Vollständiger Leitfaden für Vorhangfassaden

Vorhangfassaden: Arten, Materialien und Vorteile des Bausystems, das das Erscheinungsbild moderner Gebäude revolutioniert hat

Mit ihrer gläsernen Oberfläche, die mit der Umgebung zu verschmelzen scheint, hat die Vorhangfassade es ermöglicht, die Innenräume von Gebäuden vollständig in die umgebende Landschaft zu integrieren. Um eine Fassade mit einem attraktiven Design, das den Komfort und die Sicherheit der Bewohner gewährleistet, erfolgreich zu gestalten, müssen mehrere Aspekte abgewogen und bewertet werden: architektonische, strukturelle und energetische. Aus diesem Grund kann es in der Planungsphase sehr hilfreich sein, die BIM-Methode anzuwenden und eine Software für die Gebäudeplanung zu verwenden, mit der das Gebäude in 3D modelliert werden kann, um die ästhetische Wirkung dieses Bausystems direkt zu bewerten und genaue Analysen sowohl unter strukturellen als auch unter energetischen Gesichtspunkten durchzuführen.

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Was versteht man unter einer Vorhangfassade?

Die Vorhangfassade, oder auf Englisch „curtain wall“, ist eine vertikale Gebäudehülle, die wie ein ununterbrochener Vorhang aus leichten Materialien (wie Glas) erschient und die typischen Funktionen einer Außenwand erfüllt. Diese Struktur hat keine tragende Funktion, sie trägt weder ein anderes Gewicht als ihr eigenes, noch ist sie anderen Herausforderungen ausgesetzt als denen, die sich aus horizontalen Kräften ergeben, wie zum Beispiel der Windkraft. Die tragende Funktion wird vollständig von der Struktur übernommen, die in der Regel aus Stahl- oder Stahlbetonpfeilern und -trägern besteht.

Die Vorhangfassade zeichnet sich durch ihre Vielseitigkeit aus (sie kann sowohl mit transparenten als auch mit undurchsichtigen Paneelen realisiert werden) und verbindet alle Leistungen einer traditionellen Gebäudehülle mit einem sehr charakteristischen Design. Darüber hinaus kann sie so gestaltet werden, dass sie feuerfest ist und der Einwirkung von Geschossen widersteht, häufig durch die Verwendung von kugelsicherer Verglasung.

Vorhangfassade

Ihre Wertschätzung begann mit der weltweiten Verbreitung des Rationalismus und der fünf Punkte der Architektur von Le Corbusier, und sie wurde immer mehr zu einem Symbol der architektonischen Entwicklung und der Bekräftigung des modernistischen Designs und der Ästhetik.

Heutzutage werden „curtain walls“ häufig mit Strukturen aus extrudiertem Aluminium hergestellt. Einige Anwendungen erfordern jedoch die Verwendung von Stahlstrukturen aufgrund ihrer physischen und mechanischen Eigenschaften, die größere Spannweiten und kontrollierbare thermische Ausdehnung ermöglichen.

Diese Metallstrukturen, bestehend aus Pfosten und Querriegeln, werden in der Regel mit hochleistungsfähigen Glaspaneelen abgedichtet, um den Eintritt von Tageslicht zu fördern und das Raumklima zu kontrollieren.

In der Praxis haben diese Glasfassaden die Beziehung zwischen Innen- und Außenräumen von Gebäuden neu definiert und eine bessere Integration in die Umgebung ermöglicht.

Arten

Die Hauptarten von Vorhangfassaden variieren je nach Befestigungssystem der Verkleidungspaneele am Rahmen. Zu den Typen gehören:

