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Facettenreiches Fachwerk
Das Swiss Tech Convention Center, dessen Eröffnung für April 2014 vorgesehen ist, ist ein Referenzprojekt für die EPFL. Seit der Auftragserteilung waren seine Grösse und Modularität ein Gesprächsthema. Der Ingenieur Jacques Perret hat sich auf der Baustelle ein Bild des mit Spannung erwarteten Bauwerks gemacht. Ingenieure der am Bau beteiligten Unternehmen haben ihm die Statik des Gebäudes erläutert und einige Herausforderungen für die Tragwerksplaner hervorgehoben: das polygonale Dach, die unterteilbaren Säle und den höhenverstellbaren Boden mit den versenkbaren Sitzreihen.
Das Kongresszentrum vereint unter seinem prägnanten Dach mehrere Säle, die sich je nach Nutzung unterschiedlich abtrennen lassen. Die unteren Geschosse, die dank schlanken Säulen in grosszügigem Abstand eine vielfältig nutzbare Struktur aufweisen, beherbergen einen Konferenzsaal für bis zu 1400 Personen, der sich für Belegungen mit 50 bis 1000 Teilnehmenden unterteilen lässt. Das darüber liegende, bis zu 3000 Plätze bietende Audimax kann in drei kleinere Räume für 1757, 458 bzw. 357 Personen unterteilt werden. Je nach Nutzung hebt ein Mechanismus den Boden an und versenkt die Sitzreihen. Für besondere Anlässe transformiert er das Auditorium in einen Festsaal für 1200 tafelnde Gäste.
Beeindruckende Fachwerkstruktur
Die Tragkonstruktion des Dachs ist 67m breit und 116m lang, am Südende kragt sie rund 40m über das Foyer aus. Ingenieure und Architekten arbeiteten schon früh und intensiv auf der Grundlage einer Skizze zusammen, auf der die wichtigsten Raumverhältnisse und insbesondere das Dach festgelegt waren. Die Vorarbeiten zur Abstimmung der Anforderungen von Architekten und Tragwerksplanern nahmen mehr als sechs Monate in Anspruch. Daraus ging eine Tragkonstruktion mit je einem räumlichen Haupt-Fachwerkträger an der West- und der Ostseite des Dachs hervor.
Die Trapezform des Dachs bedingt eine komplexe räumliche Geometrie der Träger, die deshalb aus je zehn Segmenten zusammengesetzt sind. Diese Träger aus Rohrprofilen liegen auf je drei Auflagern: zwei Auflager auf dem zentralen Stahlbetonkern und ein Auflager auf dem nördlichen Treppenturm. Diese Bauteile gewährleisten den Zugang zum oberen Teil des Kongresszentrums sowie zur Gebäudetechnik. Statisch wirken die Hauptträger als Durchlaufträger mit einer grossen Auskragung gegen Süden.
An ihrem nördlichen und südlichen Ende sind die beiden Hauptträger durch keilförmige Raumfachwerke verbunden, die das Tragwerk in der Ebene aussteifen. Auf den Hauptträgern liegen die Sekundär-Fachwerkträger. Sie sind als herkömmliche zweidimensionale Fachwerke mit Spannweiten von bis zu 40m ausgebildet, die die Dachhaut tragen.
Verformung des Dachs
Die Dachkonstruktion ist über eigens entwickelte stählerne Schubdorne mit den Stahl-Glas-Fassaden verbunden. Rund 40 dieser Vorrichtungen übertragen nur horizontale Kräfte zwischen Dach und Fassaden. Dadurch sind die Bauteile vertikal entkoppelt, sodass das Dach keine Lasten in die Fassaden einleitet und eine relative vertikale Verformung möglich ist. Trotz der grossen Steifigkeit der seitlichen Hauptträger ergaben die statischen Berechnungen für die Kote der südlichen Auskragung eine Gesamtamplitude von mehr als 200mm, resultierend aus der Absenkung unter Schneelast ( 101mm) sowie einer möglichen Anhebung durch Windeinwirkung (+105mm).
