasung, Wärmedämmung, ­vorfabrizierte Betonstütze mit Matritzeneinlage 460 × 330 mm Innere Stützenreihe: vorfabrizierte Betonelementstütze mit Matritzen­ einlage 560 × 330 mm – teilweise mit Lüftungs­ aussparung, dazwischen Verglasung mit integrierten Lamellenstore, Zimmertüren kunstharzbeschichtet, Naturfaser BSB b Bodenaufbau: Hartbeton 5 mm, Steinholzboden 30 mm, ­Ortbetonverbunddecke 260 mm, Betonelement mit Weißzement eingefärbt 100 mm, Untersicht trapez­förmig mit Akustikeinlage aus Schaumstoff, weiß 35 mm c Betonelement vorfabriziert mit Weißzement ­eingefärbt d Sprinklerleitung mit Leuchtkörpern kombiniert e Elektrokanal für Bodendosen Klassenräume und Pausenbereiche wechseln sich ab.

a

c

b

e

c

c d

c

150 BEISPIELE

SPORTAUSBILDUNGSZENTRUM MÜLIMATT IN BRUGG-WINDISCH, SCHWEIZ, 2006, STUDIO VACCHINI, LOCARNO

Das Sportausbildungszentrum umschließt zwei Drei­ fachturnhallen in einem kompakten Volumen von 80 m Länge und 55 m Breite. Charakteristisches Merkmal des Gebäudes ist seine Sichtbeton-Faltwerkstruktur. In Spannbeton ausgeführt, besteht sie aus 27 monoli­ thisch verbundenen Rahmeneinheiten mit einer konstan­ ten Querschnittshöhe von 2,59 m und einer einheitlichen Spannweite von 52,60 m. Neben den Dreifachturnhallen sind im Mitteltrakt Tribünen, Gymnastikräume, Garde­ roben, Unterrichtsräume sowie Arbeitsplätze unter­ gebracht. Eine große Außenanlage mit Parkplätzen war aufgrund eines nahe gelegenen Leichtathletikstadions mit Radrennbahn und ausreichenden Stellplätzen nicht erforderlich.

Das Sportausbildungszentrum demonstriert auf ein­ drückliche Weise die Möglichkeiten der Vorfabrikation. Für die Realisation wurden insgesamt 135 Spannbeton­ elemente vorfabriziert, die Stiele mit je 35 Tonnen und die Dachsegmente mit je 50 Tonnen Gewicht. Jede Rah­ meneinheit ist aus fünf Segmenten zusammengesetzt, allein die Dachfläche besteht aus insgesamt 81 Elemen­ ten. Das Regenwasser wird durch die Kehlen des Dach­ tragwerks und die Faltung der Stiele offen in Versicke­ rungsflächen an den Längsseiten der Halle geleitet. Neben der Tragstruktur war für die Ausführung der Fas­ sade die Versorgung der Innenräume mit Tageslicht ent­ scheidend. Die Hallen sollten nicht nur großzügig in ihren Abmessungen sein, sondern auch hell und durch die gro­ ßen Glaselemente offen zur Landschaft. Um Blendung und Sonneneinstrahlung zu kontrollieren, sind die Ele­ mente teilweise transluzent. Die Glasfassade und die De­ cke der Turnhallen liegen innerhalb der Faltwerkhülle, als Raumabschluss unter den Dachträgern beziehungsweise an der Innenleibung der vorfabrizierten Rahmenstiele.

Die Struktur der vorgefertigten Rahmenelemente ist in der ­ Fassade ablesbar und führt zu ­ihrem ­spezifischen Ausdruck.

Grundriss, Schnitte M 1:750

EG

152 BEISPIELE

a

Schnitt, M 1:50: a Rahmenstiel Betonfertigteil, selbstverdichtender Beton, vorgespannt 160–380 mm b Abdichtung, Kunststoffbeschichtung 2 mm, Betonfertigteil, selbstverdichtender Beton, vorgespant 160–380 mm c Verbindungslasche Stahl, Aussparungen vergossen d Einlegeschienen Edelstahl, Abdichtung OSB-Platte 18 mm, Kanthölzer 180/80 mm, Wärmedämmung Mineralfaser 180 mm, OSB-Platte 22 mm, Dampfsperre, Akustikdecke Holzwolleplatte, zementgebunden 50 mm e Pfosten-Riegel-Fassade: Stahlprofilrohr 70/70/4 mm, Isolierverglasung ESG 6 + SZR 14 + Float 6 + VSG 12 mm f Bodenaufbau: Beschichtung EPDM / PUR 5-8 mm, Zementestrich bewehrt 95 mm, PE-Folie 0,2 mm, Trittschalldämmung 40 mm, PE-Folie 0,2 mm Isometrische Darstellung des Tragwerks (Projektphase)

e

f

Schnitt durch das Dachtragwerk, M 1:50

c b

d

e

154 BEISPIELE

wohnhaus in hüttingen an der kyll, deutschland, 2006, nikolaus bienefeld, swisttal-odendorf

Das nur 62 m² große Jagd- und Ferienhaus in der Eifel wurde weitestgehend aus Ziegel errichtet. Einer massi­ ven Tragwand aus hochwärmedämmenden Hochloch­ ziegeln ist eine Schicht aus Ziegelverblendern im Reichs­ format (24 cm × 11,5 cm × 6,3 cm) vorgesetzt, die dem Gebäude durch die Ausbildung breiter Lagerfugen ein ­archaisches Aussehen geben. Das Spiel von Zierlichkeit und Monumentalität, das durch Anordnung und Rhyth­

mus der tief eingeschnittenen Fensterleibungen und die maßstabsverzerrenden Proportionen der Fassaden ­hervorgerufen wird, setzt sich im Inneren fort: Von der ­sakral anmutenden, zweigeschossigen Diele führt eine ­schmale Büchertreppe auf eine Galerie, welche die Zim­ mer im Obergeschoss über ebenso schmale Türöffnun­ gen erschließt. Die Raumhöhe im Erdgeschoss beträgt lediglich 210 cm. Jedes Detail dieses ungewöhnlichen Bauwerks zeigt ein tiefes Verständnis des Architekten für den Baustoff Zie­ gel. Vom Boden über die Fensterbänke und -stürze bis zum Wand-Dach-Anschluss wird eine jahrtausendealte konstruktive Tradition zitiert, die im heutigen Bauen zu weiten Teilen vergessen scheint.

Lageplan, M 1:1000, Blick auf das Wohnhaus in ­Hanglage

d

EG

OG c

a

Ansicht West, Nord, Grundrisse M 1:500, Schnitt M 1:200 Schnitt, M 1:20 a Wandaufbau: Ziegelverblender 115 mm, Luftschicht 10 mm, Putzfuge 20 mm, hochwärmedämmende Hochlochziegel 365 mm, Innenputz 15 mm b Bodenaufbau Wohnbereich: Ziegelbelag 71 mm, Heizestrich 65 mm, Wärmedämmung 80 mm, Ausgleichsestrich 30 mm, Bitumenabdeckung, Bodenplatte WU-Beton 160 mm, Kiesschicht 200 mm, Magerbeton 50 mm c Bodenaufbau Bad: Heizestrich 40 mm, bituminöse Abdichtung, Wärmedämmung 25 mm mit Wärmeleitprofilen als Fußbodenheizungssystem, Stahlbetondecke 160 mm d Dachaufbau: Dachziegel, Dachlattung, Konterlattung, Unterspannbahn, Sparren 120/160 mm, Wärmedämmung 160 mm, Dampfsperre, Konterlattung 24/48 mm, Dreischichtplatten 16 mm

b

156 BEISPIELE

WOHNHAUS IN MÜNSTER, DEUTSCHLAND, 2007, HEHNPOHL ARCHITEKTUR, MÜNSTER

Das Einfamilienhaus für eine Künstlerfamilie mit zwei Kin­ dern steht in einem gewachsenen Wohnviertel im Süden der Stadt Münster, dem Geistviertel, das durch eine klein­ teilige Bebauung mit Siedlungshäusern geprägt ist. Der einfache, quaderförmige Baukörper bezieht sich auf die Form der Ziegelsteine, aus denen die Fassaden der um­ liegenden Häuser gemauert sind. Subtraktiv wurden aus dieser Grundform Ein- und Ausschnitte herausgearbei­ tet, was ihre Blockhaftigkeit noch verstärkt – vom zurück­ gesetzten Eingangsbereich über den Treppenraum mit dem großformatigen Oberlicht bis zur Dachterrasse. Zahlreiche Gestaltelemente der umliegenden Siedlungs­ häuser greift der kantige Neubau auf und übersetzt sie in eine zeitgenössische Formensprache: die Blumen­ bank im Wohnraum, die Dachterrasse, die bodentiefen Fenstertüren oder die Terrasse mit Außentreppe.

