Baukonstruktion - vom Prinzip zum Detail

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. KONSTRUIEREN

   1. Frontmatter

   2. Konstruieren

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Für menschliche Bedürfnisse gebrauchstaugliche Behausungen wurden selbst in vorgeschichtlichen Zeiten nur sehr selten in der natürlichen Umgebung vorgefunden, sondern mussten zumeist in einem mehr oder weniger komplexen technischen Herstellungsprozess gefertigt werden. Zu diesem Zweck musste man geeignete Baumaterialien gewinnen, bearbeiten sowie daraus hergestellte Teile zu einem Gesamtgefüge zusammenbauen. Heutige Bauwerke werden – insbesondere angesichts der hohen Anforderungen, die gegenwärtig mit der Gebrauchstauglichkeit verknüpft werden – ohne Ausnahmen technisch hergestellt.

3. STRUKTUR

   1. Frontmatter

   2. Ordnung und Gliederung

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      wesentlich mitbeeinflussen. Eine Fassadengestaltung aus Elementen wie Fensteröffnungen, Simsen, Wandflächen etc. ist ein Beispiel für das ästhetisch wirksame rhythmische Zusammenspiel von Gestaltelementen, die in ihrer räumlichgeometrischen Anordnung durch das übergeordnete architektonische Ordnungsprinzip bestimmt sind.

   3. Industrielles Bauen

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Das Handwerk geht in allen Kulturen aus der geschlossenen Hauswirtschaft hervor. Erst wenn über den Familienbedarf hinaus Güter mit dem Ziel des Erwerbs und Gewinns hergestellt werden, kann man von einem selbstständigen, für einen Markt produzierenden Handwerk sprechen.

   4. Maßordnung

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Insbesondere in den angelsächsischen Ländern sind noch heute Maße gebräuchlich, die sich direkt von den menschlichen Gliedmaßen ableiten (Fuß, Elle). Einen Bruch mit dieser Praxis vollzog die Einführung des Meters, der als 40.000.000ster Teil des Erdumfangs in Meridianrichtung definiert ist.

4. NACHHALTIGKEIT

   1. Frontmatter

   2. Kontext

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Neben den Auswirkungen von Baumaßnahmen auf die lokale Lebensumgebung und Umwelt sind somit für eine fundierte Einschätzung ihrer Nachhaltigkeit auch die globalen Einflüsse in Rechnung zu stellen, beispielsweise der Beitrag ihrer Herstellung zur Erderwärmung.

   3. Ökologie

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Für eine umfassende Bewertung der Umweltverträglichkeit eines Produkts aus einem oder mehreren Werkstoffen sind Stoff- und Energieflüsse nicht nur bei der Herstellung des eigentlichen Produkts zu erfassen, sondern auch bei derjenigen etwaiger Vorprodukte bzw. auch bei der Gewinnung und Aufarbeitung von Rohstoffen. Dementsprechend sind verschiedene ursächlich mit dem Produkt verbundene Prozesse zu berücksichtigen, die man aber aus Gründen der Praktikabilität einschränken muss, um ein Ausufern der Datensammlung zu verhindern.

   4. Ökonomie

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Alle Konstruktionen, die insgesamt ein Bauwerk ausmachen, sind dem langsamen Verlust ihrer Funktionsfähigkeit unterworfen, sei es durch materialtypische Alterungsprozesse, sei es durch Zersetzung aufgrund von Bestrahlung, Bewitterung oder durch mechanische Abnutzung. Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit sind herkömmlicherweise eine Antwort des Planers auf diese Tatsache. Dennoch ist es in der Regel erforderlich, einzelne Teile des Bauwerks nach einer bestimmten Zeit auszutauschen.

   5. Soziales

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Schalldämmung gegen Tritt- und Luftschall aus dem Inneren eines Gebäudes oder von einem angrenzenden Gebäude.

   6. Ökobilanz

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Datensätze dieser Art stehen in öffentlich zugänglichen Datenbanken zur Verfügung, wie z.B. von Ökobau.dat (www.ökobau.dat), Institut für Bauen und Umwelt (IBU, www.bau-umwelt.de), WECOBIS (www.wecobis.de), sowie in kommerziellen Datenbanken wie GaBi (www.gabi-software.com). EPDs zu weiteren Baukonstruktionen oder Bauprodukten sind ebenfalls über diese Quellen erhältlich.

