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ILEK Chicago Exkursion - Hochhausentwürfe
Die Eindrücke, die die Studierenden auf der Reise gesammelt haben und die daraus enstandenen Hochhausentwürfe findet ihr zusammengefasst in dem PDF anbei. Wir freuen uns über jede Einreichung aus den Arbeiten sowie über Einreichungen anderer Studierender zu unserem nächsten Förderpreis. 20170628_reader_ILEK_final  

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

Sartorius - Neubau einer Produktionshalle für Laborinstrumente, Göttingen

Der Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2017 ist juriert:

PREISTRÄGER
Martin Speth | DREWES + SPETH und Christian Rathmann | Bünemann & Collegen

Laudatio

Die Produktionshalle für Laborinstrumente ist eine besonders anspruchsvolle Bauaufgabe mit hohen funktionalen und statischen Anforderung bei gleichzeitig sorgfältiger Gestaltung von Querschnitten und Details. Die sehr charaktervolle und eigenständige in Schiffe gegliederte Konstruktion ist für einen Industriebau beispielhaft und trägt ganz wesentlich zur besonderen Atmosphäre der Produktionsstätte bei. Das Konstruktionsraster ermöglicht ein vielschichtiges und abwechslungsreiches Raumprogramm mit viel Tageslicht, unterschiedlichen Raumhöhen und atmosphärisch differenzierten Zonen je nach Nutzung. Die Produktionshalle zeichnet sich durch eine Dynamik aus, die räumliche Qualitäten schafft. Es wird demonstriert, was Ingenieurarbeit im Diskurs mit anderen Planern erreichen kann und wie damit ein Bauwerk im besten Sinne bereichert wird.

Erläuterungstext zur Einreichung beim 'Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2017':

Aufgabenstellung

Sartorius, internationaler Pharma- und Laborzulieferer, führt nach den Ergebnissen unserer Masterplanung zwei Werkstandorte zu einem Firmencampus zusammen. Eine zentrale Bauaufgabe ist der Produktionsneubau für Feinwaagen und Laborinstrumente. Auf 25.000 qm thematisiert der Entwurf die Unternehmenswerte: Offenheit, Nachhaltigkeit und Freude.

© Klemens Ortmeyer


Die Anforderungen umfassten vielfältige Aspekte von einer einfachen Anpassbarkeit an sich stetig entwickelnde Produktionsprozesse über hohe Ansprüche an die Gestaltqualität der Konstruktion bis hin zur DGNB Gold Zertifizierung.
Das Tragwerk der Produktionshalle sollte so entwickelt werden, dass es den Anforderungen in höchstem Maße entspreche und das Gebot von Zweckmäßigkeit und Wirtschaftlichkeit erfülle. 
Als wichtiger Teil des Produktionsprozesses sind Vorgänge zur Feinjustierung und Eichung der Präzisionsinstrumente zu nennen. So waren die Kriterien der Gebrauchstauglichkeit des Tragwerkes durch hohe Anforderungen im Bereich des Schwingungsschutzes bestimmt.
Campusübergreifend erfolgt der Brandschutz mit Sprinklerunterstützung. Die Tragkonstruktion sollte eine 30-minütige Feuerwiderstandsdauer haben.
Das Team Architekt / Tragwerksplaner / TGA-Planer entwickelte die Lösung schrittweise und in enger Zusammenarbeit mit den Nutzern.
Für die Fertigung ergaben sich hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit, da keine Fußbodenaufbauten vorgesehen waren.

