structure – published by DETAIL 01/2019

Coal Drops Yard in London Zeichenhafte Dachskulptur Coal Drops Yard in London Emblematic Roof Sculpture

BrĂźckenbau, quo vadis?

Tendenzen und Ausblick Bridge Construction, Quo Vadis?

Tendencies and Perspective

1.19

editorial

Was kann die Tragwerksplanung aus der ­Geschichte lernen? Welche Lehren ziehen wir Hufton + Crow

aus den Erfolgen und Fehlern früherer Planergenerationen? Diese Fragen haben durch den Zusammenbruch der Morandi-Brücke in Genua an Relevanz gewonnen, und wir stellen sie

What can structural engineering design learn

auch in der aktuellen Ausgabe der structure.

from history? What lessons can we draw from

In seinem Essay erläutert Ludolf Krontal, wie

the successes and failures of previous gen­

sich Katastrophen wie die in Genua vermei-

erations? This questions have gained rele-

den lassen und wie künftige Brückentragwer-

vance since the collapse of Morandi Bridge in

ke robuster und vor allem weniger wartungs-

Genoa. In his essay, Ludolf Krontal discusses

intensiv ausgelegt werden können. Daneben

how ­catastrophes like Genoa can be avoided

planen wir eine neue Artikelserie über histori-

and how future bridges can be designed to

sche Ingenieurbauten und ihren Entwerfer.

be more robust and require less maintenance.

Den Auftakt macht Cengiz Dicleli mit seinem

We are planning a new series of articles about

Beitrag über Karl Bernhards Stößenseebrücke

historical structures and their designers.

in Berlin.

­Cengiz Dicleli leads off with his article about

Eine historische Konstante ist das Spannungs-

Karl Bernhard’s Stössensee Bridge in Berlin.

feld zwischen Formfindung und Formgebung

Throughout history, structural engineers have

bei der Tragwerksplanung. Es zeigt sich auch

always operated in the sphere of interaction

in den Projektdokumentationen in diesem

between form-finding and form-giving. It

Heft: Während beim Einkaufszentrum Coal

shows in the projects chosen for this issue:

Drops Yard in London die Idee eines „Kusses“

while the idea of a “kiss” between two half-

zwischen zwei Dachhälften und beim Expe­

roofs determined the design of the Coal

rimenta-Gebäude in Heilbronn die spiralför-

Drops Yard shopping centre in London as did

mige Erschließung den Entwurf bestimmen,

the spiral circulation area for the Experimenta

ist bei der Sporthalle in Calais und dem Flug-

exhibition building in Heilbronn, maximising

hafen Mactan auf den Philippinen das Bestre-

functionality and structural efficiency had

ben um Funktionalität und Effizienz des Trag-

much more influence on the Sports Hall in

werks stärker gestalt­prägend. Herausfordernd

­Calais and Mactan Airport on the Philippines.

war die Realisierung der Bauten allemal – das

Realising these structures was challenging,

gilt auch für die erdbeben­sichere und doch

not least for the earthquake-safe and yet

­filigrane Aussichtsplattform in Form einer

­filigree double helix viewing platform in

Doppelhelix in Changsha, die das Titelblatt

Changsha, which appears on the title page

dieser Ausgabe ziert.

of this issue.

Viel Freude bei der Lektüre!

I wish you an enjoyable read!

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Jakob Schoof redaktion@structure-magazin.de

editorial 1

inhalt content

projekte projects 1 editorial

20 Meixi Urban Helix in Changsha

magazin

KSP Jürgen Engel ­Architekten / Weiske + Partner

reports

4 Hochhauspreis für Torre Reforma in Mexiko-Stadt Highrise Award for Torre Reforma in Mexico City Robert Mehl

6 Ingenieurbaukunst: Karl Bernhards Stößenseebrücke The Art of Structural Engineering: Stößensee Bridge, by Karl Bernhard Cengiz Dicleli

8 Buchtipps: Einfüh­rung in die Tragwerksplanung Book Tips: Introduction to Structural ­Engineering Design

essay essay

14 Brückenbau, quo vadis?

Bridge Construction, Quo Vadis?

Ludolf Krontal

26 Terminal 2 des ­Flughafens Mactan Mactan Airport ­Terminal 2 Integrated ­Design Associates / Arup

32 Experimenta Science Center in Heilbronn Sauerbruch Hutton / schlaich bergermann partner

produkte products

technik

technology 54 Digital Bauen – ­3D-Druck mit Beton Digital Construction – Concrete 3D Printing Viktor Mechtcherine

60 Stahlbau Steel Construction 64 Brückenbau Bridge Building 68 Befestigungstechnik Fastening Technology 72 Software / BIM 76 Impressum, Bildnachweis Imprint, Copyright

40 Sporthalle in Calais Sports Hall in Calais Bureau faceB / Bollinger + Grohmann

46 Coal Drops Yard in London Heatherwick Studio / Arup

Jakob Schoof

10 structure research: Betonschale mit ­gestrickter Schalung Concrete Shell Built Using a Knitted Formwork Block Research Group, ETH Zürich

2 inhalt

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Ingenieurbaukunst: Stößenseebrücke in Berlin von Karl Bernhard

werkkonstruktion mit einem tief im Tal positionierten Mittelauflager, die er möglichst filigran gestaltete. Ein weit­ gespannter Bogen kam nicht infrage, weil die Horizontalkräfte am aufgefüll­ ten Damm kaum mit vertretbaren Kos­ ten aufzunehmen waren.

Funktional und „schönheitlich“ Zur Auflagerung der Konstruktion auf der östlichen Landseite, wo die sehr steile Böschung abgefangen werden musste, wurden Stützwände errichtet.

Diese hat Bernhard in verschiedene Einzelteile aufgelöst, um dem Ein­ druck gewaltiger Mauermassen ent­ gegenzuwirken.

