Glasflossen

Datum: 27. März 2023

Autor: Marcin Brzezicki

Quelle:IOP-Konferenzreihe: Materials Science and Engineering, Band 603, Ausgabe 2

DOI:10.1088/1757-899X/603/2/022040

Der Einsatz von Glaslamellen stellt einen neueren Trend in der Fassadenbranche dar. Flossen (Rippen) könnten als lange Glasstreifen definiert werden, die senkrecht zur Oberfläche der Fassade angebracht sind. Lamellen werden als (i) dekorative (ästhetische Bereicherung der Fassade), (ii) funktionale (Sonnenschutz) und (iii) strukturelle (aussteifende und tragende) Elemente der Fassade verwendet. Der allgemeine Trend zur Verwendung von Glaslamellen ist auf die Fülle an qualitativ hochwertigem Glas zurückzuführen, das die sichere Verwendung relativ kleiner Elemente ermöglicht, die punktuell oder auf andere Weise an der Fassadenoberfläche befestigt werden. Dieser Glasflossen-Trend verdient einen Rückblick, illustriert durch die vor Ort gemachten Fotos, die verschiedene Anwendungsbereiche zeigen. Der vorliegende Überblick über die Anwendung von Glaslamellen basiert auf einer allgemeinen Morphologiestudie transparenter Fassaden, die der Autor im Zeitraum 2017–2019 durchgeführt hat, und umfasst die Position der Lamellen, die Ausrichtung der Lamellen und die durchlässigen Eigenschaften der Lamellen Flosse – transparent, durchscheinend und im Siebdruckverfahren hergestellt. Flossen könnten auch als formales Artikulationselement betrachtet werden, das im Hinblick auf die architektonische Form des Gebäudes strategisch wichtig ist.

Zeitgenössische architektonische Transparenz (verstanden als die optische Eigenschaft, Licht durch das Material zu leiten) wird ständig neu definiert und im letzten Jahrzehnt haben sich neue Designtrends im Zusammenhang mit transparenten Fassaden in der Architektur entwickelt. Diese Trends sind das Ergebnis des dynamischen technologischen Fortschritts und der Fortschritte auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Transparenz beschränkt sich nicht mehr nur auf bestimmte Funktionen (z. B. Beleuchtung des Innenraums), sondern ist selbst zum Werkzeug des formalen Ausdrucks geworden. Neben dem gängigen Verständnis von Transparenz als Verwendung lichtdurchlässiger Materialien in der Fassadengestaltung lassen sich weitere innovative und kreative Interpretationen finden. Glaslamellen wurden in den 1950er-Jahren zu einem der Elemente dieses umfassenden Transparenztrends und entwickeln sich heute rasant weiter.

Dieser kurze Überblick über die Anwendung von Glaslamellen basiert auf allgemeinen Morphologiestudien transparenter Fassaden, die der Autor im Zeitraum 2015–2017 durchgeführt und 2018 veröffentlicht hat [1]. Dies ermöglichte die Isolierung eines der Haupttrends – eines Glasfin-Trends, der nach Ansicht des Autors eine tiefergehende Analyse verdient. Der in diesem Dokument gegebenen Trendbeschreibung folgen vor Ort angefertigte Fotos, die verschiedene Anwendungsbereiche in den fertiggestellten Gebäuden zeigen.

Glaslamellen (auch Rippen und Lamellen genannt) könnten als lange Glasstreifen definiert werden, die an der Oberfläche der Fassade angebracht sind. Die Lamellen werden sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Position und in unterschiedlichen Winkeln zur Fassadenoberfläche (normalerweise senkrecht) montiert. Lamellen werden als strukturelles, funktionelles und dekoratives Element der Fassade eingesetzt. Das Auftreten des Glasfin-Trends hängt offensichtlich mit der Entwicklung im Bereich der Glasmontage, -montage und -laminierung zusammen. Dadurch konnten schmale Streifen hergestellt und in der Höhe sicher punkt- oder randseitig an der Fassade befestigt werden.