Das Haus ist streng gegliedert: Im Norden liegen alle Er­ schließungs- und Nebenräume, die Wohn- und Schlaf­ bereiche orientieren sich nach Süden, zum Garten und zu einem Naturschutzgebiet. Daraus erklärt sich der Ge­ gensatz von der blockhaft geschlossenen Straßenseite zur viel aufgelösteren, transparenten Gartenseite des Gebäudes. Um die Geschlossenheit der Wandflächen zu erhöhen, wurde vor den Fenstern der Nebenräume die Ziegelschale als durchbrochenes Filtermauerwerk weitergeführt, das im Inneren reizvolle Lichtstimmun­ gen ­erzeugt. Die vorgehängte Ziegelschale besteht aus ­Klinkern eines fußsortierten Brandes, dessen Unregel­ mäßigkeiten im Sonnenlicht einen Gegensatz zur forma­ len Strenge des Hauses bilden. Der tragende Teil der Wände ist aus Kalksandsteinen erstellt, die Decken aus Stahlbeton. Im Inneren des Hauses sind alle Wände und Decken mit einem körnigen Kalkzementputz versehen und mit wei­ ßer Mineralfarbe gestrichen. Im Kontrast dazu stehen ein mattschwarzer Basaltlavaboden und der warme Ton der geölten, massiven Eichenholzdielen, die auf Lagerhölzern verlegt sind.

Die Form der Ziegelsteine wieder­ holt sich in der Grundform des ­Hauses, dessen Blockhaftigkeit mit großen Einschnitten subtraktiv ­herausgearbeitet wurde.

Schnitt, Grundrisse M 1:500,

d

Schnitt, M 1:20 a Wandaufbau: 115 mm Ziegelschale, 10 mm Luftschicht, Wärmedämmung Mineralfaser 140 mm, Tragschale Kalksandstein 175 mm, Innenputz Kalk-Zement 15 mm b Bodenaufbau Erdgeschoss: Basaltina 15 mm, Heizestrich 65 mm, Trittschalldämmung 45 mm, bituminöse Dampfsperre, Stahlbetonplatte 190–250 mm, PE-Folie, Perimeterdämmung 120 mm, PE-Folie, Schotter verdichtet 250 mm c Bodenaufbau Obergeschoss: Eichendielen 20 mm, Fußbodenheizung als Trockensystem 25 mm, Balkenauflager, Kork, Perlite 75 mm, Stahlbetondecke 180 mm, unterseitig gespachtelt d Dachaufbau: Begrünung extensiv, Folie wurzelfest, vlieskaschiert 1,8 mm, Gefälledämmung 100–220 mm, bituminöse Dampfsperre, WU-Stahlbetondecke 180 mm, unterseitig gespachtelt Blick vom Wohnbereich in den Flur, dessen helle ­Anmutung im Kontrast zum Ziegelmauerwerk steht.

c

a

EG

b

OG

158 BEISPIELE

BÜRO- UND SCHULUNGSGEBÄUDE IN RIED, ÖSTERREICH, 2008, FINK THURNHER ARCHITEKTEN, BREGENZ

Der zweistöckige Büro- und Schulungsbau ist als präzise gesetzter Baukörper konzipiert und bildet auf dem Rie­ der Messegelände gemeinsam mit Bestandsbauten ­einen eigenen Block. Um die beiden zentralen Atrien gruppieren sich die unterschiedlichen Räume. Die Fas­ sade aus umlaufenden Holzlamellen ist Filter zum an­ grenzenden Messegelände und gleichzeitig konstruk­tiver Sonnenschutz für die Büroräume. Die Holzkonstruktion des Büro- und Schulungsgebäudes ist aus unbehandel­ tem Tannenholz ausgeführt. Massivholzdecken im Inne­ ren erlauben große Spannweiten und eine flexible Grund­ risseinteilung. Die Fassadenrippen sind mit öffenbaren und feststehenden Glaselementen sowie hochwärmege­ dämmten Paneelen ausgefacht. Das Tannenholz wurde für Wände, Decken, Fenster, Türen und die Möblierung verwendet.

Als Dämmmaterial dient ausschließlich Schafwolle.
Das nicht unterkellerte Gebäude ist auf einer Flachfundie­ rung und Streifenfundamenten gegründet.
 Die Decke über Erdgeschoss wurde als Massivholzdecke aus Brett­ stapelelementen mit einer max. Spannweite von ca. 7–8 m realisiert, die Dachkonstruktion ist als Holzbalken­ decke ausgeführt. Die Außenwände bestehen aus BSHStützen im Abstand von 60 cm. An ihrer Außenseite sind die nichttragenden Holzrippen angebracht, die der Fas­ sade ihr markantes Aussehen verleihen. 
Im Innenbereich ­tragen holzbekleidete Stahlstützen die deckengleichen ­Unterzüge. 
Im Bereich des Treppenhauses, der Sanitär­ räume und beim Lift sind Brettsperrholzelemente als tra­ gende Wandscheiben eingesetzt. Die Brandschutzanforderungen konnten in Zusammen­ arbeit mit dem Institut IBS in Linz mit einem speziellen Brandschutzkonzept erfüllt werden.
Die Wärmeerzeu­ gung erfolgt mittels einer Hackschnitzelanlage, welche auch die Nachbargebäude heizt. Die Allgemeinbereiche und der Saal werden mittels Fussbodenheizung, die ­Büros über die Lüftungsanlage beheizt.

Die Fassade aus Tannenholz wurde je nach Funktion als Lamelle oder geschlossen ausgebildet.

BÜRO- UND SCHULUNGSGEBÄUDE IN RIED 159

Blick in das Atrium, Lageplan, M 1:2000, Grundrisse M 1:500

OG

EG

d

a

c

Schnitt und Grundrissausschnitt M 1:20 a Wandaufbau, Pfosten-Riegel-Fassade: Holzlamellen 440/70 mm, nichttragend und auswechselbar, Furnierschichtholz 120/27 mm, Aluwinkel-Glashalter, Dreifachverglasung, Stahlstützen 120/80 mm mit F30-Anstrich, Holzverkleidung geklebt b Bodenaufbau Erdgeschoss: Steinholzboden 20 mm, Estrich 80 mm teilweise mit Fußbodenheizung, Dampfsperre, Trittschalldämmung 25 mm, Trittschalldämmung 50 mm mit Elektrokanal, bituminöse Abdichtung, WU-Stahlbetonplatte 250 mm, Dämmung, Schüttung c Bodenaufbau Obergeschoss: mineralische Beschichtung 5 mm, Unterlagsestrich 85 mm, Trittschalldämmung 20 mm, Splittschüttung mit Elektroinstallation 60 mm, Massivholzdecke 280 mm, Installationsebene Lüftung 180 mm, Schafwolle 50 mm, abgehängte Decke 30 mm mit offenen Fugen d Dachaufbau: bituminöse Abdichtung, Rinne mit oberster Lage bekiest, Gefälledämmung 200–350 mm, bituminöse Dampfsperre alukaschiert, Holzschalung 30 mm, Deckenbalken 260 mm, Installationsebene 200 mm, Schafwolle 50 mm, Akustikvlies schwarz, abgehängte Decke 30 mm mit offenen Fugen

b

Die nichttragenden Holzrippen des Sonnenschutzes bilden das markante Äußere und spiegeln die innere Tragstruktur wider.

a

162 BEISPIELE

SOMMERHAUS IN OBERBERGEN, ÖSTERREICH, 2011, JUDITH BENZER, WIEN

Das Sommerhaus im Südburgenland orientiert sich in seiner Formgebung an der für die Region typischen ­Kubatur des Kellerstöckels und wird zukünftig durch ­einen Weinkeller mit Produktionsflächen ergänzt. Die ein­ fache Form steht im Kontext zu den vorhandenen Ge­ bäuden der Umgebung. Der Keller beinhaltet die Räume für Weinlagerung und Produktion, die ober­ irdischen Räume d ­ ienen der Wohnnutzung. Auf dem Keller aus Stahlbeton wurden das Erd- und das Obergeschoss als

reiner Holzbau errichtet, die Holzständerkonstruktion wird über Platten ausgesteift. Dabei wirken die Kreuz­ lagenholzelemente in Sichtqualität neben der statischen Funktion auch als gestaltende Elemente im Innenraum. Die ­flächige Verwendung von Holz, analog außen durch die Hülle aus Lärchenholzlatten, zeigt deutlich das kon­ struktive Prinzip des Wandbaus. Das Material Holz ist hier Tragwerk, Gestaltung und Hülle in einem. Dem groß­ flächig eingesetzten Baustoff stehen Sichtbeton und Stahl gegenüber. Die Materialien sind bewusst unbe­ handelt und unverkleidet eingesetzt und bilden in ihrer Kombination eine homogene Raumwirkung. Da das Haus in den Wintermonaten nicht bewohnt ist, kann die Hülle mit Klapp- und Faltläden komplett geschlossen werden.

