So finden Sie die richtige Statiksoftware – 7 Kriterien als Entscheidungsgrundlage
Der Heilbronner Bürokomplex „Schwabenhof West“ macht mit einer brückenartigen Abfangdecke auf sich aufmerksam. Trotz der großen Spannweite der Decke musste das für die Statik verantwortliche Ingenieurbüro Wulle Lichti Walz ohne geschosshohe, wandartige Träger auskommen. Die Tragwerksplaner Jürgen Walz und Zdenko Grgic berichten, mit welchem statischen System sie die Herausforderung meisterten und inwiefern sie FRILO dabei als Hauptrechenprogramm unterstützte.
Jahrzehntelang prägten US-Streitkräfte das Heilbronner Stadtbild. Von 1952 bis zum Ende des Kalten Krieges waren zeitweise bis zu 10.000 amerikanische Soldaten und ihre Familien im Schwabenhof am südlichen Stadtrand stationiert. Doch mit dem Abzug der Truppen im Jahr 1992 hatten die „Wharton Barracks“ ausgedient und wurden abgerissen. Das Areal, auf dem einst Kasernen standen, wurde umgenutzt: 1999 begann die Stadt, den „Businesspark Schwabenhof“ zu entwickeln. In den Folgejahren siedelten sich immer mehr Firmen in dem Gewerbegebiet an. Auch der „Schwabenhof West“, ein fünfgeschossiger Bürokomplex mit einer bebauten Bruttogrundfläche von 21.487 m², bietet Unternehmen seit 2020 Raum für die gewerbliche Nutzung.
Das Tragwerk des Bürogebäudes
Das Gebäude ist auf einer elastisch gebetteten Bodenplatte gegründet und wird von einer eingeschossigen Tiefgarage als Sockelgeschoss unterkellert. Ein oberirdischer Parkierungsbau in Verbundbauweise ist geschickt in die Architektur des u-förmigen Baukörpers eingelassen. Das oberste Geschoss überbrückt auf der Nordseite zwar auch das Parkhaus, seine Lasten werden aber über lange Betonstützen und Wandpfeiler autark auf die Tiefgaragenebene abgetragen. Die in jedem Abschnitt des Bürogebäudes befindlichen Treppenhäuser wurden als statisch aussteifende Stahlbetonkerne ausgebildet. Auf der Südseite des Gebäudes fängt eine massive Trägerebene aus Stahlbeton die oberen drei Stockwerke ab.
Brückendecke als statische Herausforderung
Weil der Bauherr Geschwister Langer GmbH & Co. KG von den Planern Wirtschaftlichkeit und eine offene, variable Raumgestaltung verlangte, stellte der Tragwerksentwurf der brückenartigen Abfangdecke die zentrale statische Herausforderung für das Ingenieurbüro dar. „Wir haben bereits in den frühen Leistungsphasen die FRILO-Programme genutzt, um das Verhalten verschiedener Tragwerksentwürfe zu prüfen und so ein geeignetes, wirtschaftliches statisches System zu finden“, berichtet Jürgen Walz, geschäftsführender Gesellschafter bei Wulle Lichti Walz. Die Abfangdecke, die aufgrund ihrer Spannweite von 24 m als Brückendecke begriffen werden kann, spannt auf den Treppenhauskern an der Tiefgarageneinfahrt und ist zusätzlich nach vorne hin auskragend. Daraus resultiert ein freier Deckenrand von etwa 42 m. Wegen der Nutzungsanforderungen kam der Einsatz der üblichen geschosshohen, wandartigen Träger allerdings nicht in Frage. Walz und sein Team kamen zu dem Ergebnis, dass ein wirtschaftlicher Tragwerksentwurf nur durch die anspruchsvolle, iterative, nichtlineare Bemessung eines überhöhten Unterzugsystems unter Berücksichtigung der Bauzustände zu verwirklichen sei.
Überhöhung als Rezept gegen die Verformung
Zum Start der statischen Berechnungen ermittelten die Bauingenieure mithilfe des Gebäudemodells von FRILO den vertikalen und horizontalen Lastabtrag des Bauwerks. Anschließend errechnete Zdenko Grgic, Tragwerksplaner in den Diensten von Wulle Lichti Walz, iterativ das lastabhängige Verformungsverhalten der Brückendecke im gerissenen Zustand mit dem FRILO-Plattenprogramm. „Ich habe mir alle Bemessungswerte der Brückendecke angeschaut und daraufhin das Maß und die Form der statischen Überhöhung unter Berücksichtigung der Bauzustände so festgelegt, dass sie dem erwarteten Verformungsverhalten entgegenwirkt“, beschreibt Grgic sein Lösungskonzept. Das Plattenprogramm verwendete er auch für die Berechnung des Massivstreifens, an dem der größte Lastanteil des Gebäudes abgetragen wird, um die Schubwerte zu ermitteln und einen Durchstanznachweis mit FRILO zu führen.
Ein Vergleich der Berechnungsergebnisse mit den von Jürgen Walz bereits im FRILO-Programm „Durchlaufträger“ angestellten Voruntersuchungen zeigte hinreichende Übereinstimmung im Hinblick auf die errechnete Durchbiegung im Zustand II. „FRILO ist das beste Werkzeug, um so einfach und effizient wie möglich zu nachvollziehbaren Ergebnissen zu kommen. Die Dokumentation der statischen Berechnungen beschränkt sich auf das Wesentliche und kann mit dem Document Designer gut strukturiert, automatisiert und flexibel in einem Dokument zusammengetragen werden“, lobt Grgic.
Copyright: Wulle Lichti Walz; Mit dem Plattenprogramm von FRILO wurden die statischen Nachweise für die Abfangdecke geführt. 
Copyright: Wulle Lichti Walz; Die Durchstanznachweise führten die Statiker mit dem Programm “Durchstanzen” von FRILO. 
Copyright: Wulle Lichti Walz; Die Bemessung der Unterzüge erfolgte mit dem Programm “Durchlaufträger” von FRILO. Ausführungsplanung in 3D mit ALLPLAN
Bereits während der Genehmigungsplanung nutzten die Konstrukteure von Wulle Lichti Walz die CAD-Software ALLPLAN, um Positionspläne anzufertigen. Nachdem ein Prüfingenieur die mit FRILO berechnete Statik freigegeben hatte, starteten die Bauzeichner des Ingenieurbüros mit der Ausführungsplanung. Die Schal- und Bewehrungspläne wurden ebenfalls mit ALLPLAN erstellt. Dabei übertrugen die Konstrukteure unter anderem die errechnete, wirklichkeitsgetreue Bewehrungsverteilung in der Brückendecke in das 3D-Modell. Auch die vom Programm Durchlaufträger bereitgestellten Bewehrungsangaben für die Unterzüge wurden in das ALLPLAN-Modell eingepflegt. Weil sich mit jedem Belastungsschritt die Steifigkeit des rechnerisch ermittelten Verformungsverhaltens änderte, war die Arbeit für Grgic mit der Übergabe der Berechnungsergebnisse an die Konstrukteure allerdings noch nicht getan.
Copyright: Wulle Lichti Walz; Die Bewehrungspläne erstellten die Bauzeichner mit der CAD-Software ALLPLAN. 
Copyright: Wulle Lichti Walz; Das 3D-Modell des fünfgeschossigen Gebäudes in der CAD-Software ALLPLAN. 
Copyright: Wulle Lichti Walz; In die brückenartige Abfangdecke musste viel Bewehrung eingelegt werden. Sichtbares Tragverhalten als Feedback
Um die wirtschaftliche Herstellung des Unterzugsystems in konventioneller Stahlbetonbauweise auf der Baustelle sicherzustellen, wurde die Abfangdecke in Abhängigkeit von Baustoffkennwerten und Bauzuständen kontrolliert schrittweise abgelassen. Vor Ort wurden zwei Dinge genau beobachtet. Zum einen stellte der Baustofftechnologe Probewürfel her, um mit einer Würfelpresse die erwünschte Betonfestigkeit zu garantieren und das Aussprießen der Betondecke exakt zu timen. Zum anderen erfasste der Vermesser regelmäßig das tatsächliche Verformungsverhalten der Brückendecke, um sicherzugehen, dass die vom Tragwerksplaner errechneten Annahmen für jeden Belastungsschritt der Realität entsprechen. „Durch das Überwachen und Dokumentieren des sichtbaren Verformungsverhaltens des Betons ließen sich die von mir angestellten Berechnungen vor Ort bestätigen“, beschreibt Grgic den besonderen Reiz des Projekts aus Sicht eines Tragwerksplaners. Und das Ergebnis gibt ihm recht: Dank der korrekt geplanten Überhöhung und der gründlich kontrollierten Schalung des Betons bildete sich die Brückendecke letztlich wie gewünscht ohne Wölbung nach oben oder unten aus.
