Erforschung der Architektur der Spannung

Spitzdach des Denver Airport Terminal. Foto von Sandra Leidholdt / Moment / Getty Images (beschnitten)

Die Zugarchitektur ist ein Tragsystem, das überwiegend Zug statt Druck verwendet. Zug und Spannung werden oft synonym verwendet. Andere Namen umfassen Spannungsmembranarchitektur, Gewebearchitektur, Spannungsstrukturen und leichte Spannungsstrukturen. Lassen Sie uns diese moderne und doch alte Technik des Bauens erkunden.

Ziehen und Drücken

Zugmembranarchitektur, Denver Airport 1995, Colorado. Foto von Education Images/UIG/Universal Images Group Collection/Getty Images

Spannung und Kompression sind zwei Kräfte, von denen man viel hört, wenn man Architektur studiert. Die meisten Bauwerke, die wir bauen, stehen unter Druck – Ziegel auf Ziegel, Brett auf Brett, drücken und drücken nach unten auf den Boden, wo das Gewicht des Gebäudes durch die feste Erde ausgeglichen wird. Spannung hingegen wird als das Gegenteil von Kompression angesehen. Spannung zieht und dehnt Baumaterialien.

Definition von Zugstruktur

' Eine Struktur, die durch ein Spannen des Stoff- oder biegsamen Materialsystems (typischerweise mit Draht oder Kabel) gekennzeichnet ist, um die kritische strukturelle Unterstützung für die Struktur bereitzustellen. '— Verband für Stoffstrukturen (FSA)

Zug- und Druckaufbau

Wenn wir an die ersten von Menschenhand geschaffenen Strukturen der Menschheit (außerhalb der Höhle) zurückdenken, denken wir an Laugiers Primitive Hütte (Strukturen hauptsächlich unter Druck) und noch früher zeltartige Strukturen - Stoff (z. B. Tierhaut), der fest (Spannung) um einen Holz- oder Knochenrahmen gezogen wird. Das Zugdesign war gut für Nomadenzelte und kleine Tipis, aber nicht für die Pyramiden von Ägypten. Sogar die Griechen und Römer stellten fest, dass große Kolosseen aus Stein ein Markenzeichen für Langlebigkeit und Höflichkeit waren, und wir nennen sie Klassisch . Im Laufe der Jahrhunderte wurde Spannungsarchitektur auf Zirkuszelte, Hängebrücken (z. Brooklyn Brücke ) und kleine temporäre Pavillons.

Der deutsche Architekt und Pritzker-Preisträger Frei Otto studierte sein ganzes Leben lang die Möglichkeiten einer leichten, zugfesten Architektur – er berechnete akribisch die Höhe von Masten, die Aufhängung von Kabeln, das Kabelnetz und die Membranmaterialien, die verwendet werden könnten, um großformatige Gebäude zu schaffen zeltartige Strukturen. Sein Entwurf für den deutschen Pavillon auf der Expo '67 in Montreal, Kanada, wäre viel einfacher zu konstruieren gewesen, wenn er es getan hätte CAD Software. Aber es war dieser Pavillon von 1967, der anderen Architekten den Weg ebnete, die Möglichkeiten des Spannbaus in Betracht zu ziehen.

Wie man Spannung erzeugt und verwendet

Die gängigsten Modelle zum Aufbau von Spannung sind das Ballonmodell und das Zeltmodell. Beim Ballonmodell erzeugt Innenluft pneumatisch die Spannung an Membranwänden und Dach, indem sie wie bei einem Ballon Luft in das dehnbare Material drückt. Beim Zeltmodell ziehen Kabel, die an einer festen Säule befestigt sind, die Membranwände und das Dach, ähnlich wie bei einem Regenschirm.

Typische Elemente für das gebräuchlichere Zeltmodell sind (1) der „Mast“ oder eine feste Stange oder Stangensätze zur Unterstützung; (2) Aufhängungskabel, die Idee, die von in Deutschland geborenen nach Amerika gebracht wurde John Roebling; und (3) eine „Membran“ in Form von Stoff (z. B. ETFE ) oder Kabelgeflecht.

Zu den typischsten Anwendungen für diese Art von Architektur gehören Überdachungen, Außenpavillons, Sportarenen, Verkehrsknotenpunkte und semipermanente Unterkünfte nach Katastrophen.

