DAS KRANHAUS "PANDION VISTA" IM RHEINAUHAFEN KÖLN - DIE ENTWICKLUNG UND REALISIERUNG DES TRAGWERKS
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Das Kranhaus „Pandion Vista“ im Rheinauhafen Köln die Entwicklung und Realisierung des Tragwerks Clemensstraße 10 50676 Köln Tel.: 02 21 9 21 63 70 Fax: 02 21 9 21 66 76 E-Mail: info@idk.koeln.de www.idk-koeln.de
Das Kranhaus „Pandion Vista“ im Rheinauhafen Köln Seit dem städtebaulichen Ideen- Die Grundlagen des Tragwerksent- wurfes wettbewerb im Jahr 1992 bis zum Ursprünglich wurden die Kranhäuser Baubeginn des nördlichen Kranhau- als Stahlfachwerkkonstruktionen, die ei- nen Portalkran nachbildeten, konzipiert. ses „PANDION VISTA“ im Juli 2008 Ein großer und ein kleinerer Fachwerkturm wurden durch eine Brücke verbunden. Es sind 16 Jahre vergangen. Die Rea- folgten weitere Tragwerksalternativen u.a. eine Verbund-, und eine Massivbaukonst- lisierung des letzten der drei Kran- ruktion. häuser ist der krönende Abschluss einer städtebaulichen Quartiersent- wicklung im Herzen der Stadt Köln. Die Städtebauliche Idee Die aktuell in der Umsetzung befindliche städtebauliche Planung für den Rheinauha- fen resultiert in ihren Grundzügen aus dem städtebaulichen Ideenwettbewerb im Jahr 1992. Einer der ersten Preisträger war der Ar- Die spektakuläre Gebäudeform erfor- chitekt Hadi Teherani, Hamburg, in dessen derte aufwendige Untersuchungen hin Entwurf u.a. drei Brückenhäuser auf der Halb- sichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften insel das hervorstechende Merkmal sind. Die (Erdbeben und Wind). Während der große endgültige Form des „Kranhaus“ wurde dar- Stempel für sich relativ steif war, entsprach auf aufbauend in mehreren Arbeitsgruppen der kleine einem stehenden Pendel, das und Workshops entwickelt und durch das Er- über das normale Maß ausschwang. Durch gebnis aus dem Einzelauftrag zur Überarbei- die Kopplung der beiden Baukörper (klei- tung und Überprüfung des Entwurfs im Rah- ner und großer Stempel) entstand eine men der Wettbewerbe 1999 bestätigt. ausgeprägte Rotationsschwingung. 2 IDK Köln | 2008
die Entwicklung und Realisierung des Tragwerks Alle im Verlauf der weiteren Entwurfs legungen mit einbezogen. Diese voraus- bearbeitung entwickelten Konzepte muss- schauende Umsetzung und Anwendung ten sich mit dem Schwingungsverhalten der zukünftigen Normenentwürfe hatte zur des Tragwerks auseinandersetzen. Insbe- Folge, dass die zum damaligen Zeitpunkt sondere gilt dies für die durch die Rotati- bemessene Konstruktion sehr der heutigen on des oberen Gebäudeteils hervorgeru- Ausführung entspricht. fenen Horizontalbeschleunigungen an der rheinseitigen Auskragung. Diese mussten auf ein für das Wohlbefinden des Nutzers die Gründung erträgliches Maß begrenzt werden. Die Be- rechnungen zum Schwingungsverhalten Mit dem Beginn der Bautätigkeit im Jahr wurden unter Zuhilfenahme eines 3-di- 2002 auf der Halbinsel des Rheinauhafens mensionalen Finite-Elemente Programms musste ein Konzept für die Gründung der (Infograph) durchgeführt. Kranhäuser entwickelt werden. Anfäng- Bild unten: Baufeld mit lich wurde geprüft, ob eine Gründung der der im Jahr 2003 vor- Kranhäuser ausschließlich