Annika Moll
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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.

B 246 a Ortsumgehung Schönebeck, Neubau der Schönebecker Elbauenbrücke

Erläuterungsbericht von Wolfgang Elizer | Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI AG zur Einreichung beim 'Ingenieurpreis des Deutschen Stahlbaues 2015':

Aufgabenstellung
Die neue Elbebrücke Schönebeck ist der wichtigste Teil der Ortsumgehung der B 246a, die aus insgesamt drei Planungs- bzw. Bauabschnitten besteht. Der Brückenneubau erfolgt dabei im 3. Planungsabschnitt.
Mit der Fertigstellung der Ortsumgehung wird die Schönebecker Innenstadt vom stark angestiegenen Durchgangsverkehr entlastet. Gleichzeitig wird eine neue leistungsfähige Verbindung zwischen der Bundesautobahn BAB A 14 Halle-Magdeburg und den ostelbischen Gebieten geschaffen.
Die Bundesstraße verläuft heute noch direkt durch das Stadtzentrum Schönebecks und überquert die Elbe auf der seit 1912 bestehenden Stadtbrücke.

Historische Brücke von 1912


Die bestehende Brücke wurde ursprünglich mit einem den Strom frei überspannenden Bogen mit einer Spannweite von 134 m aus Stahl errichtet. Der 23 m hohe, mit seiner schlanken Fahrbahn in sich selbst verankerte, fachwerkförmige Zweigelenkbogen stellte damals das die Stadtansicht prägende Ingenieurbauwerk dar.
Für den sich ostelbisch anschließenden Vorlandbereich wurde eine über 10 Felder durchlau-fende, unterliegende Fachwerkkonstruktion mit Spannweiten von 34 bis 56 m ausgeführt. Zusammen mit der westlich vorgelagerten Flutbrücke ergab sich ein insgesamt 585 m langer Brückenzug.
Am Ende des 2. Weltkrieges wurde der Bogen 1945 gesprengt, womit in den Nachkriegsjahren die Elbquerung wie vor 1912 wieder mit einer Fähre erfolgen musste. Erst im Mai 1952 konnte die Stromöffnung mit einer 2feldigen, obenliegenden Fachwerkkonstruktion mit den Spannweiten von 73 und 61 m wieder geschlossen werden. Der hierfür mitten im Strom errichtete Pfeiler stellt seitdem eine Behinderung für die Elbeschifffahrt dar. Die Flutbrücke wurde durch eine zweifeldrige Stahlbetonkonstruktion mit 2 x 13 m ersetzt.

Bestehendes Bauwerk


Nach umfangreichen Voruntersuchungen wurde für die neue Elbequerung ein zwischen den Elbdeichen insgesamt 1.128,50 langer Brückenzug gewählt. Die Trasse verläuft von Südosten kommend in einem Radius von 340 m über das südliche Vorland, geht in eine 520 m lange Gerade über und quert den Elbestrom nahezu rechtwinklig. Anschließend quert sie das nördliche Vorland mit einem weiteren Bogen mit einem Radius von 340 m und biegt nach Nordosten ab.

Lösungsweg

Ziel der Entwurfsplanung war es, im Hinblick auf die exponierte Lage des Bauwerks, geeignete Lösungsmöglichkeiten zum Neubau der Elbebrücke Schönebeck aufzuzeigen, so dass sich das neue Bauwerk harmonisch in die vorhandene Elblandschaft einpasst, sich wirtschaftlich herstellen und unterhalten lässt und den umweltschutzrechtlichen Belangen entsprechend Rechnung trägt. Besonderes Augenmerk wurde so auf die gestalterisch ansprechende Wirkung in der umgebenden Stadt-Fluss-Landschaft, die am südlichen Elbufer durch die Silhouette der Schönebecker Altstadt und stromauf durch elbnahe Auewälder bestimmt wird, gelegt. Das nördliche Ufer wird hingegen durch seine freie unverbaute Elbwiese mit einzelnen Baum- und Buschgruppen und einer sich dahinter anschließenden dichteren Bewaldung geprägt.
Im Ergebnis der Wertung kristallisierte sich die einhüftige Schrägseilbrücke mit einem über 185 m spannenden Stromfeld als Vorzugslösung heraus:
Im Zuge der Vorplanung erfolgten dann für die in ihren wesentlichen Parametern feststehende Vorzugslösung umfangreiche Variantenuntersuchungen zu den wichtigen Detailpunkten wie: Anordnung und System der Seile, Überbauquerschnitt Vorlandbrücke und Strombrücke, Pylonenform, Pfeilerform, Lagerschema.
Der gesamte Brückenzug besteht aus der 309 m langen südlichen Vorlandbrücke, der 489 m langen Strombrücke zur Querung der Elbe und der 330,5 m langen nördlichen Vorlandbrü-cke, die Gesamtlänge beträgt somit 1.128,50 m.

