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Weitgespannte Lamellendächer der frühen Moderne. Konstruktionsgeschichte, Geometrie und Tragverhalten

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[Quelle: http://d-nb.info]

Weitgespannte Konstruktionen aus Holz- und Stahllamellen prägten in den 1920er Jahren die Entwicklung innovativer Dachtragwerke. Die Systembauweisen der deutschen Patentinhaber Zollinger, Junkers und Hünnebeck wurden international vertrieben. Noch heute existieren weltweit Hunderte dieser Dächer. Exemplarische Befundaufnahmen zeigen, dass teilweise erhebliche plan- und unplanmäßige Veränderungen an den Bauwerken festzustellen sind. Für eine Untersuchung, Zustandsbewertung und Instandsetzungsplanung der Stahlbauweisen von Junkers und Hünnebeck existieren bisher nur wenige Anhaltspunkte. Ihre Konstruktion und ihr Tragverhalten stehen daher im Mittelpunkt vorliegender Arbeit. Mit drei baupraktisch einfach zu ermittelnden Dachabmessungen – Spannweite, Bogenstich und Dachlänge – sowie der Lamellenanzahl in Längs- und Querrichtung wird eine geschlossene parametrische Formulierung gegeben. Durch die vektorielle Beschreibung der Lamellenachsen als regelmäßiger Polygonzug entlang einer Schraubenlinie ist eine differenzialgeometrische Analyse der Bauweisen und deren Verbindungsdetails möglich. Statische Berechnungen finden am ebenen Bogen, räumlichen Stabwerk und einer steifigkeitsäquivalenten Schale statt, deren FEM-Formulierung um den Querschubanteil erweitert wird. Dabei wird die herausragende Bedeutung der Giebellagerung quantifiziert. Ist eine solche vorhanden, dominiert die Membran- respektive Normalkraft gegenüber der Biegetragwirkung, was sich in einem bis zu vierfach niedrigeren Spannungsniveau zeigt. Auch wenn es sich um vielfach statisch überbestimmte Systeme handelt, ist die Redundanz infolge einzelnen Bauteilversagens relativ gering. Lastumlagerungen stellen sich nur lokal ein und führen so zu erheblichen Spannungszuwächsen in angrenzenden Bauteilen. Sicherungs- und Instandsetzungsmaßnahmen können auf Grundlage dieser Erkenntnisse geplant werden: Punktuelle Unterstützungen sind zu vermeiden, die Aufnahme des Bogenschubes ist permanent sicherzustellen, eine homogene Längslagersteifigkeit zudem günstig. Reparatur oder Austausch einzelner Bauteile sind so auszuführen, dass sie auch nach der Maßnahme gleichwertig am Lastfluss beteiligt sind. Droht durch derartige lokale Eingriffe ein erheblicher Substanzverlust, können auch großformatige Subsidiärtragwerke in Erwägung gezogen werden.