auf der Grund- bereiteten Gründung Normen und Bestimmungen rissfläche der beiden Stempel möglich ist. für die Kranhäuser Ende der neunziger Jahre war die Um stellung der wesentlichen Baunormen auf europäische Standards bei weitem noch nicht abgeschlossen. Die baurechtlich eingeführten Normen (DIN 1045 1988-07; DIN 1055-3 1971-06; DIN 1055-4 1986-08; DIN 4149-1 1981-04 und anderen) stamm- ten alle noch aus den siebziger und achtzi- ger Jahren. Die neuen auf dem Teilsicherheitskonzept basierenden Normen lagen aber z.T. bereits als Entwürfe vor. (DIN 1045-1 2001-07; DIN 1055-100 2001-03; DIN 1055-3 2002-10; DIN 1055-4 2005-03; DIN 4149 2005-04 und an- deren) Deshalb wurden von Anfang an bei allen Berechnungen die jeweils aktuellsten Fassungen der Normentwürfe in die Über- www.idk-koeln.de 3
Das Kranhaus „Pandion Vista“ im Rheinauhafen Köln In enger Kooperation und fortwährendem Die für die Bemessung der Gründung Meinungsaustausch mit dem Baugrund- notwendigen Lasten waren abschließend sachverständigen Prof. Dr.-Ing. J. Feiser wur- nicht bekannt, da zu jenem Zeitpunkt für de das Gründungskonzept erarbeitet. Es die drei Kranhäuser noch keine Endinves- trägt sowohl der hohen Lastkonzentration, toren bzw. Nutzer fest standen. als auch dem ausgeprägten Schwingungs- verhalten der Konstruktion Rechnung. Un- Um eine den Interessen und insbeson- ter den genannten Voraussetzungen er- dere der Flexibilität entgegen kommende wies es sich als zwingend erforderlich beide Planung für mögliche zukünftige Investo- Bauwerksteile im Baugrund miteinander zu ren zu gewährleisten, mussten die Annah- verbinden. Dies begründete sich insbeson- men so getroffen werden, dass der Grün- dere im Hinblick auf die Sicherheit der Kran- dungsentwurf größtmöglichen Freiraum Bild unten: Gründung häuser bei Horizontalbelastungen aus Wind für die spätere Genehmigungs- und Aus- mit Darstellung der oder Erdbeben. Die Kopplung der beiden führungsplanung garantierte. Bohrpfähle Bauwerksteile war unumgänglich. Gründungslasten auf der Grundlage des architektonischen Vorentwurfs Bereits im Jahr 2000 entwickelte das In- genieurbüro für Baustatik und Massivbau IDK Dipl.-Ing. Dieter Kleinjohann mehre- re Tragwerksentwürfe. Die Vielzahl an Vor- schlägen im Rahmen der ersten Bearbei- tungsschritte und die besonderen örtlichen Kenntnisse hinsichtlich des Baugrunds be- gründeten ein enges Zusammenwirken mit dem Architekturbüro BRT Architek- ten, Hamburg, und dem Projektentwickler Somit wurde es notwendig die Grün- moderne stadt GmbH, Köln. Diese Vorge- dung der Kranhäuser zusammen mit der hensweise führte zu einer zügigen Klärung zu erstellenden Tiefgarage im Jahr 2003 bei der Ausarbeitung des Lastabtrages und auszuführen. Die dafür notwendigen tech- der Gründung. nischen Abstimmungen wurden mit dem für die Tiefgarage verantwortlichen Trag- Erarbeitet wurde zuerst ein räum- werksplaner Schüssler Plan abgestimmt liches Tragwerksmodell für eine und bei der Ausführung koordiniert. Stahlfachwerkkonstruktion. Darüber hi- 4 IDK Köln | 2008