   7. Recycling

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Diese Variante des Recycling findet sich im Bauwesen (anders als bei anderen Industriesparten) eher selten. Dies mag mit dem betont prototypischen Charakter von Gebäuden zusammenhängen, die im Regelfall auf einen besonderen Einsatzfall maßgeschneidert sind.

5. STOFFE

   1. Frontmatter

   2. Materie

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Charakteristisch für das jeweilige Element ist die Art, wie die Elektronen entweder zu stabilen Paaren gekoppelt sind (paarige Elektronen) oder sich als (unpaarige) Valenzelektronen ohne Kopplungspartner auf bestimmten Orbitalen befinden. Diese mit Valenzelektronen einfach besetzten Orbitale sind zu einer chemischen Bindung mit anderen Atomen befähigt.

   3. Werkstoffe

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Im Folgenden sollen aus der breiten Auswahl der im Bauwesen einsetzbaren Werkstoffe, aus Gründen der Praktikabilität, lediglich die wichtigsten Werkstoffgruppen eingehender behandelt werden. Wir werden sie fortan als Hauptwerkstoffe bezeichnen. Auch wenn damit einige bauübliche Werkstoffe nicht direkt berücksichtigt werden, so kommen durch diese Praxis doch wenigstens indirekt ihre wesentlichen Merkmale zur Sprache, da sich die überwiegende Zahl der Baumaterialien unter einer der angesprochenen Hauptwerkstoffgruppen eingliedern lässt.

   4. Stein

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Bei diesen Varianten handelt es sich um Lösungen mit beschränkter Tragfähigkeit, was vornehmlich an der sehr ungleichmäßigen und lückenhaften Kraftübertragung über die Fuge hinweg liegt.

   5. Beton

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Der feste Zementstein geht aus dem Prozess der Hydratation des Zements durch Einwirkung des Anmachwassers hervor, einer chemischen Reaktion, bei der Wärme freigesetzt wird (Hydratationswärme). Dieser Prozess führt zur Bildung eines festen Gittergefüges aus Strukturkristallen mit einer Vielzahl eingeschlossener Mikroporen sowie auch Makroporen, die durch Hohlraumbildung in der Matrix entstehen. Da zunächst nur ein Teil des Anmachwassers für den ersten Hydratationsschub aufgebraucht wird, sind diese Mikro- und Makroporen jeweils beständig mit Wasser getränkt.

   6. Holz

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Alle Mantelschichten bestehen aus pakettierten, längs in Stammrichtung aneinandergelegten Fasern. Dies sind rohrförmig aufgebaute Zellen mit einem Hohlraum, dem Lumen, und mit Wandungen, deren Festigkeit hauptsächlich auf der Matrixsubstanz Lignin beruht. Im Lignin sind Cellulose-Polymerketten eingebettet.

   7. Stahl

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Wie bei allen metallischen Stoffen, beruht der Stoffzusammenhalt bei Stahl auf der charakteristischen metallischen Atombindung, bei der die positiv geladenen Atomrümpfe ihre freien Elektronen abgeben, die sich dann in den Zwischenräumen des kristallinen Raumgitters frei bewegen (Elektronengas). Die ungerichtete Atombindung im Elektronengas erzeugt ein extrem dicht gepacktes Raumgitter, eine dichtestmögliche Kugelpackung, und ist die Ursache der hohen Festigkeit von Stahl, die von kaum einem anderen Werkstoff, und gewiss nicht von einem heute allgemein praxistauglichen, überboten wird. Die modellhafte Vorstellung des Elektronengases erklärt ihrerseits beim Stahl.

   8. Bewehrter Beton

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Analog zu anderen Verbundwerkstoffen werden den Verbundpartnern Stahl und Beton jeweils spezifische Aufgaben zugewiesen.

   9. Glas

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Aufgrund der sehr hohen Viskosität der plastischen Glas schmelze und der daraus folgenden kinetischen Trägheit der kristallbildenden Baugruppen erfolgt beim Abkühlen der Schmelze ein Erstarren bereits bevor ein geregeltes Kristallwachstum einsetzen kann. Es fehlt für diesen Zweck die nötige Beweglichkeit der molekularen Bestandteile. Man spricht beim Glas auch von einer extrem viskosen Flüssigkeit, einer festen Lösung oder unterkühlten Schmelze.5 Glas weist, anders als kristalline Feststoffe, keinen klar feststellbaren Schmelzpunkt auf, sondern geht vom festen in den plastischen Zustand graduell über.

