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Es ist eine Grundsatzfrage:
Wünschen wir uns leichte Konstruktionen, die den Eindruck großer
Transparenz erwecken, die aber auch eine gewisse Risikofreudigkeit
und Erfindungsreichtum suggerieren oder ist unser Sicherheitsdenken
so groß, dass uns schwere, dichte und massive Tragwerke mehr
Sicherheitsgefühl und Wohlbefinden vermitteln? Oder gibt es
vielleicht sogar viele Menschen, die eine Konstruktion nach
ganz anderen Kriterien wie Ästhetik, Farbe, Licht, Oberfläche,
Bearbeitungsqualität beurteilen?
Wir bewundern immer wieder die leichten Tragwerkskonstruktionen im
Stahlbau und stellen fest, dass im Holzbau obwohl ein leichtes
Material mit geringem spezifischen Gewicht zu Verfügung steht
die Tragwerke immer etwas massiver und schwerfälliger
wirken. Die Kenntnisse der Tragwerkslehre und die Technik der Verarbeitung
haben jedoch auch den Holzbau sehr stark weiterentwickelt und verfeinert,
so dass wir heute doch wesentlich schlankere Konstruktionen zustande
bringen.
Leichtigkeit verbinden wir auch mit dem Begriff RISIKO. Sich diesem
Risiko nicht zu verschließen ist eine Herausforderung für
uns Ingenieure. Während Schlankheit und filigrane Bauweise zu
beunruhigen scheinen, vermitteln viele Holzbauten trotz ihres geringen
Gewichts, allein durch Massigkeit ein Gefühl der Sicherheit und
Stabilität. Dieses Gefühl hat für mich manchmal fraglos
den Beigeschmack großer Ängstlichkeit im Umgang mit Material
und Tragwerk. Vielen Holzkonstruktionen fehlt daher die Leichtigkeit
und technische Eleganz anderer Materialien.
Das Material Holz leidet infolge seines geringen spezifischen Gewichtes
darunter, dass der Einfluss von wechselnden Lasten (Nutzlasten) noch
größer wird als bei anderen Materialien.
Beispielsweise ist der Einfluss wechselnder Windkräfte oder erheblicher
Schneelasten im Gebirge bei einem Tragwerk aus Holz wesentlich größer
als das entsprechende Eigengewicht der Konstruktion.
Dabei könnte man von der Natur lernen: Jeder Vogel, jedes Tier,
jedes Lebewesen spannt die Muskeln nur dann, wenn es sie benötigt
warum auch nicht unsere Konstruktionen? Wir müssten daher
über das rein statische Denken eine dynamische Betrachtungsweise
der Vorgänge an einem Tragwerk vornehmen. Gerade beim Holz wegen
seiner großen Bereitschaft zur Verformung wäre das möglich
und zweckmäßig. Denken wir nur an Pfeil und Bogen.
Die dynamische Brücke entstand 1987 als Studentenarbeit von Josef
Habeler, Kurt Schmid und Ulrich Semler an der Akademie der bildenden
Künste in Wien im Modell. Für die Ausstellung »Ingenieur
Bau Kunst« wurde sie 1989 mit Unterstützung
von Prof. Wolfdietrich Ziesel 1:1 realisiert.
Ein mobiles Tragwerk
Ausgangspunkt der Architekturstudenten, die im Zuge des Tragwerkslehreunterrichts
ein mobiles Tragwerk entwickelt haben, war die Idee, eine Brückenkonstruktion
zu entwerfen, die auf wechselnde Belastung reagiert. Sie sollte
sich selbständig auf jede neue Beanspruchung einstellen und
ihre Form entsprechend den wechselnden Spannungen verändern.
Eine Struktur also, die sich vorerst selbst trägt und bei Bedarf
zu einem stabilen Tragwerk ausbildet.
Es galt, eine Konstruktion zu finden, die bei steigender (wechselnder)
Belastung vorerst starke Verformungen erfährt, welche sodann
auf kinematischem Weg das endgültige Tragwerk ausfalten. Sie
durchläuft somit sehr verschiedene Verformungs- und Spannungszustände,
wobei wichtig ist, dass diese immer innerhalb der für die Baustoffe
zulässigen Werte bleiben.
Man kann es auch anders sagen: Die Grundgesetze der Statik, nämlich
das vollkommene Gleichgewicht aller Kräfte und Drehmomente,
erhalten eine zusätzliche dynamische Komponente, welche erst
die gewünschte Anpassung der Konstruktion an die Belastung
bewirkt.
Die erste experimentelle Annäherung an die Problematik erfolgte
mit Modellen. Vorerst engten einfache Stabmodelle die Fragen weiter
ein und es gelang, ein zwei Meter langes, voll funktionsfähiges
Brückenmodell aus Holz mit einer Mechanik aus Stahl zu bauen.
An diesem konnte man bereits sehr gut das Verhalten des Tragwerks
unter wechselnder Beanspruchung durch stationäre oder bewegliche
Lasten beobachten.
Danach wurde eine sechs Meter lange, begehbare Brücke nach
den gleichen Prinzipien entworfen und bis ins kleinste Detail geplant.
Die Auswahl von Material, Dimension und technischer Durchführung
des begehbaren Bogens im Hinblick auf gewünschte Verformung
und Haltbarkeit war erst nach mehrmaligen Rechenversuchen möglich.
