structure – published by DETAIL 03/2019

3.19

11''

Mjøstårnet in Norwegen Holzbau bricht Höhenrekorde Mjøstårnet in Norway Timber Breaks Height Record

ETFE Cushion

8 7/8''

Aluminium Extrusion of ETFE Cushion Assembly

3'- 0''

Welded Plate Structural Steel Member Thickness Varies

Space for Electrical Conduits Serving Devices Below Acoustic Blackout Shade Guide Track Assembly Continuous 2'- 8''

Acoustic Blackout Shade

1'- 7 3/8''

Line of Glazing at Operable Door Below

Operable Door – Below

2'- 8''

7/8'' thk.

Foil Faced Rigid Panel Insulation 3'- 0''

The Shed in New York Ein Gebäude, zwei Tragwerke The Shed in New York One Building, Two Structures

1/4'' thk.

Structural Steel Duct Enclosure Supply Air Plenum to Diffusers Below

Courtesy of Michael Moran for Related Oxford

editorial

Schachweltmeister haben gegen Hochleis­ tungsrechner keine Chance mehr. Künstliche Intelligenz lässt Automobile autonom fahren, erkennt Gesichter und Sprache. Auch im Bau­ wesen sind Algorithmen überall dort konkur­ renzlos, wo hohe Komplexitätsgrade bewäl­

World chess champions stand no chance

tigt, Varianten berechnet und Materialeinsatz

against high-powered computers. Artificial

optimiert werden müssen. Wird der Mensch in

­intelligence enables autonomous cars and

der Planung demnächst überflüssig? Norbert

recognises faces and language. In structural

Gebbeken, Präsident der Bayerischen Inge­

engineering too, algorithms are unbeatable

nieurekammer-Bau, gibt Entwarnung: „Norm­

for handling high levels of complexity, simu­

wissen ist algorithmisierbar, aber Kreativität

lating the structural behaviour of buildings

und Entscheidungsprozesse kann uns Men­

and optimising material use. Are humans

schen keine Maschine abnehmen.“ Sein aus­

soon to be superfluous in design? Norbert

führliches Interview mit der structure-Redak­

Gebbeken, President of the Bavarian Cham­

tion lesen Sie auf den folgenden Seiten.

ber of Civil Engineers, thinks not: “Knowledge

Menschliche Kreativität war auch bei den Pro­

of the codes and regulations can be captured

jekten in dieser Ausgabe gefragt: Die Groß­

in algorithms, but no machine can replace us

skulptur „The Vessel“ in New York mit ihrer

humans in matters of creativity and decision-

Wabenstruktur war ebenso wenig eine reine

making.” You can read his full interview with

Rechenaufgabe wie das benachbarte Kultur­

structure editors in the pages that follow.

zentrum „The Shed“ mit seinem verfahrbaren

Human creativity was also needed in the pro­

Stahl- und Foliendach oder das Hotel- und Ein­

jects covered by this issue. New York’s honey­

kaufszentrum „Jewel“ am Flughafen Singapur

comb mega-sculpture “The Vessel” was just

mit seiner 200 ≈ 150 m großen, gläsernen

as less of a purely computer task as the near­

­Gitterschale und dem weltgrößten Indoor-

by culture centre “The Shed” with its rolling

Wasserfall. Beim Bürogebäude in Lyon-La

steel and foil roof or the hotel and shopping

Confluence galt es, das Bild eines außen lie­

centre “Jewel” at Singapore Airport with its

genden, nach oben immer schlanker werden­

200 ≈ 150 m glass gridshell and the world’s

den Betontragwerks baulich umzusetzen, und

largest indoor waterfall. Successful construc­

beim Holzhochhaus Mjøstårnet in Norwegen

tion of the office building in Lyon-La Conflu­

forderte der spät geäußerte Bauherrenwunsch

ence with an external reinforced concrete

nach einigen Metern zusätzlicher Gebäude­

structure, or the timber high-rise in Mjøstarnet,

höhe den Ingenieuren einiges an Improvisa­

Norway, which had to become several metres

tionsvermögen ab.

taller following a late ­request from the client, also called on engineers to exercise their

Viel Freude bei der Lektüre!

03/19

Jakob Schoof redaktion@structure-magazin.de

powers of imagination.

I wish you an enjoyable read!

editorial 1

inhalt content

projekte projects

22 The Vessel in New York

1 editorial

magazin

interview

4 Mehr Raum für den olympischen Geist More Space for the Olympic Spirit

14 Norbert Gebbeken: „Wir bauen Proto­ typen, die funktio­ nieren“ Norbert Gebbeken: “We Build Prototypes that Function”

reports

Frank Kaltenbach

6 Ingenieurbaukunst: NiGRES-Turm an der Oka The Art of Structural ­Engineering: NiGRES Tower on the Oka Matthias Beckh

8 Buchtipps: Baukunst und Konstruktionslehre Book Tips: Architecture and ­Engineering Design Jakob Schoof

10 structure research: Trocknung formt Holz Wood Shaped by Drying

interview

Heike Kappelt, Jakob Schoof

produkte products

Heatherwick Studio / ­AKT II

technik

28 The Shed – Kultur­ zentrum in New York The Shed – Cultural Centre in New York

54 Die integrale Stutt­ garter Holzbrücke The Integral Stuttgart Timber Bridge

Diller Scofidio + Renfro / Thornton Tomasetti

Thorsten Helbig

34 Bürogebäude in Lyon Office Building in Lyon Christian Kerez / Batiserf

40 Jewel am Flughafen Singapur-Changi Jewel Changi Airport in Singapore

technology

60 Mauerwerksbau Masonry Construction 66 Software / BIM 70 Aufzugs- und Beför­ derungstechnik Lift and Transport Technology 72 Wärme- und Feuchteschutz Thermal Insulation and Moisture Protection 76 Impressum, Bildnachweis Imprint, Copyright

