Architektur und Struktur

Transkript

1 Architektur und Struktur These zum Thema Konstruktion und Fügung von Corsin Niggli Material: Stahl Meine These: Die Typologie und die damit verbundenen Anforderungen sind der Konstruktion überzuordnen. Während dem Entwurfsprozess müssen Konstruktion und die eingesetzen Komponenten hinterfragt und in einen Kontext mit der Typologie gebracht werden. Inhaltsverzeichnis 1. Ausgangslage 2. System 1.1 Idee 1.2 Erste Erkenntnisse 2.1 Komponente 2.2 Ausrichtung der Tragstruktur 2.3 Fügung, Knoten und Montage 3. Technische Machbarkeitsabklärungen 3.1 Tiefziehtechnik 3.2 Dämmung 4. Beurteilung der Konstruktion 4.1 Typologie 4.2 Gegenüberstellung Konstruktion / Typologie 4.3 Schlussfolgerung

2 1. Ausgangslage 1.1 Idee Abb. 1: Kunststoff-Element Während der Entwurfsphase habe ich mich intensiv mit der Verformung von Blechen auseinandergesetzt. Der Ursprung der Recherchen ist die faszinierende Tatsache, dass bei einer Biegung oder Stauchung einer planen Blechplatte, die Steifigkeit bedeutend verbessert werden kann. Nach verschiedenen Verformungen von Karton und Kunststoffpapier bin ich auf eine Form gestossen, die in der Addition ein sehr ansprechendes Muster generiert. 1.2 Erste Erkenntnisse Um die Lichtdurchdringung sicherzustellen, muss die Tragstruktur diagonal konzipiert werden. Das verformte Kunststoffelement wird an die diagonalen Kartonstreifen (Tragstruktur) angeleimt und steifft das Element aus. Durch diese Verbindung werden die Kartonstreifen und das verformte Kunststoffpapier zu einem Element. Abb. 2: Tragstruktur Element

3 2. System 2.1 Komponenten Aus dem Arbeitsmodell wird rasch ersichtlich, dass ein tragendes System nur aus einer Kombination von Blech- und Kreuzprofil-Elementen konstruiert werden kann. Die Profile können diagonal oder horizontal aneinander montiert werden. Das Muster dreht sich dementsprechend um 45. Die Ausrichtung der Tragstruktur beeinflusst die Form des Verbindungsknotens zwischen den Elementen und das statische Konzept der gesamten Konstruktion. Abb. 3: Innenansicht System

4 2.2 Ausrichtung der Tragstruktur Wie bereits erwähnt, hat die Ausrichtung der Tragstruktur einen Einfluss auf die gesamte Konstruktion. Mit Hilfe von weiteren Modellen kann man bei der Ausbildung einer Ecke, vor allem bei einer vertikalen Struktur, mehrere Nachteile erkennen. Die Bleche müssen bei jeder zweiten Reihe halbiert werden, sodass komplizierte Abschlüsse nachträglich angebracht werden müssen um die entstandenen Öffnungen zu schliessen. Das Prinzip des modularen Zusammenbaus kann nicht bis ins letzte Detail umgesetzt werden. Ein grosser Vorteil der diagonalen Struktur gegenüber einem vertikalen oder horizontalen Raster ist zudem die natürliche Übertragung der Kräfte von der Decke in den Boden. Durch die Anordnung der Struktur ist es möglich eine grössere Füllung zu konstruieren. Wird der Winkel der Diagonalen noch verändert, entstehen trapezförmige Segmente. Dabei gilt es zu beachten, dass je flacher der Winkel, desto weniger Last kann das Trapez bei gleichbleibender Profildimension aufnehmen. Abb. 4: diagonale Tragstruktur und Ecklösung Abb. 5: vertikale Tragstruktur und Ecklösung

5 2.3 Fügung, Knoten und Montage Das Ziel der Element-Konstruktion ist, durch die Fabrikation wiederkehrender und im Detail ausgeschaffener Einzelbauteile, eine hohe Qualität zu erreichen. Im Entwurf müssen deshalb auch die Montage und Demontage der Elemente berücksichtigt werden. Die Einbindung dieser Gedanken ist für die spätere Abwicklung des Objekts essentiell. Je nach Lösung können bereits während dieser Phase die Baukosten bedeutend verringert werden. Bei der diagonalen Tragstruktur können die Elemente nicht von oben oder von der Seite an die bestehenden Bauteile angebracht werden. Diese Einschränkung ist durch die Geometrie der Profile gegeben. Die Elemente können somit nur von vorne/aussen waagrecht in die Struktur geschoben werden. Das führt dazu, dass die Profile dementsprechend ausgefräst werden müssen, damit diese über die Knoten gestülpt und anschliessend mit der Konstruktion verschraubt werden können. Abb. 6: Axonometrie Entwurf

