Man unterscheidet vier grundlegende Konstruktionsprinzipien:
- Massenbau,
- Massivbau (Flächenbau),
- Skelettbau (Gliederbau),
- räumliches Tragwerk (Raumtragwerk).
Räumliches Tragwerk (Raumtragwerk)
Man bezeichnet Raumtragwerke
auch als multifunktionale Konstruktionen.
Die Lastabtragung kann auf mehrere Raumebenen verteilt erfolgen. Das ermöglicht
- eine stützenfreie Überspannung
sehr großer Räume und
- höhere Tragleistung bei geringerer Masse.
Alle traditionellen im Massivbau verwendeten Dach-, Kuppel- und Gewölbeformen
können als Raumtragwerke industriell hergestellt werden. Darüber
hinaus sind viele neue Formen möglich, die mithilfe spezieller Computerprogramme
"gezeichnet" und berechnet werden. Der freie Entwurf von Architekten
wird erst durch die komplexe Arbeit von Bauingenieuren realisierbar.
Man unterscheidet bei Raumtragwerken zwischen
- Raumfach- oder Raumstabwerken,
- Gitterschalen,
- Seilnetztragwerken,
- Zelten,
- pneumatischen Tragwerke (Luft getragene Bauten) und
- Schalen.
Raumfachwerke/ Raumstabwerke
Ein spektakulärer Bau beim Übergang ins neue Jahrtausend war
der Bau einer Werfthalle bei Brand (Lausitz, Bild 1) für den sogenannten "Cargo Lifter 160". Die Größe der Halle ermöglichte im Innern die Herstellung
eines Transport-Luftschiffes sowie die Wartung eines zweiten. Mit 107 m
Höhe, 360 m Länge und 220 m Breite ist diese Werfthalle
die zurzeit größte stützenfreie
Halle der Welt. Sie bietet genügend Raum, um die gesamte Skyline
des Potsdamer Platzes in Berlin aufzunehmen. Fünf tonnenförmig
gewölbte Bogenbinder aus Stahlrohr sind an ihren Enden in Stahlbetonsockel
(Widerlager) eingespannt und bilden das Tragwerk des Mittelteiles. Die
äußere Hülle - ein aus vier Schichten bestehendes
Membransystem - funktioniert gleichzeitig als Dach- und Wandabschluss
sowie Wärmedämmung. Sechs Torsegmente bestehen aus diagonal,
vertikal und horizontal verstrebtem Fachwerk, das mit Aluminiumplatten "beplankt" ist.
Das Raumstabwerk stellt eine moderne Weiterentwicklung des Fachwerkes dar. Während beim Fachwerk das Grundelement meist die Form eines Dreieckes hat, bildet es bei räumlichen Stabwerken häufig würfel- oder pyramidenförmige Formen.
Gitterschalen
Eine Gitterschale wurde erstmals
von FREI OTTO (* 1925) und OVE ARUP (1895-1988) 1974 entwickelt.
OTTO experimentierte mit hängenden Netzen. Durch deren Versteifung
und Umkehrung gelangte er zur Form einer Gitterschale. Mit Hilfe des Computers
wurde die experimentell entwickelte Form des Tragwerkes durch die Firma
Arup berechnet und 1975 für die Bundesgartenschau in Mannheim erstmalig
realisiert.
Seilnetztragwerke und Zelte
Neue Wege der Konstruktionstechnik fand der Architekt HELMUT JAHN (* 1940)
beim gläsernen Zeltdach des Sony-Areals in Berlin (1996-2000, Bild 2). Die Stahlseil-Stab-Konstruktion scheint über dem zentralen Platz zu schweben.
In den letzten Jahrzehnten des vorigen Jahrhunderts wurde Textiles
Bauen als Alternative zu Stahl, Glas oder Beton wiederentdeckt. Schon
in der Antike waren Sonnensegel für
die Theater gebräuchlich. Alle nomadisierenden Völker benutzten
Zelte,
die als transportables Haus mitgeführt wurden. Nomadenzelte und Campingzelte
beruhen meist auf zusammengefügten ebenen Flächen, die senkrecht
keine Lasten abtragen können und ein aussteifendes Gerüst benötigen.
Heute übliche sogenannte Membrankonstruktionen (Gewebe- und Zelttragwerke) beruhen im konstruktiven Prinzip vor allem auf Zugkräften. Da Membranen immer vorgespannt werden, treten dadurch auch im unbelasteten Zustand Zugkräfte in allen Richtungen auf.
Seilnetze folgen in ihrer Formfindung
und Lastabtragung den gleichen statischen Gesetzen (Gegenkrümmung,
Vorspannung) wie Gewebe. Die Abstände des Netzes zwischen den "Gewebefäden"
Kette und Schuss sind größer und die Netze bestehen statt aus
textilem Gewebe meist aus Stahlseilen
(Bild 3). Als Material, das die Seilmaschen ausfacht oder bedeckt
und damit den Raum schließt, werden Holz, Glas oder auch Textilien
eingesetzt.
Pneumatische Tragwerke
Pneumatische Tragwerke
(griech.: "pneuma" = Atem) sind eine weitere Art der leichten
Zug beanspruchten Konstruktionen, die unter künstlich erzeugtem Überdruck
stehen. Das Stützmedium ist bei diesen Bauten die Luft - genauer,
eine Druckdifferenz der Luft zwischen innen (höher) und außen
(niedriger). Die bei diesem System angreifenden Kräfte werden über
an Fundamenten befestigtem, vorgespanntem Textilgewebe als Zugkraft und
über die eingeschlossene Luft abgeleitet. Dabei erzeugt ein erhöhter
Innenluftdruck eine Stützkraft auf alle Punkte der Oberfläche
und krümmt diese gleichsinnig (synklastisch, Bild 5).
Neben spektakulären Ideen und Projekten gibt es schlichtere Konstruktionen.
Wie eine riesige gekrümmte Luftmatratze wirkte der Fuji-Pavillion
auf der Weltausstellung in Osaka (1970;
Architekten: YUKATA MURATA, 1917-1988; MAMORU KAWAGUCHI, * 1932).
Einfache Traglufthallen setzten sich durch und fanden auch in landwirtschaftlich
geprägten Regionen schnelle Verbreitung.
Den Gegensatz zu Membran- und Seilnetzkonstruktionen bilden die Schalen (Bild 6). Bei den Schalen wird eine dünne, selbst tragende Konstruktion nach dem Vorbild der Eierschale - meist aus Stahlbeton - hergestellt. Sie kann aber auch als Gittertragwerk ausgebildet sein. Man unterscheidet Tonnen- und Kegelschalen, Kuppel- und Sattelschalen (hyperbolisches Paraboloid). Der in Mexiko lebende Architekt FÉLIX CANDELA (1910-1997) ist durch seine Schalenkonstruktionen international bekannt geworden (Pavillon für kosmische Strahlenforschung,1953; Ausflugslokal in Xochimilco, 1958).