278 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 79 (2010), Heft 4

Fachthemen

Jörg LangeKarsten Ewald

DOI: 10.1002/stab.201001316

Die Aufstockung eines Bürogebäudes in der FrankfurterInnenstadt zeigt die Möglichkeiten des Stahlverbundbaus. Zweiwesentliche Vorteile dieser Bauweise sind das geringe Gewichtund die Möglichkeiten zum brandsicheren Bauen. Darüber hinausbeweist dieses Bauwerk, dass auch komplexe geometrischeFormen in Stahl- und Stahlverbundbauweise realisiert werdenkönnen.

Extension of the office building Junghofstraße, Frankfurt – Visi-ble steel for a fire safe building. The addition of two new storeysto an existing office building in the centre of Frankfurt shows thepotential of composite construction. Two major advantages arethe low weight and the good performance in a fire. Additionallythis project shows the ability to build a complex geometry byusing steel and composite structures.

1 Einführung

Das aus den 1950er Jahren stammende Bürogebäude„Junghofstraße“ wurde komplett saniert, um es den Anfor-derungen an modernen Büroraum anzupassen. Bestand-teil dieser Modernisierung war eine Aufstockung um zweiGeschosse, die zum einen ihre Lasten in das Bestands-gebäude ableitet, zum anderen liegen die beiden zusätz-lichen Geschosse oberhalb der Hochhausgrenze. Aus die-sen beiden Randbedingungen ergab sich die Forderungnach einer sehr leichten Konstruktion verbunden mit denBrandschutzforderungen für Hochhäuser, was insbeson-dere die Fluchtwege und den Feuerwiderstand der Bautei-le betraf.

Die fünf Geschosse des Altbaus sind um einen Innen-hof angeordnet. Die Architekten Schneider + Schumachermussten bei ihrem Entwurf die fehlende Nachbarschafts-genehmigung für einen kleinen Teil der Aufstockung be-rücksichtigen, was zu einem kleinen Ausschnitt der Auf-stockung und zu zusätzlichen statischen und geometri-schen Problemen führte.

Das Bauwerk steht nah am Frankfurter Hochhaus-quartier mit Gebäuden von bis zu 200 m Höhe. Daherhaben die Planer der Ausführung des Dachs – der fünftenFassade – besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es er-hielt eine frei geformte Oberfläche, die mit Aluminiumpa-neelen eingedeckt wurde (Bild 1).

2 Geometrie

Alle vier Flügel des Altbaus haben unterschiedliche Ge-bäudetiefen, was zu unterschiedlichen geometrischenRandbedingungen in den Ecken führt. Die Architektennutzten bei der Definition der Oberfläche Splinefunk-tionen. Diese Funktionen waren jedoch für die Weiter-verarbeitung im Rahmen der statischen Berechnung undder Erstellung von Ausführungszeichnungen nicht ge-eignet, so dass ein mathematisches Modell entwickeltwurde, mit dem die Dicke des Daches nebst seiner Ober-fläche sowie das tragende Stahlskelett dargestellt werdenkonnten. Dies wurde erreicht, indem man aus den Spline-funktionen ein Netz für die Oberfläche berechnete undzu den Netzknoten die Konstruktionshöhen sowie dieBauhöhe der abgehängten Decke addierte. Aus diesemNetz ließen sich auch die Systemlinien des Tragwerksableiten, mit denen die Bemessungsschnittgrößen berech-net wurden. Das Tragwerksmodell diente abschließendals Grundlage für die Erstellung der Fertigungszeich-nungen.

3 Tragwerk

Die Treppenhauskerne in den vier Gebäudeecken muss-ten für die Aufnahme der Lasten aus den beiden zusätz-lichen Stockwerken verstärkt werden. Zwischen ihnenkonnten keine Lasten auf das existierende Tragwerk abge-geben werden. Da für die Verstärkung nur sehrwenig Platzzur Verfügung stand und wegen der großen zu über-brückenden Spannweite (36 m) entschied man sich für einStahl- und Verbundtragwerk.

Aufstockung Junghofstraße Frankfurt –Sichtbarer Stahl für ein brandsicheresGebäude

Bild 1. Ansicht Junghof in FrankfurtFig. 1. View of the Junghof in Frankfurt

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Die gewählte Konstruktion ähnelt einer Bogenbrücke(Bild 3a). Tatsächlich sind jedoch nur die innenhofseiti-gen Träger echte Bögen mit einer Spannweite von 36 m.Außen liegen Fachwerkträger mit Kragarmen und bogen-förmigen Obergurten. Sie sind einschließlich der bis zu13 m langen Kragarme insgesamt 57 m beziehungsweise60 m lang. Die Bögen sind aus Stahlrohren (∅ = 355,6 mm,Wanddicke 12 mm bis 20 mm). Die Zugbänder der Bögensind I-Profile. Alle Bögen und Zugglieder sind mit Brand-schutzplatten verkleidet.

