220 Gewölbte Dächer
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... wenn das Dach ein flacher DACHGARTEN (118) ist, kann es wie jede andere GEWÖLBTE DECKE (219) gebaut sein. Wenn es aber ein geneigtes Dach ist und dem Charakter eines SCHÜTZENDEN DACHES (117) entspricht, braucht es eine besondere Bauweise, die auf eine raumbildende Form abgestimmt ist.
Welche Form ist für ein Dach am besten?
Aus irgendeinem Grund ist das die am meisten belastete, emotionellste Frage, die man über das Bauen stellen kann. In allen unseren Untersuchungen von Mustern haben wir kein anderes Muster gefunden, das soviel Diskussion, soviel Gegensätze und soviel Erregung hervorgerufen hätte. Frühe Kindheitserinnerungen spielen eine entscheidende Rolle; ebenso kulturelle Vorurteile. Ein arabisches Gebäude kann man sich schwer mit einem geneigten Dach vorstellen; ein Farmhaus in Neu-England nicht mit einem russischen Zwiebeldach auf einem Turm; und ebenso wenig, dass jemand der unter steilen Holzdächern aufgewachsen ist, unter den Steinkegeln der Trulli glücklich sein kann.
Deshalb sollte unsere Erörterung dieses Musters so weit wie möglich auf den Grund der Sache führen. Unser Ziel muss sein, jene notwendigen Merkmale herauszuarbeiten, die wir — unabhängig von Menschen oder Kulturen — als für alle Dächer unveränderlich betrachten können, die aber tief genug sind, eine breite Vielfalt kultureller Variationen zu ermöglichen.
Wir nehmen zunächst an, dass es keine Einschränkungen durch Herstellungsmethoden oder Verfügbarkeit von Baustoffen gibt. Uns geht es nur um die optimale Form und Verteilung von Material. Nehmen wir einen ungefähr rechteckigen Grundriss oder einen, der aus rechteckigen Teilen zusammengesetzt ist — welche ist die beste Form für die bedeckende Dachschale? Die Form wird durch folgende Anforderungen beeinflusst:
- Das Gefühl des Schutzes — SCHÜTZENDES DACH (117). Das erfordert, dass das Dach einen ganzen Flügel bedeckt (d.h. nicht bloß Raum um Raum für sich). Es erfordert, dass man vom Dach etwas sieht — dass es also einigermaßen steil ist —, dass aber Teile des Daches flach und als Gärten oder Terrassen verwendbar sind.
- Das Dach muss jedenfalls Aufenthaltsräume enthalten, also nicht bloß oben auf dem Räumen sitzen, die sich alle darunter befinden — siehe SCHÜTZENDES DACH (117). Das bedeutet, dass die Neigung am Rande ziemlich steil sein muss, weil sonst dort keine ausreichende Raumhöhe zustande kommt. Daraus ergibt sich eine Kuppel mit elliptischem Querschnitt oder ein Tonnengewölbe (das am Rand vertikal ansetzt) oder ein Satteldach mit starker Neigung.
- Im Grundriss ist jedes einzelne Dach ein ungefähres Rechteck mit gelegentlichen Abweichungen. Das ergibt sich aus der Art, wie die Dächer eines Gebäudes insgesamt der sozialen Anlage des Grundrisses folgen müssen — ANORDNUNG DER DÄCHER (209).
- Die Dachform muss locker sein, d. h. für jeden beliebigen Grundriss verwendbar; sie muss sehr einfach aus einigen erzeugenden Linien, die sich automatisch aus dem Grundriss ergeben, konstruierbar sein, d. h. es darf nicht eine verwickelte und künstliche Form sein, bei deren Festlegung man sich den Kopf zerbrechen muss — DIE KONSTRUKTION FOLGT DEN SOZIALEN RÄUMEN (205).
- Konstruktive Überlegungen erfordern eine gekrümmte Schale, eine Kuppel oder ein Gewölbe, um Biegebeanspruchungen möglichst auszuschließen — siehe RATIONELLE KONSTRUKTION (206) und GUTE BAUSTOFFE (207). Natürlich kann von dieser Forderung abgesehen werden, soweit Holz, Stahl oder andere zugfeste Baustoffe verfügbar sind.