   10. Kunststoff

       José Luis Moro

       Zusammenfassung

       Diese verläuft ähnlich wie die Polykondensation, jedoch mit dem Unterschied, dass Wasserstoffatome H statt Wasser H₂O abgespalten werden, die dann vom anzulagernden C-Atom gebunden, ihm also hinzuaddiert werden. Beispiele für baurelevante Kunststoffe, die durch Polyaddition entstehen, sind Epoxidharze und Polyurethane. Auch engmaschig vernetzte Duromere wie Phenol- oder Melaminharze entstehen nach diesem Verfahren. Ferner können aus diesem Prozess auch weitmaschig vernetzte Elastomere hervorgehen wie beispielsweise Natur- oder Polyurethankautschuk.

6. BAUPRODUKTE

   1. Frontmatter

   2. Künstliche Steine

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      liche Stein kann heute in seinen vielen Anwendungsformen, insbesondere in seinem Einsatz in der Gebäudehülle, als ein hochentwickeltes industrielles Produkt gelten.

   3. HOLZPRODUKTE

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Ziel war, wie heute auch, teure und seltene Holzarten als Oberflächenbeschichtungen nur in sehr dünnen Lagen zu verarbeiten. Das erste Patent für eine Furnierschälmaschine wurde bereits 1818 vergeben. Erst 1870 wurde mit der industriellen Herstellung von Furnieren begonnen.

   4. Stahlprodukte

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Das Siemens-Martin-Herdfrischverfahren wurde ursprünglich zum Einschmelzen von Schrott und Abfall aus Walzwerken entwickelt. Eine sogenannte Regenerativgasfeuerung ermöglicht eine Ofentemperatur von 1700°C. Stahl lässt sich dadurch kontrolliert mit einem bestimmten Kohlenstoff- und Legierungsgehalt erschmelzen.

   5. Glasprodukte

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Tragwerk tritt hinter die durchlaufende Glasfassade zurück.

   6. Kunststoffprodukte

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Bauliche Anwendung: PP ist ein kostengünstiger, vielseitig einsetzbarer Universalkunststoff Im Bauwesen findet es als Rohrmaterial für Druckleitungen, Abgassysteme oder Fußbodenheizungen sowie auch bei Hohlkörpern oder Armaturen und Fittings Verwendung.

7. FUNKTIONEN

   1. Frontmatter

   2. Spektrum

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Akzeptiert man die Prämisse, dass die überwiegende Anzahl der Gebäude zum Zweck der nutzungsorientierten Konditionierung eines Raums errichtet wird, so erfüllen die meisten Gebäude – auf einer Hierarchiestufe unterhalb ihrer eigentlichen Nutzung – eine bauliche Grundfunktion, nämlich eine Einhüllung oder Umbauung eines künstlich gestaltbaren Raumvolumens, in dem besondere Verhältnisse künstlich geschaffen oder beeinflusst werden können. Diese zielen darauf ab, einen geeignete Aufenthalts- oder Lebensraum für Menschen zu schaffen, bzw. für spezifische menschliche Aktivitäten.

   3. Kraftleiten

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      es lassen sich einzelne Kraftflüsse oder -pfade auch einzelnen, eindeutig definierten Bauteilen zuweisen. Man spricht dann von arbeitsteiligen Systemen. Statisch bestimmte Systeme gehören zu dieser Kategorie. Das Versagen eines einzelnen Bauteils führt zum Einsturz des Gesamttragwerks. Es sind keinerlei unkontrollierte Zwängungen zu erwarten.

   4. Thermohygrik

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Vollständige und dauerhafte Wasserdichtheit an der Außenfläche einer Gebäudehülle, also die Verwirklichung eines einstufigen Dichtprinzips in Reinform, ist nur schwer zu realisieren. Mit folgenden Einschränkungen und Erschwernissen ist dabei ggf. zu rechnen.

   5. Schallschutz

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      Trifft der Luftschall auf ein flächiges Bauteil, sind drei Phänomene zu beobachten, die bautechnisch von Bedeutung sind.

   6. Brandschutz

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      das beim Verlust seiner Tragfähigkeit die gesamte Konstruktion mit sich reißen würde. Ein weiteres wichtiges bautechnisches Ziel ist aber auch die Verhinderung der Brandausbreitung, was durch abschottende flächige Hüllbauteile erfolgt.

   7. Dauerhaftigkeit

      José Luis Moro

      Zusammenfassung

      exponentiell gestiegenen Komfortansprüchen – sind auch die in den letzten 25 Jahren explodierten Baukosten zu erklären, die inzwischen einen kritischen Denkprozess in Gang gesetzt haben.

8. Backmatter