HSZ-T Gestalten III Übung 1 - Aus dem Computer auf die Baustelle Vanessa Flaiban Sarah Simon A09b. Nationales Schwimmzentrum in Peking WATERCUBE

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1 HSZ-T Gestalten III Übung - Aus em Computer auf ie Baustelle Vanessa Flaiban Sarah Simon A09b Nationales Shwimmzentrum in Peking WATERCUBE

2 INHALTSVERZEICHNIS _PROJEKTVERFASSER _ARCHITEKTUR _FORMERZEUGUNG _FERTIGUNGSSTRATEGIEN 5_GESAMTFORM - EINZELTEILE 6_QUELLENANGABE

3 Um Olympiabauten realisieren zu können, erforert as komplexe Reglement es Internationalen Olympishen Komitees IOC ein spezielles Fahwissen un um- fassene Vorkenntnisse. So können auh ie Projektverfassenen es nationalen Shwimmzentrums, ie australishen Arhitekten Pele, Thorp an Walker (PTW), auf einshlägige Erfahrung mit er Realisierung von Sportstätten zurükbli- ken. 99 errihteten sie in Syney as International Aquati an Athleti Centre, für ie Olympie in Athen 00 fungierten sie als Berater un entwikelten im Vor- fel Mahbarkeitssuien für ie Staien. Das 989 gegrünete Büro hat Nieer- lassungen an en Stanorten Syney, Pe- king, Hanoi, Shanghai, Ho Chi Minh un Abu Dhabi un beshäftigt erzeit über 50 Mitarbeitene. piae in Peking begann. Chris Bosse, er sih intensiv mit Frei Ottos Forshungen zu Seifenblasen befasst hatte, war we- sentlih an er Entwiklung er Struktur es Waterubes beteiligt. Im Jahr 007 grünetet er gemeinsam mit Tobias Wallisser, einem Arhitekten es renommierten Arhitekturbüros UN- Stuio as Unternehmen LAVA (Labora- tory for Visionary Arhiteture) un hat Gastprofessuren an vershieenen Uni- versitäten. CHRIS BOSSE Chris Bosse wure 97 in Stuttgart ge- boren un stuierte in Köln, Stuttgart un in er Shweiz. Er arbeitete in vershieenen europäishen Arhitekturbüros un entwikelte unter anerem en Bubble- Highrise für Berlin. Im Jahr 00 stiess er zu PTW Arhitets in Syney. Er stieg zu jenem Zeitpunkt ort ein, als man mit en Arbeiten für en Wettbewerb es nationalen Shwimmzentrums für ie Olym- Abb. 0: Chris Bosse ARUP GROUP Als Partner im Bereih Ingeneering stan em Team um Chris Bosse ie weltweit tätige Arup Group zur Seite. Das 96 in Lonon gegrünete Unternehmen unter- hält Nieerlassungen in 7 Länern un beshäftigt run Mitarbeitene. Arup ist somit eines er führenen Un- ternehmen im Bereih es Ingenieurbaus un war an unzähligen Grossprojekten beteiligt. So beispielsweise bei er Reali- sierung es Syney Opera Houses oer em Swiss Re Tower in Lonon. Als Part- ner von Herzog & e Meuron konnten sie bereits bei er Allianz- Arena Erfahrungen mit er ETFE- Membran sammeln un un- terstützten sie auh bei er Realisierung es Olympiastaions in Peking. PROJEKTVERFASSER PTW ARCHITECTS

