HEINZ ISLER-SCHALENBOUWERBIJ UITSTEKIn het kader van drie studiemiddagen over hetoverspannen van grote oppervlakken, was onlangs .aande TU Delft een tentoonstelling te bezichtigen over hetwerk van de schalenbouwer Heinz Isler. De in 1926 inZwitserland geboren Isler heeft zich gespecialiseerd inschaalconstructies van beton. Daarvan zijn er meer danduizend gerealiseerd. Hij ontwikkelde als constructeuren vormgever in de loop van de jaren een geheel eigenontwerpfdosofle, met als belangrijkste kenmerk: demodelstudie. Zijn bouwwerken mogen van eenbijzondere kwaliteit worden genoemd, zowel inesthetisch opzicht als in de constructieve enbouwtechnische uitwerking.gels, zoals hij inzijn derde stelling totui-ting brengt.De in stelling twee naarvoren gebrachteovertuiging dat 'zijn' schaalvormen opeconomische wijze kunnen worden ge-realiseerd, heeft hij in de bijna 30jarenna het Madridse congres afdoende be-wezen. Terwijl einde van dejaren '60 debetonnenschaalconstructies elders indege?ndustrialiseerde landen om arbeids-intensieve redenen nog maar zeldenwerden gebouwd, biedt Isler tot op dedagvanvandaag metsucces'zijn'schaal-constructies aan als een concurrerendalternatief voor grote te overspannenoppervlakken.Veelzijdige hetrokkenheidIn Isler herkent men zowel de beeldendkunstenaar als de ingenieur. In dit op-zicht is hij te vergelijken met Nervi enMaillart die als constructieve ontwer-pers aan hun bouwwerken een bijzon-dere expressie hebben weten te geven,omdat zij ook esthetische vormgeverswaren. Kenmerkend is de overeenstem-ming in het uitgangspunt, namelijk hetkunnen besparen op materiaal en kos~ten. Zowel Nervi als Isler kozen meestalvoor hetmateriaal beton. Zij beschouw-den dit als uitermate geschiktvoor dun-schalige draagconstructies indien dezeconstructies over hun gehele draagvlakuitsluitend op druk worden belast. Eenoptimale draagconstructie wordt ver-kregen door het schaalvlak van eenkromming in twee richtingen te voor-zien en abrupte wijzigingen in dikte,kromming en randvoorwaarden te ver-mijden. Dat wordt het beste bereiktDe natuur kent die knellende bandenvan mathematische vergelijkingen niet.De ontelbare daarin aangetroffen(schaal)vormen komen volgens anderewetten tot stand, namelijk die van deminimale materiaalbehoefte en de mi-nimale spanning. Het zal duidelijk zijndat de ideale schaalconstructie volgensIslers visie niet kan worden ontworpenop basis van architectonische vormre-!sIer. Torroja hechtte veel belang aanmodelonderzoek waarmee een weten-schappelijke basis zou worden gelegdvoor het constructieve ontwerp van deonderzochteschaaltypen. Hij wees op degevaren wanneer de modeltechniekzonder voldoende ervaring wordt toe-gepast.Isler daarentegen was niet geinteres-seerd in mathematisch vastgelegde vor-men die hij geometrische schalennoemde (bekend als cilinder-, ton- ofkegelschalen, dubbelgekromde hyppar-schalen, enz.). Hij construeerde geenschalen van een vooraf gedefinieerdevorm. Voorafverrichtte hij vormstudiesaan de hand van modellen die door na-tuurlijke wetmatigheden werden be-paald. Daarmee was devorm ook in sta-tisch opzicht optimaal. De modeltech-niek hanteerde hij als een rekenkundigeverantwoording achteraf. (Leonhardtschrijft in de genoemde catalogus overIsler, datdezezich uitde mathematischeketens heeftbevrijd. Misschienzou Tor-roja dezelfde lovende opmerking heb-ben gemaakt indien hij tijd van levenhad gehad om Islers schaalconstructieste observeren.)IALGEMEENONTWERPDeze stellingen luidden:- aan nieuwe schaalvormen liggen een-voudige modellen ten grondslag dieaan de fysische wetmatigheden in denatuur zijn ontleend;- niet-geometrische (vrije) vormen, ge-baseerd op deze fysische wetmatighe~den, kunnen op economische wijzeworden gebouwd;- architectonische vormregels vormengeen goed uitgangspuntvoor het ont-werpen