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.