Es ist auch zu beachten, dass bei Tragwerken dieser Art die Einzelteile
bei sehr unterschiedlichen Lastfällen ihre ungünstigste
Beanspruchung erfahren.
Für das Herstellen des bogenförmigen Brettträgers
waren mehrere Versuche notwendig. Ausgeführt wurde dann eine
schichtverleimte Laufplatte aus Lärchenholz mit Glasfaserverstärkung
mit den Abmessungen 600/55/2,9cm. Solch ein Aufbau ist dem Querschnitt
eines Alpinschis ähnlich. An der Unterseite dieses Holzbogens
sind Gelenkspfannen montiert, in denen Stahlstäbe geführt
werden. Betritt man die Brücke, beginnt sich die Laufplatte
durchzubiegen.
Die dabei auftretende Längenänderung der Bogensehne führt
mittels einer mechanischen Umlenkung zum Ausklappen der Stahlstäbe.
An ihren Enden wird ein Stahlseil mitgeführt. Erreicht man
die Mitte der Brücke und damit die größte Belastung,
sind die Stäbe voll ausgeklappt, das mitgeführte Seil
unterspannt die Konstruktion. Die Stahlstäbe wirken als Druckstäbe.
Dieser Zustand bildet sich bei Verlassen des mobilen Tragwerkes
sukzessive zurück. Die mechanischen Teile sind gefräst
aus Duraluminium und Stahl und genügen neben ihren funktionellen
Aufgaben auch höchsten ästhetischen Ansprüchen. Alle
Anschlussdetails sind gleich und sind daher nach einem EDV-Programm
für gleiche Knoten mit verschieden dimensionierten Zwischenstücken
gefertigt. Die Laufplatte ist zwischen zwei Auflagern aus Stahlblech
beweglich gelagert. Die Ausbildung der Widerlager folgte mehr formalen
Gesichtspunkten, um eine gestalterische Einheit mit dem mobilen
Tragwerk zu erreichen. Zum Schluss erfolgte das sehr langwierige
und komplizierte Justieren der Gesamtkonstruktion: Ein Problem war
z.B. das Erzeugen einer gewissen Vorspannung, um bei Be- und Entlastung
eine einwandfreie Beweglichkeit zu garantieren.
Das Brückentragwerk wurde auf vielen Ausstellungen unter großer
Anteilnahme des Publikums gezeigt. Viele Menschen sind darüber
gegangen und haben mit großem Interesse festgestellt, dass
sie zum ersten Mal das Funktionieren einer Tragkonstruktion körperlich
erlebt und gespürt haben.
Zieht man nach Abschluss einer derartigen Arbeit Bilanz, stellt
sich die Frage nach der Sinnhaftigkeit eines solchen Unternehmens
und der Möglichkeit von Folgerungen und Weiterentwicklungen.
Eine denkbare Anwendung dieses Tragwerkprinzips läge bei allen
Konstruktionen, die großen wechselnden oder dynamischen Belastungen
ausgesetzt sind, etwa bei weitgespannten Hallenkonstruktionen mit
einseitig auftretenden Wind- und Schneelasten oder bei unterfahrbaren
Brücken mit geringer Höhe. Auch bei Druckgliedern in Tragwerken
ist eine Veränderung der Konstruktion zur Erhöhung der
Knicksteifigkeit bei steigender Belastung vorstellbar.
Es ist ein innerer Antrieb jedes Kreativen, Ideen und Überlegungen
festzuhalten und diese in eine konkrete Form zu bringen. Die beschriebene,
technisch wertvolle innovative Arbeit hat auch natürliche Vorbilder.
Ich vergleiche sie mit einem Vogel in freier Natur. Sitzt er auf
einem Baum, so sind seine Flügel in Ruhestellung, ihr Tragwerk
ist unbelastet und daher eingezogen. Nur wenn der Vogel fliegen
möchte und die Tragfähigkeit seiner Flügel benötigt,
entfalten sie sich zu einem beeindruckenden und zweckmäßigen
Tragwerk.
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| Dynamische Brücke in unbelastetem
und in belastetem Zustand. |
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Brücke, vom Publikum getestet
bei der Ausstellung
»Ingenieur Bau Kunst« in Berlin.
Foto: Archiv
Wolfdietrich Ziesel |
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Text: Wolfdietrich Ziesel
O. Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
1934 geboren in München.
1957 Diplom an der Technischen Universität Wien.
1958 Promotion zum Doktor der technischen Wissenschaften. Danach Assistent am
Lehrstuhl für Stahlbau an der Technischen Hochschule Darmstadt.
Seit 1962 Zivilingenieur für Bauwesen mit Konstruktionsbüro in Wien.
Zahlreiche Publikationen und Vorträge. Seit 1977 Hochschulprofessor und
Vorstand des Institutes für Statik und Tragwerkslehre an der Akademie der
bildenden Künste in Wien.
1976 Europäischer Stahlbaupreis.
1995 Adolf-Loos-Preis.
Wolfdietrich Ziesel
Hackhofergasse 5
A-1190 Wien
T +43 (0)1/3702263
F +43 (0)1/3706400
prof.ziesel@netway.at
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