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Unterstützungskonstruktion Bahnhofsdach Stuttgart 21

Zwölf kreisförmig angeordnete Segmente erforderlich

Visualisierung des Stabwerk-Modells der gesamten Unterrüstung und ein herausgelöstes 30°-Segment (Detail r.).

Stuttgart (ABZ). – Stuttgart 21 (S21) ist ein Verkehrs- und Städtebauprojekt zur Umwandlung eines Kopfbahnhofes in einen unterirdischen Durchgangsbahnhof. Die Zulaufstrecken werden in Tunneln verlegt. Bauherr des Projektes ist die Deutsche Bahn. Der wichtigste Bestandteil des Bauvorhabens ist die Neugestaltung des Stuttgarter Hauptbahnhofs als unterirdischer Durchgangsbahnhof. Markanteste Bauteile sind die übergroßen Kelchstützen, die das Bahnhofsdach tragen und durch ihre individuelle Formgebung für natürliche Beleuchtung und Belüftung sorgen sollen. Bereits im Februar 2016 erhielt die Firma Robusta-Gaukel von der Ed. Züblin AG den Auftrag zur Planung und Herstellung der Unterstützungskonstruktionen für die Kelchstützen, die das prägende Merkmal des neuen Tiefbahnhofes in Stuttgart darstellen.

Bei der Planung und Herstellung der Unterstützungskonstruktion wirkt auch die Firma Villing Technologie mit; die Schalung für die komplexen doppelt gekrümmten Betonoberflächen wurde separat an die Firma Züblin Timber Aichach GmbH vergeben. Neben den 13 Regelkelchen mit einem Kreisumfang von fast 100 m am oberen Rand, befinden sich im Bereich der umschließenden Wände noch die sogenannten Rand-, Restkelche und Brillenkelche. Die Kelchstützen sind unterteilt in den Kelchfuß, von denen (Stand Oktober 2017) bereits drei Stück betoniert sind und den oben aufgesetzten Kelch mit Hutze.

Eine weitere Besonderheit ergibt sich aus der Geometrie des Tiefbahnhofes: Die Bodenplatte mit den Gleisen hat eine konstante Längsneigung, bei Achse 1 befindet sich der höchste, bei Achse 16 der tiefste Punkt. Das Schalendach verläuft jedoch nicht parallel dazu. Bei Achse 1 steigt es an, verläuft dann horizontal im Bereich der Achsen 3/4 bis 9/10. Danach fällt es bis zur Achse 16 ab, jedoch nicht konstant sondern mit drei Neigungsänderungen.

Da auch die Kelchstützen zusammen mit dem Dach geneigt sind, ergibt sich für die Unterstützungskonstruktion eine interessante Aufgabe: Jeder Kelchfuß hat eine andere Höhe und Geometrie, jeder Kelch hat eine andere Unterstützungshöhe mit zudem einer Viehlzahl von verschiedenen Winkelneigungen. Aus diesen Gründen legten die Planer von Robusta-Gaukel besonderes Augenmerk auf die Entwicklung einer sinnvollen Geometrie der Unterstützungskonstruktion, die ein einfaches und schnelles Einrichten der Schalungselemente beim Einschalen ermöglicht. Die Unterstützungstürme stehen planmäßig in Richtung der geneigten Kelchstützen, also schief zur Horizontalen und schief zur Bodenplatte. Das hat den Vorteil für das Einrichten der Schalkörper, dass alle Verstell- und Einstellarbeiten im Koordinatensystem des Kelches durchgeführt werden können.

Die Unterstützungskonstruktion setzt sich zusammen aus zwölf kreisförmig angeordneten Segmenten zu 30°. Jedes Segment wird durch einen Turm innen und einen Turm außen unterstützt, wobei jeder Turm in der Höhe nochmals unterteilt ist. Daraus ergeben sich pro Regelkelch 24 verfahrbare Turmeinheiten. Für das kranlose Umsetzen dieser Einheiten lieferte Robusta-Gaukel einen Schwerlast-Transportwagen mit Sonderausrüstung bestehend aus vier Sonder-Hubzylindern, die schwenkbar am Wagen angebracht sind. Eine besondere Herausforderungfür die statische Berechnung ergab sich durch die komplexe kreisrunde Geometrie des Kelches mit den entsprechend räumlich wirkenden Betondrucken.

Um die Wirkung der Kräfte und das Tragverhalten möglichst exakt nachzubilden, mussten alle Geometrien dreidimensional erfasst werden um diese entsprechend im Stabwerksprogramm einzugeben und berechnen zu können. Dazu wurden die doppelt gekrümmten Flächen der Unter- und Oberschalung in ein Netz aus ebenen Polygonalflächen mit drei bzw. vier Eckpunkten aufgeteilt. Insgesamt mussten zur Abbildung des Modells und der Unterrüstungsturme händisch ca. 25 000 einzelne Koordinatenpunkte erfasst werden. Allein diese Arbeit nahm mehrere Monate in Anspruch.

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Dieser Artikel erschien in der Ausgabe Allgemeine Bauzeitung 43/2017.

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