Um auf der Dammseite Horizontal­ kräfte zu vermeiden, wählte Bernhard ein Gerberträgersystem, bestehend aus fast parallelgurtigen Fachwerk­ trägern, die sich jeweils auf einem ­festen Auflager im Tal und einem be­ weglichen auf der Landseite aufstüt­ zen. Der Schleppträger verbindet die Kragarmspitze mit dem dammseitigen Auflager. Er erlaubt Senkungen des Dammes und kann gegebenenfalls am dammseitigen Auflager wieder in die richtige Lage hochgedrückt wer­ den. Die vier Hauptträger sind im ­Abstand von je 5,85 m angeordnet

und mit einhüftiten Bogengurtungen gegen die tief liegenden mittleren Auflager abgesprengt. Die zunächst steil ansteigenden Bogen gehen tan­ gential in die Untergurte der Fach­ werkträger über.

An mehreren Stellen eines Artikels beschreibt Karl Bernhard 1911 seine Bemühungen um die „schönheitliche Gestaltung“ des Bauwerks: „Um die Hauptlinien des Tragwerks zu einheit­ licher Wirkung besser zusammen zu fassen, sind für den Obergurt sowie für die Fachwerkträger mit den fort­ laufenden Untergurten Querschnitte mit nach außen stehenden Winkelei­ sen zur Verwendung gelangt, die also eine gewisse Gliederung und Schat­ tenlinien ergeben […] Der Untergurt des Kragarmes ist gradlinig und liegt in der Verlängerung der Abschrä­ gung des Querträgers; dadurch soll die Einheitlichkeit des Gesamtbildes erreicht werden.“ Karl Bernhard ist es gelungen, funk­ tionale und technische Bedingun­ gen mit seinem bewussten gestalte­ rischen Anspruch in Einklang zu brin­ gen. So entstand auf der Döberitzer Heerstraße ein unverwechselbares Bauwerk und ein Markenzeichen für den Ort. Cengiz Dicleli

aus Zeitschrift für Bauwesen /Atlas 1911

Im Jahr 1899 kam in Berlin der Ge­ danke auf, die Bismarckstraße in Rich­ tung Westen zu verlängern, um das Zentrum mit dem Grunewald, also „das Herz mit der Lunge“ zu verbin­ den. Die neue Heerstraße sollte den Kurfürstendamm entlasten und der Residenzstadt eine Prachtstraße nach dem Vorbild von Paris und London bescheren. Der geplante Straßenzug musste die Seenlandschaft im Westen Berlins durchqueren, wofür der Bau von zwei Brücken erforderlich wurde.

Mit deren Planung, Entwurf und Kons­ truktion beauftragte man Karl Bern­ hard, einen der wichtigsten Baumeis­ ter in Berlin zu Beginn des 20. Jahr­ hunderts.

Die 1909 fertiggestellte Stößensee­ brücke zählt zu seinen schönsten und am besten erhaltenen Bauten. Um ih­ re Länge und damit die Kosten zu re­ duzieren, überbrückte Bernhard einen Teil des Sees mit einer 350 m langen und 125 m breiten Dammschüttung, die durch Heraufpumpen des aus dem See herausgebaggerten Moores fruchtbar gemacht wurde. Um das ­dadurch entstandene schöne Tal mit nahezu 100 m Breite nicht durch mas­ sive gemauerte Pfeiler zu beeinträch­ tigen, wählte Bernhard eine Stahlfach­

Cengiz Dicleli

The Art of Structural Engi­ neering: Stößensee Bridge, Berlin, by Karl Bernhard

Statisches System der Brücke/ structural system of the bridge

6 reports

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Cengiz Dicleli

In 1899, the Berlin authorities decid­ ed to extend Bismarckstrasse to link the urban centre to the Grunewald, an extensive wooded area to the west referred to as the “heart and the lungs” of the city. The new road, Heerstrasse, was intended to relieve traffic from Kurfürstendamm and ­provide the capital with a boulevard modelled on those of Paris and Lon­ don. The planned road had to cross the lakeland area in west Berlin, which would require two bridges.

Karl Bernhard, one of the most influ­ ential master builders in Berlin at the start of the 20th century, was com­ missioned with the planning, design and construction.

The 1909 Stößensee Bridge is consid­ ered one of his most beautiful and best-preserved structures. In order to reduce the length and therefore the cost of the project, Bernhard crossed part of the lake with a 350 m long, 125 m wide embankment, which al­ lowed some of the marshland to be excavated, drained and put to good use. To ensure that the resulting beautiful, almost 100 m wide valley would not be marred by massive ­masonry piers, Bernhard chose to de­ sign a delicately proportioned steel truss girder superstructure with a simi­ larly slender and open single steel central support in the valley. A longspan arch was ruled out because the horizontal forces could not be resist­ ed at reasonable costs by the em­ bankment fill.

fixed support in the valley and a hori­ zontally free movement support at the land end. A suspended-span girder connects the end of the canti­ lever with the embankment-end sup­ port. This arrangement allows for ­settlement of the embankment and, if necessary, the embankment end support can be jacked up back to its original level. The four main gird­ ers are at 5.85 m centres and have arched haunch chords that appear to spring off the low-level central sup­ port. These initially steeply rising arched chords flatten out to meet the bottom chords of the truss girders tangentially.

In an article published in 1911, Bern­ hard describes how he arrived at the aesthetic form of the structure: “To achieve an integrated uniform effect for the main lines of the structure, members with outward-pointing an­ gle sections are used for the top chord and for the truss girders with the continuous bottom chords to cre­ ate a specific tectonic and shadow lines […] The bottom chord of the cantilever is straight and terminates in the extension of the chamfer of the eastern cross beam; thus ensuring uniformity of appearance across the whole structure.”

Karl Bernhard succeeded in bringing functional and technical requirements into accord with his high standard of bridge architecture. This is the way an unmistakable structure and local land­ mark came to fruition on Heerstrasse, Döberitz. This is the art of the structur­ al engineer.