4 Das nationale Shwimmzentrum befinet sih auf em Olympi Green im Noren er hinesishen Metropole Peking. Für as Areal erarbeitete as amerikanishe 8 Arhitekturbüro Sasaki im Jahr 00 einen Masterplan, welher Bezug nimmt auf ie verbotene Stat von 0. Funktionsbereihe geglieert, welhe gut aus em Grunriss ablesbar sin. Das Raumprogramm umfasst ein Wett- kampfbeken, eine Sprungturmanlage, sowie eine Eislauf- aein Aufwärmbeken flähe un ein Freizeitba inklusive aller notweniger Nebenräumen un Ershlies- sungsflähen. kelbereih als Option vorgesehen. Prinzipiell untersheiet sih ie Membranh lle in horizontal un in vertikal gelagerte Pneus. Die horizontalen Pneus an Dah un Deke sin, um en W rmeurhgang zu minimieren, aus vier Membranlagen aufgebaut, mit rei Luftkammern azwishen. Die Kissen er u eren un inneren vertikalen Fassae a aa b bb 9 b von 80 bis 50 µm rihtet sih nah weiligen statishen Erforernis. Insg wuren m ETFE-Folie verar Durh ie Optimierung er Ansihts er Fugen von urspr nglih 0 m au urh ie ausf hrene Firma entsteh sihts es gro en Ma stabs eine u grane H lle. Chris b Der Waterube, welher sih in unmittel- barer Nahbarshaft zu em von Herzog & e Meuron entworfenen Nationalstai- on befinet, hat ie Form eines Kubus mit 77,7 m Seitenlänge un einer Höhe von m. Die Geshossflähe von insgesamt m² ist auf zwei Niveaus angeor- net. Der Innenraum ist in rei rehtekige a 5 9 ARCHITEKTONISCHES KONZEPT tikalen Fassae transluzent blau eingef rbt. Alle brigen Folien sin neutral transparent. Die zum Fassaenzwishenraum orientierten Folien sin mit einem silbernen Punktraster berukt, as von au en un von en Publikumsbereihen er Innenr ume aus kaum sihtbar ist. Der Berukungsgra variiert je nah erforerlihem Sonnenshutz Abb. 0: Grunriss Niveau 7 Abb. 0: Visualisierung Waterube mit Nationalstaion 8 a 9 b 007 a 8 Shwimmbereihe war eine Geb ueh lle sin aus rei Folien mit zwei Kammern konerforerlih, ie ie Konstruktion vor Korrozipiert. In jeer ieser Kammern kann er sion sh tzt un als thermishe Pufferzone Innenruk ber einen eigenen Luftwirksam ist. Daher sin Wan un Dah als shlauh iniviuell 5 gesteuert weren. Membran-Doppelfassae ausgebilet. Das Um em Geb ue auh an tr ben Tagen Geb ue ist vollklimatisiert, auf Wunsh er en bl ulihen Shimmer von Wasser zu Bauherren wure eine Querl ftung im Soverleihen, ist ie u erste Membran er ver kelbereih als Option vorgesehen. Prinzitikalen Fassae transluzent blau eingef rbt. b neutral transparent. piell untersheiet sih ie Membranh lle in Alle brigen Folien sin horizontal un in vertikal gelagerte Pneus. Die zum Fassaenzwishenraum orientierdie horizontalen Pneus an Dah un Deke ten Folien sin mit einem silbernen Punkt7 zu minimie6 sin, um en W rmeurhgang raster berukt, as von au en un von en ren, aus vier Membranlagen aufgebaut, mit Publikumsbereihen er Innenr ume aus rei Luftkammern azwishen. Die Kissen kaum sihtbar ist. Der Abb. 0: Grunriss Niveau 0 Berukungsgra vaer u eren un inneren vertikalen Fassae riiert je nah erforerlihem Sonnenshutz aa Abb. 05: Shnitt A- A ARCHITEKTUR SITUATION Dokumentatio von 0 bis 65 %. An en Geb uek sheint ie Stahlkonstruktion eutli a. 000 ETFE-Kiss Nahezu alle er untershielih. Sie variieren niht n Gr e zwishen un 9 m, sonern er W lbung un Anzahl er Eken Einsatz untershieliher Materialst von 80 bis 50 µm rihtet sih nah weiligen statishen Erforernis. Insg wuren m ETFE-Folie vera Durh ie Optimierung er Ansihts er Fugen von urspr nglih 0 m a urh ie ausf hrene Firma entste sihts es gro en Ma stabs eine u grane H lle. Chr

