Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2008

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1 des Deutschen Stahlbaues 2008

2 Impressum Danksagung BAUEN MIT STAHL dankt allen Jurymitgliedern für ihren Einsatz und ihr Engagement. Unser besonderer Dank gilt der Fakultät für Architektur der Fachhochschule Köln für ihre Unterstützung und den Herren Dipl.-Ing. Axel Kotitschke und Dipl.-Ing. Heiner Rosenkranz, die uns bei der Gesamtorganisation eine großartige Hilfe waren. Und natürlich sagen wir Dank allen teilnehmenden Studierenden, die mit ihren Arbeiten zum Gelingen des Wettbewerbs beigetragen haben sowie den Hochschulen, Professoren und Dozenten für ihre Unterstützung. Bestell-Nr. SD 698/2008 Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2008 Herausgeber: BAUEN MIT STAHL e. V. Sohnstraße Düsseldorf Postfach Düsseldorf Telefon (02 11) Telefax (02 11) Oktober 2008 Ein Nachdruck dieser Publikation auch auszugsweise ist nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers bei deutlicher Quellenangabe gegen ein Belegexemplar gestattet. Titelbild: Förderpreis des Deutschen Stahlbaues Preis: Stadion in Krakau unter Anwendung parametrischer Designsoftware von David Kosdruy und Eike Schling

3 des Deutschen Stahlbaues 2008

4 2 Vorwort der Vorsitzenden der Jury Im Lichtstudio der Fachhochschule Köln präsentierten sich im April 2008 insgesamt 78 Studienbeiträge verschiedener deutscher Hochschulen aus den Bereichen Architektur und Bauingenieurwesen. Dabei wurde der überwiegende Teil der Wettbewerbsbeiträge von Architekten eingereicht. Das breite Spektrum von unterschiedlichen Themen zeigt eindrucksvoll die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Stahl auf und spiegelt sich auch in der Vielfalt der ausgezeichneten Arbeiten wider. Die Jury war bemüht unter den vielen eingereichten, sehr guten Arbeiten diejenigen auszuzeichnen, welche sich entweder durch einen besonderen Innovationsgehalt oder durch einen professionellen Umgang mit dem Werkstoff Stahl auszeichneten. Dabei waren die innovativen Ideen sowohl im ästhetischen als auch im technischen Bereich zu finden. Speziell der Siegerentwurf, ein Fußballstadion für Krakau, weist beide Aspekte in hervorragender Weise auf. Die visuelle Erscheinung ist äußerst prägnant und die Umsetzung überzeugend. Während der zweite Preis, eine Fußgängerbrücke aus einem Edelstahlgeflecht, vor allem durch das große Maß an Eigenständigkeit und Originalität im Entwurf überzeugte, stehen die drei dritten Preise für eine sorgfältige, funktionelle Auseinandersetzung mit dem Werkstoff Stahl einerseits aus der Sicht der Architekten, andererseits aus der Sicht der Ingenieure. Trotz des hohen Niveaus der eingereichten Arbeiten stellte die Jury fest, dass eine stärkere, kritische Auseinandersetzung mit der Thematik der Konzepte in Zusammenhang mit dem Einsatz des Materials Stahl wünschenswert wäre. So wurden bedauerlicherweise wenig Arbeiten eingereicht, die sich mit Fragestellungen zum Thema Energie und Nachhaltigkeit befassen. Auffällig ist auch, dass viele Anwendungsbereiche des Stahls, insbesondere im Ingenieurwesen, wie z. B. Arbeiten zu Themen aus dem Stahlwasserbau, dem Industrie- und Anlagenbau und in der Produktentwicklung, fehlen. Wünschenswert aus Sicht der Jury wäre daher vor allem auch eine Erhöhung des Anteils von Ingenieurbeiträgen und interdisziplinären Arbeiten. Hingegen ist der Umgang mit freien Formen in Stahl häufiger in den Studienarbeiten vertreten, die sich experimentell mit dem Material auseinandersetzen und unterschiedlichste Trag- und Raumgenesen entwickeln. Insgesamt ist ein frisches und unverkrampftes Umgehen mit dem Werkstoff zu beobachten, von dem positive Impulse ausgehen können.

5 3 Der Förderpreis des Deutschen Stahlbaues, ausgerichtet von BAUEN MIT STAHL e. V., ist eine hervorragende Plattform, zukunftsweisende Ansätze im Hochschulbereich zu vertiefen. Er fordert zum Austausch und zur Kooperation der unterschiedlichen Disziplinen auf, die den Erfindungsgeist des Nachwuchses herausfordern. Wir wünschen uns von Seiten der Jury auch weiterhin eine rege Beteiligung und Förderung des Umgangs mit dem Werkstoff Stahl. Köln, 4. April 2008 Vorsitzende der Jury zum Förderpreis des Deutschen Stahlbaues 2008 Prof. Dipl.-Ing. Arch. Anthusa Löffler (Vorsitzende Architektur) Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger (Vorsitzender Bauingenieurwesen) Die Jury 2008 (Foto v. l. n. r.): Dr.-Ing. Karl-Eugen Kurrer (Chefredakteur Der Stahlbau, Berlin), Prof. Dipl.-Ing. Arch. Armin D. Rogall (Fachhochschule Dortmund), Dr.-Ing. Volkmar Bergmann (Hauptgeschäftsführer Deutscher Stahlbau-Verband DSTV, Düsseldorf), Prof. Dipl.-Ing. Arch. Stefan Schäfer (Technische Universität Darmstadt), Prof. Reg. Baum. Dipl.-Ing. Arch. Anthusa Löffler (Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig), Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger (Technische Universität München), Dipl.-Ing. Horst Hauser (ehem. Geschäftsführer BAUEN MIT STAHL), Dipl.-Ing. Arch. Regina Schineis (hiendl_schineis architektenpartnerschaft, Augsburg), Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtschaftsing. Marc Blum (Geschäftsführer ArcelorMittal Commercial Sections Deutschland GmbH, Köln), Prof. Dipl.-Ing. Arch. Gunther Vettermann (Fachhochschule Köln)