die Entwicklung und Realisierung des Tragwerks naus wurden aber auch eine Verbundkon- bebelastung wurde bis zu einer Last von struktion und noch eine weitere Variante 20 MN messtechnisch überwacht. Bis zu in Massivbauweise untersucht. dieser Laststufe traten keine nennenswer- ten Verformungen auf. Erst bei einer Last- Die verschiedenen Varianten der Trag- steigerung auf mehr als 27 MN traten erste werkssysteme mussten so ausgelegt wer- Verschiebungen auf. den, dass für die Kranhäuser Mitte und Süd eine gewerbliche Nutzung und für das Die Gründung der Kranhäuser Nord, Kranhaus Nord eine Wohnungsnutzung zur Mitte und Süd wurde dann in den Som- Ausführung kommen konnte. Die Vor-, und mermonaten des Jahres 2003 nach der Nachteile hinsichtlich Bauablauf, Terminen vom Ingenieurbüro für Baustatik und Mas- und Baukosten wurden gegenübergestellt sivbau IDK aufgestellten Genehmigungs- und waren maßgebliche Grundlage für die und Ausführungsplanung ausgeführt. Wahl der gewählten Tragkonstruktion. Stahlfachwerkkonstruktion Zur Ermittlung der Gründungslasten Die Vertiefung des Entwurfes wurden in einer Lastfallkombination aus allen Varianten die ungünstigsten Las- Der Einstieg in eine weitere Planungsrun- ten für jede Stelle der Gründung berech- de begann Ende 2003. Der Projektentwick- net und der Bemessung zugrunde gelegt. ler moderne stadt GmbH stellte dem pla- Die Herstellung der Pfahlkopfplatte hatte nenden Architekturbüro aus Hamburg BRT so zu erfolgen, dass eine flexible Planung Architekten ein Planungsteam, bestehend der aufgehenden Stützen und Wände ge- aus IDK Dipl.-Ing. Dieter Kleinjohann als währleistet werden konnte. Deshalb wur- Tragwerksplaner, DS-PLAN für die techni- de im Bereich der Stempel nur der untere sche Gebäudeausrüstung und die Fassa- 1,00 m dicke Teil der insgesamt 2,60 m di- denplanung, dem Ingenieurbüro Dipl.-Ing. cken Pfahlkopfplatte betoniert. Paul Corall für das Brandschutzkonzept und einem Generalunternehmer zur Seite. Die Ausführung erfolgte als kombinierte Diese Bearbeitungsphase hatte das Ziel, für Pfahl-Platten-Gründung. Die Pfähle waren das gewerblich genutzte Kranhaus eine de- überwiegend Mantel und Fuß verpresst. taillierte Entwurfsplanung auszuarbeiten. Variante in Massivbauweise Um die hohe Tragfähigkeit dieser Pfähle bei gleichzeitiger optimaler Wirtschaftlich- Der besondere Akzent während dieser keit nutzen zu können, wurde ein Probe- Planungsstufe wurde auf das optimierte pfahl hergestellt und bis zur zweifachen Tragwerk und eine daraus resultierende hö- Gebrauchslast belastet. Die prognostizier- here Kostensicherheit für mögliche Investo- te Gebrauchslast betrug 10 MN. Die Pro- ren gesetzt. www.idk-koeln.de 5
Das Kranhaus „Pandion Vista“ im Rheinauhafen Köln Die im vorherigen Entwurf entwickel- Tragwerksvarianten und ihre Be- ten Tragwerksvarianten wurden noch wertung einmal allumfassend hinterfragt. Es folg- ten weitere spezifischere Ausarbeitun- Im Zuge der Projektvorbereitung und gen von Alternativen und deren Untersu- in Abstimmung mit den Planungsbetei- chungen. ligten analysierte und entwickelte das In- genieurbüro IDK in Zusammenarbeit mit Die Detailuntersuchungen im Rahmen den Architekten BRT in dieser Phase eine der Entwurfsplanung zeigten eine Viel- Vielzahl an Tragwerksformen. Die Vor- zahl an technischen Fragen auf, die es zu