Unterbauten
Beide Widerlager werden als begehbare, kastenförmige Widerlager ausgebildet, die Flügel sind 1 m dick.
Zur Reduzierung der Bauteilabmessungen und aus gestalterischen Gründen wird die ebenfalls 1,0 m dicke Widerlagerwand mit einer Pfeilervorlage versehen, um ausreichend Platz für die Brückenlager und die Pressenstellplätze zu schaffen.
Die Vorlandpfeiler erhalten einen elliptischen, hydraulisch günstigen Querschnitt, wobei der Schaft für die Aufnahme der Lager und Pressen noch mit einer leichten kapitelförmigen Aufweitung versehen wurde.
Die beiden Trennpfeiler in den Achsen 90 und 180 werden in Abstimmung mit der Gestaltung der Vorlandpfeiler für ihre spezielle Funktion an den Trennstellen der Überbauabschnitte kelchförmig ausgebildet.

Pylon
Die Gestaltung des Pylons als die zukünftige Dominante im umgebenden Landschaftsraum ist für das Bauwerk von besonderer Bedeutung.
Für die frei in der Landschaft stehende Brücke mit ihrem schmalen Verkehrsweg stellt sich hier der klassische A-Pylon als am geeignetsten dar. Seine Form spiegelt den direkten Kraft-fluss vom Pylonkopf bis in die Gründung wieder. Die Lasten können für den gegebenen Baugrund auf eine möglichst große Fläche verteilt werden. Die Gesamthöhe des Pylons wird aus Rücksicht auf die umgebende Landschaft etwas niedriger als das statische Optimum von 85 m geplant.
Um die Pylonschäfte nicht zu steif wirken zu lassen, werden diese mit einer leichten Ausrun-dung belebt. Der Pylonkopf ist durch die sichtbare Gestaltung seiner tragenden Elemente Stahl und Beton wirkungsvoll gegliedert.
Der A-Pylon der Strombrücke wird im unteren Bereich bis zum Verschmelzungspunkt seiner Schäfte als reine Stahlbetonkonstruktion ausgeführt. Für den Pylonkopf ist, um die Querschnittsabmessungen zu begrenzen und die einfache Verankerung der Seile zu ermög-lichen, ein aus einem inneren Stahlhohlkasten und beiderseitigen Betonflanken bestehender Verbundquerschnitt vorgesehen.
Die Gesamthöhe des Pylons beträgt 73 m über dem Gelände, wobei sich die maximale Spreizung der Schäfte über dem Fundament zu 23 m ergibt. Der Querriegel zur Stützung des Überbaus wird in 8 m Höhe über dem Gelände angeordnet.
Der in Brückenlängstragrichtung auch auf Biegung beanspruchte Pylon wird über seine ge-samte Höhe mit einer konstanten Konstruktionsdicke von 3,50 m ausgeführt. In Brücken-querrichtung werden die Pylonschäfte 2,50 m breit ausgebildet und mit einer leichten Krüm-mung mit R = 500 m versehen, welche dann bis in den Pylonkopf hinein fortgesetzt wird. Der untere Teil der Schäfte wird bis auf die Höhe des Querriegels als Vollquerschnitt hergestellt. Über dem Riegel werden die Schäfte als begehbare Hohlquerschnitte mit einer Wandstärke von 50 cm ausgeführt.
Ab einer Höhe von 45 m über dem Gelände erfolgt dann die Verschmelzung der Pylonschäfte zum Verbundquerschnitt des Pylonkopfes, wobei der Stahlkern mit seiner kon-stanten Breite von 2,0 m über die gesamte Kopfhöhe als Gestaltungselement sichtbar durchgezogen werden soll. Die Gesamtbreite des Pylonkopfes ergibt sich so im Verschmel-zungspunkt zu 6,5 m und verjüngt sich mit der Ausrundung der Flanken bis zur Pylonspitze hin auf 3,6 m.
Der Verbundquerschnitt besteht aus dem konstant 2,0 m x 3,2 m messenden inneren Stahl-hohlkasten und den diesen beidseitig flankierenden und aussteifenden 1,60 m bis 0,80 m dicken Betongurten. Die Brechung der Außenkanten der Schäfte wird in den Betongurten konsequent bis zur Pylonspitze hin fortgesetzt.