Safdie Architects / BuroHappold Engi­ neering

46 Holzhochhaus in ­Brumunddal Timber High-Rise in Brumunddal Voll Arkitekter / Sweco

Bettina Sigmund

2 inhalt

03/19

Trocknung formt Holz Wood Shaped by Drying

ICD / ITKE

Bislang ist die Herstellung von ge­ krümmtem Holz ein energieintensiver, mechanischer Umformungsprozess, bei dem schwere Maschinen zum ­Einsatz kommen. Ein neuartiger For­ schungsansatz der Empa / ETH Zürich und der Universität Stuttgart stellt nun ­einen Paradigmenwechsel dar: Flache Holzkomponenten krümmen sich ­ohne mechanischen Einfluss in ­einem kontrollierten Trocknungs­ prozess von selbst in ihre vorab defi­ nierte Form. Maßgeblich hierfür sind der ­abnehmende Feuchtegehalt und der Schichtaufbau der Bauteile. „Programmierung“ von Holz Im Holzbau verursachen Feuchtig­ keitsänderungen normalerweise un­ erwünschte Verformungen. Dieses feuchtigkeitsbedingte Quellen und Schwinden wird nun genutzt, um die Formänderung aktiv anhand der Be­ rechnungen am digitalen Modell zu steuern. Holz schrumpft beim Trock­ nen quer zur Faserrichtung stärker als längs. Werden zwei Schichten Holz zum Bilayer zusammengeklebt, bei dem die Lagen in 0- und 90-Grad-­ Orientierung der Faserrichtung aufg­ esetzt sind, verbiegt sich der Bilayer durch das Schrumpfen quer zur Faser­ richtung und durch den Widerstand in

ICD / ITKE

­ aserrichtung. Der sich krümmende F Bilayer ist das Grundelement des neu­ en Verfahrens. Durch die Dicke des Elements, seinen Schichtenaufbau, die Jahrringorientierung sowie den variierenden Feuchtigkeitsgehalt des Holzes kann die Krümmung vorab ­definiert werden. Die Wissenschaftler bezeichnen dies als Materialprogram­ mierung. Damit können vordefinierte Krümmungsradien von größeren Bauteilen relativ präzise erreicht wer­ den, wie die weltweit erste bauliche Anwendung, der Urbach Turm auf der Remstal Gartenschau 2019, ver­ anschaulicht.

A

10 reports

Fertigung und Fixierung Die Komponenten werden zunächst als flache Paneele nach computerge­ stützten Modellen hergestellt. Das Fichtenholz, das anfänglich über eine hohe Holzfeuchte verfügt, wird in ­einem industriell standardisierten Ver­ fahren getrocknet. Die Krümmung ­ändert sich dabei annähernd propor­ tional zur Abnahme des Feuchtege­ halts. Beim Herausnehmen aus der Trockenkammer – das industrieübli­ che Trocknen dauert wenige Tage – sind die Elemente den Vorgaben ent­ sprechend gekrümmt. Um die Geo­ metrie zu fixieren, werden sie auf ge­ formten Lehrgerüsten gelagert und überlappend laminiert. So entstehen formstabile Brettsperrholz-Kompo­ nenten, die sich aufgrund kaum vor­

handener Rückstellkräfte nicht mehr in ihrer Form ändern – im Gegensatz zu gekrümmten, mittels konventio­ neller, kalt elastischer Verformung hergestellten Elementen.

Hochleistungsfähige Konstruktion Die einfache Anpassung an unter­ schiedliche Krümmungstypen und ­-radien eröffnet neue gestalterische Möglichkeiten für dünnwandige, tra­ gende Schalenstrukturen im Holzbau.

Die „selbstformende“ Fertigung lässt sich in bestehende industrielle Holz­ verarbeitungs- und Fertigungsabläufe integrieren. Der Urbach Turm besteht aus zwölf gekrümmten BrettsperrholzBauteilen. Seine Tragkonstruktion hat eine Dicke von 90 mm und weist mit mehr als 14 m Höhe ein Spann­ weiten-Dicken-Verhältnis von ca. 160:1 auf. Die Krümmung ermöglicht eine schlanke Struktur mit nur 38 kg pro m2 Oberfläche. Die Leichtbauelemente sind durch kreuzweise angeordnete Vollgewindeschrauben verbunden, deren Platzierung und Winkel in Be­ zug auf ihre statische Ausnutzung ­optimiert ist. Eine durchgehende Ver­ bindung entlang der Naht sorgt für ­einen homogenen Lastabtrag. Mit ­seiner tragenden Holzkonstruktion aus selbstformend hergestellten Brett­ sperrholzelementen zeigt der Turm deren Eignung für eine effiziente, ­ausdrucksstarke Holzarchitektur auf.

Bettina Sigmund

03/19

Manufacturing and fixing The components are first manufac­ tured as flat panels using computeraided models. Spruce, which at the beginning has a high moisture con­

Highly efficient construction The simple adjustment to different curvature types and radii allows greater freedom in the design of thinwalled, load-bearing timber shell structures. The “self-deforming” meth­ od of manufacture can be integrated into existing industrial timber process­ ing and fabrication lines. The Urbach Tower consists of twelve curved CLT components. The structural thickness is 90 mm and the height of the com­ ponent is more than 14 m, which gives a span-to-thickness ratio of approxi­ mately 160:1. The curvature allows a slender structure weighing only 38 kg per m2 of surface area to be achieved.

The lightweight elements are con­ nected by transverse fully threaded screws, which are installed in positions and angles to suit the structural engi­ neering requirements. A full thickness connection along the joints ensures homogeneous load transmission. The tower, with its load-bearing wood construction comprising CLT elements manufactured using the self-deform­ ing process shows the suitability of this method for efficient, expressive timber architecture.