• Pfosten-Riegel-Fassaden: Dies ist das gängigste System der Vorhangfassaden und besteht aus horizontalen und vertikalen Komponenten, die sichtbar bleiben. Die Verkleidung ist in Teilen aufgebaut und umfasst:
  • • Vertikale Pfosten, die am Gebäude tragenden Strukturen befestigt sind;
    • Horizontale Riegel, die an den vertikalen Pfosten befestigt sind;
    • Undurchsichtige oder transparente (nicht öffenbare) Paneele;
    • Öffenbare Elemente, die wiederum an den Pfosten und Riegeln befestigt sind;
• Strukturfassaden: Das besondere Merkmal dieses Systems ist die Flächenkontinuität des Glases, die die tragenden Metallstrukturen verdeckt. Die Oberflächenkontinuität wird nur durch die Verbindungen zwischen den Paneelen unterbrochen, die von außen kaum wahrnehmbar sind. Das System besteht aus Glaspaneelen, die entweder fest oder beweglich sind, wobei das Glas durch strukturelle Klebstoffe (strukturierter Silikon) mit dem dahinterliegenden Rahmen verbunden ist. Es gibt auch Systeme, die zusätzlich zu den Silikonklebern mechanische Elemente (von außen unsichtbar) verwenden, um die Paneele mit der Struktur zu verbinden;
• Modulare Fassaden: Das System besteht aus Komponenten, die ähnlich wie bei Pfosten-Riegel-Fassaden sind, sich jedoch von diesen unterscheiden, da die Basiselemente in Modulen (oder Zellen) in der Werkstatt hergestellt, mit undurchsichtigen und transparenten Paneelen versehen und dann vor Ort installiert werden. Das System erreicht seine volle Funktionsfähigkeit auf Baustellen, auf denen der Aufbau eines äußeren Gerüsts unpraktisch oder unwirtschaftlich ist, wie zum Beispiel bei hohen Turmgebäuden. Die Montage der Module in der Werkstatt bietet eine höhere Qualitätssicherung, erfordert jedoch im Vergleich zu einem Pfosten-Riegel-System mehr physischen Stauraum und spezielle Transportmethoden. Das System wird auch als „Precast“ bezeichnet;
• „Doppelschalige“-Fassaden: Sie bestehen aus einem Gehäuse mit zwei parallelen transparenten Wänden, die einen Luftspalt erzeugen. Diese Lösung ermöglicht bessere Werte für Wärmedurchgang und Schalldämmung als einschichtige Vorhangfassaden-Systeme. Innerhalb des Luftspalts führt die Erwärmung der Luft, die durch den Treibhauseffekt verursacht wird, zu Luftströmungen, die nach außen oder innen ins Gebäude geleitet werden (Kamineffekt). Die gespeicherte Wärme kann im Winter zur Gebäudeheizung genutzt oder im Sommer abgeführt werden. Um die Überhitzung im Sommer zu verhindern, ist das System mit Sonnenschutzvorrichtungen innerhalb des Spalts zwischen den beiden „Schalen“ ausgestattet;
• Punktgehalten Fassaden: Diese Art kann in zwei Unterkategorien unterteilt werden:
  • Punktbefestigung;
  • Unabhängige Paneelen (VEA, „vitrages extérieurs attachés“ oder „suspended curtain walls“). Das System besteht aus transparenten Paneelen, die von mechanischen Verankerungsvorrichtungen gehalten werden, die sie in der Nähe der Ecken befestigen. Diese Vorrichtungen, die in der Regel aus Metallstiften bestehen, übertragen das Gewicht des Glases auf eine von der transparenten Fläche beabstandete Stützstruktur. Die tragende Struktur kann aus Metalllegierungen oder anderen Materialien bestehen (es gibt Systeme, die Pfosten aus Glasplatten verwenden, die orthogonal zur Fassade angeordnet sind). Zur Kategorie der punktgehaltenen Fassaden gehören auch die sogenannten Hängefassaden, bei denen die Paneele in der Nähe der Ecken befestigt sind (ähnlich dem vorherigen System) und miteinander verbunden sind, ohne eine eigentliche starre tragende Struktur zu haben. In diesem System wird das Eigengewicht jedes Glaselements auf das unmittelbar darüber liegende Element übertragen, bis die höheren strukturellen Elemente (Tragstruktur des Gebäudes) erreicht sind. Die transparente Oberfläche übernimmt somit eine selbsttragende Funktion, während die horizontalen Spannungen (die durch den Wind erzeugten dynamischen Kräfte) durch Verankerungssysteme kontrolliert werden, die (normalerweise) im Inneren der Fassade angebracht sind und aus einer Reihe von „gespannten“ Seilen bestehen.

Beispiel für eine durchgehende Fassade

Die Entwicklung der Vorhangfassaden

Im Laufe des 19. Jahrhunderts konnte eine weit verbreitete Verwendung von Metall- und Glasdachkonstruktionen beobachtet werden, wie sie bei Bahnhöfen und Gewächshäusern zu finden waren. Diese Entwicklung wurde von einer Reihe von Faktoren begünstigt, darunter die Abschaffung der Glassteuer, die Einfuhr tropischer Pflanzen, die spezielle Anbauflächen erforderten, die Weiterentwicklung der Baustatik, die eine genaue Untersuchung des Verhaltens von Materialien und deren Dimensionierung ermöglichte, sowie die Fortschritte in der Industrie.

Ein herausragendes Beispiel dieser Entwicklung ist das „Palm House“ im Royal Botanic Garden in Kew, London, das zwischen 1845 und 1848 von Richard Turner und Decimus Burton errichtet wurde, sowie das Crystal Palace, eine riesige viktorianische Glaskonstruktion, die 1851 in London zur Unterbringung der ersten Weltausstellung errichtet wurde.