Die Notwendigkeit eines leichten Tragwerks verbun-den mit dem Wunsch des Architekten, ein transparentes,offenes Bauwerk herzustellen, führten zum Einsatz einerVerbunddecke als Zwischenebene. Sie hat eine Gesamtdi-cke von 16 cm und spannt über 2 m (ohne Unterstützungim Bauzustand). Darunter liegen Verbundträger, die bis zu7,50 m stützenfrei von der inneren zur äußeren Bogenebe-ne spannen (Bild 2). Dies führte zu einem gleichmäßigen,konventionellen Tragwerk der Decke über dem sechstenGeschoss und zu sehr stark gekrümmten Trägern im Dach(Bild 4). Da diese planmäßig mit einer abgehängten Decke

verkleidet wurden, konnten sie mit einer für die unregel-mäßige Form leicht applizierbaren Spritzputzverkleidungbrandgeschützt werden.

Aus bauphysikalischen Gründen war ein Dach mithoher Wärmekapazität gewünscht, denn wegen des mode-raten Klimas in Frankfurt sollte keine Klimaanlage einge-baut werden. Daherwurde es nötig, Dachflächen mit einerNeigung von bis zu 70° in Beton herzustellen. Bis 30° wur-de Ortbeton auf einer Verbunddecke mit hinterschnitte-ner Geometrie (h = 51 mm) gegossen. Dieser Deckentypbenötigt keinen zusätzlichen Brandschutz und ist flexibelgenug, um sich beim Verlegen der gekrümmten Unterkon-struktion anzupassen (Bild 4). Für die Bereiche mit größe-rem Gefälle wurden Stahlbetonfertigteile verwendet, diein drei Punkten mit der Stahlkonstruktion verbundensind. Die Fugen sind mit einem feuersicheren Baustoff ge-füllt. Es war möglich, für 90 % der Fertigteile identischeFormen zu nutzen.

Die Decke über dem sechsten Geschoss (s. Bilder 5und 6) schließt nicht direkt an die Bögen an, sondern liegtauf Randträgern, die am Bogenobergurt hängen. Die

Bild 4. Verbundträger des DachsFig. 4. Composite girder of the roof

Bild 2. Tragwerk des 7. StockwerksFig. 2. Structure of the 7th floor

∅

Bild 3. Statisches System: a) Gebrauchszustand, b) BrandfallFig. 3. Structural system: a) service condition, b) case of fire

a)

b)

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Bild 5. Schnitt a–aFig. 5. Section a–a

Bild 6. Grundriss 6. OGFig. 6. Plan view 6th floor

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Hänger bestehen aus Stahlrundprofilen mit 40 mm bezie-hungsweise 56 mm Durchmesser, die mit Brandschutz-schalen aus Kalzium-Silikat verkleidet sind.

4 Brandschutz

Eine Besonderheit des Tragwerks ist die Bemessung undKonstruktion der Bogendiagonalen. Da sie auf der Innen-seite der Fensterebene liegen, sollten sie möglichstschlank sein, um nicht zu viel Sichtfläche zu blockieren,so dass man auf Brandschutzbekleidung verzichtete. InBild 3a ist das Tragwerk im Gebrauchszustand dargestellt.Bild 3b zeigt das statische System im Brandfall, in dem dieBogendiagonalen und die Fachwerke in der Zuggurtebenedes Bogens ausfallen. Dieses Tragwerk wurde für alleEigengewichts- und Verkehrslasten untersucht, wobeiman die Windlasten reduzierte. Ein Feuer, das so stark ist,dass die Diagonalen ausfallen zerstört auch die Fensterund damit große Windangriffsflächen. Durch die aus demFeuer resultierende Lastumlagerung ist für einige wenigeBauteile der Brandfall der bemessungsrelevante Lastfall.

Diese Vorgehensweise basiert auf Überlegungen undRegeln, die in [1] bis [9] veröffentlich sind. Sie spartenicht nur Kosten und reduzierte den Materialverbrauchsondern führte zu Bogendiagonalen mit schmalen Sicht-flächen. Da einige Diagonalen Druckkräfte abtragen müs-sen und daher knickgefährdet sind, konnte ihr Durchmes-ser jedoch nicht unter 273 mm reduziert werden.

Am Bau Beteiligte:Architekt: Schneider und Schumacher, FrankfurtTragwerksplanung: Lange + Ewald Ingenieure,RödermarkAusführende Stahlbaufirma: Stahlbau Plauen, Plauen

Literatur

[1] Fontana, M., Favre, J. P., Fetz, C.: A survey of 40,000 buil-ding fires in Switzerland. Fire Safety Journal 32 (1999), No. 2,pp. 137–158.

[2] Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbau-ten. – Teil 1.2: Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung fürden Brandfall. CEN, Brüssel, April 2001.