^{Quelle: Fabric Structures Association (FSA) unter www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

Innerhalb des Denver International Airport

Innenraum des Denver International Airport, 1995 in Denver, Colorado. Foto von altrendo images/Altrendo Collection/Getty Images

Denver International Airport ist ein schönes Beispiel für gespannte Architektur. Das gespannte Membrandach des Terminals von 1994 hält Temperaturen von minus 100 °F (unter Null) bis plus 450 °F stand. Das Glasfasermaterial reflektiert die Sonnenwärme und lässt dennoch natürliches Licht in die Innenräume eindringen. Die Designidee soll die Umgebung von Berggipfeln widerspiegeln, da der Flughafen in der Nähe der Rocky Mountains in Denver, Colorado, liegt.

Über den Denver International Airport

Architekt : C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denver, CO
Abgeschlossen : 1994
Fachunternehmer : Birdair, Inc .
Design-Idee : Ähnlich wie Frei Ottos spitze Struktur in der Nähe der Münchner Alpen, wählte Fentress ein dehnbares Membrandachsystem, das Colorados Rocky Mountain-Gipfeln nachempfunden ist
Größe : 1.200 x 240 Fuß
Anzahl der Innensäulen : 3. 4
Menge an Stahlkabel 10 Meilen
Membrantyp : PTFE-Glasfaser , ein Teflon-beschichtetes Glasfasergewebe
Stoffmenge : 375.000 Quadratfuß für das Dach des Jeppesen-Terminals; 75.000 Quadratmeter zusätzlicher Bordsteinschutz

^{Quelle: Denver Internationaler Flughafen und PTFE-Glasfaser bei Birdair, Inc. [aufgerufen am 15. März 2015]}

Drei Grundformen, die typisch für die Zugarchitektur sind

Dach des Olympiastadions 1972 in München, Bayern, Deutschland. Foto von Holger Thalmann/STOCK4B/Stock4B Collection/Getty Images

Inspiriert von den deutschen Alpen erinnert Sie dieses Gebäude in München vielleicht an den internationalen Flughafen von Denver aus dem Jahr 1994. Das Münchner Gebäude wurde jedoch zwanzig Jahre früher errichtet.

1967 gewann der deutsche Architekt Günther Behnisch (1922-2010) einen Wettbewerb, um eine Münchner Mülldeponie in eine internationale Landschaft für die Austragung der XX. Olympischen Sommerspiele 1972 zu verwandeln. Behnisch & Partner schuf Modelle aus Sand, um die von ihnen gewünschten natürlichen Gipfel zu beschreiben das Olympische Dorf. Dann engagierten sie den deutschen Architekten Frei Otto, um bei der Ausarbeitung der Details des Entwurfs zu helfen.

Ohne den Einsatz von CAD Software haben die Architekten und Ingenieure diese Gipfel in München entworfen, um nicht nur die olympischen Athleten, sondern auch den deutschen Einfallsreichtum und die deutschen Alpen zu präsentieren.

Hat der Architekt des Denver International Airport Münchens Entwurf geklaut? Vielleicht, aber das südafrikanische Unternehmen Spannungsstrukturen weist darauf hin, dass alle Spannungsdesigns Ableitungen von drei Grundformen sind:

• ' Konisch – eine Kegelform, gekennzeichnet durch eine zentrale Spitze“
• ' Tonnengewölbe – Eine gewölbte Form, die normalerweise durch ein gebogenes Bogendesign gekennzeichnet ist.
• ' Hypar – Eine verdrehte Freiform '

^{Quellen: Wettbewerbe , Behnisch & Partner 1952-2005; Technische Information , Tension Structures [aufgerufen am 15. März 2015]}

Groß im Maßstab, leicht im Gewicht: Olympisches Dorf, 1972

Luftaufnahme des Olympischen Dorfes in München, Deutschland, 1972. Foto von Design Pics/Michael Interisano/Perspectives Collection/Getty Images

Günther Behnisch und Frei Otto arbeiteten zusammen, um den größten Teil des Olympischen Dorfes von 1972 in München, Deutschland, einzuschließen, eines der ersten groß angelegten Spannkonstruktionsprojekte. Das Olympiastadion in München, Deutschland, war nur einer der Austragungsorte mit Zugarchitektur.

Die Münchener Struktur, die größer und prächtiger als Ottos Stoffpavillon auf der Expo '67 sein sollte, war eine komplizierte Kabelnetzmembran. Die Architekten wählten 4 mm dicke Acrylplatten, um die Membran zu vervollständigen. Starres Acryl dehnt sich nicht wie Stoff, daher wurden die Paneele „flexibel“ mit dem Kabelnetz verbunden. Das Ergebnis war eine geformte Leichtigkeit und Weichheit im gesamten Olympischen Dorf.