Bettina Sigmund

11 mm

93 %

0 mm D

Verformungen / deformations

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B

146° Verbindungswinkel / connection angles

ICD / ITKE

12 % WMC

C A Aufbau des Urbach Turms zur Remstal Garten­ schau 2019 B Formänderung durch Abnahme der Holzfeuch­ tigkeit (WMC = Wood Moisture Content) C Fertige gebogene Brettsperrholzkomponenten in der Werkhalle von Blumer Lehmann D Turmstruktur-Modelle zur Simulation des Trag­ verhaltens A construction of the Urbach Tower at the Remstal Garden Show 2019 B change of shape due to reduction of the wood moisture content (WMC) C pre-curved cross laminated timber (CLT) compo­ nents in the workshop at Blumer Lehmann D structural model of the tower for simulating defor­ mation, analysis of the CLT elements and connec­ tion angles Projektteam / Project team: ICD, Universität Stuttgart: Achim Menges, Dylan Wood, und ITKE, Universität Stuttgart: Jan Knippers, Lotte Aldinger, Simon Bechert Forschungspartner / Research partner: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungs­ anstalt (Empa), ETH Zürich, CH: Markus Rüggeberg, Philippe Grönquist, Ingo Burgert Industriepartner / Industry partner: Blumer-Lehmann, Gossau, CH Unterstützer / Promoters: Gemeinde Urbach, Remstal Gartenschau 2019, Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Innosuisse – Schweizerische Agentur für Innovationsförderung, Carlisle Construction Materials, Scann­tronik Mugrauer

126°

0 % Ausnutzungsgrad / CLT utilisation

22 % WMC

Empa

“Programming” the wood Changes in moisture content normally cause undesirable deformations in wooden constructions. This moisturedependent swelling and shrinkage is now used to actively control the change of shape calculated on a digi­ tal model. As it dries, wood shrinks transversely to the direction of the ­fibres much more than it does longi­ tudinally. If two layers of wood are glued together to form a bilayer in which the fibre directions of the layers are orthogonal to one another, then the bilayer shrinks transversely to the fibre direction while resisting that shrinkage in the fibre direction. The self-curving bilayer is the basic ele­ ment of this new method. The final curvature can be predefined by selec­ tion of the element thicknesses, layer make-up, the annual ring orientation and moisture content variations. This “material programming” allows pre­ defined curvatures of large compo­ nents to be precisely achieved as shown by the world’s first application of this technique, the Urbach Tower at the Remstal Garden Show 2019.

tent, is dried using an industry-stand­ ard process. The curvature varies ­almost in proportion to the removed moisture content. When the wood is taken out of the drying chamber – industrial drying takes a few days – the elements are curved in accordance with the pre-calculated parameters.

To fix that geometry, the elements are placed on shaped jig frames, over­ lapped and laminated. This creates shape-stable, cross-laminated timber components that, because of the low restoring forces, do not undergo any subsequent change in shape – in ­contrast to curved elements manufac­ tured by cold, elastic deformation.

Besuchen Sie unsere Online-Plattform Visit our online platform zdetail.de/research ICD / ITKE

Until now the manufacture of curved wood has been an energy-intensive, mechanical reshaping process requir­ ing heavy machines. A new research study by Empa/ETH Zurich and the University of Stuttgart represents a paradigm change: flat timber com­ ponents curve themselves into a pre­ defined shape without mechanical means in a controlled drying process.

Crucial in this process are the amount of moisture removed and the makeup of the layers in the component.

Partner von / Partner of structure research: Messe BAU 2019 Forschungsinitiative Zukunft BAU

magazin 11

The Vessel in New York

Wade Zimmerman

The Vessel in New York

Architekten /Architects: Heatherwick Studio, London, GB Tragwerksplaner / Structural engineers: AKT II, London, GB Architekten Ausführung / Executive Architects: Kohn Pedersen Fox, New York, US Tragwerksplaner Ausführung /Engineer of record: Thornton Tomasetti, New York, US Landschaftsarchitekt / Landscape Architects Nelson Byrd Woltz, New York, US Bauherr / Client: Related, Oxford Properties Group, New York, US Stahlbau / Steel contractor: Cimolai, Porcia, IT

Lageplan Maßstab 1:5000 Schnitt, Aufsicht, Grundriss Erdgeschoss Maßstab 1:750 location plan scale 1:5000 section, elevation, ground floor layout plan scale 1:750

22 projects

Wie ein gigantischer, nach oben offener Bienenkorb besetzt „The Vessel” den zentralen Freibereich der Hudson Yards am westlichen Ufer von Manhatten. Mit 46 m ist die Aussichtsplattform hoch genug für einen Blick über das nun teilweise überbaute Zugdepot der Long Island Rail Road in Richtung Hudson ­River. Andererseits wirkt das Bauwerk winzig in Relation zu den bis zu 400 m hohen Wolkenkratzern ringsum.

Bei Gesamtkosten von geschätzt 25 Milliarden Dollar gilt Hudson Yards als eines der größten Immobilienprojekte der USA mit rund einem Dutzend Wohn- und Bürotürmen, Luxusgeschäften und -restaurants, einem riesigen Kunst- und Kulturzentrum und einem Zugang zum südlich angrenzenden High Line Park.

Die spektakuläre öffentlich zugängliche Skulptur des Londoner Büros Heatherwick ist vor diesem Hintergrund nicht zuletzt als Teil der Vermarktungsstrategie für den neu entstandenen Stadtteil zu betrachten – und angesichts der beträchtlichen Baukosten auch nur so zu finanzieren. Aus städtebaulicher Sicht bildet The Vessel eine Landmarke in der Mitte des Platzes und stärkt als attraktiver Versammlungs- und Veranstaltungsort den öffentlichen Raum.