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Forschungsberichte

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Jens Rosenkranz, Bettina Mailach, Ralf Gritzki, Jens Kaiser, Alf Perschk, Markus Rösler, J. Seifert, Bert Oschatz, Frank Otto
Gesamtanalyse Energieeffizienz von Hallengebäuden. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2808
2012, 358 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die energetische Bewertung von Hallengebäuden steht bisher kein zufriedenstellendes Verfahren zur Verfügung. Am ehesten geeignet ist die DIN V 18599, die jedoch bei einer diesbezüglichen Berechnung einige Probleme offenbart, da Baukörper, Nutzungsstruktur sowie die teilweise besonderen HLK-Anlagentechnik nicht gänzlich adäquat abgebildet werden. Mit dem vorliegenden Forschungsvorhaben sollen Grundlagen für eine Weiterentwicklung der DIN V 18599 in diesem Bereich geschaffen und Vorschläge zur Erschließung von Energiesparpotenzialen im Bereich von Hallengebäuden erarbeitet werden. Das Forschungsvorhaben Gesamtanalyse Energieeffizienz Hallengebäude (GAEEH) beinhaltet eine Reihe von Untersuchungen zu einer Vielzahl von Schwerpunkten und Teilproblemen, welche sich mit der Beheizung von Hallen im Allgemeinen sowie einer Abbildung von Hallen und hallentypischen Heizsystemen nach DIN V 18599 im Speziellen befassen. Nachfolgend werden die wesentlichen Arbeitsinhalte aufgelistet und kurz beschrieben. Anhand von Auswertungen statistischer Daten erfolgt eine Bewertung der Gesamtsituation in Deutschland. Diese umfasst einen Vergleich von Verbrauchswerten realer Hallengebäude mit korrespondierenden Energiebedarfswerten sowie eine aufwendige qualifizierte Schätzung des auf Hallen entfallenden Gesamtheizenergieverbrauchs. Im Weiteren wird das Gesamt-Einsparpotenzial für den Bereich der Hallenbeheizung ermittelt. Neben Betrachtungen zum derzeitigen Hallenbestand erfolgt eine Verbrauchsprognose für die Zukunft, welche eine Verschärfung - Umsetzung der EPBD-Richtlinie bis rund 2020 - des Anforderungsniveaus an (Hallen)Neubauten abbildet. Das Einsparpotenzial von Maßnahmen am derzeitigen Hallenbestand wird dem einer stetigen Verschärfung der Neubau-Anforderungen auf Niedrigstenergiehaus-Niveau vergleichend gegenübergestellt. In einer Literaturrecherche wird der derzeitige Kenntnisstand zur energetischen Bewertung der Beheizung hoher Räume herausgearbeitet. Auf Basis eines im Rahmen der vorliegenden Arbeit erstellten Gebäudekata

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Stefan Winter, Robert Pawlowski, Klaudius Henke
Kontinuierliche Verformungsüberwachung weitgespannter Hallentragwerke auf der Basis digitaler Bildverarbeitung. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2828
2012, 98 S., 79 Abb. u. 17 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Um ein einfaches, robustes und kostengünstiges Verfahren zur kontinuierlichen Verformungsüberwachung von Hallentragwerken zu entwickeln, wurden die Methoden der industriellen Bildverarbeitung ins Bauwesen übertragen. Ausgewählte Punkte des Tragwerks werden mit elektronischen Kameras erfasst und ihre Abbildungen im digitalen Bild vermessen. In Laborversuchen konnte gezeigt werden, dass auf diese Weise Bewegungen von Zielpunkten auch über Distanzen im Gebäudemaßstab hinweg millimetergenau erfasst werden können. Die Praxistauglichkeit des Verfahrens wurde im Rahmen eines Pilotprojektes erprobt. Als Objekt wurde die Dreifachturnhalle des Staffelseegymnasiums in Murnau im Landkreis Garmisch-Partenkirchen mit einem weit gespannten Dachtragwerk aus Holz ausgewählt. Nachdem in Vorversuchen vor Ort eine optimale Anordnung der Komponenten ermittelt worden war, wurde ein Verformungsmesssystem dauerhaft in der Halle installiert. Es besteht aus einer Kamera, drei Mess- und einem Referenzpunkt für jeweils jeden der vier Hauptträger. Um störende Einflüsse aus Umgebungslicht auszublenden, dienen als Mess- und Referenzpunkte LEDs, deren Strahlung im Infrarotbereich liegt. Die Kameras sind entsprechend auf diesen Spektralbereich eingestellt. Mit einem zusätzlich fest eingebauten Lasermesssystem können Kontrollmessungen durchgeführt werden. Außerdem wurde auf dem Dach der Halle eine Wetterstation mit Schneekissen installiert, um die Korrelation zwischen Klimagrößen und Verformungen beobachten zu können. Alle Daten und Prozesse sind auf einem zentralen Messcomputer mit Fernzugriff über das Internet zusammengefasst. In Versuchen mit künstlicher Last wurde die tatsächliche Biegesteifigkeit der Hauptträger ermittelt. Auf dieser Grundlage wurden Verformungsgrenzen festgelegt, bei deren Erreichen Kontrollhandlungen vorgenommen oder Alarm ausgelöst werden soll. Für die Alarmierung wird die technische und organisatorische Infrastruktur der vorhandenen Brandmeldeanlage mit genutzt. Die Forschungsarbeit wurde von der Impuls Bildanalyse GmbH