und Nachteile wurden als Entscheidungs- lösen galt. Insbesondere die im ursprüng- grundlage für den Projektsteuerer doku- lichen Konzept seitens der Architekten fa- mentiert. vorisierte Stahlkonstruktion erwies sich als problematisch. Die Geschosshöhe Die abschließende Bewertung dieser reichte für das Fachwerk der Brücke nicht Ergebnisse führte schließlich dazu, die aus, um die Lasten aus den darüber lie- Spannbetonvariante umzusetzen. Die- genden Ebenen abzutragen. Dann wie- se Entscheidung wurde unter Berück- derum erwies es sich als ausgesprochen sichtigung der Gegenüberstellung aller schwierig, die Lasten aus den in der Fas- untersuchten technischen Erkenntnisse sadenebene angeordneten Fachwerken und der daraus resultierenden Vorteile in den mittig liegenden kleinen Stempel im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit ge- einzutragen. Auch die enorm hohen An- troffen. forderungen an den konstruktiven Brand- schutz wirkten sich bei der Stahlvariante Anfangs war das Brückengeschoss als als ungünstiger Kostenfaktor aus. reines Traggeschoss konzipiert. Das aus architektonischer Sicht Reizvollste an die- ser Variante war die relative Schlankheit Bild: Entwurfsplanung der Abfangebene. Der weitere Verlauf der mit Stahlfachwerk Entwurfsbearbeitung machte jedoch im- mer deutlicher, dass das Gebäude zusätz- liche Technik-, und Lagerflächen benötigt. Die sehr beengten Flächen im Unter geschoss und die zurückgesetzten Flä- chen auf dem Dach waren für die Technik, jedoch nicht für die vermarkungstech- nisch zwingend notwendigen Lagerräu- me ausreichend. 6 IDK Köln | 2008
die Entwicklung und Realisierung des Tragwerks Der endgültige Entwurf Seitens der Projektentwicklung moderne stadt GmbH wurde der für die Leistungs- Der im Sommer des Jahres 2004 abge phasen 1 ‑ 3 abgeschlossene Tragwerks- schlossene Entwurf des Tragwerks in den entwurf, einschließlich der Nutzungs- und Leistungsphasen 1 bis 3 sah daher eine Verwertungsrechte, an den Investor des 3,25 m hohe Abfangebene mit Technik mittleren Kranhauses DEVELOPMENT Part- und vor allem Lagerflächen vor. Die sta- ner AG, Düsseldorf, veräußert, der dann die tische Machbarkeit wurde ausschließlich noch zu erbringenden Ingenieurleistun- durch Ingenieure von IDK im Entwurf un- gen im Bereich der Tragwerksplanung an- tersucht und nachgewiesen. Unterstüt- derweitig beauftragte. Bild unten: Blick auf zung im Hinblick auf Baukosten, resul- den Rheinauhafen tierend aus dem Tragwerk und aus dem Das Urheberrecht verblieb weiterhin bei mit den drei Kranhäu- Bauablauf wurde durch den Generalun- IDK. Die DEVELOPMENT Partner AG, Düssel- sern „PANDION VISTA“, ternehmer geleistet. dorf hat dann ab November 2006 die Bau- „KRANHAUS 1“ und ausführung des „Kranhaus 1“ umgesetzt. „KRANHAUS SÜD“ Bild: Darstellung der Abfangebene im 9.OG Die Erschließung der Hohlräume zwi- schen den Abfangträgern stellte bei diesem Entwurf eine ganz besondere Herausforderung der tragwerksplaneri- schen Leistung dar. Türen und Technik- durchbrüche mussten mit der Spann- gliedführung abgestimmt werden und Bereiche mit extrem hoher Ausnutzung der Querschnitte waren von Schwächun- gen durch zusätzliche Durchbrüche frei zu halten. www.idk-koeln.de 7
