SwissRe-Tower, London: Messtechnik im Fassadenbau

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Ingenieurvermessung 2004
14th International Conference on Engineering Surveying
Zürich, 15. – 19. März 2004
SwissRe-Tower, London: Messtechnik im Fassadenbau
Michaela Obrist
Jermann Ingenieure + Geometer AG
Zusammenfassung: Der Innovationsgeist der Schweizer Firma Schmidlin AG aus Aesch
(BL) macht es möglich – als Hersteller von hochwertigen Fassadensystemen, können erstmals
auch geometrisch komplexe „3D-Architekturprojekte“ aus Glas, so z. B. der SwissRe-Tower
des Architekten „Forster and Partners“ in London, realisiert werden.
Die hochpräzise Positionierung der Fassadenelemente war ein wichtiger Bestandteil des Gesamtkonzeptes und stellte an die Vermessung sowie auch an die Fertigungsgenauigkeit hohe
Anforderungen. Die Erarbeitung des Messkonzeptes war vor allem in Bezug auf die vielen
unbekannten Faktoren in der Vermessung eines Turmes (Stahlbau) und wegen der geringen
Toleranzen des Fassadensystems eine grosse Herausforderung für alle Beteiligten. Die werkseitige Kontrolle der Elementfassade wurde mit industrieller Messtechnik von hoher Präzision
gelöst. Mit einer Höhe von ca. 190 m und 38 Stockwerken, seinem kreisrunden Grundriss und
den im Vertikalschnitt mehrfach wechselnden Kreisradien sticht „the gurkey“, wie der Turm
von den Londonern genannt wird, aus der Londoner Skyline heute nach ca. 2 -jähriger Bauzeit auffallend hervor und bildet einen gewagten Kontrast zu den übrigen Bauten der Londoner Innenstadt.
Dank der interdisziplinären Zusammenarbeit von Baustatikern, Systementwicklern, Montagespezialisten, Konstruktions- und Logistikprofis und nicht zuletzt uns Geomatikern konnte
dieses Projekt mit dem gewünschten Erfolg zum Abschluss gebracht werden. Ein Projekt, das
allen „Pionieren“ für lange Zeit in Erinnerung bleiben wird.
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Einleitung
Mitten in London setzte der Stararchitekt Norman Foster mit dem Bau des
SwissRe-Towers ein neues Wahrzeichen. Den Auftrag, die Fassade für den neuen Londoner Sitz des Schweizer Rückversicherers SwissRe zu konstruieren, zu
produzieren und zu montieren, hat die in der Umgebung von Basel angesiedelte,
weltweit tätige Fassadentechnologie-Firma Schmidlin AG erhalten. Die komplexe Fassade stellte für sie eine grosse Herausforderung dar – war doch weltweit noch nie eine derartige Fassade realisiert worden und dies zudem in einer
äusserst kurzen Bauzeit.
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Projektbeschrieb
2.1 „Statistik“ der Fassadenbestandteile
Der durch Schmidlin AG zu verkleidende Teil der Fassade umfasste 38 Stockwerke. Dazu kamen der Eingangsbereich im Erdgeschoss und der Übergang
zum Kuppelbereich. Jedes Stockwerk beinhaltete 144 Hauptfassadenelemente,
insgesamt ca. 5'500 Stück. Dazu kamen 3'500 weitere Elemente der inneren Fassade und die Aluminiumblechverkleidung der Stahlkonstruktion, die ausgebreitet 35'000 m2 umspannte. Das verwendete Dichtungsmaterial weist eine eindrückliche Länge von 55 Kilometern auf. Die Fertigelemente wurden in der
Schweiz am Produktionsstandort gefertigt und während der gesamten Bauzeit
mit durchschnittlich 10 Lastwagen pro Woche nach London transportiert.
2.2 Geometrie des Gebäudes
Das Gebäude mit der Endhöhe
von rund 190 m ist das zweithöchste der Londoner Innenstadt.
Es hat einen kreisrunden Grundriss mit einem Durchmesser von
rund 50 m. Durch seine mehrfach
wechselnden Radien im vertikalen
Profil (Korbbogenprofil) wechselt
der Durchmesser der einzelnen
Etagen in jedem Stockwerk. Pro
Stockwerk sind jeweils 6 grosse
Atrien sektorförmig und gleichmässig über den Umfang verteilt
angeordnet. Diese sind in jeder
Etage um einen festen Betrag verdreht und lassen im Innern einen
freien Blick über 6 Stockwerke zu.
Die Aussenfassade ist in den Atrien-Zonen mit dunklem Glas versehen, die sich dadurch spiralförmig um das Gebäude hochdreht.
SwissRe-Tower kurz vor der Fertigstellung 2003
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Vermessungsaufgaben
Die Vermessungsaufgaben an diesem Projekt können in folgende Hauptaufgaben unterteilt werden:
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Vermessungskonzept / Beratung / Controlling
Grundlagenvermessung vor Ort
Fassadenvermessung vor Ort für die Montage
Fassadenvermessung in der Produktion für die Qualitätssicherung, Testvermessungen und Vormontage
3.1 Vermessungskonzept / Beratung / Controlling
Die erste Hauptaufgabe umfasste die Koordination aller vermessungsbezogenen
Prozesse und Probleme. Die Messkonzepte mussten von Grund auf entwickelt
und in der Ausführungsphase überwacht werden. Grundlegende Definitionen für
Toleranzen, Datentransfer-Formate, Einheiten, die Wahl eines geeigneten Koordinatensystemes etc. mussten erarbeitet werden. Die für die Montage notwendigen Punkte mussten zuerst definiert, nach der Berechnung kontrolliert und für
die Vermessung bereitgestellt werden. Insgesamt wurden 50'000 Punkte definiert, berechnet und am Gebäude abgesteckt.
