Detail Oktober 01 2017

Ein Viadukt für Hochgeschwindigkeitszüge Gitterschale aus Brettschichtholz Optimierte Bauprozesse eines Bahntunnels

Zeitschrift für Tragwerksplanung und Architektur Review of Structural Engineering and Architecture

structure

S C H Ö N H E I T U N D U N S I C H T B A R K E I T S I N D D A S E R G E B N I S V O N Ü B E R TA U S E N D E X K L U S I V E N K O M P O N E N T E N A U S S C H W E I Z E R F A B R I K AT I O N

w w w .v i t r o c s a . c h

MIT DEM VITROCSA SENKRECHTSCHIEBEFENSTERSYSTEM LASSEN SICH UNBEGRENZTE HÖHEN ERREICHEN

editorial

Bauingenieure sind an der ganzen Band-

02/17 structure

breite der Bauaufgaben beteiligt, vom Tunnel bis zum Sakralbau, und prägen deren

Redaktion: Dr. Sandra Hofmeister (Chefredakteurin) Andreas Gabriel Roland Pawlitschko

Wirkung durch die Tragwerksplanung mit. Die Aufgabenvielfalt spiegelt sich auch in der Projektauswahl dieses Hefts wider. Die Gitterschale der neuen Pfarrkirche in Holz-

Structural engineers are involved across the

kirchen überrascht zunächst als räumlich-

full spectrum of construction, from tunnels to

geometrisch interessante Struktur. Bei ge-

religious architecture, and often determine

nauerer Auseinandersetzung mit der Brett-

the overall effect created by these projects.

schichtholz-Konstruktion wird dann ihre

The gridshell of the new parish church in

Komplexität deutlich – und die tragwerkspla-

Holzkirchen immediately strikes the eye as an

nerische Leistung, die solch ein besonderes

interesting 3D structure. The complexity and

Bauwerk ermöglicht.

structural efficiency of the GLT construction

Die Raffinesse der ultradünnen Dachelemen-

become clear upon closer examination.

te aus Hochleistungsbeton, die den neuen

The ingenuity of the ultra-thin UHPC roof

TGV-Bahnhof in Montpellier vor Regen und

elements protecting the new TGV station in

Sonne schützen, zeigt sich in der Verteilung

Montpellier from rain and sun shows itself

der Perforation der Elemente, die sowohl nach statischen Erfordernissen als auch dem Sonnenlauf entsprechend variiert. Für die Bauphasen des Viadukts für Hochgeschwindigkeitszüge über das Almontetal in Spanien waren unterschiedliche temporäre Tragsysteme zu planen und zu bemessen. Nach Fertigstellung ist davon nichts mehr zu sehen, und fast ist es bedauerlich, dass nur die Beteiligten solche spannenden Zwischenzustände erleben. Auch diese Ausgabe von DETAIL structure richtet den Blick auf den vielfältigen Beitrag der Tragwerksplaner zur Planungs- und Baukultur. Dieses Grundanliegen wollen wir in Zukunft weiter stärken und ausbauen. Daher erscheint structure ab 2018 als eigenstän-

Sabine Drey (grafische Gestaltung) Redaktion Produkte: Katja Reich Rainer Bratfisch Übersetzung englisch: Raymond Peat Verlag und Redaktion: DETAIL Business Information GmbH Hackerbrücke 6 80335 München Anzeigen: [email protected] tel.: 089 381620 48 Vertrieb und Abonnement: [email protected] tel.: 06123 9238-211 Einzelheft: € 18,90

in the distribution of the perforations in the precast units, which not only fulfils the structural engineering requirements but also varies to take the path of the sun into account. Various temporary support systems were developed and designed for the construction phases of the high-speed train viaduct over the Almonte valley in Spain. With nothing left of them to see after completion, it is almost regrettable that only the builders and designers can recall these exciting intermediate stages. This issue of DETAIL structure once again highlights the diverse contributions of structural engineers to the built environment. We wish to intensify and extend this perspective in future. Therefore, structure will appear as a stand-alone publication at the increased frequency of four times a year from 2018.

dige Zeitschrift mit erhöhter Frequenz vier mal pro Jahr.

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Andreas Gabriel

editorial 1

inhalt content

hintergrund context 4 Der geistreiche Trick des Faltens: ein leistungsfähiges Konstruktionsprinzip The ingenious trick of folding: an efficient construction principle Stephan Engelsmann, Valerie Spalding

magazin journal 14 Sporthalle in Haiming Sports Hall in Haiming Jakob Schoof 16 Vorschau 2018 Preview 2018

projekt und prozess project and process 18 Eisenbahnviadukt über den Almonte bei Cáceres Railway Viaduct over the Almonte River near Cáceres Arenas & Asociados, Santander IDOM, Madrid

26 TGV-Bahnhof in Montpellier High-speed train station in Montpellier Marc Mimram Architecture & Associés, Paris Atelier Nebout, Montpellier Marc Mimram Ingénierie, Paris 32 Lärmschutzhalle am Flughafen Genf Noise Protection Hanger at Geneva Airport WTM Engineers GmbH, Hamburg Thomas Jundt ingénieurs civils, Carouge 36 Wasserkraftwerk Hagneck Hagneck Hydroelectric Power Plant Penzel Valier AG, Zürich / Chur

produkte products

fachwissen specialist know-how 48 Der Boßlertunnel − optimiert im Bauprozess The Boßler Tunnel − an optimised construction process Oliver Fischer 54 Rückbau von Großbrücken. Eine Ingenieursaufgabe! Demolishing major bridges. A job for engineers! Gregor Schacht, Ludolf Krontal

58 DETAIL research DETAIL research 60 Gebäudehüllen Building envelopes 64 Skelettbau Skeleton construction 66 Aufzüge, Treppen Lifts, stairs 68 BIM – Building Information Modeling

42 Pfarrkirche St. Josef in Holzkirchen St. Josef Parish Church in Holzkirchen Eberhard Wimmer Architekten, München Sailer Stepan & Partner, München

2 inhalt

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context

hintergrund

Der geistreiche Trick des Faltens: ein leistungsfähiges Konstruktionsprinzip The ingenious trick of folding: an efficient construction principle

Stephan Engelsmann, Valerie Spalding Stephan Engelsmann ist Bauingenieur, Professor für Konstruktives Entwerfen und Tragwerkslehre an der Staatlichen Akademie der Bildenden Künste Stuttgart und geschäftsführender Gesellschafter von Engelsmann Peters. Valerie Spalding ist Architektin und Mitarbeiterin bei Engelsmann Peters. Stephan Engelsmann is a structural engineer, professor of construction and structural engineering at the Stuttgart State Academy of Art and Design, and the managing partner of Engelsmann Peters. Valerie Spalding is an architect and works for Engelsmann Peters.

A Faltungen in der Natur: Blattstruktur der FächerA palme B St. Paulus Kirche, NeussWeckhoven, Architekten: Fritz Schaller, Christian Schaller, Tragwerksplaner: Stefan Polónyi C Faltmuster, Faltstruktur und Faltwerk D Längsfaltungen A Folds in nature: the leaf structure of the windmill palm B St. Paulus Church, NeussWeckhoven, Architects: Fritz Schaller, Christian Schaller, Structural engineer: Stefan Polónyi C Fold pattern, folding structure and folded plate structure D Longitudinal folds

4 background

In der Bautechnik bezeichnet der Begriff Faltwerk ein Tragwerk, das in einer räumlichen Konfiguration aus dünnwandigen, ebenen Teilflächen zusammengesetzt ist. Faltungen zur Verbesserung von tragstrukturellen Eigenschaften finden sich nicht nur in der Technik, sondern auch in der Natur, beispielsweise in der Flora bei Blattstrukturen (Abb. A).

In construction, the term folded plate structure describes a three-dimensional load-bearing structure assembled from thin-walled elements with flat surfaces. Folds that improve load-bearing properties are found not only in engineering but also in nature, for example in the leaf structures of flora (Fig. A).

Geometrie: von der Faltstruktur zur Faltwerksform Mit Faltungen kann eine fast grenzenlose Formenvielfalt erzeugt werden. In der Regel folgen Faltwerke aber geometrischen Prinzipien. Eine gefaltete Fläche bezeichnet man als Faltstruktur. Das auf einer Faltstruktur basierende Tragwerk wird zum Faltwerk. Eine in die Ebene abgewickelte Faltstruktur bildet ein Faltmuster (Abb. C). Grundformen sind Längsfaltung und Umkehrfaltung (Abb. D, Abb. I). Beispiele für Umkehrfaltungen sind Rauten-Faltungen oder Fischgrät-Faltungen (Abb. N). Die Faltstruktur beeinflusst grundsätzlich die Faltwerksform – nicht jede Faltwerksform kann mit jeder Faltstruktur generiert werden. Faltwerke mit gekrümmter Global-Geometrie können beispielsweise mithilfe von Rautenoder Fischgrätfaltungen konstruiert werden. Die Faltwerksform wiederum beeinflusst das Tragverhalten. Beim Entwerfen von Faltwerken ist es erforderlich, diese Parameter bereits früh sinnvoll aufeinander abzustimmen, um ein effizientes Tragwerk zu erhalten. Bei der Entwicklung der Geometrie ist aber auch sicherzustellen, dass alle Teilflächen planmäßig entwässert werden und keine lokalen Tiefpunkte ohne Ablauf entstehen.

Geometry: from folding structures to folded plate structural forms An almost unlimited number and diversity of shapes can be created through folding. In most cases, folded plate structures follow geometric principles. A folded surface can be described as a folding structure. A load-carrying structure based on a folding structure is a folded plate structure. A folding structure developed in a plane forms a folding pattern (Fig. C). Longitudinal folds and reverse folds are basic forms of fold (Figs. D, I). Examples of reverse folds include diamond folds (Fig. N) or herringbone folds. The folding structure has a fundamental effect on the folded plate structural form – not every folded structural form can be generated with every folding structure. Folded plate structures with curved global geometries can, for example, be constructed using diamond or herringbone folds. The folded structural form, on the other hand, influences the load-bearing behaviour. When designing folded plate structures, these parameters must be matched optimally to one another at an early stage in order to create an efficient load-bearing structure. During the development of the geometry, the designer must also ensure that all components drain and do not form a local low spot with no outlet.

Das statisch-konstruktive Prinzip der Faltwerke Tragwerkstypologisch zählen Faltwerke zu den räumlichen Flächentragwerken. Die Einzelkomponenten des Faltwerks sind dünnwandige, ebene Flächen, die selbst nur über eine begrenzte Steifigkeit verfügen, aber bei einer geeigneten dreidimensionalen Konfiguration zu hochleistungsfähigen Tragstrukturen werden. Das statisch-konstruktive Prinzip, das den Faltwerken zugrunde liegt, beruht vor allem auf der Vergrößerung der statisch nutzbaren Höhe durch die Faltung, die dem Tragwerk seine geometrische Steifigkeit gibt. Strukturform, Faltungshöhe und die Geometrie der Einzelflächen bestimmen dabei maßgeblich das Tragverhalten von

The structural principle of the folded plate structure In terms of structural typology, folded plate structures are three-dimensional plate structures. The individual components of the folded plate structure are thin-walled, flat members that in themselves have only limited stiffness but when configured suitably in three dimensions become highly efficient load-bearing structures. The structural principle at the heart of these folded plate structures is based on increasing the effective structural depth by folding, which gives the structure its geometric stiffness. Structural form, fold depth and

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Faltwerken. Nicht jede Form der Faltung führt aber zu einer Struktur, die das vorteilhafte Tragverhalten der Faltwerke im statischkonstruktiven Sinne aufweist. Im Vergleich zu räumlich gekrümmten Flächentragwerken, wie beispielsweise Schalen, besitzen Faltwerke den großen wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Vorteil, dass sie aus ebenen Teilflächen, beispielsweise in Form von industriell gefertigten Halbzeugen, zusammengesetzt werden können. Die Einzelflächen der Faltwerke sind wie Scheiben überwiegend normalkraftbeansprucht. Den Normalkraftbeanspruchungen überlagern sich Biegebeanspruchungen, weil die normal zur Fläche wirkenden äußeren Kräfte zunächst über Plattenbiegung in den Einzelflächen zu den Plattenrändern abgetragen werden. Die über die gemeinsamen Kanten in die angrenzenden Flächen eingeleiteten Auflagerkräfte erzeugen dort Normalspannungen in den Ebenen der Einzelflächen. Voraussetzung für diese Tragwirkung ist eine schubfeste Verbindung der Kanten, um die Verträglichkeit der Verformungen sicherzustellen und Relativverschiebungen zu verhindern. Die kraftschlüssige Verbindung der Einzelflächen ist ein wesentliches Kennzeichen von Faltwerken. Der besonderen tragwerksplanerischen Aufmerksamkeit bedürfen die freien Ränder von Faltwerken, weil sie nur unzureichend gehalten sind und große Formänderungen erleiden können. Die Bemessung von Faltwerken ist sehr anspruchsvoll. Betrachtet man die Global-Geometrie, so kann in vielen Fällen eine tragstrukturelle Analogie zu klassischen Tragsystemen wie Balken, Rahmen oder Bogen aufgebaut werden. Numerische Berechnungsmethoden ermöglichen heute auch die Bemessung von Faltwerken mit komplexer Geometrie. Neben den klassischen Faltwerken existieren

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the geometry of the individual surfaces together determine the load-bearing behaviour of folded plate structures. Not every folding form leads to a structure that has the advantageous load-bearing behaviour of a folded plate structure. Compared to three-dimensionally curved plate structures, such as shells, folded plate structures have the great economic and practical advantage that they can be assembled out of, for example, industrially manufactured semi-finished products. The individual panels of folded plate structures are usually loaded with normal section forces in the same way as plates. Bending moments are superimposed on normal section forces because the external forces acting at right angles to the plate surface are transferred by plate bending in the individual panels to the outside edges of the plates, which are formed by the shared edges of the elements. The bearing forces are transferred via the shared edges into the adjacent surfaces and create normal forces in the plane of the individual panels. For the arrangement to be structurally effective, the edges must be joined by a shear-resistant connection that ensures compatibility of deformation and prevents relative displacements. This force-transmitting connection between the individual panels is an important characteristic of folded plate structures. Particular attention must be paid to the structural engineering design of the free edges of folded plate structures because they are only inadequately restrained and could change shape considerably. The design of folded plate structures is very challenging. Looked at in terms of global geometry, in many cases these folded plate structures are the structural equivalent of traditional load-bearing systems such as beams, frames or arches. Today’s numerical methods

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zahlreiche Sonderformen, beispielsweise hybride Tragwerke, die im Hinblick auf Geometrie und Tragverhalten Merkmale sowohl von Schalen als auch von Faltwerken aufweisen, oder aber Faltwerke, die mithilfe von Seilen und /oder Zugstäben stabilisiert werden.

E E,F Luftschiffhallen, ParisOrly. Objektplanung / Tragwerksplanung: Eugène Freyssinet G Unesco-Gebäude, Paris, Objektplanung / Tragwerksplanung: Marcel Breuer, Bernard Zehrfuss, Pier Luigi Nervi H Paketposthalle München, Architekt: Oberpostdirektion München: Rudolf Rosenfeld, Herbert Zettel. Tragwerksplaner: Dyckerhoff & Widmann: Ulrich Finsterwalder, Helmut Bomhard I das Prinzip der Umkehrfaltung E,F Airship Hangars, ParisOrly. Project design / Structural design: Eugène Freyssinet G UNESCO Building, Paris, Project design / Structural engineering: Marcel Breuer, Bernard Zehrfuss, Pier Luigi Nervi H Parcel Post Hall, Munich, Architect: Regional Postal Authority, Munich: Rudolf Rosenfeld, Herbert Zettel. Structural engineers: Dyckerhoff & Widmann: Ulrich Finsterwalder, Helmut Bomhard I The principle of reverse folding

Werkstoffe und Fügetechnologie Für die Konstruktion von Faltwerken eignen sich insbesondere die Werkstoffe Beton, Holz und Kunststoff. Für das Entwerfen, Bemessen und Konstruieren von Faltwerken steht heute eine Vielzahl von industriell gefertigten Halbzeugen in Form von Platten oder CompositeElementen zur Verfügung. Tragwerksform und Werkstoff sind voneinander abhängig im Hinblick auf Faltstruktur und Abmessungen der Einzelflächen, Tragverhalten, Fügetechnologie, Herstellung und Gestaltung. Je geringer die Steifigkeit der Einzelfläche, insbesondere im Bezug auf Stabilitätsversagen, desto kleiner ist die Einzelfläche zu wählen. Sofern der Werkstoff nicht selbst wärmedämmend ist, wie beispielsweise bei Composite-Werkstoffen mit einer ausreichenden Stärke der Kernschicht, benötigen Faltwerke in der Regel außenseitig eine Wärmedämmung. Von den monolithischen Beton-Faltwerken abgesehen, kommt der Fügetechnologie eine entscheidende Rolle sowohl in konstruktiver als auch in gestalterischer Hinsicht zu, denn die Kantenfügung stellt – von den Fußpunkten abgesehen – das einzige Detail der Konstruktion dar und ist aus diesem Grund in hohem Maße gestaltprägend. Sie ist abhängig vom verwendeten Werkstoff und der Querschnittsbeschaffenheit der einzelnen Flächen. Grundsätzlich können lösbare und nichtlösbare Verbindungen unterschieden werden. Die Verbindung der Kanten von Holz-Faltwerken erfolgt in der Regel über Randhölzer, die miteinander verschraubt werden. Bei ausreichend dickem Querschnitt kann auch direkt in den Plattenquerschnitt geschraubt werden. Faltwerke aus Kunststoffen sind in der Regel über Flansche verschraubt und Faltwerke aus metallischen Werkstoffen können verschweißt, geschraubt oder vernietet werden. Vom Beton-Faltwerk zum Kunststoff-Faltwerk Das Prinzip der Faltung wurde im Stahlbetonbau bereits sehr früh für Tragstrukturen eingesetzt. Ein Beispiel sind Eugène Freyssinets Luftschiffhallen in Paris-Orly mit Grundrissabmessungen von 300 ≈ 100 m (Fertigstellung 1924), die eine Faltung zur Stabilisierung der Oberfläche nutzen (Abb. E, F). Um dem Beulen der Schale bei asymmetrischen Belastungen entgegenzuwirken, wurde die Oberfläche in breite, trapezförmige Rippen unterteilt. Stahlbeton-Faltwerke in Ortbetonbauweise mit großen Einzelflächen und parallel verlaufenden Kanten wurden für Dachkonstruktionen mit großer Spannweite eingesetzt. Die

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of analysis allow engineers to design folded plate structures with complex geometries. In addition to traditional folded plate structures, there are a large number of special forms, for example hybrid structures which, interms of their geometry and load-bearing behaviour, have the features of shells and folded plate structures or are folded plate structures stabilised with cables and/or tie rods. Materials and jointing techniques The materials most suitable for the construction of folded plate structures are concrete, wood and plastic. Today, many different industrial semi-finished products manufactured as boards or composite elements are available for the design, analysis and construction of folded plate structures. Structural form and material are interdependent with respect to folding structure and the dimensions of the individual panels, load-bearing behaviour, jointing technology, manufacture and arrangement. The lower the stiffness of the individual panels, particularly in the context of stability failures, the smaller they have to be. Unless the material is thermally insulating, such as is the case with composite materials with an adequate core layer thickness, folded plate structures normally require external insulation. Except in monolithic concrete folded plate structures, jointing techniques have a crucial role to play in constructional as well as in architectural form, because the edge jointing – except at the support points – is the only detail of construction and therefore has a large effect on design aesthetics. Jointing technique depends on the material used and the options offered by the cross-section of the individual panels. Basically, the connections can be permanent or detachable. The connection of the edges of timber folded plate structures is normally by means of edge timbers that are bolted to one another. If the cross-section is sufficiently thick, the connection can be formed directly in the panel cross-section.

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Einzelflächen von Faltwerken in Ortbetonbauweise können im Vergleich zu KunststoffFaltwerken und Stahl-Faltwerken groß sein, weil die Teilflächen nicht in Form von Halbzeugen industriell vorgefertigt werden und weil das Teilflächenbeulen bei Betonflächen nicht in dem Maße relevant ist wie bei sehr dünnwandigen Teilflächen. Ab den 1950er-Jahren entstanden Faltwerke, die sich von den vergleichsweise einfachen prismatischen Formen lösten und das geometrische und gestalterische Potenzial der Faltwerke ausschöpften. Das Unesco-Gebäude in Paris besitzt ein weit spannendes Beton-Faltwerk mit sich im Grundriss auffächernder Faltung (Abb. G). Ein besonders expressives Beispiel ist die St. Paulus Kirche in Neuss-Weckhoven (Abb. B). Bis in die 1970er-Jahre hinein wurde eine Reihe von Beton-Faltwerken mit sehr anspruchsvoller Geometrie ausgeführt, bevor der Bau von Beton-Faltwerken ebenso wie die Schalenbauweise weitgehend zum Erliegen kam. Beton-Faltwerke können prinzipiell auch in

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Folded plate structures manufactured in plastic are normally bolted at their flanges, while folded plate structures in metal can be welded, bolted or riveted together. From concrete to plastic folded plate structures The principle of folding for carrying loads found application very early in reinforced concrete structures. One example is Eugene Freyssinet’s airship hangars at Paris-Orly, which measured 300 ≈ 100 m (constructed 1924) and obtained their strength from their folded surfaces (Figs. E, F). To counteract buckling of the shell under asymmetric loading, the surface was divided into wide trapezoidal ribs. Reinforced concrete folded plate structures constructed using in situ concrete with large individual panel sizes and parallel edges were used for roof constructions with long spans. Individual panels of in situ concrete folded plate structures can afford to be very large in comparison with those of plastic or steel fold-

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Fertigteilbauweise hergestellt werden. Bei der Festlegung der Faltwerkgeometrie sind die Transportabmessungen zu beachten. Für die Fertigteilbauweise eignen sich vor allem modular konzipierte Faltwerke, bei denen Teilflächen wiederholt vorkommen und die Schalung mehrfach eingesetzt werden kann. Eine bemerkenswerte Fertigteilkonstruktion, tragwerkstypologisch ein Hybrid aus Schale und Faltwerk, ist die 1969 fertiggestellte, 146 m weit spannende Tonnenschale der Paketposthalle in München, deren Tragwerk Ulrich Finsterwalder und Helmut Bomhard planten (Abb. H). Faltwerke aus Holz wurden ab den späten 1950er-Jahren gebaut. Holz-Faltwerke werden häufig aus großformatigen Furniersperrholz- oder Brettsperrholzplatten konstruiert. Faltwerke mit großen Abmessungen der Teilflächen entstanden, indem die Teilflächen als Sandwichkonstruktion mit einer inneren Pfosten-Riegel-Konstruktion und äußeren

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Kirche Zu den Heiligen Engeln, Landsberg. Architekt: Josef Wiedemann. Tragwerksplaner: A. Hillenbrand K Schwefelgewinnungsanlage, Pomezia / Rom. Architekten: Renzo Piano Building Workshop L Sporthalle Mülimatt. Architekt: Studio Vacchini. Tragwerksplaner: Fürst Laffranchi M frei auskragendes StahlFaltwerk. Architekt: FATLAB. Tragwerksplaner: Engelsmann Peters N Rautenfaltungen J

Zu den Heiligen Engeln Church, Landsberg. Architect: Josef Wiedemann. Structural engineer: A. Hillenbrand K Sulphur recovery plant, Pomezia / Rome. Architects: Renzo Piano Building Workshop L Mülimatt Sports Centre. Architects: Studio Vacchini. Structural engineers: Fürst Laffranchi M Free-standing, cantilevering steel folded plate structure. Architects: FATLAB. Structural engineers: Engelsmann Peters N Diamond folds

ed plate structures, because the individual components are not industrially prefabricated semi-finished products and buckling is less of an issue than it is with very thin-walled panels. Folded plate structures constructed from the 1950s onwards broke away from the use of comparatively simple prismatic shapes and exploited the geometric and architectural potential of folded plate structures. The UNESCO building in Paris has a long-span concrete folded plate structure with folds that fan out in plan (Fig. G). A particularly expressive example is St. Paulus Church in Neuss-Weckhoven (Fig. B). Up to the 1970s, a series of concrete folded plate structures with very sophisticated geometries were constructed, before the construction of concrete folded plate and thin shell structures came to a standstill, apart from a few exceptions. Concrete folded plate structures can also be made of precast components. Transport restrictions must be taken into account when determining their geometry and hence the component sizes. Modular designs are most suitable for prefabricated construction methods, especially if the panels are repeated and formwork can be used a number of times. A famous hybrid folded plate and shell structure made from precast concrete units is the 146 m span barrel shell roof of the parcel post hall completed in 1969 in Munich, which was designed by Ulrich Finsterwalder and Helmut Bomhard (Fig. H). Timber folded plate structures were built from the late 1950s. They are often constructed out of large-format plywood or cross-laminated timber panels. Folded plate structures built of large laminated panels with an internal post and rail construction and external finishing layers were used, for example, to form the radially folded plate structure of the Zu den Heiligen Engeln Church in Landsberg (Fig. J). Experimentation with plastic folded plate structures began in the early 1960s. Folded plate structures are one of the forms of construction particularly suitable for plastic, because the low stiffness of the plastic can be compensated for by the ease of optimisation of its three-dimensional shape. In terms of manufacturing, the modular geometry of many folded plate structures is an advantage, because the expense of mould-making can be justified economically on the grounds of multiple uses. Plastic folded plate structures were once almost exclusively designed as modular, three-dimensionally shaped fibreglass reinforced plastic (GRP) elements, which were bolted together. One successful example is the plastic folded plate structure of the sulphur recovery plant at Pomezia / Rome (Fig. K). Experiments and prototypes Engineering developments mainly in the field of materials and jointing can be seen in many

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Deckschichten ausgebildet wurden, beispielsweise das radiale Faltwerk der Kirche Zu den Heiligen Engeln in Landsberg (Abb. J). Ab den frühen 1960er-Jahren wurde mit Faltwerken aus Kunststoffen experimentiert. Faltwerke sind eine für Kunststoffe in besonderem Maße geeignete Konstruktionsform, denn ihre geringe Steifigkeit kann durch die dreidimensionale Formgebung in optimaler Weise kompensiert werden. In herstellungstechnischer Hinsicht von Vorteil ist die modulare Geometrie vieler der Kunststoff-Faltwerke, weil der aufwendige Formenbau nur bei mehrfachem Einsatz wirtschaftlich vertretbar ist. Faltwerke aus Kunststoff wurden in der Vergangenheit fast ausschließlich unter Verwendung modularer, dreidimensional geformter und miteinander verschraubter GFK-Elemente konzipiert. Ein gelungenes Beispiel hierfür ist das Faltwerk für die Schwefelgewinnungsanlage Pomezia / Rom (Abb. K). Experimente und Prototypen Ingenieurwissenschaftliche Entwicklungen, vor allem im Bereich der Werkstoffe und der Fügung, kennzeichnen die Beiträge der Gegenwart. Die Sporthalle Mülimatt ist ein zeitgenössisches, ingenieurtechnisch hochanspruchsvolles Beispiel für ein Beton-Faltwerk. Sie besteht aus großformatigen, vorgespannten Fertigteilelementen, die zu einem Rahmentragwerk zusammengesetzt sind. Der Rahmenquerschnitt ist in Stiele und Riegel unterteilt, die in Form achsbreiter Einzelteile gefertigt und auf der Baustelle gefügt wurden (Abb. L). Ein interessantes Potenzial bieten dünnwandige Fertigteile aus UHPC, die zu einem Faltwerk zusammengesetzt werden. Faltwerke aus metallischen Werkstoffen können wegen der Stabilitätsproblematik von dünnwandigen Blechen in der Regel nur als kleinteilige Faltstrukturen ausgeführt werden. Das Potenzial des Werkstoffs zeigt das Konzept eines Unterstands aus Edelstahlblechen für ein Industrieunternehmen – ein frei auskragendes Faltwerk in Stahlbauweise (Abb. M).

