Transparente Schalen

Form, Topologie, Tragwerk
1. Auflage 2015
ISBN: 978-3-433-03120-9
Verlag: Ernst W. + Sohn Verlag

Buch, Deutsch, 256 Seiten, Format (B × H): 220 mm x 279 mm, Gewicht: 1092 g

Gläserne Netzkuppeln als Überdachungen veredeln Gebäude und städtebauliche Ensembles. Die konstruktiven und ökonomischen Vorteile sind zugleich gestalterische Vorteile: mit den Stahl-Glas-Konstruktionen werden Transparenz und Leichtigkeit assoziiert. Wenn die gefundene Form mit der Funktionalität einhergeht, dann wird dieses Versprechen eingelöst.
Das vorliegende Buch ist die erste umfassende und lehrreiche Darstellung von Entwurf, Konstruktion und Berechnung filigraner, doppeltgekrümmter, weitgespannter verglaster Schalen. Anschaulich und leicht nachvollziehbar werden die Geometrieprinzipien zum Entwurf der Schalentragwerke erläutert, die mit Modulen von handelsüblichen CAD-Programmen leicht anzuwenden sind. Es wird gezeigt, wie fließende und homogene Strukturen für nahezu beliebige Formen erzeugt werden können, insbesondere Stabstrukturen aus ebenen Vierecken, die sich für die Verglasung mit ebenen Scheiben eignen. Anhand von ausgeführten Beispielen werden die neuesten Methoden der Formfindungsberechnung und Optimierung durch die komplexe Interaktion von Statik, Form und Topologie praxisnah erklärt. Im Ergebnis stehen geistreiche Netzkonstruktionen mit minimalem Gewicht.
Hier besonders zeigt sich die berufene Hand des Autors: zahlreiche weltweit gebaute Beispiele aus den Jahren 1989 bis 2014, darunter das Flusspferdehaus im Zoo Berlin (1997), die Glaskonstruktionen der DZ Bank in Berlin (1998), und die Messe Mailand (2005), dienen der Orientierung und Hilfestellung bei der Planung. Die wesentlichen Entwurfsparameter, die Netzstrukturen und die Knotendetails werden vorgestellt und bewertet. Das gesammelte, bei schlaich bergermann und partner erarbeitete Wissen bezüglich der transparenten Schalentragwerke, wurde hier aufbereitet und der Fachwelt zur Verfügung gestellt.

Autoren/Hrsg.

Schober, Hans

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Bauingenieurwesen Konstruktiver Ingenieurbau, Baustatik