Weitere Bestandteile bildeten die Kontrolle und Überwachung von Vermessungs-Unterakkordanten, die Wahl und Überprüfung der Messausrüstung, die
Dokumentation der Arbeiten usw.
3.2 Grundlagenvermessung vor Ort
Die Grundlagenvermessung vor Ort wurde durch den Generalunternehmer bereitgestellt. Sie umfasste die Bestimmung von Lage -und Höhenreferenzpunkten
in den einzelnen Stockwerken unter Berücksichtigung von statischen und atmosphärisch bedingten Setzungswerten und Gebäudedeformationen.
3.3 Fassadenvermessung vor Ort für die Montage
Eine wichtige und grundlegende Aufgabe in jedem Stockwerk war die Kontrolle
der zur Verfügung gestellten Referenzpunkte und des Rohbaus auf die Einhaltung der Bautoleranzen. Dies bildete die Grundlage, um die Fertigelemente mit
der erforderlichen Genauigkeit von ca. +/- 2 mm überhaupt installieren zu können. Die umfassendste Aufgabe stellte die Absteckung der Montage-Hilfspunkte
dar. Unter schwierigsten Platz– und Arbeitsbedingungen musste ein Grossteil
der Montageelemente an der schwer zu erreichenden Aussenseite des Turmes
hochpräzis positioniert werden.
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Grundriss mit Gebäudekern, 6 Atrium-Bereichen und Lage-Referenzpunkten
3.4 Fassadenvermessung in der Produktion für die Qualitätssicherung, Testvermessung und Vormontage
Am Produktionsstandort in der Schweiz erfolgten Prototyp- und Testvermessungen. Messkonzepte wurden auf ihre Baustellen- und Montagetauglichkeit hin
untersucht und verfeinert. Nachdem die Elemente im Test-Center auf ihre statischen und bauphysikalischen Anforderungen geprüft wurden erfolgte zusätzlich
ein geometrischer Test, um die Installierbarkeit zu prüfen. Die Baustellensituation musste dazu simuliert und vermessen werden. Im weiteren mussten die Atriumzonen überbrückenden Stahlträger kontrolliert und die Montage-Elemente
vorpositioniert werden.
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Problemstellungen
Die wichtigsten vermessungstechnischen Problemstellungen, die im Rahmen
dieses Projektes gelöst werden mussten, sind in der folgenden Auflistung zusammengefasst.
ƒ Sehr geringe Systemtoleranzen (3D-Fassade) erforderten hohe Vermessungsgenauigkeit vor Ort.
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ƒ Systembedingte Abhängigkeiten zwischen den Fassadenelementverbindungen und die kreisrunde, geneigte Geometrie verunmöglichten eine einfache Nachjustierung im Rahmen der Montage und erforderten eine hohe
absolute Positionsgenauigkeit der Montageelemente.
ƒ Trotz der grossen Anzahl abzusteckender Koordinatenpunkte (ca. 50'000)
musste die Fehlerquote, sowohl der Berechnung als auch der Vermessung,
minimal gehalten werden.
ƒ Statisch bedingte, unterschiedliche Senkungen zwischen dem GebäudeKern und der Aussenfassade, sowie die unterschiedlichen Lastverhältnisse
durch Baukrane und Materiallager führten zu schwer fassbaren Höhenänderungen.
ƒ Die Auswirkungen von wechselnden, meist unbekannten athmosphärischen Einflüssen wie Wind, Temperatur, Sonneneinstrahlung mussten ins
Vermessungskonzept einbezogen werden und wirkten sich negativ auf die
erreichbaren Genauigkeiten aus.
ƒ Der kurze zeitliche Vorlauf der Vermessung am Bau liess nur kurze Reaktionszeiten zu. Die Vermessung musste sich vollständig in die Terminplanung und Logistik zwischen Fabrikation und Installation eingliedern.
ƒ Die Organisation des Datenflusses und der Datenbewirtschaftung erwies
sich als eine grosse Herausforderung.
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Instrumentarium
An die Messausrüstungen der Vermessung in der Produktion und Montage wurden unterschiedliche Anforderungen gestellt.
Für die Vermessungsarbeiten „on site“ kamen neben automatischen Lotinstrumenten sowie normalen Ingenieur-Baunivellieren vorwiegend GeodimeterTotalstationen mit +/- 1 mm-Distanzmessgenauigkeit zum Einsatz. Am Produktionsstandort in Aesch wurde aufgrund der erhöhten Anforderungen und der industriellen Anwendung das Leica-Industriemesssystem AXYZ mit dem Tachymeter TDA5005 verwendet.
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Schluss
Dank der interdisziplinären Zusammenarbeit von Baustatikern, Systementwicklern, Montagespezialisten, Konstruktions- und Logistikprofis und Geomatikern
konnte dieses Projekt mit dem gewünschten Erfolg zum Abschluss gebracht
werden. Ein Projekt, das in jeder Hinsicht ein voller Erfolg war - seien es die
technischen Aspekte, die persönlichen Erfahrungen oder die internationale Zu-
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sammenarbeit. Die Arbeit an diesem faszinierenden Gebäude wird wohl allen
„Pionieren“ der 3D-Fassade noch für lange Zeit in Erinnerung bleiben.
„Schöne Aussichten“:
Blick von der Turmspitze des SwissRe-Towers zur TowerBridge, zur Themse und zur neuen
London City Hall, einem weiteren anspruchsvollen Glasfassadenbau der Firma Schmidlin
AG.
Anschrift:
Jermann Ingenieure + Geometer AG
Michaela Obrist
Reichensteinerstrasse 3
CH-4144 Arlesheim
michaela.obrist@jermann-ag.ch
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