Tragwerksplanung und Anschlussbemessung für 74 Wertstoffsilos unter extremen Lasten
Im Mittelpunkt des Projekts standen 74 neue Wertstoffsilos mit Bauwerkshöhen von bis zu 35 m. Ergänzt wurde die Anlage durch Rohrbrücken, Wartungsbühnen, Laufstege und Fluchttreppentürme. Mit rund 800 t verbautem Stahl entwickelte sich das Projekt zu einem der anspruchsvollsten Industrieprojekte des Unternehmens. Die Kombination aus hohen Vertikallasten, komplexen Anschlussdetails und erhöhten seismischen Anforderungen erforderte eine präzise digitale Planung sowie eine nachvollziehbare Nachweisführung.
Über das Projekt
Die neue Siloanlage wurde als zentraler Bestandteil der Werkserweiterung konzipiert. Sie dient der Lagerung großer Mengen von Wertstoffen für die industrielle Weiterverarbeitung. Die Anlage umfasst mehrere Silocluster unterschiedlicher Größen, die über ein komplexes System aus Rohrleitungen, Wartungswegen und Stahlkonstruktionen miteinander verbunden sind.
Die geometrische Bandbreite der Silos war außergewöhnlich. Die Durchmesser reichen von 2,5 m bis 4,5 m, die Speichervolumina liegen zwischen 125 m³ und 400 m³. Im gefüllten Zustand erreicht jedes einzelne Silo ein Betriebsgewicht von bis zu 350 t. Zusätzlich mussten Rohrbrücken, Bühnen und Fluchttreppen in das Gesamttragwerk integriert werden, um den sicheren Betrieb sowie Wartungs- und Fluchtwege in Höhen von bis zu 35 m zu gewährleisten.
Die ingenieurtechnischen Herausforderungen
Eine wesentliche Herausforderung lag bereits in der Grundkonzeption der Silounterkonstruktionen. Die bis zu 35 m hohen Behälter lagern auf kreisförmigen Ringträgern, über die die hohen Vertikallasten gleichmäßig in die Stahlunterkonstruktion eingeleitet werden müssen. Bereits geringe geometrische Abweichungen können zu unerwünschten Exzentrizitäten und zusätzlichen Beanspruchungen im Silomantel führen.
Um diese Risiken zu reduzieren, wurden zentrale Tragwerkselemente bereits in den Werkshallen von Stahlbau Süssen vormontiert. Durch diese Passungs- und Qualitätskontrolle konnte sichergestellt werden, dass Ringträger, Bühnenelemente und Anschlussdetails auf der Baustelle mit hoher Genauigkeit montiert werden konnten.
Zusätzliche Komplexität entstand durch das Zusammenwirken unterschiedlicher Tragwerkselemente. Hauptstützen, Ringträger, Verbände, Rohrbrücken und Plattformen mussten in einem räumlichen Gesamtsystem koordiniert werden. Gleichzeitig waren hohe Einwirkungen aus Eigengewicht, Nutzlasten, Betriebszuständen und dynamischen Beanspruchungen zu berücksichtigen.
Erdbebensicherheit unter hohen Beanspruchungen
Eine besondere Herausforderung ergab sich aus dem Standort Rheinfelden im Oberrheingraben. Das Projekt befindet sich in einer Region mit erhöhter seismischer Aktivität. In Kombination mit den großen Bauwerkshöhen und den hohen bewegten Massen entstehen daraus erhebliche horizontale Einwirkungen und entsprechend hohe Schnittgrößen.
Das gesamte Tragwerk wurde in Dlubal RSTAB modelliert. Die detaillierte Gesamtmodellierung ermöglichte die präzise Ermittlung der Auflagerreaktionen und Schnittgrößen für die weitere Bemessung. Insbesondere die hochbeanspruchten Knotenpunkte sowie die massiven Fundamentanschlüsse erforderten jedoch eine weiterführende Analyse, die über klassische vereinfachte Nachweisverfahren hinausging.
Konventionelle Nachweisverfahren hätten bei der großen Anzahl von Anschlüssen und der Komplexität der Lastkombinationen einen erheblichen manuellen Aufwand verursacht. Gleichzeitig bestand das Risiko, dass stark vereinfachende Annahmen zu unnötig schweren Konstruktionen geführt hätten.
Die Lösung mit IDEA StatiCa
Für die Nachweise der maßgebenden Anschlüsse setzte das Team auf IDEA StatiCa Connection in Verbindung mit IDEA StatiCa Checkbot. Über die direkte Anbindung an RSTAB konnten die berechneten Lasten ohne manuelle Zwischenschritte in die Anschlussbemessung übernommen werden.
Dadurch entstand ein durchgängiger digitaler Workflow zwischen dem globalen Tragwerksmodell und der Detailstatik. Die Ingenieure konnten so die hochbeanspruchten Knoten untersuchen und die Spannungsverteilungen sowie plastischen Dehnungen nachvollziehbar bewerten.
Besonders bei den Fußplatten und Anschlüssen der Hauptstützen lieferte die CBFEM-Technologie wertvolle Einblicke in das Tragverhalten der Anschlussbereiche. Lokale Spannungsspitzen konnten gezielt identifiziert und durch konstruktive Maßnahmen, beispielsweise zusätzliche Steifen, reduziert werden. Gleichzeitig wurde nachgewiesen, dass die Anschlüsse die Sicherheitsanforderungen auch unter außergewöhnlichen Belastungen erfüllen.
Ergebnisse
Durch die Kombination aus Gesamtmodellierung in RSTAB und Anschlussbemessung mit IDEA StatiCa konnte Stahlbau Süssen die Vor- und Ausführungsstatik für die 74 Silos sowie die zugehörigen Nebenbauwerke effizient und nachvollziehbar umsetzen.
Die digitale Durchgängigkeit zwischen globaler Tragwerksanalyse und lokaler Anschlussbemessung reduzierte den manuellen Aufwand erheblich und minimierte potenzielle Übertragungsfehler. Gleichzeitig ermöglichte die genaue Analyse der Knoten eine gezielte Optimierung der Konstruktion, ohne die erforderlichen Sicherheitsreserven zu beeinträchtigen.
Das Ergebnis ist eine leistungsfähige Stahlkonstruktion mit rund 800 t Gesamtgewicht, die sowohl den außergewöhnlichen Betriebsbeanspruchungen als auch den erhöhten seismischen Anforderungen am Standort gerecht wird. Die enge Verbindung von Tragwerksplanung, Konstruktion und Fertigung ermöglichte die sichere Umsetzung eines der größten Silo-Projekte im Portfolio des Unternehmens.
Über den Tragwerksplaner
Bilal Al Dukhan ist Bauingenieur und Tragwerksplaner bei der Stahlbau Süssen GmbH. Im Projekt verantwortete er wesentliche Teile der Vor- und Ausführungsstatik sowie die Bemessung der Stahlbauanschlüsse. Sein Schwerpunkt liegt auf wirtschaftliche und praxistaugliche Lösungen für komplexe Tragwerke im Industrie- und Stahlbau.