Freiformgitterschale mit Dreiecksmaschen
Projekt
Das Geschäftszentrum direkt an der Zeil in Frankfurt/Main wird von einem Aufsehen erregenden, frei geformten Glasdach mit einer Gesamtfläche von 12.000 m² überspannt und erlaubt natürliches Sonnenlicht in alle Ebenen des darunter befindlichen Atriums zu streuen. Die organische architektonische Gestalt ist aus landschaftlichen Formen inspiriert und reflektiert einen Canyon, der sich zwischen zwei Gebäudevolumen erstreckt. Die Fassade zieht einen wirbelartigen Hohlraum in das Atrium des Einkaufszentrums hinein und ist mit abwechselnden Glas- und Stahlpaneelen gestaltet.
Durch die Diskretisierung der Freiformfläche in Dreiecksmaschen und den Einsatz formaktiver Tragmechanismen kann das Dach als Schalentragwerk und damit filigran und transparent ausgeführt werden.
Konstruktion Schalentragwerk
Zunächst wurde die Gesamtgeometrie in enger Abstimmung mit dem Architekten optimiert, um sowohl den ästhetischen als auch den statischen Anforderungen gerecht zu werden. Zu diesem Zeitpunkt wurden Rhino-Dateien verwendet, um die zahlreichen Alternativen der Dachgeometrie zwischen dem Architekten und dem Ingenieur zu kommunizieren. Sehr viel Aufwand wurde in die Netzoptimierung der stark gekrümmten 3D Oberfläche gesteckt. Es mussten spezielle digitale Werkzeuge entwickelt werden, um ein Netz entsprechend dem Kraftfluss herzustellen. Im nächsten Schritt mussten die Knotenverbindungen so gestaltet werden, dass sie an alle geometrischen Verhältnisse und an alle Schnittgrößenverhältnisse angepasst werden können.
Von digitaler Geometrie zur Realität – Bau der Gitterschale
Zusammenbau der Gitternetzschale
Das gleiche geometrische Datenmodell, das für die Strukturanalyse verwendet wurde, diente als Grundlage für die Werkstattzeichnungen und die Herstellung der Hohlkastenstahlelemente und ihrer Knoten. Die Gitterschale wurde in kleinere Teile unterteilt, die sogenannte Leitern bilden. Die Leitern wurden vorgefertigt in der Werkstatt. Vor Ort wurden sie in Position gehoben und mit der benachbarten, angrenzende Struktur durch Einsetzen und Schweißen der losen Elemente verbunden. Ein räumliches Gerüst unterstützte die Struktur während der Errichtung und ermöglichte die Anpassung der Position der Knoten.
Tragwerksbemessung der Gitterschale
Statische Analyse, Auflagerbedingungen, Netzoptimierung
Zur Beurteilung der Belastung der Freiformstruktur wurden vom IFI FH Aachen eine Windkanalstudie und eine Schneeverwehungsstudie durchgeführt. Schließlich wurden rund 100 lineare und nichtlineare Lastkombinationen berechnet (unter Verwendung der Theorie 3. Ordnung), um die maximalen Spannungen jedes Dachelements zu ermitteln. Die Schalenstruktur besteht aus Bereichen, die hauptsächlich unter Druck stehen (z. B. große Säule), sowie aus Bereichen, die hauptsächlich unter Spannung stehen (z. B. Canyonwände). Jeder Abschnitt wurde für die maßgebende Lastkombination optimiert.
Projektdaten
Bauherr MAB Projektentwicklung
Architekt Massimiliano Fuksas
Fertigstellung 2009
Leistungen Tragwerksplanung, Sonderkonstruktion