Aus der Ferne zeigt das durchlässige Objekt zunächst vielfach geknickte, horizontale Bänder, die sich beim Näherkommen als mehrschichtige Treppenanlage von beträchtlicher Komplexität entpuppen. Über die wenigen Stufen eines kreisrunden Sockels, der die aufwendige Gründung elegant überspielt, betreten Besucher die Treppenskulptur und gelangen zwischen den fünf Fußpunkten hindurch ins Zentrum der Anlage. Wer nicht den aufwendig konstruierten Schrägaufzug benutzen will, steigt über radiale Treppen nach außen empor auf die ersten Zwischenpodeste. Ab hier führen einläufige Treppen alternierend auf der Innen- und Außenseite der Anlage über 16 Zwischenebenen bis hinauf zu den fünf obersten Plattformen. Wegen des nach oben stetig zunehmenden Durchmessers des Volumens sind die obersten Treppenpodeste auch die längsten. Letztlich geht es ohnehin nicht darum, einen höchsten Punkt mit der bestmöglichen Aussicht zu erreichen, sondern von einer beliebigen Stelle im Rund die Aussicht auf die Umgebung, aber auch auf die erstaunliche Geometrie der Struktur aus 160 TreppenBF läufen zu genießen.

Looking like a gigantic inverted beehive, “The Vessel” occupies the central public open space in Hudson Yards on the west bank of Manhattan. At a height of 46 m, the viewing platform is high enough to give visitors a view over the now partially built-over Long Island Rail Road depot towards the Hudson River. On the other hand, the project is tiny in relation to the skyscrapers with heights of up to 400 m surrounding it.

At an estimated total cost of US$25 billion and comprising around a dozen residential and ­office towers, luxury shops and restaurants, a huge arts and cultural centre, and access to the High Line Park to the south, Hudson Yards is one of the largest real estate projects in the USA. Against this background, the spectacular publicly accessible sculpture designed by Heatherwick Studio in London was intended to be, among other things, part of the marketing strategy for this newly created district and – in view of its considerable construction cost – could only be financed in this way. In urban planning terms, The Vessel is a landmark in the middle of a square and enhances the public space as an attractive assembly, event and exhibition venue.

From a distance, the perforated structure ­appears initially to consist of multiply kinked horizontal bands that resolve themselves into multi-layered staircases in an arrangement of considerable complexity as the viewer gets closer. Visitors to the staircase sculpture ascend a few steps on a circular base, which ­elegantly conceals the complex foundations, before entering the centre of the structure through openings between the five support points. Those who do not wish to use the ­laboriously designed inclined elevator climb radial staircases to the first intermediate platforms on the outside of the structure. From here s­ ingle flight staircases lead alternately on the inside and outside of the sculpture via 16 intermediate levels up to the five highest platforms.

Because the diameter of the sculpture increases with height, the top staircase landings are also the longest. With this sculpture, it is not a matter of climbing to the highest point to gain the best possible view but finding a ­favourite position on its circumference to enjoy not only the view of the surroundings but also onto the astounding geometry of the structure comBF prising 160 staircases.

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projekte 23

Michael Moran for Related Oxford

46 46

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A

B

E

C

Text: Albert Williamson-Taylor Alessandro Margnelli Edoardo Tibuzzi Die Autoren sind ­Direktoren für Technik und Entwurf im In­genieurbüro AKT II in London. Sie besitzen weit­ reichende Expertise über das Schwingungsverhalten komplexer Strukturen, erdbebensicheres Bauen, komplexe Geometrien und computergestützte Planung.

Cimolai

The authors are design and technical directors at AKT II with expertise spanning footfall vibration, wind-induced vibration and seismic design associated with complex structures as well as expertise in complex geometries and computational engineering.

24 projects

D

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G

Geometrie und Form Im Grenzbereich zwischen Architektur, Kunst und Forschung übersetzt das komplizierte Tragwerk von The Vessel eine parametrisch entwickelte Geometrie in eine baubare physische Struktur.

Das Erscheinungsbild des gefäßartigen Baukörpers basiert auf einem liegenden rautenförmigen Raster, das als Grundlage für ein gleichförmiges Netz aus Treppen und Podesten dient (Abb. A). Eine innere und eine äußere Lage von horizontal verbundenen Treppenläufen erzeugen eine in allen Richtungen begehbare Raumschicht (Abb. B). Im Laufe des Entwurfsprozesses wurden die Treppen aus­ einander geschoben (Abb. C), um dazwischen Platz für die eigentliche Tragstruktur zu schaf-

fen: eine Gitterschale mit wabenartigen, sechseckigen Öffnungen, an der innen und außen die Treppenläufe angehängt sind. Im parametrischen 3D-Modell wird diese drei­ lagige Hülle schließlich auf die rotations­ symmetrische, sich nach unten verjüngende Grundform des Entwurfes übertragen, wodurch die Waben nach unten kleiner, nach oben größer werden (Abb. E).

Tragwerkskonzept Die Gitterschale nimmt alle vertikalen und ­horizontalen Lasten auf. Die aus Stahlblech geschweißten Tragelemente sind in Monocoque-Bauweise ausgeführt, um die Effizienz des sechseckigen Querschnitts zu maximieren. Außen sind sie an der schwarz lackierten Oberfläche ablesbar. Die Treppenläufe selbst kragen von dieser Tragschicht in beide Richtungen aus und sind mit glänzendem Blech aus einer Kupfer-Nickel-Legierung bekleidet.

An das Haupttragwerk angeschlossen erhöhen sie die Steifigkeit der Schale. Es entsteht ein dreiteiliger Trägerquerschnitt, der sich mit zunehmender Höhenlage einer symmetrischen Form annähert (Abb. H). Die Blechstärken nehmen von 8 mm in den weniger beanspruchten oberen Bereichen bis auf 80 mm in der Nähe des hoch belasteten Fußpunktes zu.

Die Führungsschienen des Schrägaufzugs ­bilden nicht nur die geometrische Naht der Gitterschale, sondern auch ihr statisches Rückgrat. So ergeben sich auf der gegenüber liegenden Seite des Aufzugs die größten Verformungen aus statischen Lasten (Abb. K).

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22,850 +59,130 +55,926 +52,722 +49,518 +46,314 +43,288 +40,262 45,060

+37,236 +34,566 +31,540 +29,048 +26,022 +23,708 +20,860 +18,546

12,050

H

Geometry and form In that boundary zone between architecture, art and research, the complex structure of The Vessel translates a parametrically developed geometry into a buildable physical structure.