Diese kurze Vorschau bietet keinen Raum für die detaillierte Darstellung der strukturellen Eigenschaften von Glaslamellen, aber es könnten zumindest einige Themen besprochen werden. Strukturglaslamellen sind vor allem das Ergebnis des Bestrebens der Architekten und ihrer Bauherren, sogenannte Ganzglasfassaden zu schaffen. Die Verwendung dieses Systems reicht bis in die 1950er Jahre zurück, als Lamellen zur Stabilisierung von Schaufenstern eingesetzt wurden. Eine der ersten Anwendungen fand im Maison de la Radio in Paris statt (Arch. Henry Bernard, 1952-1963) [2]. Glaslamellen ersetzen aus statischer Sicht die undurchsichtigen vertikalen Pfosten in klassischen Vorhangfassadensystemen.

Die erfolgreiche Anwendung dieses Systems in den ersten Gebäuden – z. B. Willis Faber & Dumas Headquarters von Foster and Partners, wo die Fassade teilweise von oben – mit Glaslamellen – aufgehängt ist, erleichterte die Verbreitung des Systems und trieb die Technologie für die Schaffung neuer Gebäude voran Entwicklungen. Glaslamellen werden mittels Patchbeschlägen, Eckverbindungen oder Punktmontagebeschlägen mit der Fassadenverglasung verbunden. Es gibt zahlreiche Systeme, die eine Lamellenhöhe von bis zu 12–15 Metern bieten, einige konzeptionelle Vorschläge bis zu 18 m sind [3]. Anschließend wurden die Patchbeschläge und Punktmontagesysteme eingeführt. Zwischen den Glasschichten werden auch Stahlplatten laminiert, die Glaslamellen bilden. Platten dienen später dazu, Elemente der Fassade zu verbinden und für die richtige Lastabtragung zu sorgen.

Der schwierigste Aspekt einer Glaslamellenwand „tritt auf, wenn die Spannweite zu groß ist, um von einer einteiligen Lamelle aufgenommen zu werden, und ein Verbindungsdetail entwickelt werden muss, um eine Lamelle aus mehreren Glasstücken zu schaffen“ [4]. Ursprünglich mussten längere Lamellen mithilfe von Patchplatten verbunden werden, um kleinere Lamellen miteinander zu verbinden. Mit der neuesten laminierten Lamellentechnologie aus gehärtetem Glas können jedoch laminierte Lamellen mit einer Höhe von über 40 Fuß in einem Stück hergestellt werden (z. B. von Sedak).

Bauingenieure nutzen Glaslamellen als Mittel zur Versteifung der Struktur. Ihre Ausrichtung erfolgt in der Regel senkrecht zur Oberfläche der Glasfassade. Lamellen werden verwendet, um verglaste Wände steifer zu machen, Durchbiegungen zu reduzieren und die Tragfähigkeit horizontaler Lasten zu verbessern – sie „tragen normalerweise die positiven Druck- und Sogkräfte des Windes“ [5]. Jan Wurm schreibt, dass Flossen aus struktureller Sicht „normalerweise aufgehängt sind und alle Bewegungen in der Primärstruktur an der unteren Stütze der Flosse aufgenommen werden“ [5].

Lamellen bestehen normalerweise aus Verbundglas, können aber auch monolithisch sein. Neben den strukturellen Unterschieden gibt es einige visuelle Einschränkungen bei der Verwendung laminierter Lamellen, da „diese Systeme selbst bei ultraklarem Glas mit niedrigem Eisengehalt dicker erscheinen können als monolithische Lamellen, wenn man sie von innen in einem Winkel oder direkt von hinten betrachtet“ [ 2]. Selbst wenn die zum Laminieren des Glases verwendete Zwischenschicht klar ist, ist sie von innen immer noch etwas sichtbar. Dieser Effekt konnte im Apple Store Boylston Street in Boston beobachtet werden (arch. Bohlin Cywinski Jackson, 2008), wo Glaslamellen aus 5 Glasscheiben mit strukturellem Zwischenschichtmaterial hergestellt werden, was die Transparenz dieses Elements sichtbar beeinträchtigt (siehe Abbildung 1). . In diesem speziellen Fall sind die Lamellen starr mit den Trägern verbunden und bilden ein durchgehendes Element (einen Portalrahmen). Obwohl ein Balken der Flosse ähnelt, ist er einer Biegekraft und daraus resultierenden Knickung ausgesetzt und muss daher anders konstruiert werden. Die Elemente werden durch Beschläge aus poliertem Edelstahl verbunden.

