Der Supertanker von Zürich - Forum

Forum Holz|Bau|Energie Köln 08
Der Supertanker von Zürich|P.Schuler
Der Supertanker von Zürich
Pius Schuler
Dipl. Bauingenieur ETH/SIA/usic,
Gefschäftsführer und Mitinhaber
AG für Holzbauplanung
Rothenthurm, Schweiz
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Der Supertanker von Zürich
Aufstockung Supertanker, Zürich
1.
Einleitung
Abbildung 1: Supertanker bevor Aufstockung
Beim Supertanker von Zürich handelt es sich um einen Industriebau, aus den 20-iger
Jahren des vergangen Jahrhunderts. Die industrielle Nutzung ist aufgrund der attraktiven
Lage nahe des Stadtzentrums einer Nutzung durch Gewerbe- und Dienstleistungsbetriebe
gewichen.
Im vergangenen Jahr wurde der markante 4-geschossige, 100 Meter lange Backsteinbau
um eine 2-geschossige Büroaufstockung erweitert worden. Erstmals ist ein derartiges
Bauvorhaben der SwissLife (Schweizerische Lebensversicherungs- und Rentenanstalt) in
einer Holzkonstruktion ausgeführt worden. Das beauftragte Architekturbüro, die Stücheli
Architekten AG, hatte dabei sehr anforderungsreiche Vorgaben der Bauherrschaft zu erfüllen. Die Baukosten pro m2-Nutzfläche mussten auf einem unterdurchschnittlich tiefen
Niveau gehalten werden. Gefordert war ein flexibles Nutzungs- und ErschliessungsSystem mit Räumen die schon im Rohbauzustand nutzbar sind und nicht zwingend einen
umfangreichen Mieterausbau bedingen. Dazu kamen sehr einengende Bauvorschriften
(Baulinien, usw.). Verlangt war ausserdem eine kurze Bauzeit mit möglichst geringer
Störung der Mieterschaft im Altbau.
Abbildung 2: Supertanker mit Aufstockung
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Diese Vorgaben wurden erweitert durch die eigenen Ansprüche der Projektverfasser. Sie
setzten sich selber hohe Massstäbe bezüglich architektonischer Qualität und versuchten
nebst einem attraktiven äusseren Erscheinungsbild atmosphärische Räume zu schaffen.
Sie forderten eine Niedrigenergie-Gebäudehülle (U-Wert Wand und Dach 0.12 W/m2K)
und ökologisch und baubiologisch unbedenkliche Baumaterialien.
Die gesteckten Ziele sind, wie der ausserordentlich Erfolg bei der Mietersuche belegt
noch übertroffen worden. Trotz des Überangebots an Büroflächen in Zürich, war der Neubauteil vor Fertigstellung vollständig vermietet. Die Betreiberin des Gebäudes ist überzeugt, dass der Holzbau dazu einen bedeutenden Beitrag geleistet hat.
2.
Warum Holzplattenbau?
Bei der Konstruktionswahl waren folgende Vorgaben zu berücksichtigen:
seitens des bestehenden Gebäudes:
• ein Stützenraster von 6.3 m x 7.2 m, sämtliche Lasten mussten direkt über
die Stützen abgeleitet werden.
• eine bestehende Fundation, die nur geringfügige Mehrbelastungen zuliess
seitens der Aufstockung
•
die Forderung nach grösstmöglicher Flexibilität bezüglich der Raumeinteilung
•
den um ca. 4.0 m über die bestehende Fassade auskragenden Gebäudeteil
(siehe auch Abbildung 7; Gebäudeschnitt)
•
die mit grossen Fensteröffnungen bestückte Schrägfassade beim auskragenden Gebäudeteil
•
ein grosser Platzbedarf für Lüftungsinstallationen
•
folgende Schalldämmanforderungen zwischen Nutzungseinheiten
- Trittschall 53 dB
- Luftschall 52 dB
•
folgende Brandwiderstandanforderungen an die Tragkonstruktionen
- im 5. Obergeschoss
REI60/EI30nbb
(Brandwiderstand Tragkonstruktion ≥ 60 Minuten,
Oberflächen verkleidet mit nicht brennbaren
Materialien mit einem Feuerwiderstand ≥ 30 Min.)
- im 6. Obergeschoss
keine Brandwiderstandsanforderungen, ausgenommen Brandabschnittskonstruktionen (siehe
auch Seite 8)
•
ein Wärmedurchgang bei Aussenwänden und Dach ≤ 0.12 W/m2K
•
die Forderung nach kurzer Bauzeit und geringstmöglicher Störung der Mieter
im bestehenden Gebäude.
