Benutzer:DanielSchw

Gitterschalenkonstruktion des Freilichtmuseum Weald and Downland in Sussex, England

selbsttragende, zweilagige Gitterschalen:

-1975 von Frei Otto und Carlfried Mutschler in Zusammenarbeit mit Ted Happold, Bundesgartenschau in Mannheim

-zwei weitere wurden in Japan errichtet

Grund für die Seltenheit, ist die Schwierigkeit des Errichtens. Die Gitterschale in Weald überwindet einige dieser Schwierigkeiten. Für das Zentrum des Freilichtmuseum sollte ein modernes Gebäude für die Unterbringung des Archivs errichtet werden. Das Dach ist eine Gitterschalenkonstruktion aus noch feuchten Eichenhölzern. Das Gebäude ist 50 Meter lang, 12 bis 15 Meter breit und zwischen 7,35 und 9,5 Meter hoch. Drei parabelförmige Bögen mit jeweiligem Zugang, sind durch ihre thermische Masse für das Raumklima verantwortlich. Die Gitterschale selbst wird von den großen Leimholzbindern des Werkstattbodens getragen.

Aufbau und Konstruktion der Gitterschale

Das Gesamtgewicht der Gitterschale beträgt 4 Tonnen und somit 5 kg/qm. Die Dreiteilung der Schale ist statisch gesehen die Ausbildung von drei Kuppeln. Die Form der Kuppel hilft hier besonders gut bei der Lastabtragung. Zusammen gesehen steifen sich die drei Kuppeln gegenseitig aus und nimmt asymmetrische Lasten auf. Oben verläuft ein Oberlichtband entlang der Wölbungen, das im unteren Teil von einer Stulpschalung aus Zedernholz abgefangen wird. Insgesamt nimmt die Schale die Topographie der Landschaft auf. Um die Dimensionierung der einzelnen Latten möglichst gering zu halten, wurden zwei zweilagige Gitterschalen ausgeformt, da frisches Eichenholz (3,5 x 5 cm) verwendet wurde. Durch das noch feuchte Holz können sehr geringe Radien erziehlt werden. Nach der Justierung wurde die Schale schubfest verspannt. Die Addition der Querschnitte ergibt den nötigen Querschnitt, um die erforderliche Tragfähigkeit zu gewährleisten. Das Holz wurde folgendermaßen Untersucht: Fehlwüchse und Äste werden herausgeschnitten, da an diesen Stellen die Latten brechen könnten. Anschließend wurden die fehlerfreien Latten über Keilzinken mit Polyurethanleim zusammengefügt. Auf die Baustelle wurden sie mit 12 Meter Länge angeliefert. Vor Ort wurden diese Latten mit 36 Meter verarbeitet.

Der Knoten

Der Lattenabstand beträgt in der Regel 1 Meter. An Stellen mit einer höheren Anforderung, wurde der Lattenabstand auf 50 cm reduziert. Während der Formgebung ergeben sich Romben mit unterschiedlichen Winkeln. Die Lage der Knoten bleibt gleich, da ein Schraubbolzen den Punkt drehbar fixiert. Die vier Lattungsebenen benötigen allerdings für die oberste und die unterste Latte platz, da die oberste Latte gestreckt und die unterste Latte gestaucht wird. Der Knoten besteht aus drei übereinander liegenden Stahlplatten, die jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten verschraubt werden. Die mittlere Stahlplatte trennt die äußere von der inneren Gitterschale. Sie ist mit einem Drehbolzen versehen. Über diesen Punkt werden die beiden Gitterschalen gelenkig gelagert und gleichzeitig fixiert.

Formgebung

Das Gitternetz wurde auf Firsthöhe auf ein Lehrgerüst aufgebaut und anschließend herunter gelassen. In der ersten Phase wurde ein Gerüst mit 50 Meter Länge, 24 Meter breite und 5,5 Meter Höhe errichtet, die nach und nach durch Aluminiumstützen ersetzt wurden. Durch die sich stetig verändernde Form wurden sowohl das Gerüst, als auch die Stützen täglich nachjustiert. Für die Montagearbeiten wurden zur Erleichterung Ebenen eingezogen.

Aussteifung der Schale

Die Latten für die Unterkonstruktion der Fensterbänder und der Schalung, steifen zusätzlich die Schale aus. Sie sind gleich dimensioniert wie die Latten 3,5 x 5 cm und verlaufen horizontal, außer an den Fensterbändern. Nun sind die beweglichen Romben biegesteif. Die Ränder spannen die Gitterstruktur in zwei 25 mm starke Sperrholzplanken ein.

Computergestützter Formfindungsprozess

Die ermittelten Knotenabstände der Computersimulation wurden bei der Vorplanung genau übernommen. Nach Bestimmung der genauen Form, wurden die Koordinaten der einzelnen Knoten festgehalten. Die Formfindung erfolgt in einem Computer unterstützen Prozess, der auf das Weglassen und Hinzufühgen von Knotenpunkte eingeht. Im Allgemeinen untersucht dies nur die Kettenlinie, um die endgültige Form zu generieren. Die Sättel des Freilichtmuseums sind allerdings nicht der Kettenlinie nach erzeugt, da dies nicht möglich wäre. Durch die Berücksichtigung der Holzlatten erzeugt man die nötige Steifigkeit und man konnte ein originalgetreues Modell bauen.

Berechnung des Tragwerks

Zum einen wurde der Sicherheitsfaktor gegen Knicken untersucht. Verglichen mit der Verformungsfigur ergab, dass unter Gebrauchslast das Verhalten elastisch ist.