6 4 Der Wettbewerb Der im zweijährigen Turnus von BAUEN MIT STAHL ausgelobte Förderpreis des Deutschen Stahlbaues für den studentischen Nachwuchs der Architekten und Bauingenieure besteht seit Der Preis wird verliehen für fortschrittliche und zukunftsweisende Ideen und Lösungen mit Stahl-/Stahlverbund-Konstruktionen auf den Gebieten des Hoch- und Brückenbaues. Um den Förderpreis können sich Studierende der Architektur und des Bauingenieurwesens an deutschen Universitäten, Hoch- und Fachhochschulen bewerben sowie deutsche Staatsangehörige, die an einer entsprechenden ausländischen Einrichtung studieren. Es können sich sowohl Einzelpersonen als auch Arbeitsgemeinschaften beteiligen. Die Entwürfe sollen im engen Einvernehmen mit entsprechenden Lehrstühlen der Hoch- und Fachhochschulen durchgeführt werden. Sie können im Rahmen einer Seminar- oder Diplomarbeit behandelt werden. Zum Wettbewerb zugelassen wird jeder Entwurfstypus (z. B. Geschossbauten, Hallen, Verkehrsbauten und Brücken einschließlich aller Sonderformen für das Wohnen und Arbeiten oder für freie Nutzungen) sowie insbesondere bei Studenten des Bauingenieurwesens ausführliche Abhandlungen/Untersuchungen von Einzelaspekten zu Tragwerk und Konstruktion. Es gibt keine getrennte Wertung nach Kategorien. Der Wettbewerb erfolgt anonym über Tarnzahlen, die mit einem Formblatt bei BAUEN MIT STAHL anzufordern sind. Arbeiten, die bereits am Wettbewerb um den Förderpreis des Deutschen Stahlbaues beteiligt waren, dürfen nicht erneut eingereicht werden. Die Teilnahme an anderen Wettbewerben ist kein Hinderungsgrund. Eine unabhängige Jury bewertet die eingereichten Arbeiten in nicht öffentlicher Sitzung. Ihre Entscheidung ist endgültig, der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Das Preisgeld für den Förderpreis beträgt bis zu EURO und verteilt sich auf 1., 2. und 3. Preise, darüber hinaus werden für weitere Arbeiten Lobe ausgesprochen. Über die Aufteilung des Preisgeldes entscheidet die Jury. Alle preisgekrönten und die belobigten Beiträge erhalten eine Urkunde. Der erste Preis wird zusätzlich mit einer Medaille geehrt. Die Gewinner des 1. Preises wurden anlässlich des Deutschen Stahlbautages (10. Oktober 2008 in Mainz) vorgestellt. Die Jurysitzung Die Jury unter den Vorsitzenden Prof. Dipl.-Ing. Arch. Anthusa Löffler (Vorsitzende Architektur) und Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger (Vorsitzender Bauingenieurwesen) tagte am 3./4. April 2008 in der Fachhochschule Köln. Von den insgesamt 137 Teilnehmern am Wettbewerb wurden 78 Arbeiten (einschließlich Gruppenarbeiten) eingereicht, davon 68 von Architekten, 6 von Bauingenieuren und 4 von Gruppen beider Disziplinen. Beteiligt waren 18 Technische Hochschulen/Universitäten mit 45 Einreichungen und 14 Fachhochschulen mit 33 Einreichungen. Entsprechend der offenen Themenstellung des Studentenwettbewerbs zeigen die Entwürfe ein breites Spektrum von Arenen, Türmen und Verkehrsbauten, Büro- und Wohnungsbauten bis hin zu freigeformten Baukörpern. Die Einreichungen wurden in drei Wertungsdurchgängen an zwei Tagen beurteilt. Nach ausführlichen Diskussionen wurden ein erster, ein zweiter und drei dritte Preise sowie zehn Lobe ausgesprochen.

7 5 Die Dokumentation In der vorliegenden Broschüre werden die prämierten und belobigten Arbeiten des Wettbewerbs um den Förderpreis 2008 dokumentiert. Die Entwürfe sollen Ansporn und Wegweiser für den Nachwuchs sein und können vielleicht innovative Wege für die Zukunft des Bauens mit Stahl weisen. Zum Architektenwettbewerb Preis wird gleichfalls eine Dokumentation herausgegeben, die im Verlag Georg D.W. Callwey erscheint (ISBN ). Die Ausstellung Die Wettbewerbsergebnisse zum Förderpreis des Deutschen Stahlbaues für den studentischen Nachwuchs werden gemeinsam mit dem Preis des Deutschen Stahlbaues für Architekten in einer Wanderausstellung gezeigt, die für ca. zwei Jahre die verschiedensten Ausstellungsorte in der Bundesrepublik durchläuft. Interessenten, insbesondere Hochschulen, wird die Ausstellung kostenfrei zur Verfügung gestellt. Der nächste Wettbewerb Im Frühjahr 2010 lobt BAUEN MIT STAHL wieder den Förderpreis des Deutschen Stahlbaues aus. Auslobungsbedingungen und Einreichungstermin werden rechtzeitig bekannt gegeben und sind im Internet unter abrufbar. An den Hochschulen wird auf den Wettbewerb aufmerksam gemacht.

8 6 Stadion in Krakau unter Anwendung parametrischer Designsoftware 1. Preis: David Kosdruy, Eike Schling Technische Universität München/ Lehrstuhl für Tragwerksplanung Prof. Dr.-Ing. Rainer Barthel, Dipl.-Ing. Lars Schiemann Laudatio der Jury Für die Fußball-Europameisterschaft 2012 in Krakau sollte ein Stadion entworfen werden. Nach den vielen Sportbauten der letzten Jahre stellt eine innovative Herangehensweise an das Thema, ohne Effekthascherei, eine besondere Herausforderung dar. Der Entwurf zeichnet sich durch eine große Systematik hinsichtlich der Tragwerksgenese sowie seiner räumlichen und funktionalen Umsetzung aus und berücksichtigt in hohem Maße nutzungstechnische Anforderungen. Obgleich an Vorbildern orientiert, entstand hier eine überzeugende, eigenständige Lösung. Die in der Hülle realisierte, spiralförmige Struktur mit umlaufenden Kaskadentreppen im Innern wurde sehr filigran und gestalterisch sensibel umgesetzt. Die Funktionen bleiben klar ablesbar, so dass der Besucher durch Sichtbeziehungen und Wegeführungen den Innen- und Außenbereich wahrnehmen kann. Der Entwurf nutzt eine parametrische Designsoftware (Generative Components) zur Generierung einer identitätsstiftenden Hülle für das Stadion sowie ihrer tragwerkstechnischen Analyse und intensiven Durcharbeitung. Dies führte zu einer innovativen Formgebung und einem für eine Diplomarbeit sehr weit entwickelten Entwurfsstand. Konzept Die Tribünen für das 105 x 68 m große Spielfeld wurden parametrisch optimiert, um bei maximaler Steigung und minimalem Sichtabstand ca Zuschauer zu fassen. Hinter den drei Rängen liegen die geschlossenen Funktionen in eingestellten Glaskernen. Die horizontalen Erschließungsebenen werden aus zwei Ringebenen gebildet. Die vertikale Erschließung windet sich auf der Außenseite spiralförmig um das Stadion. Die mathematisch generierte Stadionhülle teilt sich in zwei Tragsysteme. Das Hauptdach, das gleichzeitig die Fassade bildet,

9 7 endet in einem Druckring. Hier schließt das konstruktiv unabhängige Tragsystem des Innendaches an. Das Hauptdachtragwerk trägt das Kuppelsystem aus 32 Radialhauptträgern und 8 Meridianringen und wird durch spiralförmig angeordnete Diagonalen ausgesteift. Die Innendachkonstruktion ist ein geschlossenes Dreiringsystem. Es orientiert sich an dem Konstruktionsprinzip der AWD Arena in Hannover. Dabei stützt sich der Dachinnenrand auf einen tiefer liegenden Zugring, der nach außen abgehängt ist. Das System führt die Vertikallasten in den Auflagerring zurück, wo sie über die Abspannung der Hauptfassade bis in die Fundamente abgetragen werden. Beide Systeme nutzten den Ringschluss der Kräfte aus, der durch die geschlossene, runde Form des Stadions ermöglicht wird. Die Haut der Fassade bzw. des Hauptdaches besteht aus bedruckter ETFE Folie, die zwischen den Fassadenträgern spannt. Für das Innendach wird hochtransparente, UV-lichtdurchlässige Folie eingesetzt, die eine Besonnung des Rasens und über Öffnungen die Frischluftzufuhr sichert. Entwicklung der Tragstruktur v. r. n. l.: Hülle Spiralerschließung durch Treppen Haupterschließung oberer und unterer Umgang Logenboxen und Funktionskerne Ober- und Unterrang