Der eigentliche Wendepunkt in der Evolution der durchgehenden Fassade war jedoch der Beitrag der Chicagoer Schule gegen Ende des 19. Jahrhunderts. Architekten wie William Le Baron Jenney, Louis Sullivan und das Büro Holabird & Roche spielten eine entscheidende Rolle. Das „Tacoma Building“ von 1884 war das erste Gebäude, bei dem die Vorhangfassade auf die Tragstruktur des Gebäudes angewandt wurde, wobei auch das Konzept des „Spandrel“ eingeführt wurde, ein undurchsichtiges Paneel, das die Sicht auf die Tragstrukturen verdeckt und normalerweise auf Höhe der Geschossdecke angebracht ist, harmonisch mit den transparenten Paneelen gestaltet, um die Kontinuität der Fassade wiederherzustellen.

Le Corbusier setzte die Entwicklung und Verfeinerung des Konzepts der Vorhangfassade in seinen Werken fort, um moderne, funktionale und ästhetisch fortschrittliche Räume zu schaffen. Seine Idee war es, eine „rationalistische“ Architektur zu schaffen, die den Anforderungen des modernen Lebens und der Effizienz gerecht wird, mit einer klaren Trennung zwischen der Tragstruktur des Gebäudes und der Fassade selbst, ermöglicht durch die Verwendung von Stahlbetonstrukturen.

In den 1940er und 1950er Jahren begannen Hersteller von Metallkomponenten und Fenstern aufgrund der hohen Nachfrage nach neuen Systemen zu experimentieren, beispielsweise aus Bronze und Aluminium. In den 1960er und 1970er Jahren wurde strukturelles Silikon als Verbindungssystem zwischen den Verkleidungsteilen und dem Rahmen entwickelt, was die Realisierung vollständig verglaster Fassaden ohne sichtbare Profile ermöglichte. Ein bemerkenswertes Beispiel dieser Entwicklung sind die „860-880 Lake Shore Drive Apartments“ in Chicago, entworfen von Ludwig Mies van der Rohe zwischen 1948 und 1951.

Ab den 1990er Jahren übernahm die Vorhangfassade eine Rolle, die über ihre Funktion als einfacher Abschluss hinausging, und wurde zu einer Art „Filter“ zwischen Innen- und Außenraum. Fortschrittliche Lösungen wie Doppelfassaden, Fassaden mit Wärmerückgewinnung und Photovoltaikfassaden wurden entwickelt. Darüber hinaus wurden Fassaden zu einem wichtigen visuellen Kommunikationsmittel und fanden in sogenannten „Mediengebäuden“ Verwendung.

Beispiel für eine Vorhangfassade

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Vorhangfassade im Laufe der Jahrzehnte eine bedeutende Entwicklung durchlaufen hat, von einem funktionalen architektonischen Element hin zu einem innovativen und nachhaltigen Gestaltungsmittel, der eine Schlüsselrolle bei der Schaffung moderner und fortschrittlicher Gebäude spielt.

Konstruktion einer Vorhangfassade

Der Bau einer Vorhangfassade erfordert eine sorgfältig durchdachte Planung und Konstruktion. Hier sind die wichtigsten Konstruktionsdetails:

• Materialien:
  • Glas: Glas ist das am häufigsten verwendete Material für eine Vorhangfassade. Gehärtetes oder laminiertes Glas wird häufig aus Gründen der Sicherheit und Festigkeit verwendet.
  • Metallstrukturen: Diese bestehen oft aus stranggepresstem Aluminium aufgrund ihrer Leichtigkeit und Festigkeit. Sie können auch aus Stahl für spezielle Anwendungen hergestellt sein.
  • Strukturelle Klebstoffe: Strukturelles Silikon oder andere Klebstoffe werden verwendet, um das Glas mit dem Rahmen zu verbinden und die Lasten auf die Struktur zu übertragen.
• Entwurf:
  • Koplanarität: Die Konstruktion muss sicherstellen, dass alle verglasten Flächen koplanar sind und von außen eine einheitliche Oberfläche bilden.
  • Isolierung: Eine angemessene Wärme- und Schalldämmung ist wichtig, um den Komfort der Bewohner sicherzustellen.
  • Widerstandsfähigkeit: Vorhangfassaden müssen so konzipiert sein, dass sie Windkräften, Wärmeschwankungen und in einigen Fällen sogar Feuer oder Kugeln standhalten.
• Montage:
  • Vor-Ort-Montage: Vorhangfassaden werden vor Ort zusammengebaut, oft vertikal angehoben und am Gebäuderahmen befestigt.
  • Abdichtung: Eine sorgfältige Abdichtung der Fugen zwischen den Glasscheiben ist unerlässlich, um das Eindringen von Wasser und Wärmeverluste zu verhindern.