5 5FORMERZEUGUNG METHODEN ZUR FORMERZEUGUNG Shon früh haben sih Wissenshaftler mit er Entshlüsselung un Rekonstruktion er Shaumstruktur befasst. Diese eher zufällig sheinene Struktur trifft man in er Natur oft an, so beispielsweise bei Korallen un in Zellen. Chemish lässt sih Shaum gut nahvollziehen: Tensie sin Stoffe, welhe bei er Vermengung von H O un O entstehen. Sie weren auf er einen Seite vom Wasser angezogen, gleihzeitig aber auh abgestossen un bilen ie Wäne es Shaums. Bereits um 887 hat Lor Kelvin versuht, ie optimale Seifenblasenstruktur zu imitieren. Dies gelang ihm mit einem aus Seiten bestehenen abgestumpften Oktaeer, mit sehs Quatraten un aht regelmässigen Sehseken. Dieses Prinzip einer Struktur, ie aus Körpern mit emselben Volumen un einer minimalen Oberflähe ohne Zwishenräume besteht, hat ie beien irishen Physiker Dennis Weaire un Robert Phelan so lange beshäftigt, bis sie im Jahr 99 eine Optimierung es Moells von Lor Kelvin um 0.% erreihen konnten. Dies erreihten sie, inem er abgestumpfte Oktaeer urh zwei Zellen ersetzt wure: zwei Polyeer gleihen Volumens. Die Weaire-Phelan-Struktur setzt sih aus einem unregelmässigen Doekaeer, welher aus unregelmässigen Fünfeken un einem Tetrakaiekaeer (zwei Sehseke un zwölf Fünfeke) besteht, zusammen. In einem aufänigen mathematishen Optimierungsprozess auf Grunlage ieser Weaire-Phelan-Struktur, entwikelten ie Ingenieure von Arup urh Rotationen, Spielgelungen un Shnittoperationen ie Struktur für en Waterube. Es sheint, als ob iese Struktur enlos vervielfaht, un er Kubus aus ihr ausgestanzt wure. Aus iesem Grun lässt sih am unregelmässigen Fassaenbil kaum eine repetive Struktur vermuten, im Innern bleibt iese urh as Raumfahwerk aber sihtbar. Das Wasser im Aggregatzustan Shaum ist as Leitmotiv er Shwimmhalle. Ihre quaratishe Form leitet sih von er hinesishe Traition un Mythologie ab, in er as Quarat ie Urform es Hauses arstellt. Abb. 06: Moelle er Weaire-Phelan-Struktur Abb : igitale D-Moelle

6 6FERTIGUNGSSTRATEGIEN STAHLBAU Das reiimensionale Raumfahwerk beinhaltet Tragwerk, Fassae un Raumbegrenzung. Die Fassae hat eine Tiefe von.6 m un as Fahwerk auf em Dah misst 7. m, ies ermögliht eine Spannweite er Dahkonstruktion von über 00 m. Es ist en Ingenieuren gelungen, mit er Weire-Phelan-Struktur eine effiziente Konstruktion zu entwikeln, welhe erbebensiher ist un run 0% weniger Stahl benötigt, als eine konventionelle Konstruktion mit Stützen un Trägern. Die Konsequenz ieser Ersparnis waren ira untershielihe Stahlstäbe un 000 iniviuelle Knoten-Verbinungen. Wäre er Bau in Europa oer en USA gebaut woren, hätten ie Knotenetails un ie genauen Dimensionen un Formen er Stahlstäbe wohl etailliert berehnet Abb. 09: Dahkonstruktion im Bau Abb. 0: Raumfahwerk im Bau weren müssen. Eine Verinfahung er- Struktur zugunsten einer seriellen Prouktion es Stahls wäre ie logishe Folge gewesen. Im Billiglohnlan China aber, entshie man sih für ie Verwenung von Stanarrohren mit em jeweils statish erforerlihen Quershnitt, welhe vor Ort geshweisst un mit Hilfe von GPS -Geräten, entsprehen em D- Moell, eingemessen wuren. An er Fassae wuren Rehtekrohre verwenet, was ie Montage er Folien vereinfahte, im Zwishenraum wuren Runrohre mit kugelförmigen Knoten verbaut. MEMBRANHÜLLE Die Fassae un as Dah es Waterubes bestehen aus pneumatish vorgespannten ETFE-Folienkissen. Das Prinzip er Folie ist asselbe wie bei er Allianz Arena in Münhen. Die Innovation bei er Shwimmhalle ist, ass urh Überlagerung un Mehrshihtigkeit er Folien eine räumlihe Wirkung von innen un aussen erreiht wure, so ass man en Einruk erhält, sih in iesem Shaum zu befinen. Durh as feuhte un warme Klima in er Halle muss ie Stahlkonstruktion vor Korrosion geshützt weren. Die Folien umshliessen ie Konstruktion mit ihrer.6 m resp. 7. m iken Doppelfassae. Im Zwishenraum es Raumfahwerks ist ie Effektbeleuhtung, ie Durkluftzuleitung für ie Kissen un ie Haustehnik Abb. : Elemente er Doppelfassae