Als Beschattungselemente werden funktionale Glaslamellen eingesetzt, so dass die Lamellen zu Lamellen werden. In der Regel horizontal ausgerichtet, blockieren sie die Sonne und ermöglichen den Nutzern des Gebäudes einen ungehinderten Blick nach draußen. Lamellen, die als Beschattung dienen, erfordern einen höheren Wartungsaufwand, da sich durch die horizontale Lage weniger Schmutz ansammelt. In einigen Fällen sind horizontale Glaslamellen motorisiert und passen sich dem Sonnenlichtwinkel an. Eines der kompliziertesten mechanischen Glaslamellen-Einfahrsysteme wurde Ende der 1990er-Jahre in Zürich am Hauptsitz der Tamedia am Ernst-Nobs-Platz entwickelt (Arch. Atelier WW, 2001). Die Lamellen aus undurchsichtigem Glas werden mithilfe von Stromabnehmersystemen motorisiert, die sie mithilfe der Längenregulierung von Stahlseilen in die richtige Position absenken. Die transparenten Lamellen aus echtem Glas dienen als Träger für eine Führungsschiene für diesen Mechanismus und nicht als Teil des Lichtstreusystems (siehe Abbildung 2).

Lamellen zur Beschattung werden auch in vertikaler Position verwendet, wodurch sie weniger anfällig für Schmutz und Verschmutzungen sind. Äußere vertikale Glaslamellen dienen auch als lichtstreuendes Element und werden daher als Lichtleitbleche bezeichnet (sie erfüllen die Funktion des sogenannten vertikalen Lichtregals). Für eine noch effektivere Lichtstreuung bei vertikalem Glas werden Lamellen als durchscheinende Elemente hergestellt, z. B. sandgestrahlt oder mit Fritte bedruckt, denn „wenn sie infundiert werden, können sie dazu beitragen, das Licht gleichmäßig zu verteilen, ohne die Gesamtlichtmenge wesentlich zu reduzieren“ [4] und könnten dazu beitragen zur allgemeinen Blendungsreduzierung in den Büroräumen, z. B. im Canada Place in Canary Wharf (arch. Zeidler Partnership Architects, 2003), siehe Abbildung 3.

Sandgestrahlte Lamellen an der Nordfassade des Federal Office Building in San Francisco (arch. Morphosis, 2007) werden als Lichtumlenkvorrichtungen verwendet (siehe Abbildung 4a), während siebgedruckte Lamellen an der Westfassade des INES – Französisches Nationales Institut für Solarenergie ( arch. Atelier Michel Rémon + Agence Frédéric Nicolas, 2013) werden sowohl als Lichtumlenkung (während der Hauptverkehrszeiten des Tages) als auch als Beschattungsvorrichtung (am Nachmittag – siehe Abbildung 4b) verwendet. Glaslamellen in INES könnten mithilfe elektrischer Aktuatoren um die vertikale Achse geschwenkt werden (ein Aktuator steuert vier Lamellen auf einer Bodenhöhe). Ein ähnliches System wurde im Galizia Fashion Plaza-Gebäude in der deutschen Stadt Metzingen angewendet.

Glaslamellen werden auch als Träger für PV-Zellen verwendet und erzeugen das sogenannte Schattenvoltaik-Element. PV-Zellen werden in der Regel zwischen zwei Glasscheiben einlaminiert, was den Produktionsprozess erleichtert und die Zellen vor Witterungseinflüssen schützt. Die Installationsausrichtung kann je nach erwartetem Ergebnis variieren. Im Swiss Tech Convention Center (arch. Richter Dahl Rocha & Associés, 2014) sind gefärbte transparente Zellen in Form von Glaslamellen in vertikaler Ausrichtung installiert und in einem leicht schrägen Winkel geneigt, so dass eine einfache Luftzirkulation möglich ist, sie aber dennoch vom Gebäude aus sichtbar bleiben innerhalb des Gebäudes (siehe Abbildung 5).