Das Kranhaus „Pandion Vista“ im Rheinauhafen Köln Die Geschosshöhen imWohnhaus sind nied- riger als in den beiden Bürogebäuden und die Nutzlasten sind geringer. Im Sinne der gelten- den Vorschriften zum Schallschutz DIN 4109 müssen Wohnungstrennwände schwer aus geführt werden. Die geringere Geschosshöhe ermöglicht die Planung von drei zusätzlichen Geschossen bei gleichen Gebäudeabmessun- gen bzw. gleichem Bruttorauminhalt wie bei den beiden Bürogebäuden. Die Abfangebene befindet sich beim Wohngebäude im 11. von insgesamt 17 Obergeschossen. Des Weiteren gibt es ein zusätzliches Penthouse. Die bei den Bürogebäuden in der Mitte Bild: Blick auf das Bau- „Kranhaus 1“ und „Kranhaus SÜD“ getrennten Brückenriegel sind beim Wohn- feld im Rheinauhafen gebäude durch ein Atrium miteinander ver- im September 2008 Die beiden gewerblich genutzten Kran- bunden und liegen ca. 3,00 m weiter ausei- Links im Bild ist das häuser „Kranhaus 1“ und „Kranhaus Süd“ nander, als es bei den Bürogebäuden der südliche Kranhaus sind bereits vollständig errichtet. Beim Fall ist. Im Atrium bilden in den Geschos- „Kranhaus Süd“ zu südlichen Kranhaus sind noch letzte Ar- sen angeordnete Gänge die Erschließung sehen, daneben das beiten an der Fassade und am Innenaus- der Wohnungen. Im 11. Obergeschoss sind mittlere der drei Kran- bau durchzuführen. unter dem Atrium noch zusätzliche Tech- häuser „Kranhaus 1“ Mit den Rohbauarbeiten am dritten Kran- nik- und Lagerräume angeordnet. Der Fuß- haus „PANDION VISTA“ wurde im Juli 2008 boden des Atriums wird durch die Anord- begonnen nung eines Wasserbeckens noch einmal besonders gestalterisch hervorgehoben und macht eine besonders detaillierte Un- DAS Kranhaus „PANDION VISTA“ tersuchung der Verformungen des Brü- ckenriegels zwingend erforderlich. Das Projekt PANDION VISTA ist das nördlichste der drei Kranhäuser und wird Die Grundrisse der aussteifenden Kerne durch die Pandion AG projektiert. Da es im großen Stempel sind im Wohnhaus an- sich hierbei um ein Wohngebäude han- ders als in den Bürogebäuden. Grund hier- delt, musste hierfür der Entwurf der tra- für ist die Anordnung der Wohnungen um genden Bauteile vollkommen neu durch- den Kern und die damit verbundene Lage dacht werden. der Wohnungstrennwände. 8 IDK Köln | 2008
die Entwicklung und Realisierung des Tragwerks Die im Wohnhaus auf die Decken anzu- zum Einsatz, die zum Großteil aus einem setzenden Nutzlasten sind geringer, als bei Leichtbeton der Festigkeitsklasse LC 35/38 den Bürogebäuden. Diese Lastreduzierung mit der Rohdichte D 1,6 und in einigen reicht aber nicht aus, um den Zuwachs an wenigen Bereichen aus Normalbeton der Nutzflächen auszugleichen, der durch die Festigkeitsklasse C 35/45 besteht. Berech- zusätzlichen Geschosse und die Schließung nung und Ausführung einer solchen De- des Atriumbodens entstanden ist. Eine Mi- cke sind technisch sehr anspruchsvoll. Es nimierung des Eigengewichtes der Decken wurde aber eine Gewichtsreduzierung war daher zwingend erforderlich. Eine He- der Decken von ca. 20% erreicht. rabsetzung der Deckenstärke schied aus, weil hierdurch die Durchbiegungen der Bedingt durch den Einsatz von Kons- Decken