Wofür dient eine Vorhangfassade?

Eine Vorhangfassade erfüllt verschiedene entscheidende Funktionen:

• Isolierung: Sie bietet Wärme- und Schalldämmung für das Gebäude und trägt dazu bei, einen komfortablen Innenraum aufrechtzuerhalten und den Energieverbrauch zu reduzieren.
• Schutz: Sie schützt das Gebäude vor Witterungseinflüssen wie Regen, Wind und Schnee und gewährleistet einen komfortablen und sicheren Innenraum.
• Ästhetik: Eine durchgehende Fassade verleiht dem Gebäude ein modernes und elegantes Aussehen, das seine visuelle Identität stark prägt.
• Beleuchtung: Sie maximiert den Eintritt von Tageslicht in die Räume, reduziert die Notwendigkeit für künstliche Beleuchtung und verbessert den visuellen Komfort.
• Nachhaltigkeit: Durchgehende Fassaden können so gestaltet werden, dass sie die Energieeffizienz des Gebäudes verbessern und zur Reduzierung der Umweltauswirkungen beitragen.

Beispiel für eine durchgehende Fassade

Vorteile von durchgehenden Fassaden

Durchgehende Fassaden bieten zahlreiche Vorteile, darunter:

• moderne Ästhetik: Sie schaffen ein äußerst modernes und elegantes Erscheinungsbild, das gut zu zeitgenössischen Gebäuden passt.
• Energieeffizienz: Sie können dazu beitragen, die Energiekosten durch intelligente Nutzung von Isolierung und Sonnenschutz zu reduzieren.
• Lichtdurchlässigkeit: Sie maximieren den Eintritt von Tageslicht, verbessern den Innenkomfort und reduzieren den Einsatz von künstlicher Beleuchtung.
• Individualisierung: Sie sind in Bezug auf Design, Materialien und Leistungsfähigkeit hochgradig anpassbar.
• Nachhaltigkeit: Sie können mit umweltfreundlichen Eigenschaften gestaltet werden, um zur Nachhaltigkeit des Gebäudes beizutragen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Vorhangfassaden eine innovative und funktionale architektonische Lösung darstellen, die das Erscheinungsbild moderner Gebäude verändert hat. Mit sorgfältigem Design und dem Einsatz geeigneter Materialien bieten diese Fassaden ästhetische, funktionale und ökologische Vorteile, die sie zu einer erfolgreichen Wahl für viele zeitgenössische Bauprojekte machen.

Erstellung einer Vorhangfassade mit einer BIM-Software

Wie bereits erwähnt, ist es für die Gestaltung einer Vorhangfassaden erforderlich, eine Reihe grundlegender Parameter zu berücksichtigen, um das Projekt erfolgreich umzusetzen. Sehen wir, wie dies mithilfe der BIM-Methodik auf virtuose Weise verwaltet werden kann.

Zunächst einmal ist es notwendig, mit der 3D-Modellierung des Gebäudes zu beginnen. Mit einer BIM-Software für die Gebäudeplanung wird die Vorhangfassade in 3D mit dem entsprechenden parametrischen BIM-Objekt modelliert. Im Grunde zeichnen Sie den Umriss des Gebäudes und wählen den Typ der Fassade, der Ihren Anforderungen entspricht. Ihnen steht eine umfangreiche Bibliothek mit vielen Modellen zur Verfügung, die Sie auch an Ihre Designanforderungen anpassen können. Außerdem arbeiten Sie mit parametrischen BIM-Objekten, denen Sie Daten und technische Informationen zuordnen können, die in jeder Lebensphase des Gebäudes nützlich sein können.

Sie können z. B. Produktdatenblätter, Preislistenpositionen zur Erstellung von Leistungsverzeichnissen, Hinweise zur Instandhaltung der Anlage, Auftraggeber-Informations-Anforderungen usw. anhängen. Diese Informationen können auch im Laufe der Zeit umgesetzt und bei der Instandhaltung und dem Abriss des Gebäudes verwendet werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der BIM-Modellierung einer Vorhangfassade ist die Möglichkeit, ihre ästhetische Wirkung zu visualisieren, bevor sie tatsächlich realisiert wird. Mit Renderings, virtuellen Rundgängen und Echtzeitvideos können Sie durch das Modell navigieren, als ob es real wäre, und es in all seinen Details analysieren, um die überzeugendste Entwurfslösung zu wählen.

Schließlich kann das 3D-Modell für andere wesentliche Bewertungen verwendet werden, wie z.B. statische Berechnungen mit Hilfe einer Statik-Software und für die Energieanalysen durch die Verwendung einer Software für die Energieanalyse und dynamische Gebäudesimulation.