Thema: Aussteifungssysteme für Hochhaustragwerke. Geschichte und neue Entwicklungen

Fach: Bauingenieurwesen

Betreuer: Prof. Viktor Sigrist

Status: Projekt abgeschlossen, Dissertation publiziert unter dem Titel "Anpassungsfähige Hochhaustragwerke mit Diagrid" (Aachen 2012)

Zusammenfassung:

Vor dem Hintergrund des Klimawandels, steigender Energiepreise, knapper werdender Ressourcen und der darauf reagierenden nachhaltigen Strategien, die mittlerweile auch in der Bauwirtschaft Einzug halten, erscheint die kurze Lebensdauer vieler Hochhäuser unzeitgemäß. Angesichts der hohen Kosten und des immensen Energie- und Ressourcenbedarfs, der für die Errichtung dieses Gebäudetyps erforderlich ist, besteht in der Verlängerung der Lebensdauer von Hochhäusern ein Potential, zu einer nachhaltigen Entwicklung beizutragen.
Die Verlängerung der Lebensdauer erfordert eine Umnutzbarkeit der Immobilie bei einem Nutzerwechsel sowie die Eignung für technische und ästhetische Neuerungen. Die horizontale Anpassungsfähigkeit, die in Form von stützenfreien und natürlich belichteten Grundrissen eine variable Raumnutzung für alle in Betracht kommenden Nutzungsarten wie Wohnnutzung, Büronutzung, kommerzielle und kulturelle Nutzung ermöglichen soll, stellt den Ausgangspunkt für die Konzeption anpassungsfähiger Hochhaustragwerke dar.
Die vorliegende Arbeit zeichnet die ingenieurtechnische Entwicklung der Hochhaustragwerke seit Ende des 19ten Jahrhunderts in den USA nach und zeigt die damit verbundene Verbesserung der horizontalen Anpassungsfähigkeit auf. Das auf die statische Effizienz abzielende Bestreben, Masse und Steifigkeit des Tragwerks an der Gebäudeperipherie zu konzentrieren, befreite den Innenraum von störenden Stützen und tragenden Wänden.
Für die Realisierung horizontal und vertikal anpassungsfähiger Hochhaustragwerke wird ein neues Konzept entwickelt. Hierbei eröffnet die vertikale Anpassungsfähigkeit zusätzlich die Möglichkeit, die Raumhöhen und den Umfang der Haustechnikinstallation an variierende Nutzungsanforderungen anzupassen. Dies soll durch den Ausbau bzw. das vertikale Verschieben von Geschossdecken erreicht werden. In bestehenden Hochhäusern ist eine solche vertikale Anpassungsfähigkeit bislang nicht möglich.
Das Diagrid stellt sowohl in architektonischer als auch tragwerksplanerischer Hinsicht eine geeignete Struktur dar, mit der die horizontale und vertikale Anpassungsfähigkeit umgesetzt werden kann. Die Realisierung des Konzepts setzt detaillierte Kenntnisse über das Trag- und Verformungsverhalten von Diagrids voraus. Aus diesem Grund erfolgt eine detaillierte Analyse des Tragverhaltens von Diagrids, auf deren Grundlage ein Berechnungsverfahren zur manuellen Vorbemessung von konventionellen und anpassungsfähigen Diagrids hergeleitet wird.
Die Generierung eines dreidimensionalen Stabstatikmodells, das die abschließende Bemessung von konventionellen und anpassungsfähigen Diagrids ermöglicht, wird beschrieben und für die Durchführung einer Modellstudie herangezogen. Die Ergebnisse dieser Modellstudie lassen unter anderem Aussagen über den Materialbedarf von anpassungsfähigen Diagrids im Vergleich zur konventionellen Ausführung zu. Hierbei zeigt sich, dass die Realisierung von anpassungsfähigen Diagrids mit einem nur geringfügig höheren Materialbedarf verbunden ist.