Konstruktionsprinzipien: Räumliches Tragwerk (Raumtragwerk)

Beim Entwurf der Tragkonstruktion werden heute vier grundlegende Konstruktionsprinzipien unterschieden:

• Massenbau,
• Massivbau (Flächenbau),
• Skelettbau (Gliederbau),
• räumliches Tragwerk (Raumtragwerk).

Räumliches Tragwerk (Raumtragwerk)

Man bezeichnet Raumtragwerke auch als multifunktionale Konstruktionen. Die Lastabtragung kann auf mehrere Raumebenen verteilt erfolgen. Das ermöglicht

• eine stützenfreie Überspannung sehr großer Räume und
• höhere Tragleistung bei geringerer Masse.

Alle traditionellen im Massivbau verwendeten Dach-, Kuppel- und Gewölbeformen können als Raumtragwerke industriell hergestellt werden. Darüber hinaus sind viele neue Formen möglich, die mithilfe spezieller Computerprogramme „gezeichnet“ und berechnet werden. Der freie Entwurf von Architekten wird erst durch die komplexe Arbeit von Bauingenieuren realisierbar.

Man unterscheidet bei Raumtragwerken zwischen

• Raumfach- oder Raumstabwerken,
• Gitterschalen,
• Seilnetztragwerken,
• Zelten,
• pneumatischen Tragwerke (Luft getragene Bauten) und
• Schalen.

Raumfachwerke / Raumstabwerke

Ein spektakulärer Bau beim Übergang ins neue Jahrtausend war der Bau einer Werfthalle bei Brand (Lausitz) für den sogenannten „Cargo Lifter 160“. Die Größe der Halle ermöglichte im Innern die Herstellung eines Transport-Luftschiffes sowie die Wartung eines zweiten. Mit 107 m Höhe, 360 m Länge und 220 m Breite ist diese Werfthalle die zurzeit größte stützenfreie Halle der Welt. Sie bietet genügend Raum, um die gesamte Skyline des Potsdamer Platzes in Berlin aufzunehmen. Fünf tonnenförmig gewölbte Bogenbinder aus Stahlrohr sind an ihren Enden in Stahlbetonsockel (Widerlager) eingespannt und bilden das Tragwerk des Mittelteiles. Die äußere Hülle – ein aus vier Schichten bestehendes Membransystem – funktioniert gleichzeitig als Dach- und Wandabschluss sowie Wärmedämmung. Sechs Torsegmente bestehen aus diagonal, vertikal und horizontal verstrebtem Fachwerk, das mit Aluminiumplatten „beplankt“ ist.

In den letzten Jahrzehnten des vorigen Jahrhunderts wurde Textiles Bauen als Alternative zu Stahl, Glas oder Beton wiederentdeckt. Schon in der Antike waren Sonnensegel für die Theater gebräuchlich. Alle nomadisierenden Völker benutzten Zelte, die als transportables Haus mitgeführt wurden. Nomadenzelte und Campingzelte beruhen meist auf zusammengefügten ebenen Flächen, die senkrecht keine Lasten abtragen können und ein aussteifendes Gerüst benötigen.

Heute übliche sogenannte Membrankonstruktionen (Gewebe- und Zelttragwerke) beruhen im konstruktiven Prinzip vor allem auf Zugkräften. Da Membranen immer vorgespannt werden, treten dadurch auch im unbelasteten Zustand Zugkräfte in allen Richtungen auf.

Seilnetze folgen in ihrer Formfindung und Lastabtragung den gleichen statischen Gesetzen (Gegenkrümmung, Vorspannung) wie Gewebe. Die Abstände des Netzes zwischen den „Gewebefäden“ Kette und Schuss sind größer und die Netze bestehen statt aus textilem Gewebe meist aus Stahlseilen. Als Material, das die Seilmaschen ausfacht oder bedeckt und damit den Raum schließt, werden Holz, Glas oder auch Textilien eingesetzt.

Pneumatische Tragwerke

Pneumatische Tragwerke (griech.: „pneuma“ = Atem) sind eine weitere Art der leichten Zug beanspruchten Konstruktionen, die unter künstlich erzeugtem Überdruck stehen. Das Stützmedium ist bei diesen Bauten die Luft – genauer, eine Druckdifferenz der Luft zwischen innen (höher) und außen (niedriger). Die bei diesem System angreifenden Kräfte werden über an Fundamenten befestigtem, vorgespanntem Textilgewebe als Zugkraft und über die eingeschlossene Luft abgeleitet. Dabei erzeugt ein erhöhter Innenluftdruck eine Stützkraft auf alle Punkte der Oberfläche und krümmt diese gleichsinnig (synklastisch).