Cengiz Dicleli

Ansicht und Schnitt des beweglichen Auflagers auf dem östlichen Landpfeiler elevation and section of the movement bearing at the east end pier

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Cengiz Dicleli

Functional and aesthetic Retaining walls were built to provide the abutment to the structure on the eastern end, where the bridge had to be terminated in very steeply sloping ground. Bernhard solved this prob­ lem with a number of different struc­ tural components that dispelled any impression of monolithic masonry walls. To avoid horizontal forces at the embankment end of the bridge, Bern­ hard used a cantilever girder system consisting of almost constant depth trusses that each have a horizontally

magazin 7

Brückenbau, quo vadis?

Bridge Construction, Quo Vadis?

210.717 OD

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64 80 90

87 87 87 87 104

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Am 14. August 2018 stürzte in Genua die ­Morandi-Brücke ein und riss 43 Menschen in den Tod. Dieser Einsturz mit so vielen Todes­ opfern ist eine furchtbare Tragödie und hat für uns Bauingenieure im Brückenbau eine nahe­ zu traumatische Bedeutung. Wir wissen nicht genau, was passiert ist, stellen uns aber viele Fragen zu den Vorgängen. Wie konnte das geschehen? Welche Risiken bergen Bauwerke dieser Generation im Allgemeinen? Was kön­ nen, was müssen wir tun, um deren Sicherheit zu gewährleisten? Noch gibt es keine offiziel­ len Antworten, aber die Vermutungen zu den Ursachen und die Auswirkungen auf den Brü­ ckenbau werden in der Fachwelt intensiv dis­ kutiert. Vor allem wird uns Ingenieuren bei derartigen Ereignissen einmal mehr schmerz­ lich bewusst, welche hohe Verantwortung wir mit unserer Arbeit und unseren täglichen Entscheidungen tragen.

Die Morandi-Brücke war ein Meisterwerk der Ingenieurbaukunst und ein Meilenstein des Brückenbaus in den frühen 1960er Jahren – das gilt zweifelsfrei, auch trotz ihres Einstur­ zes. Die Entwurfsphilosophie im Brückenbau hat sich in den letzten Jahrzehnten mit den Erkennt­nissen und Erfahrungen sehr verän­ dert. Heute geplante Bauwerke sind mit de­ nen aus den 1960er und 70er Jahren ebenso wenig vergleichbar wie ein Auto aus den 1960er Jahren mit Fahrzeugen der neuesten Generation. Die Anforderungen im Brücken­ bau sind ebenso wie im Automobilbau in den letzten Jahren erheblich gewachsen. In der „Sturm- und Drang-Zeit“ des frühen Spann­

Text: Ludolf Krontal Ludolf Krontal ist Geschäfts­ führer und Gesellschafter im Ingenieurbüro Marx Krontal Partner mit Sitz in Hannover und Weimar.

Ludolf Krontal is managing director and managing part­ ner at consultant engineers Marx Krontal Partner, which has offices in Hanover and Weimar.

A Q ueensferry Crossing bei Edinburgh / Schottland: Hier führt der Ausfall ­eines Hängers nicht zum Kollaps des Bauwerkes.

Moderne Schrägseilbrü­ cken haben durch eine hohe Anzahl von Spann­ kabeln und die Durch­ laufwirkung des Brücken­ decks erheblich höhere systembedingte Redun­ danzen als beispielsweise die Morandi-Brücke.

B Ansicht Maßstab 1:20 000 A Queensferry Crossing near Edinburgh, Scot­ land: the failure of one cable cannot lead to the collapse of the structure.

Modern cable-stayed bridges have many more tensile cables and there­ fore considerably higher in-built redundancy than for example the Morandi Bridge.

B elevation scale 1:20 000

202.267 OD

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104 101,5

On 14 August 2018, the Morandi Bridge in Genoa collapsed and 43 people fell to their deaths. With so many lives lost, this collapse is a frightful tragedy and of almost traumatic significance for structural engineers working in bridge construction. We do not know exact­ ly what occurred, but we have many ques­ tions. How could that happen? What risks do structures of this generation hold in general?

What can we do, what must we do, to guaran­ tee their safety? As yet, there are no official answers but suspicions about the causes and the knock-on effects for bridge construction are intensively discussed among industry pro­ fessionals. These events are a painful remind­ er to engineers of the great responsibility they carry with their work and everyday decisions.

There is no doubt, despite its collapse, that the Morandi Bridge was a masterpiece of en­ gineering and a milestone of bridge construc­ tion when it was built in the early 1960s. The design philosophy of bridge construction has changed a great deal over recent decades in response to new knowledge and experience.

Structures designed today have as little in common with those of the 60s and 70s as cars of that era have with the latest generation of vehicles. The requirements in bridge construc­ tion have grown considerably over recent ­decades just as they have in automobile con­ struction. In the early period of development of prestressed concrete, the focus was on pre­ stressing the cross section in the most effec­ tive way both physically and in terms of cost.

Much less emphasis was placed on achieving

Transport Scotland

202.267 OD

A

14 essay

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Morandi-Brücke in ­Genua: Die im Sommer 2018 eingestürzte ­Brücke war aus statischer Sicht wenig redundant entworfen.

D–F Der Ersatzneubau der ­Eisenbahnbrücke LangeFeld-Straße, Hannover, ist ein neuer Brückentyp für die Deutsche Bahn: Der extrem schiefwinkli­ ge Stahltrogüberbau wurde monolithisch mit dem Wider­lager verbun­ den, um bei der Stütz­ weite die Konstruktions­ höhe zu optimieren und komplizierte ­Lager mit Zugverankerungen zu vermeiden.

Wikimedia Commons / Davide Papalini

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Morandi Bridge in Genoa, which collapsed in summer 2018, was de­ signed to have very little redundancy in terms of structural behaviour.