Eine gute Belüftung führt zu einem Rückgang der Oberflächentemperatur der PV-Zellen, was sie hinsichtlich der Energieerzeugung effektiver macht [6]. Im Innovationszentrum von Merck in Darmstadt (arch. Henn Architekten, 2015) installierte die Firma Colt insgesamt 74 Photovoltaik-Lamellen zur Erzeugung elektrischer Energie. Einige von ihnen sind statisch und stehen senkrecht zur Fassadenoberfläche, aber 17 Lamellen sind vertikal geschwenkt, um der Sonne zu folgen und den Energiegewinn zu erhöhen [7]. Die drehbaren Solarzellen erzeugen Strom und sorgen gleichzeitig für Beschattung und Wärmereflexion.

Wirkungsgrade über 12 Prozent lassen sich im Labor reproduzieren, während in Großanwendungen der Bereich von 2 bis 3 Prozent erreichbar ist. Eine ähnliche Anwendung von Glaslamellen konnte am Hauptsitz des Private-Equity-Unternehmens Istituto Atesino di Sviluppo (arch. Renzo Piano Building Workshop, 2013) im Stadtteil Le Albere in Trient beobachtet werden. In diesem Fall bilden die zwischen Glasscheiben einlaminierten PV-Elemente horizontale Lamellen, die das Gebäude sowohl vor der Sonne schützen als auch Strom erzeugen (siehe Abbildung 6).

Die Glaslamellen dienen auch als auffälliges Element. Senkrecht zur Fassade angeordnete Lamellen (in diesem Fall meist Lamellen genannt) ermöglichen es, das Erscheinungsbild der Fassade je nach Betrachterposition zu verändern. Die Gebäude wirken massiv, bilden die Schrägperspektive und sind bei frontaler Betrachtung leicht und luftig. Dies hängt häufig auch mit den Experimenten mit dem Material selbst zusammen; Die dekorativen Lamellen werden sandgestrahlt, mit Mustern verziert, bemalt und mit speziellen Beschichtungen (z. B. den spektralselektiven Beschichtungen) beschichtet, wie in einer Kunstinstallation namens Dichroic Light Field in New York (arch. James Carpenter, 1995) – siehe Abbildung 7a. G-Lamellen werden auch häufig als Ersatz für skulpturale Dekorationen verwendet, die bei flach verglasten Fassaden fehlen.

Viele Bemühungen auf diesem Gebiet führten zu sehr beeindruckenden Anwendungsfällen von Glaslamellen als rein dekorative Elemente. Einer der beeindruckendsten Anwendungsfälle der dekorativen Lamellen ist das W16-Gebäude in Brüssel (Arch. Conix RDBM Architects, 2009), wo Glaslamellen um die vertikale Achse gedreht und an den aus dem Gebäude herausragenden Bodenplatten kantenmontiert werden. Das Glas in den Lamellen ist kalt gebogen und bietet bei schräger Betrachtung eine beispiellose Menge an verzerrten Reflexionen (siehe Abbildung 7b).

Das gebräuchlichste Platzierungsmuster wird durch die Funktion der Lamellen definiert: Strukturelle Lamellen werden am häufigsten im Inneren angebracht, während die Schattenlamellen außen angebracht werden, um zu verhindern, dass Sonnenlicht in das Innere des Gebäudes eindringt. Diese Außenlage verursacht in der Regel eine erhöhte Verschmutzung, Schmutzansammlung und einen höheren Wartungsaufwand, gleichzeitig werden einige dieser Lamellen jedoch häufig als dekorative Elemente der Fassade verwendet. Strukturelle Flossen sind normalerweise vertikal, während funktionale Flossen entsprechend der Sonnenbahn und der Gebäudegeometrie angepasst werden. Bei den nach Süden ausgerichteten Fassaden ist die Position der Lamellen horizontal, während die Ost- und Westfassaden am effektivsten durch vertikale Lamellen beschattet werden, wie im Fall des Federal Office Building in San Francisco (arch. Morphosis, 2007).

