Die Pekinger Olympia-Schwimmhalle könnte man auf die Seite kippen und sie würde nicht zusammenstürzen. Sagen die Ingenieure. Hintergrund ist die Geometrie des Schaums.

Schon auf den ersten Blick sieht die Wand aus wie aus Schaumblasen zusammengesetzt. (Verstärkt wird dieser Eindruck noch durch die Umhüllung aus 3000 aufgepumpten Luftkissen. Diese bestehen aus durchsichtiger Spezialfolie, die man in bis zu 1670 Farbschattierungen leuchten lassen kann.)

Die Konstruktion des Gebäudes orientiert sich an der Geometrie des Schaums, genauer am Weaire-Phelan-Schaum.

Der Weaire-Phelan-Schaum ist zusammengesetzt aus zwei Typen von Blasen: einem leicht gekrümmten Dodekaeder, und einem 14-Flach aus zwei 6-Ecken und zwölf 5-Ecken:

Schaumblasen werden durch die Oberflächenspannung zusammengehalten, die danach strebt, die Oberfläche pro Volumen zu minimieren. (Eine einzelne isolierte Blase ist zum Beispiel immer eine Sphäre.)

Kelvin hatte im 19. Jahrhundert (im Zusammenhang mit der Äther-Theorie) vermutet, daß folgende Form (“bitruncated cubic honeycomb”) die Oberfläche pro Volumen minimiert:

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Beim in der Pekinger Olympia-Schwimmhalle “nachgebauten” Weaire-Phelan Schaum handelt sich um eine Schaum-Form, die um 0.3% effektiver ist als die von Kelvin entdeckte.

Es ist bis heute unbekannt, ob dies der Schaum mit der kleinstmöglichen Oberflächenspannung ist. Kelvin hatte seine mögliche Anordnung experimentell gefunden. Die Verbesserung wurde 1993 wurde von Weaire und Phelan “entwickelt”. (Entwickelt in Anführungszeichen, weil sie die bessere Möglichkeit nicht entwickelt, sondern “in der Natur” an bestimmten Chemikalien, sogenannten Clathraten, beobachtet haben.)

Ingenieure sagen, man könnte das Gebäude auf die Seite kippen ohne daß es zusammenbricht. Die Form sei besonders flexibel und deshalb auch widerstandsfähiger bei Erdbeben.

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©Arup+Ben McMillan

Julie Rehmeyer hat darüber einen Artikel auf sciencenews geschrieben: “The bubbles, they decided, really would be bubbles: pillows made of a transparent plastic called ethylene tetrafluoroethylene (or ETFE ) filled with air, attached to a steel framework outlining the edge of each bubble. […] The Weaire-Phelan foam provided not just a pretty surface for the walls, but the building’s very structure. Imagine an enormous block of the foam, with steel beams outlining the edge of each bubble. Now carve out the center to form a building with 12-foot-thick walls and 24-foot thick ceilings. This is the weight-bearing structure of the Water Cube.

Das Gebäude ist zusätzlich noch mit einer Plastikfolie verhüllt. Diese dient auch der passiven Nutzung der Sonneneinstrahlung auf das Gebäude. Die reißfeste Verkleidung absorbiert Sonneneinstrahlung und reduziert Wärmeverlust. Neunzig Prozent der einfallenden Sonnenenergie kann zum Heizen der Wasserbecken und der Innenräume genutzt werden. Man spart neun Prozent an Strom gegenüber herkömmlichen Schwimmhallen.

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©Arup+Ben McMillan

Negativ zu erwähnen ist noch, daß an dem Schwimmbad Scharen schlechtbezahlter Wanderarbeiter gebaut haben.

Kommentare (6)

  1. #1 Monika
    10. August 2008

    Lieber Thilo, vielen Dank für diesen informativen Beitrag, das ist wirklich sehr spannend 😉
    Mich würde noch interessieren:
    Sind da die Chinesen vorbildlich, was die Nutzung solcher Erkenntnisse anbelangt, oder ist das “nur” ein Olympiaeffekt? Gibt es in Deutschland /Europa ähnliche Umsetzungen des Herzl.Grüße M.A.

  2. #2 Monika
    10. August 2008

    Sorry, da wurde was “verschluckt”:
    ……….
    Gibt es in Deutschland /Europa ähnliche Umsetzungen des “Weaire-Phelan Schaum-Prinzips ? V

  3. #3 Thilo
    11. August 2008

    Ich wollte diese Woche noch einen 2.Artikel über Schaum-Anwendungen schreiben. Aber vorab: als Anwendung in der Architektur ist das wohl einzigartig. (Vermutlich auch eine Kostenfrage. Und bei Gebäuden, die nicht in Erdbebengebieten liegen, ist eine solche Stabilität ja auch nicht wirklich notwendig.)

  4. #4 Fischer
    11. August 2008

    Macht es denn von der Stabilität her einen Unterschied, ob man den Kelvin- oder den Weaire-Phelan-Schaum verwendet?

  5. #5 Thilo
    11. August 2008

    Was ich in der Fachliteratur dazu gefunden habe, ist folgendes: die Elastizität solcher Strukturen mißt man mit dem ‘isotropen Schubmodul’, dieser beträgt (Kraynik, Reinelt: “THE LINEAR ELASTIC BEHAVIOR OF A BIDISPERSE WEAIRE-PHELAN SOAP FOAM”, Chemical Engineering Communications, Volume 148, Issue 1 June 1996 , pages 409 – 420)

    für den Weaire-Phelan-Schaum 0.8684

    für den Kelvin-Schaum 0.8070

    und z.B. für den Williams-Schaum 0.7955

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    31. März 2017

    Das unkaputtbare Schwimmbad – Mathlog
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