Schönebecker Elbauenbrücke

Aus der Planung

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©  Leonhardt, Andrä und Partner


Überbau Vorlandbrücken
Die Stromquerung flankierenden Vorlandbereiche werden mit schlanken Spannbetonüber-bauten ausgeführt. Für die bis zu 44 m spannenden Felder wurde hier ein wirtschaftlicher Mittelträgerquerschnitt mit 1,80 m Bauhöhe (Schlankheit L/H ≤ 24,4) und weit auskragenden Kragarmen gewählt. Die Vorteile des Querschnitts bestehen in der einfachen Schalung und den geringen erforderlichen Pfeilerbreiten.
Die Vorlandbrücke Süd wird über acht Felder mit Spannweiten von 32 – 44 – 34 – 39 – 42 – 42 – 32,25 m, die Vorlandbrücke Nord wird mit Spannweiten von 34,25 – 6 x 43 und 36,25 m geführt.
Der insgesamt 11,47 m breite Überbauquerschnitt erhält eine obere Stegbreite von 5,77 m, an die sich beidseitig 2,85 m lange Kragarme anschließen. Mit der Neigung der Steg-außenseiten in einem Verhältnis von 1 : 2,1 entsteht an der Stegunterseite eine statisch günstige Breite von 4,50 m.

Strombrücke
Die Strombrücke verläuft über acht Felder mit den Spannweiten von 32,25 – 4 x 37,5 – 3 x 40 m, um dann mit 183,5 m im 9. Feld die Elbe zu überqueren.
Das Tragsystem der eigentlichen Schrägseilbrücke besteht aus dem Stromfeld, drei Seitenfeldern, dem Pylon und den Schrägseilen, wobei die Seitenfelder hier mit den Vorlandfeldern monolithisch verbunden werden.
Das Längenverhältnis Stromfeld zu Seitenfeldern beträgt für die Brücke 185 m / (3 x 40 m) = 1,54, womit zur Herstellung des statischen Gleichgewichtes und zur Vermeidung abhebender Lagerkräfte das Stromfeld leichter als die Seitenfelder ausgeführt werden muss. Eine Rückhängung des Systems in den Seitenfeldern über Zuglager bis in die Gründung würde hier zu einer unverhältnismäßig aufwendigen Konstruktion führen.
Somit wurde für das Stromfeld ein leichter Stahlverbundquerschnitt gewählt, wohingegen die Seitenfelder einen möglichst schweren Spannbetonmassivquerschnitt erhalten. Durch die monolithische Verbindung mit der Vorlandbrücke kann dabei zusätzlich auch noch das Nachbarfeld als Gegengewicht mit aktiviert werden.
Der Verbundquerschnitt des Stromfeldes wird aus einem 1,70 m hohen luftdicht verschweißten Stahlhohlkasten und der 11,47 m breiten, 30 cm dicken Fahrbahnplatte gebildet. Durch die Wahl des torsionssteifen Hohlkastenquerschnitts wird hier für den Überbau eine sehr hohe aeroelastische Stabilität erreicht. Die Stege des Hohlkastens werden wie die der Vorlandbrücken und Seitenfelder im Verhältnis 1 : 2,1 geneigt. Die Breite des Hohlkastens beträgt in Abstimmung auf den Querschnitt der Seitenfelder oben 7,80 m und an der Unterseite 6,20 m.
Zur Profilaussteifung des Hohlkastens werden alle 3,70 m Querschotte vorgesehen, welche in ihrer Mitte eine Durchstiegsöffnung erhalten. Nach außen wird der Hohlkasten in den Schottachsen beidseitig mit 1,83 m langen gevouteten Kragarmen versehen, die als Auflager für die auskragende Fahrbahnplatte dienen.
Für die Verankerung der Seile und die Aufnahme der sich aus dem Abstand zu den Hohlkas-tenstegen ergebenen großen Querbiegemomente werden spezielle, im Winkel der Seilneigung liegende Seilquerträger, konstruiert. Diese bestehen im äußeren Bereich aus geschlossenen zweistegigen Stahlkonsolen, die innerhalb des Hohlkastens über ein Zugband und die als Druckgurt dienende Verbundplatte kurzgeschlossen werden. Die dazwischen liegenden Fachwerkdiagonalen dienen zur Aussteifung des Querschnitts bei ungleichmäßigen Seilkräf-ten, welche insbesondere beim Seilausbau oder einem Seilausfall entstehen.
Die Vorlandfelder werden analog zu den Vorlandbrücken mit einem schlanken Mittelträgerquerschnitt in Spannbetonbauweise ausgeführt.
Die Felder 1 bis 4 erhalten dabei den gleichen Querschnitt, der dann im 5. Feld durch die kontinuierliche Vergrößerung der Stegbreite und der Bauhöhe auf 2,0 m zu dem für die Seitenfelder benötigten schweren Querschnitt aufgeweitet wird. Für den Übergang zum Stromfeld wird der massive Querschnitt der Seitenfelder um 7,60 m über die Lagerachse des Pylons geführt und dann mit dem leichten Stahlverbundquerschnitt monolithisch verbunden. 
Die Verankerung der Seile wird in den Seitenfeldern im äußeren Bereich analog zu der des Stromfeldes mit geschlossenen zweistegigen Stahlkonsolen und Ankerrohren geplant.

