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These 2 | Phase: Struktur | Manuela Tanja Schmid
Im Modul „Architektur & Struktur“ befasse ich mich mit der in der ersten
Abbildung gezeigten Struktur. Hierbei gibt es zwei unterschiedliche Körper,
wobei beide eine ähnliche Form haben (Definition von Form, siehe These
1). Der Kern, der im Längsschnitt eine Trapezform aufweist, druchdringt
asymmetrisch das zweite Volumen (im Schnitt ebenfalls trapezförmig).
Beim inneren Element ist die geneigte Fläche eine Scheibe (Aussenwand),
und beim anderen eine Platte (Dachkonstruktion). Im Weiteren gibt es im
Gebäudeinneren eine Rampe, welche die Räume miteinander verbindet. Sie
ist das dritte geneigte Element in meinem Projekt.
Aufgrund dieser Struktur und der Tatsache, dass ich mein Entwurfsprojekt
auf diese Woche betonieren musste, stellte sich die Frage, wie weit solche
schrägen Konstruktionen überhaupt noch in Ortbeton ausgeführt werden
können, respektive ob eine Schalung für eine geneigte Decke aufwändiger
ist als bei einer flachen. Und weshalb überhaupt? Ab welcher Neigung sind
schräge Flächen überhaupt eine Herausforderung, gibt es Unterschiede in
der Betonkonsistenz, muss der Beton anders verdichtet werden? Und welche
Anreize, Möglichkeiten, Nutzen bieten geneigte Decken für einen Architekten?
Ausgangslage.
«Obwohl geneigte Flachdecken einen grösseren Schalungs-aufwand erfordern, geben sie dem Architekten eine Richtung zur Gebäudestruktur und deren inneren Organisation vor.»
Fragestellungen.
Zwei geneigte Betonflächen bilden zusammen mit deren geraden Konstruktionen ein statisches System.Für die Struktur werden alle einzelne Teile voneinander abhängig.
Einleitung. Grundsätzlich sind geneigte Betonkonstruktionen keine Seltenheit. Im
Gegenteil, bei vielen Bauten treten Gefälle in der Tragkonstruktion auf,
wie beispielsweise bei einem Balkon oder einem Flachdach. Solche
Gefällsschichten sind in der Regel aber nur auf einer Seite (oben) und
betragen ca. 1-3%. Diese geringe Neigung wird meistens einfach mittels
einer zusätzlich angebrachten Lattung abtaloschiert.
Ebene Flachdecke > es treten nur Vertikalkräfte auf*;
Die einwirkenden Kräfte. Gemäss Ingenieur ist eine Neigung ab 5% eine effektiv schräge Fläche
und demnach eine grössere Herausforderung. Obwohl die Geometrie einer
geneigten Decke an sich noch die gleiche ist, treten im Gegensatz zu einer
horizontalen Decke bei einer geneigten Decke (durch das Eigengewicht)
seitliche Schubkräfte auf, die durch das Auflager aufgenommen werden
müssen.
Einseitig geringes Gefäll im alltäglichen Ortbetonbau; Bsp.: Flachdach> Gefälle führt Wasser ab;
Einfache Schalung> einzubringender Beton wird nur an der Deckenunterseite konstruktiv begrenzt;
Konterschalung / Doppelschalung> hat oben und unten eineBegrenzung für den fliessenden Beton;
Einbringung Beton
Ein
brin
gung
Bet
on
seitlicheSchubkräfte
Geneigte Flachdecke > es treten neben den Vertikalkräften auch Horizontalkräfte auf;*äussere Einflussfaktoren werden in diesem Rahmen nicht berücksichtig;
Die Betonzusammensetzung hängt bei geneigten Decken vor allem von der
Menge der Einlagen ab. Es ist besonders darauf zu achten, dass der Beton
trotz vielen „Hindernisse“ überall hinfliessen kann, weshalb er meist etwas
flüssiger angemischt wird. Doch genau das ist auch eine Herausforderung.
„Trotz vielen Einlagen darf der Beton auch nicht zu flüssig angemischt werden.“(Herr Deuber, gelernter Maurer | April 2014 )
Je mehr Einlagen es sind, desto schwieriger ist auch das Verdichten. Bei
einer Konstruktion mit vielen Einlagen ist es beispielsweise schwieriger mit
einer Vibriernadel (heutige Standard-Verdichtungsmethode) zu verdichten, da
die Nadel durch die engen Platzverhältnisse nicht richtig verdichten kann.
Überlegungen zur Verdichtung müssen so oder so unbedingt schon im
Vorraus gemacht werden. Doch manchmal ist es nicht möglich, Einlagen
oder Bewehrung wegzulassen, sodass in solchen Fällen selbstverdichtender
Beton verwendet wird (kommt aus diesem Grund auch oftmals bei
Umbauten zum Einsatz).
