Raban Siebers M.Sc.
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ILEK Exkursion Chicago 2016
Hochhäuser werden unweigerlich die Zukunft des innerstädtischen Bauens darstellen. Auf Grund des Anstiegs der Weltbevölkerung und des zunehmenden Wachstums der Millionenstädte wird dichtes Bauen notwendig und immer gefragter. Im Wintersemester 2016/17 werden 10 Studierende der Architektur am Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart einen Hochhaus Entwurf bearbeiten, um sich dieser Thematik anzunehmen. Da Chicago die Geburtsstätte der Gebäudetypologie Hochhaus darstellt, bietet es sich an, das Planungsgrundstück dort anzusetzen und die Recherchephase mit einer Exkursion zu verbinden. Das besondere dabei wird sein, dass auch Studierende des Bauingenieurwesens dabei sein werden, denn Interdisziplinarität ist besonders bei solch großen Bauprojekten essentiell. Zusammen mit der 17-köpfigen Studierendengruppe werden zwei Mitarbeiter des ILEK eine 9-tägige Exkursion im Oktober 2016 unternehmen. Dabei werden wir uns nicht nur der Geschichte des Hochhausbaus widmen, sondern auch neueste Entwicklungen erfahren, sowie die Beziehung zu der Architekturfakultät der Northwestern University weiter vertiefen. Gemeinsame Vorlesungen, Besprechungen sowie ein zusammen organisiertes Symposium werden dabei eine große Rolle spielen. Des weiteren sind Baustellenbesichtigungen und Besichtigungen einiger Architektur- und Ingenieurbüros geplant, wie z.B. zu Helmut Jahn, SOM oder Gill+Smith. Über den Verlauf der Exkursion werden wir auf diesem Blog live berichten und bedanken uns bereits vorab für die freundliche Unterstützung unserer Sponsoren, allen voran: Bauforumstahl.

Deutscher Stahlbau. Gut beraten.Deutscher Stahlbau. Gut beraten.

2. Preis: Brommybrücke in Berlin

Bericht des Verfassers

Erläuterung und Begründung des Entwurfs- und Konstruktionskonzeptes Brommybrücke

Leitidee
Brücken verbinden.
In ihrer Funktion ist die Brücke in erster Linie das Bindestück zweier räumlich getrennter Orte. Doch Brücken können viel mehr sein. In der heutigen Zeit des immer schneller werdenden Lebens sehnt sich der Mensch nach Rückzugsgebieten, nach Orten des Verweilens. Eine Brücke über einen Fluss kann dafür der ideale Ort sein. Von einem erhobenen Standpunkt, losgelöst von der alltäglichen Geschwindigkeit, kann das Auge über das Wasser schweifen und die langen Blickachsen genießen.

Leitidee des Entwurfs ist es daher, durch die Distanz schaffende Gegenläufigkeit zweier Kurven Verweilflächen  und schnelle Querung des Flusses strikt zu trennen. Bogen und Spannband übersetzen diese Geometrie idealerweise in ein Tragwerk. Aus der Wahrnehmungspsychologie ist bekannt, dass der Mensch das, was er als natürlich geformt wahrnimmt und als gewohnt und richtig empfindet, in der Regel auch als ästhetisch empfindet. Die Kettenlinie ist der natürliche Durchhang eines zwischen zwei Punkten aufgehängten Seils und wird in ihrer Form von den meisten Menschen als angenehm empfunden. Gleichzeitig verkörpert sie den idealen Kraftverlauf in einem Bogen und in einem Spannband. Daher entsprechen die Kurven - als Achse für Bogen und Spannband - einer Kettenlinie und prägen die Form der Brücke.

Formfindung
Über verschiedene am Rechner erstellte Modelle wurde die Verträglichkeit der möglichen Formen der Brücke mit dem geplanten Städtebau überprüft.
In der Leitidee wurde ein Ansatz formuliert, die Form der Brücke der Form von Kettenlinien entsprechen zu lassen. Die Kettenlinien wurden mit Hilfe eines Modellierprogramms realisiert, mit dem sich Kraftfelder simulieren lassen. Der Vorteil gegenüber einer im CAD  über Formeleingabe erzeugten Kettenlinie (Funktion des Cosinus Hyperbolicus) liegt in der Schnelligkeit, mit der sich verschiedene Formen mit natürlichem Durchhang oder Bogenstich realisieren lassen.
Nach dem Herauskristallisieren der Grobform der Brücke wurde das Tragsystem als ebenes Modell in ein Statikprogramm eingegeben und die Form optimiert.

Vordimensionierung
Für die Vordimensionierung des Tragwerks wurden nur die Verkehrslasten von 5 KN/m² und die Eigenlast in den verschiedenen Lastfallkombinationen unter Berücksichtigung der Sicherheitsbeiwerte zu Grunde gelegt. Eine Betrachtung von Einflüssen durch fußgängerinduzierte Schwingungen, durch Wind in Querrichtung der Brückenachse oder die Temperatur wurde nicht durchgeführt.
Daher wurde die Auslastung von Bogenträger, Spannband, Stützen und Hänger auf 50 Prozent begrenzt, um bei der späteren Ausführungsplanung ausreichende Reserven zu haben.