Stahlbetonkonstruktionen sind bei der Evaluation wegen der damit verbundenen beträchtlichen Lasten im vorneherein ausgeschieden. Stahlbaukonstruktionen wiesen grosse Nachteile bezüglich Wärmebrücken auf und erforderten vielerorts sehr aufwändige
Detaillösungen.
Der Holzplattenbau erwies sich im vorliegenden Fall sämtlichen anderen Bauweisen sowohl in technischer wie auch wirtschaftlicher Hinsicht als eindeutig überlegen.
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3.
Wesentliche Merkmale der gewählten Konstruktion
3.1. Gebäudeübersicht
Abbildung 3: Nord-West-Ansicht
Abbildung 4: Süd-Ost-Ansicht
(Stützachsenrastermass 6.3 m)
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3.2. Das statische Konzept
Randbedingungen
Die Aufstockung ist in statischer Hinsicht gekennzeichnet durch:
-
quer zum Gebäude verlaufende Stützachsen im Abstand von 6.3 m
-
teilweise fehlende Wände auf den Stützachsen des 4. Obergeschosses
-
sehr grosse Wandöffnungen auf den Stützachsen des 5. Obergeschosses
-
fehlende Wandscheiben in Gebäudelängsrichtung im 5. Obergeschoss mit Ausnahme
der gelochten Schrägfassade
-
eine Gebäudebegrenzung die nur teilweise auf die Auflagerachsen ausgerichtet ist. Die
Nordfassade kragt 4.0 m über die Fassade des Altbaus. Die Südfassade ist im 5.
Obergeschoss um ca. 1.5 m zurückversetzt.
-
die Forderung nach geringen Lasten
Die Konstruktion musste ausserdem die zuvor beschriebenen Forderungen bezüglich
Brand, Schall, Energie, Erscheinungsbild, Bauabwicklung und Kosten erfüllen.
Systemwahl
Die besten Voraussetzungen zur Erfüllung der gestellten Aufgabe versprach, wie die
durchgeführten Vergleiche rasch zeigten, der Holzplattenbau. Holzplattenkonstruktionen
lassen sich auf die vorliegenden statischen und bauphysikalischen Erfordernissen sehr
einfach anpassen. Sie können gleichzeitig als Platte und als Scheibe wirken. Die „rohen“
Konstruktionen eignen sich hervorragend zur Gestaltung attraktiver, moderner Räume.
Es stehen hiezu Oberflächen in Industriequalität bis zu astfreien, fein lamellierten sehr
edlen Ausführungen zur Verfügung.
Abbildung 5: Repräsentativer Querschnitt durch Aufstockung mit vorgehängter Terrasse (links)
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Die Übergangsdecke
Um die gewünschte Flexibilität hinsichtlich der Gestaltung des Neubauteils zu erreichen
wurde über der ursprünglichen Dachkonstruktion eine 2. Decke angeordnet. Mit dieser
Massnahme konnte gleichzeitig eine sehr gute Schalldämmung zwischen Aufstockung
und Altbau erreicht werden. Sie ermöglichte die geometrischen Ungenauigkeiten des bestehenden Baus auf einfache Weise auszugleichen. Überdies bot der Hohlraum zwischen
den beiden Tragebenen Platz für die umfangreichen Leitungsinstallationen.
Abbildung 6: Schnitt durch Abfangdecke
Die Stützachsen
Der Achsraster des bestehenden Gebäudes wurde im Neubauteil übernommen. Dank der
auf den Stützachsen vorhandenen Wandscheiben und der beschriebenen Übergangsdecke
waren für den Lastabtrag Abweichungen vom Stützraster möglich (siehe Abb 7.). Insbesondere musste so bei der Festlegung des Verlaufs der beiden Längsfassaden keine
Rücksicht auf die Lage der Stützpunkte genommen werden.
Abbildung 7: Gebäudeschnitt
Zwischendecke
Die Decke zwischen dem 4. und 5. Obergeschoss ist aus konstruktiven und ausführungstechnischen Gründen als Einfeldträger ausgebildet. Die Deckenfelder sind jedoch miteinander so verbunden dass sie in der Horizontalebene eine Scheibe bilden. Die Scheibe
wird zur Übertragung der Horizontallasten bei fehlenden Wänden auf den Stützachsen
herangezogen
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Das Dach
Das Dach besteht wie die Zwischendecke aus Einfeldträgern, die bei den Auflagern miteinander zu einer Scheibe verbunden werden. Um die Schallnebenwegübertragung soweit
wie möglich zu reduzieren ist diese Verbindung an der Aussenseite der Konstruktion angebracht.