Der Archetyp eines Hauses wird durch die klaren Kanten zusätzlich betont.

c

a

EG

OG Grundrisse, Ansicht West, Süd (von oben nach unten) M 1:500, Schnitt M 1:200, Schnitt M 1:20 a Wandaufbau: offene Rhombusschalung Lärche, Lattenrost, schwarz gestrichen, 26/70 mm, Windpapier, Holzfaserplatte 16 mm, Ständerwerk 80/160 mm, dazwischen Steinwolle 160 mm, Kreuzlagenholz 95 mm b Bodenaufbau Erdgeschoss: Zementestrich geschliffen/beschichtet 70 mm, PE-Folie, Trittschalldämmplatte 30 mm, Stahlbetondecke 250 mm c Dachaufbau: offene Rhombusschalung Lärche, Aluminiumrost 20/50/2 mm, Dachabdichtung, Aluminiumrost 70/50/2 mm, Rauspundschalung 27 mm, Konterlattung 60/80 mm, Unterspannbahn, Rauspundschalung 20 mm, Lattenrost 80/120 mm, dazwischen Steinwolle 120 mm, Kreuzlagenholz 140 mm

b

T R AG EN U N D M AT ERIA L ISIER EN ANHANG

k apit el 6

tab el l en und informationen

166

normen und rich t linien ( auswahl )

172

lit er at u rver zeichnis 173 inde x 174 bil dnachweis 175

166 anhang

BRandschu t z tab el l en u nd informationen

Baustoffklasse

1

Feuerwiderstandsklasse

Feuerwiderstandsdauer in Minuten

A

F30

≥ 30

A1

F60

≥ 60

A2

F60

≥ 90

F90

bauaufsichtliche Benennung

2 Baustoffklassen nach DIN 4102 nichtbrennbare Baustoffe

3 Benennung der Feuer­ widerstandsklassen nach DIN 4102

B

brennbare Baustoffe

≥ 120

B1

schwerentflammbare Baustoffe

4 Europäische Klassifizierung von Bauteilen – Bezeichnungen nach DIN EN 13501

F120

≥ 180

B2

normalentflammbare Baustoffe

F180

≥ 180

B3

leichtentflammbare Baustoffe

2

Baustoffklasse nach DIN 4102 Teil 1 der in den geprüften Bauteilen ­verwendeten Baustoffe für

Feuerwiderstandsklasse

wesentliche Teile

übrige Bestandteile

Kurzbezeichnung

bauaufsichtliche Benennung

F30

B

B

F30-B

feuerhemmend (fh)

A

B

F30-B

feuerhemmend (fh) und in den wesentlichen Bestand­ teilen aus nichtbrennbaren Baustoffen

A

A

F30-A

feuerhemmend (fh) und aus nichtbrennbaren ­Baustoffen

F60

B

B

F60-B

–

F90

B

B

F90-B

–

A

B

F90-AB

feuerbeständig (fb)

A

A

F90-A

feuerbeständig (fb) und aus nichtbrennbaren ­Baustoffen

3

Kurzzeichen

Kriterium

R (Résistance)

Tragfähigkeit

E (Étanchéité)

Raumabschluss

I (Isolation)

Wärmedämmung

Anwendungsbereich

zur Beschreibung der Feuerwiderstandsfähigkeit

(unter Brandeinwirkung) W (Radiation)

Begrenzung des Strahlungsdurchtritts

M (Mechanical)

Mechanische Einwirkung auf Wände (Stoßbeanspruchung)

S (Smoke)

Begrenzung der Rauchdurchlässigkeit

Rauchschutztüren (als Zusatzanforderung auch bei Feuerschutzabschlüssen), Lüftungsanlagen einschließlich Klappen

C (Closing)

Selbstschließende Eigenschaft einschließlich Dauerfunktion

Rauchschutztüren, Feuerschutzabschlüsse einschließlich Abschlüsse für ­Förderanlagen

4

1 Feuerwiderstandsklassen nach DIN 4102

P

Aufrechterhaltung der Energieversorgung und/oder Signalübermittlung

Elektrische Kabelanlagen allgemein

 anhang 167

mauerwerk tab el l en und informationen

5 Anwendung von Mauermörtel nach DIN 1053-1

Anwendungsbereich

Normalmörtel MG I

6 Rohdichte und Druckfestigkeit verschiedener Steinarten

MG II/IIa

Leichtmörtel

Dünnbettmörtel

MG III/IIIa

Gewölbe

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

nicht zulässig

zulässig

Kellermauerwerk

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

> 2 Vollgeschosse

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

Wanddicke < 24 cm¹

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

nicht tragende Außenschale von zweischaligen Außenwänden: – Verblendschale

nicht zulässig²

zulässig

nicht zulässig³

nicht zulässig

zulässig

– geputzte ­Vormauerschale

nicht zulässig²

zulässig

nicht zulässig³

zulässig

zulässig

Sichtmauerwerk,

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

nicht zulässig

zulässig

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

nicht zulässig

nicht zulässig²

zulässig

zulässig

zulässig

zulässig

außen mit Fugenglattstrich Witterungsbedingungen (Nässe, niedrige Temperaturen) Mauersteine mit einer Maßabweichung in der Höhe > 1 mm Mauerwerk nach Eignungsprüfung (EM)

5

DIN 1053-2⁴ 1 Bei zweischaligen Wänden mit oder ohne durchgehende Luftschicht gilt als Wanddicke die Dicke der Innenschale. 2 Anwendung erlaubt für die Instandsetzung von Natursteinmauerwerk aus MG I. 3 Außer nachträglichem Verfugen und für Mauerwerkbereiche mit statischer Bewehrung. 4 Bisher nicht bauaufsichtlich eingeführt.

Steinart

Kurzzeichen

verfügbare Rohdichteklassen (kg/dm³)

verfügbare Druckfestigkeitsklassen (N/mm²)

Voll- und Blockstein (Planstein)

KS, KS (P)

1,6–2,2

4–60

Loch- und Hohlblockstein (Planstein)

KS L, KS L (P)

0,6–1,6

4–60

Nut-Feder-System

KS R, KS R (P)

0,6–1,6

4–60

Kalksandsteine

KS L-R, KS L-R (P) Vormauerstein

KS Vm, KS VmL

1,0–2,2

12–60

Verblender

KSVb, KSVb L

1,0–2,2

20–60

PB, PP

0,35–0,5

2

0,5–0,8

4

0,65–0,8

6

0,8–1,0

8

0,35–1,0

–

Porenbetonsteine: Blockstein, Planstein

Bauplatte, Planbauplatte

Ppl, PPpl

Leichtbetonsteine: Hohlwandplatte

Hbl

0,5–1,4

2–8

Vollstein, Vollblock, Vollblock mit

V, Vbl, Vbl S

0,5–2,0

2–8

Vbl S-W

0,5–0,8

2–12

Hohlblockstein

Hbn

0,9–2,0

2–12

Vollstein, Vollblock

Vbn, Vn

1,4–2,4

4–28

Vormauerstein, -block

Vm, Vmb

1,6–2,4

6–48

Schlitzen Vollblock mit Schlitzen mit besonderen Wärmedämmeigen­ schaften

Betonsteine:

Hüttensteine:

6

Hüttenvollstein

HSV

1,6–2,0

12–28

Hüttenlochstein

HSL

1,2–1,6

6–12

Hüttenhohlblockstein

HHbl

1,0–1,6

6–12

168 anhang

B e ton , stahl b e ton tab el l en u nd informationen

Betonfestigkeitsklasse

Nennfestigkeit ß wN [N/mm²]

Serienfestigkeit ßwN [N/mm²]

(Mindestwert für die Druckfestig­

(Mindestwert für die mittlere

keit ßw28 jedes Würfels)

Druckfestigkeit ßw28 jeder

Herstellung nach

Anwendung

nur für unbewehrten Beton

­Würfelserie)

1

2

B5

5

8

Rezept oder nach Eignungsprüfung

B10

10

15

vgl. DIN 1045 Abs. 6.5.5

B15

15

20

B25

25

30

B35

35

40

Eignungsprüfung vgl. DIN 1045

für unbewehrten und für bewehrten

B45

45

50

Abs. 6.5.5

Beton

B55

55

60

Druckfestigkeits­

f ck,cyl ¹

f ck, cube ²

Druckfestigkeits­

f ck,cyl ¹

f ck, cube ²

klasse

[N/mm²]

[N/mm²]

Betonart

klasse

[N/mm²]

[N/mm²]

C8/10

8

10

C8/9

08

09

C12/15

12

15

C12/13

12

13

C16/20

16

20

C16/18

16

18

C20/25

20

25

C20/22

20

22

C25/30

25

30

C25/28

25

28

C30/37

30

37

C30/33

30

33

C35/45

35

45

C35/38

35

38

C40/50

40

50

C40/44

40

44

C45/55

45

55

C45/50

45

50

C50/55

50

55

Beton

Betonart

Leichtbeton

C50/60

50

60

C55/67

55

67

C55/60

55

60

C60/75

60

75

C60/66

60

66

Hochfester­

C70/85

70

85

C70/77 ³

70

77

­Leichtbeton

C80/95

80

95

C80/88 ³

80

88

C90/105

90

105

C100/115

100

115

Hochfester Beton

3

¹ f ck, cyl = charakteristische Festigkeit von Zylindern, 150 mm Durchmesser, 300 mm Länge, Alter 28 Tage ²

f ck, cube = charakteristische Festigkeit von Würfeln, 150 mm Kantenlänge, Alter 28 Tage

³

Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder Zustimmung im Einzelfall erforderlich

Expositionsklasse ¹

Stabdurchmesser ²

Mindestmaße cmin (mm)

Nennmaße cnom (mm)

bis 10

10

20

12, 14

15

25

16, 20

20

30

25

25

35

28

30

40

bis 20

20

35

25

25

40

28

30

45

bis 25

25

40

28

30

45

XD1, XD2, XD3 ³

bis 28

40

55

XS1, XS2, XS3

bis 28

40

55

2 ds (mm) XC1

XC2, XC3

XC4

4

¹ Bei mehreren zutreffenden Expositionsklassen für ein Bauteil ist jeweils die Expositionsklasse mit den höchsten Anforderungen maßgebend. ² Bei Stabbündeln ist der Vergleichsdurchmesser dSV maßgebend. ³ Für XD3 können im Einzelfall besondere Maßnahmen zum Korrosionsschutz der Bewehrung nötig sein.