van schaalconstructies.In de tentoonstellingscatalogus van Ek-kehard Ramm en Eberhard Schunk, ge~titeld 'Heinz Isler Schalen', wordt uit-voerig ingegaan op de confrontatie tus~sen de nog onbekende Isler en de eerdergenoemde schalenspecialisten.Onder meerkwam eenverschil inbena-dering aan het licht tussen E. Torroja enB.?ijna 30jaar geleden stond de be-tonnen schaakonstructie modelvoor de nieuwe mogelijkhedenin de bouw, dank zij de ontwikkelingenophetgebiedvandemateriaaltechnolo-gie. vele voorbeelden van spectaculaireconstructies, zowel in Nederland alsdaarbuiten, getuigen van wat achterafgezien een bloeiperiode blijkt te zijn ge-weest. In die periode werden aan dezeconstructievorm speciale congressen encongreszittingen gewijd. Tijdens eenschalencongres in Madrid in 1959 ont-moette de toen 33jaaroude Isler de des~tijds internationaal gekende schalen-bouwers. Zijn bijdrage aan een van dediscussies omvatte een drietal stellingendie veel gesprekstofhebben opgeleverd.IUTILITEITSBOUW16 Cement 1988 nr. 12Tankstation Deitingen,Zwitserland - hangvorm 3 Toepassing van 'Buckel'-schalenvoor een showroom/werkplaats,Thun, Zwitserlanddoor er voor te zorgen dat het dak metde randenen opleggingensamen tot??nvorm zijn ge?ntegreerd. Geintegreerdevormen, die wel tegen concurrerendebouwprijzen te realiseren moeten zijn!Isler slaagt er door constructieve vorm-geving in de schaalvlakken vrij vanscheuren te houden. Ook zonder eenverdere afwerking kan de schaalhuidwaterdicht zijn.Voor de bouw van zijn schalen komenslechts enkele gespecialiseerde bouwbe-drijven in aanmerking. De kwaliteitvande uitvoering staat op een hoog niveau,onder meer omdat het personeel doorhem wordt ge?nstrueerd.Hier is het op zijn plaats te wijzen opKissen 1954 h?ngendes nasses Tuch 1955 tBFliessform 1963freie Formen~-~----~~~. .~ . . '... " ~ ",,,'~~1 Vormstudies:A. pneumatisch membraan('Buckel'-schaal)B.hangvormC. vloeivortn~lC_-?.. _V....,........y~~umgedreht:Eispavillonh?ngende Gazebenetzt. eingefroren~o000o 0PneuexperimentBuckelschaleIndustriebautenCement 1988 nr. 1 17I_UTIL__?_ITE__I_TS_B_O_UW__?_~~~~I ALGEMEEN ONTWERPIslers persoonlijke betrokkenheidin allefasen van het ontwerp en de uitvoering.Hij stelt achtereenvolgens de schaal-vorm vast, verricht onderzoek aan hetdaarna gebouwde model, verzorgt hetconstructieve ontwerp, stelt het uitvoe-ringsplanvast, oefenttoezicht uittijdensde uitvoering en volgt het gedrag van deconstructie door middel van metingenin zowel de uitvoeringsfasen als ge-bruikstoestand.Op deze wijze zal weinig aan zijn aan-dacht ontsnappen. Het komt de kwali-teit van het bouwwerk ten goede. Tege-lijk voegt Isler elke keer iets toe aan zijnkennis en inzicht in het constructievegedrag van schaalconstructies. Na 1400schalen (gerekend vanaf een minimaaloverdekt oppervlak van 200 m2) kanpraktisch geen vorm, hoe ingewikkeldook, hem nog voor problemen stellen.De grote duurzaamheid van zijn bouw-werken, praktisch onderhoudsvrij,toont dit overtuigd aan.Isler is een bijzonder mededeelzaammens. Wat hem bezig houdt draagt hijgraag uit. De arbeiders op het bouw-werk weet hij zodoende te motiveren.18Het vormde hem ook tot een boeienddocent aan de TU te Karlsruhe waar hijde studenten deelgenoot maakte vanzijn ontwerpfllosofie. Hij werd aan dezeuniversiteit ge?erd met een ere-profes-soraat in hetzelfde jaar (1983) dat hemeen ere-doctoraat werd verleend aan deETH te Z?rich.VormonderzoekBepalendvoor dewijzewaarop Isler zijnschaalvormen kiest, is de affiniteit diehij vanafzijnjeugd heeft met de natuur.Hij heeft hierdoor lerenzien, niet alleende veelsoortige (schaal)vormen waarinde natuur zich manifesteert, maar ookde fysische wetmatigheden daarin. Hijonderscheidt drie methoden van vorm-ontwikkeling:1. De pneumatische membraanvormWanneer een vlak membraan dat inge-klemd is in een vierkant frame onderdruk wordt gezet ontstaat een schaal-vorm. De peilhoogte van het gebogenoppervlak is bepalend voor de groottevan de druk. Zolang geen vouwen in hetmembraan optreden, heerst in de.schaaleen gelijkmatige trekspanningstoe-stand. Onder invloed van het eigen ge-wicht en de (sneeuw)belasting komt hetmembraan onder een drukspanning teverkeren. Doordezedrukkrachtenwor-den de frameranden belast.Daaromzijnde schalen van randliggers voorzien.Op deze vormstudie zijn de zgn. 