Über wandernde Stützen
Eine wandernde Stütze bezeichnet eine tragende Stütze, die zwischen den Geschossen nicht vertikal ausgerichtet ist, d. h. die Stütze im Obergeschoss steht nicht direkt auf der Stütze im Untergeschoss. Stattdessen „wandert" die Stütze über mehrere Geschosse hinweg horizontal von einer Ebene zur nächsten. Dieser schrittweise Übergang verteilt die Last gleichmäßiger, anstatt sie auf einmal zu verlagern.
Mit umfangreicher Erfahrung im Tragwerksplanung ist IMEG führend bei der Planung und Umsetzung von Lösungen für komplexe Projekte. Ihre Fachkompetenz zeigt sich nicht nur in der Arbeit an hochkarätigen Projekten, sondern auch in ihrem Engagement für den Wissensaustausch durch Fachvorträge. In Anerkennung des Bedarfs an fortschrittlichen Analysetools integrierte IMEG vor vier Jahren IDEA StatiCa-Lösungen in ihren Arbeitsablauf und verbesserte damit ihre Fähigkeit, anspruchsvolle Tragwerksentwürfe mit größerer Präzision und Effizienz zu bewältigen.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Walking Columns – A Proposed Design Methodology October 20, 2021, Presented by: Clifford Schwinger, PE}}}\]
Theorie in der Praxis
Was haben das Seminole Hard Rock Hotel & Casino in Hollywood, das Vancouver House in Vancouver und The Laurel Rittenhouse Square in Philadelphia gemeinsam? Die Bewältigung von Herausforderungen mithilfe wandernder Stützen und Planung durch IMEG-Ingenieure.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Vancouver House, The Laurel Rittenhouse Square, Seminole Hard Rock Hotel and Casino}}}\]
Während beim Seminole Hard Rock Hotel und beim Vancouver House beim Einsatz wandernder und geneigter Stützen vorrangig die architektonische Form im Vordergrund stand, wurden bei The Laurel Rittenhouse Square wandernde Stützen eingesetzt, um die oberen Geschosse nach Westen zu erweitern und gleichzeitig ein historisches Gebäude an der Basis zu erhalten. Es handelt sich um ein aktuelles Projekt von IMEG.
The Laurel Rittenhouse Square ist ein 50-stöckiger, 54.200 m² großer Luxus-Wohnturm und das höchste Wohngebäude in Philadelphia. Entworfen von Solomon Cordwell Buenz und ingenieurtechnisch geplant von The Harman Group (heute IMEG), umfasst es 65 Eigentumswohnungen, 184 Mietwohnungen sowie ein dreigeschossiges Podium mit Einzelhandels- und Gastronomieflächen.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{The Laurel Rittenhouse Square in Philadelphia}}}\]
Eine wesentliche tragwerksbezogene Herausforderung bestand darin, ein angrenzendes dreigeschossiges historisches Gebäude zu erhalten und gleichzeitig die Nutzfläche zu maximieren. Zu diesem Zweck setzten die Ingenieure wandernde Stützen ein und verlagerten die tragenden Stützen schrittweise über vier Geschosse, um die mehr als 40 darüber liegenden Stockwerke zu tragen.
Ingenieurtechnische Herausforderungen
Derzeit gibt es keine etablierte ACI 318-Methodik für die Bemessung wandernder Stützen. Tragwerksplaner müssen daher vorrangig einen Ansatz anwenden, der auf grundlegenden Prinzipien und Erfahrungen der Tragwerksplanung basiert. Dies kann schwierig sein, da wandernde Stützen einzigartige Bedingungen aufweisen können. Es handelt sich jedoch um Diskontinuitätsbereiche, weshalb die Stützen entsprechend der normativen Regelungen für solche Bereiche bemessen werden – nach der Strebe-und-Zugband-Methode (SaT), auch wenn ACI wandernde Stützen nicht ausdrücklich erwähnt. Daher sind erfahrenere Ingenieure erforderlich, um alle Eingangsgrößen und Bedingungen zu berücksichtigen, die in die Berechnung einfließen. Die SaT-Methode basiert auf einer Anfangsannahme. Ist diese Annahme jedoch falsch, spiegelt sie möglicherweise nicht die Realität wider, weshalb Erfahrung unerlässlich ist.
Lösungen und Ergebnisse
IMEG setzte IDEA StatiCa Detail ein, um eine vergleichende Analyse gegenüber ACI 318-14-Handberechnungen nach der Strebe-und-Zugband-Methode durchzuführen. Dieser Ansatz war entscheidend für die Validierung wesentlicher tragwerksbezogener Verhaltensweisen und die Sicherstellung der Einhaltung bewährter Ingenieurpraktiken.
IDEA StatiCa Detail spielte eine zentrale Rolle bei der Beurteilung der Lastübertragung über mehrere Geschosse, der Bewertung der Auswirkungen von Querkräften, die durch Stützenversätze auf die Geschossdecken wirken, sowie bei der Identifizierung potenzieller Zugspaltungszonen infolge von Flaschendruckstreben. Solche Erkenntnisse sind wesentlich für die Optimierung von Bemessungslösungen und die Minderung tragwerksbezogener Risiken.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Hand calculation of walking column}}}\]
Die Software verbesserte die Zuverlässigkeit ingenieurtechnischer Entscheidungen in komplexen Szenarien durch eine verfeinerte Analyse von Spannungsverteilungen und Kraftwechselwirkungen.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Model and results of walking column in IDEA StatiCa Detail}}}\]
Seit Januar 2021 hat das Philadelphiaer Büro von IMEG die IDEA StatiCa-Software in seinen Arbeitsablauf integriert, um nicht standardmäßige Tragwerkselemente zu analysieren und Lösungen für komplexe architektonische Herausforderungen zu erarbeiten.
IDEA StatiCa Detail bietet eine Lösung zur Analyse von Diskontinuitätsbereichen (D-Bereichen) mithilfe des nichtlinearen Kompatiblen Spannungsfeldverfahrens (CSFM). Diese Methode ermöglicht es Ingenieuren, ein tieferes Verständnis des tatsächlichen Tragverhaltens zu erlangen, einschließlich Lastverteilungsmustern, Spannungskonzentrationen und Bewehrungsanforderungen in Betonelementen.
Obwohl IDEA StatiCa ein leistungsstarkes Werkzeug ist, ersetzt es nicht das ingenieurmäßige Urteilsvermögen. Sein Einsatz erfordert erfahrene Ingenieure, die mit ACI und Strebe-und-Zugband-Methoden vertraut sind, sowie eine Aufsicht auf Senior-Ebene, um eine korrekte Interpretation der Ergebnisse sicherzustellen.
Todd R. Campbell, P.E.
Stellvertretender Hauptverantwortlicher/Qualitätssicherungsmanager
Fazit
Wandernde Stützen stellen eine einzigartige tragwerksbezogene Herausforderung dar, die einen sorgfältigen Ansatz erfordert. IMEG hat auf diesem Gebiet Fachkompetenz bewiesen und fortschrittliche Methoden und Werkzeuge wie IDEA StatiCa eingesetzt, um andere Methoden zu verifizieren. Durch die erfolgreiche Integration wandernder Stützen in hochkarätige Projekte wie The Laurel Rittenhouse Square hat IMEG gezeigt, wie ingenieurtechnischer Einfallsreichtum architektonische und tragwerksbezogene Hindernisse überwinden kann.
Da sich die Branche weiterentwickelt, wird der Einsatz wandernder Stützen voraussichtlich weiter verfeinert werden, wobei fortschrittliche Softwarelösungen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung sicherer und effizienter Bemessungen spielen werden.
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