Konstruktionsarten im Hochhausbau
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VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieffizientes Hochhaus” Konstruktionsarten Torsten Wilde-Schröter VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Definition Wikipedia – „emotional“ Als Wolkenkratzer bezeichnet man besonders hohe Hochhäuser, üblicherweise ab 100 Metern Höhe. Sie werden oft als Symbole für wirtschaftliche Macht und das Streben nach Wachstum angesehen, für ihre Erbauer und Besitzer können sie repräsentative Zwecke erfüllen. Der englische Name skyscraper stammt ursprünglich aus der Marine und bezeichnete den höchsten Mast auf Segelschiffen. in erster Linie zeichnet sich ein Gebäude dadurch aus, dass es von Menschen zum Wohnen und Arbeiten genutzt wird. Wolkenkratzer sind in der Regel bauliche Solitäre mit turmartigen Charakter und hoher städtebaulicher Eigenständigkeit. Diese Merkmale und die große Höhe machen sie zu einer Sonderform des Hochhauses – eine Bezeichnung, die allgemein für alle Gebäude mit einer Höhe von mehr als 40 Metern oder mehr als 12 Stockwerken gilt. Hochhausrichtlinie – „technisch“ Hochhäuser sind Gebäude, bei denen der Fußboden mindestens eines Aufenthaltsraumes mehr als 22 Meter über der festgelegten Geländeoberfläche liegt. Die Begründung dieser Definition fußt auf der grundsätzlichen Forderung nach zwei voneinander unabhängigen Rettungswege für jeden Aufenthaltsraum und dem Grundsatz, dass der zweite Rettungsweg über die Rettungsgeräte der Feuerwehr führen darf. Das größte in Deutschland genormte Rettungsgerät ist eine Drehleiter mit einer Nennrettungshöhe von 23 Meter (zur Höhenlage des Fußbodens muss noch die Brüstungshöhe addiert werden um auf die erforderliche Rettungshöhe zu kommen). Die Rettungsgeräte der Feuerwehren scheiden deshalb für den zweiten Rettungswege aus, weshalb besondere Maßnahmen nötig werden (zweiter baulicher Rettungsweg, Sicherheitstreppenraum u. ä.). VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Höhenentwicklung VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Höhenentwicklung VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Höhenentwicklung Gewicht: • G = g * 1m * 1m * h Spannungen: • s=N/A max. h für Beton (C40/50) • h = 906 m (mit fcd = 22,67 N/mm2) max. h für Stahl (S355) • h = 4.165 m (mit fyd = 327 N/mm²) VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Wieso bleiben Hochhäuser stehen? Versagensmechanismen…. Biegemoment Kippen Verformungen VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Wieso bleiben Hochhäuser stehen? VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Aspekte des Tragwerksentwurfs Wirtschaftlichkeit Energieeffizienz Architektur Funktionalität Vertikales Tragwerk Laterales Tragwerk Gründung Haustechnik Fassade VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Wirtschaftlichkeit: Verhältnis Brutto/Netto VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Wirtschaftlichkeit: Verhältnis Brutto/Netto VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Entwurfskriterien: Grundkonzepte • Wie hoch soll/muss/kann das Gebäude werden? • Was sind die typischen lokalen Konstruktionsweisen? • Was sind die typischen lokalen Materialien? • Welche Materialien sind geeignet? • Welches Tragwerkskonzept? Horizontales Tragwerk => Deckensystem Laterales Tragwerk => Stabilitätssystem Gründung VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Laterales Tragsystem: Aussteifung Anforderungen: Standsicherheit für Vertikallasten für Horizontallasten Gebrauchstauglichkeit Steifigkeit Komfort/Wohlbefinden VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Laterales Tragsystem: Anordnung Verformung: 100% VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Laterales Tragsystem: Anordnung Verformung: ~150% VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Laterales Tragsystem: Anordnung Verformung: 240% VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Laterales Tragsystem: Gebrauchstauglichkeit • Verformungen • Geschwindigkeit der Verformungsänderung • Schwingungsanfälligkeit Desirable Range VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Laterales Tragsystem: Gebrauchstauglichkeit 30 milli-g @ T=4 s/ f=0.25 hz) 30 milli-g @ T=1 sec/ f=1.00 hz VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Stabilitätssysteme: Übersicht VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Stabilitätssysteme: Übersicht VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Aussteifungssystem: Dimensionierung Überschlagsregel: Die Breite und die Länge der aussteifenden Bauteile sollte in der Summe zwischen 1/10 und 1/8 der Höhe des auszusteifenden Bauwerks liegen. VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Horizontales Tragwerk: Geschossdecken Flachdecken • Spannweiten bis 8,10m bei d~ 35cm, • Reduktionen möglich bei Einsatz von Vorspannung (~20%) • Geringe absolute Konstruktionshöhe • Einfache, flexible Installationsführung • Hohes Eigengewicht (Alternative -> Leichtbeton) VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Horizontales Tragwerk: Geschossdecken Unterzugsdecken • Einachsig gespannt (bis ca. 9m), Taktverfahren • Teilfertigteile möglich (Filigrandecken) • Erschwerte Leitungsführung unter der Decke (Aussparungen in Balken erforderlich) • Relativ hohes Eigengewicht VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Horizontales Tragwerk: Geschossdecken Rippendecken • Spannweite 7-10m • Schlechter Schallschutz • Hohe Konstruktionshöhe • Unregelmäßigen Grundrissen ungünstig • Relativ geringes Eigengewicht VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Horizontales Tragwerk: Geschossdecken Verbunddecken • Spannweiten bis ca. 15m (Trägerhöhe!) • Bleche können leicht von Hand verlegt werden • Geringe Konstruktionshöhe • Installationsführung aufwendig wg. Rippen • Geringes Eigengewicht VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Horizontales Tragwerk: Geschossdecken Slim-Floor • Deckengleiche Stahlträger • Spannbetonhohldielen als Deckenelemente • Geringe Konstruktionshöhe • Relativ geringes Gewicht • Einfache, flexible Installationsführung VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Horizontales Tragwerk: Geschossdecken Slimline • Geringe Konstruktionshöhe • Relativ geringes Gewicht • Installationsführung im Doppelboden • Unterzüge oder Wände erforderlich • Schallschutz (Beton ~70mm) © slimline b.v. © slimline b.v. © slimline b.v. VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Gründung VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Gründung Abhängig von den lokalen geologischen Bedingungen • • • Windlasten / Horizontale Lasten Zugkräfte sind zu vermeiden Gründungsvarianten: Quelle: „Bundesanstalt für Geowissenschaften“ • Flachgründung Tiefgründungen Kombinationen VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Gründung – Vermeidung von Zugkräften VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Gründung: Flachgründung VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Gründung: Tiefgründung “Schwimmende Lagerung” “unverschieblich” VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Modular: Beispiel Atlantik Yards Tower 2 O-W Verband Modulanordnung N-S Verband Transferstruktur VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Modular: Beispiel Atlantik Yards Tower 2 VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Modular: Beispiel Atlantik Yards Tower 2 VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten 1. Einleitung 2. Entwurfsgrundlagen 3. Laterales Tragwerk – Anforderungen 4. Laterales Tragwerk – Varianten 5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken 6. Gründung 7. Modulares Bauen 8. Projektbeispiele VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlbeton LQC, Düsseldorf • Höhe: ~62 m • 19 oberirdische Geschosse • 2 unterirdische Geschosse • Stabilitätssystem: Stahlbetonkern + Wandscheiben • Fertigstellung 2001 • Architekt: Hadi Teherani VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlbeton VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlbeton Colorium, Düsseldorf • Höhe: ~62 m • 17 oberirdische Geschosse • 2 unterirdische Geschosse • Stabilitätssystem: Stahlbetonkern • Fertigstellung 2001 • Architekt: Alsop Architects, London VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlbeton/Verbund HSBC – Canary Wharf • • • • • Höhe: 213m 45 Geschosse Aussteifungssystem: Stahlbetonkern Fertigstellung 2002 Architekt: Foster & Partners VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlbeton/Verbund • Kern annähernd zentrisch • Errichtung mit Kletterschalung • Größe nimmt ab mit Höhe VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlbeton Pandion Vista, Köln • Höhe: 62 m • 19 Geschosse • Aussteifungssystem: Stb.-Kern • Architekt: BRT, Hamburg VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahlverbund Stadttor – Düsseldorf • Höhe: 80 m • 20 Geschosse • Stabilitätssystem: Rahmen + Kern • Fertigstellung 1997 • Gründung auf Rheinufertunnel • Architekt: OPP, Düsseldorf VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Projektbeispiel: Stahl bzw. Stahlverbund CCTV, Peking • Höhe: 260m • 43 Geschosse • Stabilitätssystem: Megarahmen • Architekt: OMA, Rotterdam VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Material: Stahl bzw. Stahlverbund VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Material: Stahl bzw. Stahlverbund VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Material: Stahl bzw. Stahlverbund „The Gurkin“ SwissRe - London • Höhe: 180m • 40 Geschosse • Aussteifungssystem: Ausgekreuzte Röhre • Fertigstellung: 2003 • Architekt: Foster & Partners, London VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Material: Stahl bzw. Stahlverbund VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Material: Stahlbeton bzw. Verbund Torre de Cristal, Madrid • Höhe: 249m • 52 Geschosse • Aussteifungssystem: Stahlbetonkern • Fertigstellung: 2008 • Architekt: Cesar Pelli VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten > Material: Stahlbeton bzw. Verbund Torre Caja Madrid • Höhe: 249,5 m • 45 Geschosse • Aussteifungssystem: Stahlbetonkern • Fertigstellung: 2008 • Architekt: Norman Foster VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit…