7 Abb. : Montage er Fassaenelemente BESONDERE HERAUSFORDERUNGEN Abb. : Fassae angepasst weren. Die äusseren ETFE- Folien er Fassae sin transluzent blau eingefärbt, ie innen liegenen Folien sin neutral transparent, Die innen liegenen Folien an er Deke weisen ein Punktraster auf, welhes em Sonnenshutz ient. Die Vielzahl an unter- shielihen ETFE- Kissen ist enorm, insgesamt wuren run 000 Kissen verbaut, welhe in ihrer Grösse, in ihrer Wölbung un in er Anzahl Eken variieren. Ma- terialstärken zwishen 80 un 00 µm rihten sih je nah statisher Belastung. Sämtlihe Fugen an er Fassae sin m breit, wofür extra ein neues Mon- tagesystem entwikelt wure, a ie Her- steller eine Fugenbreite von 0 m vorse- hen. Durh iese relativ shmalen Fugen wirkt ie Fassae enn auh sehr filigran. Wir sin er Meinung, ass ie genaue Plazierung er vor Ort geshweissten Stahlstäbe ie grösste Herausforerung arstellte, a man iese mit einem GPS- Gerät entsprehen em D- Moell pla- zieren musste. Niht Pläne sonern as D- Moell war für sämtlihe am Bau be- teiligten Arbeiter ie verbinlihe Vorgabe. Eine weitere Shwierigkeit war bestimmt auh ie enorme Anzahl untershieliher Stahlstäbe, welhe einzeln angepasst un verbaut weren musste. Zuem mussten ie run 000 vershieenen Knoten- verbinungen er Stahlstäbe iniviuell auf ihre statishe Funktion angepasst weren. So ist er Bau shliesslih trotz Einsatz morernster igitaler Tehnologien ein niht in er selben Weise reprouzierba- res Unikat. Abb. : Moell 7 FERTIGUNGSSTRATEGIEN untergebraht, zuem ist er Zwishen- raum er Doppelfassae auh eine thermishe Pufferzone. Die Membran ist an Wänen un Dah untershielih aufgebaut. Die horizontalen Pneus an Deken un Dah bestehen aus vier Folienlagen mit rei Luftshihten, um en Wärme- ruhgang zu minimieren. Die Sonnenwär- me wir an em Ort gespeihert, an em sie am effektivsten genutzt weren kann: im Bereih es Pools. Der Beton un as Wasser nehmen ie Energie tagsüber auf un geben sie in er Naht wieer ab. Die Kissen er inneren un äusse- ren Fassae bestehen aus rei Folien mit zwei Luftshihten. In jeer Kammer kann er Luftruk beliebig eingestellt weren, urh ie Veränerung es Druks inner- halb er rei- un vierlagigen Folienkissen können er Liht un Wärmehaushalt gesteuert, ie Lihtqualität un - menge

8 8GESAMTFORM - EINZELTEILE FERTIGUNGSSTRATEGIE IM ENTWURF Wir gehen avon aus, ass ie Fertigungsstrategie bereits im Entwurf untershwellig angeaht war. Es ersheint uns niht zufällig, ass solh komplexe Strukturen in Europa oer en USA äusserst selten anzutreffen sin, in Peking mit em Waterube un em Nationalstaion aber gleih zwei solher Bauten realisiert wuren. Da liegt er Veraht nahe, ass sih ie Projektverfasser bal shon arüber im Klaren waren, ass sih in Peking ein Bau realisieren lässt, er an vielen aneren Orten shliht zu kostspielig wäre. REGELN Als Regel zur Erzeugung er Gesamtform lässt sih folgenes feststellen: Als einzige Elemente weren ie beien bereits erläuterten Polyeer verwenet. Diese weren urh Rotation un Spiegelung vervielfaht un generieren ie komplexe Shaumstruktur,, welhe keine Zwishenräume aufweist un über eine minimale Oberflähe verfügt. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN GESAMTFORM UND EINZELTEIL Die Gesamtform wir urh Vervielfältigung er einzelnen Polyeern er Weaire-Phelan-Struktur gebilet. So wir ie natürlihe Shaumbilung nahgestellt. Aus ieser unenlih erweiterbaren Struktur wure ie kubishe Aussenform es Baus ausgestanzt, was ie unregelmässige Ersheinung es Fassaenbiles urh ie geshnittenen Polyeer erklärt. Dasselbe Prinzip wure für ie rehtekigen Innenräume angewant, auh sie wuren nah em Subtraktionsprinzip aus er Gesamtform entnommen So mag es urhaus überrashen, ass ie sheinbar zufällige Form auf nur zwei geometrishe Formen zurükzuführen ist. Abb. 5: Strukturmoelle

9 9QUELLENANGABE LITERATUR INTERNET Seiten 5 - Zeitshrift Detail, Heft, 007, Seiten Zeitshrift arhithese, Heft, 008, Seiten