Baukonstruktion – vom Prinzip zum Detail

Frontmatter

Kapitel 1. KONSTRUIEREN

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 warden – insbesondere angesichts der hohen Anforderungen, die gegenwärtig mit der Gebrauchstauglichkeit verknüpft warden – ohne Ausnahmen technisch hergestellt.

José Luis Moro

Kapitel 2. ORDNUNG UND GLIEDERUNG

Zusammenfassung

Bevor auf die Ordnung einer Konstruktion eingegangen werden kann, muss sich der Blick zunächst auf die Gesamtordnung des Bauwerks richten, von welchem die Konstruktion die technisch-materielle Komponente darstellt. Da auch die Konstruktionsarbeit, also die Planung der Konstruktion, im gesamten Planungsprozess des Bauwerks eingebettet ist, steht diese in Abhängigkeit der übergeordneten planerischen oder entwurflichen Festsetzungen. Diese betreffen das allgemeine Gebäudekonzept, insbesondere das strukturelle Ordnungsprinzip, das diesem zugrunde liegt.

José Luis Moro

Kapitel 3. INDUSTRIELLES BAUEN

Zusammenfassung

Bautätigkeit steht naturgemäß in engem Zusammenhang mit den technischen Möglichkeiten und dem kulturellen Entwicklungsstand der Epoche, in der sie stattfindet.

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Kapitel 4. MASSORDNUNG

Zusammenfassung

Elementare Überlegungen zur materiellen Ausführung eines Gebäudes, wie bereits angestellt, führen in logischer Konsequenz zum Grundsatz des modularen Aufbaus einer Gebäudestruktur: d. h. ihrer Untergliederung gemäß einem virtuellen geometrischen Ordnungssystem, das auf einem Grundmodul aufbaut.

José Luis Moro

Kapitel 5. KONTEXT

Zusammenfassung

Nachhaltigkeit ist ein Konzept, das aus der globalen Krise industriellen Produzierens und Wirtschaftens entstanden ist, die mit der ersten Ölkrise im Jahr 1973 zum ersten Mal unmissverständlich in Erscheinung trat. Damals wurden die Grenzen der bis dahin unbegrenzt erscheinenden wirtschaftlichen Wachstumsaussichten deutlich, wie verhältnismäßig frühzeitig bereits im Jahr 1972 der Bericht des Club of Rome jedem aufgeschlossenen Geist vor Augen führte. Die Risiken eines unveränderten Wirtschaftens unter (der irrigen) Annahme grenzenlos verfügbarer Ressourcen, das Rohstoffengpässe, Umweltverschmutzung und in letzter Konsequenz die globale Erderwärmung zur Folge hatte, setzten ein Umdenken in Gang, das nach ersten Schritten hin zu einer effizienteren Ressourcenverwendung schließlich zum Konzept der nachhaltigen Entwicklung führte.

José Luis Moro

Kapitel 6. ÖKOLOGIE

Zusammenfassung

Werkstoffe und Konstruktionen haben, wie alle Bestandteile von Gebäuden, die aus ihnen gefertigt oder zusammengesetzt werden, aufgrund ihrer Herstellung, Verbau, Nutzung, und schließlich Recycling oder Entsorgung weitreichende Auswirkungen auf die Umwelt. Während diese ökologischen Effekte früher allenfalls auf lokaler Ebene im unmittelbaren Umfeld des Bauwerks berücksichtigt wurden, ist heute eine umfassendere Betrachtung bis zur globalen Ebene erforderlich. Ein wesentlicher Grund für diese Notwendigkeit ist der außerordentlich hohe Anteil der Bautätigkeit sowohl am gesamten Ressourcen- und Energieverbrauch wie auch an den Schadstoffemissionen in den meisten Volkswirtschaften weltweit, insbesondere in den industrialisierten. Dieser liegt im Bereich von 40–50 %.