(siehe Abbildung 11)
Die Ableitung der Horizontallasten
Die Gebäudestabilität wird durch die vorhandenen grossen Decken- und Wandscheiben
problemlos gewährleistet. Überraschen mag die Lastableitung über die schräge Lochfassade. Die für die Fassadenelemente generell verwendete 35 mm starke Dreischichtplatte
ist trotz der vielen Fensterausschnitte ohne weiteres in der Lage die in der Plattenebene
auftretenden Kräfte zu bewältigen.
Zur Übertragung der Horizontallasten Zwischen Alt- und Neubau sind entsprechende Lager angeordnet.
Die Einleitung der Lasten aus der Gebäudeauskragung
Der um ca. 4 Meter auskragende Gebäudeteil wird über die als Scheibe ausgebildete
Schrägfassade und über die daran anschliessenden Innenwandscheiben zurückgebunden
(siehe Abbildung 7).
3.3. Das Brandschutzkonzept
Die schweizerischen Brandschutzvorschriften erlauben Büro- und Wohnbauten in Holz bis
zu 6 Geschossen und maximal 600 m2 überbaute Fläche pro Treppenanlage. Da im vorliegenden Fall einige Besonderheiten zu regeln waren (6. Geschoss wird über die Korridore des 5. Geschosses und nicht direkt über ein Treppenhaus erschlossen; im Bereich des
Treppenhauses West ist das Gebäude 7-geschossig) musste mittels eines objektspezifischen Brandschutzkonzeptes nachgewiesen werden, dass die in der Brandschutznorm
vorgegebenen Schutzziele gleichwertig erreicht werden. Darüber hinaus wurde die Beaufsichtigung der Planung und der Bauausführung durch einen unabhängigen Brandschutzfachingenieur vorgeschrieben.
Die zentralen Schutzziele betreffen den Personenschutz. Baulich ist er durch vorschriftsgemässe Tragkonstruktionen, Brandabschnitte, Fluchtwege und Treppenhäuser zu gewährleisten. Im nachfolgenden Planausschnitt des 4. Obergeschosses sind die als Fluchtwege ausgebildeten Korridore und Treppenaufgänge zum 5. Obergeschoss zu erkennen
(schraffierte Flächen). Die Decken und die tragenden Wände weisen inkl. der verlangten
nicht brennbaren Verkleidung (EI30nbb) einen Brandwiderstand von 60 Minuten auf.
SCHNITT B
1
2
4
3
6
5
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8
SCHNITT A
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a
a
A K . B E S T. G E B Ä U D E
b
b
BÜRO
BÜ RO
BÜRO
BÜRO
BÜRO
BÜRO
BÜRO
OK FB. 446.94 m .ü.M.
OK FB. 446.94 m.ü.M.
OK FB. 446. 94 m.ü. M.
OK FB. 446.94 m .ü.M.
OK FB. 446.94 m.ü.M.
OK FB. 446.94 m .ü. M.
OK FB. 446. 94 m.ü.M.
LIFTM ASCHINENRAU M
SCHNITT TB 1407
i.L.
T üre: E I 30
T ür e: E I 3 0
T üre: E I 3 0
T üre: E I 3 0
Tü re : E I 30
Türe: E I 3 0
Tü re : E I 30
T ü re : E I 30
KOORIDOR
Tü re : E I 30
T ür e: E I 3 0
T ü re : E I 30
Tür e: E I 3 0
c
T üre: E I 3 0
LAGER
TECHNIK
SCHNITT TB 1407
TECHNIK
LIFT
T ür e: E I 30
LAGER
Türe: E I 3 0
T üre: E I 3 0
Türe: E I 3 0
Türe: E I 3 0
T ü re : E I 30
OK FB. 446.94 m. ü.M.
TREPPENHAU S
OK FB . 446.94 m .ü. M.
SCHNITT TB 1407
WC
BÜRO
BÜR O
BÜRO
BÜRO
BÜRO
BÜRO
BÜR O
OK FB. 446.94 m. ü.M.
OK FB. 446.94 m.ü.M.
OK FB. 446. 94 m.ü. M.
OK FB. 446. 94 m.ü. M.
OK FB. 446.94 m. ü.M.
OK FB. 446.94 m. ü.M.
OK FB. 446.94 m.ü. M.
OK FB . 446. 94 m.ü. M.