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of today’s examples. The Mülimatt Sports Centre is a contemporary example of a concrete folded plate structure with some highly challenging aspects of engineering. It consists of large, prestressed, prefabricated units assembled to form a structural frame. The frame cross-section is made up of pillars and beams, which are manufactured as individual components matching the building’s grid dimensions and connected together on site (Fig. L). An interesting area with potential for folded plate structures is thin-walled prefabricated components made from ultra-high performance concrete (UHPC), which are assembled to form a folded plate structure. Folded plate structures made from metals can be designed only as small-scale folding structures, because of stability problems with their thin-walled plates. The potential of the material has been shown by the design in stainless steel of an open-fronted shelter for an industrial company – a free-standing, cantilevering folded plate structure in structural steelwork (Fig. M). For larger plates, one successful approach has been to use multilayer welded steel panels or, an option which may be simpler to manufacture, laminated plates. An example of appropriate use of material is the plastic folded plate structure at the Stuttgart State Academy of Art and Design,

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which uses a specially developed jointing technique (Fig. O). The experimental fully plastic construction consists of translucent polycarbonate laminated panels, which are joined using a combination of fixed and detachable connections based on hook and loop fasteners. An innovative jointing technique for timber folded plate structures was developed by the Laboratory for Timber Constructions (IBOIS) at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Revisiting traditional carpentry connection techniques, researchers have fulfilled the technical requirements in a particularly efficient way and allowed the use of double-skinned folded plate structures (Fig. P). The AKA Wippe, a free-standing piece of open-air furniture, whose singly curved roof consists of herringbone folds constructed using laminated GRP elements with an extremely low self-weight, is an example of a folded plate structure in lightweight construction (Fig. Q). A special kind of folded plate structure is the reversible, i.e. folding type. The 3D geometry and arrangement of the panels and the construction of the edge connections allow the object to be folded together. Very good example is the famous Canary Wharf Kiosk in London, which can be opened and closed by an electric motor (Fig. R).

O Kunststoff-Faltwerk, Staatliche Akademie der Bildenden Künste Stuttgart. Objektplanung / Tragwerksplanung: Stephan Engelsmann, Valerie Spalding, Gerlind Baloghy, Melanie Fischer mit Unterstützung von Engelsmann Peters Q P Fügetechnologie für Holz-Faltwerke, Objektplanung /TragwerksplaBei größeren Abmessungen der Einzelflächen nung: IBOIS, EPF Laukönnen prinzipiell mehrschalige geschweißte sanne Stahlkonstruktionen oder, fertigungstechQ AKA-Wippe, Staatliche Akademie der Bildenden nisch einfacher, Sandwichplatten zum Einsatz Künste Stuttgart. kommen. Objektplanung / TragEin Beispiel für werkstoffgerechtes Konstruiewerksplanung: Stephan Engelsmann, ren ist das Kunststoff-Faltwerk der Staatlichen Valerie Spalding Akademie der Bildenden Künste Stuttgart mit R Canary Wharf Kiosk, Loneiner speziell entwickelten Fügetechnologie don, Architekten: make, Tragwerksplaner: arup (Abb. O). Die experimentelle Ganzkunststoff-

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P O Plastic folded plate structure, Stuttgart State Academy of Art and Design. Project design / Structural design: Stephan Engelsmann, Valerie Spalding, Gerlind Baloghy, Melanie Fischer with the support of Engelsmann Peters P Jointing techniques for timber folded plate structures, Project design / Structural design: IBOIS, EPF Lausanne Q AKA Wippe, Stuttgart State Academy of Art and Design, Project design / Structural engineering: Stephan Engelsmann, Valerie Spalding R Canary Wharf Kiosk, London, Architects: make, Structural engineers: arup

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konstruktion besteht aus transluzenten Polycarbonat-Sandwichplatten mit Wabenkern, die mit einer Kombination aus lösbaren und nichtlösbaren Verbindungen mithilfe von Haftverschlüssen gefügt werden. Eine innovative Fügetechnologie für Holz-Faltwerke entwickelte das IBOIS der EPF Lausanne. Die Tradition der zimmermannsmäßigen Verbindungstechniken aufgreifend, wird sie technischen Anforderungen in optimaler Weise gerecht und ermöglicht eine doppelschalige Ausbildung von Faltwerken (Abb. P). Die AKA-Wippe, ein hybrides Freiraummöbel, dessen einfach gekrümmtes Dach mit einer Fischgrätfaltung aus GFK-Sandwichelementen mit extrem geringem Eigengewicht besteht, ist ein Beispiel für ein Faltwerk in Leichtbauweise (Abb. Q). Einen Sonderfall stellen wandelbare, also faltbare, Faltwerke dar. Die räumliche Geometrie und Anordnung der Einzelflächen und die Ausbildung der Kantenverbindungen müssen dabei das Zusammenfalten erlauben. Ein gelungenes Beispiel ist der bemerkenswerte Canary Wharf Kiosk in London, der elektromotorisch geöffnet beziehungsweise geschlossen werden kann (Abb. R). Fazit Faltwerke ermöglichen es bei richtiger geometrischer Ausbildung, komplexe Räume, ausdrucksstarke Formen und selbstragende Gebäudehüllen mit einem vergleichsweise geringen Materialeinsatz zu realisieren. Experimentelle Prototypen haben neue Entwicklungsmöglichkeiten aufgezeigt. Für die Zukunft in Reichweite gerückt ist auch die Entwicklung einer kontinuierlichen digitalen Prozesskette, die von der parametrischen Erzeugung der Geometrie über die Bemessung mit Finite-Elemente-Programmen bis zur Fertigung reicht. Das Potenzial des geistreichen und materialsparenden Konstruktionsprinzips der Faltwerke und seine architektonischen Spielräume sind noch nicht ausgeschöpft.

Conclusion Folded plate structures with the right kind of geometric design allow the realisation of complex spaces, expressive forms and selfsupporting building envelopes using comparatively little material. Experimental prototypes have demonstrated new development opportunities. For the future, the development of a continuous digital process chain that covers everything from the parametric creation of the geometry, to structural design with finite element programs right up to fabrication is within reach. The potential of the ingenious and material-saving construction principle of folded plate structures and its architectural design freedom have yet to be fully exploited.

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Neues aus der Bau- und Architekturwelt – in Digital und Print

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Kongress TRANSFORMATION Architektur im Wandel

Die Gesellschaft wandelt sich und damit auch der städtische Raum. Individualisierungs-, Hybridisierungs- und Fragmentierungsprozesse wirken sich auf die Stadt aus. Architekten und Stadtplaner müssen deshalb den Status quo kritisch reflektieren und den Wandel gestalten. Denn der städtische Raum ist nur dann zukunftsfähig, wenn der Bestand intelligent transformiert und Neues sensibel integriert wird. Notwendig sind räumliche Strategien für Stadt, Land und Infrastruktur, die resilient und sozialverträglich sind. Hochkarätige Experten erklären die Zusammenhänge des Wandels, erläutern Trends und Positionen zur Zukunft des Bauens und stellen Lösungsansätze vor. Schwerpunkte sind der Umgang mit dem Bestand, die Auswirkungen der Mobilität in der Stadt von morgen und der Übergang von der Stadt der Gegenwart in die Stadt der Zukunft. Die Veranstaltung wird von der Architekten- und Stadtplanerkammer Hessen als Weiterbildung anerkannt. Vortragssprache: Deutsch und Englisch

SCHWERPUNKTE ARCHITEKTUR UND TECHNOLOGIE Umgang mit dem Bestand HABITAT URBANISMUS Stadt der Gegenwart – Stadt der Zukunft MOBILITÄT Auswirkungen der Mobilität in den Städten von morgen EXPERTEN u.a. Martin Haas haascookzemmrich STUDIO2050, Stuttgart Mitchell Joachim terreform ONE, New York Julien Callot lacaton & vassal, Paris Alexander Rieck Fraunhofer-Institut, Stuttgart Rudi Scheuermann ARUP, Berlin David Sim Gehl Architects, Kopenhagen (angefragt) Dan Stubbergaard COBE Architects, Kopenhagen (angefragt) Tobias Nolte Certain Measures, Berlin / Boston NEWCOMER u.a. Marvin Bratke / Paul Bart BART//BRATKE, Berlin / London Verena Schmidt teleinternetcafe, Berlin STARTUPS u.a. Paul Indinger Building Radar, München Sebastian Doppelhammer popularc, München

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magazin

Sporthalle in Haiming Sports Hall in Haiming

1956 erhielt der US-amerikanische Ingenieur John Calvin Jureit sein erstes Patent für die verzinkte Nagelplatte. Heute ist das Verbindungselement, das mit Druckluft in Holzbalken verpresst wird, Grundlage vieler kostengünstiger Holzkonstruktionen. Ställe werden daraus ebenso errichtet wie die ziegelgedeckten Satteldächer der Discounter in den Gewerbegebieten. Bei ihrer Sporthalle im oberbayerischen Haiming haben Florian Fischer und Harald Fuchshuber dieses Konstruktionsprinzip zur sichtbaren Entwurfsgrundlage erhoben. Das Ergebnis überzeugt: Der Neubau in der Ortsmitte schließt an eine bestehende Schulturnhalle an und ergänzt sie um einen zweiten, sattelgedeckten Baukörper mit deutlich größerer Fläche, aber fast gleicher Höhe. Um die Halle möglichst niedrig zu halten, ist sie um einen Meter in das Gelände eingetieft. An ihren Stirnseiten nehmen zwei flachere Seitenflügel mit Pultdach die Umkleiden, Geräte- und Technikräume auf und steifen das Gebäude in Längsrichtung aus. Zum gleichen Zweck ruht die Eingangsfassade im Süden auf eingespannten Stahlbetonstützen. Darauf überspannt ein mächtiger Stahlbetonsturz die breiten, aber relativ niedrigen Glas-

öffnungen. Als solcher erkennbar ist er erst auf den zweiten Blick, weil sein Profil an das darüber anschließende Holzfachwerk angeglichen ist. Die übrigen Fassadenelemente und das Dach wurden in Jureits Nagelplattentechnik vorgefertigt. In den Fassaden reichen die Elemente über die ganze Hallenhöhe und sind je ein Feld breit. Diagonalstreben bewirken hier eine zusätzliche Aussteifung. An den Hallenlängsseiten vermitteln die Diagonalen überdies zwischen dem Stützraster der Fassaden und dem nur halb so weiten Trägerabstand im Dach. Bei der Dachkonstruktion verzichteten die Architekten auf die sonst bei dieser Bauweise üblichen, aussteifenden Träger in Längsrichtung der Halle. Stattdessen verstärkten sie die Beplankung der beiden 15° geneigten Dachflächen und ließen dort zusätzliche, diagonale Zugbänder aus Stahl anbringen. Fünf Lichtkuppeln im Dach bringen Tageslicht in die Hallenmitte und setzen das filigrane Dachtragwerk in Szene. Zwei mächtige Lüftungskanäle sind über Drahtseile von den Obergurten der Binder abgehängt, sodass sie die Trägerreihen in Hallenlängsrichtung berührungsfrei durchlaufen. Die »cleane« Dachuntersicht war auch deswegen möglich, weil in der Halle weder Basketball gespielt noch an Ringen geturnt wird und der Bauherr auf Trennvorhänge vorerst verzichtete. Um die Fachwerkkonstruktion der Wände innen sichtbar zu lassen, doppelten die Architekten sie außen mit gedämmtem, bauseits erstelltem Holzständerwerk auf. Die geschlossenen Fassadenflächen erhielten eine

Lageplan Maßstab 1:5000 Site plan scale 1:5000

sägeraue, grau gestrichene Holzschalung. Von Norden fällt hingegen blendfreies Tageslicht durch Polycarbonatstegplatten ins Haus. Außen kragt das Dach hier als Reminiszenz an die landwirtschaftlichen Bauten der Region weit aus. Der Dachüberstand stützt sich auf Diagonalstreben ab, deren Kräfte nicht direkt ins Fundament, sondern über senkrechte Zugstäbe außen vor der Fassade in die Dachpfetten übertragen werden. So war es möglich, auch den außen liegenden Teil der Dachkonstruktion JS überaus schlank zu halten. American engineer John Calvin Jureit obtained his first patent for the galvanised nail plate in 1956. Today, the connector plate, which is pressed into timber members using compressed air, is an essential component of many cost-efficient timber constructions. In their sports hall in the upper Bavarian town of Haiming, Florian Fischer and Harald Fuchshuber raised this construction method to the level of a visible design principle. This new building in the centre of the town connects to an existing, much smaller school gymnasium. To keep the new hall as low as possible, it is recessed one metre into the ground. Two small end wings with single pitched roofs contain the locker, equipment and building services rooms and stiffen the building in the longitudinal direction. The southern entrance facade rests on encastré reinforced concrete columns and also provides stiffening. Architekten / Architects: Florian Fischer (Almannai Fischer Architekten, München) mit / with Harald Fuchshuber (Ingenieurbüro Fuchshuber, D-Altötting) Mitarbeiter / Team: Florian Fischer, Harald Fuchshuber, Rolf Enzel, Benjamin Jaschke, Antonia Sivjakov Bauherr / Client: Sportverein Haiming Förderung / Funding: Gemeinde Haiming / Municipality of D-Haiming Statik und Brandschutz / Structural engineering and fire safety: HSB Ingenieure, D-Mehring

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A deep concrete lintel spans the wide but relatively low glazed openings. It is not obvious at first glance because its profile is very much like the timber post and beam panels above it. The remaining facade elements and the roof were prefabricated using ureit’s nail plate technology. The elements in the facade extend over the full height of the hall and are each one grid bay wide. Diagonal struts provide additional stiffening in some places. The diagonals along the longitudinal sides of the hall interface between the column grid in the facades

and the twice as frequent spacing of the roof beams. The architects dispensed with the usual longitudinal stiffening beams normally found in this type of roof construction. Instead they stiffened the structure by cladding the two 15° sloping roof surfaces with planks and attached additional diagonal steel straps. Five light domes in the roof bring daylight into the centre of the hall and show off the filigree roof structure. Because the beam and post construction of the walls is left exposed to view

on the inside, the architect added an external insulated stud wall. The non-glazed facade surfaces are clad in rough-sawn, grey-painted timber boards. Glare-free daylight enters the building from the north through polycarbonate cellular panels. The northern facade has a wide roof overhang. The roof projection rests on diagonal struts, which transfer the forces not into the foundations but into the roof purlins via external vertical tie rods in front of the facade, allowing the external components of the roof construction to be kept as slender as possible.

Schnitte Maßstab 1:400 Sections scale 1:400

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vorschau 2018 preview 2018

Logistik eines neuen Großbrückenbaus Logistics of a new large bridge building

Edition

Konferenzsaal mit weit gespannter Holzkonstruktion Conference room with wide wooden structure

Ab 2018 erscheint die Zeitschrift structure viermal jährlich im März, Juni, September + Dezember From 2018, structure will appear four times per year in March, June, September + December

Zeitschrift für Review of Struc

structure Zeitschrift für Tragwerksplanung und Ingenieurbau weitere Informationen unter: www.structure-magazin.de

Die wichtige Rolle der Tragwerksplaner für das Gelingen anspruchsvoller Bauwerke aufzuzeigen und ihren bedeutenden Beitrag zur Baukultur zu unterstreichen, ist das Anliegen der Zeitschrift structure. Um dies zu intensivieren und eine größere Zahl spannender Projekte und Fachartikel präsentieren zu können, erscheint die Zeitschrift ab 2018 als eigene Reihe viermal pro Jahr. Die Frequenzerhöhung erlaubt der Redaktion, das Blickfeld zu weiten und noch ausführlicher über spannende Entwicklungen im Bereich der Tragwerksplanung zu berichten. Kerninhalt der Zeitschrift bleibt jedoch auch weiterhin die Vorstellung ausgewählter Bauten in ausführlichen Dokumentationen. Dabei stehen die tragwerksrelevanten Punkte im Fokus und die Besonderheiten im Planungs- und Bauprozess werden beleuchtet. Oft kommen dabei die Tragwerksplaner selbst zu Wort und schildern die speziellen Herausforderungen. Schwerpunkt bleibt immer die Ingenieurleistung, die herausragende Bauwerke ermöglicht. Diesem Grundkonzept bleibt structure treu. Die enge Verknüpfung von Entwurf, Gestaltung und Tragwerk kennzeichnet weiterhin die Projektauswahl, ganz gleich ob es um reine Ingenieurplanungen oder die kollegiale Zusammenarbeit von Ingenieuren und Architekten geht. Dem vielfältigen Aufgabenspektrum für Bauingenieure angemessen, bleibt die Bandbreite groß – von Verkehrsbauwerken über Kraftwerke bis zu Kulturbauten oder Hochhäusern. Zusätzliche Anregung geben in jeder Ausgabe auch weiterhin Fachartikel zu speziellen, über alltägliche Fragestellungen hinausgehende Themen sowie Interviews oder Essays. In Zukunft wird structure noch öfter Einblicke in gelungene Projekte bieten, die fachliche Diskussion anregen und so auch Impulse geben für die eigene Tätigkeit der Leser.

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Logistik eines neuen Großbrückenbaus Logistics of a new large bridge building

Konferenzsaal mit weit gespannter Holzkonstruktion Conference room with wide wooden structure

Edition

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Konferenzsaal mit weit gespannter Holzkonstruktion Conference room with wide wooden structure

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Zeitschrift für Tragwerksplanung und Ingenieurbau Review of Structural Design and Engineering

Konferenzsaal mit weit gespannter Holzkonstruktion Conference room with wide wooden structure

Edition

2.18 bau und Ingenieurbau ngineering

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The journal structure seeks to highlight the important role of structural engineers in the success of challenging construction projects and underline their important contribution to architecture and the built environment. From 2018, structure will appear as an independent publication four times a year to present additional exciting projects and specialist articles. The increased frequency will allow the editorial team to widen its perspective and report even more extensively on interesting developments in structural engineering. However, the core content of the journal will continue to be the presentation of selected construction projects, complete with drawings, diagrams and detailed information. The focus will remain on aspects relevant to load-bearing structures and the special aspects of their design and construction. Structural engineers themselves will often take the opportunity to have their say and describe the special challenges of their pro-

jects. The emphasis will always remain on the work of the structural engineer in making possible these outstanding structures. structure will stay true to this basic concept. The choice of projects will still show the close interrelationship of design, architecture and structural engineering, and will include both works of purely structural engineering and the cooperative efforts of engineers and architects. The range of projects will be broad, reflecting the diverse field in which structural engineers operate – from transportation infrastructure to power plants, cultural facilities and high-rise buildings. Each issue will provide additional stimulation through specialist articles on specific topics dealing with commonly encountered issues, as well as interviews and essays. In future, structure will offer even more insights into successful projects that stimulate discussion and provide inspiration for the reader’s own activities.

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projects

projekte

Eisenbahnviadukt über den Almonte bei Cáceres Railway Viaduct over the Almonte River near Cáceres

Bauherr / Client: ADIF Alta Velocidad, Madrid Projektleiter / Project manager: Ignacio Meana (ADIF AV) Tragwerksplaner and Architekten / Structural engineers and architects: Arenas & Asociados, Santander IDOM, Madrid Projektteam / Project team: Guillermo Capellán, Héctor Beade, Emilio Merino, Javier Martinez, Ysabel Guil, Pablo Alfonso (Arenas & Asociados) Pascual García (Idom) Baufirmen / Contractors: FCC Construcción, Madrid Conduril, ES-Ermesinde Projektleiter der Baufirma / Contractor‘s project managers: David Arribas (FCC) Pedro Cavero (FCC) Bauleiter / Site manager: Pablo Jiménez Guijarro (ADIF AV)

Video zum Bauablauf / Video of construction sequence: www.structure-magazin.de/ 2-2017-almonte

Ansicht Maßstab 1:6000 Elevation scale 1:6000

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Personen- und Güterzüge überqueren auf der neu geschaffenen Verbindung von Madrid nach Lissabon unter anderem den Fluss Almonte bei Cáceres in der spanischen Region Extremadura. Das dafür errichtete Viadukt mit einer Länge von 996 m ruht auf 20 Brückenpfeilern im Abstand von jeweils 36 bis 45 m. Über den Fluss spannt mit 384 m der bisher größte Stahlbetonbogen der Welt für Hochgeschwindigkeitszüge. Jegliche Stützen im Flusslauf – auch temporäre für die Errichtung – mussten aufgrund von strikten Umweltschutzauflagen vermieden werden. Dies erforderte eine präzise Untersuchung verschiedener Brückenvarianten und deren Ausführung: Der Bogen erwies sich als effektivstes und zugleich ästhetisches Tragwerk. Die Fahrbahn des Viadukts ist ein Durchlaufträger mit beweglichen Auflagern auf den Pfeilern und einer festen Verbindung mit dem Scheitelpunkt des Bogens. Der Bogen übernimmt damit auch eine entscheidende Funktion bei der Abtragung der dynamischen Krafteinwirkungen durch die bis zu 350 km/h schnellen Züge. Die Errichtung der Bogenbrücke erfolgte von beiden Flussseiten mit auskragenden Bogensegmenten, die während des Bauprozesses über Zugseile gehalten werden mussten. Ständige Kontrollen während der Ausführung und im Betrieb über verschiedene Messinstrumente sorgen für eine langlebige, rissfreie und wartungsAO arme Konstruktion. Trains operating on the new Madrid–Lisbon line cross the Almonte River near Cáceres in Extremadura, Spain. The viaduct carrying them is 996 m long, spans 384 m over the river, has a deck supported on 20 piers 36 – 45 m apart and is the largest reinforced concrete arch in the world carrying high-speed trains. No part of the substructure – not even temporary works – could be located in the river because of strict environmental protection rules. This required a very detailed investigation of the various possible bridge types and how they could be constructed. The deck is designed as a continuous beam with sliding bearings on the piers and a fixed bearing at the arch crown. The arch performs all the critical functions in the transfer of the dynamic forces generated by trains travelling at speeds of up to 350 km/h. The arch was erected from both sides of the river as cantilevering arch segments supported by temporary cables.

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Guillermo Capellán Pablo Jiménez Guijarro Pascual García Die Autoren: Guillermo Capellán ist beratender Ingenieur und technischer Leiter des Büros Arenas & Asociados. Pablo Jiménez Guijarro ist technischer Projektleiter für das Baugebiet III der staatlichen spanischen Bahngesellschaft ADIF AV. Pascual García ist Ingenieur und technischer Projektleiter im Büro IDOM, Madrid. The authors: Guillermo Capellán is a consulting engineer and technical director at the Arenas & Asociados architectural and bridge engineering consultancy. Pablo Jiménez Guijarro is the engineering manager of construction area III for the Spanish national railway company ADIF AV. Pascual García is the civil engineering manager at IDOM consultancy, Madrid.

A statische Systeme: Änderung der Auflager während der Bauphase B Detail der Fundamentverankerung (Achse P16) Maßstab 1:500 C Konstruktionsphasen vor Errichtung des Bogens Maßstab 1:10 000 A structural systems: changes in the method of support during the construction phase B detail of the foundation anchorage (grid point P16) scale 1:500 C construction phases for the erection of the arch approach structures scale 1:10 000

Auswahl der Brückentypologie In der Anfangsphase des Projekts wurden mehrere Brückentypologien in einer detaillierten Machbarkeitsstudie analysiert und jeweils das Verhalten der Brücken während der Bauphasen und im Endzustand betrachtet. Die Brückenvarianten umfassten Schrägseilbrücken, sowie Rahmen- und Fachwerkträgerkonstruktionen mit unterschiedlichen Aufbauhöhen. Für die Bauphasenanalyse der Bogenbrücke wurden zudem verschiedene Optionen von auskragenden Bogensegmenten bis zu einem eingehobenen Mittelstück aus Stahl am Scheitel in Betracht gezogen. Nach der Analysephase erwies sich die Bogenkonstruktion als die wirtschaftlichste und zugleich die beste in Bezug auf Langlebigkeit und geringen Wartungsaufwand. Außerdem auch als diejenige, die den dynamischen Krafteinwirkungen und Windlasten am besten widerstehen würde. Der Fokus auf die Nutzungs-

Description of the structure elements The viaduct has a continuous, prestressed concrete box girder deck. It was constructed in situ using a movable scaffolding system. The superstructure is 14.0 m wide and carries two

Festes Auflager fixed bearing

Festes Auflager fixed bearing

Lösen des festen Auflagers release of the fixed bearing

Verschiebbares Auflager sliding bearing

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Selection of bridge type During the initial stages of the project, several alternative bridge types were analysed in a detailed feasibility study, which considered the behaviour of the bridge during erection and in its completed state. These alternatives included cable-stayed, skeletal frame and variable-depth truss deck solutions. Various forms of cantilever constructions and a central steel section lifted into place were among the options considered for the erection procedure. The multi-criteria analysis highlighted the concrete arch solution as the most economical, the best in terms of durability and maintenance, and the one that would perform best in resisting dynamic load effects and wind. This focus on service life prevailed during design and construction with the aim of creating an ouvrage d’art that will resist the passage of time with the minimum of maintenance. The choice of concrete, the arch geometry, the method of design and the specification of an erection procedure that would avoid cracking the concrete all contributed to achieving this ideal. The arch solution is the most appropriate in several respects: the long span, the constraints of the location, the elevated alignment, the presence of highly competent rock for the foundations and the special demands of high-speed rail (HSR) bridges. Railway bridges have to carry much greater traffic loads than road bridges, are subjected to greater dynamic loads caused by passing trains, as well as significant horizontal loads and fatigue effects.

Lösen des festen Auflagers release of the fixed bearing

Festes Auflager am Scheitelpunkt fixed connection at the crown of the arch

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dauer bestimmte den Entwurfsprozess und die Ausführungsphase mit dem Ziel einen Ingenieurbau zu schaffen, der über lange Zeit mit einem Minimum an Wartung auskommen wird. Hierzu tragen sowohl die Wahl des Baustoffs Beton und der Bogengeometrie bei, als auch die Entwurfs- und Berechnungsmethodik und die Planung eines Konstruktionsverfahrens, das Rissbildung im Beton vermeidet. Der Bogen ist dafür in mehrfacher Hinsicht am besten geeignet: die erforderliche große Spannweite, die begrenzenden Standortfaktoren, die Höhe und Weite des zu überspannenden Tals, das vorhandene tragfähige Felsgestein für die Fundamente und die Anforderungen an Brücken für Hochgeschwindigkeitszüge. Eisenbahnbrücken haben letztlich viel größere Verkehrslasten als Straßenbrücken zu tragen und sind größeren dynamischen und horizontalen Lasten durch vorbeifahrende Züge, sowie daraus resultierender Materialermüdung ausgesetzt. Beschreibung der Tragwerkselemente Das Fahrbahndeck des Viadukts ist ein Durchlaufträger aus vorgespanntem Stahlbeton und lagert auf mehreren Pfeilern mit achteckigem

HSR tracks. The arch has a hollow octagonal section in its central 210 m and was designed to have good aerodynamic properties. Its cross-section splits transversely into two inclined feet at the springers, increasing the stiffness of the structure in this direction. The piers and spandrel columns have a variable octagonal section. The deck is fixed at its junction with the crown of the arch. This transmits the horizontal braking and acceleration forces from the deck into the arch. During the construction process, the position of this fixed point and the bearings of the continuous beam deck varied (Fig. A). The arch, piers and abutments are founded directly on rock. The concrete foundations for the arch are benched into the rock and were constructed within temporary peninsulas higher than the anticipated maximum flood level in the river. Structural analysis and determining the ideal shape of the arch The design had to fulfil very stringent dynamic, serviceability and safety criteria. Given the type of structure, the construction method and the serviceability requirements, the complex calculations involved an iterative determination of an ideal antifunicular arch shape that took into account the dynamic amplifi-

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E D Vorschubgerüst des Durchlaufträgers E Fundamentverankerung D movable scaffolding system for the continuous beam deck E foundation anchorage

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Querschnitt. Die Brückenelemente wurden in Ortbeton mit einer Vorschub- bzw. Kletterschalung gegossen. Das Deck ist 14 m breit, trägt zwei Gleise und ist am Scheitelpunkt des Bogens fest mit diesem verbunden. Die Verbindung überträgt die horizontalen Bremsund Beschleunigungskräfte vom Deck in den Bogen. Während des Konstruktionsablaufs – vor Fertigstellung des Bogens – musste sich die Position des Fixpunkts und die Auflagerung des Durchlaufträgers mehrfach ändern (Abb. A). Der Bogen, ebenfalls aus Ortbeton mit veränderbarer Vorschubschalung, ist im mittleren Abschnitt über 210 m ein achteckiges Hohlprofil und wurde im Hinblick auf gute aerodynamische Eigenschaften entwickelt. Der Querschnitt teilt sich bei Achse P8 und P13 in zwei getrennte, sechseckige Profile um die Steifigkeit des Bogens in Querrichtung zu erhöhen. Der Bogen, die Pfeiler und die Kämpfer gründen direkt auf dem vorhandenen Fels. Die Betonfundamente für den Bogen wurden in den Fels abgetreppt und mithilfe von temporären Halbinseln errichtet, die höher lagen als der zu erwartende maximale Hochwasserstand des Flusses.

