Tragwerksentwurf Raster, geometrische Ordnung
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Raster, geometrische Ordnung Die Frage nach dem optimalen Raster der Träger und Stützen muss für jede Bauaufgabe individuell beantwortet werden. Aus der systematischen Anordnung von Stützen in einem Grundriss resultieren möglichst regelmäßige Rasterungen der Decken- oder Dachtragelemente. Dies dient in erster Linie der Wirtschaftlichkeit und leichteren Planbarkeit durch die sich in ihren Abmessungen wiederholenden Grundelemente. Gleichzeitig wird auf diese Weise eine gleichmäßige und zwischen den verschiedenen Feldern des Rasters ausgeglichene Verformung der Konstruktion unter Last bei einer gleichmäßigen Konstruktionshöhe erreicht. Ein durchgängiges und klares Raster stärkt darüberhinaus wesentlich die Ästhetik eines Skelettbaus. Die Stützenstellungen orientieren sich an folgenden wesentlichen Randbedingungen: • Grundriss in Abhängigkeit der Nutzung • Gestaltung der Fassade • Lage der Punkte zur Lastweiterleitung oder Fundamentierung • Begrenzung der Konstruktionshöhen Mögliche Stützenstellungen werden zunächst getrennt nach Innen- und Randstützen untersucht. Innenstützen sind in der Regel nicht gestaltprägend für ein Gebäude und lassen sich relativ leicht in den Grundriss integrieren. Die Stellung der Randstützen dagegen hat einen direkten Einfluss auf die Gestalt der Fassade und das Ausbauraster. Es bieten sich drei grundlegende Stützenstellungen an: • Weitgestellte, von der Fassade eingerückte Stützenanordnung mit einer entsprechenden Freiheit bei der Entwicklung der Fassade, aber resultierenden Zwängen durch die Stützenstellung im Innenraum. 42
• Weitgestellte, in die Fassadenebene integrierte Stützenstellung. Dabei erhält die Fassade eine meist vertikale Gliederung, da die Stützen des Tragwerks deutlich größere Abmessungen besitzen als die Pfosten der Fassade. • Enggestellte Stützenanordnung in der Fassade. Die Stützen tragen geringere Lasten und können damit den Abmessungen von Fassadenpfosten angenähert und in gleichen Querschnitten ausgebildet werden. Die Fassadenelemente können auch direkt an den Stützen befestigt werden, eine gesonderte Fassadenunterkonstruktion kann dann entfallen. Auf den vorgenannten Randbedingungen für die Rasterung der vertikalen Konstruktion kann das Raster der horizontal liegenden Konstruktion entwickelt werden. Es basiert auf geometrischen Grundformen, die sich in gerichtete, ungerichtete und zentrierte Tragstrukturen einteilen lassen. Gerichtete orthogonale Tragstrukturen bauen auf einem Rechteckraster auf und sind immer durch eine Haupt- und Nebentragrichtung gekennzeichnet. Die Kraftableitung ist hierarchisch geordnet. Die Ordnung erfolgt in Haupt- und Nebenträgern (Primär- und Sekundärträgern). Bei der Gestaltung und Dimensionierung der Träger muss zunächst festgelegt werden, ob die Trägerlagen gestapelt oder oberkantenbündig angeordnet werden sollen. Die Stapelung hat den Vorteil, dass Durchlaufwirkungen zur besseren Ausnutzung konstanter Profilquerschnitte ohne großen konstruktiven Aufwand realisiert werden können. Allerdings müssen dafür größere Höhen der Gesamtkonstruktion in Kauf genommen werden. Bei der bündigen Ausführung ist die Durchlaufwirkung der an den Hauptträgern gestoßenen Nebenträger nur mit kon-
27 Klare Strukturierung des Innenraums und der Fassade durch aufeinander abgestimmte Konstruktions- und Ausbauraster Sporthalle Magglingen, 1995–99, Max Schlupp 28 a Gerichtete Struktur b Zentrierte Strukturen c Ungerichtete Strukturen
struktivem Mehraufwand zu realisieren und sollte daher, auch aus gestalterischen Gründen, nicht angestrebt werden. Zur optimalen Ausnutzung der verfügbaren Konstruktionshöhe empfiehlt es sich dabei meist, die hochbelasteten Hauptträger über eine kürzere Spannweite zu führen als die geringer belasteten Nebenträger. Ein Tragwerk wird umso wirtschaftlicher, je kürzer die Wege sind, auf denen die Lasten abgeleitet werden, und je kleiner die Anzahl der Elemente ist, die sich am Lastabtrag beteiligen. Daraus folgt, dass ein Primärtragwerk mit Trägern in einer Richtung und quer dazu liegender Eindeckung am wirtschaftlichsten ist. Durch die Einführung von Sekundär- und gegebenenfalls Tertiärtragebenen lassen sich allerdings die entsprechend größeren Spannweiten erzeugen. Bei ungerichteten Tragstrukturen werden Lasten nahezu gleichmäßig in mindestens zwei Richtungen abgetragen. Hierzu bieten sich auf quadratischen oder dreieckigen Grundrastern aufbauende Trägerroste oder Raumfachwerke an. Den möglichst gleichmäßigen Lastabtrag in alle Richtungen kann aber nur ein entsprechend gleichmäßiges, quadratisches oder auf gleichschenkligen Dreiecken aufbauendes Stützenraster gewährleisten. Zentrierte Strukturen stellen eine Sonderform der Rasterung dar. In der Regel werden zentrierte Raster über Tragelemente gebildet, die auf einen Kreismittelpunkt als Zentrum oder auf die Zentren einer Ellipse ausgerichtet sind. Neben den Überlegungen zu Spannweite, Leistungsfähigkeit, Gestalt und Ordnung eines Rasters muss ebenso die Frage der Installationsführung und die Art der Eindeckung in der Festlegung des Rasters eine sinnvolle Antwort finden.