Lösungsweg

Die Entwicklung des Lösungsansatzes war zunächst frei von Materialvorstellungen. Die Analyse der Flächenbedarfe und –vorgaben führte schnell zur Notwendigkeit einer zweigeschossigen Produktionshalle mit anliegenden Mantelbauten für Labor- und Entwicklungsabteilungen.
Unter der Zielsetzung des Schaffens hoher architektonischer Qualität wurden die Punkte
Nutzungsflexibilität
Natürliche Belichtung
Gebrauchstauglichkeit
Integration vs. Applikation von Tragwerk und TGA
Stützenachsraster / Tragwerkseffizienz 
Wirtschaftlichkeit / Bauzeit
in einem stets ergebnisoffen geführten Findungsprozess diskutiert und abgewogen. 
Für die Hauptabmessungen wurden als Konstruktionsraster 12 x 12 m, 18 x 10 m und 18 x 16 m vergleichend für Ausführungen aus Spannbeton und in Stahlverbundbauweise untersucht. Bezüglich der Dachkonstruktion war zu entscheiden, ob sie modular im Raster der Geschosskonstruktion oder frei „auf eigenen Beinen“ abgetragen wird. Die Varianten wurden tragwerksplanerisch als Vorbemessungen mit Grobmassenermittlungen und architektonisch u.a. durch räumliche Visualisierungen untersucht. Die Entscheidung fiel für die 18 x 16 m Lösung in einer geschachtelten Stahlverbundkonstruktion mit integriert geführter TGA.
So wurde das Tragwerk als modular aufgebaute Stahlkonstruktion konzipiert. Haupt- und Nebenträger sind zur Führung von HT-Installationen als Vierendeel- bzw. Wabenträger konstruiert. Die primären Rahmentragwerke werden als Stockwerksrahmen mit Kastenquerschnitten und geneigten Stielen konstruiert. Sie nehmen die Decken- und Dachsysteme auf. Die Rahmensysteme nutzen als modulares Grundelement ein und dasselbe konstruktive Prinzip und werden stellenweise ergänzt oder modifiziert.
Die Deckenträger sind als durchlaufende Wabenverbundträger konstruiert und bilden zusammen mit den Rahmentragwerken aus geschweißten Kastenquerschnitten ein geschachteltes System. Das System bietet notwendige Freiheitsgrade für die Führung von HT-Installationen und entwickelt gleichsam statische Effizienz durch große statische Nutzhöhen. 
Zur Erfüllung der Anforderungen des Schwingungsschutzes wurde für die Erdgeschossdecke eine Stahlverbundkonstruktion mit auskömmlichen Schlankheitsgraden und hoher Steifigkeit entwickelt. Die Durchbiegungen unter Gebrauchslast 10 kN/qm betragen ca. 1/1500tel der Spannweite.
Die Eigenfrequenzen wurden mittels Modalanalyse am Gesamtsystem ermittelt. Dazu wurde die Nachgiebigkeit der Verbundfuge durch nichtlineare Kontaktelemente abgebildet. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse zu den Eigenformen wurden Nutzungsbereiche festgelegt, in denen die Anforderungen der Schwingungsschutzklassen 1 und 2 (maximale Beschleunigung a_max=4,6 bzw. 2,6 mm/s^2) erfüllt werden. Für höhere Schwingungsschutzklassen (bis a_max=0,4 mm/s^2) wurden im Erdgeschoss Nutzungsbereiche mit entkoppelten Sohlplatten ausgebildet.
Bei der Konzeption der Gesamtstruktur konnten die Bedingungen der Flächennutzung mit den Bedingungen einer effizienten Konstruktion in Einklang gebracht werden: Die verkürzten Endfelder des durchlaufenden Deckentragwerks führen zu annähernd gleichgroßen Auswirkungen und damit zu gleichmäßigen Ausnutzungsgraden in den Rahmentragwerken.


Die Formgebung der Rahmentragwerke folgt zugleich statischen Kriterien wie gestalterischen Zielsetzungen der sich "trichterförmig öffnenden Lichtgräben": So nähern sich die Systemlinien des gespreizten Rahmentragwerks der Stützlinie an und die Spannweite der Riegel wird reduziert. Horizontale Abtriebskräfte infolge ungleichmäßiger Laststellungen werden durch Scheibenwirkung der Verbunddecke in die flankierenden Mantelbauten abgetragen.
Zur Durchführung der HT-Installationen ist der Riegel als Rahmenträger mit mitwirkender Betondruckzone als Verbundkonstruktion ausgeführt. Zu den Rahmenecken hin wird der Riegel zur Erhöhung der Steifigkeit geschlossen ausgeführt und durch eine (sichtbare!) Beulsteife ausgesteift. Auch hier stand die Stützlinie Pate. Entlang der Lichtgräben wurden alle Konstruktionsteile durch Baustellenschweißung oder durch nicht sichtbare Schraubverbindungen gefügt. Die durchlaufenden Wabenträger wurden mit eigens entwickelten Stirnplattenstößen (Aufnahme von Bautoleranzen) biegesteif zwischen den Rahmentragwerken montiert. 
Auch in der Detaillierung der Rahmentragwerke treffen sich statische, funktionale sowie gestalterische Zielsetzungen: Die Stiele wurden so profiliert, dass ihre dem „Lichtgraben“ zugewandte Seite schmaler als ihre übrigen Seiten ist, und dass sie sich zum unteren und oberen Ende hin verjüngen. So wird zugleich der Lichteinfall maximiert und die „Schwere“ der Konstruktion visuell reduziert. Es ergibt sich damit für die Stützen eine veränderliche polygonale Querschnittsform, die – Dank der präzisen Ausführung – ein filigranes Lichtspiel erzeugt.
Für das Erreichen der DGNB Gold Zertifizierung wurde u.a. auf den Einsatz dämmschichtbildender Feuerschutzanstriche verzichtet und stattdessen die Feuerwiderstandsdauer per „Heißbemessung“ nachgewiesen. Alle Beschichtungssysteme wurden als Dickschicht-Korrosionsschutzbeschichtung im Airless-Spritzverfahren aufgebracht. Als Farbstoff wurde wasserverdünnbarer Beschichtungsstoff der DGNB-Qualitätsstufe Q3 verwendet.
Der Bau der Stahlbauhalle wurde in vier Bauabschnitte unterteilt. Durch die geeignete Wahl von Produktions- und Transporteinheiten und dem Krankonzept vor Ort konnte eine äußerst kurze und reibungslose Montagezeit der Stahlkonstruktion erreicht werden. Unmittelbar daran anschließend konnte die Erstellung der Betondecke erfolgen und bereits vor Abschluss der Betonierarbeiten des vorangegangenen Bauabschnittes konnte die Weitermontage der Stahlkonstruktion im nächsten Bauabschnitt erfolgen. Zur Fertigung und Montage wurden die Schweißkonstruktionen in möglichst großen Transporteinheiten zur Baustelle gebracht. Dadurch entstanden schwere Hubeinheiten, die eine „Vorkopfmontage“ notwendig machten. Auf vorab montierter Hilfskonstruktion wurden die Rahmenriegel höhen- und lagegerecht abgelegt. Anschließend wurden die Stiele montiert und provisorisch an den Riegelenden arretiert. Die Verbindung erfolgte durch Baustellenschweißung. Die Stahlbetondecke wurde als Halbfertigteildecke mit Ortbetonergänzung hergestellt. Um die gestellten Toleranzanforderungen gewährleisten zu können, wurde die Stahlkonstruktion im Betonierzustand kontinuierlich mit Aluminium-Schwerlaststützen unterstützt.