D–F the replacement LangeFeld Strasse railway bridge, Hanover, is a new type of bridge for Deutsche Bahn AG: the extremely skewed steel trough deck was connected monolithical­ ly with the abutment to optimise the construc­ tion depth for the span and avoid using com­ plicated bearings with tensile anchors.

betonbaus stand die effektive und wirtschaftli­ che Vorspannung der Querschnitte im Fokus und weniger die ausreichende Robustheit, zum Beispiel durch zusätzliche Schlaffstahl­ bewehrung. Defizite in den dama­ligen Be­ messungsvorschriften (Temperatur­ansatz, Querkraftbemessung) und den Bewehrungs­ grundsätzen, aber auch enorm gestie­gene Verkehrsbelastungen führen aus heutiger Sicht dazu, dass viele Brückenbauwerke er­ neuert werden müssen.

Aktuelle Ingenieurbauten sind mit den damali­ gen kaum noch vergleichbar. Die Anforderun­ gen an die Tragwerke sind durch das steigen­ de Verkehrsaufkommen, veränderte Bemes­ sungsanforderungen, vor allem aber durch den Wunsch nach dauerhafter Verfügbarkeit bei gleichzeitig minimalem Instandhaltungs­ aufwand außerordentlich gestiegen. Können moderne Entwurfskonzepte für Brücken mit robusten und vielfach statisch unbestimm­ ten Systemen mit hohen Redundanzen den Wunsch nach langlebigen Bauwerken besser erfüllen als die Bauwerke der jüngeren Ingeni­ eurgeschichte? Eine Antwort wird uns die Zu­ kunft geben. Derzeit ist nicht absehbar, wie die Verkehre der Zukunft aus­sehen werden – sicher ist aber, dass diese nur mit einer flexib­ len, zuverlässigen und dauerhaften Infrastruk­ tur langfristig funktionieren werden.

Ressourcenschonendes Planen und Bauen Heutige Entwicklungen basieren auf den Erfah­ rungen und Kenntnissen über den jüngeren und historischen Brückenbau. Neue Konstruk­ tionen brauchen einen Bezug zu abgesicher­ ten Daten und Informationen. In der Regel sind den jüngeren Ingenieuren die histori­ schen Brückenkonstruktionen, deren Erbauer und Entwurfskonzepte nicht bekannt – sei es durch Desinteresse oder durch fehlende Sen­ sibilisierung in der Ausbildung. Gerade hier liegt noch viel Potenzial, um die Entwicklung im Brückenbau durch erprobte, aber vielleicht

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robustness, e.g. by providing additional con­ ventional reinforcement. Deficiencies in the design codes at that time (temperature effects, shear) and in reinforcement detailing guide­ lines, not to mention the enormous increase in traffic loads, have led to many bridges being strengthened or renewed.

The latest generation of engineering struc­ tures can hardly be compared with their early predecessors. The demands placed upon structures have intensified extraordinarily be­ cause of rising traffic volumes and changed design requirements, but most of all the de­ sire for continuous availability combined with minimal time and cost spent on maintenance.

Can modern design concepts for bridges with robust and multiple statically indeterminate systems incorporating high degrees of redun­ dancy better fulfil the wish for long service life structures than those designed by earlier generations of engineers? Only time will tell.

At the moment, we cannot predict what the transport systems of the future will look like – however, we can be sure that they will func­ tion in the long term only with a flexible, relia­ ble and durable infrastructure.

Resource-conserving design and construction Today’s designs should be based on the ex­ perience and knowledge of both earlier and historical bridge construction. Younger engi­ neers are usually unfamiliar with historical bridges, their builders and design concepts – whether that be through disinterest or scanti­ ness of coverage during training and educa­ tion. This is precisely where there is still much potential for advancing bridge construction and building better structures through tried and tested but perhaps forgotten design ap­ proaches. Important criteria from today’s point of view are durability, robustness, timeless ar­ chitecture, conservation of material resources, appropriate use of materials and more effec­ tive deconstruction and recycling. Modern

Abb. D–F: Marx Krontal Partner

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essay 15

G Bauwerk aus den 1950er Jahren: Die Stennert­ brücke über die Lenne in Hagen war eine der ers­ ten Freivorbaubrücken in Deutschland. Ihr Bau­ zustand ist gut. Sie soll viele Jahrzehnte weiter­ genutzt werden. Der rech­ nerische Nachweis des Ankündigungsverhaltens bei möglichen Spann­ stahlbrüchen konnte ­jedoch nicht erbracht werden.

H Für eine Langzeitprogno­ se werden seit Juni 2018 mittels Sensoren und Mo­ nitoringsystem mögliche Spanndrahtbrüche aufge­ zeichnet.

G s tructures from the 1950s: Stennert Bridge over the Lenne in Hagen was one of the first balanced canti­ lever bridges in Germany.

The bridge is in good structural condition. and should continue in opera­ tion for many years. It was not possible to prove by calculation that the bridge would show any tell-tale changes in be­ haviour in the event of prestressing steel deteri­ oration.

H sensors and a monitoring system were installed in June 2018 to provide continuous prognoses of possible prestressing wire breakages.

16 essay

Bauwerksdiagnostik mit Schallemission Die Bauwerksdiagnostik mit zerstörungsfreien, materialtechnischen Untersuchungen und rechnerischen Bewertungen bietet – kombi­ niert mit ­Belastungsversuchen und dem Moni­ toring – bereits heute eine Palette breiter ­Möglichkeiten zur Bauzustandsanalyse. Zu­ künftig werden uns technisch immer bessere und effizientere Bewertungsverfahren zur ­Verfügung stehen. Diese werden uns aber nicht in den Schoß gelegt, sondern müssen von uns Ingenieuren gezielt beforscht und zur Marktreife gebracht werden. Im Idealfall arbeiten hier die universitären Institute zu­ sammen mit den Infrastrukturbetreibern und den Ingenieurbüros.

Zusammen mit verschiedenen Projektpartnern beschäftigt sich unser Büro derzeit intensiv mit praxisrelevanten Forschungsthemen der Bau­ werksdiagnostik. Dazu gehört das Erkennen von Spanndrahtbrüchen mittels Schallemissi­ onsmonitoring mit speziellen Sensoren, die über die Bauwerkslänge regelmäßig verteilt sind. Dies ermöglicht eine realistischere Prog­ nose der Bauwerke mit spannungsrisskorro­ sionsgefährdeten Spangliedern (SRK). Im Ideal­

structural analysis software enables engineers to precisely check their designs and helps them find the optimum solutions. However, the new digital world and highly specialised methods of analysis and design alone cannot initiate new developments in bridge construc­ tion. This can only happen through our knowl­ edge of what is feasible and our creativity in handling these tools.