10 8 Bobinage Fußgängerbrücke in Wangen im Allgäu 2. Preis: Stefan Bieger, Alexander Erz, Michael Geiger, Anna Karg, Gerd Riedmiller Hochschule Biberach University of Applied Sciences/ Fakultät Bauingenieurwesen Prof. Dr.-Ing. Martin Ernst, Prof. Dr.-Ing. Günter Lumpe, Prof. Dipl.-Ing. Kurt Schwaner Fakultät Architektur und Gebäudeklimatik Prof. Matthias Loebermann Laudatio der Jury Im baulichen Kontext der mittelalterlichen Stadt Wangen kommt bei dieser Fußgängerbrücke der Werkstoff Stahl in erfrischender Art und Weise zum Einsatz. Als Konstruktionsprinzip wird ein gewickeltes Geflecht aus Edelstahl gewählt. Trotz der Enge des Geflechts strahlt die Brücke eine große Leichtigkeit aus. Die Zugänge werden als Eingangstore zur Stadt in Szene gesetzt. In ihnen befinden sich hydraulische Hebevorrichtungen, die die Brücke vor Hochwasserschäden schützen sollen. Die gelungenen Proportionen und die bestechende Einfachheit des Entwurfprinzips lassen erkennen, wie die vorgeschlagene Fußgängerbrücke zu einem Wahrzeichen der Stadt Wangen werden könnte, ohne das mittelalterliche Stadtbild zu stören. Konzept Der Entwurf entwickelt sich aus der Idee, einen Brückenraum zu schaffen, bei dem die Brücke nicht nur als Verbindung dient, sondern vielmehr als Raum, der zum Verweilen einlädt und als Eingangsportal zur Altstadt. Als neues Wahrzeichen Wangens nimmt die Brücke Assoziationen zur alten Argenbrücke auf. Modern interpretiert soll sie zugleich Zeichen für eine neue Zeit setzen. Die zwei Eingangstore dienen sowohl als Auftaktsituation für das Erleben der Stadt als auch als Ankerpunkte des Geflechts. Im Inneren der Tore befindet sich die Hydraulik der Hebeeinrichtung bei Hochwasser. Die Hebevorrichtung besticht durch ihre Einfachheit, eine benutzerfreundliche Bedienung und wartungsarme Technik. Die Brücke kann somit in kürzester Zeit aus der Gefahrenzone gehoben werden.

11 9 Eingangsportal Konstruktionsprinzip Die asymmetrische Struktur der Konstruktion ermöglicht unterschiedliche Ein- und Ausblicke auf die Altstadt, die immer wieder neue, spannende Blickbeziehungen zur umliegenden Umgebung aufbauen. Die Wicklung beruht auf einem einfachen Konstruktionsprinzip, das sich aus vier Grundstäben zusammensetzt. Diese sind innerhalb des Geflechts gedreht und gespiegelt und liegen in vier, in sich verschobenen Ebenen, um eine Überschneidung einzelner Stäbe auszuschließen. Die Stäbe werden nur an den Berührungspunkten zusammengeschweißt. Das Geflecht besteht aus Edelstahl. Die Konstruktion erreicht einen hohen Vorfertigungsgrad durch das einfache Prinzip der vier Grundstäbe. Die Brücke wird in der Werkstatt komplett geschweißt, mit dem LKW angeliefert und dann in die vorhandenen Ortbetonportale eingesetzt.

12 10 Ein flexibles Mehrgenerationenhaus in Metallbauweise 3. Preis: Julia Kallweit Fachhochschule Dortmund University of Applied Sciences/ Fachbereich Architektur Prof. Dr.-Ing. Helmut Hachul Laudatio der Jury Ansicht West Als Tragwerk für das Mehrgenerationenhaus wird eine leichte, flexible Skelettkonstruktion nach dem Prinzip eines griechischen Kreuzes gewählt, das mit austauschbaren Innen- und Außenflächen modularisierte Raumbereiche entstehen lässt. Es bildet sich ein gut proportionierter Wohnwürfel mit interessanten Sicht- und Raumbezügen. Der sorgfältig bearbeitete Entwurf bildet eine gelungene Einheit aus dem Werkstoff Stahl, der eingesetzten Technik und äußeren Erscheinung. Ansicht Süd Konzept Bei diesem Entwurf für zukunftsorientiertes Wohnen in einem flexiblen Mehrgenerationenhaus werden Aspekte der Nutzung ebenso berücksichtigt wie der Ökologie und Nachhaltigkeit, der Wirtschaftlichkeit der Konstruktion und entsprechender Materialwahl. Es soll eine Wohnform entstehen, die es allen Familienmitgliedern ermöglicht, gemeinsam unter einem Dach zu leben und gleichzeitig autark zu sein. Wichtig sind vor allem die Flexibilität der Grundrisse und die Anordnung der Wohneinheiten entsprechend den Bedürfnissen der Nutzer, Barrierefreiheit und eine gute externe Erschließung. Der Standort Phönixsee wird beispielhaft für die innerstädtische Nachverdichtung im Rahmen des Strukturwandels im Ruhrgebiet gewählt. Außerdem hat er durch seine Historie eine metaphorische Beziehung zum Stahlbau. Da der See im Norden des Gebäudes liegt, bietet sich zur Südseite eine energetische Nutzung an, zumal sich hier die Straße befindet und die Fassade geschlossen sein kann. Grundlage des Konstruktionsprinzips ist ein Stahlskelett in Leichtbauweise. Auskragungen werden mit Diagonalen abgefangen. Träger und Stützen setzen sich aus Leichtbauprofilen zusammen und sind durch Sicken gegen das Beulen ausgesteift. Die Aussteifungen der Gefache erfolgt durch Ständer und Beplankung wie bei der klassischen Ständerbauweise. Material- und Farbwahl werden aus dem klassischen Industriebau abgeleitet.

13 11 Grundriss 2. OG Schnitt Das additive Prinzip durchzieht die gesamte Gebäudestruktur. Die haustechnische Infrastruktur ebenso wie Tragwerk und Fassade sind beliebig erweiterbar und basieren auf einem Modulmaß im bestehenden Konstruktionsraster. Alle Elemente sind in einer Ebene vereint. Horizontalschnitt Solarthermiefassade 10 Blechwanne für Solarkollektor Solarthermiefassade 11 Befestigung der Solarthermiepaneele 12 Gedämmter Rahmen Solarthermiepaneel PUR 13 Kastenstütze 200/400 mm mit Zulauf und Rücklauf für Solarthermie 14 Rohr DN 100 Für die Nachhaltigkeit des Gebäudes sorgen ein auf Solartechnik basierendes Energiekonzept mit Photovoltaik-Modulen auf dem Dach und einer Solarthermiefassade sowie die Regenwassernutzung für Außenbewässerung und Grauwasser. Systembauweise, standardisierte Technik, erweiterbare Konstruktionsstrukturen, Systematisierung der Haustechnik, die Nutzung regenerativer Ressourcen sowie die verwendeten Materialien und Systeme zählten im Industriebau zu den Klassikern und sind bewährt und erprobt. Deshalb ist mit einer kurzen und gut kalkulierbaren Bauzeit zu rechnen. Isometrie

14 12 Loreley-Brücke 3. Preis: Benedikt Fischer Universität Stuttgart/ Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Dipl.-Ing. Dominik Heni, Dipl.-Ing. Florian Scheible Das Konzept einer zweifach gekrümmten Hängekonstruktion, das die Primärlasten nur in Form von Zugkräften ableitet, besticht durch Eleganz und Leichtigkeit, wobei die komplexen Kraftverläufe einer hochbelasteten Verkehrs- und Fußgängerbrücke in den Hintergrund treten. Das Selbstverständnis, mit dem das Projekt als weitere touristische Attraktion im Kreise von Burgen und Landschaft gesehen wird, ist sehr zu begrüßen. Die formale Einheit von Konstruktion und Gestalt weiß zu überzeugen. Laudatio der Jury Der Entwurf für eine Rheinquerung am Fuße der Loreley setzt sich sehr intensiv mit der exponierten Topographie, einer darauf abgestimmten Brückenkonstruktion sowie den funktionalen und verkehrlichen Bedingungen auseinander. Konzept Das Gebiet zwischen Bingen und Koblenz mit dem Loreley-Felsen zählt seit 2002 zum UNESCO- Welterbe. An eine Rheinquerung zwischen Mainz/Wiesbaden und Koblenz stellen sich deshalb besondere Anforderungen. Der Entwurf berücksichtigt neben funktionalen insbesondere architektonische Kriterien sowie die regionalwirtschaftliche Bedeutung der Brücke. Um den Blick durch das Tal nicht durch Pylone oder Druckbögen zu verstellen, wird ein S-förmiger Brückenverlauf gewählt, bei dem das Haupttragseil über den Fluss von der einen Bergspitze zur gegenüberliegenden spannt. Zwei

