VDI-Wettbewerb Integrale Planung Energieffizientes ... · Slim-Floor • Deckengleiche Stahlträger • Spannbetonhohldielen als Deckenelemente • Geringe Konstruktionshöhe •

VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieeffizientes Hochhaus” - Konstruktionsarten

VDI-Wettbewerb Integrale Planung “Energieffizientes Hochhaus”

Konstruktionsarten

Torsten Wilde-Schröter


1. Einleitung

2. Entwurfsgrundlagen

3. Laterales Tragwerk – Anforderungen

4. Laterales Tragwerk – Varianten

5. Horizontales Tragwerk - Geschossdecken

6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


Wikipedia – „emotional“

Als Wolkenkratzer bezeichnet man besonders hohe Hochhäuser, üblicherweise ab 100 Metern Höhe. Sie werdenoft als Symbole für wirtschaftliche Macht und das Streben nach Wachstum angesehen, für ihre Erbauer undBesitzer können sie repräsentative Zwecke erfüllen. Der englische Name skyscraper stammt ursprünglich ausder Marine und bezeichnete den höchsten Mast auf Segelschiffen.

in erster Linie zeichnet sich ein Gebäude dadurch aus, dass es von Menschen zum Wohnen und Arbeitengenutzt wird. Wolkenkratzer sind in der Regel bauliche Solitäre mit turmartigen Charakter und hoherstädtebaulicher Eigenständigkeit. Diese Merkmale und die große Höhe machen sie zu einer Sonderform desHochhauses – eine Bezeichnung, die allgemein für alle Gebäude mit einer Höhe von mehr als 40 Metern odermehr als 12 Stockwerken gilt.

Hochhausrichtlinie – „technisch“

Hochhäuser sind Gebäude, bei denen der Fußboden mindestens eines Aufenthaltsraumes mehr als 22 Meterüber der festgelegten Geländeoberfläche liegt.

Die Begründung dieser Definition fußt auf der grundsätzlichen Forderung nach zwei voneinander unabhängigenRettungswege für jeden Aufenthaltsraum und dem Grundsatz, dass der zweite Rettungsweg über dieRettungsgeräte der Feuerwehr führen darf. Das größte in Deutschland genormte Rettungsgerät ist eineDrehleiter mit einer Nennrettungshöhe von 23 Meter (zur Höhenlage des Fußbodens muss noch dieBrüstungshöhe addiert werden um auf die erforderliche Rettungshöhe zu kommen). Die Rettungsgeräte derFeuerwehren scheiden deshalb für den zweiten Rettungswege aus, weshalb besondere Maßnahmen nötigwerden (zweiter baulicher Rettungsweg, Sicherheitstreppenraum u. ä.).

> Definition


> Höhenentwicklung


> 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)

> Höhenentwicklung


VerformungenKippenBiegemoment

Versagensmechanismen….

> Wieso bleiben Hochhäuser stehen?


> Wieso bleiben Hochhäuser stehen?


1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


Wirtschaftlichkeit

Energieeffizienz

Architektur

Funktionalität

Vertikales Tragwerk

Laterales Tragwerk

Gründung

Haustechnik

Fassade

> Aspekte des Tragwerksentwurfs


> Wirtschaftlichkeit: Verhältnis Brutto/Netto


> Wirtschaftlichkeit: Verhältnis Brutto/Netto


• 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

> Entwurfskriterien: Grundkonzepte


1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


Anforderungen:

Standsicherheit

für Vertikallasten

für Horizontallasten

Gebrauchstauglichkeit

Steifigkeit

Komfort/Wohlbefinden

> Laterales Tragsystem: Aussteifung


> Laterales Tragsystem: Anordnung

Verformung: 100%



Verformung: ~150%



Verformung: 240%


• Verformungen

• Geschwindigkeit der

Verformungsänderung

• Schwingungsanfälligkeit

Desirable

Range

> Laterales Tragsystem: Gebrauchstauglichkeit


30 milli-g @ T=4 s/ f=0.25 hz) 30 milli-g @ T=1 sec/ f=1.00 hz

> Laterales Tragsystem: Gebrauchstauglichkeit


1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


> Stabilitätssysteme: Übersicht


> Stabilitätssysteme: Übersicht


> 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.