José Luis Moro

Kapitel 7. ÖKONOMIE

Zusammenfassung

Eines der wesentlichen Ziele des nachhaltigen Bauens ist, die Kosten aus einer Baumaßnahme so niedrig wie möglich zu halten (8). Während bis vor Kurzem Planer ausschließlich die anfänglichen Investitionen in Form von Baukosten für den Neubau berücksichtigten und Folgekosten aus dem Betrieb und dem Rückbau am Ende der Lebenszeit außer Acht ließen, wird heute zunehmend erwartet, auch die Kosten aus der Nutzungsphase sowie auch aus der Endverwertung oder Entsorgung von Bauwerk und Bauprodukten zu erfassen, und zwar als möglichst fundierte Prognose bereits während der Planungsphase. Dies erfolgt mithilfe einer Lebenszykluskostenrechnung.

José Luis Moro

Kapitel 8. SOZIALES

Zusammenfassung

Als soziale bzw. soziokulturelle Auswirkungen eines Produktsystems, in diesem Fall Baukonstruktionen von Gebäuden, wird eine „gesellschaftliche Veränderung oder Veränderung der Lebensqualität“ betrachtet, gleichgültig ob schädlich oder vorteilhaft, „die ganz oder teilweise durch soziale Aspekte verursacht wird“. In raumumschließenden Flächen in oder an Gebäuden verarbeitet oder umgesetzt, sowohl innen wie auch außen, haben Werkstoffe und Baukonstruktionen einen merkbaren Einfluss auf die visuelle, akustische und haptische Wahrnehmung des Nutzers, auf seine thermische Behaglichkeit, auf seine Orientierung im Raum sowie auf seine Sicherheit und Gesundheit.

José Luis Moro

Kapitel 9. ÖKOBILANZEN

Zusammenfassung

Nach Einführung und Erläuterung der wesentlichen Begriffe, die für die Ökobilanzierung von Werkstoffen und Bauprodukten notwendig sind, sollen im Folgenden einige Informationen und Daten zum groben Erfassen der ökologischen Qualität von Baukonstruktionen dargestellt werden. Zu diesem Zweck werden im Folgenden exemplarisch Umweltproduktdeklarationen einiger repräsentativer Werkstoffe und Baukonstruktionen dargestellt.

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Kapitel 10. RECYCLING

Zusammenfassung

Das Recycling führt Abfälle wieder dem Wirtschaftskreislauf zu, denn sie enthalten im Regelfall Bestandteile, die einen Restwert besitzen und sich einer weiteren Nutzung zuführen lassen. Ihre Wiederverwendung entlastet ferner die Umwelt.

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Kapitel 11. MATERIE

Zusammenfassung

Bauwerke werden aus Stoffen hergestellt, die in der Regel einem mehr oder weniger langen und aufwendigen technischen Umwandlungsprozess unterworfen werden, um die erwünschten Stoffeigenschaften oder die nötige Verarbeitbarkeit bzw. Formgebung zu erzielen, die einen baulichen Einsatz erlauben (1, 2).

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Kapitel 12. WERKSTOFF

Zusammenfassung

Die Werkstoffe oder Materialien – beide Begriffe sollen im Folgenden gleichwertig verwendet werden –, die im Bauwesen verarbeitet werden, sind sehr zahlreich und im Rahmen dieses Werks nicht in ihrer Vollständigkeit zu behandeln. Dennoch lassen sich die meisten von ihnen auf einige wesentliche Grundwerkstoffe oder zumindest grundlegende Werkstoffgruppen zurückführen, denn zumeist handelt es sich bei den baurelevanten Werkstoffen um Derivate dieser Grundmaterialien, die einen spezifischen – zumeist industriellen – Umwandlungsprozess erfahren haben. Ein Überblick hierüber findet sich an anderer Stelle.

José Luis Moro

Kapitel 13. STEIN

Zusammenfassung

Die Verarbeitung von Steinen in Form von großen Blöcken oder Mauerwerk zu Bauwerken geht bis auf vorgeschichtliche Zeiten zurück. Die Ursprünge liegen in ferner Vorzeit und lassen sich nicht mehr rekonstruieren. Unstrittig ist, dass das einfache Schichten vorgefundener Feldsteine eine der ältesten Formen der Schaffung menschlicher Behausungen ist.