Inhaltsverzeichnis

Geleitwort Jörg Schlaich
Vorwort
1 Allgemeines zu Schalen, Zum Entwurf von Schalen
2 Geschichtliches, Historische Beispiele
3 Konstruktionsprinzip von Netzkuppeln
3.1 Entwicklung des Konstruktionsprinzips
3.2 Konstruktion der Netzkuppeln in Neckarsulm (Freizeitbad) und Hamburg (Museum für Geschichte)
4 Geometrieprinzipien für Netzkuppeln mit ebenen Viereckmaschen
4.1 Geometrieprinzip für Translationsflächen
4.2 Tonne als einfachste Translationsfläche
4.2.1 Optimale Profilkurve
4.2.2 Tonnenaussteifung
4.2.3 Tonne in Zollinger-Bauweise
4.3 Rotationsflächen
4.3.1 Reihung von Rotationsflächen
4.3.2 Eindimensionale Streckung und Rotation
4.4 Kuppeln als Translationsflächen
4.4.1 Optimaler Stich von Kuppeln
4.4.2 Beispiele für kuppelartige Translationsflächen
4.4.3 Reihung von Translationsflächen
4.5 Hyperbolisches Paraboloid mit ebenen Viereckmaschen
4.5.1 Zum Tragverhalten von Hyparschalen mit geraden Rändern
4.5.2 Hypar als Translationsfläche mit ebenen Vierecken
4.5.3 Hypar als Regelfläche mit ebenen Vierecken
4.5.4 Gleichung des Hypars bei gegebenen 4 geraden Rändern
4.5.5 Ausschnitte aus Hypar-Flächen entlang der Erzeugenden
4.5.6 Reihung von Hyparflächen
4.5.7 Entwässerung "ebener" Flächen
4.6 "Schiefe" Translation
4.7 Geometrieprinzip für Streck-Trans-Flächen
4.7.1 Zur Streckung räumlicher Kurven
4.7.2 Streck-Trans-Flächen
4.8 Lamellenkuppeln mit ebenen Viereckmaschen
4.8.1 Die reguläre Lamellenfläche
4.8.2 Ausschnitte aus Lamellenflächen
4.9 Streckung doppeltgekrümmter Flächen aus ebenen Viereckmaschen
4.10 Anwendung Geometrieprinzip für räumliche Blechkonstruktionen
4.11 Anwendung Geometrieprinzip für Schalungen im Betonbau
5 Freigeformte Netzkuppeln
5.1 Netzkuppeln mit ebenen Viereckmaschen auf freien Formen
5.2 Netzkuppeln mit verwundenen Viereckmaschen
5.3 Kombination von ebenen Viereck- und Dreieckmaschen
6 Formfindung und Optimierung von Netzkuppeln
6.1 Formfindung mit Hängemodell
6.2 Formfindung mit Membranelement
6.3 Formfindung auf Basis der Dynamischen Relaxation und der Kraftdichtemethode
6.4 Holistische "Formfindung" mittels Formoptimierung
7 Zur Statik von Netzkuppeln
7.1 Nachweis Verglasung
7.2 Nachweis Tragwerk
8 Ausgeführte Beispiele
8.1 Liste gebauter verglaster Schalen
8.2 Knotenverbindungen
8.2.1 Allgemeines
8.2.2 Geschraubte Knoten
8.2.3 Geschweißte Knoten
9 Ganzheitlicher Entwurf - Entwicklungen und Ausblick
 