6 3. Technische Machbarkeitsabklärungen 3.1 Tiefziehtechnik Abb. 7: Firma Stöckli Metall AG Das geeignetste Verfahren um die Blechelemente in die gewünschte Form zu bringen, ist die Tiefziehtechnik. Nach DIN 8584 ist Tiefziehen das Zugdruckumformen eines Blechzuschnitts (auch Folie, Platte Tafel, Platine genannt) in einem einseitig offenen Hohlkörper, oder eines vorgezogenen Hohlkörpers in einen solchen mit geringerem Querschnitt ohne gewollte Veränderung der Blechdicke. Ein runder Zuschnitt wird auch Ronde genannt. Das Tiefziehen zählt zu den bedeutendsten Blechumformverfahren und wird sowohl in der Massenfertigung als auch in Kleinserien eingesetzt, wie z. B. in der Verpackungs- und Automobilindustrie sowie im Flugzeugbau. Eine Firma in der Schweiz, die grosse Erfahrungen mit dieser Technik hat, ist die Stöckli Metall AG in Netstal. Abb. 8: Produktionsanlage Das genaue Format sowie die optimalen Einstellungen der Verziehung der Elemente müssen anhand einer Musterplatte eruiert werden. Die Produktion der Tafeln ist aber grundsätzlich möglich. Allfällige Löcher für eine Verschraubung an die Tragstruktur können in einem vorgelagerten Prozess mittels Laser-Schneide gefräst werden. Die Oberflächenbehandlung der Elemente wird erst nach dem Tiefziehen durchgeführt, da die Verformung der Tafeln zu Rissen führen könnte. 3.2 Dämmung Das System lebt vom Ornament, das sich aus der Biegung der Blechelemente ergibt. Wie im Modellfoto ersichtlich, ergeben sich in der Konstruktion gleichmässige Schlitze in Form einer Blume, die das Licht in den Raum durchdringen lassen. Um das Bild und die Lichtdurchdringung nicht zu verdecken, muss die Dämmebene im Inneren der Tragstruktur angebracht werden. Wird eine Dämmplatte eingesetzt, verliert die Blechfassade ihre Tiefenwirkung und damit ihre Ausssagekraft. Das Ornament und die Lichtdurchdringung schränken die Auswahl des Dämmmaterials stark ein. Die einzige Möglichkeit das System zu dämmen, ist der Einsatz einer Isolierverglasung, welche in einer Kunststoffkonstruktion eingefasst ist und von innen an das Tragwerk befestigt werden kann. Abb. 9: konventionelle Verglasung Dieser Umgang mit der Dämmungsart in Zusammenhang mit dem entworfenen System empfinde ich als nicht adäquat.

7 Der sehr teure Baustoff Glas, der normalerweise die Funktion der Lichtführung in den Raum übernimmt, müsste in diesem System eine andere Hauptaufgabe übernehmen - nämlich die der Dämmung. Im Vergleich zu anderen Dämmmaterialien wie Glaswolle oder Mineralwolle ist Glas um ein mehrfaches teurer. 4. Beurteilung der Konstruktion 4.1 Typologie Ich habe nach intensiven Recherchen und Überlegungen feststellen müssen, dass es aus meiner Sicht heute keine adäquate Dämmungsart für dieses System auf dem Markt gibt. Das bedeutet wiederum, dass das System nur für eine beschränkte Anzahl von Typologien eingesetzt werden kann. Mögliche Typologien: Ausstellungspavillion, Eingangsbereich oder Vorbau, Verbindungselement zwischen mehreren Gebäuden. 4.2 Anforderungen Die Anforderungen, welche durch das System erfüllt werden, sind minimal: Sonnenschutz, Sichtschutz, minimaler Regen- und Windschutz. 4.3 Schlussfolgerung Das Sytem ist für eine Gebäudehülle, welche gedämmt werden muss, nicht geeignet. Obwohl ich die Art der Ornamentik und der Tektonik sehr ansprechend finde, werde ich diesen Entwurf im Zusammenhang mit der Typologie des Pilgerhauses nicht weiterverfolgen. Der dokumentierte Arbeitsprozess und meine Erkenntnisse während den Recherchen sind die Grundlagen meiner Thesis: Die Typologie und die damit verbundenen Anforderungen sind der Konstruktion überzuordnen. Während dem Entwurfsprozess müssen Konstruktion und die eingesetzen Komponenten hinterfragt und in einen Kontext mit der Typologie gebracht werden. Corsin Niggli 1. Mai 2013

8 Abbildungsverzeichniss: 1: Kunststoff-Element, Modellfoto Corsin Niggli, Luern 2013, S.2 2: Tragstruktur Element, Modellfoto Corsin Niggli, Luzern 2013, S.2 3: Innenansicht System, Modellfoto Corsin Niggli, Luzern 2013, S.3 4: diagonale Tragstruktur und Ecklösung, Ansicht und Foto Corsin Niggli, Luzern 2013, S.4 5: vertikale Tragstruktur und Ecklösung, Ansicht und Foto Corsin Niggli, Luzern 2013, S.4 6: Axonometrie Entwurf, Plan Corsin Niggli, Luzern 2013, S.5 7: Firma Stöckli Metall AG, S.6 8: Produktionsanlage, S.6 9: konventionelle Verglasung, S.7 Quellenverzeichniss: - Deplazes, Andrea (Hg.): Architektur konstruieren, vom Rohmaterial zum Bauwerk. 3.Auflage. Birkhauser Verlag GmbH Kindmann Rolf, Krahwinkel Manuel: Stahl- und Verbundkonstruktionen, Entwurf, Konstruktion, Berechnungsbeispiele. 2. Auflage. Vieweg + Teuber Verlag Diethelm, Alois: Steel Doc 02/04, Rauten - Konstruktion und Ornament. SZS Stahlbauzentrum Schweiz, Zürich Stöckli Metall AG, Verfügbar unter: