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Ein starkes Fundament – Grundlage für dicht besiedelte Städte

Der 828 Meter hohe Burj Khalifa in Dubai ist der höchste Wolkenkratzer der Welt. Das Herzstück seiner Stützkonstruktion bildet ein abgestützter Kern innerhalb der sich dreifach überschneidenden elliptischen Teilgrundrisse – ein wahrlich starkes „Gebäude-Rückgrat“. Doch wie wird wiederum dieses Stützsystem unterstützt? Durch das Fundament, den unbesungenen Helden moderner, hoch aufragender Städte. Im Planentwurf für die Fundamentierung des Burj Khalifa musste eine tiefe Schicht sehr schwachen Grundgesteins und stark korrodierendes, salziges Grundwasser berücksichtigt werden. Die Lösung? 192 dicke Stahlträger wurden 50 Meter tief in den Boden getrieben und mit 45.000 Kubikmeter Beton verschalt. Ein Großteil des Materials ist salzwasserbeständig und mit einer korrosionshemmenden kathodischen Schutzbarriere versehen.
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Botschafter für städtische Nachhaltigkeit - Die Stadtplaner von heute errichten die urbanen Wahrzeichen von morgen, die die neue Botschaft von Nachhaltigkeit, grünen Entscheidungen und einem verantwortungsbewussten Lebensstil vermitteln.
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Erstellt am 21.09.2018

Wegweisende Wolkenkratzer in den Sumpfgebieten von Chicago

Ein Fundament zu legen ist niemals einfach. Chicago beispielsweise wurde auf einem Sumpf aus Sedimenten und Lehm errichtet. Dennoch gilt die Stadt als Pionier (und nimmt auch weiterhin eine führende Stellung ein), wenn es um die Planung von Wolkenkratzern geht.

In früherer Zeit ließ man schwere Gebäude in Chicago einfach auf dem Untergrund „schweben“. Das Ergebnis waren ein rissiges Fundament und schiefe Böden aufgrund von Setzungsdifferenzen. Flache Stützträger im Untergrund waren hilfreich, aber nicht ausreichend. Eine weitere frühe Methode war es, eine pyramidenförmige Fundamentplatte aus Stahlschienen in einem Pfahlrost zu verlegen.

Schließlich gab es zwei Durchbrüche. Tragfähige Stahlrahmen ersetzten schwere Außenwände als wichtigstes oberirdisches Tragsystem, und technologische Fortschritte ermöglichten Tiefbohrungen bis hin zum Grundgestein.

Chicago River

Geotechnische Untersuchungen – echte Grundlagenarbeit

Die Verankerung von hohen Gebäuden im Grundgestein ist der Idealfall, aber manchmal schwieriger zu realisieren als man denkt. Nicht selten liegt dieses Gestein sehr tief. So tief, dass in Städten wie Las Vegas und Houston Ingenieure immer noch auf der Suche danach sind. Die Petronas Towers in Kuala Lumpur wurden aufgrund von Unregelmäßigkeiten im Grundgestein nicht am ursprünglich geplanten Standort errichtet, und The Shard in London ist in einer Schicht dichtem Sand verankert.

Viele Ingenieure verankern Gebäude nicht im Muttergestein, sondern in der darüber befindlichen Lehmschicht. Einige Fundamente verteilen die Last auf eine noch höher gelegenere Schicht, die sogenannte Trockenkruste. Geotechnische Untersuchungen geben Aufschluss darüber, welche Optionen verfügbar sind. Die Untersuchungen werden überwiegend mit ferngesteuerten Sensoren und Kameras vorgenommen, da Methangas- und Druckwasserblasen eine persönliche Inspektion zu gefährlich machen.

Die bekannten Unbekannten: Wetter und Geologie

Geotechnische Untersuchungen ermitteln auch die potenziellen vertikalen und horizontalen Lasten, die aufgrund der lokalen Witterung und Geologie wirken. Im Falle des Wolkenkratzers Taipei 101 in der taiwanesischen Hauptstadt Taipei, wo die Gefahr durch Taifune und Erdbeben besonders groß ist, nahm dieser Prozess acht Monate in Anspruch. Starke Winde waren angesichts der Bauwerkhöhe von 508 Metern ebenfalls ein Faktor. Die Errichtung des Flächenfundaments dauerte weitere 15 Monate!

Erdbebengefährdete Regionen erfordern eine besonders stabile Gründung und zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen. Taipei 101 setzt im oberen Teil des Turmes einen 728 Tonnen schweren Schwingungstilger ein. Schwingungstilger werden auch verwendet, um das Verhalten von Gebäudekomponenten unter Extrembedingungen zu simulieren. Die Testtürme von thyssenkrupp Elevator in der chinesischen Stadt Zhongshan und im baden-württembergischen Rottweil nutzen aktive Massendämpfer (AMD), um Aufzugsicherheit zu gewährleisten.

Building Foundations

Arbeit im Untergrund

Sind die Voruntersuchungen abgeschlossen, kann mit den Tiefbauarbeiten begonnen werden. Liegt das Grundgestein nah an der Oberfläche, wird das Gebäude darin verankert. In jedem Fall werden lange, schmale Pfähle oder Stützträger in den Untergrund getrieben. Diese bestehen in der Regel aus Stahl oder Stahlbeton und werden extern gefertigt oder in Bohrungen gegossen.

Pfähle, die die Last des Gebäudes auf das Grundgestein oder andere starke Bodenschichten darunter übertragen, werden als Pleuellager bezeichnet. Reibpfähle werden dort eingesetzt, wo der stärkere Boden zu tief ist, und übertragen die Last des Gebäudes über die gesamte Länge des Pfahls auf den umgebenden Boden.

Die Pfähle können dann eine große Platte oder ein großes Floß tragen. So sitzt The Shard beispielsweise auf einer großen Betonplatte, die von Hunderten von Betonpfählen gestützt wird. La Azteca in Mexiko-Stadt ist mit einem Pfahlplattenfundament in einer tiefen, hochkompressiblen Tonlagerstätte verankert. Das ist gut, denn Mexiko-Stadt sinkt! Mexiko-Stadt ist nur eine von vielen Städten, die ihre Grundwasserreserven erschöpfen und ihre Zukunft untergraben.

The Shard, Burj Khalifa, Taipei 101, Petronas Towers, und der Testturm von thyssenkrupp Elevator in Zhongshan, China.

Jenseits des Fundaments

Moderne Gebäude werden auch weiterhin innovatives Design mit den neuesten Technologien kombinieren, um eine starke Fundamentierung zu schaffen. Das visionäre Bauprojekt des 1200 Meter hohen Bionic Towers soll beispielsweise auf ein Fundament gestützt werden, das eine Baumwurzelstruktur aufweist.

Eine solide Gründung ist von essenzieller Bedeutung, aber natürlich nur ein Teil des Gesamtbilds, das außerdem noch Städteplanung, durchsetzbare Baunormen, Rechenschaftspflicht und demokratische Teilhabe umfasst. Gemeinsam sorgen diese für ein starkes Fundament für das reibungslose Funktionieren modernen Lebens in dicht besiedelten Städten.

Image Credit:

Chicago, photo by Colin Maynard, taken from unsplash.com

Dam, photo by Alex Bagirov, taken from unsplash.com

Building foundation, photo by Ivan Bandura, taken from unsplash.com

The Shard, photo by Fred Mouniguet, taken from unsplash.com

Burj Khalifa, photo by Ashim D’Silva, taken from unsplash.com

Taipei 101, photo by Remi Yuan, taken from unsplash.com

Petronas Towers, photo by Izuddin Helmi Adnan, taken from unsplash.com