NA
O K ~ P O D ES T
+~ 444 .44
d
T ür e: E I 3 0
Tü re : E I 30
BÜRO
d
O K B E TO N
T ür e: E I 3 0
Tü re : E 30
T ü re : E I 30
Tü re : E I 30
T ü re : E I 30
Tü re : E 30
T üre: E I 30
c
Tü re : EI 30
SCHNITT TB 1407
LAGE R
NA
3
e
e
O K T e rrr raa ssssee ++ 55.0. 000
TREPPENHAUS
11 5
OK FB +446. 94
O K FB + 5.00
O K ~P O D E S T
O K ~ F B . ~ 4 4 5 .9
U K RD + 2 .2 4
1 .21
O K F B . 4 4 6 .9 4 m . ü .M .
17 x 26.5
4
FB + 4.00
R B + 3.97
FLP
2
B R : + 5 .7 5
S T : + 6.68
2
O K FB + 4.00
10 x 27 = 2 70
OK F B . 4 45. 94
1 0 x 2 7 = 27 0
L IF T Ü B E R F A H R T
2.70
O K S c h we ll e + 0 .2 5
U K S tu r z + 2 . 3 4
3 x 25 =
2.2 2
O K F~ PBO D. E+S T2
+ 4 4 R3 . 9B4
1.27
LIFT
1
.0 0
O K ~ PO D E ST
.
O K ~ F B .~F B 4+4 3 2 .9.0 0
4
14
8
RB + 1 .9 7
f
f
1
2
3
4
5
6
7
8
9
SCHNITT A
10
11
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Abbildung 8: Ausschnitt 4. Obergeschoss mit eingezeichneten Brandabschnitten und Fluchtbereichen
(schraffierte Flächen)
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Im obersten Geschoss (5. OG) sind nur die Treppenzugänge mit brandresistenten Konstruktionen, entsprechend den Fluchtwegen, ausgebildet. Eine Ausnahme bilden die
Räume unter dem 7-geschossigen Gebäudeteil. Die Decken und die tragenden Wände
haben hier die gleichen Brandwiderstandsbedingungen zu erfüllen wie im 4. Obergeschoss.
Der indirekten Erschliessung des 5. Obergeschosses wurde seitens der Brandschutzbehörden zugestimmt weil eine weitere Fluchtmöglichkeit über die durchgehenden Laubengänge direkt in die Treppenhäuser vorhanden ist.
E n tl. 3 .O G
B ÜR O
BÜ RO
BÜR O
OK FB + 450. 34
OK FB + 450.34
OK FB + 450.34
OK FB + 450. 34
E n tl . 3 . O G
B ÜR O
BÜ RO
OK FB + 450. 34
OK FB + 450. 34
vorbereitete
Anschl üsse
für Person alToi lettenan lage
Türe: EI 30
Türe: EI 30
E n t l. 3 . O G
Türe: EI 30
Türe: EI 30
E n tl. 3 .OG
Türe: EI 30
Türe: EI 30
vorbereitete
Anschlüsse
für PersonalToilettenanlage
BÜ RO
OK FB + 450.34
vorbereitete
Anschlüsse
für PersonalToi lettenan lag e
vorbereitete
An sch lü sse
für Perso nalToil ettenanlage
Türe: EI 30
B ÜR O
Türe: EI 30
E n tl . 3 . O G
BÜ RO
OK FB + 450.34
Türe: EI 30
E ntl . 3 .O G
BÜ RO
OK FB + 450.34
3
7 x 26
2
var.
Türe: EI 30
14 22
LIFT
1
OK PODEST + 448. 81
Abbildung 9: Ausschnitt 5. Obergeschoss mit eingezeichneten Fluchtmöglichkeiten über Treppenzugänge und
Laubengänge (schraffierte Flächen)
3.4. Die Ausbildung der Haupttragelemente
Die Hauptprodukte
Zum Einsatz kamen hauptsächlich Blockholzplatten der Pius Schuler AG, Rothenthurm.
Die über das Blockverfahren hergestellten Stab-Sperrholzplatten weisen überdurchschnittliche Werte hinsichtlich Festigkeit und E-Modul auf. Der Querschnittsaufbau der
Platten ist beliebig wählbar und kann damit optimal auf die statischen und konstruktiven
Bedürfnisse angepasst werden. Die Platten werden bis zu Formaten von 9 x 3 m auf Bestellung hergestellt.
