STRUKTUR. Thesespapier 2. Struktur und Material Baustoff Holz. These. Ortsanalyse. Hochschule Luzern Technik & Architektur Frühlingssemester 2014

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Marielies Lenz
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These «Um eine gerichtete statische Struktur auszusteifen sind Elemente notwendig die in die andere Richtung laufen.

zusätzliche räumliche Spannung entsteht und gleichzeitig mehr nutzbarer Raum generiert wird.» Ortsanalyse Abb.

auf Trakt VI entschieden. Für eine Aufstockung die als Atelier genutzt werden soll, ist die Lage ideal.

andereseits ist der Trakt VI eines der niedrigsten Gebäude auf dem Campus.

1 These «Um eine gerichtete statische Struktur auszusteifen sind Elemente notwendig die in die andere Richtung laufen. Ich behaupte diese Elemente können bei meiner Sparrendach-Konstruktion mit dem entwickelten Knoten gleichzeitig als Auswechslungen genutzt werden, wodurch zusätzliche räumliche Spannung entsteht und gleichzeitig mehr nutzbarer Raum generiert wird.» Ortsanalyse Abb. 1: Aufstockung auf Trakt VI Nach dem wir zunächst den Campus Horw als Standort für die Atelier-Aufstockung untersuchten, habe ich mich für eine Aufstockung auf Trakt VI entschieden. Für eine Aufstockung die als Atelier genutzt werden soll, ist die Lage ideal. Einerseits liegt es nahe am Trakt IV worin sich das Atelier im F400 sowie die Modellbauwerkstatt und die Assistenz des Fachbereichs Architektu befindet, andereseits ist der Trakt VI eines der niedrigsten Gebäude auf dem Campus. Da meine Holzverbindung auf ein Steildach hinführt und somit (trotz eingeschossigkeit) automatisch ein etwas grösseres Volumen generiert, erachte ich es als sinnvoll auf ein Flaches Gebäude aufzustocken. Pavillon I ihomelab Fluchttreppe Trakt III Trakt V Trakt I Trakt II IA Wohngebäude Trakt IV Bauen auf unbebautem Grund dazwischen bauen aufstocken Abb. 2: Analyse Campus Horw 1

Weiterentwicklung des statischen Systems Zunächst habe ich das statische System des Sparrendachs erneut studiert: «Das statische System des Sparrendaches beruht auf der Ausbildung eines

2 Weiterentwicklung des statischen Systems Zunächst habe ich das statische System des Sparrendachs erneut studiert: «Das statische System des Sparrendaches beruht auf der Ausbildung eines unverschieblichen Dreiecks mit Hilfe der gegeneinander gerichteten Sparren in Verbindung mit dem Deckenbalken. Die Sparren sind am Firstpunkt gelenkig miteinander verbunden, die Auflagerpunkte für Vertikal- und Horizontalkräfte frei drehbar, jedoch unverschieblich ausgebildet. Es liegt dabei ein statisch bestimmtes Dreigelenksystem vor. Durch die Normalkräfte treten an den Auflagerpunkten nach aussen gerichtete Horizontalkräfte auf, die durch Zugverankerung mit den Deckenbalken aufgenommen werden müssen. Die Vertikalkräfte der Dachkonstruktion werden durch die darunterliegenden Wände und Stützen aufgenommen. Die Vorteile eines Sparrendaches liegen in seinem statischen System: Das unverschiebliche Dreieck aus dem Sparrenpaar und dem dazugehörigem Deckenbalken erlaubt die Ausbildung eines stützenfreien Dachraumes und erleichtert die Nutzung des Dachgeschosses. Jedoch sind grössere Öffnungen in der Decke nur mit hohem konstruktiven Aufwand möglich, da die Deckenbalken im System auf Zug beansprucht werden. Gleiches gilt für grosse Öffnungen in der Dachfläche. Dort müssen für den Einbau von Dachflächenfenstern o.ä. sogenannte Wechsel eingebaut werden. Dabei sollte möglichst nur ein Sparren durch einen Wechsel unterbrochen werden. Der horizontal liegende Wechsel fängt dabei die Lasten des unterbrochenen Sparrens auf und gibt sie an die beiden benachbarten Sparren wieder ab. Diese angrenzenden Sparren sind entsprechend der zusätzlichen Last größer zu dimensionieren.» Abb. 3: Holzverbindung mit Zange Dank meines Fügeprinzips kann ich in meinem Entwurf auf die durchgehende Zugstange verzichten. Im Gespräch mit einem Holzbauingenieur hat sich jedoch herausgestellt, dass die ursprünglich entwickelte Verbindung in der Praxis nicht eins zu eins so umsetzbar wäre. Der Ansatz die Konstruktion anhand des Kräfteverlaufs zu entwerfen, fand zwar grossen Anklang, die Verbindung mit der Zugstange ist jedoch schwierig zu realisieren oder nur mit einer grossen Überdimensionierung lös bar. Aus diesem Grund habe ich die Verbindung noch einmal optimiert und die Zugstangen durch Zangen ersetzt. 2

Da ich die Auflager auf eine relativ frei wählbare Höhe platzieren kann, erhalte automatisch eine gewisse Raumhöhe, wodurch der Raum besser genutzt werden kann.