In recent years, the number of projects involv­ ing the maintenance, assessment and strength­ ening of older and historical bridges has greatly increased. Existing bridge stock not only has a historical and cultural value, it was built at considerable financial cost and con­ sumed great quantities of energy and materi­ als. From the view of resource conservation alone, the retention of bridge structures is one of the most important tasks now and in the years ahead. The operator’s question of how long a bridge can continue to be used must be put another way in future: What must be done for a structure to fulfil its requirements over the long term? Completely different questions to those applicable to the design of new bridges are relevant here.

Structural diagnosis using sound emissions Structural diagnosis using non-destructive ­material testing, structural analyses combined with load tests and bridge monitoring already offer a range of possibilities for assessing ex­ isting bridge stock. We can look forward to having better and more efficient methods of assessment and analysis available to us in the future. They will not, however, come about of their own accord, they will have to be re­ searched and brought to market readiness by engineers. It is ideal when universities work on this with infrastructure operators and engi­ neering consultants.

Our office is presently cooperating intensively with a number of project partners on practical research topics linked with structural diagno­ sis. These include detecting broken prestress­ ing wires by monitoring sound emissions with special sensors distributed at regular intervals over the length of a structure. This enables a realistic prognosis of a structure with ten­ sioned elements at risk of developing stress

Abb. G–H: Marx Krontal Partner

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bereits vergessene Entwurfsansätze voranzu­ bringen und bessere Bauwerke zu errichten.

Wichtige Kriterien aus heutiger Sicht sind dau­ erhafte, robuste und materialgerechte Konst­ ruktionen, ein ressourcenschonender Baustoff­ einsatz, zeitlose Gestaltung sowie eine gute Rückbaubarkeit und Wiederverwertbarkeit der Materialien. Die computergestützte Statik erlaubt uns heute eine genaue rechnerische Überprüfung der Ansätze und unterstützt uns Ingenieure beim Finden optimaler Lösungen.

Dennoch stoßen die neue digitale Welt und hochspezialisierte Berechnungsmethoden ­allein keine neuen Entwicklungen im Brücken­ bau an. Dies kann nur mit dem Wissen des Machbaren und der Kreativität im Umgang mit den Werkzeugen gelingen.

In den letzten Jahren haben die Aufgaben zum Erhalt, zur Nachrechnung und zur Ertüch­ tigung älterer und historischer Brücken deut­ lich zugenommen. Die vorhandene Bausubs­ tanz hat nicht nur einen geschichtlichen oder kulturhistorischen Wert, sie ist auch ein enor­ mer Ressourcenspeicher. Der Bau unserer ­Infrastruktur war mit erheblichen finanziellen Aufwendungen und dem Verbrauch großer Mengen an Energie und Material verbunden.

Allein vor dem Hintergrund der Ressourcen­ schonung ist der Erhalt von Brückenbauwer­ ken eine der wichtigsten Aufgaben der Ge­ genwart und der Zukunft. Die Frage der Be­ treiber, wie lange ein Bauwerk noch benutzt werden kann, muss künftig anders gestellt werden: Was ist zu tun, damit das Bauwerk seine Anforderungen dauerhaft erfüllt? Hier treten gänzlich veränderte Fragestellungen als bei der Planung neuer Brücken in den Vor­ dergrund.

G

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projects

projekte

Coal Drops Yard in London Coal Drops Yard in London

Architekten /Architects: Heatherwick Studio London, GB Thomas Heatherwick, Lisa Finlay, Tamsin Green Tragwerksplaner / Structural engineer: Arup, London, GB Ed Clark (Direktor / Director) Simon Bateman Ausführungsplanung / Delivery Architect: BAM Design, London, GB Bauherr / Client: Argent Group, London, GB Generalunternehmer / Main ­contractor: BAM Construction London, GB Stahlbau / Steelwork subcontractor: Severfield, Thirsk, GB

W Mehr Informationen further information structure-magazin.de/ 1-2019-coaldropsyard

46 projects

Mit einer zeichenhaften Dachskulptur lädt das neu eröffnete Einkaufszentrum Coal Drops Yard im Londoner Bezirk Kings Cross zum Einkaufen und Flanieren ein. Zwei lang gestreckte, in leichtem Winkel zueinander stehende Lagerhäuser aus dem 19. Jahrhundert durchliefen dafür umfassende Sanierungs- und Umbau­arbeiten. Ursprünglich wurde hier die Kohle für London mit dem Zug angeliefert, gelagert und verteilt. In den vergangenen Jahrzehnten dienten die Gebäude als Werkstätten und Clubs oder blieben zunehmend sich selbst überlassen. Ziel des Umbaus war es, diese Brache wieder zu einem lebendigen Teil der Stadt zu machen, die beiden Gebäude zu verbinden und einen überdachten öffentlichen Platz zu schaffen, der für Konzerte und andere Veranstaltungen genutzt werden kann. Frühe Überlegungen, die beiden Riegel mit einem dritten Element zu überbrücken, kollidierten mit den Satteldächern des Bestandes. Heatherwick Studio entwickelte schließ-

lich ­eine verblüffende Lösung, bei der sich die beiden inneren Satteldachflächen zu frei schwingenden Bändern aufwölben, die sich scheinbar vom Gebäude lösen und in der Mitte in einem Punkt berühren. Diese durchaus ­irritierende Figur widerspricht jeder tektonischen Regel oder baugeschichtlichen Vorgabe und entwickelt sich dennoch ohne Bruch aus dem historischen Bestand. Selbst die neue Dachdeckung aus bläulich-grauen Schindeln stammt aus dem gleichen Steinbruch wie die ursprüngliche und bindet so den Bau in die Geschichte des Ortes ein.