- Die Neigung des Daches muss Regen und Schnee, soweit das Klima es erfordert, abfließen lassen. Dieser Aspekt des Daches stellt sich je nach Klima unterschiedlich dar.
Diese Anforderungen schließen folgende Arten von Dächern aus:
- Flachdächer. Flachdächer — außer DACHGÄRTEN (118) —scheiden schon wegen der psychologischen Argumente in SCHÜTZENDES DACH (117) und natürlich aus konstruktiven Überlegungen aus. Ein Flachdach ist notwendig, wenn man darauf gehen will; aber es ist eine sehr unrationelle konstruktive Form, da es Biegebeanspruchungen erzeugt.
- Schrägdächer. Schrägdächer (Pult oder Satteldächer) brauchen immer noch biegesteife Baustoffe. Das gebräuchlichste Material für Schrägdächer — Holz — wird knapp und teuer. Wie schon in GUTE BAUSTOFFE (207) ausgeführt, halten wir es für am vernünftigsten, Holz nur für verkleidende Oberflächen und nicht — außer in holzreichen Gegenden — als Konstruktionsmaterial zu verwenden. Schrägdächer müssen in Wirklichkeit, wenn sie als SCHÜTZENDES DACH (117) Aufenthaltsräume enthalten sollen, sehr steil und damit eher unrationell sein.
- Mansarddächer. Diese Dächer können Aufenthaltsräume rationeller aufnehmen als Schrägdächer; sie haben aber dieselben konstruktiven Nachteile.
- Geodätische Kuppeln. Diese Kuppeln decken im wesentlichen kreisförmige Flächen und sind deshalb in ihrer gebräuchlichen Form nicht verwendbar — DACHKASKADE (116), DIE KONSTRUKTION FOLGT DEN SOZIALEN RÄUMEN (205). In modifizierter Form, nämlich wenn man aus der Grundfläche ein ungefähres Rechteck macht, werden sie mehr oder weniger mit der in diesem Muster beschriebenen Gewölbeform identisch.
- Seilnetze und Zelte. Diese Dächer verwenden zugfeste Baustoffe anstelle von druckfesten — sie entsprechen nicht den Anforderungen von GUTE BAUSTOFFE (207). Sie sind auch sehr unrationell, was innere Aufenthaltsräume betrifft, und erfüllen daher nicht die Bedingung: DIE KONSTRUKTION FOLGT DEN SOZIALEN RÄUMEN (205).
Erfüllt werden die Anforderungen von allen Arten rechteckiger Tonnengewölbe oder Schalen mit oder ohne Spitze oder First, mit Giebeln oder Walmen, und mit einer Vielzahl möglicher Querschnitte. Fast jede dieser Schalen kann durch gewellte Ausbildung in der Gewölbelängsrichtung zusätzlich verstärkt werden. Weiter unten sind Beispiele möglicher Querschnitte angegeben. (Wohlgemerkt: das betrifft nicht flache DACHGÄRTEN (118) auf GEWÖLBTE DECKE (219).
Wir haben eine Reihe von Dachgewölben entwickelt, die einem Satteldach ziemlich ähnlich sind, jedoch mit einer konvexen Kurve, um Biegung auszuschließen. In einigen Fällen kommen sie tatsächlich an Tonnengewölbe heran. Eines zeigt die weiter unten folgende Zeichnung; ein anderes folgende Bilder.
Die Errichtung des Dachgewölbes entspricht weitgehend jener von Deckengewölben:
- Überspann zunächst den zu deckenden Flügel mit Lattenpaaren, die an den unteren Enden fest an den Randbalken genagelt und an der Spitze belastet werden, sodass die beiden Stäbe sich leicht krümmen.
- Mach gleichzeitig das Gitterwerk für die Deckenunterssicht, wie in GEWÖLBTE DECKEN (219) ausgeführt.