1 Festigkeitsklassen von Beton 2 Druckfestigkeitsklassen von Normalbeton 3 Druckfestigkeitsklassen von Leichtbeton 4 Betondeckung der Bewehrung für Betonstahl in Abhängigkeit von der Expositionsklasse nach DIN 1045-1

 anhang 169

5 Expositionsklassen nach DIN 1992 (2011–01) – Eurocode 2

Expositionsklasse

Umgebungsbedingung

Beispiele für die Zuordnung nach nationalem Anhang DIN EN 1992-1-1/NA [2011–01]

X0

kein Korrosions- oder Angriffsrisiko

XC1

trocken oder ständig nass

Bauteile in Innenräumen mit üblicher Luftfeuchte (Küche, Bad in Wohngebäuden o. Ä.)

XC2

nass, selten trocken

Teile von Wasserbehältern, Gründungsbauteile

XC3

mäßige Feuchte

Bauteile mit häufigem oder ständigem Kontakt zur Außenluft (offene Hallen),

XC4

wechselnd nass und trocken

Kein Korrosions- oder Angriffsrisiko unbewehrte Fundamente ohne Frost, unbewehrte Innenbauteile Bewehrungskorrosion, ausgelöst durch Karbonatisierung

Innenräume mit hoher Luftfeuchtigkeit (gewerbliche Küchen, Bäder), in Feuchträumen (Hallenbäder) Außenbauteile mit direkter Beregnung, Bauteile in Wasserwechselzonen Bewehrungskorrosion, ausgelöst durch Chloride, ausgenommen Meerwasser XD1

mäßige Feuchte

Bauteile im Sprühnebelbereich von Verkehrsflächen

XD2

nass, selten trocken

Schwimmbecken, Bauteile, die chloridhaltigen Industrieabwässern ausgesetzt sind

XD3

wechselnd nass und trocken

Teile von Brücken, Fahrbahndecken, Parkdecks

XS1

salzhaltige Luft, kein unmittelbarer Kontakt mit Meerwasser

Außenbauteile in Küstennähe

XS2

unter Wasser

Bauteile in Hafenbecken, die ständig unter Wasser liegen

XS3

Tidebereiche, Spritzwasser- und Sprühnebelbereiche

Bewehrungskorrosion, ausgelöst durch Chloride aus Meerwasser

Kaimauern in Hafenanlagen

Betonangriff durch Frost mit und ohne Taumittel XF1

mäßige Wassersättigung ohne Taumittel

Außenbauteile

XF2

mäßige Wassersättigung mit Taumittel oder Meerwasser

Betonbauteile im Sprühnebelbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen,

XF3

hohe Wassersättigung ohne Taumittel

offene Wasserbehälter, Bauteile in der Wasserwechselzone von Süßwasser

XF4

hohe Wassersättigung mit Taumittel oder Meerwasser

Straßenbeläge, die mit Taumitteln behandelt werden,

Betonbauteile im Sprühnebel von Meerwasser

Bauteile im Spritzwasserbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen, Räumerlaufbahnen von Kläranlagen, Meerwasserbauteile in der Wasserwechselzone Betonangriff durch chemischen Angriff der Umgebung XA1

chemisch schwach angreifende Umgebung

Behälter von Kläranlagen, Güllebehälter

XA2

chemisch mäßig angreifende Umgebung und Meeresbauwerke

Betonbauteile, die mit Meerwasser in Berührung kommen, Bauteile in stark betonangreifenden Böden

XA3

chemisch stark angreifende Umgebung

Industrieabwasseranlagen mit chemisch sehr stark angreifenden Abwässern

Zusätzliche Expositionsklassen nach Nationalem Anhang DIN EN 1992-1-1/NA [2011-01] Betonkorrosion infolge Alkali-Kieselsäure-Reaktion W0

Beton, der nach dem Austrocknen während der Nutzung ­weitgehend trocken bleibt (trocken)

Innenbauteile eines Hochbaus, Bauteile, auf die Außenluft, aber kein Niederschlag, Oberflächenwasser, Bodenfeuchte einwirken und/oder die nicht ständig einer relativen Luftfeuchte > 80 % ausgesetzt sind

WF

Beton, der während der Nutzung häufig oder längere Zeit feucht ist

Ungeschützte Außenbauteile mit Einwirkung von Niederschlägen, Oberflächenwasser und Boden­

(feucht)

feuchte, Innenbauteile des Hochbaus für Feuchträume mit einer überwiegend höheren relativen Luft­ feuchte als 80 %, Bauteile mit häufiger Taupunktunterschreitung (z.B. Schornsteine, massige Bau­teile gemäß DAfStb-Richtlinie mit kleinsten Abmessungen > 0,80 m (unabhängig vom Feuchtezutritt)

WA

chemisch stark angreifende Umgebung

Bauteile mit Meerwassereinwirkung Bauteile unter Tausalzeinwirkung ohne zusätzliche hohe dynamische Beanspruchung (z. B. Fahr- und Stellflächen in Parkhäusern), Bauteile von Industriebauten und landwirtschaftlichen Bauwerken (z. B. Güllebehälter) mit Alkalisalzeinwirkung

WS

Beton der Klasse WA mit zusätzlicher hoher dynamischer

Bauteile unter Tausalzeinwirkung mit zusätzlicher hoher dynamischer Beanspruchung

­Beanspruchung (feucht + Alkaizufuhr von außen + starke dynamische ­Beanspruchung) Zusätzliche Expositionsklassen nach DIN 1045-2 [2008-08] Betonangriff durch Verschleißbeanspruchung

5

XM1

Mäßige Verschleißbeanspruchung

Straßenbeläge in Wohngebieten

XM2

Schwere Verschleißbeanspruchung

Straßenbeläge von Hauptverkehrsstraßen, Verkehrsflächen mit schwerem Gabelstaplerverkehr

XM3

Extreme Verschleißbeanspruchung

Beläge von Flächen, die häufig mit Kettenfahrzeugen befahren werden (Kasernenhof), Wasserbauwerke in geschiebebelasteten Gewässern (Oberlauf von Flüssen, Tosbecken)

170 anhang

Stahl tab el l en u nd informationen

Korrosivitätskategorie

Dickenverlust *

Beispiele typischer Umgebungen

im 1. Jahr [µm]

C1

Sollschichtdicken-

Bindemittelbasis

Beschichtung [µm]

geeigneter Anstrich

C-Stahl

Zink

Außenraum

Innenraum

≤ 1,3

≤ 0,1

–

gedämmte Gebäude ≤ 60 % relativer Luftfeuchte

> 1,3–25

> 0,1–0,7

gering verunreinigte Atmosphäre,

zeitweilig beheizte und ungedämmte Gebäude

K: 80

trockenes Klima, z. B. ländliche Bereiche

mit zeitweiser Kondenswasserbildung,

M: 120

PUR,

z. B. Lager-, Sporthallen

L: 160

AK-PUR,

unbedeutend C2 gering

AY, CR

AK C3

> 0,7–2,1

> 25–50

mäßig

C4

> 50–80

> 2,1–4,2

stark

C5

> 80–200

> 4,2–8,4

sehr stark I

Stadt- und Industrieatmosphäre mit mäßiger

Räume mit hoher relativer Luftfeuchte und

K: 120

AK (160 µm), AY (200 µm)

SO2-­Belastung oder gemäßigtes Küstenklima

geringfügigen Verunreinigungen, z. B. Brauereien,

M: 160

PVC

Wäschereien, Molkereien

L: 200

PUR, AK-PUR, EP, CR

Industrie- und Küstenatmosphäre mit mäßiger

Schwimmbäder, Chemieanlagen, Bootshäuser über

K: 120

PVC,

­Salzbelastung

­Meerwasser

M: 160

PUR,

L: 200

EP, CR (200 µm)

