Architektur: Größte Holzkuppeln Europas

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Rubner Holzbau, europäischer Marktführer im Bereich innovativer und anspruchsvoller Brettschichtholzbauten, hat den Zuschlag für den Bau von zwei Brettschichtholzkuppeln zur Überdachung der Kohlelager der Enel-Zentrale “Federico II” in Brindisi erhalten. Die Kuppeln zählen mit jeweils gut 143 Metern Durchmesser zu den größten Holzkuppeln Europas. Der Auftraggeber des auf diesem Gebiet bisher einmaligen Vorhabens ist Enel, ein weltweit bedeutendes und im Energiesektor tätiges Unternehmen.

Rubner Holzbau, das zur Südtiroler Rubner Gruppe gehört, konnte sich dank seines gewachsenen Know-hows bei Produktionsprozessen, einer präzisen Handhabung in allen Montagephasen, die von erfahrenen Ingenieuren koordiniert werden, und einer unvergleichlichen Flexibilität der im Bereich Brettschichtholzbau angewandten fortschrittlichen Technologien im Wettbewerb durchsetzen.

Das Projekt, das pro Kuppel die Verwendung von 1’548 m³ Brettschichtholz, 22’000 m² Brettsperrholz und 192’000 kg Stahl vorsieht, umfasst den Bau zweier halbkugelförmiger, geodätischer Tragwerke mit einem jeweiligen Durchmesser von 143 Metern und einer Gesamtfläche von 22’000 m². Das Projekt in Brindisi unterstreicht das große Umweltbewusstsein von Enel, das sich auch im Einsatz von natürlichen Materialien ausdrückt. Holz ist das ökologische Baumaterial schlechthin, das Rubner Holzbau aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern gewinnt und im Rahmen seiner zertifizierten Verfahren einsetzt. Außerdem stellt Holz einen strukturell soliden und flexiblen Rohstoff dar, selbst für Bauten mit ungewöhnlichen und anspruchsvollen Eigenschaften, der sich von anderen Materialien wie Stahl, Zement oder Aluminium abhebt.

Für die Ausarbeitung des Projekts liefert das südtiroler Unternehmen ein Komplettpaket: So wurde es unter anderem mit der Planung der gesamten Eindeckung, der Fluchttreppen und – Stege, des natürlichen Belüftungssystems und der elektrischen Anlage beauftragt. Rubner Holzbau ist außerdem verantwortlich für die statische Tragwerksplanung, die Herstellung, die Transportlogistik und die Montage unter Einhaltung sämtlicher aktuell geltender Normen und Bestimmungen.

Rubner Holzbau ist mit 30 Monteuren, 15 Spenglern und 3 Koordinatoren im Einsatz, die dank der zentralen Koordinierung der Montage und einem hohen Grad an Vorfertigung die schnelle Abwicklung des Bauprojekts gewährleisten. Die Vorarbeiten auf der Baustelle für den Bau der ersten Kuppel haben im Dezember 2013 begonnen. Die zwei Kohlelager werden im Laufe des Jahres 2015 fertiggestellt werden.

Technische Beschreibung — Konstruktionsprinzip

Die Kuppeln werden als Kugelkalotten mit Hauptträgern in geodätischer Geometrie angeordnet ausgeführt. Es ist eine 5er Teilung vorgesehen, das heißt, die Kalotte ist in 5 gleiche Ausschnitte aufgeteilt. Die Hauptträger werden gerade ausgeführt, deren Knotenpunkte liegen auf der Kugelkalottenoberfläche, somit bilden sich ebene dreiecksförmige Dachflächen. Die Verbindung der Hauptträger erfolgt über einen vom Holzingenieurbüro Lüning, Doetinchem (NL) entwickelten patentierten Verbinder. Die Hauptträger haben Längen zwischen ca. 5,4 und 13,8 m. Die Auflagerknoten (40 Stück) sind mit einem Stahlzugring verbunden, um die Horizontalkräfte auf die 40 Stahlbetonstützen auf denen die Kuppel aufliegt zu verringern.

In jeder Kuppel ist eine Öffnung für die Durchführung der Förderbandbrücke mit lichten Abmessungen von 6/8 m in vertikaler Projektion vorgesehen. Diese “Diskontinuität” in der Kuppelschale wird mittels einer Stahlrahmenkonstruktion überwunden In jedem Hauptträgerdreieck sind drei Sekundärträger mit unterschiedlichen Spannweiten und Querschnitten angeordnet, der Anschluss derselben an die Hauptträger erfolgt über schräg angeordnete Vollgewindeschrauben. Im First der Kuppel ist über dem zentralen Fünfeck des Haupttragwerks ein Dachaufsatz mit vertikalen Wänden gestellt. Diese dienen der Aufnahme von Lüftungsgittern zur Belüftung der Kuppel (zusätzlich zu denen in den Wänden im Bereich der Stahlbetonstützen).