In funktionaler Hinsicht entsteht ein Brückengeschoss zwischen den beiden Gebäuden, das zum zentralen Fokus der gesamten Anlage wird. Dieser Raum hat einen schmetterlings­ artigen Grundriss, dessen zwei Flügel nur durch die kurze Berührungslinie verbunden sind. Von hier bieten sich durch eine geschuppte Verglasung spannende Ausblicke auf die umgebenden Stadtbezirke.

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John Sturrock

With an emblematic roof sculpture, the newly opened Coal Drops Yard shopping centre in Kings Cross, London, invites visitors to drop in, shop and stroll. Two elongated 150 m and 120 m long 19th century warehouses lying at a slight angle to one another underwent extensive renovation and conversion works in the realisation of this project. London’s coal was originally brought here by train for storage and distribution. In recent decades, the increasingly disused buildings housed workshops and clubs. The objective of the redevelopment was to turn this somewhat wasted land back into a living part of the city, link the two buildings together and create a roofed public courtyard that can be used for concerts and other events, while retaining as much of the original building fabric as possible.

Earlier considerations of bridging the two blocks with a third element could not be reconciled with the original buildings’ doublepitched roofs and the need to keep any new

supporting structures discreet. Eventually, Heatherwick Studio designed an intriguing ­solution in which the two inner pitched roof surfaces appear to peel off from their buildings, arch upwards as freely curving ribbons that touch one another at a point in the middle. The thoroughly provocative shape may break every commonly accepted rule and precedent of architecture, yet it is not completely divorced from the location’s historical context. The new roof cladding of blue-grey shingles is sourced from the same quarry as the original and therefore represents a link to the history of the place.

In terms of function, the structure simultaneously creates a bridge between the two buildings and a focus for the whole development.

The redesigned space has a butterfly-shaped layout in plan, with the two wings joined only at the short line of contact. Visitors on the bridge enjoy interesting views through the scalloped glazing.

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Lageplan Maßstab 1:5000 Grundrisse Maßstab 1:1500 1 ehemaliges Lagerhaus mit Einzelhandelsflächen 2 Viadukt 3 öffentlicher Platz 4 Anchor-Store

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site plan scale 1:5000 layouts in plan scale 1:1500 1 former warehouse with retail floors 2 viaduct 3 public courtyard 4 anchor store

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2. Obergeschoss / 2nd floor

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Luke Hayes

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Erdgeschoss / ground floor

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projekte 47 1

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Text: Ed Clark Der Autor ist Direktor bei Arup und leitet eine multi­ disziplinäre Abteilung für ­Gebäudeentwurf in London.

Er führte das Planungsteam des Coal Drops Yard-Projektes von der Konzeptentwicklung bis zur Fertigstellung.

John Sturrock /Argent llp

Ed Clark is a Director of Arup and leads a multi-disciplinary building design group in London. He was head of the structural engineering team for the Coal Drops Yard project from concept through to completion.

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Ergänzende Lastabtragung Zu Beginn der Planung wurden die beiden 150 m und 120 m langen Coal Drops-Gebäude auf die Tragfähigkeit der einzelnen Bau­ teile untersucht. Dabei waren unterschiedlichste, teils historische Materialien zu berücksichtigen, wie 150 Jahre alte Mauerwerks­ bögen und Holzdachstühle, genietete Stahlträger oder Stützen aus Gusseisen. Große Teile dieser vorgefundenen Strukturen konnte man erhalten oder so reparieren, dass die räumlichen Qualitäten der Bausubstanz nicht beeinträchtigt wurden.

Das architektonische Konzept sah vor, eine aufwendige Dachkonstruktion auf die alten Gebäude zu setzen. Gleichzeitig wurde klar, dass keine zusätzlichen Kräfte in den Bestand eingeleitet werden konnten. Aus diesem Grund erhielt das neue Dach eine eigenständige Lastabtragung aus Stahlstützen, die den Bestand durchdringen, ohne die Nutzbarkeit der Räume zu beeinträchtigen.

Balanciertes Gesamtsystem Als tragwerksplanerisch besonders anspruchsvoll erwies sich die Aufgabe, eine Konstruk­ tion in die skulpturale Dachform zu integrieren, die optisch nicht als eigenständiges Element in Erscheinung tritt.

Die beiden aus der Dachfläche schwingenden Bänder werden am Hochpunkt, wo sie sich in der Mitte berühren, von einem A-förmigen Pri-

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John Sturrock /Argent llp

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Additional support system Early in the design, the individual components of the two buildings were assessed for their load-carrying capacity. There were a variety of forms of historical construction, such as ­masonry arches and timber roof trusses, riveted steel beams and cast-iron columns, up to 150 years old. The majority of the original structures were retained or repaired, always with the aim of ensuring that the spatial qualities of the building fabric were not adversely affected.

The architectural concept envisaged a complicated roof construction set on the old buildings. At the same time, it was clear that no ­additional loads could be introduced into the old structures. Therefore, the new roof has its own independent support system consisting of steel columns that pass through the existing buildings without limiting the usability of the space.

Balanced overall structural system The structural engineers faced a particular challenge: how to integrate a supporting structure into the sculptural roof that would not have the appearance of an independent structure.