15 13 aneinander gekoppelte, einseitig gestützte Kreisringträgersegmente sollen eine torsionsfreie Konstruktion ermöglichen. Es entsteht eine unglaublich schlanke und leichte Brückenform, die sich wunderbar in die vom Flusslauf bestimmte Topographie einfügt. Im Falle einer asymmetrischen Belastung der beiden Kreissegmente wird das schwächer belastete Segment in horizontaler Richtung auf Biegung belastet. Diese Belastung soll die ohnehin benötigte, 9,5 m breite orthotrope Fahrbahnplatte aufnehmen. Sie wirkt als horizontal liegender Biegeträger. In der Dreidimensionalität sorgt der quer dazu laufende Fachwerkträger für eine ausreichende Steifigkeit. Der Rad- und Wanderweg verläuft aus Sicherheits- und Lärmschutzgründen als getrennter Kreisringträger horizontal und vertikal versetzt zur Fahrbahn. Trotz der räumlichen Trennung werden Haupttragseil und Hänger von Weg und Fahrbahn gemeinsam genutzt. Fahrbahn und Rad- Wanderweg verlaufen beide stets auf der Außenseite der Krümmung und erfahren durch die S-Form und die gegenseitige Überschneidung einen interessanten Blickrichtungswechsel rheinaufwärts und rheinabwärts. Tragwerk

16 14 Optimierung von Querkraftanschlüssen im Stahlhochbau 3. Preis: Dipl.-Ing. (FH) Vesna Zizek ˇ ˇ Hochschule München/ Fakultät für Bauingenieurwesen Prof. Dr.-Ing. Jörg Ansorge Univ. Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger (TU München) Laudatio der Jury Der oberkantenbündige Trägeranschluss ist im Hoch-/Industrieund Anlagenbau gängiger Standard. Die konventionellen Anschlussdetails, wie Doppelwinkel und Ausklinkungen sind im Hinblick auf Fertigung und Montage jedoch sehr aufwendig, insbesondere bei Wiederholeffekten. Der Einsatz von Fahnenblechen zur Verbindung von Haupt- und Nebenträgern bietet dagegen in jeder Hinsicht eine sehr wirtschaftliche Lösung, deren Anwendung sich in der Praxis aber bisher kaum durchgesetzt hat. Der Abgleich der Ergebnisse eines Rechenmodells mit einer Versuchsreihe zeigt das wirtschaftliche Potenzial des Anschlusstyps. Die Erkenntnisse könnten Anstoß geben zu systematischen Untersuchungen der Standardisierung analog zu den Typisierten Anschlüssen im Hochbau. Unter Berücksichtigung wesentlicher Randbedingungen lässt dieser Anschlusstyp auch für den Verbundbau interessante Perspektiven erwarten. Konzept Obwohl es bislang nicht zu Schadensfällen kam, wurden an Fahnenblechanschlüsse zuletzt strengere Anforderungen gestellt, wie z. B. die Verwendung von Passschrauben. Ihre Wirtschaftlichkeit ginge hierdurch verloren. Hintergrund ist, dass sich bei beidseitigem Anschluss an den Hauptträger durch eine geringe Rotationsfähigkeit eine unfreiwillige Durchlaufwirkung ergibt, die bei der Konstruktion zu berücksichtigen ist. Die Arbeit untersucht, wie groß diese Durchlaufwirkung ist und versucht ein möglichst realistisches Berechnungsmodell zu finden. Insgesamt vier Varianten des Fahnenblechanschlusses mit unterschiedlichen Blechdicken und Schraubenanzahlen werden in Belastungsversuchen geprüft und mit einem Doppelwinkelanschluss verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Anschlüsse gut die doppelte Last aus den Vorbemessungen getragen haben. Unter Einhaltung bestimmter Konstruktionsregeln sind Fahnenblechanschlüsse damit eine gute und wirtschaftliche Lösung zur Querkraftübertragung. Die Durchlaufwirkung des Nebenträgers durch den beidseitigen Anschluss an den Hauptträger beträgt etwa 30 %. Bei einer Ausführung als Verbunddecke würde sich das auf das Fahnenblech wirkende Stützmoment vermutlich noch verringern, da sich die Zugzone in die obere Bewehrungslage verlagert. Die entwickelte Bemessungshilfe erleichtert einen raschen Nachweis des Anschlusspunktes. Typ 1, Anschluss rechts Typ 1, Anschluss vorn

17 15 Als weitere Versuchsreihen werden vor allem Variationen im Hinblick auf Profilgröße, Lastbild und Deckenaufbau angeregt. Durch (nichtlineare) Berechnungen mit Finite-Elemente-Programmen wäre eine genauere Festlegung der Anwendungsgrenzen möglich. Zukünftige Forschungen könnten sich mit der Frage befassen, wie sich der Anschluss bei einer Ausbildung als Verbunddecke verhält. Querkraftanschluss mit Fahnenblechen (Schema) TYP 1 und TYP 2 TYP 4 TYP 3 TYP 4 Anschlussgeometrie für verschiedene Typen von Fahnenblechanschlüssen Versuchsergebnis Typ 2, Momentenverlauf Versuchsergebnis Typ 2, Querkraftverlauf

18 16 Leben über dem Rhein Eine Wohnbrücke für Duisburg Lob Jörn Wähnert Fachhochschule Düsseldorf/ Peter Behrens School of Architecture Prof. i.v. Dipl.-Ing. Ercan Agirbas Laudatio der Jury Der Entwurf für neue, interessante Wohnformen am Wasser zeigt, wie sich in einer Brückenkonstruktion aus Stahl eine Wohnbebauung mit variierenden Grundrissen und atemberaubenden Aussichten realisieren lässt. Hier wurde das Thema Stadt- Land-Fluss in interessanter Sichtweise durch einen außergewöhnlichen Wohnungsbau thematisiert. Konzept Als Lage für das Wohnprojekt Stadt-Fluss-Land in Duisburg wird der Rheinabschnitt zwischen den Stadtteilen Hochfeld und Rheinhausen gewählt. Die Wohnbrücke mit hochwertigen Wohneinheiten soll in engem Bezug zu dem von Foster entwickelten Masterplan das Quartier aufwerten und die beiden Uferseiten mit unterschiedlichen Charakteren enger miteinander verzahnen. Das markante Stahltragwerk stellt den lokalen Bezug zur Industrietradition der Stadt Duisburg her. Es besteht aus einer außen liegenden, rautenförmigen Stahlfachwerk-Konstruktion aus Hohlprofilen. Die Deckenträger bestehen aus IPE-Profilen, die an das Haupttragwerk angeschweißt werden. Die Zufahrt zur Brücke erfolgt von beiden Ufern aus über Rampen auf die Ebene 1, Fußgänger und Radfahrer betreten sie auf der Hauptebene 0. Vier Erschließungskerne stehen Bewohnern und Besuchern bis zur Ebene +7 zur Verfügung. Die Nutzungsstruktur der Brücke ordnet sich nach den Grundprinzipien einer Stadt, Form und Bebauung verdichten und öffnen sich. Über dem Rhein entsteht ein einzigartiger Raum, der das Leben über dem Wasser besonders intensiv erlebbar macht.