The appearance of the barrel-like volume is based on a diamond grid pattern with the longitudinal axes of the diamonds running horizontally. This grid forms the basis of a similarly shaped network of staircases and landings (Fig. A). An inner and an outer layer of horizontally linked staircases create a mantle of space in which people can walk in any direction (Fig. B). During the course of the design, the stairs were moved apart from one another (Fig. C) to create room between them for the actual load-bearing structure: a diagrid shell with honeycombed, six-sided openings from the inside and outside of which the staircases are suspended. In the parametrised 3D model, this three-layer envelope is then transferred to the rotationally symmetrical, downwards-­ tapering basic form of the design, whereby the honeycombs become smaller towards the bottom and larger towards the top (Fig. E).

Structural concept The diagrid shell carries all the vertical and horizontal loads. The welded steel plate structural members are designed as a monocoque to maximise the efficiency of the six-sided cross section. They can be identified from outside the structure by their black, painted finish. The staircases themselves cantilever radially from this structural layer in both directions

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Getty Images

+16,410

and are clad with shiny copper-nickel alloy plates. Attached to the main structure, the staircases increase the stiffness of the shell.

This creates a three-part load-bearing cross section, which takes a more symmetrical form with increasing height (Fig. H). The plate thicknesses increase from 8 mm in the more lightly loaded upper areas to 80 mm near the highly loaded base of the structure.

The inclined elevator guide rails are both the geometric seam of the diagrid shell and its structural spine. Therefore, the largest deformations due to static loads occur on the side of the structure opposite the elevator (Fig. K).

The crucial factor in the design of the loadbearing system is, however, not self-weight, service or wind load but the dynamic behav-

A Grundlage Geometrie: rautenförmiges Raster B zweilagige Schicht aus Treppen und Podesten C Raum für Tragwerk durch Auseinanderschieben der Treppen D Optimierung des Tragwerks E Axonometrie der Gesamtstruktur F Ausschnitt der zweifach gekrümmten Gitterschale G Zerlegen der Gitterschale in Module H Schnitt Tragwerk Maßstab 1:500 I Axonometrie eines vor­ gefertigten „Hunde­ knochen“-Moduls A basic geometry: diamond grid B two-layer mantle of stairs and landings C moving the stairs apart creates room for the loadbearing structure D optimising the structure E axonometric of the ­complete structure F ection through the double curvature diagrid shell G decomposition of the ­diagrid shell into modules H section through the ­structure scale 1:500 I axonometric of a prefabricated “dog bone” module

I

projekte 25

4151 1475 450

Zugangsöffnung/ access opening

FFL TOS

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J

K

J Detailschnitt Treppen­ podest Ebene 15 Maßstab 1:50 K Verformungsdiagramm L Axonometrien „Hundeknochen“-Modul: oberere Stahlbleche ­Monocoque mit Montageöffnungen M innere Stuktur mit Aussteifungsblechen N untere Stahlbleche Monocoque mit Montage­ öffnungen und seitliche Verkleidungen O abgestimmter Massedämpfer im Inneren eines Tragmoduls P Spannungsdiagramm Modulstoß aus Finite-­ Elemente-Modell Q Typischer Modulstoß mit Verbindungsplatten Maßstab 1:50

Die maßgebenden Einflussgrößen für die ­Berechnungen des Tragsystems sind jedoch nicht die Eigen-, Nutz- und Windlasten, sondern das dynamische Schwingungsverhalten eines Bauwerks, das sich letztlich wie eine große Feder verhält. Um zu verhindern, dass bei einem Konzert und einer Gruppe rhythmisch hüpfender Personen Unbehagen oder gar ­Panik aufkommt, wurde eine Obergrenze für die B ­ eschleunigung eingeführt. Dabei versprach eine Vergrößerung der Masse oder der Steifigkeit keinen wesentlichen Einfluss auf das Schwingungsverhalten der Struktur – dieses wird in erster Linie durch die Geometrie bestimmt. Nach Analyse unterschiedlicher Nutzungsszenarios entschied man sich für die Installation von abgestimmten Massedämpfern (TMDs) im Inneren der Monocoque-Struktur (Abb. O). Diese dämpfen die Bewegung der Bauteile mithilfe einer trägen Masse und begrenzen so die Schwingungsamplitude.

J detailed section of ­landing at level 15 scale 1:50 K deformation diagram L axonometric “dog bone” module: top steel plate of monocoque with assembly openings M inner structure with stiffening plates N bottom steel plate of monocoque with assembly openings and side cladding O tuned mass damper ­inside a structural module P stress diagram at the module butt joint taken from the finite element model Q typical module butt joint with connection plates scale 1:50

Zugangsöffnung/ access opening L

M

N

abgestimmte Massedämpfer tuned mass dampers O

26 projects

Konstruktion und Bauprozess Um die scheinbar monolithische Struktur von The Vessel fertigen zu können, wurde sie in 80 gleichartige Module zerlegt. Jedes besteht aus einem Mittelteil mit Podest und vier davon abzweigenden Treppen, die auf halber Länge gestoßen werden. Auf diese Weise entsteht eine Doppel-Y-Form, der so genannte „Hundeknochen” (Abb. I). Die biegesteife Verbindung erfolgt über Stoßplatten (Abb. Q), Montageöffnungen erlauben das Verschrauben von innen (Abb. J / L / M / N).

Die Lage der Baustelle direkt am Hudson ­River ermöglichte die Anlieferung mit dem Schiff und damit die beträchtliche Modulgröße von typischerweise 15 ≈ 7 m. Alle Elemente wurden inklusive Entwässerungsrohren, elektrischer Verkabelung und Schwingungsdämpfern im italienischen Monfalcone vorgefertigt und vor dem Transport probehalber zusammen­ gebaut, um die geforderte hohe Passgenauigkeit der Verbindungsplatten sicherzustellen.

Vor Ort wurden die Teile mit dem Kran in Position gehoben und wie ein riesiges 3D-Puzzle zusammengebaut.