An A-frame supports the two curved ribbons of roof where they touch in the middle at their highest points (Fig. H). It consists of two inclined, cross-braced rafters – “giraffe beams” –

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Zug / tension

Druck / compression

kizzen A – D: Entwicklung S Tragwerk und Dachform A Dach und Decke 2. OG ­separat, keine „schwebende Decke“ über dem Hof B abgehängte Ebene, aber Träger außerhalb Dachform C Träger unten sichtbar und zu flach D Lösung: Träger nicht ­sichtbar, nur punktuelle Sonderbelastung E Grundriss Dachtragwerk Maßstab 1:1000 F Schnitt Tragwerk Maßstab 1:1000 G Diagramm geschlossenes System aus Zug- und Druckkräften H Axonometrie Primärtragwerk A-Träger diagrams A – D: development of the supporting structure and roof shape A roof and deck 2nd floor separate, no “floating deck” over the courtyard B suspended deck, but ­rafters outside the roof C rafters visible from below and too flat D solution: rafters not visible, only local discontinuity E layout of roof structures scale 1:1000 F section through structures scale 1:1000 G diagram showing closed system of tension and ­compression forces H axonometric of primary A-frame structure

G

H

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Befestigungstechnik Fastening Technology

Hinterschnittsystem für einen Wohnkomplex Sapphire heißt ein Wohnkomplex von Daniel Libeskind in Berlin. Die Assoziation zu dem Edelstein ist vor allem der Fassade geschuldet: komplex ­geformt, mit vielen asymmetrischen Elementen und ohne rechte Winkel.

Auch die Farbe der Bekleidung ist die eines bläulich schimmernden Saphirs.

Für die komplett hinterlüftete Fassade wurden selbstreinigende Feinsteinzeugplatten mit reliefierter MetallicOberfläche verwendet. Die Geometrie der Fassade erlaubte lediglich 500 Elemente im Format 60 ≈ 120 cm.

Die restlichen 3100 Keramikplatten mussten nach Arbeitsblättern aus den Konstruktionszeichnungen der Fassadenoberfläche nach Maß zugeschnitten werden.

Möglich wurde diese Fassade durch eine Befestigungstechnik, die die Platten unsichtbar fixiert. Für die spreizdruckfreie Montage mit den Hinterschnittankern von Keil wurde auf der Rückseite der Keramikelemente die in der Statik ermittelte Zahl an Systembohrungen erstellt, die im Bohrlochgrund aufgeweitet sind. Vier solcher Bohrungen waren an den Fliesen mit Standardmaß notwendig, an den Elementen mit Spezialmaß jedoch bis zu acht – je nach Abmessung und Besonderheit der Befestigungssituation.

Angesichts der hohen Zahl an Spezial-

elementen wurden alle Keramikplatten auf der Rückseite mit einem Identifikationscode versehen, um die exakte Position sicherzustellen.

Undercut System for a Residential Complex The residential complex realised by Daniel Libeskind in Berlin is called Sapphire. The association with the gemstone is mainly due to the facade, which has a complex shape, with many asymmetrical elements and the complete renunciation of right angles. The colour of the outer cladding is also that of a blueish shimmering sapphire.

Bioactive, self-cleaning porcelain stoneware slabs with a relief, metallic surface were used for the completely ventilated facade. The geometry of the facade allowed only 500 elements in the standard 60 ≈ 120 cm format.

The remaining 3100 ceramic tiles had to be cut to size according to precise worksheets from the construction drawings of the facade surface.

This facade was made possible by a fastening technique that fixes the ­panels invisibly. For expansion-pressure-free mounting with the undercut anchors from Keil, the number of system drillings determined in the statics was drilled on the reverse side of the ceramic elements, with the bottom of the drill holes widened – so-called undercut drillings.

Standard-dimension tiles required four such drill holes, but up to eight on the elements with special dimensions, depending on the dimensions and special features of the fastening situation of the individual facade components. In view of the large number of special elements, all the ceramic plates were provided with an identi­ fication code on the back to ensure exact positioning.

peikko.com/circular

Einfacher Rückbau dank mechanischer Verbindungen Im dänischen Aarhus entsteht derzeit das erste komplett recyclingfähige Gebäude der Welt. Beim Circle House arbeiten Hersteller, Bau- und Abbruch unternehmen branchenübergreifend zusammen. Es besteht aus 60 Sozialwohnungen in Reihenhäusern. Für die Planung verantwortlich zeichnen 3XN Architects aus Kopenhagen. Das ­Circle House ist so konzipiert, dass nur vier Arten von Platten- und Wandelementen verwendet werden. Ein­ fache mechanische Verbindungen ­ermöglichen das Recyceln von Bau­ teilen und Materialien, wenn das ­Gebäude später a ­ bgerissen werden muss. Peikko hat dazu gemeinsam mit GXN Innovation, der Entwicklungsabteilung von 3XN, ein Forschungsprogramm angestoßen, das neue Lösungen für kreislauffähige Bausysteme in der Fertigteilindustrie entwickeln soll.

Easy Dismantling Thanks to Mechanical Connections The first completely recyclable building in the world is currently being constructed in Aarhus, Denmark.

Manufacturers, construction companies and demolition companies from various industries are all working together on Circle House. The complex consists of 60 subsidized apartments in terraced houses, with 3XN Architects, Copenhagen, responsible for the planning. Circle House involves the use of only four types of panel and wall elements, and simple mechanical connections make it possible to recycle components and materials if the building needs to be demolished later. Peikko has joined forces with GXN Innovation, 3XN’s development department, to initiate a research programme to develop new solutions for recyclable building systems in the precast industry.

keil-fixing.de

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schoeck.de

Fassadenbefestigung ohne Wärmebrücken Gemeinsam mit Architekten und Fassadenbauern hat Schöck eine neue thermisch trennende Befestigung für vorgehängte hinterlüftete Fassaden, VHF, entwickelt: den Schöck Isolink Typ TA-S. Der Fassadenanker wurde vom Passivhausinstitut für alle Gewichtsklassen in die höchste Klassifizierung phA+ eingestuft. Er besteht aus Combar in Verbindung mit einer Edelstahlschraube. Combar, ein Stab aus Glasfaserverbundwerkstoff mit geringer Wärmeleitfähigkeit, erfüllt die Anforderungen an den Wärmeschutz.

Als zertifizierte Passivhauskomponente ermöglicht das neue System eine rechnerisch wärmebrückenfreie Konstruktion. Vorteil für Planer und Bauherren: Die Dicke der Wärmedämmung lässt sich bei gleichbleibendem U-Wert der Wand deutlich reduzieren.