Die Schalungen.
Die Betonkonsistenz und das Verdichten.
Bei einer ebenen Flachdecke wird normalerweise eine einfache Schalung
ausgeführt. Dabei wird nur die untere Seite der Decke geschalt und
die obere abtaloschiert. Bei geringen Neigungen haftet der Beton beim
Einbringen an der Bewehrung, bei steileren rutscht er allerdings hinunter. In
solchen Fällen wird auf der Oberfläche eine weitere Schalung angebracht,
so dass der Frischbeton nicht wegfliesst. Als Konterschalung (oder auch
Doppelschalung genannt) wird oftmals eine normale Wandschalung gedreht,
bei der der Druck am unteren Ende wie bei einer vertikalen Wand über die
Schalungsbinder zusammengebunden wird und somit dem Betondruck
standhält.
Höhenverstellbare Stütze trägt Schalungskonstr; Stützenkopf in Höhe und Winkel flexibel;
Schematisches Schalungskonzept einer geneigten Flachdecke;
Unterschiedliche Neigungender Steildächer (30° und 42°)
Sieben Bauvolumen aufeinandergestapelt. Innenraumbild.
Ab wann ist eine Vorfabrikation sinnvoller?
Da davon ausgegangen werden kann, dass spätestens ab einer Neigungen
von 30° ein zusätzlicher Schalungsaufwand in Kauf genommen werden
muss, kann man sich die Frage stellen, ob vorfabrizierte Elemente zum
Einsatz kommen.
In Gegensatz zu Ortbeton ist das Schalen im Werk sicherlich einfacher.
Auch kann (vor allem bei Sichtbeton) bei der Vorfabrizierung eine bessere
Betonqualität sichergestellt werden (sei dies in der Konsistenz, in der
Oberflächenbeschaffenheit oder in der Konstruktionsstärke).
Trotz vieler Vorteile waage ich es zu bezweifeln, dass geneigte Decken ab
einem Winkel von 25° per se vorfabriziert werden sollten. Bei vorfabrizierten
Elementen sind in jedem Fall die maximalen Dimensionen, respektive der
Transport zu berücksichtigen. Bei vielen Werken liegen diese im Bereich
2.50 m (Breite) / 30.00 (Länge) m. Die Ausführung wird im Weiteren durch
die Anzahl der geneigten Elemente, der finanziellen Mitteln und/oder
dem architektonischen Konzept bestimmt. In jedem Bauvorhaben sollte
aber mit einem Fachplaner besprochen werden, welche Ausführung im
Zusammenhang mit der architektonischen Konzeptidee im konkreten Fall
sinnvoller ist.
Bei geneigten Flachdecken treten zum einen mehr Kräfte auf und zum
anderen benötigen sie ab einem gewissen Neigungswinkel zusätzliches
Schalungmaterial. Den genauen Winkel, ab welcher mit einer Konterschalung
betoniert werden muss, ist schwierig eindeutig zu definieren.
Gemäss einer Universität in Deutschland können in der Regel Neigungen
bis 25° ohne Rückenschalung betoniert werden. Bei steileren Flächen wird
geraten, Rücksprache mit einer Fachperson zu nehmen.
Bei meiner Recherche bin ich aber auf ein Beispiel gestossen, welches diese
„Faustregel“ sogar übertrifft.
Die schweizer Architekten Herzog & de Meuron zeigen am Beispiel
des VitraHauses sieben aufeinandergestapelte Bauvolumen, deren
Dachneigungen 30° und 42° sind. Die 30° Schrägen wurden an Ort und
ohne Konterschalung betoniert, während die 42° geneigten Decken eine
zusätzliche Rückenschalung und Verflüssigungsmittel benötigten.
„Machbare“ Neigung.
Bei Sichtbeton sollte die Konstruktionsstärke (in Ortbeton oder vorfabriziert ausgeführt) nicht zu tief angesetzt werden, weil immer zusätzlich bewehrt werden muss, um Risse zu minimieren.
Ausführungen anhand meines
Arch+Stru Projekts:*
Nach den Ausführungen zur Herstellung von geneigten Flachdecken
interessiert jetzt noch, wie solche geneigten Deckenkonstruktionen in einem
Raum wahrgenommen werden.
Grundsätzlich kennen wir geneigte Deckenkonstruktionen vor allem von
Satteldächern, Pult- oder Schmetterlingsdächern. Hierbei ist allerdings nur
der Dachstock geneigt, die anderen Geschosse haben Wände und Decken,
die klar vertikal und horizontal konstruiert sind. Diese Verknüpfung von
horizontalen und vertikalen Elementen führt zum „ausgewogenen Verhältnis“.