F–I Vorschubschalung des Bogens J Untersicht des Bogens und Abwicklung der Querschnitte durch den Bogen Maßstab 1:3000, 1:750 F–I travelling formwork for the arch J View of arch from below and sequential crosssections through the arch scale 1:3000, 1:750

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Analyse des Tragwerks und Optimierung der Bogenform Strenge Anforderungen hinsichtlich der dynamischen Belastungen, der Wartungsfreundlichkeit und Sicherheit bestimmten die Gestaltung der Brücke. Die Art des Tragwerks, die Konstruktionsweise und der wartungsarme Unterhalt setzten komplexe Berechnungen und eine iterative Bestimmung der idealen Bogenform voraus, die keine Seillinie beschreibt. Es folgte eine detaillierte Analyse der Bauabläufe und der dynamischen Krafteinwirkungen durch die Eisenbahnlasten, sowie eine nicht-lineare Modellierung des Grenzzustands der Gebrauchstauglichkeit der Brücke. Windkanaltests eines vereinfachten Modells bestätigten die Berechnungen in Bezug auf die Aerodynamik und das Verhalten der Brücke unter Windlasten.

cation of railway loading. Next followed a detailed analysis of the construction stages, nonlinear modelling of the serviceability and ultimate limit states and a detailed dynamic analysis. Wind tunnel tests on a reduced model confirmed the calculated performance of the structure in wind and the aeroelastic behaviour of the bridge. Construction Bridge construction began in July 2011 and the structure was ready for use by the end of 2016. Following completion of their foundations, the abutments and piers were constructed, the latter using climbing formwork. A movable formwork system supported the decks on both sides of the bridge during construction. The piers were tied back to anchors drilled and grouted into the rock to counterbalance the forces in the temporary cable stays supporting the arch cantilevers. These anchors were tested and monitored by instrumentation. The erection procedure for the arch was a cantilever method with cables stays attached to two temporary steel towers over the piers

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Konstruktionsphasen Der Bau des Viadukts begann im Juli 2011 und war bis Ende 2016 fertiggestellt. Nach Abschluss der Pfeilerfundamente, wurden die Kämpfer und Pfeiler errichtet. Eine bewegliche Schalungskonstruktion trägt die auskragenden Decks während der Bauphase der Brücke. Die Errichtung des Bogens erfolgte jeweils über eine Auskragung von beiden Uferseiten aus. Mit Abspannungen von zwei temporären Stahltürmen über den Pfeilern P6 und P15 wurden die beiden Auskragungen in Position gehalten. Anker wurden in den Fels gebohrt und verpresst, um die Kräfte aus den temporären Zugseilen aufzunehmen, die von den auskragenden Bogensegmenten auf die Pfeiler einwirkten. Die Anker wurden ständig mit Messgeräten überwacht. Der gesamte Bogen gliedert sich in 32 Segmente auf jeder Seite sowie den wichtigsten, zentralen Abschnitt des »Schlusssteins«. Für den Bogen wurde selbstverdichtender Beton (80 MPa) verwendet – eine besondere Mischung, die extra für die hohen Aushärtetemperaturen des Projekts entwickelt wurde. Die Errichtung des Bogens begann mit einer hochbeanspruchbaren Schalkonstruktion für das erste Segmentpaar auf jeder Seite. An dieses schloss die Vorschubschalung für die weiteren auskragenden Bogensegmente an. Die Vorschubschalung war sehr komplex, da sie die Anpassung an die sich verändernde

at the springers (P6 and P15), each following the same construction sequence. The arch is divided into 32 segments on each side plus the key central segment. It was constructed using 80MPa self-compacting concrete, a special mix designed for the potentially high setting temperatures on this project. Arch construction started with the erection of the first pair of segments on each side supported on heavy-duty falsework. Travelling formwork was then assembled and attached to these segments in order to begin the construction of the arch using the successive cantilever method. These travelling formwork units were very complex devices that allowed the variation of every single dimension to adapt to the changing arch shape. For seg-

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Schnitt durch den Scheitelpunkt des Bogens und Abwicklung der Bogenquerschnitte Maßstab 1:750 Konstruktionsphasen Errichtung des Bogens Maßstab 1:10 000 section through the crown of the arch and development of the arch cross-section scale 1:750 construction phases for the erection of the arch scale 1:10 000

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Bogenform und die unterschiedlichen Querschnitte ermöglichen musste. Für die Bogensegmente mit Gabelung wurden zwei Vorschubschalungen auf jeder Seite verwendet. Am Schnittpunkt der Gabelung (P8 und P13) konnten die Vorschubschalungen in jeweils einzelne Einheiten umgebaut werden, die schließlich am Scheitelpunkt des Bogens zusammentreffen. Die temporären Stahlmasten sind eigenständige Tragsysteme mit einer Höhe von über 50 m und einer gelenkigen Verbindung zwischen dem Fusspunkt und dem Deck. Die temporären Masten wurden liegend auf ihren Seiten montiert und anschließend in die vertikale Position aufgestellt. Mit der Fertigstellung des Bogens konnten die temporären Zugseile gelöst und die acht Pfeiler auf dem Bogen errichtet werden. Zum Schluss wurden die einzelnen Abschnitte des Decks über dem Bogen betoniert, jeweils symmetrisch von beiden Seiten bis zum Scheitelpunkt. Die Form des Bogens wurde während der Bauphase ständig überprüft, um sicherzustel-

M–N Errichtung der temporären Stahlmasten zur Abspannung der Bogensegmente O Konstruktionszeichnung des Fußpunkts der Stahlmasten Maßstab 1:100 P Bewehrungsplan Bogenquerschnitt mit temporären Anschlüssen der Abspannungen Maßstab 1:100 M–N erection of the temporary steel towers for tying back the arch segments O construction drawing of the base of the steel towers scale 1:100 P reinforcement drawing of the arch temporary connections for the tieback cables scale 1:100

ments 3 to 15, two travelling forms were used on each side to build the arch. Once the single-section part of the arch was reached (P8 and P13), their configuration changed into a single travelling form on each side to close the arch. The temporary steel towers constitute structures in themselves, rising to a height of over 50 m above the deck and pinned at their bases. The temporary towers were assembled on their sides, then rotated into the vertical position. Once the arch was closed, the temporary stays were released and disassembled to allow the 8 spandrel columns to be constructed on the arch. Then the sections of deck over the arch were constructed, starting from each side and progressing symmetrically towards the crown. The shape of the arch was monitored during construction to ensure that the bridge would function in accordance with the design. Precamber was applied to correct for the deflections due to the travelling formwork and the movement induced by tensioning the

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cable stays prior to casting each segment. The range of instrumentation for continuous monitoring included inclinometers, accelerometers, strain gauges, wind and temperature gauges etc. Recording these values allowed engineers to detect displacements or changes in the structure’s vibration frequencies and thus provide warnings of behavioural change or anomalies.

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len, dass die Brücke dem Entwurf entsprach. Eine leichte Überhöhung sollte Verformungen durch die Vorschubschalung und Bewegungen durch das Spannen der Zugseile vor dem Betonieren der Segmente ausgleichen. Die verwendeten Messgeräte für die kontinuierliche Überwachung der Konstruktion beinhalteten unter anderem Neigungsmesser, Beschleunigungssensoren, Dehnungsmessstreifen, sowie Wind- und Temperaturmessgeräte. Die Ingenieure überwachten mit den gesammelten Daten Maßabweichungen oder Veränderungen der Eigenschwingungsfrequenzen, damit mögliche Änderungen des Tragwerksverhaltens berücksichtigt werden konnten.

Conclusion The viaduct over the Almonte River presented a real challenge to its designers and constructors. It is notable for several reasons, not least its exceptional span, which makes it the largest railway bridge in Spain and the world’s largest concrete HSR arch bridge. The quality of its engineering design brought together structural efficiency, out-of-plane stability (as required by HSR deformation limits), improved response against cross-wind effects (verified in boundary layer wind tunnel tests) and aesthetics. Its environmental-friendly design will have lasting advantages in terms of durability and maintenance. The use of highperformance self-compacting concrete (HAC80), the complex erection procedure and the specific development of one-off temporary works, in addition to a complete control and monitoring system, were essential to ensure the success of the project.

Q Konstruktionsphasen nach Errichtung des Bogens Maßstab 1:10 000 Q construction phases for the erection of the arch deck scale 1:10 000

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Fazit Das Viadukt stellte eine echte Herausforderung für seine Architekten, Fachplaner und Konstrukteure dar. Nicht zuletzt durch seine außergewöhnliche Spannweite, die es zur größten Eisenbahnbrücke in Spanien und zur weltweit größten Betonbogenbrücke für Hochgeschwindigkeitszüge macht. Die Konstruktion vereint ein effizientes Tragwerk, die Einhaltung der geforderten Verformungsgrenzen quer zur Bogenebene, optimiertes aerodynamisches Verhalten gegen Windlasten und Ästhetik. Das umweltfreundliche Design weist zudem entscheidende Vorteile in Bezug auf die Dauerhaftigkeit und Wartung auf. Der Einsatz von selbstverdichtendem Hochleistungsbeton (HAC-80), der komplexe Konstruktionsablauf, die speziell entwickelten temporären Hilfskonstruktionen und darüber hinaus eine ständige Überwachung des Bauvorgangs haben wesentlich zum Erfolg des Projekts beigetragen.

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TGV-Bahnhof in Montpellier High-speed train station in Montpellier

Architekten /Architects: Marc Mimram Architecture & Associés, Paris Atelier Nebout, Montpellier Projektleiter/Team Manager: Guillaume André Projektteam / Project team: Martin Fougeras, Kévin Joutel, Martin Coulombe, Sergio Pauletto, Bertrand Tacquet, Maxime Lefranc, Stéphane Koegler Tragwerksplaner / Structural engineers: Marc Mimram Ingénierie, Paris Projektleiter/Team Manager: Michele Bonera Projektteam / Project team: Marcus Huebner Giorge, Michele Bonera Bauherr / Client: SAS Gare de la Mogere Generalunternehmer / General Contractor: François Fondeville, Montpellier

Weitere Informationen, Video / Further information, video: www.structure-magazin.de/ 2-2017-montpellier

Ein neuer auf das mediterrane Klima abgestimmter Bahnhofstyp entsteht im südfranzösischen Montpellier. Die außergewöhnliche Dachstruktur schafft eine angenehme räumliche und klimatische Atmosphäre im Inneren der Bahnhofshalle und überrascht die Besucher mit einer besonderen Lichtwirkung. Der Bahnhof wird von Hochgeschwindigkeitszügen frequentiert werden, die zwischen Paris, Marseille und Barcelona verkehren. Er liegt inmitten eines Entwicklungsgebiets am Rand der Stadt, am Übergang zur offenen Landschaft. Die weithin sichtbare Bahnhofshalle mit ihren großzügigen Spannweiten liegt über den Gleisen auf einer Plattform, die weite Ausblicke über die umgebende Landschaft bietet. Aufzüge und Rolltreppen führen von dort zur Gleisebene. Statt einer glasgedeckten Halle hatten die Planer um Marc Mimram einen Raum mit einem das Licht filternden und Schatten spendenden Dach zum Ziel. Hierfür entwickelten sie eine raffinierte, modular aufgebaute Struktur aus dünnen perforierten Betonfertigteil-Elementen, die zugleich räumliche, akustische und klimatische Anforderungen erfüllen und das Innere mit dem Spiel der Lichtreflexe am Boden beleben. »Palmes« (Palmblätter) nennen die Planer die gewölbten Dachelemente, und tatsächlich herrscht im Inneren der Bahnhofshalle eine Atmosphäre, die an den Aufenthalt unter einem schützenden Blätterdach erinnert. Mit Einfahrt der ersten Züge in den Bahnhof im Juli 2018 GA werden die Fahrgäste dies erleben.

A new type of railway station designed for the Mediterranean climate is being built in Montpellier, Southern France. Its unusual roof structure creates a pleasant space and climate inside the station and takes the visitor by surprise with a special lighting effect. High-speed trains travelling between Paris, Marseilles and Barcelona will make frequent stops at this station. It is located in the middle of a development zone in the transition between city and open countryside. The station hall, which can be seen from a great distance away, spans the wide expanse of the platforms and offers a raised podium with extensive views over the surrounding landscape. Lifts and escalators lead down from there to platform level. Instead of a glazed hall, the objective of the design team working around Marc Mimram was to create a space with a roof that would filter the light and provide shade. To achieve this they designed a refined, modular structure of thin, perforated, precast concrete elements that not only fulfilled the architectural, acoustic and climatic requirements but also brought the interior to life with an interplay of reflected light at floor level. The designers referred to the vaulted roof elements by the nickname “palms”, making reference to the feeling of being protected by a leafy canopy while waiting in the station hall. Station users will be able to experience this for themselves after the first train arrives in July 2018.

Lageplan Maßstab 1:25 000 Schnitte, Grundriss Maßstab 1:1000 site plan scale 1:25 000 sections, plan layout scale 1:1000

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Haupteingang Bahnhofshalle Gleiszugang Kiosk Kundendienst Verwaltung Mietfläche Gastronomie Transportbetriebe Fahrzeugverleih Gepäckaufbewahrung Warteraum Bahnsteig Straßenbahn

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main entrance station hall access to platforms kiosk customer service offices rental area food & drink transport operators car hire left luggage waiting room tram station

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1.30

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D

Marc Mimram, Michele Bonera Die Autoren: Marc Mimram ist Architekt und Bauingenieur und Gründer von Marc Mimram Architecture und Ingénierie. Michele Bonera ist Bauingenieur und war für die Tragwerksberechnung der Dachstruktur verantwortlich. The authors: Marc Mimram is an architect, structural engineer and the founder of the Marc Mimram Architecture & Ingénierie consultancy. Michele Bonera is a structural engineer and was responsible for the engineering design of the roof structure.

Ein komplexes Dachtragwerk Das Dach des neuen TGV-Bahnhofs besteht aus einer perforierten Betonstruktur aus 115 modularen, selbsttragenden FertigteilElementen aus weißem hochfestem Beton, den »Palmes«, die das Sonnenlicht filtern. Diese doppelsinnig gekrümmten Elemente bieten dauerhaften Schutz vor Sonne und Regen. Offene Fugen zwischen den Elementen sorgen für eine natürliche Belüftung der Halle. Gesamtstruktur Das Tragwerk des Bahnhofs setzt sich aus vier Hauptschichten zusammen: Die unterste Schicht ist die Stahlbetonstruktur des von der Eisenbahngesellschaft SNCF-R erstellten Sockelbereichs, deren Raster von 18 ≈ 19,45 m sich aus der Gleisverteilung ergibt. Die zweite Schicht besteht aus allen darüberliegenden Betonkonstruktionen mit der Plattform, die den Boden der Bahnhofshalle bildet. Dritte strukturelle Schicht ist das Stahltragwerk des Hallendachs. Das System aus verschweißten Stützen und Trägern bildet in beiden Gebäude-Hauptrichtungen Mehrfeldrahmen (5 Felder von 19,45 m in Längsrichtung, 2 Felder von 18 m und 36 m in Querrichtung). Die vierte, oberste Schicht der Struktur besteht aus den zwischen den stählernen Hauptträgern spannenden, modularen Dachelementen.

1.45

8.42

E

Complex roof structure The roof of the new HST station in Montpellier consists of a perforated concrete structure of 115 modular, precast “palm” units of white, ultra-high performance concrete (UHPC). These doubly curved elements offer permanent protection against the sun and rain. Open gaps between the elements allow natural ventilation of the hall. Overall structure The load-bearing structure of the station has four main layers: the lowest is the reinforced concrete plinth, which has a grid of 18 ≈ 19.45 m determined by the arrangement of the platforms. The second layer includes all the reinforced concrete constructions above the station hall floor. The third structural layer is a multi-span welded steel column and

A

Druck / Compression Vorspannung/ Taut Stress

B

C

28 project and process

∂structure 02/17

2.97

1.30

8.42

F

2.78

16.84

1.45

8.42 16.84

∂structure 02/17

A Querschnitt und Längsschnitt des Stahltragwerks als statisches System B Isometrie Stahltragwerk C Isometrie Dachelement mit Druck- und Zugzone D Vertikalschnitt Dachelement Typ 3 Maßstab 1:100 E Vertikalschnitt, Aufsicht Dachelement Typ 5 Maßstab 1:100 F Isometrie Auflagerkonsolen des Hauptträgers A cross and longitudinal section of the structural steelwork, static system B isometric of structural steelwork C isometric of a roof element showing compression and tension zones D vertical section of type 3 roof element scale 1:100 E vertical section, plan of type 5 roof element scale 1:100 F isometric of support brackets on main girder

projekt und prozess 29

5

0.07

1 2

0.98

0.24 3 4

0.36

G

2.42

Struktur der Dachelemente Die »Palmes« sind selbsttragende, über 16,84 m spannende Fertigteile aus Ultra-High Performance Concrete (UHPC). Sie bestehen aus einer zentralen Rippe mit variablem Querschnitt, die mit vier T15S-Kabeln vorgespannt ist sowie einer lediglich 40 mm dicken, doppelt gewölbten und perforierten Schale mit Randaufkantungen. Über verstärkte Auflagerpunkte an den vier Ecken der Elemente sind diese auf die Auflagerkonsolen der Stahlträger aufgesetzt. Die Elemente stellen statisch bestimmte Träger dar, ohne aussteiffende Funktion für die Gesamtstruktur. Sie besitzen feste unverschiebliche Auflager an einem Ende und längs verschiebliche Lager am anderen. Neben ihrem Eigengewicht nehmen sie Belastungen durch Wartung, Wetter (Wind, Schnee, Temperaturschwankungen) oder Erdbeben auf. Die extrem feingliedrige Struktur der Elemente erforderte die Entwicklung einer neuen UHPC-Zusammensetzung. Gemeinsam mit dem Hersteller wurde daher eine neue Rezeptur mit einem höheren Anteil an Edelstahlfasern entwickelt (Ductal B3 FI 1.75 %). Durch Kopplung der druckbelasteten Oberkanten mit der vorgespannten Unterkante

beam frames (5 spans of 19.45 m longitudinally, 2 spans of 18 m and 36 m transversely). The fourth structural layer is the modular roof elements spanning between the steel main girders.

1 UHPC (Ultra-High-Performance-Concrete) 40 mm 2 Aussparung 400/160 mm mit Glasabdeckung 3 Rippe UHPC 4 Vorspannelement mit 4 Litzen T15S 5 Aluminiumblech pulverbeschichtet 6 Dachelement UHPC 7 Riegel1200/600 mm verschweißt aus Stahlblech 50 mm 8 Bekleidung UHPC 9 Rahmenstiel 1400/810 mm verschweißt aus Stahlblech 65/55 mm 1 40 mm UHPC (ultra-highperformance concrete) 2 400/160 mm opening with glass cover 3 UHPC rib 4 pretensioned element with 4 No. T15S cables 5 aluminium plate, powder-coated 6 UHPC roof element 7 1200/600 mm beam welded out of 50 mm steel plate 8 UHPC cladding 9 1400/810 mm column welded out of 65/55 mm steel plate

H

I

30 project and process

Structure of the roof elements The palms are self-supporting precast units with a span of 16.84 m. They consist of a variable cross-section central rib prestressed by four T15S cables and a doubly curved and perforated shell with edge upstands and are only 40 mm thick. The four reinforced corner bearings of each roof element rest on support brackets attached to the steel girders. The palms behave as statically determinate beams with pinned bearings at one end and longitudinally sliding bearings at the other. They do not provide any stiffening to the overall structure. In addition to their self-weight, they also carry maintenance access, snow, wind, temperature changes and earthquake loads. The extremely delicately proportioned shape of the elements required the design of a new UHPC mix, which incorporated a high proportion of stainless steel fibres (Ductal B3 FI 1.75 %).

J

∂structure 02/17

7.00

6

5.98

0.60

0.40

7

0.61

0.10 0.29

9

8

0.14

0.81

8 1.20

K

c

c

über die dünne perforierte Schale bilden die »Palmes« gewölbte Vierendeelträger. Die stärker beanspruchten Enden der Schale sind weniger dicht perforiert. Eine Querrippe am First verhindert das Zusammenklappen des V-förmigen Querschnitts. Dadurch besitzen die Elemente eine hohe Steifigkeit. Ihre maximale Verformung unter Eigenengewicht einschließlich Kriechen beträgt 14,6 mm am First, und damit lediglich 1/1200 der Spannweite. Eine Analyse mit der Kalkulations-Software Sofistik ermöglichte, das nichtlineare Verhalten bei der Dimensionierung der komplexen Geometrie zu berücksichtigen und eine Rissbreiten-Beschränkung auf maximal 0,01 mm zu gewährleisten. Durch die hohe Dichte und geringe Porosität des UHPC sind die Elemente wasserdicht. Eingelegte Gläser verschließen die Aussparungen. Im Gesamtmodell der Dachstruktur mit den tragenden Stahlrahmen wurde eine maximale seitliche Verschiebung der Elemente durch seismische Belastung von +/- 28 mm ermittelt. Dies führte zur Festlegung der Fugenbreite von 70 mm. Unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit Über der Bahnhofshalle nimmt die Menge der Aussparungen der »Palmes« von Norden nach Süden ab, um den Licht- und Wärmeeintrag zu begrenzen. Auch nach Westen sind die Aussparungen weniger dicht verteilt, um die Nachmittagseinstrahlung zu verringern. So variiert der Perforationsgrad von 8 % im SüdWesten bis 25 % im Nord-Osten. Über dem außenliegenden Vorbereich sind die Elemente stärker und gleichmäßiger perforiert, um einen sanften Übergang ins Freie zu erreichen.

∂structure 02/17

cc

1.40

Connecting the compression-loaded top edge to the pretensioned bottom edge by the thin, perforated shell, allowed each palm to act as a vaulted Vierendeel girder. The more highly loaded ends of the shell have fewer perforations. A transverse rib at the ridge prevents the V-shaped cross-section from folding in on itself. As a result, the elements are very stiff. Their maximum deflection under selfweight including creep is 14.6 mm at the ridge, i.e. only 1/1200 of the span. The analysis using Sofistik took into account nonlinear behaviour in arriving at the design of the complex geometry of the system and allowed crack widths to be limited to 0.01 mm. The high density and low porosity of the UHPC ensures that the elements are waterproof. Glass inserts seal the openings in the palms. The model of the whole roof indicated that the structural steel frames would deflect a maximum of +/- 28 mm laterally under earthquake loads, from which the joint width of 70 mm was derived.

G

Vertikalschnitt Dach Maßstab 1:25 H, I Produktion, Auslieferung + Montage Dachelemente J Isometrie eines Dachfelds Jedes der fünf Dachfelder setzt sich aus vier Elementen unterschiedlicher Geometrie an beiden Enden sowie 15 identischen Elementen im mittleren Bereich zusammen K Vertikalschnitt Dachrand, Horizontalschnitt Stütze Maßstab 1:20 G

vertical section of roof scale 1:25 H, I production, site storage + installation of roof elements J isometric of a roof span each of the five roof spans consists of a group of four elements of different shapes at each end and 15 identical elements between the end groups K vertical section of roof edge, horizontal section of column scale 1:20

Varying degrees of transparency The number of transparent openings in the palms above the hall reduces from north to south, which limits the amount of light and heat admitted. In addition, the density of the openings is less on the west-facing parts to reduce the entry of afternoon sun. The proportion of transparent openings varies from 8 % in the southwest to 25 % in the northeast. The elements in the external roof projection over the forecourt are thicker and evenly perforated to create a gentle transition between indoor and outdoor lighting conditions.

projekt und prozess 31

Lärmschutzhalle am Flughafen Genf Noise Protection Hanger at Geneva Airport

A Architekten /Architects: WTM Engineers GmbH, Hamburg Stephan Köncke (Projektleiter) Tragwerksplaner Stahlbau / Structural engineer steelwork: WTM Engineers GmbH, Hamburg Stefan Ehmann (Geschäftsführer) Thomas Schadow Mitarbeiter / Team: Angela Hennings Lutz Lehmann (Innenakustik) Tragwerksplaner Massivbau / Structural engineer concrete: Thomas Jundt ingénieurs civils, CH-Carouge Thomas Jundt, Stephan Glarner Bauherr / Client: Internationaler Flughafen Genf Umweltmanagement und Akustik / Environmental management and acoustics GAC (German Airport Consulting), Hamburg Carsten Neumeier Hochbau / Structural engineering contractor: Sottas SA, CH-Bulle Tiefbau / Civil engineering contractor: Implenia, CH-Dietlikon

32 project and process

+18.125 +15.03

+10.57

+0.90

aa

Die neue Lärmschutzhalle auf dem Werftvorplatz des Genfer Flughafens ermöglicht seit 2016 den Triebwerkstest von Flugzeugen bis zu 36 m Spannweite ohne übermäßige Belastung der Anwohner. Solche TriebwerksStandläufe sind für bestimmte Wartungsarbeiten vorgeschrieben und erfolgen über den gesamten Leistungsbereich bis hin zu voller Schubkraft. Zu diesem Zweck wird das Flugzeug in der Halle mit Rückhaltevorrichtungen (Radschuhen) gesichert. Der Standort des Neubaus wurde so gewählt, dass angrenzende Werkhallen bereits einen Teil des Lärms abschirmen. Die Halle selbst umgibt das Flugzeug vollständig auf drei Seiten, muss aber in Längsrichtung durchströmungsoffen sein, um die Triebwerke mit der notwendigen Zuluft zu versorgen: 22 stehende kreisförmig gebogene Lamellen an der Hallen-

rückseite gewährleisten eine achsparallele, turbulenzarme Zuströmung ohne potenziell schädliche Querwinde oder Verwirbelungen. Zur Schalldämmung und -absorbtion sind die Lamellen ebenso wie sämtliche Innenflächen der Halle mit glaswollegefüllten Lochblechkassetten verkleidet. Über der gegenüber liegenden offenen Hallenfront nimmt ein kastenförmiger Dachaufbau das Seitenleitwerk der Flugzeuge auf. Um den offenen Querschnitt und damit den Lärmaustritt zu verringern, kann dieser Aufbau mit einem Falttor geschlossen werden. Vor der Gebäudefront wird während des Triebwerkstests ein 46 m langer hydraulisch versenkbarer Deflektorschild nach oben geklappt. Bei 45 Grad Neigung reduziert er den Lärmaustritt weiter und lenkt den heißen TriebBF werksstrahl vertikal nach oben um.

∂structure 02/17

Schnitte Grundriss Maßstab 1:750

a

sections floor plan scale 1:750

1 4 2

a

bb

8.49

6.90

5.00

5.00

5.00

79.71 5.00

5.00

5.00

5.00

5.00

5.00

5.00

5.00

4

b

5.00

5.00

5.00

3.075

5.40

56.95

2

3

5.00

b

1

5.40

3.075

5.00

5.00

5.00

5.00

9.32

B

The new noise protection hanger on the maintenance apron at Geneva Airport has allowed engines fitted to aircraft with wing spans up to 36 m to be tested without excessive noise load on the surrounding facilities and neighbours since 2016. These stationary engine tests are specified for certain types of maintenance tasks and cover the complete engine output range up to full thrust. During this work, the aircraft is restrained against moving in the hangar by special chocks. The location of the new building was specifically chosen so that the adjacent workshop would screen off some of the noise. The hangar fully surrounds the aircraft on three sides but must have openings in the longitudinal direction to supply the engines with air: 22 vertical, circu-

larly curved lamellae in the rear wall ensure that the air entering the hangar flows parallel to its longitudinal axis, is low-turbulence and without any potentially damaging crosswinds or vortices. The lamellae, like the rest of the interior surfaces of the hangar, are clad in glass-wool-filled perforated metal cassettes to insulate and absorb the sound. The front of the hangar has a box-shaped roof extension to accommodate the vertical stabiliser on the aircraft’s tail. To minimise the escaping sound, this tail box has a folding door. A 46 m long hydraulically operated deflector shield can be raised or lowered in front of the building for the period of the engine tests. When inclined at 45°, the shield reduces noise and directs the hot gases vertically upwards.