19 17 Zehn Ebenen bieten Platz für Gewerbe, Gastronomie, Wohnen und Arbeiten, Erholungs-, Freizeit-/ Sportangebote. Ein rampenartiger Spazierpfad beginnt am Westufer und schlängelt sich in die Höhe bis zum Mittelpunkt der Brücke zur Parkebene +7. Hier ist die räumliche Dimension der gesamten Anlage mit freiem Ausblick erlebbar. Das Wohnen ist auf der 1. bis 6. Ebene situiert. Die Bebauung auf der Südseite der Brücke ist niedriger als auf der Nordseite, um ausreichenden Lichteinfall für alle Wohnungen zu gewährleisten. Entsprechend ihrer Ausrichtung unterscheiden sich auch die Wohnungstypen. Die Südwohnungen verfügen über Sonnenbalkone und sind eingeschossig. Ein Laubengang im Inneren der Brücke ermöglicht eine witterungsgeschützte Erschließung der Wohneinheiten. Die Nordwohnungen sind als Maisonettewohnungen mit offener Galerieebene ausgebildet und haben ebenfalls Balkone zur Flussseite. Auf dem Dach und an der Südseite des Tragwerks befinden sich Fotovoltaikanlagen zur Energieversorgung.

20 18 Aussichtsturm für die IBA Hamburg 2013 Lob Alexander Körber, Laura Westenfelder Technische Universität Berlin/ FG Konstruktives Entwerfen und Klimagerechtes Bauen Prof. Dipl.-Ing. Rainer Hascher, Dipl.-Ing. Arch. Beate Boenick Laudatio der Jury Der knapp 53 m hohe Turm zitiert die Form des Rotationshyperboloids, dessen Korsett von einer spiralförmigen Treppe mit Wangen aus Rechteck-Hohlprofilen gebildet wird. Gleichwohl weicht der Entwurf von der reinen Baugeometrie des durch Geraden erzeugbaren Rotationshyperboloids insofern ab, als die aus Rundhohlprofilen bestehenden Druckstützen an die Treppenwangen gelenkig angeschlossen werden. Dadurch entsteht ein räumliches Fachwerkband mit den Treppenwangen als durchlaufenden Ober- und Untergurt. Der Entwurf dieses außergewöhnlichen, räumlichen Fachwerks zeigt die überraschenden Möglichkeiten des Konstruierens mit Hohlprofilen aus Stahl. Konzept Für die IBA und die IGA 2013 in Hamburg soll auf dem Gelände der ehemaligen Mülldeponie Georgswerder ein Aussichtsturm errichtet werden. Als formgebendes Element für den Turm wird eine Treppe gewählt, die den Besucher spiralförmig nach oben führt. Um den Schwung des Aufstiegs nicht zu stören, erhalten plattformähnliche Treppenstufen den Vorzug gegenüber Aussichtsplattformen. Auch auf einen Fahrstuhl wird bewusst verzichtet. Der Turm hat eine Höhe von 52,75 m, die obere Aussichtsplattform liegt auf 40,15 m. Seine innen liegende Tragstruktur wird durch die Treppe ausgesteift. Innere und äußere Wangen der Treppe werden biegungssteif über HEB-Täger verbunden und damit als Vierendeelträger ausgebildet. Die Tragstruktur ragt über die Aussichtsplattform hinaus, um den formgebenden Gedanken der Treppe zu verstärken. Tragende Elemente sind 64 Rundrohrprofile (St52) mit einem Querschnitt von Ø 219,1 mm d = 3,2 mm und einer durchschnittlichen Länge von ca. 10 m. Zusammengehalten werden die Druckstäbe durch die beiden mit HEB14 Trägern verbundenen Wangen der Treppe. Bei dem inneren Wangenprofil handelt es sich um ein Hohlprofil aus St52 h = 300 mm b = 250 mm, das äußere Wangenprofil ist als U-Profil ausgeführt. Hier sind Lichtinstallationen untergebracht. Die beiden Treppenwangen halten die Druckstäbe, über die die Normalkraft abgetragen wird, zusammen. Da sie an allen Knotenpunkten miteinander verbunden sind, wirken sie wie ein Vierendeelträger und verhindern das Ausdrehen der Wange (Spirale). So wird die innere Wange überwiegend auf Zug und die äußere überwiegend auf Druck beansprucht. Die Wangenstärke ergibt sich durch die Breite der Rundrohrprofile. Weiterhin fixieren die beiden Wangen die Knotenpunkte der Druckstäbe. Das Fundament ist ein bewehrtes Ringfundament, auf dem punktuell die 15 Stahlstützen aufgelagert werden. Das Stahlrohr wird auf einer Fußplatte verschweißt, die im Fundamentkopf verankert ist. Die Fuge zwischen Fundamentkopf und Fußplatte wird mit Quellmörtel ausgefüllt, um die Last flächig zu übertragen.

21 19 Aussichtsturm für die IBA Hamburg 2013 Lob Dorian Hohmann, Tobias König Technische Universität Berlin/ FG Konstruktives Entwerfen und Klimagerechtes Bauen Prof. Dipl.-Ing. Rainer Hascher, Dipl.-Ing. Hendrik Huckstorf Laudatio der Jury Um diesen ästhetisch und funktional ansprechenden Aussichtsturm zu entwickeln, werden die Mittel des klassischen Stahlbaus mit der Technik der für Hamburg bedeutenden Containerschifffahrt kombiniert. Die Container, zur Erschließung und zum Verweilen gedacht, werden in ein schlichtes Stahltragwerk eingebunden. Das ansprechende Farbkonzept und die gelungenen Proportionen lassen ein angenehm unaufdringliches Bauwerk entstehen. Konzept Für die IBA und die IGS 2013 in Hamburg soll ein Aussichtsturm entworfen werden. Der Standort liegt relativ zentral, auf dem höchsten Punkt des Geländes (in ca. 40 m Höhe) im Süden Hamburgs. In Assoziation zu den charakteristischen Merkmalen der Hafenstadt bilden Schiffscontainer die Entwurfsgrundlage. Der Aussichtsturm hat eine Seitenlänge von 11 x 11 m und eine Gesamthöhe von 97,5 m. Er trägt neun baugleiche Container, die in unterschiedlichen Ausrichtungen im Tragwerk Platz finden und diverse Funktionen beinhalten, wie z. B. Gastronomie und Ausstellungsflächen. Die Stirnseiten der Container sind verglast und ermöglichen den freien Ausblick auf die umgebende Landschaft. Die Container werden durch das Aufzugssystem miteinander verbunden (drei Container werden durchstoßen) und über ein komplexes Treppensystem erschlossen, das relativ frei innerhalb des Turmes hängt. Dadurch ist es möglich auf dem Weg zur Aussichtsplattform an verschiedenen Stellen zwischen Treppen und Aufzug zu wechseln. Bis zur Aussichtsplattform sind es 630 Stufen. Das Tragwerk des Turmes besteht aus vier vertikalen Hohlprofil- Hauptträgern im Abstand von 10 m, die mit horizontalen Querträgern verbunden werden. So entsteht eine Struktur mit quadratischem Grundriss und quadratischen Kassetten. Je Seite liegen neun Kassetten übereinander. Die Kassettenfelder von 10 x 10 m werden durch diagonale Zugseile ausgesteift. Jede Kassette beinhaltet einen Container mit den Abmessungen von 3 x 3 x 10 m. Position, Ausrichtung und Nutzung der Container variieren. Windlasten wurden bei der Konstruktion berücksichtigt. Die horizontale Aussteifung erfolgt mittels Grund- bzw. Dachfläche der einzelnen Container und durch das Aussichtsplateau auf der 9. Etage. Die kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise der Containergrundfläche mit drei von vier Querträgern einer Ebene, wirkt einer Verformung entgegen. Die Container sind entweder mit der Grund- oder der Dachfläche mit der Querträgerebene verbunden. Das Knicken Ansicht einzelner Bauteile in Folge von Verkehrslasten ist durch die ausreichende Dimensionierung des Hohlprofils ausgeschlossen. Der Aufzug befindet sich in einer Ecke des Turms und durchstößt die über ihm liegenden Container sowie die Aussichtsplattform. Container Treppenlauf (Teilansicht) Container, Level 2