Um diese zu begrenzen, wird die Dachkonstruktion mit zwei Drahtseilen zwischen den auskragenden Enden der Hauptträger und den Fusspunkten der südlichen Fassadenpfeiler die nicht Teil der Dachkonstruktion sind unter der Betondecke des Erdgeschosses vorgespannt. Unter Schneelast sinkt die Spannung der Kabel, und sie steigt, wenn das Dach starken Windböen ausgesetzt ist. Den Berechnungen zufolge kann durch die Vorspannung der Dachkonstruktion die erwartete Verformung halbiert werden. Zur Überprüfung dieses Konzepts werden die Spannungen in den Kabeln im Betriebszustand permanent gemessen.
Fügung und Montage
Obwohl Verbände mit komplizierten Geometrien aus Rohrprofilen verhältnismässig leicht zusammengefügt werden können, war die Konstruktion einiger Verbindungsstellen in enger Zusammenarbeit zwischen Ingenieurbüro, Unternehmen und einem Fachspezialisten für Röhrenkonstruktionen sehr anspruchsvoll. So laufen in den Firstknoten auf den zentralen Betonkernen jeweils zehn Stäbe mit Normalkräften bis zu 7200kN zusammen. Mit Ausnahme des Auflagers stehen dort alle Stäbe unter Zugbeanspruchung.
Um die Passgenauigkeit der am stärksten beanspruchten Stäbe zwei aus den oberen Gurtungen, ein diagonaler Stab und der druckbelastete Stützstab auf dem Betonkern zu optimieren, wurden sie computergesteuert zugeschnitten und vollständig eingesteckt. 80mm starke Stahllaschen verbinden die restlichen, weniger beanspruchten Stäbe. Wegen der ausserordentlichen Abmessungen der Hauptträger wurden die meisten Bestandteile einzeln angeliefert und vor Ort verschweisst.
Komponenten unter 34m Länge und 5.5m Breite konnten bereits im Werk vorgeschweisst und in einem Stück auf die Baustelle geliefert werden. Um das Dach aufzusetzen, waren neben einem aufwendigen Gerüstsystem provisorische Stützen und Hebezeug erforderlich. Die provisorischen Stützen wurden erst nach einer Kontrolle der Schweissnähte entfernt. Der Ablauf der Montage- und Demontagearbeiten stellte sicher, dass die endgültige Tragstruktur im Bauzustand nicht überbeansprucht wurde.
Empore mit Technikräumen
Die Dachstruktur des Kongresszentrums vermittelt den äusseren Eindruck eines reinen Metallbaus. Ein Grossteil der Strukturen im Innern ist jedoch aus Stahlbeton bzw. Spannbeton gefertigt. Auch die rund 300 Pfähle, auf denen das Gebäude ruht, sind aus Beton. Über den Räumen südlich der zentralen Kerne ist eine Empore mit einer in Ost-West-Richtung ausgerichteten vorgespannten Beton-Rippendecke mit einer Spannweite von 14.4m angelegt. Diese grosse Spannweite ermöglicht die flexible Nutzung der Säle mit versenkbaren Wänden. Die Vorspannung minimiert die Verformung der Platte insbesondere an den Stellen, wo sie als Auflager für die empfindliche Fassade dient.
Die beiden grossen Stahlbetonkerne im mittleren Gebäudebereich sind ungefähr auf halber Höhe durch eine Stahlbetonempore verbunden, deren Tragwerkskonzept einer Brücke ähnlich ist. Diese Empore spannt ca. 28m zwischen den Betonkernen und integriert mehrere Technikräume. Die quer und längs vorgespannte, mit den Kernen monolithisch verbundene horizontale Tragkonstruktion hat dieselbe Funktion wie der Trog einer Brücke in Hohlkastenbauweise. Der Verlauf der Spannkabel ist weitgehend durch die zahlreichen Aussparungen bestimmt. Die Empore dient ausserdem als Auflager für den unteren Teil der oberen Sitzreihe, der obere Teil ist an einem Sekundär-Fachwerkträger aufgehängt.