1 Zuström-Öffnung mit gebogenen Lamellen 2 Durchfahrt für ein Zugfahrzeug 3 Serviceräume 4 versenkbarer Deflektorschild A offene Hallenfront bei im Boden versenktem Deflektorschild B Hallenrückseite mit Lamellen und Durchfahrt C Seitenansicht mit den Diagonalverbänden der außenliegenden Tragkonstruktion 1 air inlet flow opening with curved lamellae 2 exit for towing tractor 3 technicians’ rooms 4 lowering deflector shield A open hangar front with deflector shield lowered into apron B back of hangar with lamellae and towing tractor exit C side elevation with the diagonal bracing of the external wall construction

C

∂structure 02/17

projekt und prozess 33

D

Axonometrie des Tragwerks im Bereich der drei primären Rahmen E Innenraum vor der Montage der Lochblechkassetten F halber Dachplan mit den diagonalen Auskreuzungsbändern G, H Knotenpunkt RahmenInnenecke

D

E 9.32

6.90

5.00

5.00

5.00

79.91 5.00

5.00

5.00

5.00

5.00

5.40 3.075 5.00 5.00 5.00

axonometric of the structure in the area of the three primary frames E interior before the installation of perforated metal cassettes F half-plan of roof with bands of diagonal cross bracing G, H joint at internal frame intersection point

8.49

D

F

34 project and process

∂structure 02/17

c HV_M24*100-10.9

2050 RRW300*300*8 BL197*5

0

BL450*30 BL450*5

0

26

0

RRW300*300*8

BL153*20 BL303*20

BL430*30 BL340*15

BL340*15

BL153*20

157

243 BL303*20 HV_M20*60-10.9 HEA260

30 BL943*

HEA260 HV_M20*60-10.9 BL943*30

BL270*15

HEA260

210

175

BL318*5

26

214

BL450*30 RRW300*300*8

BL500*30

BL318*5 BL249*20 HV_M20*70-10.9 ROR219*10

80 BL249*20 HV_M20*70-10.9 ROR219*10 BL249*20

108 125

HEA260 BL943*30

287 BL450*30 BL450*30 HV_M24*100-10.9

307

745

BL625*15

HV_M24*100-10.9

BL288*30

HV_M20*60-10.9 BL73*20

BL27

HV_M20*60-10.9 HEB240

1000

BL250*25 BL73*20

BL621*15

HEB240 5*25

HV_M20*60-10.9 HEB240

20

BL270*10

BL303*20 Détail 8 plan n° 42

BL450*30 BL450*5 BL450*30

BL275*25

280

BL82*20

BL250*25

cc

30

300

30

BL275*25 BL250*25

10

HV_M24*100-10.9 BL250*25

c

G

Tragwerkskonzept Die Gebäudehülle hat eine primär akustische Funktion und sollte im Inneren möglichst ungestörte Schallabsorptionsflächen aufweisen. Aus diesem Grund entschied man sich für ein außenliegendes Tragwerk und konnte so auch die Lasten der Wand- und Dachflächen minimieren. Zwei fast identische Rahmen mit 5m Trägerhöhe überspannen stützenfrei den rechtwinkligen 46,80 m breiten Bereich des Innenraums. Über dem konisch zulaufenden hinteren Teil ergänzt ein dritter, kleinerer Rahmen das Haupttragwerk. Alle drei bestehen aus verschweißten oder verschraubten Hohl-, Kasten- oder Walzprofilen und sind an den Fußpunkten in Fundamentstreifen eingespannt. 20 m lange Nebenträger tragen die Dachfläche aus Trapezblech. Diese räumlichen Fachwerktraversen mit dreieckigem Querschnitt bestehen aus geschweißten Rundrohren, die Untergurte aus Quadratrohr. Über eine Schraubverbindung sind sie in den Untergurt des Haupttragwerks eingehängt. Am hinteren Ende der Halle liegen die Traversen auf einem liegenden Rahmen auf, der die Lamellen an der Oberseite verbindet. An den Längskanten der Lamellen befinden sich Stützen mit einem Durchmesser von ca. 20 cm, die so einen Teil der Dachkonstruktion tragen. Die drei Rahmen steifen das Gebäude in Querrichtung aus. In Längsrichtung geschieht dies über Diagonalverbände in der außen liegenden seitlichen Wandkonstruktion. Die daran angehängten Betonplatten stehen auf dem Fundamentstreifen. In der Obergurtebene der Traversen steifen weiträumige Diagonalverbände aus Rundrohren die Dachfläche aus. Sie werden im Randbereich der Halle zu den inneren Rahmenecken geführt. Diese geometrisch aufwendigen Knotenpunkte sind aus Stahlblechen geschweißt und nehmen bis zu 12 unterschiedliche Stahlprofile auf.

∂structure 02/17

H

Structural concept The building envelope is there primarily for its acoustic function and therefore its interior surfaces had to be sound absorbing with as few interruptions as possible. For this reason, the engineers opted for an external load-bearing structure, which also allowed them to minimise the loads from the walls and roof. Two almost identical frames comprising 5 m deep trusses meeting at right angles span the 46.80 m wide part of the interior without intermediate columns. The conically tapering rear part has a smaller third frame as its main structural member. All three are fabricated from welded or bolted hollow, box or rolled steel profiles and are built into strip foundations. 20 m long secondary girders carry the steel trapezoidal profile roof panels. These transverse trusses have a triangular cross-section and consist of welded tubular hollow sections, with a bottom chord fabricated out of square hollow sections. The secondary girders are attached by a bolted connection to the bottom chords of the main girders. At the rear of the hangar, the transverse girders are supported on a horizontal frame that also connects the lamellae tops. 20 cm diameter columns between the long edges of the lamellae also carry part of the roof construction. The three frames stiffen the building transversely. Longitudinal stiffening is provided by diagonal bracing within the external sidewall construction. The concrete panels stand on the strip foundations and are self-supporting. Extensive diagonal bracing comprising tubular hollow sections in the plane of the top chord of the girders stiffen the roof panels. They transfer the forces from the extremities of the hangar to the internal frame corner joints. These geometrically complicated joints are welded out of steel plates and act as the intersection point of up to 12 different steel profiles.

projekt und prozess 35

Wasserkraftwerk Hagneck Hagneck Hydroelectric Power Plant

Tragwerksplaner and Architekten / Structural engineers and architects: Penzel Valier AG, Zürich / Chur Projektteam / Project team: Christian Penzel, Martin Valier, Tim Schäfer, Friedrich Tellbüscher (Projektleitung Architektur / Project management architecture) Bauherr / Client: Bielersee Kraftwerke AG, Biel Planung Kraftwerksanlage / Power plant design: BKW Energie, Bern

weitere Fotos / more photos: www.structure-magazin.de/ 2-2017-hagneck

Lageplan Flussmündung Maßstab 1:4000 site plan river channel scale 1:4000

1 altes Kraftwerk Hagneck 2 Oberwasserbrücke 3 Hagneckkanal (Oberwasser) 4 neues Kraftwerk Hagneck 5 Wehrbrücke 6 Bootstransportanlage 7 Bielersee (Unterwasser) 8 Fischtreppe 1 2 3 4 5 6 7 8

old Hagneck power plant upstream bridge Hagneck canal (upstream) new Hagneck power plant weir bridge boat transport system Lake Biel (downstream) fish ladder

36 project and process

Der im Jahr 1878 fertiggestellte Hagneckkanal bildet eine Verbindung zwischen der Aare und dem Bielersee und dient der Hochwasserregulierung im Berner Seeland. Rund 110 Jahre nach Inbetriebnahme des ersten, noch heute aktiven Wasserkraftwerks sollte anstelle eines alten Stauwehrs ein weiteres Flusskraftwerk an der Mündung des Kanals in den See entstehen. Hierfür definierte die Bauherrin, die Bielersee Kraftwerke AG, zunächst die anlagentechnischen Details (zwei Kaplan-Rohrturbinen rechtsseitig, 4-Feld-Wehr linksseitig, hydraulisch optimale Bauwerkskonturen) und lobte anschließend einen SIA-Gestaltungswettbewerb aus. Dem siegreich aus dem Verfahren hervorgegangenen Büro des Architekten Christian Penzel und des Ingenieurs Martin Valier ist es gelungen, die Anlage – zu der auch eine neue Oberwasser- und Wehrbrücke sowie eine neue Fischtreppe zählen – mit bemerkenswerter Sensibilität als kraftvoll inszenierte Landmarke in das natürliche Umfeld einzubetten. Zum Ausdruck kommt dies einerseits in der Verwendung eines Sichtbetons, dessen Oberflächenfarbe durch Beimischung von Farbpigmenten dem natürlichen Gestein der Umgebung entspricht. Wesentlich war andererseits aber auch die Entscheidung, die Wehrbrücke nicht auf die Wehrpfeiler aufzusetzen, sondern unterwasserseitig an deren Flanken auskragen zu lassen, gleichsam als Aussichtsplattform. So entsteht ein insgesamt relativ niedriges Bauwerk, das vom Kanal wie auch vom See aus betrachtet trotz seiner Massivität überaus grazil erscheint. Umgekehrt sorgt die Lage der Brücke dafür, dass der Augpunkt der Passanten und Radfahrer knapp über dem Wasserspiegel liegt, wodurch die Wucht der an manchen Tagen über die Wehre strömenden Wassermassen besonders gut erlebbar ist. Die oberwasserseitigen Brückenaufweitungen zwischen den Wehrpfeilern ermöglichen die Aufstellung und seitliche Abstützung von mobilen Schwerlastkränen, die dort von Zeit zu Zeit zum Unterhalt der Anlage benötigt werden. Das mit einer Kranbahn ausgestattete Maschinenhaus dient in erster Linie als Montage- und Servicehalle für Wartungsarbeiten an den Turbinen und Generatoren. Das Wasserkraftwerk kann von außen frei besichtigt werden. Zudem besteht die Möglichkeit zu Führungen durch RP das Gebäudeinnere.

Completed in 1878, the Hagneck Canal connects the Aare river and Lake Biel and is used to manage flood levels in the Bern area of Switzerland’s Seeland region. Around 110 years after the first hydroelectric power plant, which is still operating today, a second run-ofthe-river (ROR) plant is being built on the site of an old weir at the mouth of the canal, where it enters the lake. The client, Bielersee Kraftwerke AG, defined the technical requirements of the plant (two Kaplan axial turbines on the right, a four-channel weir on the left, and a hydraulically efficient profile) and issued a design competition held under the Swiss Society of Engineers and Architects (SIA) rules. The design submitted by architect Christian Penzel and engineer Martin Valier won the competition. The proposal – which also included new bridges, one upstream of the sluice channel and the other on the weir, and a new fish ladder– embedded this impressive landmark into the natural surroundings with remarkable sensitivity. One distinctive feature is the use of pigmented fair-faced concrete. Another was the decision to support the weir bridge on the downstream side walls of the weir channels, and have it cantilever forward to act as a viewing platform. So with this relatively low overall profile, the designers succeeded in creating a structure that, despite its massiveness, appears extremely graceful from the canal or from the lake. The viewpoint of crossing pedestrians and cyclists on the weir bridge is slightly above the upstream water level, which means they get a particularly good impression of the volumes of water flowing over the weir. The widened deck on the upstream side of the bridge between the weir piers allows access for mobile cranes to be set up from time to time to maintain the works. 3

2

6

4

5

1

8

7

∂structure 02/17

Schnitte Wehr / Turbine Grundriss Niveau + 12,65 (2. OG Maschinenhalle) Maßstab 1:1000

sections weir / turbine plan at level + 12.65 (2nd floor turbine hall) scale 1:1000

1 2 3 4 5 6

1 2 3 4 5 6

Eingangsbereich Besucherzentrum Luftraum Maschinenhalle Wehrpfeiler Wehrbrücke Widerlager Wehr

entrance area visitor centre headroom turbine hall weir piers weir bridge weir abutment

aa

bb

a

b 1

2

4

6

3

5

a

b

∂structure 02/17

projekt und prozess 37

Tosbecken

Zentrale

Wehr

Verzahnungsriegel überschnittene Bohrpfahlwand

Martin Valier Der Autor Martin Valier studierte am Technikum Chur Bauingenieurwesen unter anderem bei Jürg Conzett. Zuächst gründete er ein eigenes Ingenieurbüro und ab 2008 ein Architektur- und Ingenieurbüro zusammen mit Christian Penzel. The author, Martin Valier, studied civil engineering at Chur University of Applied Sciences under Jürg Conzett among others. He founded his own engineering consultancy and, in 2008, an architecture and engineering consultancy with Christian Penzel.

Grundriss Lagesicherung Schnitt Auftriebssicherung Maßstab 1:1500 plan horizontal supports section uplift supports scale 1:1500 Sicherung gegen Wasserdruck / support against water pressure Wasserdruck / water pressure vorgespannte Anker / pretensioned anchor Felsverzahnung / keying into rock Eigengewicht / self-weight Oberwasserspiegel / upstream water level

Der Neubau des Wasserkraftwerks Hagneck stellte an den Bauingenieur nicht die in der Regel übliche Herausforderung, ein Tragwerk mit möglichst minimalen Abmessungen unter weitgehend wirtschaftlichen Aspekten umzusetzen. Beim Kraftwerk Hagneck galt es vielmehr, ein massiges und schweres Bauwerk unter Wahrung hoher gestalterischer Anforderungen an den Rohbau zu entwerfen, zu planen und unter Einhaltung aller Vorschriften und Normen fachkundig umzusetzen. Die Bearbeitung erfolgte in enger Zusammenarbeit unter uns Architekten und Ingenieuren sowie den beteiligten Unternehmen, von den Anfängen des Wettbewerbskonzepts bis zur Inbetriebnahme der Wehranlage.

The new hydroelectric power plant at Hagneck did not present the engineers with the usual challenge of creating a structure that had to be as small and as economically efficient as possible. On the contrary, Hagneck needed to be much more: a massive and heavy structure planned and designed with a great deal of emphasis placed on the aesthetic qualities of the engineering works, whilst complying with all the applicable regulations and standards. It required a close partnership between architects and engineers and all the contractors involved from the start of the competition concept to final commissioning. Planning and design A comprehensive 3D model was used for the planning and design of the hydroelectric plant at Hagneck. All the works were integrated into the model, which resulted in hardly any errors during construction – in spite of complex geometric relationships between the individually completed sections, formwork requirements, reinforcement and the components of the plant itself. All measurements were based on absolute coordinates not relative dimensions. All specialist designers and companies had access to the 3D model, which they could download, edit and coordinate with others, while on site the images of the model helped interpret the complex formwork and reinforcement requirements (Fig. A) and in the visualisation of the various construction stages. Block planning was used to optimise the concreting sequence based on the readily accessible quantities information, so that the scheduled dates and budgets would be met. AAR susceptibility and coloured concrete The power plant design envisaged that the concrete should achieve the closest possible

Planung Die Planung des Wasserkraftwerks Hagneck erfolgte in einem umfassenden 3D-Modell. Darin waren alle Gewerke eingebunden, was eine nahezu fehlerfreie Ausführung ermöglichte – trotz komplexer geometrischer Zusammenhänge von Bauabfolgen, Schalungsvorgaben, Armierungen und Einlageteilen. Sämtliche Maße wurden nicht relativ, sondern über absolute Koordinaten vermittelt. Alle Fachplaner und Unternehmen konnten das 3D-Modell übernehmen, überarbeiten und koordiniert wieder einlesen, während sie auf der Baustelle von Modellbildern der komplexen Schalung und Bewehrung (Abb. A) sowie von Visualisierungen der Bauabschnitte profitierten. Anhand der jederzeit verfügbaren Massenermittlung ließ sich mittels Blockplanung zudem der Betonierablauf optimieren, sodass Termine und Kosten eingehalten werden konnten.

Mittlerer Seespiegel / mean lake level

38 project and process

∂structure 02/17

AAR-Beständigkeit und Einfärbung des Betons Der Kraftwerksentwurf sah vor, den Beton farblich so nah wie möglich an die natürlichen, beige- und ockerfarbigen Töne der umliegenden, landschaftsprägenden Molassefelsabbrüche aus Jurakalk anzugleichen. Hierzu schlugen wir im Wettbewerb einen Beton mit gebrochenem, beigem Kalkstein, Weißzement und Pigmentbeigabe vor. Nach dem Projektstart wurde jedoch klar, dass ein AlkaliAggregat-Reaktion(AAR)-beständiger Beton mit Weißzement und Kalkstein nicht herstellbar war. In einer aufwendigen Versuchsreiche konnte durch eine farblich helle und warme Zementsorte (CEM III-B) sowie eine minimale Beigabe von 1 % gelben und 0,5 % schwarzen Pigmenten der gewünschte erdige Farbton mit den lokal verfügbaren Zuschlagstoffen und der erforderlichen AAR-Resistenz erreicht werden. Anfängliche Bedenken bezüglich mangelnder Verarbeitungsfähigkeit des Betons bei einer Verwendung von CEM III-B haben sich nicht bestätigt. Im Gegenteil, alle Betonieretappen, viele mit hohen Sichtanforderungen, konnten im ersten Gang perfekt gegossen werden. Aufgrund der langsamen Abbindezeiten stiegen die Temperaturen selbst in den Massebauteilen mit Betonstärken von bis zu 300 cm zudem nie über 45 °C, sodass keinerlei Kühlmaßnahmen notwendig waren. Fundament Tosbecken Die Standstabilität des Tosbeckens (die unterwasserseitige Bodenplatte im Bereich des Wehrs) sollte zum Zeitpunkt der Planung über einen durchgehenden, in die Molasse eingebundenen Riegel sichergestellt werden, der gleichzeitig den Dichtschirm für den anliegenden Wasserdruck bilden sollte. Bei den Aushubarbeiten der ersten, linksseitigen Bauetappe tat sich im Bereich des zweiten Wehrfelds jedoch eine geometrisch ungünstige, 4 – 5 m tiefe, mit Kies verfüllte Auskolkung auf. Die Stabilität der Wehranlage wurde angesichts dieser Umstände über das als liegende Scheibe wirkende Tosbecken sichergestellt, das sich linksseitig mit der »gesunden« Molasse verzahnt. Rechtsseitig wurde das Tosbecken statisch bis unter die Zentrale verlängert und an diese »angehängt«. Die unteren Geschosse der Zentrale sind vollständig in die Molasse verankert. Die Ausbildung des Dichtschirms übernimmt eine mit 150 cm Durchmesser erstellte, überschnittene Großbohrpfahlwand mit knapp 12 m langen, mindestens 6 m in die unverwitterte Molasse eingebundenen Pfählen. An den Stellen im Bereich der Wehrpfeiler, an denen ein vertikaler Kurzschluss zwischen Tosbecken und gewachsener Molasse unterbrochen war, erfolgte die vertikale Lastabführung ebenfalls mittels Großbohrpfählen in gleicher Dimension.

∂structure 02/17

A 3D-Modell der Betonvolumen und Montageplatten aus Stahl B Schalungsbau Saugrohr C fertiges Saugrohr mit Turbine A 3D model of concrete components and steel mounting plates B suction tube formwork C completed suction tube with turbine

A

match in terms of its colour to the natural beige and ochre of the surrounding molasse rock outcrops of Jurassic chalk. In the competition, we proposed a concrete mix composed of crushed beige chalk aggregate, white cement and a pigment additive. After the project started, however, it became clear that it was not possible to manufacture a concrete resistant to alkali-aggregate reaction (AAR) using white cement and chalk aggregate. Following an extensive series of trials, we were able to find a warm and light-coloured cement (CEM III-B), which, with a minimum addition of 1 % yellow and 0.5 % black pigments, achieved the desired colour using the locally available aggregates and possessed the required AARresistance. Initial doubts about possible workability difficulties with this concrete incorporating CEM III-B cement were not confirmed in practice. On the contrary, all the concreting stages, many with high aesthetic requirements, were successfully poured without complications. Because of the long curing times, the temperature of the concrete never rose above 45 °C, even in the massive components up to 300 cm thick, which meant that no cooling measures of any kind were necessary. Stilling basin foundation At the time of the original design, the stability of the stilling basin (the weir’s downstream foundation slab) was to be ensured by a continuous concrete beam cast into the molasse, which would also act as the impermeable curtain to resist the upstream water pressure. However, during excavation of the first section (on the left-hand side in the area of the second weir channel), a geometrically unfavourable, 4 – 5 m deep, gravel-filled scour hole was found. The stability of the weir in this situation was achieved by spanning the stilling basin slab over this hole and casting it into the sound molasse rock on the left-hand side. On its right-hand side, the stilling basin was extended under and “suspended” from the power plant. The lower floors of the power plant are fully anchored into the molasse.

B

C

projekt und prozess 39

The impervious curtain is provided by a 150 cm diameter secant wall with 12 m long piles bored at least 6 m into the unweathered molasse. At the places in the area of the weir piles where the vertical connection between the stilling basin and the molasse bedrock is interrupted, vertical load transfer is continued by similarly sized large diameter bored piles.

Grundriss, Schnitt Oberwasserbrücke Maßstab 1:400 Schnitte Brückenkörper Maßstab 1:200 aa Widerlager Süd: festes Auflager bb Hohlkörper cc Widerlager Nord: verschiebliches Auflager dd Verlängerung hinter Widerlager Nord plan, section upstream bridge scale 1:400 bridge sections scale 1:200 aa south abutment: fixed bearing bb deck void cc north abutment: sliding bearing dd extension beyond north abutment

aa

Auftrieb an der Zentrale Die Sohle der Zentrale liegt rund 20 m (Normstauhöhe) unter dem maximalen Oberwasserspiegel sowie zwischen 9,5 m bis 13,2 m (minimaler/maximaler Seewasserstand) unter dem Seewasserspiegel. Bei wassergefülltem Einlauf und Saugrohr ist die Auftriebssicherheit im Betrieb durch das Eigengewicht des Bauwerks gewährleistet. Der kritische Auftriebslastfall war jedoch während der Inbetriebnahme abzudecken. Nur dann sind gleichzeitig beide Einläufe und beide Saugrohre leer, während die Auflast der beiden Turbinen und Generatoren noch fehlt. Trotz der Einbindung der Untergeschosse in die Molasse musste von einem Nachfließen des Stauwassers über Klüfte ausgegangen werden. Eine gleichzeitige Entspannung dieses Wasserdrucks in das Unterwasser ließ sich dabei jedoch nicht ansetzen. Es bestand somit die Gefahr, dass sich der volle Auftrieb des Oberwassers und damit etwa 20 m Wasserdruck aufbaut. Zur Abdeckung dieses Lastfalls wählten wir eine kombinierte Auftriebssicherung. Die Fundamentplatte der Zentrale wurde über eine umlaufend eingefräste Nut in der gewachsenen Molasse kraftschlüssig in alle Richtungen vergossen. Zur Sicherung der Reserven im ungünstigsten Auftriebslastfall kamen im inneren Feld der Zentrale 110, mit 400 kN vorgespannte und 11,5 m tiefe Felsanker (SWISS GEWI 43) zum Einsatz.

Uplift at the control room The foundation of the control room is around 20 m (normal head across the weir) below the maximum upstream water level and 9.5 –13.2 m (minimum/maximum lake water level) below the surface of the lake. With the inlet and suction tube filled with water, the self-weight of the structure is enough to provide the necessary safety factor against uplift with the turbines in operation. However, the critical uplift load case was found to be during commissioning. Only then are the two inlets and suction tubes empty, while there is yet no applied load from the two turbines and generators. In spite of embedding the lower floors into the molasse, it must be assumed that the water held back by the weir flows down through fissures in the rock. This water pressure cannot be assumed to be relieved before it flows into the downstream body of water. There is therefore the risk that the full uplift pressure of the upstream water, about 20 m head, will be developed. We selected a combined means of counteracting this uplift load case. The power plant foundation slab was cast into a continuous groove around its edge in the bedrock molasse to form a connection capable of resisting loads in all directions. To provide the reserve of resistance in the most unfavourable uplift load case, 110 11.5 m deep rock anchors (SWISS GEWI 43) pretensioned up to 400 kN were installed in the inner bay of the control room. Upstream and weir bridges The upstream bridge crosses the upstream channel at an angle of 45°. It has a span of 56 m and must be capable of carrying heavy machinery components weighing 90 t. At the slope side, the bridge is bolted into a

bb

cc a

b

c

d

a

b

c

d

dd

40 project and process

∂structure 02/17

∂structure 02/17

591

571

581 31

579

639 4

575

1.15

17

Spirale

10

64 39

679

575 104

Oberwasser- und Wehrbrücke Die Oberwasserbrücke quert den Oberwasserkanal in einem Winkel von 45°. Sie weist eine Spannweite von ca. 56 m auf und muss für die Anlieferung schwerer Maschinenteile mit 90 t befahrbar sein. Die Oberseite führt mit rund 3 % Gefälle von der Hangseite zur Zentrale hin, während die untere Kante des variablen Hohlkastens horizontal mit gleichbleibend 1,5 m Freibord über dem Wasserspiegel des Kanals verläuft. Hangseitig ist die Brücke in einem Fundamentkasten eingespannt, der seinerseits auf Gusspfählen im Untergrund gelagert ist. Auf der gegenüberliegenden Seite ist sie über das Widerlager hinaus 13 m frei auskragend. Diese Verlängerung erzeugt über dem beweglichen Lager ein hohes Stützenmoment, das das große Feld entspannt. Erst mit diesem Kunstgriff konnte der äußerst filigrane Brückenvollquerschnitt umgesetzt werden. Die Vorspannung ist in den V-förmigen Kastenquerschnitt integriert. Die Wehrbrücke quert das Kraftwerk vor dem Maschinenhaus und vor den Wehrpfeilern wie ein eingeschobenes Tablar. Sie dient als Wegverbindung und bei Unterhalt der Wehranlage als Stellfläche für 70-t-Autokräne mit 40 t Nutzlast und 360° Wirkungsfeld. Zur Oberwasserseite weist die Brücke im Bereich der Wehrfelder eine schützende und zugleich statisch wirksame Brüstung auf. Seeseitig tritt sie mit abgesenktem Rand und einer Stirnfläche von nur 35 cm sehr filigran in Erscheinung. Die Brücke ist in mehrere Felder geteilt, die jeweils mit drei Kabeln vorgespannt sind. Die Felder wirken als Zweifeldträger und werden mit der Brüstung, vor allem im wechselnden Lastfall des operierenden Drehkrans, gegen Verkippen stabilisiert.

48

6.41

48

ee

D e

e

foundation box, which in turn is supported on in situ concrete bored piles. The opposite end of the bridge cantilevers 13 m beyond the abutment. This cantilevering projection creates a high support moment at the sliding bearing, which relieves the sagging bending moment in the large span and allows an extremely slender prestressed bridge deck cross-section. The weir bridge provides a pedestrian route and the standing area for 70 ton mobile maintenance cranes. From the lake side, the deck appears to have a very slim profile, tapering down from the deepest part of its cross section to expose only a 35 cm deep edge. The bridge is divided into several lengths of deck, each of which is prestressed with three cables. Each deck acts as a twospan continuous beam and is prevented from tipping by the upstream balustrade, above all under the variable load case of the operating crane.