Klicken Sie auf eines der Bilder und starten Sie so die Fotostrecke (8 Bilder).

Zusammenfassung

Das Gebäude gliedert sich in eine zweigeschossige Produktionshalle in Stahlbauweise mit flankierenden Stahlbetonseitenschiffen für Büros. Über ein gläsernes Atrium mit dem Haupteingang schließt sich ein zweigeschossiger Stahlbetonbau für Produktentwicklung und Labore an. 
Das expressive Tragwerk versinnbildlicht Dynamik und Solidität als wesentliche Funktionsmerkmale der Feinwaage. Die geneigten Stahlstützen der Produktionsschiffe ermöglichen eine flexible Nutzung der Flächen ohne Einschränkungen aus der Baukonstruktion. Im trichterförmigen Zwischenraum der Schiffe entstehen die “Lichtgräben“. Sie schaffen ein Wegenetz, lenken Tageslicht in die Hallentiefe und fördern die Kommunikation zwischen den Produktionsebenen.
Das gewählte Fassadenmaterial der Produktionshalle aus Aluminium-Verbundplatten leitet sich vom Kern der Waageprodukte, einem komplex gefrästen Aluminiumblock, ab. Die Lichtgräben zeichnen sich außen als transparente Pfosten-Riegelfassaden ab, der Rhythmus der Hallenschiffe wird ablesbar.
Mit Blick auf optimale Produktionsbedingungen und die Wertschätzung der Arbeit reflektiert das nach den Maßstäben der DGNB konzipierte Produktionsgebäude in der Materialwahl und Ausarbeitung der Details die Bedeutung von Corporate Architecture für Unternehmen und Mitarbeiter.
Das Gelingen des Vorzeigeprojektes ist nicht zuletzt der hervorragenden Kooperation der beteiligten Akteure (Bauherr, Planer, Ausführende) die sich zu jeder Zeit als Team verstanden, zu verdanken.

Massen:
Konstruktionsstahl ca. 1.850 t
Anstrichfläche ca. 18.500 m2
Betonstahl Zwischendecke ca. 180 t
Beton ca. 1.100 m3
BGF (Produktionshalle) 20.000 m2
BGF (insgesamt) 25.000 m2

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Ingenieur

Dr.-Ing. Martin Speth
DREWES + SPETH Beratende Ingenieure im Bauwesen Partnerschaftsgesellschaft mbB, Hannover

Architekt
Dipl.-Ing. Christian Rathmann
Bünemann & Collegen GmbH, Hannover

Bauherr
Sartorius SIV Grone 1 GmbH

Stahlbau
stahl + verbundbau Gmbh, Dreieich
www.stahlverbundbau.de
Haslinger Stahlbau GmbH, Feldkirch in Kärnten, Österreich

Weitere Projektbeteiligte

Schwingungsberatung
Büro BMH-Bonk-Maire-Hoppmann GbR, Garbsen

Fabrikanlagenplanung
IFA-Institut für Fabrikanlagen und Logistik, Leibniz Universität, Hannover