Pläne und Visualisierungen

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© André Hieronimus


Städtebau
Die neue Brommybrücke verbindet für den Fußgänger- und Radfahrverkehr die Stadtteile Kreuzberg und Friedrichshain über die Spree. In der Form zweier gegenläufiger Kurven, die gleichzeitig Struktur und Wegeführung bilden, fügt sie sich harmonisch in das zu erwartende Stadtbild ein. Durch die weiche Form der Kettenlinien ist die Brücke auch für den derzeitigen Zustand der Bebauung durchaus denkbar und kann auch die Initialzündung für die weitere Urbanisierung der Spreeufer sein.
Dabei nimmt die Wegeführung der Brücke, die Idee der Wegeführung des Uferparks auf. Der Bogen bindet an die in dem Konzept des East Side Parkes als langsamen Weg definierte Uferpromenade an und führt sie zu den Verweilorten der Brücke. Das Spannband mit seiner für die schnelle Querung der Spree konzipierten Führung, erschließt in Verlängerung den Kolonnenweg, den Gehweg- und Radweg der Mühlenstraße und die East Side Galerie. An den Kreuzungspunkten zwischen Bogen und Spannband kann der Fußgänger jederzeit entscheiden, welche Richtung er einschlägt, ob den der Ruhe oder der schnellen Querung. Der Raum der zwischen Bogen und Spannband entsteht bietet Schutz vor starker Sonne und Regen. Die Brücke führt über einen zum Teil erhaltenden Pfeiler der ehemaligen Brommybrücke, der symbolisch für die Zerbrechlichkeit von Verbindungen physischer wie auch nicht körperlich erfassbarer Art an diesem Ort steht und erhalten bleiben soll. Die Bereiche des Pfeilers die als Auflager genutzt werden, werden durch eine Tiefgründung ertüchtig und die aus dem Wasser herausragenden mit fränkischen Muschelkalk verzierten Pfeilerreste werden behutsam instand gesetzt und konserviert.
Als Maßnahme gegen Schiffsanprall am Mittelpfeiler und an die unterhalb der vorgeschriebenen Durchfahrtshöhe liegende Brückenteile wird eine Steganlage konzipiert, die das Lichtraumprofil begrenzt. Die Steganlage ist neben der Bogenmitte eine der beiden Verweilflächen der Brücke und wird über zwei Treppen die über  die beiden Bögen führen erschlossen. Hier bietet sich auch Platz für eine temporäre Nutzung, wie die einer provisorischen Strandbar.


Gestaltung

Widerlager
Die konstruktive Gestaltung der Brücke die ihren Kraftfluss und die Aufnahme der Kräfte an den Widerlagern klar lesbar und erlebbar machen stand im Vordergrund des Entwurfes. Dabei wurde auf der Seite des Uferparkes auf die Ausbildung einer herkömmlichen Widerlagerwand verzichtet und stattdessen zwei Stahlbetonsockel für die Aufnahme der Druckkraft der Bögen vorgesehen. Die Sockel sind je mit einem als Druckstab fungierenden Flügel verbunden, in dem das Spannband sichtbar in einem Auge rückverankert ist.

Überbau und Laufflächen
Als Materialen sind Stahl für den Überbau und unbehandeltes sägeraues Eichen- oder Lärchenholz für die Laufflächen  vorgesehen. Die harte Struktur des Stahls  und die raue aber lebendige Oberfläche des Holzes in Verbindung mit der weichen Kontur der Brücke widerspiegeln die Umgebung der Brücke mit ihren ehemaligen Gewerbebauten, der zu erwartenden strengen Geometrie der Neubauten und das von Provisorien und Zwischennutzungen geprägte städtische Leben Kreuzbergs Auf Empfehlungen des Senats wird nach schlechten Erfahrungen auf profilierte und gerillte Holzplanken verzichtet. (Um die Rutschsicherheit von Brückenbelägen zu gewährleisten, sollten nur sägerauhe Bohlen verwendet werden. Profilierungen sind ungeeignet, da das Rutschen auf Holz bevorzugt in Faserlängsrichtung erfolgt. Es hat sich auch gezeigt, daß sich eingefräste Rillen oder Nuten mit Schmutz füllen, was dazu führt, daß die Belagsoberseiten nie völlig abtrocknen, und somit die Fäulnisbildung und die Rutschneigung zusätzlich gefördert werden.)

Brückenentwässerung
Die über das Spannband führenden Laufflächen werden durch die Fugen der Holzplanken direkt in die Spree entwässert. Die Entwässerung der Bögen erfolgt über die aus Trapezblechen und Querträgern bestehende orthotrope Platte zum Mittelpfeiler und zum nördlichen Widerlager.