Die Lebensdauer einer dehnbaren Membranstruktur ist variabel, abhängig von der Art der gewählten Membran. Die heutigen fortschrittlichen Fertigungstechniken haben die Lebensdauer dieser Strukturen von weniger als einem Jahr auf viele Jahrzehnte verlängert. Frühe Bauwerke, wie der Olympiapark von 1972 in München, waren wirklich experimentell und wartungsbedürftig. 2009 übernahm das deutsche Unternehmen Hightex wurde beauftragt, ein neues abgehängtes Membrandach über der Olympiahalle zu installieren.

^{Quelle: Olympische Spiele 1972 (München): Olympiastadion, TensiNet.com [abgerufen am 15. März 2015]}

Detail der Zugkonstruktion von Frei Otto in München, 1972

Von Frei Otto entworfene olympische Dachkonstruktion, 1972, München, Deutschland. Foto von LatitudeStock-Nadia Mackenzie/Gallo Images Collection/Getty Images

Der heutige Architekt hat eine Reihe von Auswahl an Stoffmembranen zur Auswahl – viel mehr „Wunderstoffe“ als die Architekten, die 1972 die Überdachung des Olympischen Dorfes entworfen haben.

1980 erklärte der Autor Mario Salvadori die Zugarchitektur folgendermaßen:

„Sobald ein Kabelnetzwerk an geeigneten Stützpunkten aufgehängt ist, können die Wunderstoffe daran aufgehängt und über den relativ geringen Abstand zwischen den Kabeln des Netzwerks gespannt werden. Der deutsche Architekt Frei Otto hat Pionierarbeit für diese Art von Dach geleistet, bei dem ein Netz aus dünnen Kabeln von schweren Begrenzungskabeln herunterhängt, die von langen Stahl- oder Aluminiumstangen getragen werden. Nach dem Aufbau des Zeltes für den westdeutschen Pavillon auf der Expo '67 in Montreal gelang ihm die Überdachung der Stände der Olympiastadion München ...im Jahr 1972 mit einem Zelt, das 18 Hektar schützt, unterstützt von neun Druckmasten mit einer Höhe von bis zu 260 Fuß und von Spannkabeln mit einer Kapazität von bis zu 5.000 Tonnen. (Die Spinne ist übrigens nicht leicht nachzuahmen – dieses Dach erforderte 40.000 Stunden an technischen Berechnungen und Zeichnungen.)

^{Quelle: Warum Gebäude stehen von Mario Salvadori, McGraw-Hill Taschenbuchausgabe, 1982, p. 263-2}

Deutscher Pavillon auf der Expo '67, Montreal, Kanada

Der Deutsche Pavillon auf der Expo 67, 1967, Montreal, Kanada. Fotoatelier Frei Otto Warmbronn über PritzkerPrize.com

Der deutsche Pavillon der Expo '67 von 1967, der oft als das erste großformatige leichte Tragwerk bezeichnet wird, bedeckte nur 8.000 Quadratmeter. Er wurde in Deutschland vorgefertigt und zur Montage vor Ort nach Kanada verschifft. Dieses Experiment in dehnbarer Architektur, dessen Planung und Bau nur 14 Monate dauerte, wurde zu einem Prototyp und machte den Appetit deutscher Architekten, einschließlich seines Designers, des zukünftigen Pritzker-Preisträgers Frei Otto.

Im selben Jahr 1967 gewann der deutsche Architekt Günther Behnisch den Auftrag für die Münchner Olympiastätten von 1972. Die Planung und der Bau seiner dehnbaren Dachkonstruktion dauerte fünf Jahre und bedeckte eine Fläche von 74.800 Quadratmetern – weit entfernt von seinem Vorgänger im kanadischen Montreal.

Erfahren Sie mehr über Zugarchitektur

• Lichtstrukturen - Strukturen des Lichts: Die Kunst und Technik der Zugarchitektur illustriert durch die Arbeit von Horst Berger von Horst Berger, 2005
• Tensile Surface Structures: Ein praktischer Leitfaden für den Kabel- und Membranbau von Michael Seidel, 2009
• Zugmembranstrukturen: ASCE/SEI 55-10 , Asce Standard der American Society of Civil Engineers, 2010

^{Quellen: Olympische Spiele 1972 (München): Olympiastadion und Expo 1967 (Montreal): Deutscher Pavillon, Projektdatenbank von TensiNet.com [abgerufen am 15.03.2015]}