3 Da ich die Auflager auf eine relativ frei wählbare Höhe platzieren kann, erhalte automatisch eine gewisse Raumhöhe, wodurch der Raum besser genutzt werden kann. Die beiden Auflager eines Rahmens müssen dabei nicht auf der selben Höhe liegen und können der jeweiligen Nutzung angepasst werden. Abb. 4: Ansicht Holzrahmen mit unterschiedlicher Raumhöhe Abb. 5: Aufgereihte Rahmenstruktur Die so entstehende Rahmen können nun in einem Rastermass aneinander gereiht werden. Beim Aufreihen der Rahmen in der selben Richtung entsteht jedoch das Problem der Aussteifung der Rahmen untereinander. Ohne eine statische Aussteifung können die Rahmen mittels «Dominoeffekt» Einer nach dem Anderen auf eine Seite umkippen. 3

Somit kann dieser Balken zusätzlich als Wechsel genutzt werden.

4 Dieses Problem löse ich mit einem Holzbalken auf Höhe des Knotens. Der Balken läuft in um 90 zum Raster gedrehte Richtung und spannt über drei Rasterachsen und ist so dimensioniert das dieser auch Dachlasten aufnehmen kann. Somit kann dieser Balken zusätzlich als Wechsel genutzt werden. Dadurch kann jeweils beim mittleren Rahmen auf die Zugstange verzichtet werden und es entstehen «Raumkojen» die optimaler genutzt werden können. «Der Begriff der Auswechselung ist im Bauwesen historisch insbesondere mit der Unterbrechung einer hölzernen Balkenlage oder Sparrenlage verbunden. Diejenigen Balken, die rechtwinklig zur eigentlichen Verlegerichtung eingebaut sind, werden als Wechsel bezeichnet. Ihre Aufgabe besteht darin, Lasten aufzunehmen und seitlich einzuleiten. Abb. 6: Grundriss des Tragwerks Wechselbalken sind beim Dachstuhl quer zu den Sparren verlaufende Hölzer, z.b. bei Aussparungen für Kamine, Gauben oder Dachfenster. Dabei müssen einzelne oder auch mehrere Holzbalken gekürzt werden, um diese Öffnung realisieren zu können. Der Wechselbalken überträgt die Kräfte des im Feld liegenden Sparrens auf die benachbarten Sparren. Diese tragen deshalb größere Lasten und müssen gegebenenfalls verstärkt werden. Beim Sparrendach werden die Kräfte jedoch auch auf die gegenüberliegende Dachseite abgeleitet. Daher ist beim Einbau eines Wechsels bei dieser Dachform besondere Vorsicht geboten.» Die klaren Nachteile eines solchen Wechsels nämlich die statische Mehrbelastung der umliegenden Sparren treten in meinem System deutlich geringer auf, denn: es werden keine Sparren gekürzt, sondern lediglich anders aufgelagert. sämtliche vertikalen Lasten werden weiterhin vom stehenden Pfosten abgeleitet. alle Wechsel liegt auf der selben Dachseite, wodurch die Kräfte jeweils problemlos auch auf die gegenüberliegende Seite abgeleitet werden können. Abb. 7: Axonometrie des Tragwerks 4

Thesespapier 2 Der entstehende Raum Abb. 8: Grundriss einer möglichen Raumteilung und Dachaufsicht Das Rastermass von 120cm ergibt eine relativ enge Gliederung des Innenraumes.

Auf der niedrigeren Seite wird diese Gliederung gleich als Trennung der Einzelarbeitsplätze genutzt.

Diese Kojen können verschiedenste Nutzungen Aufnehmen; vom Arbeitsplatz für kleiner Gruppen, über kleine Photostudios oder Modellbau-Nischen, bis zu einer Art Bibliothek ist vieles denkbar.

5 Thesespapier 2 Der entstehende Raum Abb. 8: Grundriss einer möglichen Raumteilung und Dachaufsicht Das Rastermass von 120cm ergibt eine relativ enge Gliederung des Innenraumes. Da die Zangen jeweils alle 120cm in den Raum greifen und somit raumbildend sind, unterteilen diese den Raum in verschiedene Zonen. Auf der niedrigeren Seite wird diese Gliederung gleich als Trennung der Einzelarbeitsplätze genutzt. Auf der Gegenüberliegenden Seite kommen die Wechsel zum Einsatz, wodurch der Abstand von Zange zu Zange verdoppelt wird und grössere Kojen erzeugt werden. Diese Kojen können verschiedenste Nutzungen Aufnehmen; vom Arbeitsplatz für kleiner Gruppen, über kleine Photostudios oder Modellbau-Nischen, bis zu einer Art Bibliothek ist vieles denkbar. Die Tür -und Fensteröffnungen werden logischer wiese zwischen die Sparren und Pfosten platziert, wo sie die statische Struktur nicht stören und gleichzeitig die Arbeitsplätze optimal belichten/erschliessen. Abb. 9: Skizze Innenraum Fazit Der entworfene Konten und das Konstruktionssystem ist mit ein paar Optimierungen umsetzbar. Um die Aussteifung des gerichteten Systems zu gewährleisten führe ich eine weitere Regel ein, die gleichzeitig als ein weiters raumbildendes Element in Erscheinung tritt. 5

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