Geländer
Um eine möglichst hohe Transparenz des Geländers zu gewährleisten, ohne auf Glas zurückgreifen zu müssen, ist eine horizontale Seil-verspannte Konstruktion geplant. Zur Vermeidung des Leitereffektes sind die Geländerpfosten nach innen geneigt. Bei den Laufflächen zur schnellen Querung der Brücke sind Pfosten nach außen verschoben, um den Bewegungsraum möglichst nicht einzuschränken. Die Handläufe sind aus Aluminium. Das Geländer am Bogen hat eine 30 cm breite Armauflage aus glattem Eichen- oder Lärchenholz mit Flachstahleinlage.

Lichtkonzept
Aus Rücksicht auf die angrenzende Wohnbebauung wird auf eine Lichtshow verzichtet. Zum Schutz vor Vandalismus soll die Beleuchtungstechnik bei Tageslicht möglichst nicht wahrnehmbar sein und in schwer zugänglichen Schlitzen im Geländer installiert sein. Dem höheren Lichtbedarf der schnellen Laufflächen wird durch in Handlauf und Geländerpfosten integrierte LED-Leuchten Rechnung getragen. Auf dem Bogen sind LED-Leuchten im Handlauf des Geländers integriert. Durch die indirekte Illumination der LED-Leuchten ist die Brücke bei Nacht gut wahrnehmbar

Beschreibung der Konstruktion und Materialien
Die Spannweite der Brücke beträgt l1 = 80 m und l2 = 37 m. In Kombination mit zwei Bögen und einem Spannband in einer Trägerachse werden die Lasten über einen Mittelpfeiler in die Widerlager abgetragen. Der Abstand der Trägerachsen beträgt 5,00 m. Die Bogenträger bestehen aus einem 40 cm hohen und 80 cm breiten vollverschweißten Hohlkastenprofil. Die Bogenträgerhöhe wächst ab den Anschluss des Spannbandes zum Mittelpfeiler bis auf 100 cm und ist am Auflager angevoutet. Die Aussteifung in Querrichtung wird über eine orthotrope Platte, die aus Trapezprofilen mit I-Profilen als Querträger besteht, im Bogen erreicht. Im Bereich der Stützung des Spannbandes über den Mittelpfeiler ist aufgrund der Ausführung der Stützen als Pendelstützen eine diagonale Abspannung der Stützen über dem Auflager in Querrichtung notwendig. Ein Wegfall durch eine alternativ ausgeführte Einspannung des Stützenfußes in das Hohlkastenprofil des Bogens wäre eventuell möglich. Über dem Spannband kragen die Querträger seitlich 2,50 m aus und führen die Laufflächen am Bogen vorbei. Die Höhe der Querträger beträgt 30 cm über dem Spannband und verjüngt sich nach außen auf 10 cm. Das Spannband ist 7 cm hoch und 80 cm breit. Im Bereich des Hauptbogens hängt sich das Spannband vom Bogen über Hänger im Abstand von 4,36 m ab. Im Bereich des Mittelpfeilers wird es durch runde Pendelstützen im Abstand von 4,36 m gestützt. Die Gründung erfolgt als Tiefgründung mit Bohrpfählen.

Materialliste:
Überbau: Baustahl S355 JR
Belag: (Lauflächen) Eichen-o.Lärchenholz
Widerlager/Flügel Stahlbeton C 30/37 (Expositionsklassen XC3, X D1, XF2)
Lagersockel: Stahlbeton C 35/45 (Expositionsklassen XC3, X D1, XF2)
Treppen: Widerlager Stahlbeton C 25/30 (Expositionsklassen XC3, XD1, XF2)
Bogen Baustahl S235 JR Trittstufe aus Eichen oder Lärchenholz

aus Hinweise zur Konstruktion und zum Schutz von Holzbauwerken HT II A 12 Merkblatt 1 vom 15. 03. 2002 Senatsverwaltung Berlin

Laudatio der Jury
Der Entwurf überzeugt besonders durch die Gestaltung in Form zweier gegenläufiger Kurven. Die Brücke fügt sich harmonisch in das zu erwartende Stadtbild ein. Die Wegeführung auf der Brücke nimmt die an den beiden Ufern auf und ist gekennzeichnet durch zwei Möglichkeiten am Kreuzungspunkt zwischen Bogen und Spannband - den längeren Weg der Ruhe mit Verweilmöglichkeiten oder den der zügigen Querung. Dazu werden die Systeme Bogen und Spannband symbolisch verwendet. Der statische Grundansatz ist gelungen. Der Entwurf besticht durch seine gute Präsentation, auch in wesentlichen konstruktiven Details bis hin zum Geländer. Die wichtige Einheit zwischen Entwurf und Konstruktion ist gut erkennbar.

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André Hieronimus

Beuth Hochschule für Technik Berlin, Fachbereich IV Architektur und
Gebäudetechnik, Prof. Dipl.-Ing. Peter Arnke, Prof. Dr.-Ing. Karl Spies