Wehrbrücke mit Lagern und Spannkabeln Querschnitt Maßstab 1:200 Horizontalschnitt Maßstab 1:400 weir bridge with bearings and prestressing cables cross-section scale 1:200 horizontal section scale 1:400

D Tosbecken ohne Wasser, darüber die Wehrbrücke D stilling basin, no flow, weir bridge above

projekt und prozess 41

Pfarrkirche St. Josef in Holzkirchen St. Josef Parish Church in Holzkirchen

Architekten /Architects: Eberhard Wimmer Architekten, München Projektteam / Project team: Eberhard Wimmer (Projektleitung / Project management), Claudia Cholewa, Tamara León-Arteaga, Markus Teichmann, Simon Schöffmann Tragwerksplaner / Structural engineers: Sailer Stepan & Partner, München Projektteam / Project team: Kurt Stepan, Peter Mestek (Projektleitung / Project management), Remigius Bachmann, Rüdiger Streich Bauherr / Client: Katholische Kirchenstiftung Holzkirchen, vertreten durch das Erzbischöfliche Ordinariat München Holzbauarbeiten / Timber construction: Holzbau Amann, WeilheimBannholz Johannes Wiesler (Projektleitung / Project management), Fredy Oberle Klaus Tröndle Holzbaustatik Sonderlösungen / Timber design special solutions: ZT Blumer, A-Graz Samuel Blumer Wolfgang Müll (Holzbau Amann)

Ein außergewöhnliches Holztragwerk prägt die Atmosphäre im Inneren der neuen Kirche St. Josef in Holzkirchen. Die Standsicherheit des 1962 entstandenen Vorgängerbaus war durch starke Baumängel gefährdet. Da eine Sanierung konstruktiv nicht möglich war, lobte der Bauherr einen Realisierungswettbewerb für die Überarbeitung des gesamten Pfarrzentrums und den Neubau der Pfarrkirche (400 Sitzplätze) mit Werktagskapelle (50 Sitzplätze) aus. Bereits die Auslobung enthielt den Wunsch nach einer Holzkonstruktion. Der siegreiche Entwurf des Architekten bildet eine offen einladende Gebäudegruppe, die den bestehenden Kirchturm einbezieht. Kirche und Kapelle stehen sich in Form unterschiedlich großer, geneigter Kegelstümpfe mit elliptischem Grundriss und Oberlicht gegenüber. Ein flacher verbindender Vorraum schließt an die Sakristei und einen überdachten Weg zum nördlichen Teil des Pfarrzentrums an. Der Kirchenraum drückt mit zentral angeordnetem Altar ein zeitgemäßes Liturgieverständnis aus. Die kegelförmige, außen mit Holzschindeln bekleidete Gebäudehülle umgibt ihn als Dach und Wand zugleich. Das Oberlicht und ein flaches Seitenfenster differenzieren als ebene Schnittflächen die Geometrie der Grundform und beleben den über 20 m hohen Raum mit einer spannungsvollen vertikalen und horizontalen Lichtführung. Mit der für März 2018 geplanten Weihe der Kirche erhält die Gemeinde einen Sakralraum mit besonderer Ausstrahlung. Seine Tragstruktur entstand in enger Zusammenarbeit von Architekt, Tragwerksplaner und Holzbaufirma. GA

An extraordinary timber structure defines the atmosphere inside the new St. Josef Church in Holzkirchen. Its predecessor, built in 1962, had become structurally unsound due to serious construction defects. Because refurbishment had been shown to be uneconomic, the client issued an architectural design competition for the redesign of the whole parish centre complex and the construction of a new parish church (400 seats) with a weekday chapel (50 seats). The competition documentation expressed a wish for a timber structure. The successful architect’s design envisaged an open, inviting group of buildings that incorporated the existing church tower. Church and chapel stand opposite one another and take the form of two differently sized and inclined truncated cones with an elliptical footprint and rooflight. They are linked by a flat roofed vestibule, which is connected to the vestry and a covered path to the northern part of the parish centre complex. The interior of the church expresses a contemporary interpretation of the liturgy with a centrally positioned altar. The conical building envelope clad on the outside with wooden shingles encloses the church’s interior and is both a roof and a wall. The rooflight and flat side window, as planar interface surfaces, differentiate themselves from the geometry of the building’s basic form and bring the 20 m high space to life with an exciting combination of light entering vertically and horizontally. After the dedication of the church, scheduled for March 2018, the community will have access to a sacred space with a special aura.

9 7 8 6 4 3 1

2

5

42 project and process

∂structure 02/17

Videos zum Bauablauf / Videos of construction sequence: www.structure-magazin.de/ 2-2017-holzkirchen

Lageplan Maßstab 1:3000 Schnitt ° Grundriss Maßstab 1:500 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Kirche Kapelle Foyer Sakristei Glockenturm (Bestand) Pfarrhaus (2. BA) Pfarramt (2. BA) Pfarrheim (2. BA) Pfarrsaal (Bestand)

aa

4 location plan scale 1:3000 section ° plan layouts scale 1:500

1

a

∂structure 02/17

3

2

a

1 2 3 4 5 6 7 8

church chapel foyer vestry clock tower (existing) rectory (2nd phase) parish office (2nd phase) parish community centre (2nd phase) 9 parish community hall (existing)

projekt und prozess 43

nal e Dia go Peter Mestek Der Autor ist Bauingenieur im Büro Sailer Stepan & Partner und war als Projektleiter für die Tragwerksplanung des Pfarrzentrums St. Josef in Holzkirchen verantwortlich.

Boge

n

2x Bl. 25x500x710 Ring 25

A Festlegung der Knotenpositionen B Detailschnitte Standardknoten Maßstab 1:20 C Vertikalschnitt Sonderknoten am Seitenfenster Maßstab 1:20 D Knoten mit Stahlzugstäben E Standardeinbauteil Stahl F Sondereinbauteil aus Furnierschichtholz Buche

Haupttragwerk der Kirche Die Kirche selbst besitzt einen elliptischen Grundriss mit einem Durchmesser von ca. 34,5 m und weist eine Höhe von 21,6 m auf. Den oberen Abschluss der Konstruktion bildet ein geneigtes Oberlicht aus einem schlanken Stahlträgerrost. Die aufgelöste, sichtbare Schalenkonstruktion wird aus stabförmigen

265

655

157 710

C

Two different structures Although the church and the chapel are both inclined truncated cones, their load-bearing structures are remarkably different. The main structural element of the chapel comprises glued laminated timber (GLT) beams running in the principal direction of fall of the cone sides and restrained by a flexurally stiff ring at the crown of the roof. The system is stiffened by wood-based board external cladding. At the large window opening, the beams are not supported on the ring foundation, but are connected to a parabolic, block-glued GLT arch. The arch’s horizontal deflection was calculated using a 3D analysis to design the components and their connections. The result was that GLT rings, flexibly stiff to resist transport loads, were attached at the beam third points to stabilise the main structure of the chapel. Church main load-bearing structure The church is elliptical in plan with a diameter of approximately 34.5 m and 21.6 m high. The structure is terminated at its highest point with an inclined rooflight constructed from a slender steel grillage. The dissolved, exposed

Diagonale

Bl d=25 Fl. 40x50

Ring

Bl. 20x410x655

310 Bl d=25

Fl. 10-40x50 Bl. 20x390x730

Fl. 10-40x50

Fl. 40x50

Bl d=25

on

410

ale

Fl. 40x 50 Bl. 20x410x655

Bl d=25 Fl. 10-40x50 250 30 10 85 30 10 315

3

Fl. 10-40x50

Diagonale

B

157

40

157

40

g Dia

3

325 80 55 4045 105

4x Rd 80

80

5

5

5020 70 70 2050

Ring

5

157

5

Fl. 40x50 Bl. 20x390x730

50 70 70 2050 20

A

25

Zwei verschiedene Tragwerke Obwohl Kirche und Kapelle beide die Form eines geneigten Kegelstumpfs besitzen, unterscheiden sich ihre Tragwerke deutlich. Die Hauptkonstruktion der Kapelle bilden in den Falllinien des Kegels verlaufende Brettschichtholzträger, die am First über einen biegesteifen Ring gehalten sind. Die Aussteifung des Systems erfolgt über eine außenseitige Beplankung aus Holzwerkstoffplatten. Im Bereich der großen Fensteröffnung, die erst in fortgeschrittener Planung hinzukam, lagern die Träger nicht auf dem Fundamentring auf, sondern sind an einem blockverleimten parabelförmigen Bogenträger angeschlossen. Die horizontale Nachgiebigkeit des Bogens erforderte eine räumliche Betrachtung des Tragverhaltens für die Dimensionierung der Bauteile und deren Anschlüsse. In der Folge wurden in den Drittelspunkten der Träger Brettschichtholzringe, die transportbedingt biegesteif gestoßen sind, zur Stabilisierung des Haupttragwerkes angeordnet (s. Schnitt aa).

The author is a structural engineer in the Sailer Stepan & Partner practice and was the project manager for the structural engineering design of the St Josef Parish Centre in Holzkirchen.

Bl. 20x410x655

245

10 30 85 10 30

245

Fl. 10-40x50 Bl d=25

44 project and process

∂structure 02/17

Brettschichtholzstreben erzeugt, die jeweils Dreiecke bilden und somit tragende und aussteifende Funktion übernehmen. Die Knotenpunkte der Dreiecke ergeben sich aus den Kreuzungspunkten der Falllinien des Kegels mit unterschiedlich geneigten Schnittebenen. Insgesamt entstanden somit ca. 350 Knotenpunkte, von denen in der Regel zwei die gleiche, gespiegelte Geometrie aufweisen. Die in den Schnittebenen liegenden elliptischen Ringe sind einteilige, gebogene und mit biegesteifen Montagestößen versehene Brettschichtholzträger. Im räumlichen Berechnungsmodell wurden die diagonal verlaufenden Streben zunächst als gelenkig angeschlossene Fachwerkstäbe berücksichtigt. Da sie überwiegend druckbeansprucht sind, wurden sie anschließend zur Optimierung der Anschlüsse als reine Druckstäbe mit Stabausfall bei Zugbeanspruchungen modelliert. Die konstruktive Lagesicherung der Diagonalen erfolgt über regelmäßig angeordnete Stahlzugstäbe, die in den Falllinien von Ring zu Ring spannen (Abb. D). Knotenausbildung Konsequenterweise erfolgte auch die Ausbildung der Knotenpunkte derart, dass die Normalkräfte der Diagonalen ausschließlich über Druckkontakt in die Knotenpunkte eingeleitet werden. Hierfür wurden bei den Regelknoten an der Ober- bzw. Unterseite der Ringe Stahlgrundplatten mit entsprechend angeschweißten Keilen angeordnet. An den Stirnflächen der Diagonalen wiederum wurde durch CNC-gesteuerten Abbund die Negativform der Stahlknoten erzeugt. Die Werkstattplanung durch die Holzbaufirma anhand eines 3D-Computermodells, das neben den Holzbauteilen auch alle Stahlbauteile und Verbindungsmittel beinhaltet, garantierte die erforderliche, sehr hohe Passgenauigkeit.

shell construction is composed of GLT struts, which form triangles and therefore fulfil stiffening and load-bearing roles. The corners of the triangles meet at nodes at the intersections of the fall lines of the cone with the differently inclined intersection planes. Thus the structure has approximately 350 of these nodes, which are normally a mirrored arrangement of two adjacent triangles. The elliptical rings within each intersection plane are onepiece, curved GLT beams with flexurally stiff joints. The diagonally running struts were initially idealised as members of a pin-jointed truss in the early 3D calculation model. However, they were predominantly loaded in compression and therefore later modelled as pure compression members that would fail under tension, in order to optimise the connections. The diagonals are kept in place by steel tie rods spanning between two adjacent rings at regular intervals and following the principal direction of fall lines. Node connection design As a result, the connections at the nodes could be designed to transfer the normal forces in the diagonals by contact pressure only. At the standard nodes, steel wedges were welded onto the steel baseplates on the top and bottom faces of the rings. The ends of the diagonals, on the other hand, were shaped to the

D

∂structure 02/17

A determination of the node positions B detailed section of a standard node scale 1:20 C vertical section through a special node at the side window scale 1:20 D node with steel tie rods E standard steel in-built node component F special beach LVL in-built node component

E

F

projekt und prozess 45

3171

789

30 30 30 30 30 30 25 152

25 30 30 30 30 30 30

77

227

71 2

863

73

519

3171

25 60 60 90

90 60 60 25

470

G

807

525

82

557

5

160

70 20 40 90

40

200

10

40

220

50

186

200

10 40

Die Grundplatten sind über Stahlzylinder, die die Ringe durchstoßen, miteinander verbunden. Dadurch werden die Kräfte der an der Knotenoberseite angreifenden Diagonalen an die unter dem Ring liegenden übertragen. Kräfte aus den Ringen werden über Vollgewindeschrauben in die Grundplatten der Knoten eingetragen. Aus gestalterischen und aus brandschutztechnischen Gründen – für das Tragwerk gilt die Brandschutzanforderung R30 – sind alle Anschlüsse verdeckt ausgebildet. Sonderlösungen Im Zuge der Werkstattplanung brachte die ausführende Holzbaufirma einen Sondervorschlag für geringer beanspruchte Knoten, vor allem im Bereich der oberen Ringe, ein. So konnten etwa 245 der Stahlknoten durch Formstücke aus Buchenfurnierschichtholz ersetzt werden, die eine weitgehende Vorfertigung in der Werkstatt erlaubten (Abb. E, F). Auch die Dachelemente wurden vorgefertigt, um Witterungseinflüsse während der Bauzeit zu minimieren.

46 project and process

7

200

150

150

15 20

H

150 150 10

50

100

150

88

550

G horizontal section of the roof with prefabricated vaulted elements acting as the subconstruction for the wooden shingle cladding scale 1:50 H detailed sections at base point scale 1:20

200 V ar iabe l 16 0-20 0

755

G Horizontalschnitt Dachaufbau mit vorgefertigten gewölbten Elementen als Unterkonstruktion für Holzschindelbekleidung Maßstab 1:50 H Detailschnitte Fußpunkt Maßstab 1:20

24 87 25

150

7

80

100

220 10

negative form of the steel connection surface by CNC machines. Fabrication drawings were produced by the timber construction company based on a 3D computer model containing not only all the timber components, but also all the steel parts and fastening materials, to ensure that the required extremely high degree of accuracy of fit was achieved. Steel cylinders through the rings connect the baseplates and transfer the forces from the upper to the lower diagonals. For aesthetics and fire protection – an R30 rating applied to the loadbearing structure – all the connection fittings were concealed. Special solutions The timber construction company submitted a special proposal for the upper, more lightly loaded nodes. This enabled 245 of the “steel” nodes to be replaced by prefabricated pieces of beech laminated veneered lumber (LVL). The roof elements were also prefabricated to minimise the possible effects of the weather.

∂structure 02/17

know-how

fachwissen

Der Boßlertunnel − optimiert im Bauprozess

The 8,806 m long Boßler Tunnel, which runs between portals at Aichelberg and Buch (Filstal valley) in the “Albaufstieg” section of the new Wendlingen − Ulm railway line, is the new line’s longest and most technically challenging. The two single-track, circular-section main tubes with a mean gradient of 24.3 ‰ are linked at 500 m intervals by 17 cross passageways and are being driven using a combination of conventional and tunnel boring machine (TBM) techniques. With a bore diameter of 11.39 m, it is one of the largest mechanically driven railway tunnels in Germany. The steep valley sides, ecological concerns and the ban on transporting materials in the Filstal were among the many reasons why the planning permission prohibited tunnelling operations in the valley. Therefore a 950 m long intermediate access tunnel connecting to the railway tunnel at km 44+500, was constructed at Umpfental to drive the two main tunnels.

The Boßler Tunnel − an optimised construction process

Oliver Fischer Der Autor ist Bauingenieur, seit 2009 Ordinarius am Lehrstuhl für Massivbau an der TU München und seit 2011 Mitinhaber und Vorstand der Büchting+Streit AG. Er ist Prüfingenieur für Standsicherheit, EBA-Prüfer / Gutachter für bautechnische Nachweise im Eisenbahnbau (Brücken- und Ingenieurbau, Tunnelbau) und u. a. eingebunden als Prüfer für den Boßlertunnel. The author is a structural engineer and Professor Ordinarius at the Chair of Concrete and Masonry Structures at the Technical University of Munich and Chairman of Büchting+Streit AG. He is a licensed verification engineer for structures / expert approved by the German Federal Railway authority (EBA) for certification of railway construction (bridges and engineering structures, tunnels) and, among other things, the approved expert for the Boßler Tunnel.

weitere Fotos / more photos: www.structure-magazin.de/ 2-2017-bosslertunnel

Der im Projektabschnitt »Albaufstieg« der neuen Bahnstrecke Wendlingen − Ulm zwischen den Portalen Aichelberg und Buch (Filstal) verlaufende Boßlertunnel ist mit 8806 m nicht nur der längste Tunnel, sondern zugleich eine der technisch anspruchsvollsten Maßnahmen dieser Neubaustrecke. Die beiden eingleisigen Hauptröhren mit einer mittlerer Steigung von 24,3 ‰ und kreisförmigem Querschnitt sind im Abstand von maximal 500 m durch insgesamt 17 Querschläge miteinander verbunden und werden sowohl konventionell als auch mit Tunnelvortriebsmaschine (TVM) aufgefahren. Mit einem Bohrdurchmesser von 11,39 m ist der Boßlertunnel der größte maschinell hergestellte Bahntunnel in Deutschland. Unter anderem wegen steiler Talflanken, ökologischer Bedenken und des ausgeschlossenen Materialtransports ins Filstal, ist gemäß Planfeststellungsbeschluss kein Tunnelvortrieb aus dem Filstal zulässig. Aus diesem Grund wurde zum Auffahren der beiden Haupttunnel der 950 m lange Zwischenangriff Umpfental vorgesehen, der bei km 44+500 in die Streckentunnel einbindet.

Geological conditions Starting from the northern portal at Aichelberg, the tunnel first cuts through brown Jurassic layers for about 6 km. Because the preliminary geological investigations had shown areas with very low rock strengths of only about 3 MPa (uniaxial compressive strength) and there being up to 280 m of deposits above the Boßler, the design had assumed that squeezing rock conditions and plastifying areas would be encountered at the excavation edge. Consequently, the use of conventional tunnel driving with a “flexible” construction (use of compressible elements) were envisaged in the critical areas instead of a TBM. On the remaining sections of tunnel, some karstification of the white Jurassic rock could be expected, mainly in the upper layers of Oxfordian 2 in the area of the southern portal at Buch. Therefore the tender called for the tunnels in these areas to be driven conventionally and lined with sprayed concrete (SCL). In the brown Jurassic rock, water pressures of up to 4 bar (extraordinary load case 6 bar), in the area of the white Jurassic up to 6 bar (most unfavourable 9 bar) were assumed. To separate the lower aquifers from one another and to prevent seepage along the tunnel linings, six radial grout curtains were installed along each tube.

Geologische Randbedingungen Ausgehend vom nördlichen Portal Aichelberg durchörtert der Tunnel auf einer Länge von ca. 6 km zunächst die Schichten des Braunjura. Nachdem die geologischen Voruntersuchungen in Teilbereichen sehr geringe Gebirgsfestigkeiten von nur etwa 3 MPa (einaxiale Druckfestigkeit) ergaben, wurde in Verbindung mit der bis zu 280 m hohen Überlagerung des Boßler mit druckhaften Verhältnissen bzw. mit plastifizierenden Bereichen am Ausbruchsrand gerechnet. Daher war in den kritischen

A

48 specialist know-how

Commissioned design When the design was commissioned in 2012, the proposal was that the tunnel would be mechanically driven with a TBM from the Aichelberg portal (km 39+720) to km 42+100 in single-shell construction with precast concrete tube segments, while the remaining 6.4 km up to the Buch portal would be constructed in SCL with an in situ concrete inner shell permanent support. The aim was to avoid driving the TBM through the critical areas (squeezing rock, Karst). Starting from the site compound

∂structure 02/17

ZA Umpfental Portal Aichelberg

Portal Buch

B

Bereichen zunächst ein konventioneller Tunnelvortrieb mit »nachgiebigem« Ausbau vorgesehen (Verwendung von Stauchelementen) und eine TVM-Durchfahrt dort ausgeschlossen. Auf der restlichen Tunnelstrecke können dann im Weißjura teilweise Verkarstungen auftreten, vor allem in den höherliegenden Schichten des Oxfordium 2 im Bereich des südlichen Portals Buch. Daher wurde in der Ausschreibung auch für diese Bereiche ein konventioneller Vortrieb in Spritzbetonbauweise (SBW) festgeschrieben. Im Braunjura ist von Wasserdrücken bis 4 bar (außergewöhnlicher Lastfall 6 bar), im Bereich des Weißjura von bis 6 bar (ungünstigst 9 bar) auszugehen. Um die unteren Grundwasserstockwerke voneinander zu trennen und eine Längsläufigkeit entlang der Tunnelschalen zu verhindern, werden aus beiden Röhren insgesamt sechs Abdichtungsbauwerke (Dammringe) mit radialem Dichtschleier hergestellt. Beauftragter Entwurf Die Beauftragung im Jahr 2012 sah zunächst vor, die Streckentunnel vom Portal Aichelberg (km 39+720) bis km 42+100 in maschineller Bauweise mit TVM und einschaligem Ausbau mit Tübbingfertigteilen aufzufahren, während die restlichen etwa 6,4 km bis zum Portal Buch in SBW mit Ortbeton-Innenschale als permanente Sicherung hergestellt werden sollten. Ziel war es, ein Durchfahren der TVM in den kritischen Bereichen (druckhaft, Karst) zu vermeiden. Ausgehend von der Baustelleneinrichtung in der Nähe der Raststätte Gruibingen wurde zu Beginn der Arbeiten zunächst der etwa 945 m lange, temporäre Zwischenangriff (ZA) Umpfental in fallendem Vortrieb mit 73 ‰ Neigung konventionell in SBW aufgefahren, der bei km 44+500 in einem großräumigen Verschneidungsbauwerk in die beiden Streckentunnel einbindet. Nach Fertigstellung der Hauptröhren wird der ZA Umpfental wieder vollständig verfüllt (Abb. F, G). Das maschinelle Auffahren erfolgt mit einer Maschine, die über unterschiedliche Vortriebsmodi verfügt. So kann der Vortrieb bei ausreichender Standsicherheit der Ortsbrust sowie günstigen hydrologischen Verhältnissen ohne Ortsbruststützung im »open mode« erfolgen. Bei Bedarf kann kurzfristig eine Druckluftstützung zugeschaltet oder auch auf den »closed mode« umgestellt werden, in dem durch einen konditionierten Erdbrei ein Stütz-

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near Gruibingen, work began on the 945 m temporary intermediate access tunnel at Umpfental, driving downhill at a gradient of 73 ‰ in SCL to connect to the two main tunnels at km 44+500 in an intersection gallery. After completion of the main tubes, the temporary tunnel was completely backfilled. The tunnels were bored with a machine capable of operating in a range of driving modes. This allowed tunnelling to proceed in “open mode” without support to the excavation face whenever it was adequately stable and hydrological conditions were favourable. Compressed air support could be switched on temporarily or the machine switched to “closed mode” operation, during which a conditioned earth pulp provided support. Driving started under the protection of the 13 m long start-up gallery with a conventional fixed rigid steel structure. During driving, the 120 m long TBM with 26 double jacks including the backup system pushes itself forward from the already installed segmental rings. After completion of the eastern drive, the machine was set up again to drive the western tube. Updated design (extended TBM drive) From the intersection gallery, work started using conventional construction (SCL) on the eastern tube with the first 47.70 m of the south

Wesentliche Beteiligte des Projekts Albaufstieg / Boßlertunnel: Leading contributors to the Albaufstieg / Boßler Tunnel project: Bauherr / Client: DB Projekt Stuttgart-Ulm GmbH: Jörg-Rainer Müller (Projektleitung / Project management ) Ausführende ARGE / Construction consortium: Arbeitsgemeinschaft Tunnel Albaufstieg (ATA) Porr | Hinteregger | Östu-Stettin | Swietelsky Ingenieurplanung / Structural engineering design: PTA Planungsgemeinschaft Tunnel Albaufstieg IC Consulenten | Laabmayr & Partner EBA-Prüfingenieure / Gutachter / EBA verification engineer / expert: Boley | Fischer | Streit – Prüfingenieure GbR Tunnelbautechnischer Sachverständiger / Tunnel engineering expert: Walter Wittke

A TVM mit Nachläufer am Portal Aichelberg in Startposition B Lageplan Gesamtprojekt PA 2.2 C Zielankunft der TVM am Portal Buch A TBM with back-up at the starting position, Aichelberg portal B site plan overall project phase 2.2 C TBM arrives at the destination, Buch portal

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druck erzeugt wird. Das Anfahren erfolgt im Schutz einer etwa 13 m langen Anfahrkaverne mit klassischer Stahl-Rücksteifkonstruktion. Beim Vortrieb stützt sich die einschließlich Nachläufer 120 m lange TVM mit 26 Doppelpressen auf den bereits eingebauten Tübbingringen ab. Nach Abschluss des östlichen Vortriebs wird die Maschine zum Auffahren der Weströhre umgesetzt.

D geologischer Längsschnitt (überhöhte Darstellung) E Erkundungsstollen mit Stauchelementen F Isometrie des Verschneidungsbereichs von Erkundungsschacht und -stollen G Verschneidungsbereich mit Kopf des Erkundungsschachts D geological longitudinal section (vertically exaggerated) E exploratory gallery with compressible supports F isometric of the exploratory adit/gallery intersection zone G intersection with the top of the exploratory shaft

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Fortgeschriebener Entwurf (verlängerte TVM-Fahrt) Ausgehend vom Verschneidungsbauwerk wurden für den östlichen Streckentunnel zunächst 47,70 m des Südvortriebs (in Richtung Ulm) und 731,20 m des Nordvortriebs (in Richtung Stuttgart) in konventioneller Bauweise (SBW) aufgefahren. Um die Grundlage für eine verlängerte, zeit- und kostensparende TVM-Fahrt zu schaffen, fand im Zuge der Bauausführung ein umfangreiches Erkundungsprogramm statt − mit dem Ziel, die bisher als druckhaft eingeschätzten Bereiche genauer aufzuschließen und so eine verbesserte Prognose des zu erwartenden Gebirgsverhaltens zu erhalten. Hierzu kam es einerseits zur Installation umfangreich ausgestatteter Messquerschnitte im Haupttunnel (fallender Nordvortrieb), um bei Annäherung an die Bereiche geringer Gebirgsfestigkeit das tatsächliche Trag- und Verformungsverhalten zu überprüfen und so wichtige Grundlagen für den Tunnelvortrieb nach der Beobachtungsmethode zu gewinnen. Andererseits wurden, ausgehend vom Verschneidungsbauwerk zwischen den späteren Hauptröhren, ein Erkundungsschacht (8,0 m Durchmesser, 49,50 m tief) sowie ein 26 m langer, mit Stauchelementen »weich« ausgebauter Erkundungsstollen aufgefahren (3,0 m Durchmesser), um im Braunjura vorauseilend die Schichten des Aalenium 2 (al2) genau zu erkunden, in denen die geringsten Festigkeiten zu erwarten waren. Zudem erfolgten aus den Erkundungsbauwerken umfangreiche Probennahmen und Laboruntersuchungen. Mithilfe der Ergebnisse aus diesen umfangreichen Erkundungen ließen sich sowohl das felsmechanische Modell als auch die Kennwerte des al2 in Richtung günstigerer Verhältnisse fortschreiben. Damit gelang der Nachweis, dass die Schildfahrt über km 42+100

drive (in the direction of Ulm) and for 731.20 m of the north drive (in the direction of Stuttgart). In order to be able to make the TBM drive as long and therefore as time- and cost-saving as possible, the contractor conducted an extensive exploration programme as work progressed with the objective of investigating the areas predicted to be squeezing rock and thus obtain an improved forecast of the expected rock conditions. This involved creating comprehensive measuring cross-sections in the main tunnel (downhill northern heading) in order to check the actual support and deformation behaviour as the machine approached the areas of low soil strength and obtain important parameters for the tunnel heading in accordance with the observation method. In addition, starting from the intersection gallery between the two future main tubes, an exploration shaft (8.0 m diameter, 49.50 m deep) and a 26 m long “flexible” exploration gallery (3.0 m diameter) with compressible support elements were constructed in order to explore the Aalenium 2 (al2) layers and more accurately determine in advance where the lowest strengths could be expected. The exploration shafts and galleries also provided a large number of field and laboratory test samples. Using the results from these extensive exploratory investigations, it was possible to make a more favourable assessment of the rock mechanics model and the parameters of the al2. The exploration programme proved that the shield passage could be extended beyond km 42+100 – and provided robust data for further design and construction. It also served to find out whether the ground conditions in the 400 m final section of the tunnel in white Jurassic strata would permit the passage to continue up to the Buch portal, although the use of a TBM there had been initially excluded. The actual degree of karstification in the Oxfordium 2 was extensively explored based on additional investigations (including two 350 m long horizontal boreholes with core recovery, starting from the entry cut at Filstal) and from geophysical measurements. In the end, mechanical driving was also approved in this area and the TBM reached the prepared target gallery at Buch portal after 18 months. The TBM moved on to the second, western tunnel tube and began excavation in April 2017.