Industrieatmosphäre mit hoher relativer Luftfeuchte und

Gebäude oder Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation

M: 280-500

PUR, CR, PVC,

­aggressiver Atmosphäre

und starker Verunreinigung

L: 500

EP, SI mit katodisch schützenden ­Zn-Grundanstrichen

1

C6

> 80–200

> 4,2–8,4

Küsten- und Offshore-Bereiche mit hoher Salzbelastung

sehr stark M

Gebäude oder Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation

K: 120

CR, PVC, EP, PUR

und starker Verunreinigung

M: 160

EP, PUR

L: 200 * auch als Masseverlust [g/m²] ausgewiesen 100 µ entsprechen 0,1 mm Schutzdauer nach DIN EN ISO 12944-1: K kurz

2–5 Jahre

M mittel

5–15 Jahre

L lang

über 15 Jahre

Werkstoffbezeichnung

Art

nach

früher

EN 10027-1

EN 10027-2

national

und

und

CR 10260

CR 10260

S185²

1.0035

St 33

S235JR

1.0037

St 37-2

S235JRG1

1.0036

USt 37-2

S235JRG2

1.0038

RSt 37-2

S235JO

1.0114

St 37-3U

S235J2G3

1.0116

St 37-3N

Allgemeine

1.0117

–

Baustähle

S275JR

1.0044

St 44-2

DIN EN 10025

Zug-

Mind.-

Mind.-

festigkeit¹

Streck­

Bruch-

grenze³

dehnung⁵

[N/mm²]

L0 = 5 d0 [%]

185

18

[N/mm²]

S235J2G4

nach

2

nach

S275JO

1.0143

St 44-3U

S275J2G3

1.0144

St 44-3N

290–510

235

Art

nach

früher

EN 10027-1

EN 10027-2

national

und

und

CR 10260

CR 10260

S275N

1.0490

StE 285

S275NL

1.0491

TStE 285

S355N

1.0545

StE 355

Feinkorn­

S355NL

1.0546

TStE 355

baustähle

S420N

1.8902

StE 420

Hochfeste schweißgeeignete

340–470

26 235⁴

nach DIN EN 10113 Teil 2⁶

410–560

275

Werkstoffbezeichnung nach

22

S420NL

1.8912

TStE 420

S460N

1.8901

StE 460

S460NL

1.8903

TStE 460

S235JRH

1.0039

RSt 37-2

S275JOH

1.0149

St 44-

1.0145

–

S275J2H

1.0138

St 44-3

S255JR

1.0045

–

S355JOH

1.0547

St 52-3U

S355J2H

1.0576

St 52-3N

S275NH

1.0493

StE 285

S275NLH

1.0497

TStE 285

S355NH

1.0539

StE 355

S355NLH

1.0549

S255JO

1.0553

St 52-3U

S255J2G3

1.0570

St 52-3N

S255J2G4

1.0577

–

S255K2G3

1.0595

–

S255K2G4

1.0596

–

E295

1.0050

St 50-2

470–610

295

20

(S420) ¹º

E335

1.0060

St 60-2

570–710

335

16

S460NH

1.8953

StE 460

E395

1.0070

St 70-2

690–830

360

11

S460NLH

1.8956

TStE 460

490–630

355

22

für den Stahlbau⁹

festigkeit¹

TStE 355 (StE 420)

Mind.-

Mind.-

Streck­

Bruch-

grenze³

dehnung⁵

[N/mm²]

L0 = 5 d0 [%]

370–510 ⁷

275 ⁸

24

470–630 ⁷

355 ⁸

22

520–680 ⁷

420 ⁸

19

550–720 ⁷

460 ⁸

17

[N/mm²]

S275J2G4

Hohlprofile

Zug-

340–470 ¹¹ 

235

26

410–560 ¹¹ 

275

22

490–630 ¹¹ 

355

21

370–510 ¹¹

275 ¹²

24

470–630 ¹¹

355 ¹²

22

(500–660)

(420)

(19)

550–720 ¹¹

460 ²

17

¹ Für Erzeugnisdicken von 3 mm bis einschließlich 10 mm; für kleinere Dicken höhere Werte; für Dicken über 100–250 mm bis 10–50 N/mm² niedrigere Werte. ²

Nur in Nenndicken ≤ 25 mm lieferbar.

³ Für Dicken bis 16 mm. Für > 16 bis ≤ 40 mm um 10 N/mm², für > 40 bis ≤ 63 mm um 20 N/mm² niedriger. ⁴ Für Dicken > 63 bis ≤ 80 mm, > 80 bis ≤ 100 mm, > 100 bis ≤ 150 mm, > 150 bis ≤ 200 mm, > 200 bis ≤ 250 mm je um weitere 10 N/mm² niedriger. Ausnahme siehe Anmerkung 5. ⁵ Die Werte gelten für Längsproben bei Erzeugnisdicken von ≥ 30 bis ≤ 40 mm. Für Querproben sowie kleinere und größere Dicken gelten niedrigere Werte. ⁶ Für thermomechanisch gewalzte Stähle gilt DIN EN 10113 Teil 3. Die Sorten haben die Kennbuchstaben M (statt N). ⁷

Gültig für Dicken bis 100 mm.

⁸

Gültig für Dicken bis 16 mm. Darüber hinaus um 10 bis 60 N/mm² niedrigere Werte.

⁹ Die Angaben gelten für warmgefertigte Hohlprofile nach DIN EN 10210-1 (Ausgabe 09.94) sowie für kaltgefertigte geschweißte Hohlprofile nach DIN EN 10219-1 (Ausgabe 1997). DIN EN 10219-1 enthält zusätzlich Festlegungen für Profile mit den Bezeichnungen MH und MHL (thermomechanische Behandlung der Ausgangserzeugnisse). ¹º Nur in DIN EN 12019 in den Lieferzuständen MH und MHL.

1 Korrosionsbelastung – ­Einteilung der Umgebungsbedin­ gungen nach DIN EN ISO 12944-2

¹¹ Für Dicken ≥ 3 bis ≤ 65 mm bzw. max. 40 mm für kaltgefertigte Hohlprofile. ¹² Für Dicken bis 16 mm; für > 16 bis ≤ 40 mm um 10 N/mm², für > 40 bis ≤ 65 mm um 20 N/mm² niedrigere Werte.

2 Bezeichnung und Kennwerte von Baustählen

 anhang 171

hol z tab el l en und informationen

3 Gefährdungsklassen und Anwen­ dungsbereiche nach DIN 68800-3

Gefährdungs­­ klasse

4 Schnittholzeinteilung nach DIN 4074-1: 08

Gefährdung durch Anwendungsbereich Insekten

Pilze

Auswaschung

Beanspruchung

Maßnahmen

Moderfäule

Holzteile, die durch Niederschläge, Spritzwasser oder dergleichen nicht beansprucht werden 0

5 Bau-Nadel-Schnittholz nach DIN 4070-1: 58

nein

nein

nein

nein

Innenbauteile in geheizten und

ständig trocken, Holzfeuchte

ungeheizten Räumen mit wirk­

langfristig nicht > 20 %

samer Raumlüftung und Umlüf­

(­örtlicher Messwert)

keine

tung der Konstruktion (mittlere relative Luftfeuchte bis 70 %) oder gleichartig ­beanspruchte Bauteile a) für Insekten unzugänglich durch allseitige Abdeckung oder b) kontrollierbar, da zum Raum hin offen

1

ja

nein

nein

nein

wie Gefährdungsklasse 0,

wie Gefährdungsklasse 0

hölzern mit einem Splintanteil

gedeckt und deshalb zugäng­

 40 mm

b > 3 d

Kantholz, Kreuzholz, Balken

d ≤ h ≤ 3 b

b > 40 mm

5

Dachlatten:

A ≤ 32 cm², b : h höchstens 1 : 2

Baubohlen:

b : h = 1 : 3 und größer

Kanthölzer:

b und h ≥ 6 cm; b:h kleiner 1 : 3

Balken:

größte Querschnittsseite ≥ 20 cm

Bretter, ungehobelt (nach DIN 4071):

d = 16–38 mm

Bohlen, ungehobelt (nach DIN 4071):

d = 44–75 mm

172 anhang

normen und rich t linien ( auswahl )

Abmessungen –– –– –– ––

DIN 1055 Grundlagen der Tragwerksplanung DIN 4172 Maßordnung im Hochbau DIN 18 000 Modulordnung im Bauwesen DIN 18 202 Toleranzen im Hochbau

Brandschutz

–– DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen –– DIN 18234 Baulicher Brandschutz großflächiger Dächer –– DIN 18320 Baulicher Brandschutz im Industriebau

Schallschutz

–– DIN 4109 Schallschutz im Hochbau –– DIN 18 005 Schallschutz im Städtebau

Wärmeschutz

–– DIN 4108 Wärmeschutz im Hochbau –– WschVO Wärmeschutzverordnung –– EnEV Energieeinsparverordnung

