Effiziente und wandelbare Tragwerke für Hochhäuser aus Stahlbeton

Autor: Kevin M. Rahner
Sprache: Deutsch
DOI: 10.3929/ethz-​a-010603540

Kurzfassung

Diese Abhandlung leistet einen Beitrag zur Entwicklung von wandelbaren und effizienten Tragwerken von Hochhäusern aus Stahlbeton. In der Regel sind die äussere Gestalt eines Hochhauses als Folge eines Architekturwettbewerbs und die innere Raumaufteilung durch eine feststehende Nutzung vorgegeben. In dieses feste Korsett wird unter Termin- und Kostendruck das Tragwerkskonzept entworfen. Demgegenüber wird ein Tragwerk als wandelbar bezeichnet, wenn es während der gesamten Lebensdauer möglich ist, beliebige Nutzungsformen in dem Gebäude umzusetzen. Anhand dieser Grundvoraussetzung wird das Tragwerk in verschiedene hierarchische Ebenen unterteilt, und je nach der jeweiligen Aufgabe werden permanente und temporäre Bauteile unterschieden. Die Entwicklung des hierarchisch niedrigsten Bauteils gibt die Randbedingungen des nächst höheren Elementes vor. Es wird ein Konzept für wandelbare Tragwerke erarbeitet, das grundlegende Lösungsmöglichkeiten und Denkanstösse durch eine neuartige Herangehensweise vermittelt.

In Kapitel 2 wird die Entwicklung von Hochhäusern im historischen Kontext dargestellt. Die wesentlichen Tragsysteme werden anhand von Referenzbauwerken diskutiert. Es wird eine im weiteren Verlauf der Abhandlung verwendete Definition der Effizienz von Aussteifungssystemen von Hochhäusern vorgeschlagen. Die Verwendung wird an verschiedenen Fallbeispielen mit unterschiedlichen und gebräuchlichen Tragsystemen erörtert.

In Kapitel 3 wird das Konzept der Nachhaltigkeit in allgemeingültiger Form auf wandelbare Tragwerke von Hochhäusern übertragen. Die wichtigsten Zusammenhänge werden anhand der verfügbaren Tragsysteme erarbeitet und in einem Anforderungskatalog für die Entwicklung wandelbarer Strukturen zusammengefasst.

Auf diesen Grundlagen behandelt Kapitel 4 die Entwicklung eines wandelbaren Modellhochhauses. Zu Beginn werden allgemeine Entwurfsgedanken und Randbedingungen erarbeitet. Neben der äusseren Gestalt handelt es sich im Besonderen um die vertikalen und horizontalen Erschliessungsmöglichkeiten sowie die räumliche Ausbildung der inneren Gebäudevolumen. Im Anschluss werden Grundrissvorschläge für verschiedene Nutzungen ausgearbeitet und deren Umsetzung in einem wandelbaren Volumen nachgewiesen. Es werden die Vorteile der Stahlbetonbauweise für Hochhäuser diskutiert und Bauverfahren erörtert, die eine effiziente Taktung
der Stockwerksdecken ermöglichen. Im weiteren Verlauf werden die verschiedenen Hierarchieebenen des Tragwerks definiert. Beginnend mit einer Analyse der verfügbaren Deckensysteme wird ein System zur Weiterbearbeitung herausgearbeitet. Es folgen Studien von leistungsfähigen Sekundärtragwerken, durch die eine Verbindung zwischen den Stockwerksdecken und einem permanenten Megatragwerk hergestellt wird. Dieses bildet das Rückgrat des Hochhauses und wird auf der Basis höchstmöglicher statischer Effizienz entwickelt. Die Machbarkeit der hierarchischen Ebenen wird analytisch und durch die Ausbildung der wesentlichen konstruktiven Knotenpunkte und Detailzeichnungen nachgewiesen. Das Kapitel wird mit einer Bildsynthese des äusseren und inneren Ausdrucks abgeschlossen.

In Kapitel 5 werden konstruktive Fragen zur Machbarkeit zukünftiger Umnutzungen auf der Basis von Detailzeichnungen diskutiert.

In Kapitel 6 sind die Auswertung und Einordnung, sowie Variationsmöglichkeiten der entwickelten Tragwerkssystematik und der damit verbundenen Herangehensweise dargestellt.

Kapitel 7 umfasst eine Zusammenfassung der Abhandlung, sowie eine Abgrenzung der Ergebnisse und Folgerungen für weiterführende Arbeiten.