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hinaus verlängert werden kann − zugleich lagen belastbare Grundlagen für die weitere Planung und Ausführung vor. Im Anschluss galt es zu klären, ob die Baugrundverhältnisse in dem etwa 400 m langen letzten Tunnelabschnitt im Weißjura eine Weiterfahrt bis zum Portal Buch zulassen würden, obwohl eine TVM-Fahrt dort zunächst ausgeschlossen war. Anhand zusätzlicher Untersuchungen (einschließlich zweier, etwa 350 m langer Horizontalbohrungen mit Kerngewinnung, ausgehend vom Voreinschnitt am Filstal) sowie durch geophysikalische Messungen wurde der tatsächliche Verkarstungsgrad im Oxfordium 2 umfassend erkundet. Schließlich kam es auch in diesem Bereich zur Zulassung eines maschinellen Vortriebs, und die TVM erreichte nach etwa anderthalb Jahren die vorbereitete Zielkaverne am Portal Buch. Nach der anschließenden Umsetzung der TVM begann im April 2017 die Herstellung der zweiten, westlichen Tunnelröhre. Einschaliger Tübbingausbau Im Schutze des Schildmantels erhalten die Röhren eine einschalige, 45 cm starke Tübbingauskleidung, in den Regelbereichen (Betongüte C 45/55, mittlere Tübbinglänge 2,0 m, Links- / Rechtsring, kleine TopfNocke-Verzahnung in der Ringfuge) mit einer 6+1 Ringteilung. Die Abmessung der Kontaktfläche beträgt in den Längsfugen 1,90 ≈ 0,22 m. Für die Festlegung des Außendurchmessers der Tunnelröhren von 10,94 m sind die zu durchfahrenden Bereiche mit ungünstigen Gebirgsformationen (dort: Betongüte C 50/60 und Erhöhung der Tübbingstärke auf 65 cm) maßgebend. In den Regelbereichen ergibt sich dadurch ein gegenüber den Anforderungen der Bahn vergrößerter Innendurchmesser von 10,04 m. Darüber hinaus wurde aufgrund der höheren Belastungen die Blechdicke am Schildschwanz der TVM auf 90 mm erhöht. Um den in Deutschland erstmalig ausgeführten Wechsel der Tübbingstärke von 45 auf 65 cm im Vortrieb durchzuführen, waren vorab eine Reihe von Fragestellungen zu lösen, unter anderem zur exzentrischen Pressenkraftdurchleitung und konstruktiven Ausbildung der Übergänge. Die Herstellung der Stahlbetonfertigteile erfolgt in einer Feldfabrik (mit

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Single-skin tunnel segment construction Under the protection of the shield, the singleskin, 45 cm thick precast concrete segment cladding is installed in the areas of standard tube construction (concrete class C 45/55, average segment length 2.0 m, left /right ring, small cam and plug interlock in the ring joint) in a 6+1 arrangement. The contact surface in the longitudinal joints is 1.90 ≈ 0.22 m. The calculated 10.94 m tunnel O/D in unfavourable soil conditions (here: concrete class C 50/60 and an increased segment thickness of 65 cm) determines the 10.04 m I/D in the standard construction sections, which is greater than the railway authority minimum. To allow the change in segment thickness from 45 to 65 cm during driving (for the first time in Germany), a few issues had first to be addressed, e.g. the eccentric jacking forces and the constructional details of the transition. The precast, reinforced concrete segments were manufactured on an on-site carousel production line near the Aichelberg portal. Special machines weld the bars into reinforcement ladders, which control the splitting forces in the concrete at the longitudinal and circumferential joints. The welded reinforcement cages are made using high-precision templates and lifted into the steel formwork. When openings are made in the tubes later

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1 ZA Umpfental 2 Aufweitung 3 Kreuzungsbauwerk (Kaverne, Höhe > 13 m, Teilausbruch) 4 Haupttunnel Ost (Südvortrieb: Richtung Ulm) 5 Haupttunnel Ost (Nordvortrieb, fallend) 6 Erkundungsschacht (Tiefe 49,50 m,  8 m) 7 Erkundungsstollen (Länge 26 m,  3,6 m)

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1 Access at Umpfental 2 widening 3 intersection works (cavern, height > 13 m, partial face advance) 4 eastern main tunnel, south heading: Ulm 5 eastern main tunnel, north heading, downhill 6 exploratory shaft (depth 49.50 m, 8 m) 7 exploratory gallery (length 26 m, 3.6 m) 4 1 2 3 5 6

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J H Ringbau im Schutz des Schildmantels I Tübbingherstellung: Bewehrungskorb in Schalung J Tübbinglager K Prinzip der TVM mit Schneckenförderung und Ringbau L fertiggestellter Tübbingausbau mit Baubetriebsinstallationen H ring installation protected by the shield I segment precasting: reinforcement cage in formwork J segment storage yard K principle of the TBM with screw conveyor and ring installation L finished ring construction with contractor’s operating equipment

Umlaufanlage) im Bereich der Baustelleneinrichtung am Portal Aichelberg. Die Tübbinbewehrung wird dort in automatisierter Fertigung bis zu einem Durchmesser von 14 mm vom Coil gezogen; das kraftschlüssige Verschweißen der Leitern zur Aufnahme von Spaltzugkräften an den Längs- und Ringfugen übernehmen spezielle Leitermaschinen. Nach Fertigstellung der Bewehrungskörbe in hochpräzisen Lehren werden diese zur Betonage in Stahlschalungen eingehoben. Beim nachträglichen Öffnen der Tübbingröhren zum Auffahren der Querschläge (die Herstellung dieser Verbindungsbauwerke erfolgt in Spritzbetonbauweise) kommen zur Übertragung der Lasten von den unterbrochenen in die benachbarten ungestörten Ringe Sondertübbings mit speziellen großformatigen Schubdübeln zum Einsatz. Um in Ergänzung zu den Berechnungen und dem geodätischen Monitoring genauere Aussagen über die tatsächlichen Beanspruchungen und die inneren Schnittgrößen der Tübbingschale zu erhalten, wurden die hochbelasteten Bereiche neben den späteren Querschlagsöffnungen mit zusätzlichen Sensoren (z. B. Schwingsaitenaufnehmer) ausgestattet und die Messergebnisse ab dem Einbau der Ringe lückenlos aufgezeichnet. Ringspaltverfüllung Der verfahrensbedingte, etwa 20 cm starke Ringspalt zwischen Tübbingausbau und Gebirge wird mit einem Ringspaltmörtel gemäß der Richtlinie 853.4005 der DB Netze verfüllt. Die Verfüllung erfolgt kontinuierlich während des TVM-Vorschubs über Verpresslisenen, die im Schildschwanz der Maschine integriert sind. Zur kraftschlüssigen Verfüllung des Ringspalts sowie zur Erzielung einer ausreichenden Bettung kommt am Boßlertunnel erstmals in Deutschland ein 2-Komponenten-Ringspaltmaterial zum Einsatz, bei dem die Mörtelkomponente erst unmittelbar beim Einpressen in die Lisenen mit dem Härter vermischt wird. Diese vor allem international zunehmend eingesetzte Lösung bietet gerade bei maschinellen Festgesteinsvortrieben Vorteile, da sich ein schnelles Ansteifen der Verfüllung (sehr kurze Gelzeit) zielsicher steuern lässt. Zugleich können dadurch die Aufschwimmneigung reduziert, die Nachläuferlasten besser aufgenommen und die Gefahr einer Umläufigkeit von Ringspaltmaterial zur Ortsbrust wesentlich verringert werden. Kavernendurchfahrt Aufgrund der projektbegleitenden Untersuchungen und der nachträglichen Verlängerung der Schildfahrt war zu klären, wie die TVM den rund 800 m langen Tunnelabschnitt durchfährt, der − ausgehend vom Kreuzungsbauwerk der östlichen Hauptröhre mit dem ZA Umpfental − bereits mit Spritzbetonsicherung hergestellt wurde. Ursprünglich war

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for the SCL crossovers, the loads are transferred from the incomplete rings into the neighbouring intact rings by special large shear dowels. Additional sensors (e.g. vibrating wire sensors) were installed to provide more accurate information about the actual loads and the stresses within the tunnel segments in the highly loaded areas near the crossovers and complete measurement data from the installation of the rings onwards. Filling the annular gap The 20 cm wide annulus between the precast tunnel segments and the excavated soil face is filled with grout in accordance with Guideline 853.4005 issued by DB Netze. Grouting is performed continuously through grouting ducts integrated into the shield tail as the TBM moves forward. The two-component grout provides an effective bedding and transfers the forces between the segments and the excavated soil face. The mortar component and the hardener do not mix in the ducts until immediately before grouting. Used here for the first time in Germany, this solution is increasingly popular internationally for mechanical excavation in solid rock and is advantageous because the grout hardens rapidly to keep the segments in place and the tunnel on course. It also reduces the tendency of the lining to float, accommodates the back-up system loads better and considerably reduces the risk of the grout flowing into the excavation face. Intersection gallery heading To achieve an even annular gap, precise alignment of the machine and a guarantee of adequate resistance in all operating circumstances (e.g. the required compression force necessary to prevent the sealing profile relaxing), the crown and bench were re-profiled with a layer of sprayed concrete (clear diameter ≤ 11.20 m). Two guide channels (S49 profile) were built into the rock in the invert and then the ground made up with 4.50 m of suitable fill (“rock fill”). Further measures were required at the crossovers and the intersection gallery area (backfilled ahead of the TBM). In March 2016, the eastern main tunnel breakthrough into the prepared cavern at Umpfental was made after 4,500 m of excavation and the installation of 2,227 tunnel segments.

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vorgesehen, die Maschine durch diesen mit vergrößertem lichten Durchmesser von etwa 11,70 m aufgefahrenen Bereich durchzuziehen. Letztlich wurde die Planung jedoch so angepasst, dass auch dieser Abschnitt bei kontinuierlicher Verlegung von Tübbingringen mit TVM selbständig durchfahren wird. Im Sinnes eines gleichmäßig definierten Ringspalts, einer präzisen Maschinenführung und der Gewährleistung eines ausreichenden Widerstands in allen Betriebszuständen (z. B. im Hinblick auf die erforderliche Anpresskraft zur Vermeidung des Aufatmens der Dichtprofile), erhielten die Bereiche der Kalotte und Strosse zunächst einen Profilspritzbetonauftrag (lichter Durchmesser ≤ 11,20 m). Zudem wurden im Sohlbereich zwei Führungsschienen (Profil S49) eingebaut und anschließend auf einer Höhe von etwa 4,50 m ein geeigneter Ersatzboden (»Ersatzfels«) eingebracht. An den Querschlägen sowie im Bereich des Kreuzungsbauwerks (vollständige Verfüllung des gesamten Hohlraums vor der Durchfahrt) waren zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Im März 2016 wurde in der östlichen Hauptröhre nach etwa 4500 m Vortrieb bei Tübbingring 2227 der Durchschlag in die vorbereitete Kaverne Umpfental erreicht. Besondere Fragestellungen, Untersuchungen Die theoretischen und numerischen Analysen wurden durch umfangreiche Messungen und experimentelle Untersuchungen wirkungsvoll ergänzt, um rechnerische Ergebnisse zu verifizieren, aber auch um die erforderlichen Grundlagen für den Vortrieb nach der Beobachtungsmethode zu liefern. Neben den Erkundungen zum Baugrund zählen hierzu beispielsweise die am Materialprüfungsamt der Technischen Universität München durchgeführten Belastungsversuche zur Tragfähigkeit und Teilflächenpressung in den Tübbinglängsfugen, zum Tragverhalten der Dübelverbindungen in den Querschlagbereichen (gemeinsam mit der UniBwM), zu den mechanischen Eigenschaften und zur Dauerhaftigkeit des Ringspaltmaterials sowie zum Brandverhalten der Tunnelschale (Durchführung der Brandversuche an der MFPA Leipzig). Ergänzend zu den üblicherweise durchgeführten Brandversuchen am einzelnen Prüfkörper wurden dabei erstmals zusätzlich die Tübbingfugen untersucht und so neben dem Brand- und Abplatzverhalten auch die sich einstellende Temperatureindringung im Fugenbereich kontinuierlich aufgezeichnet. Die ausgeführten Tübbings erhalten mindestens 1,2 kg/m3 Polypropylen (PP)-Fasern. Der Boßlertunnel ist geprägt von anspruchsvollen geologischen und hydrologischen Verhältnissen, von innovativen Lösungen und verschiedenen baubetrieblichen und technischen Anpassungen und Optimierungen in der Bauausführung. Erste Zugreisende werden den Tunnel voraussichtlich 2021 befahren.

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Special problems, testing and investigations The theoretical and numerical analyses were effectively augmented by extensive measurements and experimental investigations to verify the calculated results and to supply the required base data for excavation using with the observation method. Several other measures were taken, such as tests by the TUM to investigate load capacity and contact pressures in the longitudinal joints between the segments, the loading behaviour of the dowelled connections at the crossovers (with the UniBwM), the mechanical properties and durability of the annular gap grouting material and the fire behaviour of the tunnel lining. Fire tests were performed on individual test specimens and – for the first time – on the segment joints. The fire and displacement behaviour and the heat penetration at the joints were continuously recorded by fire testers MPFA Leipzig. The precast segments incorporated at least 1.2 kg/m3 polypropylene (PP) fibres. The Boßler Tunnel is special because of the challenging geological and hydrological conditions, and the innovative solutions, diverse practical and technical optimisations made during its construction. The first trains are scheduled to pass through the tunnel in 2021.

weiterführende Informationen / more information: Fischer, O., Behnen, G., Nevrly, T.: Besondere Fragestellungen und Innovationen im Tunnelbau am Beispiel des Boßlertunnels /Albaufstieg (NBS Wendlingen – Ulm). In: Tagungsband zum 5. Münchener Tunnelbausymposium, UniBwM / STUVA (Hrsg.), 2016, S. 57– 68 http://bahnprojekt-stuttgartulm.de/aktuell/

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fachwissen 53

Rückbau von Großbrücken. Eine Ingenieursaufgabe! Demolishing major bridges. A job for engineers!

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Der Rückbau von Talbrücken in beengten Tälern oder in unmittelbarer Nähe zu unter Verkehr stehenden Überbauten erfordert neue Konzepte für den Rückbau. Analog zum Neubau müssen die Rückbauzustände ingenieursmäßig untersucht und die Standsicherheit sicher nachgewiesen werden. Für Bauingenieure ergeben sich hier neue Herausforderungen, die innovative Lösungsansätze und kombinierte Nachweise aus rechnerischen und experimentellen Untersuchungen verlangen.

Gregor Schacht, Ludolf Krontal Gregor Schacht ist Bauingenieur und seit 2014 im Ingenieurbüro Marx Krontal in Hannover tätig. Er ist im Büro als Projektleiter verantwortlich für die Planung des Rückbaus der Lahntalbrücke in Limburg. Ludolf Krontal ist geschäftsführender Gesellschafter des Ingenieurbüros Marx Krontal. Das Büro hat seine Schwerpunkte in der Brückenbauplanung im Bestand und im Neubau. Herr Krontal ist Preisträger des Brückenbaupreises 2012 für die Scherkondetalbrücke.

Leistungsfähige Infrastruktur Der Wirtschaftsstandort Deutschland ist ganz entscheidend abhängig von einer zukunftsfähigen Infrastruktur auf Schiene, Straße und Wasser. Für die deutschen Autobahnen heißt das vor allem einen Ausbau der vorhandenen Strecken und die Verbreiterung durch zusätzliche Fahrspuren. Die Bestandsbrücken sind dabei Engstellen, für die eine einfache Spurerweiterung nicht möglich ist. Da die Tragwerke zudem nicht für die heutigen Lastansätze ausgelegt sind, müssen diese in der Regel durch Neubauten ersetzt werden. Befindet sich eine Talbrücke in exponierter Lage bzw. in Naturschutzgebieten, oder queren weitere Verkehrswege bzw. Flüsse, ist ein konventioneller Rückbau durch Sprengung im Allgemeinen ausgeschlossen. In solchen Fällen kommen Traggerüste zum Einsatz, wie sie bisher nur für den Neubau von Brücken eingesetzt wurden. Insbesondere der Einsatz von Vorschubrüstungen hat sich bei hohen und langen Talbrücken als besonders effektiv und geeignet erwiesen.

Gregor Schacht is a structural engineer and has worked for consulting engineers Marx Krontal in Hanover since 2014. He is the project manager responsible for planning the demolition of the Lahntal Bridge in Limburg. Ludolf Krontal is the managing partner of Marx Krontal consulting engineers. The office specialises in designing bridgeworks on existing and new bridges. Ludolf Krontal was awarded the Bridge Building Prize 2012 for the Scherkondetal Bridge.

weitere Fotos / more photos: www.structure-magazin.de/ 2-2017-rueckbau

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Der Umgang mit dem Bestand bei der Rückbauplanung Der Rückbau und die Nachrechnung von Brückentragwerken ist eine Aufgabe des Bauens im Bestand. Die Bewertung der Standsicherheit in den verschiedenen Rückbauzuständen erfolgt auf Grundlage einer intensiven Analyse der Bestandsunterlagen und durch eine qualifizierte Bestandsaufnahme vor Ort. Für die Bewertung bestehender Spannbetonbrücken sind zudem ein Verständnis der entwicklungshistorischen Besonderheiten und der »Kinderkrankheiten« des damals jungen Spannbetonbaus erforderlich. Dazu sind Kenntnisse über das Bauverfahren, das Baujahr, die damals gültigen Vorschriften und Rechenmodelle, die vielfältigen Spannsysteme

The demolition of bridges over narrow valleys or close to superstructures carrying traffic requires new demolition concepts. As with new bridges, the structure to be demolished must be investigated, analysed and its structural stability verified. For structural engineers, this presents new challenges that demand innovative approaches and a combination of computer analyses and experimental investigations. Efficient and viable infrastructure Germany’s economic success is crucially dependent on having a viable railway, road and water infrastructure. In the case of German motorways, this mainly involves extending and widening the present road network. Existing bridges complicate road widening. Because these structures were not designed for today’s loading requirements, they are usually replaced by new ones. However, conventional explosive demolition is ruled out for bridges over valleys, in nature conservation areas or crossing other transport routes or rivers. In these cases, engineers employ the sort of temporary support structures that were earlier used only for the construction of new bridges. Launching girders are particularly effective for the demolition of long bridges over deep valleys. Incorporating the existing structure into the demolition plan The demolition of bridgeworks is very much like building within the fabric of an existing building. The stability of the structure in the various states of demolition is determined from record drawings and expert on-site assessments. Engineers must understand the development of bridge design and the “childhood illnesses” of early prestressed concrete structures. They must know the method and date of construction, the then applicable design codes and calculation models, the diverse range of stressing systems and their constructional details. Any changes to the existing structure or repair works must be incorporated into the final demolition plan. The engineer must think “backwards” in order to arrive at demolition states in which the existing cross sections and reserves of strength are structurally adequate.

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sowie ihre konstruktiven Details unabdingbar. Auch müssen die Zustandsentwicklung des Bestandstragwerks oder durchgeführte Instandsetzungsarbeiten recherchiert und gegebenenfalls in der Planung berücksichtigt werden. Ziel ist eine Einschätzung von Vorschädigungen, Schwächungen oder Tragreserven der Brücken, die einen planmäßig statisch stabilen Tragwerksrückbau in allen Bauzuständen gewährleistet. Anders als beim Neubau, muss der Ingenieur hier »rückwärts« denken, um entsprechende Bauzustände zu entwerfen, die statisch-konstruktiv mit den im Bestand vorhandenen Querschnitten und Tragreserven nachweisbar sind. Der Rückbau der Lahntalbrücke Limburg Die erste Lahntalbrücke der A3, ein massives Natursteinviadukt nach einem Entwurf von Paul Bonatz, wurde nach nur drei Jahren unter Betrieb 1945 kurz vor Kriegsende gesprengt. Ab den 1950er-Jahren war die Nutzung zunächst nur einspurig je Fahrtrichtung über eine provisorische Fachwerkbrücke möglich, bevor in den 1960er-Jahren der Neubau einer Spannbetonbrücke begann. Zu dieser Zeit steckte der Spannbetonbrückenbau in seiner »Sturm-und-Drang-Phase« mit einer stetigen Weiterentwicklung der Bauverfahren, Spannsysteme und Stützweiten. Die Lahntalbrücke war eine der ersten größeren Talbrücken, die als Spannbeton-Durchlaufträger mit zwei Überbauten als einzellige Kastenquerschnitte im Freivorbau ausgeführt wurde (Abb. A). Seit Ende des Jahres 2016 ist die dritte Lahntalbrücke für den Verkehr freigegeben, und parallel konnte der Rückbau der alten Brücke begonnen werden (Abb. B – D). Dieser erfolgt nach einem Sondervorschlag der Firmen Adam Hörnig und Thyssen Krupp Infrastructure mittels Vorschubrüstung (Abb. C, D). Dieses Verfahren bietet im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten (z. B. das »Abschneiden« von Brückensegmenten) den Vorteil, dass die Verkehrswege unter der Brücke fast ohne Einschränkungen weiter genutzt werden können und der Abbruch des Überbaus ohne Eingriff in das Tal stattfindet. Die Vorschubrüstung wird dazu unterhalb des Überbaus errichtet und spannt zwischen Hilfsstützen, die auf den Fundamenten der Brückenpfeiler stehen. Der abzubrechende Teilabschnitt liegt in der Vorschubrüstung und wird vom restlichen verbleibenden Tragwerk getrennt (Abb. C). Für das veränderte statische System muss in allen Bauabschnitten eine ausreichende Querschnittstragfähigkeit mit der vorhandenen Bewehrung nachgewiesen werden. Die Besonderheit hier war, dass die Bauzustände im Rückbau erheblich von denen der Herstellung im Freivorbau mit Taktlängen von 4 m abwichen und somit keine planmäßige Bewehrung für viele Rückbauzustände vorhanden war (Abb. E). Vor allem die Durchtren-

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Demolition of the Lahntal Bridge, Limburg The first Lahntal Bridge on the A3 motorway was blown up shortly before the end of the war. A temporary truss bridge allowed traffic to cross in one lane in each direction before the construction of a prestressed concrete bridge began in the 1960s. The Lahntal Bridge was one of the first major valley bridges to be designed to have a post-tensioned continuous concrete deck consisting of two individual single-cell box girders and constructed using the balanced cantilever technique (Fig. A). The third Lahntal Bridge was officially opened for traffic at the end of 2016, which allowed the demolition of the old bridge to start (Figs. B – D). The Lahntal Bridge was demolished using a launching girder (Figs. C, D). Compared with conventional demolition concepts, such as “cutting down” segments of the bridge, this

A Lahntalbrücke im Jahr 2007 B Konventioneller Abbruch mit Baggern innerhalb der Vorschubrüstung C Bauablauf beim feldweisen Rückbau des Ostüberbaus mit Vorschubrüstung D Vorschubrüstung mit Hilfsstützen auf den Fundamenten der Brückenpfeiler A Lahntal Bridge in 2007 B Conventional demolition with excavators within the launching girder C Launching girder with temporary supports standing on the bridge pier foundations D Launching girder with temporary supports standing on the bridge pier foundations

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Herstellrichtung / Direction of construction ...

Kein Verbund / No composite action

Takt 2 / Segment 2

Takt 1 / Segment 1

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Abbruchrichtung / Direction of demolition Takt 2 / Segment 2

Takt 1 / Segment 1

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Verbundverankerung / Composite action

Herstellrichtung / Direction of construction

...

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Takt 1 / Segment 1

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Abbruchrichtung / Direction of demolition Takt 2 / Segment 2

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Abbruchrichtung / Direction of demolition

Abbruchrichtung / Direction of demolition Takt 2 / Segment 2

Takt 2 / Segment 2

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E Mitwirkung der Spannglieder in Abhängigkeit der Rückbaurichtung – in oder entgegen der Herstellrichtung F Hohlkasten im Bereich des Trennschnitts G Glockenverankerung mit Muffe und Verpressschlauch H Beispiel für nachträglich verankerte (bündig zur Trennfuge) und nicht verankerte (eingezogen) Spannglieder E Action of the prestressing bars for different directions of demolition – in the same or opposite direction to the superstructure’s construction F Hollow box section at one of the cutting points G Bar bell anchorage with sleeve coupling and grouting duct H Effective (composite action up to cut face) and non-effective (steel drawn back into concrete) anchorage of prestressing bars

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nung der Spannglieder war problematisch, da diese für die Standsicherheit des verbleibenden Überbaus zwingend erforderlich waren. Eine erfolgreiche Nachweisführung war nur unter Ansatz der nachträglichen Verankerung der Spannglieder an den Abbruchfugen über Verbund möglich (Abb. E). Gerade für die glatten DYWIDAG Spannstähle (d = 26 mm, St 80/105) und die Unsicherheiten über den wirklichen Verpresszustand der Spannglieder war dies nur durch eine aufwendige theoretische Modellbildung und die in-situ Erprobung des Verpresszustands möglich. Das Verankerungsverhalten wurde an definierten Trennschnitten (Abb. F, H) geprüft und konnte erfolgreich nachgewiesen werden. Bei bestehenden Konstruktionen können Unsicherheiten über die zukünftigen Eigenlasten, die bei der Planung von Neubauten in Form von Teilsicherheitsbeiwerten zu berücksichtigen sind, ausgeschlossen werden. Für den Rückbau der Lahntalbrücke konnte der Teilsicherheitsbeiwert für die Eigenlasten durch eine genaue Erfassung der Geometrie und die Bestimmung der tatsächlichen Bauteilwichte erheblich reduziert werden. Dazu wurde der Kastenquerschnitt an ausreichend vielen Stellen des 450 m langen Überbaus aufgemessen und die Wichte anhand entnommener Bohrkerne ermittelt. Für die oben genannten Problemstellungen bei den statischen Nachweisen greifen die normativen Regelungen für Neubauplanungen nur in wenigen Fällen. Die Lösung gelingt nur unter Zuhilfenahme ingenieurmäßiger Modelle in Kombination mit experimentellen Erprobungen. Das Risiko für eine solche Nachweisführung verbleibt beim Tragwerksplaner und erfordert eine gute und partnerschaftliche Zusammenarbeit von offenen Bauherren, fachlich versierten Baufirmen und Tragwerksplanern sowie die kritische Begleitung durch konstruktive Prüfingenieure. Um die Situation für die zahlreichen Rückbauprojekte in der Zukunft zu verbessern, wird derzeit auf verschiedenen Ebenen an einer Erarbeitung von einheitlichen Regeln für den Rückbau von Großbrücken gearbeitet. Eine erste Rückbautagung findet dazu im Januar 2018 an der Leibniz Universität Hannover statt.

method has the advantage that the traffic routes below can continue to operate almost without any restriction. The launching girder is erected under the superstructure and spans between two temporary supports that stand on the foundations of the bridge piers. The section of the deck to be demolished sits in the launching girder and is then cut away from the remaining bridge deck (Fig. C). The special point here was that the structure during demolition differed greatly from the structure during erection, which meant that the reinforcement had not been designed for many of the demolition stages (Fig. E). The main problem was cutting through the prestressing bars because they were essential for the structural stability of the remaining superstructure. It was necessary to assume that the prestressing bars were anchored into the concrete by composite action up to the next demolition cut (Fig. E). The smooth surface of the DYWIDAG prestressing steel and the uncertainties about their grouted condition meant this assumption could only be verified through complex theoretical modelling and in situ investigations. The anchoring behaviour was checked at defined demolition cutting points (Figs. F, H). In the case of existing structures, the partial safety factors for deadweight can be considerably reduced by accurate measurement of the geometry and weight determination. To do this, the box cross section was measured and cores taken at points along the superstructure. The design codes for new structures cannot generally be applied to this sort of structural problem. A satisfactory analysis is possible only with a combination of engineering models and experimental testing. The risk lies with the structural engineer and requires a good relationship with public-sector clients, expert construction companies, and structural and materials testing engineers. Much work is going on at different levels into devising some universally applicable rules for the demolition of major bridges. The first demolition conference is due to be held in January 2018 at the Leibniz University Hanover.

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Die Vermittlungsplattform betrachtet Entwicklungsfragen, Szenarien, Materialien und Konstruktionen zur Zukunft des Bauens. Im Netzwerk tauschen sich Architekten und Industrie, universitäre Forschung und Politik persönlich aus.

