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Wie baut man im Wasser?

Wie baut man im Wasser?

Bestimmt habt ihr euch auch schon mal gefragt, wie man die Pfeiler für Brücken unter Wasser baut. Darauf gibt es heute eine Antwort. Unter anderem kläre ich auch die Frage was Senkkästen (Caissions), Bohrpfähle und Kofferdämme sind.

Holz als Baustoff – Baustoffkunde #1

Holz als Baustoff – Baustoffkunde #1

Im ersten Video aus der Reihe „Baustoffkunde“ geht es um Holz im Bauwesen. Ich kläre die Frage, was es mit dem „Arbeiten“ von dem bei Holz immer wieder die Rede ist zu tun hat und Wiederlege einige Vorurteile zum Brandverhalten von Holz. Anschließend kläre ich noch die Frage warum Holz durch Anisotropie so ein besonderer Baustoff ist. Viel Spaß bei dem Video!

Chrysler Building: Im Kampf um den Titel für das höchste Gebäude der Welt

Chrysler Building: Im Kampf um den Titel für das höchste Gebäude der Welt

 

Das Chrysler Building ist der Lieblings Wolkenkratzer vieler Architektur Fans. Als eine prominente Verkörperung des Art-Deco-Stils der goldenen Zwanziger lässt es uns von der euphorischen Stimmung dieser Zeit träumen. 1930 als das Chrysler Building fertiggestellt wurde war die Auffassung der Öffentlichkeit teils eine ziemlich andere, so wurde es z.B. als aufrechtstehender Schwertfisch bezeichnet. Besonders aber wurde es dafür kritisiert, dass sich der Erbauer, der Automobil Tycoon Walter P. Chrysler damit selber profilieren wolle. So beschwerte sich zum Beispiel ein anonymer Kritiker in der Ausgabe des Architectual Forums von 1930: „The Chrysler…stands by itself, something apart and alone. It is simply the realization, the fulfillment in metal and masonry, of a one-man dream, a dream of such ambitions and such magnitude as to defy the comprehension and the criticism of ordinary men or by ordinary standards.“

Chrysler Building Turm
Quelle: Photo by Dan Smedley on Unsplash

Auch wenn man heute das Gebäude nicht mehr abwertend als aufrechtstehenden Schwertfisch bezeichnen würde, muss man heute doch zugeben, dass das Chrysler Building ohne das große Ego seines Erbauers in dieser Form wie es heute steht nie zustande gekommen wäre: Das Chrysler Building ist das direkte Produkt aus dem Wettkampf um die beste Außenprofilierung zweier Männer dieser Zeit.

Zeitgleich mit dem Chrysler Building wurde das Hochhaus 40 Wallstreet (heute Trump Building) gebaut und beide Bauherren verstrickten sich in einen Kampf um den Titel für das Höchste Gebäude der Welt, „Race into the Sky“, wie es von den Medien damals genannt wurde.

Trump Building
Die Konkurrenz: 40 Wallstreet, jetzt Trump Building

Mehrmals wurden die Geschosszahlen der beiden Gebäude während des Baus erhöht, um das andere um ein paar Meter zu übertrumpfen. Um den Kampf sicher zu gewinnen mussten Walter P. Chrysler und sein Architekt William Van Alen sich etwas einfallen lassen. So täuschten die Erbauer des Chrysler Buildings vor den Kampf um das höchste Gebäude niederzulegen und vollendeten die Dachkonstruktion des Gebäudes. Sich in Sicherheit wiegend vollendeten auch die Erbauer des 40 Wallstreet das Gebäude und eröffneten es. Kurz nach der Fertigstellung des 40 Wallstreet präsentierte William Van Alen dann seinen Party-Trick. Er hatte dafür gesorgt, dass während des Baus der Dachkonstruktion eine Antennenkonstruktion im inneren zusammengesetzt wurde. Als der Rest des Daches fertiggestellt war wurde die Antenne dann innerhalb von 90 Minuten mithilfe eines Kranes aus dem Inneren gehoben und montiert.

Quelle: Popular Science Monthly, August 1930, Seite 52

Mit diesem Trick war das Chrysler Building dann mit 319 m tatsächlich deutlich höher als das 40 Wallstreet und holte damit den Titel für das höchste Hochhaus der Welt. Richtig rentiert hat sich der Aufwand dafür allerdings nicht, nur 11 Monate später stellte das Empire State Building mit einer Höhe von 381m das Chrysler Building dann ziemlich in den Schatten.

 

Das Chrysler Building hat allerdings noch weitaus mehr als nur den Antennen-Trick an Verspieltheit zu bieten, so schmücken ihn zum Beispiel die Kühlerfiguren des 1929 Chrysler Plymouth.