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Bernd Hillemeier, Henning Kaiser
Wind-Ertüchtigung statisch ausgenutzter Hallendächer zur Aufnahme angestellter Solarpaneele mit innovativen CFK-Verstärkungssystemen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2787
2011, 403 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Für die verstärkte Nutzung der Photovoltaik bieten sich beispielsweise riesige Dachflächen von Hallen, Versammlungsstätten oder Einkaufszentren an, deren Tragkonstruktion vielfach in Brettschichtholzbauweise (BSH) ausgeführt ist. Da auf gering geneigten Hallendächern ein Anstellen der Solarpaneele erforderlich ist, steigt die Windbelastung für das Tragwerk erheblich an. Hierdurch ist wiederum eine Anpassung des statischen Systems an die neue Lastsituation erforderlich. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb die Anwendbarkeit von leichten und hochfesten Kohlenstofffaserlamellen (CFK) zur statischen Verstärkung von Brettschichtholzbindern untersucht. Des Weiteren wurde ein zur Aussteifung der Dachebene anwendbares Verstärkungskonzept erprobt. Als Zielsetzung sollten die grundlegenden Voraussetzungen für die Beantragung einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung des Verfahrens geschaffen werden.

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W. Klingsch, M. Tavakkol-Khah
Einfluß holzbautypischer Hallenkonstrukionen auf die Brandcharakteristik
Bauforschung, Band T 2683
1995, 82 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden die Grundlagen zur brandschutztechnischen Auslegung von Industriebauten in Holzbauweise zusammengestellt. Die baustoffspezifische Umsetzung der bestehenden Bemessungsverfahren wurde aufgezeigt. Mittel und Wege eines wirtschaftlichen Brandschutznachweises der Hallenkonstruktionen wurden ebenso behandelt wie spezielle Verwendungsmöglichkeiten des Baustoffes Holz aus bauaufsichtlicher Sicht. Die typischen Dach- und Wandkonstruktionen für Industriebauten in Holzbauweise wurden vorgestellt und deren Verhalten im Brandfall eingehend diskutiert. Hierbei wurden sowohl die maßgebenden brandschutztechnischen Überlegungen bei der Planung und baulichen Umsetzung erörtert als auch deren spezifische Eigenschaften in Bezug auf die Beeinflussung der Brandcharakteristik. Eine Berücksichtigung der Interaktion zwischen Konstruktion und Brandcharakteristik wird bei den konventionellen Nachweisverfahren nicht vorgesehen. Eine realistische Berücksichtigung des mit der Interaktion verbundenen Wärmeverlusts kann zu einer merklichen Verbesserung der brandschutztechnischen Beurteilung der Hallenkonstruktionen führen und damit zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit. Die Möglichkeit, mittels des Bemessungsverfahrens DIN 18230 die Interaktion zwischen Konstruktion und Brandcharakteristik näherungsweise zu berücksichtigen, wurde demonstriert.

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Zeitschriftenartikel

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Oertel, Ulrike
Brandschutz für eine Produktionshalle in Holzbauweise. Tragwerke aus Holz leisten einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit
Bauen plus, 2023

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Lennartz, Marc Wilhelm
Neues Logistikzentrum als Holzbau mit Biodiversitätsdach. Objektbau in Wohnungsbauqualität
Bauen plus, 2023

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Erchinger, Carsten; Schweickhardt, Hanno
Motorworld München. Höchstleistung beim Bauen im Bestand
Bausubstanz, 2023

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Wiesenkämper, Tobias
Durch und durch eine runde Sache. Luftschiffhangar
Mikado, 2023

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Wesche, Leonhard; Heinrich, Annkathrin; Hoyer, Sebastian; Thiele, Klaus
Typisierte Stahlhallen - ein Potenzial für nachhaltige Entwicklungen
Denkmalpflege Niedersachsen, 2022

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