Die Zwischendecke
Die über 6.4 Meter gespannte Decke zwischen dem 4. und 5. Obergeschoss besteht aus
einem 320 mm hohen Hohlkasten mit zwei 40 mm starken 3-schichtigen Blockholzplatten-Platten und Brettschichtholz-Stegen. Die Konstruktion weißt einen Brandwiderstand
von zusammen mit der untern angebrachte Verkleidung einen Brandwiderstand von 60
Minuten auf. Aus schalldämmtechnischen Gründen sind die Verkleidungsplatten mittels
Federschienen befestigt und die Hohlräume gedämmt.
Die Deckenlasten werden über die auf den Stützachsen angeordneten Wandscheiben abgetragen. Dort wo die Wände im 4. Obergeschoss fehlen wird die Zwischendecke an die
Tragscheiben des 5. Obergeschosses gehängt (siehe Abbildung 11)
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Abbildung 10: Schnitt durch Zwischendecke
mit Decken-Aufhängekonstruktion
Das Dach
Die Dachkonstruktion besteht, wie die Decken aus einem Hohlkasten. Sie ist aussen mittels einer hinterlüfteten Blechverkleidung geschützt. Die Dachelemente sind über die äussere Platte kraftschlüssig verbunden. Raumseitig sind sie, um die Schallnebenwegübertragung zu unterbinden, bei den Auflagern getrennt.
Abbildung 11: Detailschnitt Dach-Innenwand
Die Schrägfassade
Die Tragkonstruktion der um 48 Grad geneigten Schrägfassade besteht aus 35 mm starken mit Rippen ausgesteiften Dreischichtplatten. In statischer Hinsicht werden die Fassadenelemente sowohl als Lochscheiben, wie auch als Biegeträger beansprucht.
Die Schrägfassade ist aussen wie das Dach mit Blech verkleidet. Sie tritt somit als Dachteil in Erscheinung.
Die Innenwände
Im 4. Obergeschoss wurde die Konstruktionswahl im wesentlichen durch die Brand- und
Schallschutzanforderungen bestimmt. Die gewählten 80 mm starken, 5-schichtigen
Blockholzplatten weisen bei einseitiger Feuerbelastung (Brandabschnittswände) einen
Widerstand von 30 Minuten auf. Um die 60 Minuten Brandwiderstand zu erreichen und
gleichzeitig die Schallschutzanforderungen zu erfüllen sind die Gipsfaserverkleidungen
einseitig auf einem vorgesetztes, freistehendes Stahlprofil befestigt worden.
Für die unverkleideten Bürotrennwände im 5. Obergeschoss ist aus schallschutztechnischen Gründen eine Doppelschalenkonstruktion bestehend aus 60 mm starken Dreischichtplatten gewählt worden. Bei erhöhten Schalldämmanforderungen ist zusätzlich
eine einseitige Gipsverkleidung auf Federschienen angebracht worden.
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Abbildung 12:
Innenwand 4. OG
Abbildung 13: Innenwand 5. OG
Abbildung 14: Innenwand 5. OG,
(bei erh. Schalldämmanforderungen)
3.5. Die Bauausführung
Der Holzbau ist in kurzen Abschnitten jeweils bis zu den Dachelementen ausgeführt und
mit einer Dichtungsbahn vor Witterungseinflüssen geschützt worden. Die maximale Grösse der vorgefertigten Elemente betrug ca. 12 x 3 m. Die Montage erfolgte, um die Massabweichungen zum bestehenden Gebäude möglichst klein zu halten, von der Gebäudemitte aus
Abbildung 15: Montage des ersten Gebäudeabschnitts
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Abbildung 16: Versetzen eines Dachelements mit vormontiertem Witterungsschutz
Abbildung 17: Element der gelochten Schrägfassade beim Transport zur Einsatzstelle
3.6. Das Endergebnis
Die in Holzplattenbauweise ausgeführte Aufstockung des Büro- und Gewerbebaus an der
Binzstrasse 23, in Zürich, hat die Erwartungen der Bauherrschaft weit übertroffen. Es
sind nicht nur ihre Vorgaben bezüglich Kosten und Termine eingehalten sondern es ist
dank des hervorragenden Projekts ein Gebäude mit hoher Mietergunst entstanden. Massgeblich dazu beigetragen hat die attraktive Gestaltung der Büroräume mit Holzsichtflächen aus Stab-Sperrholz-Platten.
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Abbildung 18: Innenansicht im Rohbauzustand
Abbildung 19: Südfassade mit vorgelagerter, an Holzkonstruktion aufgehängter Terrasse.
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Abbildung 20: der Supertanker aus Sicht der Betreiberin