'Bu-ckel'-schalen gebaseerd die hij sinds1954 veelvuldig heeft toegepast vooronder meer industriegebouwen.2. De hangvorrnEen doek ofjute-weefsel wordt aan dehoeken opgehangen. Doorhet eigenge~wicht ontstaateen gebogenvorm. Wan-neer de vorm wordt gestabiliseerd, bijv.door vorst in de winter ofeen behande-ling met paraffine, kan deze wordenomgekeerd en ontstaat er een druk-membraan. Voor een betonschaal geldtdeze als een optimale vorm met vrijerandenVooral aan de handvan dezevormstudieheeft Isler veel ge?xperimenteerd, om-dat de mogelijkheden tot het vari?renvan de randvoorwaarden zeer talrijkzijn.Cement 1988 nr. 13. De vloeivormUit een staande buis met vierkante ope-ning aan de bovenzijde wordt polyure-thaan gedrukt die na reactie verstijft.Doordewrijving langs de rand vloeit demassa daar trager, zodat een gekromdvlak ontstaat. In statisch opzicht ge-draagt deze vorm zich minder gunstigdan een hangvorm, zodat Isler daaropeen aantal correcties aanbrengt, met na-me in de buurt van de steunpunten. Deresulterende drukkrachten vragen omschuin aangebrachte steunpunten.In het algemeen zijn schaalconstructieszeer gevoelig voor kleine afwijkingen inde afmetingen. Isler houdt daaromnauwlettend toezicht op de maatvoe-ring tijdens de uitvoering.Omdat de drukspanningstoestand inhet membraan een belangrijk uitgangs-punt vormt, mogen eventuele vervor-mingen het statisch gedrag van de con-structie niet verstoren. Ter vergrotingvan het incasseringsvermogen wordende schalenvoorzienvan een dubbel wa-peningsnet, uitgevoerd als trajectori?n-wapening, d.w.z. in de richting van dehoofdspanningen.Bij schalen moet men bedacht zijn ophet gevaar van uitknikken, wat kan lei-den tot ernstige schade. De weerstandtegen uitknikken hangt zowel afvan demateriaalstijfheid als de kromming vanhet schaalvlak. Met een kromming intwee richtingen ontstaat een aanzienlijkgrotere.weerstand dan met een enkelekromming. Ook bij vrije randen is hetgevaar van knik niet denkbeeldig, wan-neerzich inde ontworpendimensies af-wijkingen voordoen.Isler heeft oogvoor al deze details die hijaan de hand van een model onderzoekt.Hij kan eventueel besluiten tot een ster-kere kromming, een aanpassing die hijsteeds vanuit het totale vormconceptzalbestuderen. Uit ervaring weet hij hoegecompliceerd het doorwerken vancorrectieve maatregelen kan zijn.Het zoeken naar vormen is een creatiefproces. Hij stelt de randvoorwaarden enwijzigt die totdat de ideale schaal is ge-vonden. Deze schaaltoetsthij doormid-del van_ een model op constructievekwaliteit. Indeze tweedefase is de maat-voering en het doormeten een hand~werk van uiterste precisie. Daarbij wor-den de co?rdinaten opgemeten en opgrotere schaal uitgetekend. Op dezewijze ontstaat een serie verschillendemaar samenhangende curven. Eventu-ele meetfouten worden via deze teke-ningen zichtbaaren kunnenwordenge-.corrigeerd. Aan de handvande tekenin-gen wordt het onderzoekmodelge-maakt.Cement 1988 nr. 1Islerzou nooittotpraktischbouwenzijngekomen wanneer hij niet had kunnenrekenen. Bij het vaststellen van de ont-werpspanningen bewijst de computergoede diensten. Aangezien de vervor-mingen bij dunne schalen grote invloeduitoefenen op het spahningsverloopmoeten hiervoor tweede-orde bereke-ningenwordengemaakt. Deberekenin-gen zijn echter vooral bedoeld om deopdrachtgevers