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750

398

FFL

650

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TOS

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Zugangsöffnung/ access opening

P

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iour of a structure that acts like a large spring.

Consequently, the main issue in the design was the comfort and safety of the users and not the structural stability of the sculpture.

An upper limit to acceleration was introduced to ensure that a feeling of discomfort or even panic does not occur among what could be a group of people rhythmically bouncing whilst attending a concert. Increasing the mass or the stiffness of the structure would have no significant effect on its vibrational behaviour as this is mainly a function of the structure’s geometry. Following analyses of various usage scenarios, the designers opted for the installation of tuned mass dampers (TMD) inside the monocoque structure (Fig. O). They attenuate the movement of the structure’s components with the help of an inertial mass and thus limit the amplitude of the vibrations.

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1475 450

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Michael Moran for Related Oxford

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Fabrication and erection To make it possible to fabricate the apparently monolithic structure of The Vessel, it was broken down into 80 similar modules. Each module consists of a middle part with a platform and four half-length staircases branching off it that were later to be butt jointed with their respective neighbours. These modules were a double-Y shape, which was nicknamed the “dog bone” (Fig. I). The connections were made with splice plates (Fig. Q). Assembly openings allowed access to the bolts from the inside (Fig. J / L / M / N) and were later sealed with welded or bolted plates.

The position of the building site directly on the Hudson River allowed supplies to be delivered by ship, including the large modules, which had typical dimensions of 15 ≈ 7 m. All elements were prefabricated in Monfalcone, Italy, and arrived prefitted with drainage pipes, electrical cabling and oscillation dampers.

Trial connections of the modules took place before transport so as to ensure the high ­accuracy of fit demanded of the connection plates. The components were lifted into position on site by crane and put together like a giant 3D jigsaw puzzle.

4151

projekte 27

Mauerwerksbau

Neue Konstruktionsmöglichkeiten mit Ziegelschale Eine 7 cm dicke, tragfähige Schale mit weiter Auskragung haben der Kölner Architekt und Professor für Bauen und Gestalten mit massiven Baustoffen Peter Böhm, Studenten der Hochschule Trier und der Bildhauer Martin Kleppe entworfen und vor dem Hagemeister Ziegelwerk in Nottuln gebaut.

Möglich war dies durch eine Verbindung aus Ziegel, Carbontextil sowie Betonmörtel.

Die Studenten legten zunächst die Grundform des Pavillons fest. Anschließend entwickelten sie ein Modell.

Die Schale wird als reine Ziegelschale wahrgenommen. Das Carbontextil und der Betonmörtel bleiben im Inneren verdeckt. Der Vorteil dieser Kombination: Das Carbontextil korrodiert nicht und es lassen sich sehr schlanke Schalentragwerke damit bauen. Diesen Hochleistungsbeton kombinierte man mit dem hochfesten Baustoff Klinker, der sehr große Drucklasten aufnehmen kann und witterungsbeständig ist.

Die Optik einer einfachen Ziegelschicht wird durch die Verwendung eines 3 cm starken Spaltklinkers gewahrt. Seine Rippenstruktur im Inneren vergrößert die Oberfläche, um die Ziegelschicht möglichst fest mit der Mörtelschicht der Konstruktion zu ver-

Photos: Karl Banski

Masonry Construction

binden. Die Spaltklinker wurden mit einer Kreuzfuge sowie einem komplexen Fischgrätverband vermauert.

Mehrere Laborversuche mit Versuchsplatten veranschaulichten die Druckbeziehungsweise Zuglasten, die auf den Ziegel und das Textil treffen können. So kann diese Konstruktion bis zu 186 t zentriert auf einen Punkt aushalten. „Der Pavillon ist so konstruiert, dass die statischen Kraftlinien der Form nachgeben. Die Auskragung lässt die Zugkräfte, die in dieser Konstruktion auch möglich sind, sichtbar werden“, erläutert Peter Böhm.

Zwei Öffnungen links und rechts in der Ziegelschale weiten den Raum.

Die Konstruktion aus Ziegel und Textilbeton bietet nach Ansicht von Peter Böhm und der Firma Hagemeister neue Möglichkeiten, fließende, organische Formen in der Architektur zu realisieren.

New Construction Possibilities With Brick Shell Cologne-based architect and professor for construction and design Peter Böhm, students at the Trier University of Applied Sciences and sculptor ­Martin Kleppe have designed a load-

bearing and just 7-cm-thick shell with a wide cantilever using solid building materials, and have built it in front of the Hagemeister brickworks in Nottuln. It was made possible by a combination of brick, carbon textile and concrete mortar.

The students first defined the basic shape of the pavilion. They then developed a model. The thin, load-bearing shell is perceived as a brick shell, with the carbon textile and concrete mortar remaining concealed inside.

The advantage of this combination is that the carbon textile does not corrode, and very slim shell structures can be built. This high-performance concrete was combined with clinker, which can withstand very high compressive loads and is weather-resistant. The use of split clinker with a ­material thickness of 3 cm means that the appearance of a simple brick layer is retained. Its ribbed structure on the inside is ideal for enlarging the surface area in order to bond the brick layer as firmly as possible to the mortar layer of the construction.

According to statistical calculations, the split clinker bricks were walled with a cross joint and a complex herringbone bond.

Several laboratory tests with panels illustrated the compressive and tensile loads that the brick and textile have to withstand, with the construction able to withstand up to 186 t ­centred on the point. “The pavilion is constructed in such a way that the static lines of force yield to the shape.

The cantilever allows the tensile forces, which are also possible in this construction, to become visible,” explains Peter Böhm. Two openings on the left and right in the brick shell widen the space. According to Peter Böhm and Hagemeister, the brick and textile concrete construction offers new possibilities for creating flowing, organic forms in architecture.

hagemeister.de

60 products

03/19

Software/BIM Software/BIM

wienerberger.de

Statik-Tool vereinfacht „Genaueres Verfahren“ Mit dem NRd-Pro-Tool lassen sich tragende Außenwände aus Ziegelmauerwerk nach dem „Genaueren Verfahren“ übersichtlich und zeitsparend bemessen. Die kostenlose Software von Wienerberger, die in Zusammenarbeit mit der TU Wien und der TU Darmstadt entwickelt wurde, berücksichtigt alle aktuellen Normen und Zulassungen. Der Benutzer wählt gleich zu ­Beginn den gewünschten Ziegel über Dropdown-Listen aus, wodurch alle relevanten Parameter automatisch in das Tool übernommen werden.