Betonbau

–– –– –– –– –– –– –– ––

––

–– –– –– –– –– –– –– –– ––

–– –– –– –– –– ––

DIN 1045 Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und ­Spann­beton DIN 1164 Zement mit besonderen Eigenschaften DIN 4235 Verdichten von Beton durch Rütteln DIN 18 203-1 Toleranzen im Hochbau; Vorgefertigte Teile aus ­Beton, Stahlbeton und Spannbeton DIN 18 215 Schalungsplatten aus Holz für Beton- und ­Stahlbetonbauten DIN 18 216 Schlaungsanker für Betonschlungen; ­Anforderungen, Prüfung, Verwendung DIN 18 217 Betonflächen und Schalungshaut DIN 18 331 VOB Teil C; Allgemeine Technische Vertrags­ bedingungen für Bauleistungen (ATV) – Beton- und Stahlbetonarbeiten DIN 18 333 VOB Teil C; Allgemeine Technische Vertrags­ bedingungen für Bauleistungen (ATV); ­Beton­steinarbeiten DIN EN 197 Normalzement DIN EN 206-1 Beton; Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität DIN EN 1992-1-1 Bemessung und Konstruktion von Stahlbetonund Spannbetontragwerken; Grundlagen DIN EN 1992-1-2 Brandschutz DIN EN 10 080 Stahl für die Bewehrung von Beton – ­Schweiß­geeigneter Betonstahl DIN EN 12 350 Prüfung von Frischbeton DIN EN 12 390 Prüfung von Festbeton DIN EN 12 620 Gesteinskörnungen für Beton DIN EN 13 055-1 Leichte Gestinskörnungen – Teil 1: Leichte ­Gesteinskörnungen für Beton, Mörtel und Einpressmörtel DIN EN 13 139 Gesteinskörnungen für Mörtel DIN EN 13 369 Allgemeine Regeln für Betonfertigteile DIN EN 13 747-1 Fertigteilplatten mit Ortbetonergänzung; ­Allgemeine Anforderungen DIN EN 14 216 Sonderzement mit niedriger Hydratationswärme DIN V 18 197 Abdichtung von Fugen in Beton mit Fugenbändern DIN V ENV 1992 Planung von Stahlbeton- und Spannbeton­ tragwerken

Mauerwerksbau

–– DIN 105 Mauerziegel –– DIN 106 Kalksandsteine –– DIN 398 Hüttensteine; Vollsteine, Lochsteine, ­Hohlblocksteine –– DIN 1053 Mauerwerk –– DIN 1164-1 Zement mit besonderen Eigenschaften –– DIN 4103 Nichttragende innere Trennwände –– DIN 4165 Porenbeton-Blocksteine und Porenbeton-­ Plansteine

–– DIN 4166 Porenbeton-Bauplatten und Porenbeton-­ Planbauplatten –– DIN 4211 Putz- und Mauerbinder-Anforderungen, ­Überwachung –– DIN 18 153 Mauersteine aus Beton (Normalbeton) –– DIN 18 162 Wandbauplatten aus Leichtbeton; unbewehrt –– DIN 18 195 Bauwerksabdichtungen –– DIN 18 330 Mauerarbeiten –– DIN 18 554-1 Prüfung von Mauerwerk; Ermittlung der ­Druckfestigkeit und des Elastizitätsmoduls –– DIN 18 555-8 Prüfung von Mörteln mit mineralischen ­Bindemitteln; Frischmörtel –– DIN 18 557 Werkmörtel; Herstellung, Überwachung und ­Lieferung –– DIN EN 197-1 Zement; Zusammensetzung, Anforderungen und Konformitätskriterien; Teil 1 Allgemein ­gebräuch­licher Zement –– DIN EN 413 Putz- und Mauerbinder –– DIN EN 771 Festlegungen für Mauersteine –– DIN EN 1996-1-1 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerks­ bauten; Grundlagen –– DIN EN 1996-1-2 Brandschutz –– DIN EN 1996-2 Planung, Auswahl, Ausführung –– DIN EN 1996-3 Vereinfachte Regeln –– DIN V 106 Kalksandsteine mit besonderen Eigenschaften –– DIN V 18 164 Schaumkunststoffe für das Bauwesen –– DIN V 18 165 Faserdämmstoffe für das Bauwesen

Holzbau

–– –– –– –– ––

–– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– –– ––

DIN 1052 Holzbauwerke DIN 4070 Nadelholz DIN 4074 Sortierung von Holz nach der Tragfähigkeit DIN 4103 Nichttragende innere Trennwände DIN 18 334 VOB Teil C; Allgemeine technische Vertrags­ bedingungen für Bauleistungen; Zimmer- und ­Holzbauarbeiten DIN 68 364 Kennwerte von Holzarten – Rohdichte, ­Elastizitätsmodul und Festigkeiten DIN 68 365 Bauholz für Zimmerarbeiten; Gütebedingungen DIN 68 800 Holzschutz im Hochbau DIN EN 335 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten DIN EN 338 Bauholz für tragende Zwecke; Festigkeitsklassen DIN EN 350 Dauerhaftigkeit von Holz und Holzprodukten DIN EN 635-1 Sperrholz; Klassifizierung nach dem Aussehen der Oberfläche; Allgemeines DIN EN 622-1 Faserplatten-Anforderungen, Allgemeine ­Anforderungen DIN EN 1912 Bauholz für tragende Zwecke; Festigkeitsklassen; Zuordnung von visuellen Sonderklassen DIN EN 1995-1-1 Bemessung und Konstruktion von Holzbauten; Grundlagen DIN EN 1995-1-2 Brandschutz DIN EN 13 171/A1 Wärmedämmstoffe für Gebäude; Werkmäßig ­hergestellte Produkte aus Holzfasern (WF) DIN EN 13 353 Massivholzplatten (SWP); Anforderungen DIN EN 13 501 Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten DIN EN 13 986 Holzwerkstoffe zur Verwendung im Bauwesen

Stahlbau

–– –– –– –– ––

DIN 18335 Stahlbauarbeiten DIN 18360 Metallbauarbeiten DIN 18800 Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten DIN 18807 Bemessung und Konstruktion von Trapezprofilen DIN 55928-8 Korrosionsschutz von Stahlbauten durch ­Beschichtungen und Überzüge –– DIN ENV 1993 Bemessung und Konstruktion von Stahlbau –– DIN V ENV 1994 Bemessung und Konstruktion von Verbund­ bauwerken aus Stahl und Beton (Eurocode 4) –– DIN EN ISO 12944 Korrosionsschutz von Stahlbauten durch ­Beschichtungssysteme

 anhang 173

lit er at urver zeichnis

Ackermann, Kurt: Tragwerke in der konstruktiven Architektur, München 1988 Ackermann, Kurt: Grundlagen für das Entwerfen und Konstruieren, Stuttgart 1983 Belz, Walter: Zusammenhänge – Bemerkungen zur Baukonstruktion und dergleichen, Köln 1999 Bergmeister, Konrad (Hrsg.); Fingerloos, Frank; Wörner Johann-Dietrich: Beton Kalender 2009 Bundesverband Kalksandsteinindustrie: Kalksandstein, Planung – ­Konstruktion – Ausführung, Hannover 2009 Cheret, Peter: Baukonstruktion – Handbuch und Planungshilfe, Berlin 2010 Deplazes, Andrea (Hrsg.): Architektur konstruieren: Vom Rohmaterial zum Bauwerk, 4., erw. Aufl., Basel 2013 Dierks, Klaus; Schneider, Klaus-Jürgen; Wormuth, Rüdiger: Baukonstruktion, Köln 2006 Döring, Wolfgang: Arbeitsblätter zur Baukonstruktion, Aachen 1998 Dworschak, Gunda; Wenke, Alfred: Der neue Systembau, Holz/Beton/­Stahl – Skelett-, Tafel-, Zellenbauweisen, Köln 1999 Eggen, Arne; Sandaker, Bjørn Normann: Stahl in der Architektur – ­Konstruktive und gestalterische Verwendung, München 1996 Engel, Heino: Tragsysteme/Structure Systems; Stuttgart 2006 Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteile e.V.: Betonfertigteile im ­Geschoss- u. Hallenbau, Bonn 2009 Friedrich-Schoenberger, Mechthild; Heider, Katharina; Widmann, Sampo: Holzarchitektur im Detail, München 2003 Hauschild, Moritz: Konstruieren im Raum – Eine Baukonstruktionslehre zum Studium, München 2003 Hegger, Manfred; Fuchs, Matthias; Rosenkranz, Thorsten; Griese, Marion: Baustoff-Atlas, Basel 2005 Hegger, Manfred; Drexler, Hans; Zeumer; Martin: Basics Materialität, ­ Basel 2007 Hegger, Manfred; Fuchs, Matthias; Stark, Thomas; Zeumer, Martin: Energie Atlas, München 2007 Henninger, Dirk; Stehr, Holger: Baukonstruktion im Planungsprozess, ­Wiesbaden 2002 Herzog, Thomas; Natterer, Julius; Volz, Michael; Schweitzer, Roland; Winter, Wolfgang: Holzbau-Atlas, Basel 2003 Homann, Martin: Porenbeton Handbuch, Planen und Bauen mit System, Berlin 2008 Hugues, Theodor; Steiger, Ludwig; Weber, Johann: Detail Praxis – Holzbau, München 2002 Hugues, Theodor; Greilich, Klaus; Peter, Christine: Detail Praxis – ­Groß­formatige Ziegel: Details – Produkte – Beispiele, München 2003 Jäger, Wolfram: Mauerwerk-Kalender, Berlin 2009 Kind-Barkauskas, Friedbert; Kauhsen, Bruno; Polonyi, Stefan; Brandt, Jörg: Beton-Atlas, 2., überarb. u. erw. Aufl., Basel 2002 Kindmann, Rolf: Stahlbau Kompakt, Düsseldorf, 2008 Knaack, Ulrich; Chung-Klatte, Sharon; Hasselbach, Reinhard: Systembau – Prinzipien der Konstruktion, Basel 2012 Knaack, Ulrich; Klein, Tillmann; Bilow, Marcel; Auer, Thomas; Fassaden – Prinzipien der Konstruktion, Basel 2010

