die idee für die seminararbeit |metal:mantel| ist aus einem
entwurfprojekt eines attrium-wohnhauses entstanden
das atriumhaus besteht aus wohnbogen, arbeitstrichter und schlafkegel, die
aussenmauern schwingen sich um diese primärformen - das heisst diese
mantelfläche hat einen geschwungenen grundriss und als tangentialfläche von
kegel und trichter auch geneigte wandabschnitte (75-105°), die
wandkonstruktion sah einen kern aus ortbeton vor,
mit einer vorgesetzten metallfassade - innen sichtbeton
form
die aufnahme (bild unten) zeigt die projektentwicklung – aus einer studie mit
einem papierstreifenstück bis zum fertigen entwurf (bild oben),
was mit karton, holz und farbe relativ im modell relativ einfach zu realisieren
ist würde in der praxis sicher an die grenzen der wirtschaftlichkeit stossen
den nur mit komplizierten schalungskonstruktionen könnte man beton in diese
form bringen
formlos - gehry
die aufnahme zeigt einen fassadenteil der bürotürme "neuer zollhof" von frank
gehry. Er modelliert diese skulptur und generiert mittels 3D-scanner ein
digitales modell - das modell wird weiter perfektioniert und auf dieser basis die
ausführungsplanung erstellt.
die aussenwand wurde in teile aufgelöst - für jedes element eine eigene
schalung gefräst, die teile werden zusammengesetzt und als aussenfassade
vorgefertigte spezialbleche montiert. gehry arbeitet hier mit völlig freien
formen, im unterschied zum projekt atrimhaus, bei dem die aussenwände eine
kegelmantelflächen darstellen - definiert durch eine reihe fallgeraden
à metal:mäntel unitäre form:konstruktion? [...]
Inhaltsverzeichnis
0 1 idee
0 2 zieldeffinition
0 3 blech formen
A Die Formgebung von Großblechen in der Flugzeugindustrie
0 4 membrantragwerke aus dünnem blech
A Ausgangssituation und Thema
B Bestandsaufnahme und Problembereiche
C Die zugbeanspruchte Membranschale aus dünnem Blech
D GRUNDLAGEN
1 Die biegeweiche, zugfeste Haut als tragendes Bauteil
2 metallische und nichtmetallische Membranbaustoffe
3 Die Entwicklung der Metall-Membranbauweise
4 Probleme bei der Verwendung von Blech
5 Methoden zur Realisierung der Membranfläche
E durch den formgebenden Lastfall bestimmte Membrantragwerke
F formgebender Lastfall - geeignete Bleche
G Variationsbreite der Methode des formgebenden Lastfalles
F Experimentelle Untersuchungen mit Folienmodellen
G Sattelfläche mit Zugrändern
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Blech als metallischer Membranmantel mit tragender Funktion, wobei insbesondere der konstruktive Entstehungsprozess bei Automobilen, Flugzeugen und weitgespannten Architekturprojekten analysiert wird, um das Potenzial für wirtschaftliche und architektonisch anspruchsvolle Lösungen auszuloten.
- Analyse der Formgebung von Blechen durch Einblicke in industrielle Fertigungsverfahren.
- Untersuchung von Membrantragwerken aus dünnem Blech als Alternative zu konventionellen Seilnetzkonstruktionen.
- Evaluation geeigneter Werkstoffe für metallische Membranen.
- Diskussion der "Methode des formgebenden Lastfalles" zur plastischen Verformung.
- Darstellung fertigungstechnischer Herausforderungen und Lösungsansätze.
Auszug aus dem Buch
D GRUNDLAGEN
Der Grundgedanke der Membranbauweise, der einem natürlichen Bauprinzip entstammt, besteht darin, eine Haut als Raumabschluss und zum Lastabtragen zugleich zu verwenden.
1 Die biegeweiche, zugfeste Haut als tragendes Bauteil
Die Membran ist eine zugbeanspruchbare, biegeweiche Haut. Da sie keine nennenswerten Druckspannungen aufnehmen kann, weicht sie selbst kleinsten Druckbeanspruchungen durch Faltenbildung aus. Abweichend vom Sprachgebrauch der Schalentheorie, in der auch die druckbeanspruchte, biegemomentenfreie Schale als Membran bezeichnet wird, ist in dieser Arbeit stets die gewissermaßen "echte Membran" gemeint, die über die Querschnittsdicke ausschließlich konstante Zugspannungen überträgt.
Analog zum Seil kann die Membran als Tragelement nur dann genutzt werden, wenn ihre Fähigkeit, Zugkräfte zu übertragen, aktiviert wird. Im spannungslosen Zustand nimmt sie keine bestimmte Form ein. Will man sie als verformungsarmes Tragelement verwenden, so muss man ihr einen dauernd wirkenden Zugspannungszustand einprägen. Durch diesen erhält sie eine definierte Form und Steifigkeit.
Dieser Zugspannungszustand ist untrennbar mit der Membrangeometrie verknüpft. Er kann sich nur dann aufbauen, wenn die Membranflache entsprechend der den Spannkräften zugeordneten Gleichgewichtsfigur geformt ist. Er ist aus der tragwerksbezogenen Sicht die maßgebliche formbestimmende Einflussgröße und wird deshalb "systembestimmender Spannungszustand" genannt.
Zusammenfassung der Kapitel
0 1 idee: Die Arbeit entstand aus einem Entwurfsprojekt für ein Atriumhaus, das die konstruktiven Herausforderungen bei der Realisierung komplexer Metallfassaden im Vergleich zu industriellen Ansätzen wie denen von Frank Gehry beleuchtet.
