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HEX it

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von Thomas Schaiter

Betreuer: Markus Malin

Inhaltsverzeichnis

das Konzept

Ziel dieser Arbeit war es ein zweisinnig gekrümmtes Flächentragwerk zu entwickeln. Es sollte auf eine einfache kostengünstige Art mit wenig Materialien und geringer Konstruktionsstärke umsetzbar sein, jedoch über eine hohe Flexibilität verfügen und einen kennzeichnendes Raumcharakter bieten. Die Wahl fiel auf das statische System einer Gitterschale - welche Idealerweise in Holz und oder Stahl ausgeführt werden kann. Die statisch effektivste Form der Gitterschale wurde von Frei Otto mit dem Prinzip der Hängemodelle entwickelt. Jene Flächen nehmen ausgehend von beliebig definierten Auflagerpunkten und Randverläufen, durch das Fehlen von Steifigkeit, aufgrund der Schwerkraft selbstständig jene Form ein, die es ihr er erlaubt jede Last unter Normalspannung in Form von Zugkräften abzuleiten. Spiegelt man diese Fläche in der Horizontalen erhält man eine nur druckbeanspruchte Fläche.

die Methode

Diese selbstbildende Formen lassen sich auch über digitale Verfahren beispielsweise dem ncloth - system in maya in gewünschter Form simulieren. Annehmen können verschiedene Formen jedoch nur rechteckige oder sechseckige Netze, irreguläre Systeme sind nur für die ihnen entsprechende spezifische Form geeignet. Da es bereits aufgrund ihrer leichteren Realisierbarkeit zahlreiche Gitterschalen mit quadratischen Ausgangsmustern gibt stellte sich diese Arbeit die anspruchsvollere Aufgabe, diese mit einer hexagonalen Teilung und damit verbundenen, Komponentensystematik zu realisieren.

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Hex view.swf

Im nächsten Schritt differenziert ein weiteres script diese Flächen in weniger und stärker belastete Bereiche. Selbst wenn diese Fläche keine großen Quer - und Momentankräfte mehr aufnehmen muss, kann man mit konzentrierten Normalkräften im Bereich von punkt - oder schmalen linienförmigen Auflager rechnen. Um jedoch diese Möglichkeit der Raumgestaltung anbieten zu können, werden ausgehend von den zuvor definierten Auflagerpunkten Spannweiten realisiert und den einzelnen Flächenpunkten entsprechende Werte zugewiesen ( siehe System- und Kalkulationsgrafik). Diese weisen in weiterer Folge dem hexagonalen Element unteerschiedlichen statische Höhen zu um das benötigte druckaufnahmefähiges Material zur Verfügung zu stellen.

Das hexagonale Element selbst, setzt sich aus ausschließlich dreieckigen und daher planaren Flächen zusammen. Dies sind zum einen Lamina - Flächen in der Seitenmitte um eine einfache kraftschlüssige Verbindung mit dem benachbarten Element zu ermöglichen, bzw. abgeschrägten Elementen im Bereich der Ecken um einen biegesteifen Knoten über die Form einer dreiseitigen Pyramide zu erzeugen. Dieser Knoten sind erforderlich um außerhalb des statischen Systems befindliche Kräfteverläufe wie einseitige Schneelasten oder seitlich angreifende Windlasten abzufangen zu können ohne auf ein weiteres formfremdes Subsystem zurückgreifen zu müssen. Gleichzeitig bildet sich dadurch ein inneres Hexagon welches mit einem sechseckigen dynamisch variierbaren oder statischen Sonnenschutzsystem versehen werden könnte, wie es seinerseits bereits von Buckminster Fuller für seine geodätischen Kuppel in Montreal verwendet wurde. Für den Entwurf wurden die aus dem Kalkulationsmodell ermittelten Werte den formalen Instanzen des Sonnensschutzsystems zugewiesen um den vorhandenen räumlichen Charakter - einem verschließen und verdichten in Auflagernähe und Auflösen an den Hochpunkten zu verstärken.


Die Wetterschicht und bei Bedarf Klimahülle, bilden Pneus in Form von ETFE - Kissen, folgende Eigenschaften bedingten diese Entscheidung:

  • sehr leicht
  • 2-sinnig gekrümmte Flächen lassen sich verhältnismäßig günstig herstellen, gegenüber Isolier- Verglasungen viel toleranter in Bezug auf Verformungen oder Dehnungen der Tragkonstruktion
  • UV - Licht -durchlässig, daher auch besonders geeignet für Gewächshäuser oder Schwimmanlagen (man wird unter dieser Hülle braun)
  • gleichzeitig UV - beständig, lange Lebensdauer ( 30 - 50 Jahre )
  • Form über Zuschnitt oder Randanschluss regulierbar
  • selbstreinigend
  • transparenz, transluzenz, Farbe über einfärben oder bedrucken regulierbar ( bestimmt zusätzlich den Wärmeeintrag )
  • in Form von 4 - lagige Pneus U- Wert bis ca. 1.5 möglich --> verhältnismäßig gering, wird jedoch in der Praxis durch den hohen Wärmeeintrag kompensiert, ( 2 - lagig: U-Wert von ca. 3)
  • seit Realisierung der Allianz - Arena sind standardisierte Anschluss/Detaillösung für beliebig orientierte Flächen verfügbar (Entwässerung/Dichtheit, Fa. Covertex )



Die ETFE - Kissen brauchen eine „Aktiv - Versorgung“ um den benötigten Innendruck aufrecht zu halten. Die Leitungen können zwischen den Elementen geführt werden, die notwendigen Zuleitungen werden aufgrund der Geometrie der Elemente ( siehe Schnitt, schräge Pyramidenseite ) relativ verdeckt geführt. Die Gebläseanlage selbst braucht nur sehr wenig Energie für deren Aufrechterhaltung (ca. 150W für 5000m² - wenn in Betrieb ). Als weitere mögliche formale Raumvariante ( ideal für Schwimmanlagen ) könnte man die Bodenfläche als Negativform der Dachkonstruktion mit möglichen zusätzlichen Auflagerpunkten für gewünschten Modifikationen realisieren. In dieser Variante handelt es sich immer noch um die hexagonale Tesselierung mit jedoch triangulierter Oberfläche um deren Planarität zu gewährleisten. Die Tiefenerzeugenden müsste zudem kollektiv an einen einheitlichen Vector gebunden sein um eine zweisinnige Krümmung einer möglichen Tragkonstruktion zu unterbinden. Theoretisch wäre dies Fläche aufgrund des Hängemodell - Systems nur zugbeansprucht, aufgrund der geringeren Stichhöhe scheinen jedoch zusätzliche punktförmige Fundamentstützen ratsam und sind für eine freiere Gestaltung der Fläche (Ausnehmungen) auch unbedingt erforderlich.



Workflow

Systemmodell

Die roten Punkte repräsentieren die gewünschten Auflagerpunkte, die Grünen die Spannweitenschnittpunkte zwischen Diesen.


Kalkulationsmodell

bezogen auf das Systemmodell; hohe Normalkräfte werden besonders im Bereich der punktförmigen Auflager erwartet.


statisches System

die aus dem Kalkulationsmodell ermittelten Werte werden den im Verbund als Flächentragwerk agierenden Pannels zugwiesen


Druckbogen

Für einen sauberen Randabschluss - Überleitung der hexagonalen Tesselierung in eine gerade Kannte


Beschattung

die Ausformulierung der Beschattung richtet sich an das Kalkulationsmodell und bewirkt in den Schnitt - und zumeist Hochpunkten ein Auslichten bzw. Verdichten im Bereich der Auflager. Sie betont die statische Logik und verstärkt den vorhandenen Raumcharakter.


Abschlüsse

können offen, in Form einer Verglasung, oder bei größeren Raumhöhenvorzugsweise als eingehängte, leicht zugbeanspruchte Pneu - Kissenfassade ausgebildet werden.


Bodenplatte

besitzt die selbe formale Logik und hexagonale Teilung wie die Deckenplatte und agiert ebenfalls als Flächentragwerk. Sie wird jedoch in Form von planaren dreieckigen Pannels realisiert , deren Stärkenerzeugende immer gleich ist um eine Planarität auch in der Tiefe zu gewährleisten. Die Platte liegt auf punktförmige, verstellbare, frei drehbare Auflager auf und ist statisch von der Deckenkonstruktion getrennt.


Auflager

für die Dachkonstruktion hexagonnale punktförmige Aulager in der Mitte und Streifenfundamente im Randbereich, die Bodenplatte liegt auf punktförmige Auflager auf, ein hoher Grad an Fertigteilbetonbauweise ist denkbar.


Übersicht / Tragkonstruktion

ohne Bodenplatte und Dachkonstruktion


Übersicht / alle Elemente

Ansicht von der Südseite


Visualisierung



Lage

Als Bauplatz wurde in Graz, am Stadtrand, eine Uferstelle an der Mur gewählt


Modell

ATTRIBUTE

Thomas Schaiter, Markus Malin | HBM | HEX it | weitgespannte Konstruktionen | 09WS | Bild:hex_klein.jpg

Fakten zu HEX itRDF-Feed
BetreuerMarkus Malin  +
ImageHex klein.jpg  +
LVHBM  +
Semester09WS  +
Themaweitgespannte Konstruktionen  +
TitelHEX it  +
VerfasserThomas Schaiter  +
Persönliche Werkzeuge