Chrysler Kühlerfigur am Chrysler Building
Kühlerfigur am Chrysler Building, Quelle: By Rev Stan from London, UK – Chrysler building detail, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47694563

Der Automobil Tycoon kennzeichnete sein Hochhaus auch an anderer Stelle, so finden sich unter den Kühlerfiguren im Mauerwerk kleine Darstellungen des Chrylser Speedsters, ein Sportwagen aus der damaligen Zeit. Wenn Sie genau hinschauen erkennen sie Die Kotflügel, sowohl drei Radkappen (Eins für das mittig montierte Ersatzrad).

Chrysler Speedster am Chrysler Building
Chrysler Speedster am Chrysler Building, Quelle: cogito ergo imago from Rumson, NJ – Chrysler Building motifs detail, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47694540

Als krönenden Abschluss will ich Sie hier noch mit dem Architekten, Willem van Alen, bekannt machen: Ebenso verspielt wie sein Gebäude präsentierte er seine Kreation zusammen mit anderen Architekten 1931 auf dem Beaux-Arts-Ball als Faschingskostüm.

Ich glaube bei diesen Hintergründen ist es kein Wunder dass das Chrysler Building auch heute, fast ein Jahrhundert später, bei uns noch eine solche Faszination auslöst.

Quelle: Photo by William Wachter on Unsplash
Hochhaus Fundamente

Hochhaus Fundamente

So beindruckend und pompös wie Wolkenkratzer in der Höhe auch auf den Betrachter wirken so unscheinbar ist meist, dass, was mitunter das wichtigste für die Stabilität eines Hochhauses ist: Die Gründung unter der Erde. Das die Gründung eines Hochhauses nicht denselben Sexappeal wie der Rest des Gebäudes hat wird klar, wenn man bedenkt welchen Kontakt der Normalbürger zu Fundamenten hat. Man sieht vielleicht mal die langweilige Stahlbetonplatte beim Bau eines Einfamilienhauses, oder ein Streifenfundament für die eigene Gartenhütte, wirklich spannend sind diese beiden Beispiele allerdings nicht.

Das es da noch mehr geben muss als ein einfaches Streifen oder Plattenfundament wird klar, wenn man sich einmal anschaut wie viel ein Hochhaus wiegt. Der Frankfurter Maintower z.B. wiegt 200.000t (Rohbau) und diese Last wird auf einer relativ kleinen Grundfläche abgetragen.

Das Problem ist zunächst nicht das Fundament selbst, auf Druck kann man bekanntlich die meisten Baustoffe ziemlich gut belasten, sondern der Untergrund, auf dem die Fundamente gegründet werden. Es gibt Bodenbeschaffenheiten wie zum Beispiel Fels oder Sand, bei denen Plattenfundamente tatsächlich auch bei Hochhäusern gut eingesetzt werden können. Das liegt daran, dass diese Art der Böden nicht oder nur gering verformungsempfindlich sind. Das bedeutet bei einer Belastung wird der Boden nicht wesentlich komprimiert.

Andere Untergründe wie z.B. der Frankfurter Ton hingegen sind stark verformungsanfällig. Die hierdurch entstehenden Setzungen sind hoch problematisch beim Bau eines Hochhauses. Die Setzung selbst kann bis zu einer gewissen Größe durch Setzungsfugen und anderen Baumaßnahmen noch ausgeglichen werden, obwohl es hier auch schon schwierig wird: In Frankfurt wurden Setzungen von bis zu 30 cm bei einfachen Flächengründungen gemessen. Weitaus problematischer ist noch, dass durch natürliche Inhomogenitäten im Boden Schiefstellungen von 10-15% der Gesamtverformung üblich sind. Das heißt, dass die Bodenplatte auf der einen Seite 5 cm tiefer Absinken kann als auf der anderen Seite. Zum einen belastet dies natürlich die Bodenplatte, die ja nun auch diese Verformung mitmachen muss, zum anderen gerät natürlich auch das Hochhaus selbst dadurch in Schieflage.

 

Die Fundamente der Frankfurter Hochhäuser

  • Flächengründung

Bei der Flächengründung wird die Bauwerkslast über eine Fundamentplatte in den Boden eingeleitet. Trotz der vielen oben behandelten Probleme, die Flächengründungen mit sich bringen wurden besonders in den frühen Jahren auch in Frankfurt beim Hochhausbau oft Flächengründungen eingesetzt: z.B. die Türme der Deutschen Bank. In vielen anderen Städten mit weniger verfomungsanfälligen Untergründen als der Frankfurter Ton sind Flächengründungen nach wie vor oft die wirtschaftlichste Lösung und werden bei kleineren Hochhäusern gerne verwendet.