[3] Grundlagen zur Festlegung von Sicherheitsanforderungenfür bauliche Anlagen. Berlin: Beuth Verlag 1981.

[4] Richtlinie 019: Brandsicherheit von Stahl- und Verbund-bauteilen in Büro- und Verwaltungsgebäuden. DeutscherAusschuss für Stahlbau, Düsseldorf, November 2001.

[5] Schaumann, P., Heise, A.: Erläuterungen zur DASt-Richt-linie 019: Brandsicherheit von Stahl- und Verbundbauteilenin Büro- und Verwaltungsgebäuden. Stahlbau 71 (2002), S.310–323.

[6] Schleich, J.-B.: Globales Brandsicherheitskonzept. Stahlbau67 (1998), S. 81–96.

[7] Zehfuß, J.: Risikogerechte brandschutztechnische Bemes-sung mehrgeschossiger Wohn- und Bürogebäude am Beispielder Stahlbauweise. Bauingenieur 7/8 (2002), S. 336–343.

[8] Lange, J., Ewald, K.: Das Düsseldorfer Stadttor – ein 19-ge-schossiges Hochhaus in Stahlverbundbauweise. Stahlbau 67(1998), S. 570–579.

[9] Schaumann, P.: Brandschutznachweise für ungeschützteStahlbaukonstruktionen – Näherungsformeln für die Erwär-mung nach Einheitstemperatur-Zeit-Kurve. BundesBauBlatt7 (1999), S.69–71.

Autoren dieses Beitrages:Prof. Dr.-Ing. Jörg Lange, Dipl.-Ing. Karsten Ewald,Lange + Ewald Ingenieure GmbH,Paul-Ehrlich-Straße 38, 63322 Rödermark,info@lange-ewald.de

Nachhaltigkeit ist Trumpf

„Neues Bauen mit Stahl – Lösungen fürnachhaltige Architektur“ war das Themades Internationalen Architektur-Kon-gresses, den das Stahl-Informations-Zentrum am 13. Januar 2010 in Essenausrichtete. Mehr als 1000 Teilnehmerkamen und folgten den Ausführungender renommierten Referenten. Mitveran-stalter waren die ArchitektenkammerNordrhein-Westfalen, der Industriever-band Feuerverzinken e.V. und baufor-umstahl e.V.

Auf dem Kongress in Essen stellteninternational renommierte Architektenund Ingenieure realisierte Projekte undinnovative Architekturlösungen für be-sonders umwelt- und sozialverträglicheBauwerke aus Stahl vor.

Der Düsseldorfer Architekt ChristofIngenhoven orientiert seine Projekte aninternationalen Standards wie LEED,BREEAM oder ASHRAE. So benötigt

die von ihm entworfene neue Lufthan-sa-Hauptverwaltung nur ein Drittel derEnergie eines herkömmlichen Büroge-bäudes. Der von ihm geplante Haupt-bahnhof Stuttgart wird als Null-Energie-Bahnhof weder Heizung, Kühlung nochmechanische Belüftung benötigen.

Nachhaltiges und integrales Designbestimmte die von Ronald Schleurholtsvom Delfter architectenbureau cepezedgeplante Erweiterung und Renovierungdes Audax-Textilmuseums in Tilburg,das in einer ehemaligen Wollfabrik un-tergebracht ist. Das Bochumer Architek-tenduo Elke Banz und Dietmar Rieckssetzt Stahl insbesondere im Industrie-bau ein, wie z. B. beim Bau einer Null-emissionsfabrik in Braunschweig. DiesesProjekt wurde mehrfach ausgezeichnet,so zum Beispiel mit dem Energy Globedes Club of Rome.

Juan Fernández Andrino leitet dasMadrider Büro von Dominique Perrault.In seinem Vortrag präsentierte er das

neue Olympische Tenniszentrum in Ma-drid, dessen Dachtragwerk aus einer fili-granen Stahlkonstruktion besteht.

Professor Werner Sobek, Architektund Bauingenieur aus Stuttgart, steht für klare Orientierung hin zu nachhalti-gen Bauweisen. Leichte, weit gespannteStrukturen mit hoher Funktionalitätund Wertigkeit, wie der neue Flughafenin Bangkok zeigt, gehören zu seinenMarkenzeichen als Tragwerksplaner.

Professor Stefan Behling ist SeniorPartner beim Büro Foster + Partners.Das Büro setzt Stahl unter Berücksichti-gung nachhaltiger Aspekte in vielenBauwerken ein. Ein herausragendes Bei-spiel ist die in der Wüste des EmiratsAbu Dhabi am Persischen Golf entste-hende „Masdar City“, die erste Öko-Stadt der Welt. Baubeginn war 2009, insechs Jahren soll das Quartier bezugsfer-tig sein. Die CO2- und Müllbilanz derStadt soll lauten: Null.

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