Schrägkabel
Die Anordnung der Schrägkabel ist für ein wirtschaftliches Schrägseilsystem von entschei-dender Bedeutung. So wurden hier in der Entwurfsplanung mehrere Seilanordnungen unter-sucht, wobei sich für das Stromfeld die Anordnung von neun Seilpaaren in Abständen von 18,5 m als Vorzugslösung herausstellte. Für den Bereich der Seitenfelder wurde für die neun Seilpaare eine statisch sehr effektive, gestraffte Seilanordnung gefunden. Dabei werden die Seile zum Ende des Schrägseilsystems hin mit den Abständen von 3 x 16 m, 2 x 13 m, 3 x 12 m und 10 m verdichtet.
Am Pylonkopf werden die Abstände der Seilverankerungen unter Beachtung ausreichender Platzverhältnisse für die Konstruktion und zur Inspektion mit 2,0 m geplant.
Die Schrägkabel werden aus siebendrähtigen Spannstahllitzen, welche in einem gemeinsamen äußeren PE-Hüllrohr parallel eingezogen und geführt werden, hergestellt. Die Verankerung der Seile erfolgt durch das Verkeilen der einzelnen Litzen in einem Ankerblock, über den die Spannkraft dann auf die Ankerplatte abgesetzt wird.
Vor dem Übergang in das PE-Hüllrohr werden die Seillitzen durch eine spezielle in einem Führungsrohr elastisch gehaltene Lagerungsvorrichtung gebündelt und gedämpft. Mit diesen an allen Seilaustritten vorgesehenen Führungsvorrichtungen wird die infolge von Überbauverformungen und Seilschwingungen an den Verankerungspunkten in den Seilen auftretende Biegung stark reduziert.
Im Pylonkopf werden die Seile mit Festankern verankert. Das Spannen der Litzen ist für die Brücke ausschließlich von den am Überbau vorgesehenen Spannankern aus vorgesehen.
Zur Sicherstellung der aeroelastischen Stabilität wurden umfangreiche Windkanalversuche an einem Teilmodell des Überbaus mit den vorgesehenen Vogelschutzwänden durchgeführt und die aerodynamischen Kraftbeiwerte, die aeroelastischen Koeffizienten für Instabilitäten und die Parameter für wirbelerregte Querschwingungen bestimmt.