Geometrie

Die Kuppelkonstruktion aus BS-Holz lagert auf 40 Stahlbetonstützen von 6,2 m Höhe, sie hat einen Außendurchmesser von 144 m und eine Höhe von 39,82 m. Der Belüftungsaufsatz hat einen Durchmesser von 11,9 m und eine Höhe von 3,04 m, somit ergibt sich eine Gesamthöhe über 0,0 von ca. 49 m. Das ergibt eine Grundfläche von ca. 16’300 m² und eine Abwicklungsfläche von ca. 22’000 m². Die “statische” Geometrie der Kuppel wird von einem Durchmesser von 142,8 m und einer Höhe von 38,8 m bestimmt.

Lastannahmen

Die statische Berechnung und Bemessung der Bauteile wurde für die folgenden Lasten vorgenommen:

  • ständige Last 0,70 kN/m² + Eigenlasten Träger
  • Schneelast am Boden 0,60 kN/m²
  • Schneelast Dach gleichförmig 0,53 kN/m²
  • Schneelast Dach exzentrisch 0,66 – 1,32 kN/m² in 5 versch. Positionen
  • Windlast 1,59 kN/m²* cp,test in 5 versch. Positionen
  • Verkehrslast 1,00 kN/m² in 7 versch. Positionen
  • Setzungen infolge Kohlelagerung 0 – 6 mm auf halben Umfang
  • Temperaturdehnungen 35°
  • Erdbeben entsprechend DM 14/01/2008 Die Winddruckbeiwerte wurden mittels Windtunneltests am Modell im Maßstab 1:300 ermittelt. Dabei wurde auch der Einfluss der Positionen der Kuppeln (1 Kuppel allein; 2 Kuppeln mit umliegenden Gebäuden mit verschiedenen Windrichtungen) auf die Windlast untersucht.

Die Windtunneltests wurden von Peutz bv Zoetermeer (NL) durchgeführt.

Bauteilabmessungen

Die Binderhöhe der Hauptträger beträgt 113 cm. Deren Dicke und die Festigkeitsklasse variieren in Abhängigkeit der Beanspruchungen. Im normalen, “ungestörten” und somit im grössten Bereich der Kuppel wurde die Dicke der Träger zu 18 cm in der Festigkeitsklasse GL 28c gewählt. Im Bereich der Störung durch die Öffnung werden die Träger bis zu 22 cm dick und bis zu GL 32h ausgeführt. Die Sekundärträger haben drei verschiedene Dimensionen: 10/24, 10/44 und 10/65 mit der Festigkeitsklasse GL 28c. Der Zugring aus Baustahl S 355 wird mit dem Profil HEB 550 ausgeführt. Die Stahlteile der Knotenverbindung werden allesamt in Baustahl S 355 gefertigt. Das zentrale Rohr hat die Abmessungen Ø 219,1 x 16 mm, die Sternbleche 150 x 20 mm.

Knotentests

Enel hat in der Ausschreibung vorgesehen, dass der Verbindungsknoten der Kuppelhauptträger unabhängig von dessen theoretischer Berechnung über zu definierende Versuche im Maßstab 1:1 zu untersuchen ist, und dessen Ergebnisse in die Berechnung einfließen zu lassen. In Zusammenarbeit von Holzingenieurbüro Lüning, Universität Trento (Prof. Piazza), KIT Karlsruhe (Prof. Blaß) sind folgende Versuchskriterien festgelegt worden:

  • Zugversuche für die Verbindung Zuglasche-Träger
  • Druckversuche für die Verbindung Träger-Zentralrohr
  • Biegeversuche am einachsigen System Träger-Stahlknoten in drei Konstellationen: Vierpunktversuch konvex und konkav sowie Dreipunktversuch konvex Die Versuche an Probekörpern im Maßstab 1:1 wurden dann in der Versuchsanstalt Stahl, Holz und Steine Holzbau und Baukonstruktionen in Karlsruhe sowie am Laboratorio Prove Materiali e Strutture, Universita’ degli Studi di Trento – Facolta’ Ingegneria durchgeführt.

Montageplanung

Das Haupttragwerk wird im Freivorbau montiert. Die Montage erfolgt vom Innenraum aus mittels Baukränen und Nutzung von Hebebühnen. Da die Abmessungen der beim vorliegenden Projekt sehr groß sind (Auflagerumfang ca. 440 m), wird mit drei Montagegruppen nur für die Hauptträgermontage gearbeitet. Parallel dazu werden auf der Außenseite des Kuppelumfangs die Dachpacketdreiecke am Boden auf den Sekundärträgern zusammengebaut und die Dacheindeckung aus Aluminiumblech aufgebracht. Nach Errichtung von zwei Hauptträgerabschnitten über den ganzen Kuppelumfang, ist die Teilkonstruktion soweit standsicher, sodass die vormontierten Dachpacketdreiecke als Ganzes auf das Haupttragwerk gehoben werden können. Derart werden Arbeiten auf dem Dach in der Höhe auf ein notwendiges Minimum begrenzt.

Bild: Rendering der Enel-Zentrale “Federico II” in Brindisi

 

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