Biegemomente und Normalkräfte werden sowohl in Grafiken als auch Tabellen dargestellt. In die Software integriert sind zudem Bemessungs­ parameter für den Brandschutz und eine Übersicht über die Ziegelprodukte von Wienerberger.

Static Tool Simplifies “More Precise Method” With the NRd-Pro-Tool, specialist engineers can dimension load-bearing ­exterior brick walls in a clear and timesaving manner according to the socalled “More Precise Method” (Ge­ naueres Verfahren) laid down in the DIN standard. The Wienerberger ­software takes into account all current standards and approvals.

The user selects the desired brick from dropdown lists right at the start, with all the relevant parameters then automatically transferred to the tool.

Bending moments and normal forces are shown both in graphs and tables.

The software also includes design ­parameters for fire protection and an overview of Wienerberger brick pro-ducts.

Bauakustischer Nachweis für den Schallschutz Seit der Veröffentlichung der Normenreihe DIN 4109 Schallschutz im Hochbau im Jahr 2016 bietet die deutsche Ziegelindustrie die kompakte Bauphysiksoftware Modul Schall 4.0 an. Damit lassen sich bauakustische Nachweise des Luft- und Trittschallschutzes mit zuverlässiger Prognosesicherheit für Gebäude mit monolithischen Außenwänden aus hochwärmedämmenden Ziegeln erstellen.

Die Software wurde nun ergänzt und die Bedienung optimiert.

Wichtigste Änderung ist die 3D-Funktion für den Nachweis innerhalb von Gebäuden, die die Eingabe der Parameter vereinfacht. Zudem wurden die Nachweismöglichkeiten zum Schutz gegen Außenlärm erweitert. Die bauakustisch relevanten Parameter der Ziegelprodukte sind in einer Datenbank hinterlegt. Darüber hinaus können auch Nachweise für Konstruk­ tionen aus normativ geregelten Baustoffen geführt werden.

Proof of Sound Insulation Since the publication of the DIN 4109 series of standards for sound insulation in building construction in 2016, the German brick and tile industry has also offered the compact constructional-physics software module Schall 4.0. This allows building-acoustic ­ana-lyses of the airborne and impact sound insulation for buildings with monolithic exterior walls made of highly heat-insulating bricks to be carried out. The software has now been extended and its operation improved.

The most conspicuous change is the 3D function for verification within buildings, which simplifies the input of parameters. In addition, the verification options for protection against external noise have been expanded.

The building acoustics-relevant parameters of the brick products are stored in a database. In addition, verifications can also be carried out for structures made of regulated building materials.

schoeck.de/de/bemessungssoftware

Bemessungsprogramm für Stahl-Stahlbeton-Anschlüsse Mit dem Bemessungsprogramm für thermisch getrennte Stahlbalkone und auskragende Stahlbauteile mit Anschluss an Stahlbetondecken erweitert Schöck seine Palette der Planerunterstützung. Die Software ermöglicht es, eigenständig Bemessungen zur Auswahl einer geeigneten Isokorb-Lösung bei Stahl-StahlbetonAnschlüssen vorzunehmen. Das ­Programm berechnet zusätzlich die Eigenfrequenz thermisch getrennter Stahlbalkone zum Nachweis der Gebrauchstauglichkeit. Zudem bietet es Bemessungsvorschläge für die stahlseitige Kopfplatte sowie für einen ­Adapter zur Überbrückung der Fassadendicke.

Mit der Software lassen sich die ausgewählten Produkte statisch nach­ weisen und Zeichnungen beziehungsweise Skizzen für einen korrekten ­Einbau sowie für die Herstellung der anschließenden Stahlkonstruktion ­bereitzustellen.

Dimensioning Program for Reinforced Concrete Connections With the dimensioning program for thermally-separated steel balconies and cantilevered steel components with connection to reinforced concrete ceilings, Schöck is expanding its range of planner-support products.

The software enables to carry out independent measurements in order to select a suitable Isokorb solution for reinforced concrete connections. In addition, the program calculates the natural frequency of thermally-separated steel balconies to prove their serviceability. It also offers dimensioning proposals for the steel-side head plate and for an on-site adapter for bridging the facade thickness.

The software enables the selected products to be statically verified and drawings or sketches to be provided for correct installation as well as for the manufacture of the subsequent steel structure.

schallrechner.de

66 products

03/19

sika.com

Acrylatgel zur abdichtenden Injektion Acrylatgele werden seit Jahrzehnten zum Injizieren von Rissen und Arbeitsfugen in Stahlbeton verwendet. Unter bestimmten Bedingungen können diese Verpressgele jedoch die Korrosion des Bewehrungsstahls fördern – etwa durch eine Fehldosierung der Einzelkomponenten oder durch eine instabile Formulierung des Produkts.

Sika hat nun mit Sika Injection-307 eine neue Generation von Acrylatgelen entwickelt: Das 3-komponentige Polyacrylatgel dichtet Risse nicht nur ab und verhindert damit das Eindringen von Stoffen in den Beton, sondern schützt gleichzeitig den Bewehrungsstahl vor Korrosion. Neu an der Formulierung ist, dass das reine Acrylatgel – eine zusätzliche Polymerkomponente ist nicht mehr erforderlich – ein passivierendes Milieu in der Umgebung des Bewehrungsstahls erzeugt.

Dies wurde durch die Eignungsprüfung im sogenannten Riss- und Kiesnest-Test an der RWTH Aachen nachgewiesen.