Zusammenfassung

Die neue Schönebecker Elbauenbrücke ist der wichtigste Teil der Ortsumgehung Schöne-beck der Bundesstraße B 246a. 
Der Entwurf verfolgte, im Hinblick auf die exponierte Lage des Bauwerks das Ziel, eine Brü-cke zu entwerfen, die sich harmonisch in die vorhandene, sensible Elbauenlandschaft ein-passt, die sich wirtschaftlich herstellen und unterhalten lässt und den umweltschutzrechtlichen Belangen Rechnung trägt. Besonderes Augenmerk wurde auf die gestalterisch ansprechende Wirkung in der umgebenden Stadt-Fluss-Landschaft gelegt, die am südlichen Elbufer durch die Silhouette der Schönebecker Albstadt und stromauf durch elbnahe Auenwälder bestimmt wird. 
Die ansprechende Gestaltung des Pylons als Dominante im umgebenden Landschaftsraum ist von entscheidender Bedeutung. Seine Form spiegelt den direkten Kraftfluss, den konstruktiven Anforderungen der Seilverankerungen und der Begehbarkeit des Pylons, vom Pylonkopf bis zur Gründung wieder. Eine dem Kraftfluss entsprechende, funktionale Lösung zeichnet sich dabei immer durch ihre Klarheit in einer ansprechenden Gestaltung aus. Um die Pylonenschäfte weniger steif und elegant wirken zu lassen, wurden diese mit einer leichten Ausrundung belebt. 
Aufgrund von vorhandenen Salzvorkommen angreifenden Bodenwässer ist die Brücke in allen Bauwerksachsen in geschlossenen Spundwandkästen als Flachgründung ausgeführt. In der Pylonachse sind bis zu 6 m lange, unter der Gründung liegende, unbewehrte Großbohrpfähle eingebracht worden, um das Setzungsverhalten für die am Pylon konzentrierten Gründungslasten von bis zu 140 MN günstig zu beeinflussen. 
Die Montage des Überbaus erfolgte im Freivorbau in insgesamt elf Schüssen mit Hilfe eines Mobildrehkrans vom Überbau aus. Durch diese Art der Montage waren besondere Überlegungen hinsichtlich der Festlegung der Seilkräfte und der Ausbildung der Fahrbahnplatte notwendig. Im Gegensatz zum Derrick stellt ein Mobilkran eine wechselnde Beanspruchung des Tragsystems dar, die in der Planung entsprechend berücksichtigt wurde. 
Die Elbauenbrücke Schönebecke zeichnet sich in ihrer Gesamtheit wie im Detail durch eine klare funktionale Gestaltung aus, wobei der Kraftfluss für den Betrachter der Brücke erlebbar wird. Sie ist ein positives Beispiel für das kreative Potential der deutschen Ingenieurbaukunst, das sich heute in einer Vielfalt technischer, gestalterischer und wirtschaftlicher Möglichkeiten präsentiert. Entsprechend den Erfordernissen und Randbedingungen wurden innerhalb dieses Bauwerks verschiedene Tragsysteme und Materialien je nach bester Eignung ausgewählt und erfolgreich ausgeführt. 
Das Bauwerk fügt sich trotz seiner Größe gut in den umgebenden Landschaftsraum ein und wird für die Region Schönebeck zum neuen Wahrzeichen.

Aktuelle Projekte | Projektarchiv

Fertigstellung
2013

Ort
Schönebeck

Ingenieur
Wolfgang Eilzer

Weitere Fachingenieure:
Ulrich Heymel
Projektleiter Bauwerksentwurf

Leonhardt, Andrä und Partner Beratende Ingenieure VBI AG
Dresden

Weitere Projektbeteiligte
Frank Löber
Dr. Löber Ingenieurgesellschaft für Verkehrsbauwesen mbH
Halle / Saale

Stahlbau
Donges Steeltec
www.donges-steeltec.de

Bauherr
Landesstraßenbaubehörde Sachsen-Anhalt
Regionalbereich Mitte, Magdeburg

Foto Seitenkopf (Ausschnitt)
©  Leonhardt, Andrä und Partner


 Elbauenbrücke-Schönebeck