Literatur
Literatur zu Projekten
Projektregister
Bildnachweise
Impressum

Geleitwort 6

Vorwort 6

Würdigung und Danksagung 8

Über den Autor 9

Unter Mitwirkung von 10

1 Allgemeines zu Schalen 13

1.1 Zum Entwurf von Schalen 14

2 Geschichtliches 19

2.1 Historische Beispiele 20

3 Konstruktionsprinzip von Netzkuppeln 31

3.1 Entwicklung des Konstruktionsprinzips 32

3.2 Konstruktion der Netzkuppeln in Neckarsulm und Hamburg 40

4 Geometrieprinzipien für Netzkuppeln mit ebenen Viereckmaschen 49

4.1 Geometrieprinzip für Translationsflächen 51

4.2 Tonne als einfachste Translationsfläche 53

4.2.1 Optimale Profilkurve 55

4.2.2 Tonnenaussteifung 56

4.2.3 Tonne in Zollinger-Bauweise 63

4.3 Rotationsflächen 64

4.3.1 Reihung von Rotationsflächen 67

4.3.2 Eindimensionale Streckung und Rotation 70

4.4 Kuppeln als Translationsflächen 72

4.4.1 Optimaler Stich von Kuppeln 73

4.4.2 Beispiele für kuppelartige Translationsflächen 74

4.4.3 Reihung von Translationsflächen 79

4.5 Hyperbolisches Paraboloid mit ebenen Viereckmaschen 80

4.5.1 Zum Tragverhalten von Hyparschalen mit geraden Rändern 82

4.5.2 Hypar als Translationsfläche mit ebenen Vierecken 84

4.5.3 Hypar als Regelfläche mit ebenen Vierecken 87

4.5.4 Gleichung des Hypars bei gegebenen vier geraden Rändern 91

4.5.5 Ausschnitte aus Hypar-Flächen entlang der Erzeugenden 94

4.5.6 Reihung von Hyparflächen 101

4.5.7 Entwässerung „ebener“ Flächen 112

4.6 „Schiefe“ Translation 113

4.7 Geometrieprinzip für Streck-Trans-Flächen 122

4.7.1 Zur Streckung räumlicher Kurven 122

4.7.2 Streck-Trans-Flächen 125

4.8 Lamellenkuppeln mit ebenen Viereckmaschen 132

4.8.1 Die reguläre Lamellenfläche 135

4.8.2 Ausschnitte aus Lamellenflächen 136

4.9 Streckung doppelt gekrümmter Flächen aus ebenen Viereckmaschen 137

4.10 Anwendung Geometrieprinzip für räumliche Blechkonstruktionen 140

4.11 Anwendung Geometrieprinzip für Schalungen im Betonbau 142

5 Freigeformte Netzkuppeln 147

5.1 Netzkuppeln mit ebenen Viereckmaschen auf freien Formen 149

5.2 Netzkuppeln mit verwundenen Viereckmaschen 150

5.3 Kombination von ebenen Viereck- und Dreieckmaschen 154

6 Formfindung und Optimierung von Netzkuppeln 161

6.1 Formfindung mit Hängemodell 163

6.2 Formfindung mit Membranelement 165

6.3 Formfindung auf Basis der Dynamischen Relaxation und der Kraftdichtemethode 168

6.4 Holistische „Formfindung“ mittels Formoptimierung 175

7 Zur Statik von Netzkuppeln 185

7.1 Nachweis Verglasung 186

7.2 Nachweis Tragwerk 186

8 Ausgeführte Beispiele 189

8.1 Liste gebauter verglaster Schalen 190

8.2 Knotenverbindungen 208

8.2.1 Allgemeines 208

8.2.2 Geschraubte Knoten 214

8.2.3 Geschweißte Knoten 229

9 Ganzheitlicher Entwurf – Entwicklungen und Ausblick 239

Literatur 250

Literatur zu Projekten 251

Projektregister 252

Bildnachweise 254

Impressum 256

Über Autor(innen)

Im vorliegenden Buch hat der Verfasser seine im Büro schlaich bergermann und partner an vielen ausgeführten Projekten gesammelten Gedanken, Erfahrungen und Neuentwicklungen bezüglich der transparenten Schalen niedergelegt.
Dr.-Ing. Hans Schober studierte Bauingenieurwesen und promovierte an der Universität Stuttgart. Er trat 1982 in das Büro Schlaich Bergermann und Partner ein. 1992 wurde er Partner im Stuttgarter Büro und leitete ab 2005 die Niederlassung New York City. 2009 ging er zurück nach Stuttgart und ist seit 2013 als Berater tätig. Als Schüler von Jörg Schlaich widmete er sich in dieser Zeit u. a. den Fußgänger- und Eisenbahnbrücken, insbesondere jedoch den transparenten filigranen Schalen und verspannten Seilnetzfassaden. Weltweit bearbeitete er Projekte gemeinsam mit international renommierten Architekten, wie z. B. F. O. Gehry, Meinhard von Gerkan und Volkwin Marg (gmp), Rafael Vinoly, Hani Rashid (asymptote), David Childs (SOM), I. M. Pei, Cesar Pelli, Massimiliano Fuksas oder Shigeru Ban.

This book draws on the author?s contemplations and experiences, and includes his descriptions of recent developments in the field of transparent shell structures. He gathered these during his time with the engineering firm schlaich bergermann und partner.
Dr.-Ing. Hans Schober graduated in Structural Engineering at the University of Stuttgart, before joining schlaich bergermann und partner in 1982. In 1992 he became a partner at the Stuttgart headquarters, then taking over the position of managing director of the New York branch in 2005. In 2009 he then returned to Stuttgart as partner at sbp until 2013. Since then he has worked as a consultant. As a student of Jörg Schlaich he devoted his time to foot and railway bridges; focusing particularly on the design of filigree transparent shells and stayed cable net facades. On various projects he worked in collaboration with a number of internationally renowned architects including, amongst others, F. O. Gehry, Meinhard von Gerkan und Volkwin Marg (gmp), Rafael Vinoly, Hani Rashid (asymptote), David Childs (SOM), James Carpenter, I. M. Pei, Cesar Pelli, Massimiliano Fuksas, and Shigeru Ban.