22 20 Royal Blooming Lob Clementine Pohl (Entwurf), Sebastian Thor (3-D-Darstellung) Technische Universität Berlin/ Institut für Entwerfen, Konstruktion, Bauwirtschaft und Baurecht/ FG Tragwerksentwurf und -konstruktion Prof. Dr.-Ing. Eddy Widjaja, AA Dipl. Susanne Hofmann Laudatio der Jury Das Clubhotel Royal Blooming für junge Nachtschwärmer mitten im Plattenbaugebiet Ostberlins ist ein bemerkenswerter Beitrag auf dem Gebiet freier Formen. Die in einem filigranen Stahlgerüst eingesetzten transluzenten GFK- Kapseln bilden eine von weitem sichtbare Blüte als Stadtmarke. Bei entsprechender Ausstattung könnte dieses Clubhotel auch für die Silver-Generation interessant sein. Konzept Für die Formentwicklung dieser Aufsehen erregenden Hotel-Architektur stand ein Berliner Szene- Club Pate. Club Die vertikale Haupttragkonstruktion wird durch Stützen aus Rundrohren (Ø 50 cm) gebildet. Die horizontale Aussteifung erfolgt geschossweise durch zwei mit Querträgern verbundene, parallele Ringträger (25 x 50 cm Doppel- T-Querschnitt) entlang der geschwungenen Außenkubatur des Gebäudes. Alle Anschlüsse sind biegesteif ausgeführt. Die Aussteifung erfolgt über Rahmenwirkung (biegesteife Anschlüsse Träger-Stütze/Ring). Die massiven Gussknoten werden über Stirnplatten mit den Profilen der Ringträger, Stützen und Querverbindungen verschraubt. So wird der Ring von Diagonalaussteifungen freigehalten. Die Erschließung des Gebäudes erfolgt über den Ring, der durch das Traggerüst gebildet wird. Die Decken im äußeren Ring bestehen aus Filigranplatten. Ab dem 10. OG schließt sich ein filigranes Raum-Tragwerk an, in das die 120 vorgefertigten, ca. 5,5 x 2,5 x 2,5 m großen Zimmerkapseln eingesetzt werden. In ihrer Mitte entsteht ein Luftraum. Die kleinen Liebesnester bilden als selbsttragende, in sich abgeschlossene Kapseln die Außenhülle von Royal Blooming. Ihre Schalen bestehen aus GFK-Sandwich mit innen liegenden Rippen zur Stärkung der Stabilität, transluzenter Wärmedämmung sowie innen liegendem Installationssystem. Der eingehängte Club, das Herz von Royal Blooming, wirkt schwebend und wird über den äußeren Ring erschlossen. Der gläserne Pool liegt auf einem Seilnetz auf, welches im 10. OG an den hier als Fachwerkträger ausgeführten Ring angeschlossen wird. Um die großen Spannweiten im Inneren stützenfrei zu überbrücken, verlaufen die Deckenträger (Stahl- Hohlkastenquerschnitt) entlang der Hauptmomentenlinie. Diese Konstruktion ist von der Struktur eines Riesen-Seerosenblattes inspiriert. Die Deckenplatten bestehen aus Glas. Die Lasteinleitung in den Baugrund erfolgt über KPP-Verfahren (Kombination aus Flächengründung und schwebender Pfahlgründung), um das Risiko von Setzungen und Verformungen zu verringern.

23 21 Meilenwerk Berlin (Erweiterung Neubau) Lob Christian Eichhorn, Florian Zahn Hochschule für Technik Stuttgart/ University of Applied Sciences Prof. Dipl.-Ing. Sebastian Jehle Laudatio der Jury Der Anbau an bestehende Hallen eines ehemaligen Straßenbahndepots kontrastiert zur klassischen Industriebausubstanz. Der mehrfach geknickte Baukörper, der als Ausstellungshalle für Oldtimer dienen soll, wurde als Stahlfachwerkkonstruktion geplant. Die Gestaltung der Fassade mit wetterfestem Stahl ist klar, sie wird lediglich durch wenige, große Lichtöffnungen durchbrochen. Die Außenwirkung wird durch die Gebäudeform erreicht. Die Arbeit ist ein gelungener Vorschlag zum aktuellen Thema des Bauens im Bestand. Konzept Das Meilenwerk in Berlin befindet sich in einem ehemaligen Straßenbahndepot, den sogenannten Wiebehallen. Der damalige Umbau wurde sehr behutsam durchgeführt. Der Neubau bringt ein architektonisches Wechselspiel aus Alt und Neu. Körpersprache, Erscheinungsbild und Funktionalismus waren die entwurfsbestimmenden Faktoren für das Meilenwerk II. Der Entwurf zeigt einen mehrfach geknickten Baukörper, dynamisch und spannungsgeladen, geprägt durch eine extrovertierte Ausstrahlung. Durch ihn soll das Meilenwerk ein neues Gesicht erhalten. Die Nutzung umfasst sowohl Ausstellung als auch Instandsetzung der Oldtimer. Der Besuchereingang befindet sich östlich, der Eingangsbereich zur Werkstatt westlich. Als Tragstruktur für den Neubau wird eine Stahlfachwerk-Konstruktion aus gewalzten Rechteck- Hohlprofilen mit eingesetztem Betonkern gewählt. Sie ist innenliegend und bleibt als architektonisches Stilmittel sichtbar. Für die Dacheindeckung wird Trapezblech gewählt. Bekleidet ist die Stahlkonstruktion mit zusammengeschweißten Platten aus wetterfestem Stahl. Der dunkle, leicht changierende Farbton seiner Oberfläche wirkt warm und natürlich, aber zugleich rau und puristisch. Durch die ganzheitliche Einfassung des Baukörpers wird eine monolithische Wirkung erzielt, die einer Skulptur ähnelt. Für ausreichendes Tageslicht sorgen großflächige Öffnungen von bis zu 32 m 2. Die Fensterflächen werden von einem 30 cm breiten, pulverbeschichteten Stahlblechrahmen gefasst, der in seiner Oberfläche der Fassade ähnelt, wogegen er durch seine Farbgebung im Kontrast zur rostig braunen Fassade steht. Manchmal braucht es Kontraste, um Harmonie zu erzeugen dieser Leitgedanke durchzieht die gesamte Entwurfsfindung.