Kolb, Josef: Systembau mit Holz, Bern 1998 Kolb, Josef: Holzbau mit System, Basel 2010 Kummer, Nils: Basics Mauerwerksbau, Basel 2007 LeCuyer, Anette: Stahl und Co. – Neue Strategien für Metalle in der ­Architektur, Basel 2003 Lindner, Gerhard; Schmitz-Riol, Erik: Systembauweise im Wohnungsbau, Düsseldorf 2001 Meier, Ulrich: Moderne Holzhäuser – Systeme, Konstruktionen, Beispiele, Köln 2004 Meijs, Maarten; Knaack, Ulrich: Bauteile und Verbindungen: Prinzipien der Konstruktion, Basel 2009 Meiss, Pierre von: Vom Objekt zum Raum zum Ort, Basel 1994 Meistermann, Alfred: Basics Tragsysteme, Basel 2007 Müller, Harald; Nolting, Ulrich; Haist, Michael: Sichtbeton – Planen, ­Herstellen , Beurteilen, Karlsruhe 2005 Neumann, Dietrich; Weinbrenner, Ulrich; Hestermann, Ulf; Rongen, Ludwig: Frick/Knöll: Baukonstruktionslehre, Wiesbaden 2006 Pech, Anton; Kolbitsch, Andreas; Zach, Franz: Decken, Wien 2005 Pech, Anton; Kolbitsch, Andreas: Wände, Wien 2006 Pech, Anton; Kolbitsch, Andreas; Zach, Franz: Tragwerke, Wien 2008 Peck, Martin: Baustoff Beton – Planung, Ausführung, Beispiele, München 2005 Pfeifer, Günter; Liebers, Antje; Reiners, Holger: Der neue Holzbau, München 1998 Pfeifer, Günter; Ramcke, Rolf; Achtziger, Joachim: Mauerwerk Atlas, Basel 2001 Pottgiesser, Uta: Prinzipien der Baukonstruktion, Stuttgart 2008 Reichel, Alexander; Ackermann, Peter; Hentschel, Alexander; Hochberg, Anette: Bauen mit Stahl – Details, Grundlagen, Beispiele, München 2006 Röhling, Stefan; Eifert, Helmut; Kaden, Reinhard: Betonbau, Berlin 2000 Ronner, Heinz; Rysler, Emil; Kölliker, Fredi: Baustruktur – Baukonstruktion im Kontext des architektonischen Entwerfens, Basel 2000 Rüegg, Arthur; Gadola, Reto; Spillmann, Daniel: Die Unschuld des Betons, Zürich 2004 Ruske, Wolfgang: Holzbau für Gewerbe, Industrie, Verwaltung, Basel 2004 Sandaker, Bjørn Normann; Eggen, Arne: Die konstruktiven Prinzipien der ­Architektur, Basel 1994 Schmitt, Heinrich; Heene, Andreas: Hochbaukonstruktion. Die Bauteile und das Baugefüge. Grundlagen des heutigen Bauens, Wiesbaden 2001 Schneider, Klaus-Jürgen: Bautabellen für Architekten, Neuwied 2010 Schulitz, Helmut C.; Sobek, Werner; Habermann, Karl J.: Stahlbau-Atlas, ­Basel 2001 Schulz, Joachim: Sichtbeton Atlas – Planung, Ausführung, Wiesbaden 2009 Schulze, Franz: Mies van der Rohe – Leben und Werk, Berlin 1986 Steiger, Ludwig: Basics Holzbau, überarb. u. erg. Neuausg., Basel 2013 Von Seidlein, Peter C.; Schulz, Christina: Skelettbau. Konzepte für eine strukturelle Architektur, Projekte 1981–1996, München 2001 Widjaja, Eddy; Schneider, Klaus-Jürgen; Holschemacher, Klaus: Baustatik, 4. Aufl., Berlin 2013

174 anhang

inde x

A

Achsraster 54 Akustik 92 Aufbeton 66, 67 Außenwände 81, 93, 106 Ausbauraster 54 Aussparungen  91, 104 Aussteifung 43, 53, 67, 83, 104, 118

B

Bandraster 27, 54 Balkendecken 136 Balkenhohlkörperdecken 136 Bauphysik 85 Bauteilkühlung  133 Bewegungsfugen 65, 87 Beschichtungen 58, 59 Beton nach Eigenschaften 110 Beton- und Stahlbetonbau 100 Betonarten 110 Betonfertigteile 67, 102 Betonoberflächen 108 Betonrisse 115 Betonsteine 99 Betonüberdeckung 105, 113 Betonverformung 115 Bewehrtes Mauerwerk 97 Bewehrung 113 Bindemittel 112 Binderverband 95 Bleche 57 Blockbau 121 Blockverband 95 Brandschutz 59, 87, 92, 105, 119, 133 Brettschichtholz 129 Brettschichtholzträger 70, 72 Brettsperrholzdecken 138 Brettstapeldecken 138

C

Containerbauweise 63 Cor-Ten-Stahl 58

D

Decken 130 Deckenauflager 132 Deckensysteme 83 Dielen 136 Diffusion 126 Dreiecksraster 26 Dreigelenkrahmen 72 Duobalken 129 Duplexsysteme 58

E

Eckkonflikt 55 Edelstahl 58 Eingespannte Stützen 90 Expositionsklassen 105

F

Fachwerkbauweise 68, 73 Fachwerkträger 60, 70 Faltwerk 19, 29, 150 ff. Farben 109 Faserbeton 110 Fertigteilbauweise 50, 52, 67 Fertigteilfugen 65 Feuchteschutz 127

Feuchtigkeit 86 Feuchtigkeitseintrag von außen 105 Feuerverzinkung 58 Feuerwiderstandsdauer 59 Filigrandecken 67, 135 Filigranwände 103 Formstähle 57 Formteile aus Stahl 68 Fügung 62, 82 Fugen 65, 69, 87, 96, 115 Fugenprofile  65, 69 Fußplatten 61

G

Gasbetonsteine 98 Gerichtete Tragwerke 52 Gewölbe Decken 139 Gitterträger 70 Glasschaumbeton 110 Gleitlager 90, 132 Gütesiegel 128 Gurtrollstein 89

H

Halbfertigteilbauweise 64, 65, 67 Halbzeuge 57 Halterung von Wänden 83 Hennebique-System 64 HE-Profile 57 Hierarchie von Systemen 28 Hohlkastendecken 139 Hohlkörperdecken 135 Hohlplatten-, Hohldielendecken 135 Hohlprofile 57 Hohlwände 67, 103 Hohlkastendecken 139 Hohlkörperdecken 135 Holz 128 Holzbalkendecken 138 Holzbau 116 Holzbauweise 68 Holz-Beton-Verbunddecken  139 Holzblocktafeln 139 Holzfaserplatten 129 Holzfeuchte 128 Holzrahmenbau 124 ff. Holzschutz 127 Holzschwelle 71 Holzstützen 71 Holzträger 70 Holzverbindungen 68 Holzwerkstoffe 128 ff. Hourdisdecken 137 Hüttensteine 98

I

Infraleichtbeton 110 Innendämmung 85 Innenwände 81 Installationsführung 91, 118, 132 Installationsraster 54 IPE-Profile 57 Isokorb 59

K

Kalksandsteine 98 Kassettendecken 136

Kernaussteifung 53 Kimmstein 89 Knoten 52, 65, 77 Kondensatbildung 59 Konsollasten 89 Konstruktionsraster 54, 71 Konstruktionsvollholz 128 Konstruktive Elemente 30 Korrosion 113 Korrosionsschutz 58 Krafteinwirkung 32 Kreisraster 26 Kreuzbalken 129 Kreuzstützen 61 Kreuzverband 95