0 2 zieldeffinition: Es wird die Untersuchung von Blech als tragender Membranmantel definiert, wobei der Fokus auf Fertigungsverfahren und statischen Eigenschaften liegt.
0 3 blech formen: Dieses Kapitel erörtert verschiedene industrielle Umformverfahren wie Drücken mit Druckschablone, Streckziehen und Kugelstrahlumformen im Kontext der Flugzeugindustrie.
0 4 membrantragwerke aus dünnem blech: Einführung in die Thematik der metallischen Membrantragwerke als Alternative zu textilen oder Seilnetzkonstruktionen unter Berücksichtigung historischer Entwicklungen.
A Ausgangssituation und Thema: Definition der Membrankonstruktionen aus dünnem Blech und deren Potenziale zur Verbindung von Leichtigkeit und metallischer Festigkeit.
B Bestandsaufnahme und Problembereiche: Identifikation der Hauptprobleme beim Einsatz von Blech, insbesondere in Bezug auf Montage, Zusammenbau und die notwendige Formerzeugung.
C Die zugbeanspruchte Membranschale aus dünnem Blech: Erläuterung, warum die zugbeanspruchte Membran die bei Druckschalen auftretenden Beulprobleme vermeidet und eine ästhetische technische Eleganz bietet.
D GRUNDLAGEN: Herleitung der Definition einer "echten Membran" und der Bedeutung des systembestimmenden Spannungszustands für die Formgebung.
1 Die biegeweiche, zugfeste Haut als tragendes Bauteil: Vertiefung der physikalischen Voraussetzungen, um eine biegeweiche Haut als verformungsarmes Tragelement nutzen zu können.
2 metallische und nichtmetallische Membranbaustoffe: Vergleich der Materialeigenschaften verschiedener organischer und anorganischer Stoffe im Hinblick auf ihre Eignung als Membranbaustoff.
3 Die Entwicklung der Metall-Membranbauweise: Historischer Abriss von den Anfängen im 18. Jahrhundert bis zur beschleunigten Entwicklung in den 80er Jahren.
4 Probleme bei der Verwendung von Blech: Zusammenfassung der technischen Herausforderungen, wie schwierige Handhabung, Fügetechniken und Geometrietreue.
5 Methoden zur Realisierung der Membranfläche: Diskussion von Torsen und abwickelbaren Flächen als effiziente Grundformen für Metall-Membrankonstruktionen.
E durch den formgebenden Lastfall bestimmte Membrantragwerke: Beschreibung der Methode, bei der die Membran plastisch verformt wird, um ihre Sollform direkt am Gesamttragwerk zu erreichen.
F formgebender Lastfall - geeignete Bleche: Analyse der Werkstoffeigenschaften, insbesondere Duktilität und Verfestigung, die für die Anwendung des formgebenden Lastfalles entscheidend sind.
G Variationsbreite der Methode des formgebenden Lastfalles: Darstellung der Modifikationsmöglichkeiten dieser Methode durch Variation von Werkstoff und statischem System.
F Experimentelle Untersuchungen mit Folienmodellen: Erläuterung der Bedeutung von Prinzipmodellen zur qualitativen Überprüfung konstruktiver Ideen und Machbarkeiten.
G Sattelfläche mit Zugrändern: Dokumentation eines Versuchsaufbaus, der zeigt, wie durch gezielte plastische Verformung eine Sattelfläche realisiert werden kann.
Schlüsselwörter
Metallmembran, Membrantragwerk, Blech, Formgebung, formgebender Lastfall, Streckziehen, plastische Verformung, Werkstoffkunde, Tragwerk, Struktur, Fertigungstechnik, Architektur, Leichtbau, Zugbeanspruchung, Geometrie.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Potenzial von dünnen Blechen als tragende Membrankonstruktionen, die sowohl eine raumabschließende als auch eine tragende Funktion übernehmen können.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die Materialeigenschaften von Blech, industrielle Fertigungsverfahren zur Formgebung (z.B. Streckziehen) sowie die statischen Bedingungen von Membrantragwerken.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Analyse der Möglichkeiten, Metallmembranen durch plastische Verformungsprozesse, insbesondere den "formgebenden Lastfall", wirtschaftlich und konstruktiv effizient in der Architektur einzusetzen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine Kombination aus Literaturanalyse, technischer Auswertung von Umformverfahren aus der Flugzeug- und Automobilindustrie sowie experimentelle Untersuchungen an Modellen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in theoretische Grundlagen der Membranbauweise, Werkstoffanalysen, die historische Entwicklung, fertigungstechnische Probleme und spezifische Methoden der Formerzeugung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Metallmembran, Blech, Formgebung, formgebender Lastfall, plastische Verformung, Leichtbau und Tragwerk.
Was ist die Besonderheit der "Methode des formgebenden Lastfalles"?
Die Methode nutzt die plastische Dehnbarkeit von Metallen, um die Membran erst am Bauwerk durch definierte Belastungen in ihre endgültige, geometrisch präzise Sollform zu bringen.
Warum sind Bleche als Membranmaterial "widerspenstig"?
Aufgrund ihrer Steifigkeit, Scharfkantigkeit, des Gewichts und der Neigung zur Knickbildung beim Transport und der Montage erfordern sie andere Handhabungstechniken als textile Membranmaterialien.
- Citar trabajo
- Robert Scheutz (Autor), 2002, metal:mantel (Konstruieren und Entwerfen mit Blechen), Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/14769