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HealCON – selbst heilender Beton Im Projekt HealCON erforscht ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Projektkoordination der Universität Gent, Belgien, einen Beton mit Selbstheilungskräften. Hintergrund sind Betonrisse, die durch dauerhafte Belastung und Temperaturschwankungen an Verkehrsinfrastrukturbauten entstehen. Kleine Betonrisse schädigen zwar meist die Stabilität der Bauwerke nicht sofort, durch eindringendes Wasser oder Salze können jedoch langfristig Strukturschäden entstehen. Das EU-Forschungsprojekt HealCON untersucht momentan die Möglichkeiten, durch Bakterien, Hydrogele und Epoxidharz Heilungsmechanismen für die Betonstrukturen zu entwickeln. Bakterien, Hydrogele und Epoxidharz Bestimmte Bakterien scheiden als Produkt ihres Stoffwechsels Calciumcarbonat aus. Mit den Sporen dieser Bakterien getränkte Tonkugeln werden im Versuch in den Beton gemischt. Sobald Wasser durch Risse eindringt, werden die Mikroorganismen aktiv und scheiden Calciumcarbonat aus, eines der Hauptbestandteile des Betons. So können innerhalb weniger Tage Risse bis zu einigen Millimetern Breite verschlossen werden, erläutert Prof. Christian Große vom Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung der TU München. Hydrogele sind Polymere, die Feuchtigkeit aufsaugen. Materialien mit Hydrogelen können bis zum 100-fachen

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ihrer eigentlichen Größe anwachsen. Wenn Risse im Beton auftreten, kommt das Hydrogel mit Feuchtigkeit in Kontakt. Es dehnt sich aus und verhindert so weiteres Eindringen von Wasser, ohne den Riss zu verbreitern. Epoxidharze oder Polyurethane können in Kapseln eingeschlossen und dann unter den Beton gemischt werden. Reißt der Beton, brechen die Kapseln und das Polymer wird freigesetzt. Es bildet eine harte Masse, die den Riss schließt. Ein positiver Nebeneffekt ist, dass so sogar die Stabilität der Bausubstanz gestärkt wird. Bauteiluntersuchungen mit Ultraschall Am Lehrstuhl für Zerstörungsfreie Prüfung der TU München wird untersucht, wie gut und dauerhaft die drei Methoden funktionieren. Dazu wird auf einen Betonblock, der mit Bakterien, Hydrogelen oder Epoxidharz versetzt wurde, Druck erzeugt. Reißt der Beton, erzeugt dies Schallwellen, die mithilfe von Sensoren gemessen werden und Aussagen über die Lage und Stärke der Risse geben. Heilungsund Zerstörungsprozess werden mehrmals hintereinander ausgeführt. War die Heilung nicht erfolgreich, gibt es kaum neue Schallwellen, da die Risse nach wie vor vorhanden sind. Sind die Risse geheilt, kommt es erneut zu Brüchen – allerdings an anderen Stellen. Die Schallemissionsanalyse ist für die Laboranwendung geeignet, für die Untersuchung von realen Bauteilen vor Ort setzen die Forscher kontinuierliche Ultraschall-Impulse ein. Die

Wissenschaftler messen dabei die Zeit, die die Ultraschall-Impulse benötigen, um den Beton zu durchlaufen. Risse im Material behindern das Signal, sodass es mehr Zeit benötigt. Unter Laborbedingungen zeigen die Experimente bereits vielversprechende Ergebnisse. Im nächsten Schritt werden die Wissenschaftler das selbst heilende Material bei realen Bauteilen wie Brücken- oder Tunnelabschnitten einsetzen. Im letzten Schritt werden die Technologien dann an gängige Betonherstellungs- und Betoniermethoden angepasst. www.healcon.eu www.detail.de/research/bauteil-material/

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Normung – Beton im Bestand

Ermüdung von Beton – Neue Richtlinie

Am 20. und 21. September 2017 richtet die TU Kaiserslautern unter dem Titel »Existing Structures – Bauen im Bestand« das 58. Forschungskolloquium des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) aus. Die Fachveranstaltung widmet sich dem Thema der Normung im Bereich des Bauens mit Beton im Bestand. Ziel der Forschungsprojekte und Studien ist es, für alltägliche Bauaufgaben praxistaugliche Regelwerke zur Verfügung zu stellen. Die Tagung, die am ersten Tag in englischer Sprache abgehalten wird, gibt zunächst einen Überblick über den Stand der Fachdiskussion auf europäischer Ebene. Am zweiten Tag werden die neuen Sachstandsberichte des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton zum Bauen im Bestand (Heft 616 » Mechanische Kennwerte historischer Betone, Betonstähle und Spannstähle für die Nachrechnung von bestehenden Bauwerken« und 619 »Bestimmung charakteristischer Betondruckfestigkeiten und abgeleiteter Kenngrößen im Bestand«) vorgestellt. Weiterhin wird die überarbeitete DAfStb-Richtlinie zu Belastungsversuchen an Betonbauwerken präsentiert. Parallel finden weitere Forschungsfachtagungen zu den Themen »R-Beton – Werkstoff der nächsten Generation«, »Neues von der Befestigungstechnik«, »Lebensdauer alternder Brücken – prüfen und vorausschauen« und »Bauwerk – Tragwerk – Energie« statt.

Das von der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderte Projekt Neufassung der Richtlinie »Belastungsversuche an Betonbauwerken« befasste sich mit der Anpassung einer bestehenden Richtlinie an die heute gültigen Normen. Zusätzlich flossen langjährige Anwendungserfahrungen in die Überarbeitung mit ein. Die experimentelle Tragsicherheitsbewertung in Form von Belastungsversuchen stellt eine wichtige Methode zur Bewertung bestehender Tragwerke dar, wenn der Nachweis der Sicherheit allein rechnerisch nicht erbracht werden kann. Die Durchführung der Versuche wird seit dem Jahr 2000 durch die Richtlinie »Belastungsversuche an Betonbauwerken« des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton geregelt. Allerdings basierte diese bislang auf Forschungsergebnissen der 1980erund 1990er-Jahre. Besonders im Bereich der echtzeitfähigen und flächig überwachenden Messtechnik hat sich in den letzten Jahrzehnten extrem viel verändert. Bauteile, die bisher aufgrund von fehlenden Bewertungskriterien nicht beurteilt werden konnten, wurden nun durch die Neufassung der Richtlinie durch Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx am Institut für Massivbau der Leibniz Universität Hannover berücksichtigt. »Damit ist die Bewertung von Bauteilen mit der Gefährdung eines spröden Querkraftversagens oder von Spannbetonbauteilen sicher experimentell möglich. Diese neuesten Erkenntnisse der Forschung wurden mit den Erfahrungen in der Durchführung von Belastungsversuchen ausgewer-

www.bauing.uni-kl.de/massivbau/dafstb2017/ www.detail.de/research/bauteil-material/

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tet und für eine Überarbeitung der Richtlinie aufbereitet«, wird in der Projektbeschreibung erläutert. »Die Überarbeitung der Bewertungskriterien hinsichtlich ihrer praktischen Anwendbarkeit zur Detektion beginnender Schädigungen während des Versuches, die Gewährleistung der Passfähigkeit zur europäischen Normung und die Erarbeitung von Teilsicherheitsbeiwerten für Belastungsversuche, sind die Hauptanliegen des Forschungsprojektes.« Die Richtlinie wird nun im Rahmen der Tagung »Existing Structures – Bauen im Bestand« an der TU Kaiserslautern vorgestellt. www.massivbau.uni-hannover.de www.detail.de/research/bauteil-material/

1/2 Selbst heilender Beton: Wenn der Beton reißt, erzeugt dies Schallwellen, die mithilfe von Sensoren gemessen werden (Werner Bachmeier/TUM) 3 Selbst heilender Beton: TUM-Doktorand Fabian Malm kalibriert die Sensoren bei der Schallemissions-Untersuchung (Werner Bachmeier / TUM) 4 Flyer zur Fachtagung »Existing Structures – Bauen im Bestand« der technischen Universität Kaiserslautern (Quelle: TU Kaiserslautern, Fachbereich Bauingenieurwesen) 5 Ermüdungsversuchsstand zur Durchführung von Beton-Belastungsversuchen am Institut für Massivbau (IfMa) der Leibniz Universität Hannover (Foto: IfMA, Leibniz Universität Hannover)

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Gebäudehüllen

Planung und Bau aus einer Hand Das neue ca. 6000 m2 große Betriebsgebäude auf dem Hamburg Airport ist auf die Aufgaben der Bodenverkehrsdienste abgestimmt. Bis zu 1000 Mitarbeiter werden hier im Schichtdienst z.B. die Gepäck- und Frachtabfertigung, den Passagier- und Crewtransfer sowie die Reinigung und Enteisung der Flugzeuge steuern. Das Gebäude hat einen direkten Zugang zum Vorfeld und vereint alle operativen, administrativen und leitenden Bereiche. Kurze Wege schaffen Nähe zum jeweiligen Arbeitsplatz und optimieren die Arbeitsprozesse. Im Erdgeschoss wird es eine Kantine geben, die die frische Zubereitung von Mahlzeiten direkt vor Ort erlaubt. Für die Fassade des fünfstöckigen Betriebsgebäudes mit Staffelgeschoss kommen industriell vorgefertigte Fassadenelemente in drei Farben, hergestellt in den Werken der Goldbeck GmbH, zum Einsatz. Das minimiert die Bauzeit und schließt Witterungseinflüsse fast vollständig aus. Lösungen für wiederkehrende Anforderungen sind standardisiert. Planer greifen auf vielfach erprobte Detaillösungen und Prozessabläufe zurück – das spart nicht nur Zeit, sondern sichert auch eine gleichbleibend hohe Qualität. Gleichzeitig bietet die durchdachte Systematik unzählige Kombinationsmöglichkeiten und eine große architektonische Vielfalt. Goldbeck GmbH 33649 Bielefeld www.goldbeck.de

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Parkhausverkleidung aus Metallgewebe Mit dem 314 m hohen MahaNakhonTempel schuf der Architekt Ole Scheeren Bangkoks neues Wahrzeichen. Die spiegelnde Rasterfassade erhält durch ein lose geschlungenes, löchriges Band aus versetzt angeordneten gläsernen Balkonen und Terrassen ihr unverwechselbares, verpixeltes Gesicht. Ergänzt wird der MahaNakhon durch den siebengeschossigen Einkaufstempel Cube und ein vollautomatisiertes Parkhaus. Der Turm bietet auf 77 Etagen Platz für 209 zwischen 125 und 830 m2 große Luxusappartements, 155 Hotelzimmer sowie zahlreiche Läden und Restaurants. Besonderes Highlight ist die 3500 m2 große Skybar, die in 300 m Höhe einen Panoramablick über Bangkok gewährt. Seinen Charakter als neue Ikone der Metropole verdankt der MahaNakhon jedoch den versetzt angeordneten Glasbalkonen und Terrassen, die dem Koloss die Anmutung eines unvollendeten Gebäudes mit vertikalem Twist verleihen. Der Parkhausturm bietet auf 10 400 m2 Platz für fast 900 Autos mit einem automatisierten Einstell- und Ausgabesystem. Um ihn optisch dem luxuriösen Gesamtambiente anzupassen, wählte der Architekt für die Verkleidung schimmerndes Edelstahlgewebe vom Typ PC-Sambesi, in Rahmen gefasste Gewebepaneele, jeweils 2,9 m hoch und bis zu 1,8 m breit. Sie greifen die Optik der Rasterfassade des MahaNakhon subtil auf. 2100 m2 Gittergewebe verleihen dem Parkhaus Eleganz. Außer dieser hoch-

wertigen Ästhetik der metallischen Haut überzeugte den Architekten auch die einfache Wartung der Verkleidung, die auf allen Etagen auch als zuverlässige Absturzsicherung dient. GKD – Gebr. Kufferath AG 52353 Düren www.gkd.de

Bürogebäude in Modulbauweise – Form und Funktion im Einklang Ein Beispiel für die neue Generation der Fertiggebäude ist das technische Büro von Säbu in Morsbach. Für das Gebäude wurde eine umfassende, verdeckt befestigte, vorgehängte hinterlüftete Fassade mit großformatigen Trespa-Platten gewählt. Das auskragende Obergeschoss löst sich bewusst stark in Form und Farbe von der angrenzenden Produktionshalle. Mit umlaufenden, gleichartigen Sturzund Fensterbankausbildungen im Obergeschoss sowie gefrästen Belüftungen für TGA- und Sanitärbereiche im Erdgeschoss wurde eine sehr homogene Linienführung erreicht. Säbu Morsbach GmbH 51597 Morsbach www.saebu-modulbau.de

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Klinkerfassade für eine Schule Für das Bildungszentrum Kindercluster De Oase in der niederländischen Provinz Utrecht entwarf das Den Haager Architekturbüro Geurst & Schulze zwei zusammenhängende Baukörper: ein langer Riegel an der Nordseite des Grundstücks, der die Achsen der schmalen Fläche aufnimmt, ist mit einem Kubus an der Nordostkante verbunden. Das zweigeschossige Gebäude beherbergt die Grundschule, einen Kinderhort mit Früh- und Vorschulerziehung sowie eine Turnhalle. Im ½-versetzten Läuferverband gemauert, ziehen die Hagemeister Klinker der Objektsortierung Oase in Gelb- und Ockertönen in den Formaten 238 ≈ 90 ≈ 51 mm sowie 238 ≈ 115 ≈ 51 mm Parallelen und unterstreichen die gleichmäßigen waagerechten Linien. Plastische Akzente, wie ikonische Pfeiler, teilen das Objekt in vier gleich große Abschnitte. Mit seinem asymmetrisch auskragenden Eingang unterscheidet sich der Kubus deutlich von der homogen gestalteten Fassade. Die skulpturale Gliederung macht ihn zum markanten Zentrum des Komplexes. Das Klinkermauerwerk wurde im Halbsteinverband ohne Stoßfugen erstellt. Im Bereich der Pfeiler entschieden sich die Planer für einen Verband im versetzten Raster. In Kombination mit einer dem Klinker ähnlichen Fugenfarbe kann sich der Effekt von Lichtund Schatteneinfall voll entfalten. Hagemeister GmbH & Co. KG 48301 Nottuln www.hagemeister.de

sedak isomax U-Wert bis 0,23 W / m2K sedak isomax steht für maximalen Wärmeschutz bei Glasfassaden. Die Isoliergläser bis zu 3,2 x 16,5 m erreichen über ein Vakuumisolationspaneel Dämmwerte bis 0,23W/m²K. Dennoch bleiben sie schlank wie konventionelles Isolierglas und sind kombinierbar mit gängigen Fassadensystemen. Je nach Anforderung an den Dämmwert können transparente und opake Flächen frei gewählt und die Scheiben mit keramischen Farben individuell gestaltet werden.

www.sedak.com

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Hightech für eine Moschee In Algier entsteht zurzeit auf einer Gesamtfläche von 375 000 m2 eine Moschee mit fast 1,8 Millionen m3 umbautem Raum. Die Fertigstellung des ca. 1,1 Milliarden Euro teuren Prestigeprojektes, 6 km östlich der historischen Innenstadt, ist für Ende 2017 geplant. Es wird mit täglich 120 000 Besuchern in der Moschee Djamaa el Djazair gerechnet. Allein der Gebetssaal ist für 35 000 Männer ausgelegt. Der moderne Komplex vereint mehrere kulturelle und religiöse Einrichtungen, u. a. ein Museum, ein Forschungszentrum, Kultur- und Konferenzzentren, einen Hörsaal der Theologischen Hochschule mit 2000 Plätzen sowie eine Bibliothek. Wohnungen, Marktplatz, Cafés und ein Kindergarten sollen den urbanen Gedanken stärken. Trotz seiner Größe wirkt der Gesamtentwurf der Moschee aufgrund der durchgängig weißen Farbigkeit und der extrem schlanken Bauelemente filigran und luftig. So hat das 265 m hohe Minarett nur eine Grundfläche von 28 ≈ 28 m. Nachts leuchtet die

Glasfassade hinter der filigranen islamischen Ornamentik der mittig vorgehängten Faserbetonplatten, gegossen in Natursteinoptik nach dem Vorbild der traditionellen hölzernen Moucharabieh-Sonnen- und Sichtschutzgitter. Prägende Elemente sind die 618 achteckigen, schlanken, bis zu 36 m hohen Schleuderbetonsäulen der Firma Europoles. Für die erdbebensichere Standfestigkeit der Säulen sorgen bis zu 1,7 t schwere Stahlplatten, gefertigt von der Jebens GmbH, die als Fußplatten in den Beton eingeschleudert wurden. Jede Stütze trägt 125 m2 Dachfläche, d.h. sie muss einer Krafteinwirkung von bis zu 6,0 MN widerstehen. Jebens GmbH 70825 Korntal-Münchingen www.jebens.de

Dichtband mit 3D-Formbarkeit Das 3M FAST-UC 8045 ist eines von fünf Spezialklebebänder für das Abdichten der Gebäudehülle und bietet drei Vorteile: dreidimensionale Formbarkeit, extreme Dehnfähigkeit und hohe Klebkraft. Aufgrund einer speziellen Acrylatklebeband-Technologie von 3M kann es auch runde Durchbrüche oder Eckanschlüsse in nur einem Stück spannungsfrei abdichten. Die Spezialklebebänder bieten für alle luft- und wasserdichten Abdichtungen eine Lösung. Sie haften im Innenund Außenbereich auf allen gängigen Bau- und Konstruktionsuntergründen wie PE, Holz, OSB, Beton oder Ziegel. Alle Spezialklebebänder zeichnet eine spezifische Wasserdampfdurchlässigkeit aus. Nur wenn das Dichtband an der Außenseite durchlässiger ist als das auf der Innenseite, kann der Wasserdampf zügig von innen nach außen treten. Da die Luft in Räumen wasserdampfreich ist, verursacht das anfallende Kondenswasser Feuchtigkeitsschäden bis hin zur Schimmelbildung. 3M Deutschland GmbH 41453 Neuss 3mdeutschland.de/FastKlebebaender

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Fassadenwand aus Textilbeton

Fassade aus Sichtbeton

Mit der Erteilung der abZ für die Fassadenwände von solidian wird der Einsatz von Textilbeton erleichtert. Die dünnere Bauweise macht Einsparungen beim Architekturbeton von bis zu 70 % möglich, die Materialkosten sinken und es entsteht mehr Raum. Beim Bau von Sandwichfassaden können mit Schubgittern Wärmedämmungen einfach installiert und zudem Kältebrücken vermieden werden. Auf lange Sicht werden Instandhaltungskosten vermieden, da Textilbeton nicht korrodiert und eine lange Lebensdauer gewährleistet ist.

Der moderne, würfelförmige Neubau für das Unternehmen Sichtbetonkosmetik Kopp im oberschwäbischen Emerkingen dient auch als Anschauungsobjekt: alle Außenflächen sowie die meisten Innenwände wurden in Sichtbetonbauweise ausgeführt. Zum Einsatz kam dabei die Maximo Rahmenschalung von Peri, die mit der einseitig bedienbaren MX Ankertechnik für schnelle Arbeitsabläufe und rasche Taktfolgen bei der Bauausführung sorgte. Insbesondere aber die Möglichkeit, mit dieser Schalung aufgrund der mittig angeordneten Ankerstellen und des perfekt aufeinander abgestimmten Fugen- und Ankerrasters auch äußerst ansprechende Betonergebnisse in Sichtbetonqualität

Solidian GmbH 72458 Albstadt www.solidian.com

zu erzielen, überzeugte Bauherrn, Architektin und Bauunternehmer. Gebäudeabmessungen sowie Fensterund Türöffnungen wurden so definiert, dass keine störenden Passholzausgleiche notwendig waren und ein perfektes Betonbild mit einem homogenen Fugen- und Ankerraster erreicht werden konnte. Da bei der Bauausführung ausschließlich standardisierte Mietschalung verwendet wurde, konnten Kosten und Zeit gespart werden. Auf Kundenwunsch wurden lediglich die für Sichtflächen eingesetzten Maximo Elemente mit neu belegter Schalhaut ausgeliefert. Peri GmbH Schalung Gerüst Engineering 89264 Weißenhorn www.peri.com/de

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Skelettbau

Hochbau auf den Kopf gestellt Im Frühjahr 2016 begannen die Rohbauarbeiten für das Großprojekt Galileo auf dem Forschungsgelände Garching im Norden von München. Neben einem Kongresszentrum mit 17 Tagungs- und Seminarräumen entstehen hier ein Audimax mit 1300 Sitzplätzen, ein 225-Zimmer-Hotel, ein Boarding House, diverse Büros, Restaurants, eine eigene Brauerei sowie Läden und Dienstleistungsbetriebe mit direktem Zugang zu den öffentlichen Verkehrsmitteln durch den angeschlossenen U-Bahn-Zugang. Insbesondere das Audimax stellte Bauunternehmungen und die Schalungs-

structure structure ist eine internationale Fachzeitschrift für Tragwerksplaner und Architekten. Das zweisprachige Magazin (deutsch/englisch) erscheint ab 2018 viermal im Jahr als eigenständige Abonnementlinie.

Zur Verstärkung unseres Redaktionsteams mit Sitz in München suchen wir einen

Redakteur (m/w, 40 Wochenstunden)

Die Aufgabengebiete umfassen sämtliche Bereiche der Redaktion – von der Organisation, Beauftragung und grafischen sowie textlichen Umsetzung von Heftinhalten bis zur Budgetund Terminplanung. Neben einem sicheren Urteilsvermögen zu Fragen der Tragwerksplanung sowie zu fachspezifischen Themen setzen wir auf Redaktionserfahrung und sehr gute Englischkenntnisse. Sie arbeiten gerne selbstständig und sind gleichzeitig ein guter Teamplayer? Dann freuen wir uns auf Ihre Bewerbung! Mehr Informationen unter www.detail.de/redaktionstructure Bewerbungen bitte an Frau Barbara Wacker, Personalabteilung: [email protected]

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techniker von Doka vor eine ungewöhnliche Herausforderung: der Hochbau musste in Sachen Statik quasi von oben nach unten gebaut werden. Rund 9500 t Betonstabstahl werden in Galileo verbaut. Ein Großteil davon steckt in den zwei obersten Decken des Audimax, die durch Zugstützen und Unterzüge die darunterliegenden Stockwerke von oben halten. In Sachen Statik hieß das: erst wenn die oberste Decke fertig betoniert ist, trägt sich das Material in seiner Gesamtheit. Um Spannungen und Rissen in den Bodenplatten des Nord- und Südbaus mit einer Dicke zwischen 1,20 und 2,25 m zu vermeiden, kam das Beton-Monitoringsystem »Concremote« von Doka zum Einsatz.

Dessen Sensoren liefern in Echtzeit Daten zur Temperatur- und Festigkeitsentwicklung des Betons. Die digitalen Informationen kann die zugangsberechtigte Baumannschaft jederzeit über ein gesichertes OnlinePortal auf PC, Tablet oder Smartphone abrufen. Beim Einsatz im Hotel und Audimax wurde so die Temperaturentwicklung der massigen Bodenplatten überwacht, um zu hohe Temperaturunterschiede beim chemischen Abbindeprozess des Betons zu vermeiden. Deutsche Doka Schalungstechnik GmbH 82213 Maisach www.doka.com/de

Stahlbaupreis für die ÖAMTCZentrale in Wien Die Unger Steel Group wurde für die neue Zentrale des Österreichischen Automobil-, Motorrad- und Touringclubs (ÖAMTC) in Wien mit dem Österreichischen Stahlbaupreis 2017 ausgezeichnet. Das Gebäude ist in Form einer Felge mit fünf »Speichen« angelegt. Die 230 m lange und ca. 17 m hohe Ringfassade ist das architektonische Highlight des Gebäudes und das verbindende Element, das sich von Speiche zu Speiche erstreckt und somit einerseits als Schutzwand zur Wiener Südosttangente dient, andererseits konnten so die Fluchtwege aus den Büroräumlichkeiten sinnvoll in die Stahlkonstruktion integriert werden. Somit werden die Tiefen des Bürogebäudes ausgenutzt und die Massivtreppenhäuser kleiner gehalten. Die prominent positionierte StahlGlas-Konstruktion der Ringfassade konnte durch den konsequenten Einsatz von BIM- (Building Information Modeling) Technologien im Zuge der Ausführungsplanung durch das Zusammenspiel der planenden Architekten, des Tragwerksplaners und der ausführenden Unternehmen umge-

setzt werden. Die Unger Steel Group zeichnet für die Ringfassade, die Hochgarage, den Hangar sowie den Heliport verantwortlich. Unger Stahlbau Ges.m.b.H. A-7400 Oberwart www.ungersteel.com

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Holzkonstruktion für eine Messehalle Die Messe Dornbirn ist der größte Marktplatz von Vorarlberg. Rund 200 Veranstaltungen locken jedes Jahr mehr als 400 000 Besucher und über 1 600 internationale Aussteller ins Messequartier. Nach 40 Jahren im Betrieb entsprachen die alten Hallen nicht mehr den heutigen Anforderungen. Die Stadt Dornbirn und das Land Vorarlberg haben als Eigentümer der Messe gemeinsam 28 Mio. Euro in die Hand genommen und neue Ausstellungs- und Veranstaltungshallen errichten lassen. Die Pläne stammen von den Architekten Marte.Marte, die einen monolithischen Baukörper entworfen haben, der beide Hallen und beide Foyers umfasst und durch drei markante, ellipsenförmige Einschnitte gekennzeichnet ist. Die tragenden Konstruktionen und die Wand- und Deckenverkleidungen sind in Holz ausgeführt. Die Dachkonstruktion setzt sich aus 65 Fachwerkträgern zusammen, die jeweils 4,5 m hoch und bis zu 66 m lang sind. Diese Fachwerkträger wurden auf 11 m hohe Stützen, die im Abstand von 1,80 m auf beiden Seiten die Außenwände bilden, aufgesetzt. Ohne weitere Stützen wird für beide Hallen auf diese Weise eine Fläche von insgesamt fast 8000 m2 überspannt. Die Holzbauer

von Kaufmann Bausysteme haben die tragenden Kastenelemente für die Dachflächen mit Swiss Krono OSB/3 EN300 Contifinish (25 mm, geschliffen) beplankt und verklebt. Die Außenwände der Messehallen wurden als vorgefertigte Holzrahmenelemente an die tragenden Brettschichtholzstützen als durchlaufende Hülle verschraubt. Die Deckenflächen über den Untergurten der Kantholzbinder wurden als Lauffläche für Installationen und Leitungen sowie für das Heiz- und Lüftungssystem verwendet. Nur ein geringer Teil des Untergurts bleibt sichtbar. Das Messequartier weist nun insgesamt eine Ausstellungs- und Veranstaltungsfläche von 34 000 m2 in 15 Hallen auf und ist damit auch für die dort gastierende Messe ComiCon 2018 gut gerüstet. Swiss Krono GmbH 16909 Heiligengrabe www.swisskrono.de

Foto: Iwan Baan

Tate Modern, London by Herzog & de Meuron built with Peikko corbels

See more: references.peikko.com

Mehr Raumhöhe, weniger Stützen. Lösungen für Konstruktionen im Stahlbeton- und Verbundbau ∂structure 02/17

www.peikko.de

Aufzüge, Treppen

Designoptionen für Aufzüge

Multi, das erste kabellose, vertikal und horizontal befördernde Aufzugssystem der Welt, entwickelt von ThyssenKrupp Elevator, wird erstmals im East Side Tower in Berlin installiert. Anstelle eines einzigen Aufzugs, der in einem Schacht nach oben und nach unten fährt, fahren hier mehrere Kabinen in einer Dauerschleife in einem Schacht hinauf und im anderen hinunter. Die Benutzer warten an einem Schacht nicht länger als 15 bis 30 s. Da sich der Aufzug ohne Höhenbegrenzung sowohl horizontal als auch vertikal bewegen kann, entstehen in der Architektur und Gebäudekonstruktion gänzlich neue Möglichkeiten. Der neue Aufzug bietet bis zu 50 % mehr Transportkapazität und Energieeinsparungen von bis zu 60 %. Durch den Multi-Schacht wird bis zu 25 % mehr Platz frei, da er viel kleiner ist als herkömmliche Aufzugsschächte.