zu groß und für die gemauerten truktionsleichtbeton müssen an vielen Wände unverträglich geworden wären. Stellen des Gebäudes Sonderlösungen Eine Gewichtsreduzierung bei feststehen- entwickelt werden, weil Standardlösun- der Deckendicke kann durch den Einsatz gen in der Regel nur für Normalbeton auf von Hohlkörpern, oder von Konstruktions- dem Markt erhältlich sind. Da im Hinblick leichtbeton erreicht werden. auf den Schall- und Wärmeschutz sehr hohe Anforderungen an den Standard ge- stellt sind, waren hier sehr umfangreiche Bild links: Das Atrium Abstimmungen mit dem Bauphysiker und im Kranhaus „Pandi- zahlreiche Gespräche mit Anbietern not- on Vista“ wendig. Trotz aller Bemühungen die Lasten aus den Geschossdecken zu reduzieren sind sowohl die Lasten auf den Abfangträgern als auch die Gründungslasten höher als bei den gewerblich genutzten Kranhäusern. Aus diesem Grund sind die Abmessungen der Megastützen im kleinen Stempel und der Querabfangung größer als in den Bü- rogebäuden. Wegen der höheren Lasten musste die Vorspannung der Abfangträ- Nach Abwägung aller Vor- und Nach- ger erhöht werden. Auch die Abstimmung teile wurde die Leichtbetonvariante für der Durchbrüche im Abfanggeschoss er- die Ausführung gewählt. Somit kommt in wies sich beim Wohngebäude als sehr den Normalgeschossen eine Hybriddecke schwierig. Erschwerend kam hinzu, dass www.idk-koeln.de 9
Das Kranhaus „Pandion Vista“ im Rheinauhafen Köln im Wohnungsbau erheblich mehr Sanitär- Werkzeuge leitungen notwendig sind und dass die- se wegen des erforderlichen Gefälles nur Die Berechnungen aller Tragwerkstypen sehr aufwändig zu verschieben sind. wurden mit dem Programmsystem von In- fograph in der jeweils aktuellsten Fassung Bereits in der Planungsphase wurden durchgeführt. Für die dynamischen Be- Käuferwünsche und dadurch bedingte Ein- rechnungen zur Gewährleistung der Stand- griffe in das Tragwerk durch IDK berück- sicherheit bei einem Erdbeben wurden sichtigt. So wurden z.B. flexible Nutzungen räumliche Modelle generiert. Das Gesamt- von Wohnungen durch Maisonettlösun- tragwerk, sowie Teile des Tragwerks wur- gen realisiert, deren Umsetzung bei die- den räumlich modelliert. Alle im Rahmen sem technisch hoch anspruchsvollen Trag- der Statischen Berechnungen notwendigen werk nicht immer leicht war. Nachweise, einschließlich der Spannbeton- und Erdbebennachweise wurden mit die- Ein ganz besonderes Augenmerk ist bei sem Programmsystem erbracht. dem Wohngebäude, bedingt durch die hochbauüblichen Verformungen, auf den Alle relevanten Projektspezifischen In- Innenausbau zu legen. formationen sind den folgenden Seiten zu entnehmen. Insbesondere ist die Gegen- Die Rohbauarbeiten für das nördliche überstellung der Kennzahlen der Kranhäu- Kranhaus wurden im Juli 2008 begonnen. ser Wohnen und Gewerbe interessant. Die Genehmigungsplanung ist durch IDK vollständig erbracht. Auch die Ausführungs- planung ist weit fortgeschritten. Zur Zeit werden noch letzte Abstimmungen mit der Köln, im September 2008 ausführenden ARGE getroffen, um einen optimalen Bauablauf zu gewährleisten. IDK KLEINJOHANN GmbH & Co. KG 10 IDK Köln | 2008
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