  • Pfahlgründung

Bei der Pfahlgründung wird die gesamte Last des Hochhauses über Pfähle in tiefere tragfähige Bodenschichten abgetragen. Die Bodenplatte wird hier nicht primär zur Lastabtragung genutzt. Das Gute an diesem Verfahren ist, das hierbei nur sehr geringe Setzungen auftreten. Die mitunter sehr tiefen Pfähle machen es aber auch entsprechend kostenintensiv. Gerade in Asien und den USA wird das Verfahren trotzdem sehr gerne verwendet.  In Deutschland kommt es eher selten zum Einsatz, dennoch wurde es beim Bau des Commerzbank-Towers in Frankfurt eingesetzt um den benachbarten vorhandenen Commerzbank-Turm nicht zu beeinträchtigen.

  • Kombinierte Pfahl Plattengründung (KPP)

Die Pfahlplattengründung stellt das Fundament der meisten Frankfurter Hochhäuser dar. Hier werden die beiden Verfahren Flächengründung und Pfahlgründung geschickt kombiniert.

Die Last wird hierbei auf folgende Art in den Untergrund eingeleitet:

  • Über die Pfähle werden große Anteile der Last in Tieferliegende Bodenschichten eingeleitet. Einerseits über die Pfahlspitzen aber auch über die Mantelreibung an den Pfählen.
  • Die Bodenplatte leitet einen Teil der Last an den Untergrund weiter
    • Durch die so entstehende Flächenpressung erhöht sich die Mantelreibung an den Pfählen.

Durch die Zusammenwirkung von Pfählen und Bodenplatte kann die Tragfähigkeit der einzelnen Pfähle bei der KPP deutlich stärker ausgenutzt werden als bei der reinen Pfahl Gründung, was die KPP meist wirtschaftlicher macht.

Modulares Bauen: Die Zukunft?

Modulares Bauen: Die Zukunft?

In letzter Zeit häufen sich die Nachrichten um modulares Bauen, so machte zum Beispiel der chinesische Wolkenkratzer „Mini Sky City“ (Changsha, China) 2016 Schlagzeilen. In nur 19 Tagen schaffte das Unternehen „Broad Sustainable Building Co, LTD“ es den 57 Stockwerke hohen Turm zu errichten.

Wie der Name suggeriert sollte der „Mini Sky City“ vor allem die Techniken erproben die bei seinem (sehr) großen Bruder dem Sky City Turm eingesetzt werden sollten. Angeblich sollte es möglich sein den 838m hohen Turm in nur 90 Tagen zu errichten. Zum Vergleich: der derzeit höchste Turm der Welt, Burj Khalifa ist 10m kleiner und es dauerte 5 Jahre diesen zu errichten. Wie leicht zu erwarten war ist es dann doch nicht so leicht den höchsten Turm der Welt zu errichten, auch nicht modular, und das bereits ausgehobene Fundament des „Sky City“ dient nun als Fischfarm. Hier ein guter NY-Times Artikel der die Kontroversen um den Turm ganz gut wiederspiegelt:

In Deutschland kann man mit Getöse den höchsten Turm in 90 Tagen zu errichten natürlich weniger erreichen, aber auch hier ist modulares Bauen eine sehr hippe Sache. Und was macht den Deutschen glücklich? Natürlich Umweltschutz, so kann man viele Projekte beobachten die in einer modularen Holzbauweise hergestellt werden. Ein prominentes Projekt ist zum Beispiel das Studentenwohnheim Woodie in Hamburg. Die einzelnen Wohnungen wurden inklusive Einbaumöbeln als einzelne „Bauklötze“ off-site hergestellt und dann nur noch eingehoben.

Woodie Herstellungsprozess: Quelle: https://www.woodie.hamburg/de/haus/ (Abruf 07.01.19)

 

Bei solchen Hypes passiert es immer schnell das die neuen Technologien nicht rational betrachtet werden, im folgenden versuche ich kurz Argumente für und gegen eine Verbreitung der modularen Bauweise zu sammeln.

Was ist modulares Bauen?

Beim modularen Bauen wird das Gebäude off-site in einer Fabrikhalle vorgefertigt und die einzelnen Bauklötze werden auf der Baustelle nur noch zusammengefügt.

Vorteile:

  • Qualitätssteigerung

Ich glaube jeder der jemals einen Fuß auf eine traditionelle Baustelle gesetzt hat stimmt mir zu dass Baustellen im direkten Vergleich mit anderen Industriezweigen unheimlich ineffizient und rückschrittig wirken.