- Setz diese Rahmengestelle im Abstand von 45 cm, bis der ganze Flügel überdeckt ist. Die äußeren Rahmen bleiben gleich, während die inneren für das Deckengewölbe je nach den dar-unterliegenden Räumen wechseln können.
- Nun leg Sackleinen über das Deckengitter, dann Harz und schließlich 4 cm Leichtbeton — entsprechend den GEWÖLBTE DECKEN (219).
- Danach leg Sackleinen auf den Dachstuhl und hefte es so auf die Latten, dass es zwischen den Rippen jeweils 8 cm durchhängt: so ergibt sich die konstruktive Wellenform der Schale. Auch dieses Sackleinen wird mit Harz eingestrichen; darüber wird Maschendraht gelegt und über das ganze Dach eine Schicht Leichtbeton aufgebracht.
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Wir haben ein 15 m-Dach dieser Art mit einer computergestützten finiten Element-Analyse ähnlich der in GEWÖLBTE DECKEN (219) berechnet. Die Berechnung zeigt, dass die stärkste Membrandruckspannung in der Dachschale 27 N/cm² beträgt; die größte Membranzugspannung ist 2 N/cm² und die größte schiefe Hauptzugspannung, die sich aus der maximalen Schubbeanspruchung von 29 N/cm² herleitet, beträgt 10 N/cm². Diese Spannungen überschreiten die Festigkeit des Materials nicht (siehe die zulässigen Spannungen in GEWÖLBTE DECKEN (219). Das größte Biegemoment in der Schale ist 5,2Nm, was zwar die Festigkeit des unbewehrten Querschnitts übersteigt, aber — wie man aus unseren Daten extrapolieren kann — mit ausreichender Sicherheit durch die sowieso erforderliche Schwindewehrung aufgenommen werden kann. Dächer mit geringeren Spannweiten, wie sie für einen typischen GEBÄUDEFLÜGEL MIT TAGESLICHT (107) erforderlich sind, sind noch widerstandsfähiger.
Natürlich gibt es dutzende anderer Arten von Dachgewölben. Dazu gehören normale Tonnengewölbe, Lamellenkonstruktionen in der Form von Tonnengewölben, in die Länge gezogene geodätische Kuppeln aus Stäben, Gewölbe aus Kunststoffplatten, Glasfaser oder Wellblech.
In jedem Fall aber bau dein Dach entsprechend den unveränderlichen Merkmalen, wie sie auch der Londoner Kristallpalast, die Steingewölbe von Alberobello, die Lehmhütten im Kongo, die südpazifischen Grasgebäude und die Wellblechhütten unserer Zeit aufweisen. Diese Form ergibt sich immer, wenn man mit rein druckbeanspruchten Baustoffen arbeitet.
Wenn natürlich Holz oder Stahl verfügbar ist und verwendet werden soll, kann man diese Form durch Hinzufügen von zugbeanspruchten Bauteilen modifizieren. Wir glauben allerdings, dass diese zugfesten Baustoffe mit der Zeit immer knapper werden und dass die reine Druckkonstruktion schrittweise zur universellen werden wird.
Daraus folgt:
Bau das Dachgewölbe entweder als zylindrisches Tonnengewölbe oder wie ein Satteldach, aber mit leichter konvexer Krümmung auf jeder der geneigten Seiten. Bilde die Schale in Längsrichtung gewellt aus, um sie wirksamer zu machen. Die Krümmung der Hauptschale wie die der Wellen kann je nach Spannweite verschieden sein; je größer die Spannweite, desto ausladender die Krümmung.
Lass Platz für Gaupen in gewissen Abständen entlang des Gewölbes - DACHGAUPEN (231) -, und bau sie zusammen mit dem Gewölbe. Schließ das Dach durch DACHAUFSÄTZE (232) ab. Sobald das Gewölbe fertig ist, braucht es auf der Außenfläche eine wasserdichte Schicht oder Haut - SCHUPPIGE AUSSENHAUT (234). Der Anstrich kann zum Schutz gegen die Sonne weiß sein; in den Wellenvertiefungen wird das Regenwasser abgeführt.