Facade Fixing Without Thermal Bridges Together with architects and facade builders, Schöck has developed a new thermally-separating fastening system for ventilated curtain walls (VCWs) – the Schöck Isolink type TA-S. The new facade anchor has been classified as phA+, the highest classification, by the Passive House Institute, for all weight classes.

The Schöck Isolink type TA-S consists of a Combar together with a stainlesssteel screw. Combar, a rod made of glass fibre composite material with low thermal conductivity, is the fastening for VCWs on the market that meets the requirements for thermal insulation.

As a “Certified Passive House Component”, the new system enables a theoretically thermal bridge-free construction. The advantage for planners and builders is that the thickness of the thermal insulation can be significantly reduced without altering the U-value of the wall.

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Tragekonsole für vorgehängte hinterlüftete Fassaden Die feuerverzinkte Tragekonsole HTP mit patentierter thermischer Entkopplung von innofixx equipment wird als tragendes Element bei vorgehängten, hinterlüfteten Fassaden eingesetzt.

Sie besteht aus einem Wandwinkel aus feuerverzinktem, hochfestem Stahl in Kombination mit einer thermischen Entkopplungsplatte und wird mittels Fassadendübeln am tragenden Mauer- oder Betonsteinwerk fixiert und beispielsweise mit einem T-Profil verbunden. Durch die enorme Trag­ fähigkeit des hochfesten Stahlwandwinkels lassen sich sogar Fassaden­ bekleidungen aus Natursteinplatten daran befestigen. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von feuer­ verzinktem Stahl im Vergleich zu Aluminium können passivhaustaug­liche Fassaden erstellt werden.

Supporting Bracket for Curtain Facades The hot-dip galvanised HTP support bracket with patented thermal decoupling from innofixx equipment is used as a supporting element for cur-

innofixx.com

tain-type, rear-ventilated facades. It consists of a wall bracket made of hotdip galvanised, high-strength steel in combination with a thermal decoupling plate and is fixed to the loadbearing masonry or concrete block using facade dowels and connected, for example, to a T-profile.

Due to the enormous load-bearing capacity of the high-strength steel wall bracket, even facade claddings made of natural stone slabs can be ­attached to it. Because of the low thermal conductivity of hot-dip galvanised steel compared to aluminium, facades suitable for passive houses can be constructed.

Befestigungssystem für vorgehängte hinterlüftete Fassaden Mit einer neuen Unterkonstruktion bietet SFS nun ein Komplettsystem für vorgehängte hinterlüftete Fassaden an. Das Spektrum an Befestigern ermöglicht Lösungen für unterschied­ liche Anforderungen. So deckt beispielsweise die Produktpalette der Wandkonsolen zahlreiche Ausladungen ab. Standardmäßig sind die Konsolen aus Aluminium. Auch für den Passivhausbau und für hohe Brandschutzanforderungen bietet SFS passende Lösungen.

Fastening System for Ventilated Curtain Facades With a new substructure for ventilated curtain facades, SFS now offers a complete system for ventilated curtain facades. The wide range of fastenings offers a solution for different requirements. For example, the wall-bracket product range covers numerous projections. The brackets are generally made of aluminium. SFS also offers suitable solutions for passive house construction and high fire-protection requirements.

sfsintec.biz

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Impressum / Imprint Medialeistungen und Beratung / Media Services and Consulting: Zeitschrift für Tragwerksplanung und Ingenieurbau Review of Structural Design and Engineering www.structure-magazin.de ISSN 2568-2253 Verlag / Publisher: DETAIL Business Information GmbH Messerschmittstr. 4 80992 München / Munich Tel. +49 (0)89 38 16 20-0 Fax +49 (0)89 38 16 20-866 www.detail.de Postanschrift / Postal address: Postfach / PO box: 50 02 05 80010 München / Munich Geschäftsführung / Managing Director: Karin Lang Redaktion / Editors: Tel. +49 (0)89 38 16 20-884 redaktion@structure-magazin.de Dr. Sandra Hofmeister (SaH) (Chefredakteurin / Editor-in-Chief), Jakob Schoof (JS) (stellvertretender Chefredakteur / Deputy Editor-in-Chief, V. i. S. d. P.), Heike Kappelt (HK) Freie Mitarbeit / Contributing Editors: Burkhard Franke (BF), Roland ­Pawlitschko (RP) Grafik / Design: Sabine Drey, Studio Umlaut (Cover) Assistenz / Editorial Assistants: Laura Oberhofer, Michaela Linder, Maria Remter Redaktion Produktinformation und Detail Research / Product Informa­ tion / Detail Research Editors: produktredaktion@structuremagazin.de Katja Reich (V. i. S. d. P.), Thomas Jakob (TJ) Freie Mitarbeit / Contributing Editors: Bettina Sigmund (BS) Lektorat / Proofreading: Gabriele Oldenburg CAD-Zeichnungen / CAD drawings: Ralph Donhauser (freie Mitarbeit / Freelance Contributor)

Annett Köberlein (Leitung / Manager) Tel. +49 (0)89 38 16 20-849 Anzeigendisposition / Advertisement Scheduling: Petra Meyer Tel. +49 (0)89 38 16 20-879 Vertrieb und Marketing / Distribution and Marketing: Kristina Weiss (Leitung / Manager) Irene Schweiger (Vertrieb / Distribution) Tel. +49 (0)89 38 16 20-837 Repro / Reprographics: ludwig:media, Schillerstr. 10 5700 Zell am See, A Druck / Printing: W. Kohlhammer Druckerei GmbH + Co. KG Augsburger Str. 722 70329 Stuttgart CAD-Zeichnungen / CAD drawings: Alle CAD-Zeichnungen, die im ­Dokumentationsteil der Zeitschrift veröffentlicht werden, wurden mit dem Programm erstellt.

All CAD drawings in the Documen­ tation section were produced with VectorWorks®.

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Coal Drops Yard in London Zeichenhafte Dachskulptur Coal Drops Yard in London Emblematic Roof Sculpture

Brückenbau, quo vadis?

Tendenzen und Ausblick Bridge Construction, Quo Vadis?

Tendencies and Perspective

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