Ich erinnere mich zugut an mein erstes Praktikum auf einer Baustelle wo ständig ein Gewerk die Arbeit des anderen wieder zerstört hat und es von Kommunikationsschwierigkeiten zwischen den verschiedenen Unternehmen nur so wimmelte. Zu einem großen Teil ist die Produktionsmethode der Klassischen Bauindustrie dafür verantwortlich. Gebäude sind einerseits alles Sonderanfertigungen und werden zusätzlich noch von lauter unterschiedlichen Unternehmen und Teams errichtet. Die modulare Bauweise hingegen ist vergleichbar mit einer Fertigungslinie wie in der Automobilindustrie. Durch das Eliminieren der verschiedenen Unternehmen die an einem Projekt teilhaben und dem Einsetzten von eingespielten Produktionsteams sind enorme Qualitäts- und Effizienzsteigerungen möglich.

  • Kürzere Bauzeit

Wie bereits am Beispiel vom „Mini Sky City“ Turm zu sehen sind sehr kurze Bauzeiten mögliche, nur 19 Tage sind natürlich auch nicht drin. Bei dieser Angabe ist die komplette Vorfertigung in der Fabrik außen vorgelassen. Allerdings können während die Vorfertigung in der Fabrik stattfindet auf der Baustelle schon parallel das Fundament und alle anderen Vorarbeiten ausgeführt werden. Das Modular Building Institute gibt an das so eine 30%-50% kürzere Projektzeit als bei Traditionellen Bautechniken erreicht werden kann.

  • Automatisierungspotential

Vermutlich der Größte Grund das die Bauproduktion noch nicht automatisiert ist liegt darin das ein Roboter der die verschiedensten Gebäude on-site herstellen kann noch zu komplex und fehleranfällig ist und dies vermutlich auch die nächste Zeit erstmal bleiben wird. Die großteilige Automatisierung von Produktionslinien ist jetzt aber schon seit 3 Jahrzenten Standard, und sollte für modulare Gebäude Bauklötze ohne weiteres möglich sein.

  • Potentiell Kostengünstiger

Eine kurze Bauzeit kann die Opportunitätskosten während der Errichtung des Gebäudes durch die kürzere Bauzeit enorm senken.

Durch Automatisierung und Qualitätssteigerung können wie in anderen Industriezweigen zuvor enorme Kostenersparnisse erzielt werden.

Natürlich muss das Ganze im Rahmen des Projektes betrachtet werden im Wiederspruch der Kostensenkung könnte zum Beispiel der Logistische Aufwand stehen.

Nachteile:

  • Limitiertes Gebäudelayout und Design

Die modulare Bauweise verlangt das es viele Elemente gleicher Form gibt, sonst verliert sie ihre Vorteile, dies Limitiert die Möglichkeiten der Gestaltung enorm. Es birgt die Gefahr das modulare Gebäude immer ähnlich und Schlicht aussehen.

  • Logistische Probleme

 

Zusammenfassung:

Meiner Einschätzung nach wird modulares Bauen in Zukunft seinen Platz in einer Nische der Bauproduktion aufgeben und eine gängige Baumethode werden.

Eine Automatisierung der Bauindustrie ist durch die enormen Kostenersparnisse und Qualitätssteigerungen die jene mit sich bringt unausweichlich. Eine on-site Automatisierung wird in den nächsten Jahrzehnten sicherlich stattfinden allerdings bezweifele ich das sie in nächster Zeit auch nur ansatzweise so effizient seien wird wie eine Automatisierung der modularen Bauweise seien kann.

Ich bin der Meinung das die Modulare Bauweise trotzdem nur einen kleinen Teil des Gesamtmarktes einnehmen wird, was durch das Limitierte Gebäudelayout und Design bedingt ist. Gebäude müssen die Verschiedensten Ansprüche erfüllen. Bauklötze die auf LKWs transportiert werden können sind alleine durch ihre Größe enorm limitierende Faktoren für das Mögliche Layout des Gebäudes. Des weiteren haben Gebäude Kulturell einen anderen Wert als klassische Massenproduzierte Gegenstände wie Smartphones und Autos bei denen es egal ist ob jeder etwas ähnliches besitzt. Seit Jahrhunderten drücken Personen Unternehmen und Regierungen sich durch Architektur aus. Modulare Gebäude werden immer eine gewisse Ähnlichkeit zueinander aufweisen und werden deshalb immer einen niedrigeren Wert in der Ausstrahlung haben als ein on-site hergestelltes Gebäude.