R

L

Schachtelbauweise 36 Schall 92, 105 Schallschutz 126 Schalung 107 Scheibenbauweise 36 Schlitze 91, 104 Schottenbauweise 36, 40 Schrauben 62 Schweißen 62 Schwerbeton 110 Sekundärraster  54 Selbstverdichtender Beton 110 Sichtbeton 108 Skelettbauweise 34, 35, 50 ff. Spannbetondecken 134 Spannlitzen 101 Spanplatten 129 Spritzbeton 110 Stahlerzeugung 56 Stahlprofile 57 Stahlsorten 57 Stahlsteindecken 136 Stabstahl 57 Ständerbauweise 63 Stahlbau 56 ff. Stahlbausysteme 63 Stahlbeton-Skelettbau 64 Stahlprofile 57 Stahlsorten 57 Stahlsteindecken 136 Stahlträger 60 Stampfbeton 110 Stampflehm 99 Standardbeton 110 Stegbleche 61 Stützen 61, Stützenfuß 52, 61, 71 Stützenstoß  61 Stütze-Platte-System 51 Stütze-Träger-System 51 Sturz 84, 89

Längswandtypologie 36 Läuferverband 95 Lastabtragung 29, 33, 131 Lasteinzugsbereich 52 Lehmbau 45 Lehmsteine 99 Leichtbeton 110 Leichtbetonsteine 99 Leistungsprofile 46, 47 Lochstegträger 60 Luftdichtheit 86, 92 Luftdichtigkeit 126 Luftschichtanker 97

M

Mantelbauweise 103 Massivholzbau 122 Maßsystem 54 Mauerwerksbau 88 Mauerwerksformate 94 Mauerwerksverbände 95 MDF-Platten 129 Mero-Knoten 63 Mindestgrößen 92, 104 Mischbauweise 50 Modulbauweise 63 Mörtel 97

N

Natursteine 99 Nichttragende Wände 81 Nieten 62 Normalbeton 110 Nutzungsraster 54

O

Öffnungen 91, 104 Öffnungen im Wandbau 118 Ökologische Effizienz 44 ff. Ordnungssysteme 54 Ortbeton 64, 67, 102

P

Pendelstützen 61, 71 Plattendecken 134, 137 Pilzdecken 137 Plan Libre 42 Porenbetonsteine 98 Primärraster 54

Q

Quadratraster 26, 55 Querwandtypologie 36, 39

Rahmen 53, 62, 72 Rasterarten 52, 54 Rastergeometrien 28 Raumfachwerke 52 Raumklima 86, 105, 126 Raumraster 26, 35 Rechteckraster 55 Recycling-Beton 110 Riegelkonstruktion 77 Ringanker 90 Ringbalken 90 Rippendecken 134, 137 Rundstütze 61

S

T

Tafelbau 123 Textilbeton 101 Thermische Bauteiltrennung 59 Toleranzen 62 Träger-auf-Stütze-System 76 Trägerrost 51, 52 Tragsysteme 28, 33, 36, 52 Tragwerke 29, 37 Transluzenter Beton 110 Trapezblechverbunddecken 66, 137 Trennmittel 107

 anhang 175

Inde x / bil dnachweis

Triobalken 129 Trigonitträger 70 Trittschall- und Schallschutz 133

U

Überbindung im Steinverband 95 Ungerichtete Tragwerke 52 Unterspannte Träger 60, 70

V

Verarbeitungsbedingungen 114 Verbände 95 Verbindungsmittel 62, 68 Verbundkonstruktionen 66 Verbundstützen 66 Verformung 87, 115 Vierendeelträger 60 Vollmontagebauweise 67 Vollprofile 57 Vollwandträger 60

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Wandkonstruktionen 81 Wandöffnungen 84 ff. Wandsysteme 120 Wärmedämmung 85 Wärmebrücke 59 Wärmeschutz 59, 92, 105, 119, 133 Walzprofile 57 Wasserzementwert 112 Weichfaserplatten 129 Wellstegträger 70 Windverbände 53 Winkelprofile 57 Winkelstütze 61 Wirkungslinien 43, 83 WU-Beton 111

Z

W

Wabenträger 60 Wandanschlüsse 95 Wandbau 80

Zangenkonstruktion 74, 75 Ziegel 98 Zimmermannskonstruktion 68 Zusatzmittel 112 Zusatzstoffe 112 Zuschlagstoffe 112 Zweigelenkrahmen 72

Architekturbüro Bienefeld: S. 154; S. 155 ArcelorMittal: S. 60 2 Architekturfotografie ­Gempeler: S. 108 2 Attali, Erieta: S. 140; S. 146; S. 147 Baselgia, Guido: S. 74 1 Bauer, Simon: S. 159; S. 160 Bestpix.ch: S. 77 3 BMW Group Archiv: S. 51 2b Bühler, Beat: S. 45 5, 6 Casals, Luis: S. 48 Creative Commons 3.0: S. 11 3; S. 68 1; S. 108 1; S. 109 3; S. 110 1; S. 114 1, 2 Dilling, Jan: S. 104 1, 2; S. 127 4 Duckek, Martin: S. 60 1; S. 142 Fink Thurnher Architekten: S. 158; S. 161 Franck, David: S. 130 1 Frei, Roger: S. 148; S. 149 Gebauer, Henry: S. 80 1 Geco SA: S. 112 1a, b Gerken Architekten: S. 143; S. 145 Graupner, Klaus: S. 13 3, 4

Havlová, Ester: S. 54 2 Hehnpohl Architektur: S. 156; S. 157 HeidelbergCement AG/ Steffen Fuchs: S. 101 4 Helfenstein, Heinrich: S. 106 1 Herschel, Andreas: S. 10 2 HHF Architekten: S. 100 1 Hochberg, Anette: S. 164 Holka Genossenschaft, 2013: S. 121 4 Holzherr, F.: S. 88 1 Holz Ruser: S. 129 3 (1, 3, 4) Hueber, Eduard (archphoto.com): S. 72 1 Huthmacher, Werner: S. 78 Impremar: S. 99 h InformationsZentrum Beton: S. 40 1 Judith Benzer Architektur: S. 162; S. 163 Junker, Beat: S. 19 4 Kapellos, Alexandre: S. 8; S. 151 Lutz Architectes: S. 52 1d Max Frank GmbH & Co. KG: S. 113 3 b, c

MERO-TSK International: S. 63 3 Müller, Richie: S. 60 6 neutecswiss: S. 114 3 Naumann, Volker: S. 64 2 Niederwöhrmeier, Julius: S. 14 3; S. 16 2; S. 18 1; S. 22; S. 25 2; S. 28 1, 2; S. 31 4; S. 34 1, 2; S. 35 4; S. 39 5; S. 44 1, 2, 3 NOE-Schaltechnik, Süssen: S. 109 5 Ortmeyer, Klemens: S. 58 2 Pfeifer, Günter: S. 47 4 Pixelio.de/Kurt Michel: S. 129 3 (2) Preuss, Uli: S. 62 2 Reeve, Edward: S. 116 1 Richters, Christian: S. 62 1; S. 67 8; S. 109 4 roadstone.ie: S. 102 3 Rötheli, René: S. 150, S. 153 saai Karlsruhe, Foto: Eberhard Troeger: S. 51 2c Salzgitter AG: S. 56 1c Schiess, Hanspeter: S. 124 1 Schmidt, Eckard: S. 101 2 Schweitzer, Roland: S. 75 3

Sozialwerk Bauhütte e.V., ­Aachen: S. 113 3a Spiluttini, Margherita: S. 71 5 Stegmann, Dietmar: S. 14 5 Strauss, Dietmar: S. 60 4 Stylepark: S. 111 2b TECHNOpor, Dämmbeton mit ­Glasschaum-Granulat: S. 111 2c Texton: S. 101 3 Thomas Mayer Archive: S. 15 7 VLB-Bregenz, Foto: Ignacio ­Martinez: S. 70 1 Wachsmuth, Henning: S. 122 2 Walter Lehmann GmbH & Co. KG, Mettmann: S. 112 1c Walti, Ruedi: S. 38 1 Wasserhess, Theo: S. 15 8 Weis & Volkmann: S. 76 1 Wienerberger AG, Foto: Attila ­Polgár: S. 95 3 Wienerberger AG: S. 98 c Xella Deutschland GmbH: S. 98 b, e Zement + Beton Handels- und ­WerbegesmbH: S. 111 2a Zimmerei Meyer, Weißenburg: S. 125 6

impressum

Reihenherausgeber: Alexander Reichel, Kerstin Schultz Reihenkonzeption: Alexander Reichel, Kerstin Schultz, Andrea Wiegelmann Autoren: Henning Baurmann, Jan Dilling, Claudia Euler, Julius Niederwöhrmeier Lektorat: Andrea Wiegelmann Redaktion und Layout: Dan Kröning Zeichnungen: Dan Kröning, Anna Tomm Projektkoordination: Odine Oßwald Reihenlayout und Covergestaltung: Nadine Rinderer Satz: Amelie Solbrig

Die in diesem Buch enthaltenen technischen und konstruktiven Empfehlungen beziehen sich auf den aktuellen Stand der Technik. Für den konkreten Anwendungsfall müssen diese hinsichtlich ­Vorschriften, Normen, Gesetzen etc. sowie spezifischer Landesregelungen geprüft werden. Eine Haftung wird ausgeschlossen.

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