24 22 Gästehaus der WWU Landhaus Rothenberge Lob Daniel Büning, Steffen Kronberg, Lars Plichta Fachhochschule Münster/ Fachbereich Architektur Prof. Prof. h. c. Dipl.-Ing. Herbert Bühler Laudatio der Jury Die Aufgabe, ein Gästehaus für die Unterbringung von Seminarteilnehmern eines benachbarten Tagungszentrums zu entwerfen, wurde mit einem aufgeständerten Baukörper gelöst. Das klare, unaufgeregte Gebäude steht in seiner Modernität im spannenden Dialog zur Altbebauung und der parkartigen Landschaft. Durch den Einsatz des Werkstoffes Stahl ist eine sehr gelungene Lösung erzielt worden. Konzept Das Gästehaus sollte mindestens acht Zimmer und weitere Seminarräume beherbergen. Der Entwurf spielt mit dem Charakter des Ortes und bringt Assoziationen zu den Bäumen im Park. Die Nutzungen sind unterschiedlichen Höhenniveaus zugeordnet. Die Erschließungsebene ist vollständig geöffnet, das Gebäude aufgeständert, der Geländeverlauf erfahrbar. Eine Rampe führt den Besucher nach oben, ein Betonkern mit Wendeltreppe erschließt das Obergeschoss. Die von Stützen und Säulen getragene Wohnebene vermittelt Schutz und Geborgenheit. Die obere Aussichtsebene schwebt, nur am Stamm (Betonkern) gehalten, über dem Gebäude. Ein großer Austritt auf der Höhe der Baumkronen ermöglicht freie Blicke in die schöne Hügellandschaft. Als Tragwerk wird eine aufgeständerte Stahlfachwerkkonstruktion mit Betonkern gewählt. Das Primärtragwerk bilden drei raumhohe Fachwerkträger, das Sekundärtragwerk besteht aus auskragenden Fachwerken in den Zwischenwänden der Wohnzellen. Die einzelnen Felder der Decke werden durch Auskreuzungen ausgesteift. Die Aussteifung des Bodens wird durch eine kraftschlüssige Verbindung des Trapezblechs (mit Aufbeton) und der einzelnen Untergurte erzielt. Die geringe Stützenanzahl unterstreicht den schwebenden Charakter des Gebäudes. Die oberste Ebene ist offen und leicht gestaltet, was durch schlichte Detaillösungen und großzügige Glasflächen im Konferenzraum erreicht wird. Die Gebäudeelemente einschließlich der Kerne der Wohnzellen können großenteils vorgefertigt und auf der Baustelle montiert werden. Dies ist besonders wirtschaftlich und beschleunigt den Bauablauf.

25 23 Hülle

26 24 Eine Berghütte aus Feinblech Lob Fabian Nienhaus, Emil Peus RWTH Aachen/ Fakultät für Architektur Lehrstuhl für Tragkonstruktion Dipl.-Ing. Ralf Herkrath Laudatio der Jury Aus selbst tragenden, facettierten Feinblechen wurde eine Wohnhöhle entworfen. Die skulpturale Figur bildet eine Landmarke mit schmeichelnder Persönlichkeit. Konstruktion und Materialeinsatz aus dünnem Stahlblech unterstreichen die filigrane Eleganz dieses Raumfaltwerks aus Freiformflächen. Vor allem die Genese dieser Arbeit hat die Jury überzeugt. Konzept Die Form der Schutzhöhle ergibt sich aus der Funktion heraus. Die S Krümmung ermöglicht von innen den Blick auf einen Gipfel und ins Tal der Bergregion. Aus der entworfenen Freiformfläche wird eine Netzstruktur entwickelt. Die Netzstruktur wird in Dreiecksflächen unterteilt. Von diesen Dreiecken werden die Mitten über den Höhenvektor hochgelotet. Der so gefundene Hochpunkt wird mit den Ecken der Dreieckfläche verbunden und schafft die innere Struktur aus Pyramiden. Die äußere Struktur aus Hexagonen entsteht zwischen den Hochpunkten der Pyramiden. So bildet sich ein in sich steifes Faltwerk. Für den Bau dieses Faltwerks werden die Hexagone in jeweils drei sechsseitige Pyramiden unterteilt. Diese sind einfach und präzise aus Feinblech kantbar und werden über an den Kanten angebrachte Flansche gefügt. Die Flansche verstärken zusätzlich die Kanten der Struktur. Die Röhrenform des Entwurfs nutzt die statisch in sich steife Konstruktion optimal aus und ermöglicht eine minimale statische Höhe des Faltwerks. Die Hexagone auf der Außenhaut können daher mit sehr flachen Winkeln gekantet werden und weisen Wind und Wasser effektiv ab. Nach innen reflektiert die Struktur die Wärme und reduziert den Wärmeverlust. Entwurfsprozess Durch die Facettierung entsteht ein abwechslungsreiches Lichtund Schattenspiel im Innen- und Außenbereich. Die Schutzhütte bietet acht bis zehn Personen Platz. Weil ihre Blechstruktur keine ebene Fläche bildet, eignet sie sich nicht als Schlafuntergrund. Der Innenraum erhält deshalb drei Holzbohlenplateaus in einer Länge von min. 2 m. Der Raum verkleinert sich über den Schlafebenen stetig in Breite und Höhe. Ein Ofenrohr führt vom Sitzkreis ausgehend der Decke entlang in den hinteren Teil der Höhle und ragt dort durch das Ausguckloch ins Freie. Die in diesem Entwurf erprobte Feinblechstruktur liefert Anregungen für den kostengünstigen Fassadenbau. Die standardisierten Fassadenelemente werden in der Werkstatt vorgefertigt und anschließend auf der Baustelle lediglich montiert. Neben einer Zeitersparnis ist eine Produktion mit geringen Toleranzen und einer fortwährenden Qualitätssicherung möglich. Facettierte Blechfassaden bieten den Vorteil, durch gesteuerte Ausbildung der Bauteilgeometrie Bestandteil des Tragwerks zu werden. So können Nebenträgerlagen eingespart oder flächige Bereiche dünner bemessen werden. Metallbleche können zudem gut recycelt werden.

27 25 Messe Pavillon mit Stahl Lob Christian Bonefeld Fachhochschule Dortmund University of Applied Sciences/ Fakultät für Architektur Prof. Dr.-Ing. Helmut Hachul Laudatio der Jury Von der reinen Produktschau hat sich die heutige Messelandschaft zu temporären Marketing- und Kommunikationsplattformen entwickelt. Bei diesem Entwurf für den Messestand eines blechverarbeitenden Betriebes wurde aus firmeneigenen Produkten eine repräsentative Raumskulptur in Form einer Möbius-Schleife entwickelt. Ihre Filigranität wurde durch gekantete, leichte U- und Z-Profile erreicht. Zur Aussteifung der Konstruktion wurden die verdrehten Längsprofile mit den queraussteifenden U-Profilen im Clinching-Verfahren kraftschlüssig verbunden. Die Steifigkeit der einzelnen Schleifen, die statisch in einem Auflager am Gitterrostboden befestigt sind, wird durch die dünne Edelstahl-Blechhaut sichergestellt. Ästhetik, Konstruktion und Materialeinsatz überzeugen und könnten zu einem außergewöhnlichen Messeauftritt mit Signalwirkung führen. Konzept Für den repräsentativen Messepavillon stand eine Fläche von 150 m 2 zur Verfügung bei einer max. Höhe von 10 m. Der Entwurf sollte die Möglichkeiten und die Flexibilität von Blech eindrucksvoll demonstrieren. So entstand die Idee zweier ineinander greifender Möbiusschleifen. Eine Möbiusschleife, auch Möbiusband genannt, ist eine zweidimensionale Struktur, die nur eine Kante und eine Fläche hat. Boden und Möbiusschleife bestehen aus einzelnen Modulen, um das Demontieren und den späteren Wiederaufbau zu gewährleisten. Jedes Modul der Schleife ist individuell gefertigt und besteht aus einem Blech. Im Haupttragwerk, das mit der Möbiusschleife läuft, wird das Blech zu einem Träger im Z-Profil gebogen. Zur Queraussteifung werden Bleche zu kleinen U-Profilträgern gebogen und durch das Clinching-Verfahren mit den Profilen dauerhaft verbunden. Die Längsaussteifung erfolgt durch eine Haut aus Blech, die über die Z-Profile gezogen und durch Einpressmuttern an den Profilen befestigt wird. Ein Streifen aus Dioden, an der Kante jedes Profils, kennzeichnet den Verlauf der Schleife. Die Verbindung der Module erfolgt über kleine Verbindungsbleche, die über Einpressmuttern verschraubt werden. Jede Schleife wird auf einer Bodenplatte aus Blech befestigt, die wiederum mit dem Messeboden verbunden ist. Der Boden des Pavillons besteht aus Gitterrostmodulen, die auf einer Unterkonstruktion aus Trägerblechen aufliegen. Die Kabelführung erfolgt durch Aussparungen in der Unterkonstruktion über den gesamten Boden des Messestandes. Sitzmöglichkeiten und Verkaufstheke bestehen ebenfalls aus einer Gitterrostkonstruktion und Trägerblechen, wobei die Seitenfronten der Sitze, Theke und des Pavillonbodens in eine Führschiene eingespannt werden.