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Kapitel 14. BETON

Zusammenfassung

Die ersten Anwendungen von künstlichem Steinmaterial in Form von Beton sind schwer datierbar. Eine Quelle gibt dafür ca. 7000 v. Chr. an. Die gleiche Quelle nennt frühe Anwendungen eines betonähnlichen Gemenges in Uruk aus dem 5. Jahrtausend v. Chr sowie im phönizischen Kulturkreis (ca. 1000 v. Chr.).

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Kapitel 15. HOLZ

Zusammenfassung

Ähnlich wie bei Steinmaterial verlieren sich die Ursprünge der baulichen Verwendung des Holzes im Dunkeln der Geschichte. Die breite Verfügbarkeit, leichte Bearbeitbarkeit und das gute Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit machten Holz vermutlich bereits in frühesten menschlichen Entwicklungsetappen, die bis in die nomadischen Ursprünge der Menschheit zurückreichen, zum geeignetsten Werkstoff für Behausungen wie auch für zahlreiche Gebrauchsgegenstände und diverse Geräte. Als einziger bereits in frühen Zeiten verfügbarer verhältnismäßig zähfester Werkstoff mit der Fähigkeit, nicht nur Druck wie Stein, sondern auch Zugbeanspruchung aufzunehmen, war er überall dort unverzichtbar, wo es galt, Biegung, d. h. also Biegezugspannungen, aufzunehmen.

José Luis Moro

Kapitel 16. Stahl

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.

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Kapitel 17. Bewehrter Beton

Zusammenfassung

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

José Luis Moro

Kapitel 18. Glas

Zusammenfassung

Aufgrund der sehr hohen Viskosität der plastischen Glas-Materialstruktur 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. Glas weist, anders als kristalline Feststoffe, keinen klar feststellbaren Schmelzpunkt auf, sondern geht vom festen in den plastischen Zustand graduell über ( 3, 4).

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Kapitel 19. Kunststoff

Zusammenfassung

Polyaddition ( 5): 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.

José Luis Moro

Kapitel 20. Künstliche Steine

Zusammenfassung

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

José Luis Moro

Kapitel 21. Holzprodukte

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.

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Kapitel 22. Stahlprodukte

Zusammenfassung

Massenherstellung von Stahl wurde fortan ermöglicht ( 4). 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.

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Kapitel 23. Glasprodukte

Zusammenfassung

Tragwerk tritt hinter die durchlaufende Glasfassade zurück. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde das Prinzip der Vorhangfassade auf Hochhäuser angewendet. Einen desr ersten Versuche realisierte L. Mies van der Rohe 1921 mit einem Entwurf zu einem Glashochhaus ( 3). Die Umsetzung eines vollständig verglasten Wohnhauses gelang ihm mit dem Farnsworth-Haus in Plano, Illinois (1946-1951).

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Kapitel 24. Kunststoffprodukte

Zusammenfassung

Bauliche Anwendung: PP ist ein kostengünstiger, vielseitig einsetzbarer Universalkunststoff.6 Im Bauwesen findet es als Rohrmaterial für Druckleitungen, Abgassysteme oder Fußbodenheizungen sowie auch bei Hohlkörpern oder Armaturen und Fittings Verwendung ( 3-5).

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Kapitel 25. Spektrum

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. Insofern sind hierbei nicht allein physiologische Faktoren im Spiel (frische Luft, Tageslicht, Ausblick, thermische Behaglichkeit, etc.), sondern auch psychologische, die das allgemeine Wohlbefinden des Nutzers betreffen.

José Luis Moro

Kapitel 26. Kraftleiten

Zusammenfassung

Die oftmals dominierende Rolle der stets lotrecht, streng genommen auf den Erdmittelpunkt ausgerichteten Schwerkraft hat in herkömmlicher Sichtweise zur strengen Unterscheidung zwischen verschiedenen Lagen von Bauteilen bezüglich der Senkrechten geführt. Dies ist der Grund, weshalb traditionell.

José Luis Moro

Kapitel 27. Thermohygrik

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.

José Luis Moro

Kapitel 28. Schallschutz

Zusammenfassung

Luftmoleküle im Ruhezustand gleichmäßig verteilt.

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Kapitel 29. Brandschutz

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.

José Luis Moro

Kapitel 30. Dauerhaftigkeit

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.

José Luis Moro

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