Entkoppelt und geschichtet
Die Anforderungen an die Tragstruktur eines Hochhauses sind vielfältig. Noch höher sind sie bei einem Doppelhochhaus mit Sockel, angrenzend an einen Fluss. Das Bauingenieurbüro Ulaga Weiss gibt Einblick in seine konstruktiven Lösungen für das Depot Hard in Zürich.
Die statische Herausforderung beim Gebäudekomplex Depot Hard war die Verbindung verschiedener Anforderungen und die Stapelung unterschiedlicher Nutzungen und Strukturen. Ulaga Weiss musste die vertikale Verbindung der Hochhaustragstruktur auf dem offenen Tramdepot lösen und gleichzeitig das Depot und die Wohnnutzung erschütterungstechnisch entkoppeln. Ausserdem beschränkten der Mittelwasserspiegel unten und das ebenerdige Gleislayout oben die Höhe für das eine Untergeschoss.
Sockel und Depotdecke
Die beiden Hochhäuser sind auf insgesamt 111 Betonbohrpfählen fundiert. Die Pfähle mit 1.18 m Durchmesser stehen auf dem Molassefels in 30 bis 42 m Tiefe. Eine kombinierte Pfahlplattengründung liess sich nicht realisieren, weil die weiche Seeablagerungsschicht über dem Molassefels zu grosse Verkippungen und Setzungsdifferenzen zwischen Hochhaus und umgebendem Sockelbau ergeben hätte.
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Der gesamte Sockelbau ist demgegenüber auf der oberflächennahen Schotterschicht flach fundiert. Bis man die halbe Hochhaushöhe erreicht hatte, wurde eine temporäre Setzungsgasse um die Hochhäuser offengelassen. Die schliesslich gemessenen Setzungen des Hochhauses wie auch des umgebenden Sockelbaus betrugen bis zu 10 mm.
Die 137 m lange und bis 30 m breite Depotdecke spannt stützenfrei bis 14.5 m über die Tramfahrgassen. Sie bietet eine ebene Deckenuntersicht für im Mittel 700 kg/m2 Anhängelast für Bahntechnik und ist gleichzeitig der Boden des befahrbaren und schwer begrünten Wohnhofs darüber.
Text über die Architektur des Depot Hard hier.
Statisch wirkt die Platte auch als Koppelungselement zwischen den beiden Hochhäusern, sie greift zu diesem Zweck partiell in beide Hochhausgrundrisse hinein. Die Depotdecke wurde dafür als einachsig vorgespannte Platte ausgebildet und ist 60 bis 80 cm stark. Die 127 Litzenspannglieder ergeben eine mittlere zentrische Vorspannkraft von 3.5 MPa und ein im Gebrauchszustand ungerissenes Bauteil.
Hochhausstabilisierung und Durchdringung
Die Hochhäuser stabilisieren sich horizontal mit ihrer Schwerelast, die Fundationspfähle sind nicht auf Zug aktiviert. Die Stabilisierungsstruktur in den Hochhäusern bilden ausgewählte Kern- und Wohnungstrennwände aus Stahlbeton mit Regelstärken von 25 bis 40 cm. Einzelne hintereinanderliegende Wandscheiben sind über die ganze Turmhöhe via Türstürze statisch gekoppelt.
Beide Hochhaustragwerke sind sowohl für sich alleine standfähig (im Bauzustand) als auch im Endzustand über die massive Depotdecke auf 8 m Höhe zusammengekoppelt.
Die Tramfahrgassen orientieren den Sockel streng in West-Ost-Richtung. Die Stabilisierungsstruktur in den Hochhäusern ist dagegen dem Wohnungslayout in den Türmen angepasst und konnte in dieser Form nicht durch das Depot hindurch nach unten geführt werden.
Die statische Lösung ergab sich durch die Verschiebung der Mietkeller und Technikräume in die Hochhausgeschosse OG 3 bis OG 5 direkt über dem Depot. In diesen Geschossen bilden 40 bis 80 cm dicke Tragwände eine Abfang- und Outriggerstruktur, die die Umlenkung der Kräfte und Momente um die Tramfahrgassen herum ermöglicht.
Ein typisches Detail sind dabei kreuzweise übereinanderstehende Wände mit Normalkräften in der Wandkreuzung bis Nd = 36 MN. Deren Durchleitung erfolgt mit konzentriert angeordneten, geschraubten Bewehrungsstäben in der Kreuzungsfläche sowie mit einer ein- bis mehrgeschosshohen Ausbildung der Wandkreuzungszonen.
Im Untergeschoss breiten sich die Hochhauskräfte nach demselben Prinzip in die Fundationspfähle aus. Die UG-Wände der Hochhäuser sind als geschosshoher Trägerrost konzipiert, stark beanspruchte Schubwände sind dazu in der Regel mehrlagig bewehrt, Türöffnungen statisch zweckmässig positioniert. Die Boden- oder Pfahlkopfplatte konnte so nur 60 cm dick ausgeführt werden.
Verbindung und Erschütterungsschutz
Der 137 m lange Wohnhof im OG3 wird beidseits flankiert von Maisonettewohnungen. Deren Wohnungstrennwände sind als 25 cm dicke Tragscheiben ausgebildet und bis zu 14 m lang. Sie liegen kreuzweise auf den darunterliegenden Depotlängswänden, ihr statisches System ist fallweise ein auskragender Ein- oder Zweifeldträger.
Die Übertragung von Erschütterungen und Körperschall von den Tramgleisen zu den über- und neben dem Depot liegenden Wohnungen wird mit Masse-Feder-Systemen (MFS) minimiert. Bei diesen verlaufen die Tramschienen auf einer elastisch gelagerten, massereichen Fahrbahnplatte. Das MFS wird in drei verschiedenen Ausführungen verwendet: In der Wendeschlaufe ausserhalb des Depots ist das MFS eine auf einzelnen Elastomerpads gelagerte Betonfahrbahn von 50 cm Stärke.
Bei den Gleisweichen im Gebäude kommen, eingebettet in Vertiefungen der Decke über UG, auf Stahlfedern gelagerte Betonplatten von 60 cm Stärke zum Einsatz. Alle übrigen Gleise im Depotinneren liegen in mit Schwerbeton gefüllten orthotropen Stahltrögen von nur 18 cm Stärke, die punkthaft auf Elastomerpads lagern (vgl. Abb. 5, insgesamt 380 m Troglänge).
Diese sehr kompakte MFS-Variante wurde nachträglich eingeplant als Verbesserung für eine elastische Schienenlagerung, die den hohen Erwartungen an den Erschütterungsschutz nicht genügt hatte. Die Herstellung der drei MFS hatte jeweils auch den Wechsel von «Baumeistergenauigkeit» zu «Bahntechnikgenauigkeit» zur Folge. Für die drei MFS-Systeme gelangten hierfür verschiedene Bauabläufe und technische Lösungen zum Einsatz.
Beton
Die folgenden Betontypen kamen zum Einsatz: 66 % Recycling-Beton (RC-C, Recycling-Anteil ≥ 25 %), 13 % höherfester Beton C45/55 (in den unteren sieben Geschossen der Hochhäuser), 25 % stark CO2-reduzierter Zement (CEM 3B, v. a. für massereiche Bauteile).
Die vorfabrizierten 8 bis 15 cm dicken Fassadenelemente bestehen ebenfalls aus Recycling-Beton. Der Grossteil des Betons wurde in einem Betonwerk auf der Baustelle hergestellt, was die Transportmengen reduzierte und die Abhängigkeit von den limitierten Anlieferungszeitfenstern und innerstädtischen Verkehrsverhältnissen senkte