1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


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)

> 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



Rippendecken

• Spannweite 7-10m

• Schlechter Schallschutz

• Hohe Konstruktionshöhe

• Unregelmäßigen Grundrissen ungünstig

• Relativ geringes Eigengewicht



Verbunddecken

• Spannweiten bis ca. 15m (Trägerhöhe!)

• Bleche können leicht von Hand verlegt werden

• Geringe Konstruktionshöhe

• Installationsführung aufwendig wg. Rippen

• Geringes Eigengewicht



Slim-Floor

• Deckengleiche Stahlträger

• Spannbetonhohldielen als Deckenelemente


• Relativ geringes Gewicht

• Einfache, flexible Installationsführung



Slimline


• Relativ geringes Gewicht

• Installationsführung im Doppelboden

• Unterzüge oder Wände erforderlich

• Schallschutz (Beton ~70mm)


© slimline b.v.

© slimline b.v.

© slimline b.v.


1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


> Gründung


• Abhängig von den lokalen geologischen Bedingungen

• Windlasten / Horizontale Lasten

• Zugkräfte sind zu vermeiden

• Gründungsvarianten:

Flachgründung

Tiefgründungen

Kombinationen

> Gründung

Quelle

: „B

undesansta

lt f

ür

Geow

issenschaften

“


> Gründung – Vermeidung von Zugkräften


> Gründung: Flachgründung


“Schwimmende Lagerung” “unverschieblich”

> Gründung: Tiefgründung


1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


Modulanordnung

Transferstruktur

N-S Verband

O-W Verband

> Modular: Beispiel Atlantik Yards Tower 2






1. Einleitung





6. Gründung

7. Modulares Bauen

8. Projektbeispiele


LQC, Düsseldorf

• Höhe: ~62 m

• 19 oberirdische Geschosse

• 2 unterirdische Geschosse

• Stabilitätssystem: Stahlbetonkern +

Wandscheiben

• Fertigstellung 2001

• Architekt: Hadi Teherani

> Projektbeispiel: Stahlbeton




Colorium, Düsseldorf

• Höhe: ~62 m

• 17 oberirdische Geschosse

• 2 unterirdische Geschosse

• Stabilitätssystem: Stahlbetonkern


• Architekt: Alsop Architects, London



HSBC – Canary Wharf• Höhe: 213m

• 45 Geschosse

• Aussteifungssystem: Stahlbetonkern


• Architekt: Foster & Partners

> Projektbeispiel: Stahlbeton/Verbund


• Kern annähernd zentrisch

• Errichtung mit Kletterschalung

• Größe nimmt ab mit Höhe

> Projektbeispiel: Stahlbeton/Verbund


Pandion Vista, Köln

• Höhe: 62 m

• 19 Geschosse

• Aussteifungssystem: Stb.-Kern

• Architekt: BRT, Hamburg



Stadttor – Düsseldorf

• Höhe: 80 m

• 20 Geschosse

• Stabilitätssystem: Rahmen + Kern


• Gründung auf Rheinufertunnel

• Architekt: OPP, Düsseldorf

> Projektbeispiel: Stahlverbund


CCTV, Peking• Höhe: 260m

• 43 Geschosse

• Stabilitätssystem: Megarahmen

• Architekt: OMA, Rotterdam

> Projektbeispiel: Stahl bzw. Stahlverbund


> Material: Stahl bzw. Stahlverbund




„The Gurkin“ SwissRe - London• Höhe: 180m

• 40 Geschosse

• Aussteifungssystem: Ausgekreuzte Röhre

• Fertigstellung: 2003

• Architekt: Foster & Partners, London





Torre de Cristal, Madrid• Höhe: 249m

• 52 Geschosse



• Architekt: Cesar Pelli

> Material: Stahlbeton bzw. Verbund


Torre Caja Madrid• Höhe: 249,5 m

• 45 Geschosse



• Architekt: Norman Foster

> Material: Stahlbeton bzw. Verbund



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