Sika Injection-307 hat eine einstell­ bare Reaktionszeit von 5 bis 50 Minuten. Das Acrylatgel besitzt zudem eine ­extrem niedrige Viskosität und somit eine ausgezeichnete Risseindringung bis hin zur Bewehrung. Es ist quell­ fähig und permanent flexibel und nimmt so die Bewegungen der Umgebung auf. Einsetzbar ist es für Rissinjektionen von Stahlbeton, für das mehrfach verpressbare Injektionsschlauchsystem SikaFuko zur Abdichtung von Arbeitsfugen im Betonbau sowie zur Horizontalabdichtung. Sika Injection-307 hält Druckwasser bis 7 bar stand und ist daher sehr wasserdicht.

Acrylate Gel for Sealing Injection Acrylate gels have been injected into cracks and construction joints in reinforced concrete for decades. Under certain conditions, however, these grouting gels can promote corrosion of the reinforcing steel – for example due to incorrect dosing of the individual components or the unstable formulation of the product. With Sika ­Injection-307, Sika has now developed a new generation of acrylate gels. The 3-component polyacrylate gel not only seals cracks and prevents substances from penetrating into the concrete, it also protects the reinforcing steel from corrosion. What is new about the formulation is that the pure acrylate gel – an additional polymer component is no longer required – creates a passivating environment in the vicinity of the reinforcing steel. This was proven by the suitability test in the socalled crack and gravel pocket test carried out at RWTH Aachen.

Sika Injection-307 has an adjustable reaction time of 5 to 50 minutes. The acrylate gel also has an extremely low viscosity and thus excellent crack penetration through to reinforcement. It is swellable and permanently flexible and thus absorbs the movements of the environment. It can be used for crack injecting reinforced concrete, for the multiple-use SikaFuko injection hose system, for sealing construction joints in concrete construction and for horizontal sealing. Sika Injection-307 withstands pressure water up to 7 bar and is therefore very waterproof.

Dichtungslösungen für modulares Bauen Für das modulare Bauen bietet Trelleborg Dichtungslösungen an, die die Gebäudekonstruktion vor Feuchtigkeit, Lärm, Kälte und Wärme schützen.

Das Produktprogramm deckt alle ­wesentlichen Anschlusspunkte der Gebäudekonstruktion ab. Es umfasst etwa die Dichtungen SD, ST und GV, die als Feuchteabsperrbahnen am Fußpunkt eingesetzt werden. Für die Ausführung vertikaler Wandstöße ist eine O-Dichtung mit Befestigungs­ lippe erhältlich. Die Dichtung wird im Bereich von Wand- und Deckenelementen angeordnet. Sie isoliert, dämpft und nimmt Bewegungen in den Bauelementen auf. Den Schallschutz zwischen Wand und Decke stellt die Dichtung STG 50 sicher. Im Bereich von Holzdecken kommt die STG 45 zum Einsatz. Sie minimiert Lärm im Gebäude, der durch Trittschallübertragung entsteht.

Sealing Solutions for Modular Construction For modular construction, Trelleborg offers sealing solutions that protect the building structure from moisture, noise, cold and heat. The product range covers all essential connection points of the building structure. It includes, for example, the SD, ST and GV seals, which are used as moisture barriers at the base. An O-seal with a fastening lip is available for vertical wall joints. The seal is positioned in the area of the wall and ceiling elements. It insulates, dampens and absorbs movements in the components.

Sound insulation between the wall and ceiling is provided by the STG 50 seal. The STG 45 is used for wooden ceilings, and minimises noise in the building caused by impact sound transmission.

trelleborg.com

03/19

produkte 75

Impressum / Imprint

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All CAD drawings in the Documen­ tation section were produced with VectorWorks®.

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Gabriele Oldenburg

structure ist einzeln oder im Abonnement über den DETAILOnline-Shop oder den Buchhandel erhältlich. / structure can be bought ­individually or on subscription via the DETAIL Online Shop or bookstores. www.structure-magazin.de/shop

CAD-Zeichnungen / CAD drawings:

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11''

Petra Meyer Tel. +49 (0)89 38 16 20-879

3.19

Mjøstårnet in Norwegen Holzbau bricht Höhenrekorde Mjøstårnet in Norway Timber Breaks Height Record

ETFE Cushion

Aluminium Extrusion of ETFE Cushion Assembly

8 7/8''

Welded Plate Structural Steel Member Thickness Varies 3'- 0''

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The Shed in New York Ein Gebäude, zwei Tragwerke The Shed in New York One Building, Two Structures

Space for Electrical Conduits Serving Devices Below Acoustic Blackout Shade Guide Track Assembly Continuous 2'- 8''

Acoustic Blackout Shade

Line of Glazing at Operable Door Below

1'- 7 3/8''

Zeitschrift für Tragwerksplanung und Ingenieurbau Review of Structural Design and Engineering

Annett Köberlein (Leitung / Manager) Tel. +49 (0)89 38 16 20-849

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Operable Door – Below

2'- 8''

7/8'' thk.

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Medialeistungen und Beratung / Media Services and Consulting:

1/4'' thk.

Structural Steel Duct Enclosure Supply Air Plenum to Diffusers Below

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Cover structure 3/19 The Shed in New York © Iwan Baan

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Rubrikeinführende Schwarz-­WeißFotos / Black-and-white photos ­introducing main sections: Seite / page 3: Olympic House in Lausanne © 2019/ International Olympic ­Comittee. IOC /Adam Mørk

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Seite / page 21: The Shed und The Vessel in New York The Shed and The Vessel in New York © Wade Zimmerman

Seite / page 13: Dach vom Olympiastadion und ­Olympiaturm in München Olympic Stadium roof and Olympic Tower in Munich © Jakob Schoof

Seite / page 53: Integrale Stuttgarter Holzbrücke, Weinstadt-Birkelspitze The integral Stuttgart timber bridge, Weinstadt-Birkelspitze © Burkhard Walther Seite / page 59: Ziegelschale / Hagemeister Brick shell / Hagemeister © Karl Banski

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