In ausgewählten Fällen adaptiver Fassaden könnten Glaslamellen motorisiert werden, um dem Sonnenverlauf zu folgen oder je nach Bedarf des Benutzers für Beschattung oder Tageslichtstreuung zu sorgen. Auf diese Weise ist eine adaptive Fassade in der Lage, „ihre Funktionen, Merkmale oder ihr Verhalten im Laufe der Zeit als Reaktion auf vorübergehende Leistungsanforderungen und Randbedingungen zu ändern“ [8] durch die Anpassung eines einzelnen Elements. Auf diese Weise tragen Lamellen dazu bei, eine Überhitzung des Innenraums zu vermeiden und die Benutzer vor Blendung zu schützen, wie im Fall der Oval Offices in Köln (arch. Sauerbruch und Hutton, 2010) – siehe Abbildung 8 – wo lackierte Glaslamellen motorisiert sind sorgen für die Regulierung des Tageslichts für die Gebäudenutzer.

Die Lamellen sind zweifellos zu Bestandteilen moderner Glasfassaden geworden, erfüllen viele Funktionen und bieten vielfältige visuelle Effekte. Diese könnten als strukturelle, funktionale und dekorative Elemente verwendet werden. Da sich die Strukturverglasung im Laufe der Zeit weiterentwickelt, werden die Lamellen systematisch als tragendes Element in die Fassaden einbezogen und ermöglichen so den Ersatz der nicht transparenten Pfosten. Gleichzeitig dienen die Lamellen als Schattierungs- und Energiegewinnungselement und sorgen gleichzeitig für ein interessantes optisches Ergebnis. Die ästhetische Rolle der Glaslamellen ist nicht zu unterschätzen, da sie häufig als skulpturales Element der Fassade verwendet werden, um deren Rhythmus zu betonen und Proportionen zu definieren.

Dieses Papier wurde durch Zuschüsse des Polnischen Nationalen Wissenschaftszentrums mit dem Titel „Neue Trends in der Architektur transparenter Fassaden – formale Experimente, technologische Innovationen“ finanziert, Ref. NEIN. 2014/15/B/ST8/00191 und durch das Stipendium mit dem Titel: „Glasrippen (Rippen) als dekoratives und strukturelles Element von Glasfassaden. Fallstudienanalyse“, Ref.-Nr. Nr.: S80401-0067-10-K0106.

[1] M. Brzezicki, Studien zu Glasfassadenmorphologien, Engineered transparent 2018: Glas in Architektur und Bautechnik, Hrsg.: Jens Schneider, Bernhard Weller. Berlin WileyBlackwell/Ernst & Sohn, Polizist. 2018. S. 153-160. [2] C. Hein, The Capital of Europe: Architecture and Urban Planning for the European Union, Greenwood Publishing Group, 2004. [3] J. Kooymans, J. Schneider und H. Techen, Long span glass fin design, Challenging Glass : Konferenz über architektonische und strukturelle Anwendungen von Glas; Hrsg. F. Bos, Ch. Lauter; F. Veer, Fakultät für Architektur, Technische Universität Delft, IOS Press, 2008. [4] Enclos Corp, Glass Fin [online] Service and Technology, 2019 [abgerufen am 1.03.2019], verfügbar unter: http://www. enclos.com/service-and-technology/technology/structural-glassfacades/facade-structures/glass-fin/. [5] J. Wurm, „Glass Structures: Design and Construction of Self-supporting Skins“, Springer Science & Business Media, 2007. [6] Laminated Glass Fins vs. Tempered Monolithic Fins: Guidelines for Point Supported Glass Applications, 2015 [ abgerufen am 1.03.2019], verfügbar unter: http://www.wwglass.com/blog/post/laminated-glass-fins-vs-tempered-monolithic-glassfins/. [7] M. Muszynska-Lanowy, „Solar photovoltaic systems“, Swiat Szkla, 3, S. 10–14, 2011. (auf Polnisch) [8] RCGM Loonen, JM Rico-Martinez, F. Favoino, M. Brzezicki , CH. Menezo, G. La Ferla & LL Aelenei „Design für Fassadenanpassungsfähigkeit: Auf dem Weg zu einer einheitlichen und systematischen Charakterisierung“. In 10. Konferenz zu Advanced Building Skins, 3.-4. November 2015, Bern, Schweiz, S. 1284-1294, München: Wirtschaftsforum, 2015.