28 26 Nichtlinearer Längskraftund Biegemomentverlauf in den Schrauben vorgespannter T-Stummel Lob Daniel König Technische Universität Darmstadt/ Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik Dipl.-Ing. Tomas Göpfert Bild 1: In Prüfmaschine eingespannter Prüfkörper mit Anschluss DAST-typisierte Verbindung IH 3.1 A Bild 2: Starkes Klaffen der Kontaktfuge im Zustand des Kantentragens bei Anschluss DAST-typisierte Verbindung ICH 3.1 A Bild 3: Krümmung der Stirnplatte durch Schweißeigenspannungen bei Anschluss DAST-typisierte Verbindung ICH 3.1 A Laudatio der Jury In der Arbeit wird der Geltungsbereich des von Lehmann für Ringflanschverbindungen vorgeschlagenen Modells des elastisch gebetteten Balkens auf die Quantifizierung des Längskraftund Biegemomentenverlaufs in den Schrauben vorgespannter T-Stummel ausgeweitet. Hierfür wurden als Ansatzfunktion Parabeln 4. bzw. 3. Ordnung gewählt, deren Parameter durch Versuche angepasst wurden. Mit dem entwickelten, nichtlinearen Verfahren kann der Schnittkraftzustand in den Schrauben vorgespannter T-Stummel in erster Näherung quantifiziert werden. Die klar strukturierte, methodische Untersuchung regt zur Fortsetzung der Forschungsaktivität an. Konzept Bisher gibt es kein Modell, in dem der Zusammenhang zwischen der äußeren Zugkraft an einem vorgespannten T-Stummel und den in den Schrauben herrschenden Normalkräften und Biegemomenten erfasst wird. Ausgehend von dem Berechnungsmodell von LEHMANN für L-Flansche wurde das Modell des elastisch gebetteten Balkens auf T-Stummel übertragen. Dies konnte durch Anbringen einer verschieblichen Einspannung auf der vertikalen Symmetrieachse, anstatt des von LEHMANN verwendeten freien Endes, erreicht werden. Im Stabwerksprogramm RSTAB wurde das Modell für drei verschiedene Geometrien umgesetzt und es wurden die Schraubenkraft und das Moment in der Schraube für verschiedene äußere Zugbelastungen berechnet. Die sich ergebenden Verläufe entsprachen qualitativ den Verläufen von L-Flanschen. Anhand von je einem Zugversuch pro Versuchsgeometrie sollte die Qualität des Berechnungsmodells bestimmt werden. Für zwei Versuchskörper konnte eine gute Übereinstimmung der Schraubenkräfte von Rechnung und Versuch festgestellt werden, wenn die durch Schweißeigenspannungen aufgetretenen Imperfektionen (Krümmung der Flansche) berücksichtigt wurden. Bei den Biegemomenten waren die Übereinstimmungen geringer, was aber auch auf die unsicheren Messergebnisse zurückzuführen war. Des Weiteren wurde nach einer analytischen, nichtlinearen Näherungslösung gesucht. Die Verläufe teilen sich in vier Bereiche mit unterschiedlichen statischen Systemen auf. Für die drei Versuchskörper wurden die Verläufe aus einem Parabelteil mit anschließender Geraden nachgebildet. Es wurde eine Parabel 4. Ordnung für die Längskraft und einer Parabel 3. Ordnung für das Biegemoment der Schraube angenähert. Die Steigungen der linearen Verläufe wurden aus dem Modell des Kantentragens gewonnen. Die Näherungslösung liefert für die drei Versuchskörper akzeptable, aber nicht auf der sicheren Seite liegende Ergebnisse. Durch die Suche weiterer Fixpunkte auf dem Kurvenverlauf kann die Güte der Näherungslösung verbessert werden. Zusätzlich sollte in das Modell die Möglichkeit zur Berücksichtigung von Imperfektionen eingebaut werden. Weitere Versuche mit unterschiedlichen Geometrien werden angeregt.

29 27 Untersuchung des Setzverhaltens von hochfest vorgespannten Schraubenverbindungen unter zyklischer Beanspruchung Lob Sebastian Proff Technische Universität Darmstadt/ Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange Dipl.-Ing. Roland Friede Statische und zyklische Versuchsergebnisse Laudatio der Jury Die Arbeit untersucht das unterschiedliche Vorspannungsabfallverhalten von planmäßig vorgespannten Schraubenverbindungen im Stahlbau unter Berücksichtigung der gängigen Beschichtungssysteme und deren Zähigkeit. Die mit Experimenten sorgfältig unterlegte Ausarbeitung gibt bedenkenswerte Anstöße, das Verhalten weiterer Beschichtungsstoffe und Schichtdicken bei Verbindungen unter 100 % Vorspannung und vorwiegend nicht ruhender Beanspruchung weiter systematisch zu untersuchen. Konzept Bei der Korrosionsbeschichtung von Stahlbauteilen im Werk wird auch Beschichtungsstoff auf die Kontaktflächen von planmäßig vorgespannten Scher-Lochleibungs- Verbindungen (SLV-Verbindungen) aufgetragen. Die Dicke der im Kraftfluss liegenden Beschichtung kann die Längenänderung der Schraube durch das Vorspannen um ein Vielfaches übertreffen. Hierdurch kann es zu einem Abfall der Vorspannkraft durch Herausquetschen der Beschichtung aus der Trennfuge der Verbindung (Setzen) kommen. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer wechselnden Scherbeanspruchung mit Gleitung in der Trennfuge von hochfest vorgespannten (HV) Schraubenverbindungen zu untersuchen. Dabei wurden zwei verschiedene Beschichtungssysteme (auf Epoxidharzbasis bzw. Alkydharzbasis) in je zwei Schichtdicken (70 bzw. 80 µm) und unbeschichtete Probekörper betrachtet. Der Einfluss der Schichtdicke bestätigte sich, bei den dickeren Beschichtungen wurde mehr Material aus der Trennfuge herausgerieben, als bei den dünneren. Der höhere Abfall der Vorspannung entsprach aber nicht dem Verhältnis der Schichtdicken, sondern fiel geringer aus. Die Beschichtungen zeigten in den zyklischen Versuchen ein anderes Verhalten als in den statischen. Obwohl die weichen Beschichtungen höhere statische Verluste als die harten aufwiesen, war dies bei den zyklischen Versuchen umgekehrt. Daher kann keine Aussage über das zyklische Verhalten einer Beschichtung anhand des Eignungsvermerkes in DIN getroffen werden. Vielmehr wird auf Grundlage der durchgeführten Versuche eine Abhängigkeit von der Zähigkeit bzw. Sprödigkeit der Beschichtung erwartet. Unabhängig von der Beschichtung wurde festgestellt, dass hohe Verluste bei einer Verschiebung in der Verbindung auftraten und diese bei wenigen Lastwechseln schon beachtliche Größen erreichten, nach einem Lastwechsel bereits 6 25 %. Um die Verluste so gering wie möglich zu halten, wird vorgeschlagen, der Abnahme der Vorspannkraft durch regelmäßige Wartung entgegen zu wirken. Bei SLV-Verbindungen ist nur in wenigen Fällen mit Lastwechseln mit Schlupf in der Verbindung, z. B. durch Windbeanspruchung, zu rechnen. Angesichts der Komplexität des Vorgangs sollte das Verhalten anderer Beschichtungsstoffe mit verschiedenen Schichtdicken weiter untersucht werden.

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