Die intuitive CompassPlus-Zielwahlsteuerung von Otis wurde weiter verbessert und kann noch vor der Modernisierung von Aufzugsanlagen installiert werden – ungeachtet vorhandener Beförderungstechniken und bestehender Sicherheitssysteme. Sie bietet neue, individuell konfigurierbare Designoptionen sowie u. a. eine effizientere und schnellere Fahrgastbeförderung. Die Benutzerschnittstelle der CompassPlus-Zielwahlsteuerung, Touchscreens und Touchpads, wurde neu gestaltet. Die Benutzeroberflächen können durch neue Farbund Vorrichtungsoptionen an die architektonischen Gegebenheiten und Designbedürfnisse individuell angepasst werden. Das CompassPlusSystem verfügt über die patentierte Otis SmartGrouping™-Technologie, die Fahrgäste mit gleichen Zieletagen gruppiert und so die Haltestellen pro Fahrt reduziert. Die Anzahl der Zwischenstopps wird dadurch deutlich verringert und Warteschlangen vor den Aufzugsanlagen werden minimiert. Durch CompassPlus erfolgt die Fahrgastbeförderung 50 % schneller als mit herkömmlichen Beförderungssystemen. Der Stromverbrauch wird deutlich gesenkt, denn alle nicht genutzten Aufzüge werden in einen Standby-Modus versetzt. Mit der Programmsuite OtisPlan+ können für jeden Gebäudetyp spezifische Verbesserungsszenarien simuliert werden.

ThyssenKrupp Elevator AG 45143 Essen www.thyssenkrupp-elevator.com/de/

Otis GmbH & Co. OHG 13507 Berlin www.otis.com

Kabelloser Aufzug für den East Side Tower in Berlin

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Aufzugsmodell für das Gesundheitswesen Das Aufzugsmodell Schindler Edition 5000 Care ist auf die Anforderungen medizinischer Einrichtungen sowie Senioren- und Pflegeheime abgestimmt und bietet Funktionalität und Robustheit. Dank einer Nutzlast von bis zu 1600 kg und Kabinenmaßen bis 1400 ≈ 2400 mm ist es sowohl als barrierefreier Aufzug als auch zum Bettentransport geeignet. Eine max. Förderhöhe von 45 m und bis zu 15 Haltestellen ermöglichen die Integration in nahezu jedes Gebäude. Durch die moderne Riementechnik laufen die Anlagen deutlich ruhiger und leiser als herkömmliche Seilaufzüge. Die Kabinenausstattung besteht aus langlebigem und leicht zu reinigendem Edelstahl. Sie ist neben der Standardausführung auch in der Werkstoffqualität AISI 304 für erhöhte Hygieneansprüche lieferbar. Mehrteilige Rammschutzleisten aus Holz oder Edelstahl können nach Bedarf konfiguriert werden und Stöße von Betten oder Transportwagen abfedern. Mehrere Beleuchtungsvarianten, darunter auch eine indirekte Kabinenbeleuchtung, schützen bettlägerige Personen vor blendendem Licht von oben. Für einen reibungslosen Aufzugsbetrieb sorgen die serienmäßig vorhandene Reservationsund Brandfallsteuerung mit Schlüsselschalter sowie ein zukunftssicheres Fernnotrufsystem auf Mobilfunkbasis. Der Schindler Edition 5000 Care entspricht bereits den Anforderungen der künftigen Aufzugsnorm EN 8120/50 und bietet dadurch langfristig Planungssicherheit. Schindler Deutschland AG & Co. KG 12105 Berlin www.schindler.com

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Treppenaufgang mit keilförmiger Untersicht Der Treppenaufgang im neuen Vertriebsgebäude West der Firma Camlog in Wimsheim verbindet in Form eines abgerundeten L mit keilförmiger Untersicht das Erdgeschoss mit dem ersten Obergeschoss und in geometrisch gleicher Ausführung das erste mit dem zweiten Obergeschoss. Die Lage mitten im großzügigen, lichtdurchfluteten Foyer betont die außergewöhnliche Form des ca. 9,50 m langen Aufgangs, der von Außenkante zu Außenkante 1,60 m breit ist. Betoniert wurden beide Aufgänge vom Stuttgarter Bauunternehmen Gottlob Rommel mit Sonderelementen aus Holz, die nach Vorgaben des Schalungsherstellers Meva gefertigt und am Einsatzort pro Aufgang zur Komplettschalung zusammengesetzt wurden. Dafür musste eine formgetreue Sonderschalung aus einzelnen Elementen geplant und gefertigt werden, die sich ohne großen Aufwand zur Baustelle transportieren und dort mühelos zur Komplettschalung zu-

sammenbauen und abstützen ließen. Beide Aufgänge wurden mit je sechs Modulen geschalt, die so geplant waren, dass trotz variierender Raumhöhen drei Module des unteren Aufgangs auch beim oberen Aufgang verwendet werden konnten. Nötig waren hierzu minimale Änderungen beim Einbau und Zusammensetzen der Module zur Komplettschalung am Einsatzort. Jedes Element besteht aus einer Grundplatte mit Formscheiben auf beiden Seiten, auf die eine Mehrschichtenplatte mit Sparschalung aufgebracht ist. Die Schalhaut ist verspachtelt und mehrfach lackiert, um eine optimale Betonoberfläche zu erzielen. Die einzelnen Elemente waren in ihrer Form und Abmessung so nahtlos aufeinander abgestimmt, dass sie nur von unten abgestützt, aber nicht miteinander verschraubt oder auf sonstige Weise miteinander verbunden werden mussten. Dies erforderte eine äußerst sorgfältige Planung und Fertigung der Elemente. Meva Schalungs-Systeme GmbH 72221 Haiterbach www.meva.de

WERTE BAUEN FASSADENKLINKER PFLASTERKLINKER FORMKLINKER KLINKERRIEMCHEN

Hagemeister GmbH & Co. KG Klinkerwerk Buxtrup 3 · D-48301 Nottuln [email protected] www.hagemeister.de

OFD Münster, Patriarche & Co. und Schuster Architekten (Paris / Düsseldorf) Klinker: Objektsortierung „OFD“

Digitale Planungs- und Bauprozesse

Stadionbau in Katar mit modernem Projekt-Informationsmanagement Die Londoner Ingenieurgesellschaft Hilson Moran setzt bei BIM-Projekten – wie beim Bau eines Stadions für die FIFA-Weltmeisterschaft 2022 in Katar, realisiert von einem multinationalen Projektteam – auf ein modernes Projekt-Informationsmanagement. In Katar arbeiten vier Niederlassungen – Katar, Abu Dhabi, London und Farmborough – an einem gemeinsamen Datensatz. Zum Projektteam zählen zudem Architekturbüros aus Spanien sowie Tragwerksplaner aus Polen und Deutschland. Die größte Herausforderung für den Stadionbau in Katar sind die klimatischen Bedingungen. Die FIFA-Richtlinien übertreffen sogar die ambitionierten Qualitätsstandards der Ingenieurgesellschaft. Newforma Project Center unterstützt sie dabei, dass Informationen stets schnell auffindbar sind. Alle Beteiligten haben direkten Zugriff auf die aktualisierten Projektdaten. Drei Monate nach Projektstart waren bereits ca. 45 000 E-Mails zwischen den Verantwortlichen hin- und hergegangen. Das Softwaresystem sorgt auch dafür, dass Duplikate grundsätzlich ausgeschlossen sind und alle Beteiligten zu jeder Zeit auf aktuelle Modelle und

Ablaufpläne zugreifen. Dabei ist allen Projektmitarbeitern stets bekannt, wer an welchen Dateien arbeitet und wer genau was geändert hat. Newforma Project Center macht Informationen nicht zuletzt nachverfolgbar, auch in der Zusammenarbeit mit externen Unternehmen. Somit gehen auch E-Mails an Projektpartner nicht mehr unter, da das System weiß, wer zu welcher Zeit E-Mails an welche Empfänger versendet und beispielsweise über neue Projektdateien informiert hat, die zum Download bereitstehen. Downloads können zu jeder Zeit nachgeprüft werden. Die Suchfunktion listet auch alle kontextrelevanten Dateien auf. Soll beispielsweise ein Wärmetauscher innerhalb des 3D-Modells an einer anderen Stelle platziert werden, lassen sich mit der Software sämtliche Hintergrundinformationen dazu finden: Produktdetails des Herstellers, Protokolle der Meetings, in denen die Aufgabe besprochen wurde, die Gründe für die Planänderung sowie alle weiteren Informationen sind direkt auffindbar. Mit den Apps für mobile Endgeräte wird die Kommunikation zwischen Baustelle und Büro lückenlos.

CNC-Fertigung anbieten und beauftragen

Newforma Germany GmbH 80331 München [email protected]

Orderfox AG LIE-9491 Ruggell www.orderfox.com

Im Bereich der digitalen Planung stehen auch dem Bauwesen leistungsfähige 3D-Programme und mit der CNC-Fertigung innovative Werkzeuge zur Verfügung. Mit Fortschreiten der Digitalisierung in der Industrie wird das CNC-Business an Komplexität und Geschwindigkeit gewinnen. In diesem Kontext bietet Orderfox CNC-Fertigern, Einkäufern, aber auch Architekten neue Optionen. Im Fokus steht hier die optimale Auslastung der Unternehmen bzw. derer CNC-Maschinen. Auf der Online-Plattform können sowohl Aufträge eingestellt wie auch angenommen werden. Die Einkäufer können ihre Aufträge gratis platzieren und ihr Lieferanten-Netzwerk mit der europaweiten Datenbank aktualisieren und ausbauen. Unternehmen können bei zu geringer Auslastung kurzfristig neue Aufträge suchen, die auf ihr Profil zugeschnitten sind. Gleichzeitig können Aufträge bei zu hoher Auslastung oder einem Maschinenausfall an geeignete Partner ausgelagert werden.

INFORMED LIFECYCLE

VON DER REALEN IN DIE DIGITALE WELT 3D-Hardware- und Softwarelösungen für Architektur-, Ingenieur- und Bauprojekte Abbildung des as-built Zustands für verschiedene Anwendungsbereiche in nur drei Schritten: 1

Den Projektstandort exakt und vollständig mit einem 3D-Laserscanner erfassen.

2

Die generierten Daten ganz einfach zusammenfügen, verwalten und mit allen Projektbeteiligten teilen.

3

Die finalen Ergebnisse schnell und einfach aus den Punktwolkendaten integrieren, analysieren und extrahieren.

INTERGEO 26.-28.09 Berlin Halle 2.1 Stand B2.040

Mehr Information unter: bim-cim.faro.com

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W I C O N A P R Ä S E N T I E R T:

360° Vermessung Der Imaging-3D-Lasercanner im Kleinformat BLK360 vereinfacht die Aufnahme von Daten zur 3D-Erfassung von Räumen in ihrem tatsächlichen Bauzustand. Die Messreichweite von 0,6 bis 60 m sorgt für millimetergenaue 360°-Scans. Der Scan erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 360 000 Laserscan-Punkten pro Sekunde und ist nach drei Minuten abgeschlossen. Auf der Autodesk ReCa Pro for mobile-App kann er dann angesehen, kommentiert, vermessen und geteilt werden.

Auf über 750 m² zeigen neben WICONA acht weitere Partner herausragende Innovationen in Technik, Funktionalität und Design. Erleben Sie an einem zentralen Ort zukunftsweisende Technologien, urbane Innovationen und inspirierende Lösungen rund um die Gebäudehülle, die Fassade sowie aus angrenzenden Produktbereichen. Willkommen im NEXT Studio in Frankfurt am Main!

Leica Geosystems AG CH-9435 Heerbrugg http://leica-geosystems.com

www.next-studio.de

Programm für 3D-Visualisierung Orca AVA 22 hat seine Benutzeroberfläche überarbeitet: die klarere Darstellung sorgt für leichtes Handling. Der neue Druck-Dialog zeigt die wichtigsten variablen Einstellungen zusätzlich auch grafisch visualisiert. Für die Textbearbeitung steht ein, an Windows angelehnter Texteditor zur Verfügung. Die erweiterte IFC-Mengenübernahme sorgt für Transparenz. Die IFC-Daten sind mit einer dreidimensionalen Darstellung und kontextbezogenen Übernahmetabellen verknüpft. Die 3D-Visualisierung zeigt das Projekt als Konstruktionsmodell. Orca Software GmbH 83115 Neubeuern www.orca-software.com www.ausschreiben.de

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Projektraum mit Desktop App

Virtual Reality für cloudbasierte BIM-Plattform

Nachhaltige Vereinfachung der BIM-Methode

Mit der Version 7.3 des Projektraums Awaro führt die AirITSystems GmbH die neue Desktop Integration App (ADI) ein. Sie unterstützt z. B. das direkte Bearbeiten von Dokumenten auf allen Browsern. Das lokal installierte Hilfsprogramm optimiert das Zusammenspiel der browserbasierten Anwendung Awaro mit dem Betriebssystem des Nutzers und steigert den Nutzungskomfort, z. B. durch direktes Bearbeiten und Versionieren von Dokumenten ohne manuelles Herunter- und Hochladen oder den Mehrfach-Download in einen lokalen Ordner ohne den Zwischenschritt eines ZIP-Archivs. Die App ist plattformübergreifend verfügbar (Windows, Mac) und mit allen Browsern kompatibel. Sie ersetzt die Java-Applet-Lösung, die in modernen Browsern nicht mehr unterstützt wird. Die Version 7.3 bietet Funktionalitäten, um mit der Formulartechnologie in Kombination mit Workflows einfacher und flexibler Prozesse wie Mängel- oder Inbetriebnahmemanagement zu unterstützen. Der Anwender kann zu einzelnen Auswahlwerten eines Felds (z. B. Geschosse oder Räume) Bilddaten hinterlegen. Für Fälle, die eine verbindliche, fest vorgegebene Textform voraussetzen, kann der Anwender Textfelder mit vordefiniertenTextbausteinen belegen. Typische Einsatzfelder sind SiGeKo-Protokolle, VOB-Schriftverkehr usw. Awaro vernetzt alle Baubeteiligten über eine zentrale Kooperationsplattform, die die Anwender über Webbrowser ohne Softwareinstallation nutzen. Sie können überall auf die Informationen zugreifen, für die sie autorisiert sind. Durch Qualitätsvorgaben im Dokumentenmanagement und systematische Aufgabenverfolgung ist das die beste Voraussetzungen für die Projektsteuerung.

Jüngste Neuentwicklungen der cloudbasierten BIM-Plattform Bimplus von Allplan sind die dreidimensionale Präsentation des Bauwerksmodells mithilfe von Virtual Reality, die Anbindung an die Statiksoftware SCIA Engineer sowie die Bearbeitung alphanumerischer Bauteilinformationen. Das Virtual-Reality-System AX 3000 VR des Partnerunternehmens EDV-SoftwareService unterstützt auf Basis von Allplan Bimplus die virtuelle Kommunikation zwischen Planern, Bauherren und anderen Baubeteiligten: nach dem Hochladen des Bauwerksmodells in Allplan Bimplus kann mithilfe der VR-Brille Oculus Rift ein virtueller Rundgang unternommen werden – noch vor dem ersten Spatenstich. Da die BIM-Plattform systemunabhängig ist, spielt es keine Rolle, mit welcher Software das Bauwerksmodell erstellt wurde. Mit AX 3000 VR können Planer den Bauherren eine realitätsnahe räumliche und gestalterische Vorstellung des Bauprojekts und der Umgebung bieten und mit ihnen Detailfragen wie Raummaße, Fenstergröße, Materialien und Lichtverhältnisse klären. Planungsfehler können frühzeitig erkannt und behoben werden. Durch die Anbindung an SCIA Engineer lassen sich Informationen zentral definieren und in verschiedenen Systemen und Disziplinen über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg verwenden. Zum ersten Mal ist Allplan Bimplus jetzt auch an MS Excel angebunden, was die Bearbeitung von Bauteileigenschaften erleichtert. Aus dem BIM-Koordinationsmodell werden Informationen zu Materialien, Feuerschutzklassen, Gewichten und Preisen direkt nach MS Excel übertragen und dort mit den gewohnten Funktionen weiterbearbeitet.

Mit Bechmann BIM 2017 bzw. AVA 2017 können Kostenberechnungen bereits in den Leistungsphasen 2 und 3 auf Basis von einfachen BIMModellen erstellt werden. Die im fortschreitenden Planungsprozess sich weiterentwickelnden BIM-Modelle führen dann zu verfeinerten Kostenund Leistungsbeschreibungen. Bei der Ausgabe der ermittelten Mengen und Leistungen entscheidet der Planer, ob diese für die Weiterbearbeitung in Bechmann AVA übergeben oder für andere AVA-Systeme bereitgestellt werden. Hierbei unterstützt Bechmann BIM die Ausgabe als BIMLV-Container. BIM-LV-Container sind das Ergebnis der im November 2016 verabschiedeten DIN SPEC 91350. Sie stellen einen neuen Standard zum verlinkten BIM-Datenaustausch von Bauwerksmodellen und Leistungsverzeichnissen dar. Ein BIM-LV-Container ist eine komprimierte Archivdatei, die Bauwerksmodelle als IFC-Datei und die dazugehörigen Leistungsverzeichnisse als GAEB-Datei miteinander verknüpft. Damit können Programme Informationen standardisiert zwischen konkreten Bauteilen des BIM-Modells und tatsächlichen Teilleistungen des Leistungsverzeichnisses austauschen. Mit Bechmann BIM 2017 können Anwender auf die webbasierte Datenbank DBD-BIM zugreifen, deren Grundlage die DIN SPEC 91400 ist. Auch die Auswertungs- und Weiterbearbeitungsmöglichkeiten in Bechmann AVA wurden verbessert. Besonders der Umgang mit Nachträgen und deren Auswirkungen auf die Gesamtkosten eines Projekts kann der Planer in der ergänzten Projektkostenauswertung früher und umfangreicher begutachten.

AirITSystems GmbH 60327 Frankfurt/M. www.awaro.com

Allplan Deutschland GmbH 81829 München www.allplan.com

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Bechmann + Partner GmbH 86159 Augsburg www.bechmann.de

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Weniger ist mehr!

Weniger Aufwand Mehr Gestaltungsfreiheit Planen Sie Ihre Wohnprojekte ganz einfach ohne Dachaufbau. Dank des äußerst kurzen Schachtkopfs des Schindler 3300 müssen Sie jetzt bei der Aufzugsplanung auch für niedrige Raumhöhen keine Kompromisse mehr eingehen. Mehr Spielraum für Ihre Ideen, weniger Aufwand in der Umsetzung. Sprechen Sie uns an, gerne beraten wir Sie persönlich: www.schindler.de/kontakt

www.schindler-3300.de

Wissen, wohin die Reise geht!

13. & 14. September 2017

Begleiten Sie uns in die Zukunft des Planen und Bauens! Die Baubranche ist im Wandel. Die fortschreitende Digitalisierung und die zunehmende Vernetzung eröffnen völlig neue Prozesse und Perspektiven. Eine der wichtigsten für den Infrastrukturbau ist BIM – Building Information Modeling. Nutzen Sie die Gelegenheit und informieren Sie sich über - Möglichkeiten und Auswirkungen für Bauherren, Planer und Bauunternehmer - Aktuelle Softwaretrends und Entwicklungen - Praxisberichte von erfahrenen Spezialisten - den Stufenplan von Bundesverkehrsminister Alexander Dobrindt Der Kongress mit Vorträgen und Workshops wird bereits zum vierten Mal von der THM und dem 5D-Institut in Kooperation mit der Deutschen Bahn veranstaltet. Die Referenten-Liste ist erlesen, die Atmosphäre konzentriert und partnerschaftlich.

Informationen und Anmeldung unter: www.bim-kongress.de

Berlin Kassel Gießen Frankfurt

Ein Viadukt für Hochgeschwindingkeitszüge Gitterschale aus Brettschichtholz Optimierte Bauprozesse eines Bahntunnels

Zeitschrift für Tragwerksplanung und Architektur Review of Structural Engineering and Architecture

structure Impressum ∂ structure Zeitschrift für Tragwerksplanung und Architektur www.structure-magazin.de Verlag: DETAIL Business Information GmbH, Hackerbrücke 6, 80335 München Tel. (089) 38 16 20-0, Fax (089) 38 16 20-66 Internet: http:// www.detail.de Postanschrift: Postfach 20 10 54, 80010 München Geschäftsführung: Karin Lang Redaktion DETAIL structure: (Anschrift wie Verlag, Telefon Durchwahl -84, E-Mail: [email protected]): Dr. Sandra Hofmeister (Chefredakteurin, V. i. S. d. P.), Sabine Drey (SD), Andreas Gabriel (GA), Jakob Schoof (JS) Johanna Christiansen (JC), Burkhard Franke (BF), Florian Köhler (FLK), Andreas Ordon (AO), Roland Pawlitschko (RP) (freie Mitarbeit) Michaela Linder, Maria Remter (Assistenz) Ralph Donhauser (freie Mitarbeit Zeichnungen) Herstellung /DTP: Peter Gensmantel (Leitung), Cornelia Kohn, Andrea Linke, Roswitha Siegler, Simone Soesters Übersetzungen englisch: Raymond Peat Redaktion Produktinformation: Dorothea Gehringer, Katja Reich, Rainer Bratfisch (freie Mitarbeit) Tel. (089) 38 16 20-0, Verkauf und Marketing Claudia Langert (Verlagsleitung, V.i.S.d.P.) Medialeistungen und Beratung: Annett Köberlein (Leitung), DW -49 Anzeigendisposition: Claudia Wach (Leitung), DW -24 Tel. (089) 38 16 20-0 Meike Weber, Senior Vice President / Business Development Vertrieb und Marketing: Kristina Weiss (Leitung) Irene Schweiger (Vertrieb), Tel. (089) 38 16 20-37 Abonnementverwaltung und Adressänderungen: Vertriebsunion Meynen, Große Hub 10, 65344 Eltville, Tel. (0 61 23) 92 38-211, Fax: -212 [email protected]

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Redaktionsbeirat structure wird ab 2018 vier Mal im Jahr erscheinen (März, Juni, September und Dezember) structure ist einzeln oder im Abonnement über den DETAIL Online Shop erhältlich: www.detail.de/structure Bezugspreise: structure Einzelheft: € 18,90 zzgl. Versandkosten structure Abonnement (4 Ausgaben inkl. Versandkosten): Inland: € 79,– /Ausland: € 89,– Für Studenten: Inland: € 45,– /Ausland: € 49,– Ausland zzgl. MWSt, falls zutreffend Abonnements sind 6 Wochen vor Ablauf kündbar. Konto für Abonnementzahlungen: Deutsche Bank München BLZ 700 700 10 · Konto 193 180 700 IBAN: DE24700700100193180700 SWIFT: DEUTDEMM Alle Rechte vorbehalten. Für unverlangte Manuskripte und Fotos wird nicht gehaftet. Nachdruck nur mit Genehmigung. Für Vollständigkeit und Richtigkeit aller Beiträge wird keine Gewähr übernommen. Repro: ludwig:media, Schillerstr. 10 5700 Zell am See Druck: W. Kohlhammer Druckerei GmbH + Co. KG Augsburger Straße 722, 70329 Stuttgart Bei Nichtbelieferung ohne Verschulden des Verlages oder infolge von Störungen des Arbeitsfriedens bestehen keine Ansprüche gegen den Verlag. Zurzeit gilt Anzeigenpreisliste Nr. 49 ©

2017 für alle Beiträge, soweit nicht anders angegeben bei DETAIL Business Information GmbH Dieses Heft ist auf chlorfreigebleichtem Papier gedruckt. Die Beiträge in DETAIL sind urheberrechtlich geschützt. Eine Verwertung dieser Beiträge oder von Teilen davon (z. B. Zeichnungen) sind auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts.

Prof. Christoph Ackermann Prof. Dr. Anette Bögle Prof. Dr. Oliver Englhardt Prof. Dr. Stephan Engelsmann Knut Göppert Dr. Bernhard Hauke Prof. Dr. Steffen Marx Prof. Dr. Lamia Messari-Becker Stefan Schmidt Dr. Heiko Trumpf Joram Tutsch

Abbildungsnachweis Fotos ohne Nennung sind Architekten- / Ingenieursaufnahmen, Werkfotos oder stammen aus dem Archiv DETAIL.

Seite 1, 26, 27, 43, 45 oben, 46 oben: Andreas Gabriel Seite 3: Roland Pawlitschko Seite 4: Konstanze Gruber / Fotolia Seite 5: Florian Monheim, Krefeld Seite 6 links: source Association Eugène Freyssinet Seite 6 rechts: aus: Eugène Freyssinet: Les hangars à dirigeables de l‘aeroport d‘Orly. In: Bulletin Technique de la Suisse Romande N° 22 vom 2. November 1929, S. 255 – 257 Seite 7 oben: aus: Marcel Breuer / Bernard Zehrfuss / Pier Luigi Nervi, Unesco: Preliminary Project, Paris 1953, S. 15 Seite 7 unten: Stefan Müller-Naumann Seite 8 oben: Siegfried Wameser Seite 8 unten: © Renzo Piano Foundation Seite 9 oben: René Rötheli Seite 10 links unten: Christopher Robeller, IBOIS / EPFL Lausanne Seite 10 rechts unten: Make Architects Seite 13 –15: Sebastian Schels Seite 17, 42, 45 unten links, 46 unten: Martin Granacher Seite 18, 19, 24 unten, 25 unten: FCC Construcción Seite 20, 21, 22 zweites, drittes und viertes von links oben, 22 oben rechts, 23, 24 oben, 25 oben, 25 Mitte: Arenas & Asociados Seite 22 erstes von oben links: Rúbrica Ingenería Seite 28, 29, 30 links, 31: © Dronestudio, Montpellier pour Fondeville Seite 30 oben: © Erieta Attali Seite 32, 33 unten, 34, 35 oben links: WTM Engineers GmbH Seite 33 rechts: Philippe Weissbrodt / ISOVER Seite 35 rechts, 57: Adrien Barakat Seite 36, 37 oben, 41 unten: Kuster Frey Seite 37 unten: Hannes Henz

Seite 38 – 40, 41 oben: Dominique Uldry Seite 44, 45 Mitte rechts, 45 unten rechts: Sailer Stepan & Partner Seite 47: Arnim Kilgus Seite 48, 52 links unten: Arnim Kilgus / bahnprojekt-stuttgartulm.de Seite 49 oben, 50 / 51, 53 oben: bahnprojekt-stuttgart-ulm.de Seite 49 unten: Reiner Pfisterer / bahnprojektstuttgart-ulm.de Seite 50 unten, 51 Mitte, 51 unten, 52 rechts, 52 links oben, 53 unten: Büchting + Streit AG Seite 54 oben: Oliver Abels (SBT) (https://commons. wikimedia.org/wiki/File:Limburg_-_ Lahntalbrücke_2.jpg), „Limburg – Lahntalbrücke 2“, Ausschnitt, https:// creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0/legalcode Seite 54 unten, 56: Marx Krontal GmbH Seite 55: thyssenkrupp Infrastructure Seite 60 Mitte: Franziska Lambertz Seite 61: Andreas Secci Seite 62 links: KSP Jürgen Engel Architekten GmbH Seite 63 Mitte, 63 rechts: Peri Seite 64 oben: Felix Kremp Seite 64 rechts unten: Toni Rappersberger, Quelle: Unger Steel Group Seite 65 oben, 65 unten rechts: Messe Dornbirn Seite 65 unten links: Marte.Marte Architekten ZT GmbH Cover structure 2/17 TGV-Bahnhof in Montpellier Architekten: Marc Mimram Architecture & Associés, Paris Ganzseitige Schwarzweißfotos: Seite 3: Sporthalle in Mülimatt Architekten: Studio Vacchini Tragwerksplaner: Fürst Laffranchi Seite 13: Sporthalle in Haiming Architekten: Florian Fischer /Almannai Fischer Architekten, München Tragwerksplaner: Ingenieurbüro Fuchshuber, Altötting Seite 17: Pfarrkirche St. Josef in Holzkirchen Architekten: Eberhard Wimmer Architekten, München Tragwerksplaner: Sailer Stepan & Partner, München Seite 47: Boßlertunnel /Albaufstieg (NBS Wendlingen – Ulm) Seite 57: Lärmschutzhalle am Flughafen Genf Architekten und Tragwerksplaner: WTM Engineers GmbH, Hamburg

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