In der griechischen Architektur (Klassik, Romanik, Klassizismus) stand dies
für ein Zeichen „gemässigter Macht“.
Schräglagen werden im Allgemeinen eher als unruhig, dynamisch oder
dramatisch aufgenommen, senkrechte bzw. waagerechte Formelemente
dagegen als ausgewogen, ruhig, sicher und stabil.
*Ausführungen in diesem Kapitel entspringen subjektiv; basieren auf eigener Einschätzung und Kommentaren von Mitstudenten;
Was bedeuten Schrägen in der Architektur?
Um die folgenden Ausführungen anschaulicher zu machen, zeige ich sie
anhand meines Entwurfsprojektes. Es gibt zwei Volumen, die ähnlich sind
und einander durchdringen.
Im folgenden beschränke ich mich auf die genauere Betrachtung des oberen
Volumes. Hierbei gibt die geneigte Fläche gegensätzliche Richtungen (nord/
süd, aufwärts/abwärts) vor:
Beide Einzelvolumen haben je nur 1 schräge Fläche, dazu jeweils 5 vertikale/horizontale Flächen;
Nur eine Schräge im orthogonalen Feld wird als ein Reiz oder eine Spannung
im Gesamten betrachtet. Welche Auswirkungen haben aber mehrere
geneigte Elemente in einem Raum?
Auch mehrere Schrägen können interessant sein, sie bewirken allerdings
auch eine gewisse Unruhe und Unüberschaubarkeit. Diese können mittels
anderen klar gegliederten Elementen (Materialien, Licht, Raumhöhe, o.ä,)
ausgeglichen werden.
Der Architekt Daniel Libeskind betont schräge Formen mittels Licht- und Raumführung noch zusätzlich.
Schräge Wand ‚widerspricht‘ geneigter Decke, weil sie komplett andere Fluchtrichtungen hat;
Hier gibt es hingegen klare Linien, alle Wände sind in die gleichen Richtungen wie die Decke orientiert;
Verschieden orientierte Wände, geben die Idee „verschiedene Richtungen“ der Decke wieder;
- HSLU: Reader Beton. Luzern 2014.- Bauingenieur: Hr. Froidevaux.- Bauleiter: Hr. Waser.- Maurer und Hochbauzeichner: Hr. Deuber.- Vorfabrizierte Betonelemente: Hr. Müller.- Baustoffkunde für Bauberufe. Kapitel 7-Beton.- www.uni-kl.de (10.04.14).- www.betonsuisse.ch (10.04.14).
- Tec21 19/2010: Alles im Beton. Spaziergang der Kräfte.- www.daniel-libeskind.com (10.04.14).- www.doka.com (17.04.14).- www.forum.bauforum24.biz (17.04.14).- HSLU: Syntax. Zeichen&Zeichenbeziehungen Ordnungsfaktor Richtung. (VISKOP) FS13.- www.peri.com (17.04.14)- www.mbt-bautechnik.ch (17.04.14).
Quellenangabe.
Hochschule Luzern, Technik & Architektur | Stru+Mat FS 14 | Modulverantwortung: Angela Deuber
Fazit & Erkenntnisse. Schlussfolgernd ist die These «Obwohl geneigte Flachdecken einen
grösseren Schalungsaufwand erfordern, geben sie dem Architekten
eine Richtung zur Gebäudestruktur und deren inneren Organisation vor.»
grundsätzlich zu bestätigen.
Der grössere Aufwand erfolgt spätestens ab einer Deckenneigung
von 30°, wobei in jedem Fall frühzeitig ein Fachplanern/Unternehmer mit
Erfahrung hinzugezogen werden sollte. Idealerweise sollten Muster mit
der entsprechenden Schalungstechnik und der idealen Betonrezeptur
erstellt werden, so dass das gewünschte Ziel erreicht wird. Wenn
Sichtbeton erwünscht ist, sollten alle Beteiligten frühzeitig auf eine exakte
Ausführungsqualität sensibilisiert werden.
Auch ist die These insofern zu bestätigen, dass ein Raum durch
eine geneigte Decke geprägt wird. Durch eine Schräge entstehen
Richtungstendenzen und es gibt unterschiedliche Wahrnehmungen/
Empfindungen innerhalb eines Raumes. Eine geneigte Decke gibt Regeln
für das architektonische Konzept vor, indem sie auf zwei Seiten gerichtet ist.
Ein Hauptziel meines Konzeptes ist, dass die Gebäudestruktur die gesamte
Raumanordnung ‚logisch‘ in sich auffangen mag.
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