van de juistheid van deconstructie te overtuigen.UitvoeringDe dikte van een betonschaal hangt afvan de belasting en de overspanning.Deze bedraagt ten minste 7 cm en be-reikt een waarde van 15 - 19 cm bij eenoverspanning van een grondvlak van 52x 58 m2? Met wat meer dikte aan deschaalrand kan de lokale knikveiligheidworden vergroot. Deze schaalrandenkomen soms beangstigend slank over,ook al weet men dat ze zijn voorgespan-nen. Geleidelijk aan is Isler meer opge-bogen randengaan toepassen die hetge-heel extra stijfheid geven en soms ooknoodzakelijk zijn.Bij de mengselsamenstelling van betonwordt in de regel uitgegaan van eenmaximale korrelgrootte tot 15 mm, eenmaximaal cementgehalte van 325kg/m3en een lage water-cementfactor.In enkele gevallen heeft Isler gebruikgemaakt van spuitbeton, maar meestalwordt betonspecie op de traditionelewijze in het werk gebracht en met op-pervlaktrillers verdicht.Zoals eerder opgemerkt bestaat de wa-pening uit een dubbel f~nmazig wape-ningsnet, waarmeeookhetafglijdenvande betonspecie op steile vlakken beterkan worden voorkomen.Betonstortengeschiedt uitsluitend bijdroog weer. De specie wordt in twee la-gen aangebracht, de eerste laag reikt totde bovenkant van het bovenste wape-ningsnet. De ervaring leert dat de diktevan de tweede laag zeer nauwkeurig uitde kromming van de schaaldak kanworden afgelezen. Maarookhierzal on~getwijfeld het oog van de meester eenrol spelen.Tijdens de nabehandeling wordt hetschaalvlak met f~n verneveld watervochtig gehouden. Temperatuursin-vloeden, bijv. als gevolg van de vrijko-mende hydratatiewarmte spelen bij de~ze dunne schalen geen roL Een en anderresulteert in een scheurvrije en duurza-me, nagenoeg geheel onder drukspan-ning verkerende constructie. Trekspan-ningeninde randenworden metbehulpvan voorspanning onderdrukt.Tenslotte nog inhetkortiets overdebe-kistingsconstructie. Tijdens het congresin Madrid in 1959,dat aan hetbeginvandit artikel is gememoreerd, suggereerdede Fransman Esquillan dat Islers vrijeschalen onbetaalbaar moesten zijn. DeZwitser liet toen weten dat de bekis-tingskosten ongeveer ca. 20% van de to-tale bouwkosten uitmaakten.Wat de opbouwvan de bekistingsstella-ge betreft, kan worden vermeld dat ge-bruik wordt gemaakt van flexibele sta-len steigers die gemakkelijk te demon-teren zijn. De spanten die vorm gevenaan het bekistingsvlak bestaan uit ge-lijmde gebogen houten delen. Daaropkomendebekistingsplatente rusten. Ophet bekistingsvlak worden dikwijls nogtamelijk buigzame houtwolcementpla-ten gelegd die als een verloren bekistingde isolerende binnenhuid van hetschaalvlak vormen.Een bekend schaaltype, de genoemde'Buckel'-schaal, leent zich bij uitstekvoor meermalig gebruik van dezelfdebekistingsconstructie, dikwijls toege-past bij de bouwvan fabriekshallen. Hetzijn schalen met een rechthoekige plat-tegrond. Tijdens een van de genoemdestudiemiddagen in Delft gaf de heerW.B?singer enige inzicht in de bouw-kosten van een dergelijke schaaL Hijging daarbij uit van een vierkante plat-tegrond met langszijde van 40 m. Dekosten becijferde hij op f 385/m2hal-oppervlak.BesluitDe meeste schaalconstructies heeft Islerin zijn eigen land gebouwd. De projec~ten hebben zeer uiteenlopende ge-bruiksbestemmingen: sport, represen-tatieve ruimten, fabriekshallen, wonin-gen, enz. Ook in Frankrijk en de DuitseBondsrepubliekzijn Isler-schalen te be-zichtigen. In Engeland is momenteeleen sportcomplex is uitvoering waarIsler-schalen worden toegepast. Islersbetrokkenheid lijkt een garantie vooreen kwalitatief hoogstaand bouwpro-dukt. Dat daarbij tevens sprake is vaneen economisch alternatief, zou ookNederlandse opdrachtgevers moeteninspireren om na te gaan ofeen schaal-constructie van beton binnen de rand-voorwaarden van een plan in een be-hoefte kan voorzien.M.G.P.Nel?ssen19