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ZKA Köln – Sanierung Halle 18c – Zollingerdach

Im Rahmen eines Sanierungsprojekts des Zollkriminalamts Köln wird eine denkmalgeschützte Halle auf einem ehemaligen Kasernengelände umfassend restauriert. Ziel dieses Projekts ist es, die Standsicherheit der Zollingerdach-Konstruktion wiederherzustellen und gleichzeitig den historischen Wert der 1938 erbauten Halle zu bewahren.

Des Weiteren soll die Halle für zukünftige Nutzungen erneuert werden, sei es als Fahrzeughalle, Lagerfläche oder möglicherweise als Ausstellungshalle. Die Nutzungsmöglichkeiten werden im Laufe des Projekts näher untersucht und entsprechend geplant.

Projektüberblick

Die Halle 18c ist Bestandteil einer längeren Hallenanordnung (Gesamtlänge ca. 185 m). Der Hallenstrang wurde als Mauerwerksbau mit aussteifenden Stahlbetonstützen und einer Satteldachkonstruktion erstellt. In Teilbereichen wurde die Satteldachkonstruktion über entsprechende Fachwerkträger oder auch als herkömmliche Pfettendach-Konstruktion ausgeführt. Im Bereich von Halle 18c wurde ein Tonnendach in Zollingerbauweise mit aufgesatteltem Satteldach errichtet. Die Wahl eines Tonnendachs ermöglichte eine stützenfreie Ausführung des Hallenbereichs. Die horizontalen Auflagerkräfte an den Traufpunkten, resultierend aus der Bogenwirkung und bedingt durch Eigengewicht und Schneelasten, werden über Traufrandriegel in Zuggurte (Rundstäbe aus Stahl, Durchmesser 30 mm) eingeleitet und somit „kurzgeschlossen“. Andere horizontale Lasten, wie Windkräfte, werden über Kragstützen abgetragen. Die Darstellung basiert auf einer in Tekla Structures eingelesenen Punktwolke, die durch eine 3D-Laservermessung erzeugt wurde.

Schäden am Zollingerdach der Halle 18c

Durch das aufgesattelte Satteldach werden Einzel- und Linienlasten in die Bogenkonstruktion eingeleitet, wodurch das Bogendach aus rautenförmig angeordneten Brettlamellen erheblich überbeansprucht wird. Zusätzlich sind in Teilbereichen erhebliche Fäulnisschäden an der Holzkonstruktion festzustellen. Insbesondere die Traufrandgurte sind aufgrund von Fäulnis in größeren Bereichen nicht mehr in der Lage, die horizontalen Auflagerkräfte des Tonnendachs in die Zugbänder einzuleiten, wie in mehreren Gutachten festgestellt wurde.

Projektplanung

Da über das vorhandene Gebäude keine Planungsunterlagen (Architektenplanung, statische Berechnungen, Werkplanung zum Massivbau und Holzbau) mehr vorliegen, wurden zur Grundlagenermittlung folgende Maßnahmen durchgeführt:

3D-Scan als Grundlage zur Planerstellung

Erstellung eines vollständigen 3D-Scans. Die Punktwolken, die aus dem Scan gewonnen wurden, bildeten die Basis für die Erstellung eines detaillierten 3D-Modells des Bestandsbaus in Tekla Structures. Dieses Modell diente als Grundlage für alle weiteren Überlegungen und Planungen.
3D-Visualisierung der Bestandshalle mit Tekla Structures, um die Konstruktion und die Tragwirkung allen Beteiligten zu verdeutlichen.

Lösungsfindung unter Beachtung der Ergebnisse aus den diversen Gutachten sowie den Vorgaben des Denkmalschutzes

Kartierung der beschädigten Holzbauteile als Ergebnis des Holzgutachtens zur Erfassung der sanierungsbedürftigen Bauteile
Materialprüfung der Schraubenverbindung des Zollingerdachs sowie der Zugbänder auf Schweißbarkeit
Freilegung von Fundamenten zur Klärung der Bestandsgründung (Fundamentgrößen, Gründungsebene etc.)

Bearbeitung des Bestandsmodells in Tekla Structures

Ergänzung des 3D-Modells zum Bestandsbau in Tekla Structures, um alle erforderlichen Maßnahmen zur Sanierung (neuer Traufrandgut, Stahlbau, Satteldach, Fundamentergänzungen etc.) abzubilden.
Ableitung der Schalpläne und Bewehrungspläne zur Fundamentergänzung für die zusätzlich erforderliche Stahlkonstruktion zur Sanierung der Halle aus dem 3D-Modell
Ableitung sämtlicher Stahlbauwerkpläne und Stücklisten für das Stahlbauunternehmen aus dem 3D-Modell
Ableitung der Holzbaupläne zur Erstellung des neuen Satteldaches und Übergabe des 3D-Modells als IFC-Datei an die Holzabbundfirma
Ermittlung der Massen für den Holzbau und den Stahlbau sowie der Fundamente mit der „Organizer“-Funktion in Tekla Structures.
Statische Berechnung der erforderlichen Maßnahmen (3D-Stabwerksberechnung)

Einsatz von Trimble Connect während des Projekts

Betrachtung des 3D-Modells mit den Beteiligten in diversen Besprechungen, um kritische Punkte zu besprechen, Lösungen zu verdeutlichen und anzupassen.
Übermittlung aller Planunterlagen an den Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW sowie den Hauptauftragnehmer und seine Zuliefererfirmen (Stahlbau, Holzabbund) inklusive der jeweils gültigen IFC-Datei des Gebäudemodells.

Abfangung eines neuen Satteldaches durch eine zusätzliche Stahlkonstruktion

Das vorhandene, teils marode Satteldach wurde abgerissen. Zur Lastabtragung des neuen Satteldaches wurde oberhalb des Zollingerbogens eine Stahlkonstruktion errichtet, auf der das neue Dach aufgebaut wird. Dadurch wird der Zollingerbogen selbst nicht mehr durch das Satteldach belastet. Auf Wunsch des Denkmalschutzamtes durfte die Firsthöhe des neuen Satteldaches die Firsthöhen der benachbarten Hallendächer nicht überschreiten, weshalb der Stahlbau teilweise als „geknickte Stahlträger“ in der Sparrenebene ausgeführt wurde.

Aufgrund der vorhandenen Geometrie verläuft die Stahlkonstruktion in Teilbereichen des Bogendaches mit einem minimalen Abstand von 20-40 mm zum Zollingerbogen. Im Spitzbodenbereich wurden die Hauptlängsträger platziert, die die in der Sparrenebene liegende Stahlkonstruktion abfangen. Die Längsriegel werden auf vier zusätzlichen Stützen gelagert, die gleichzeitig vertikale Aussteifungsverbände in Querrichtung bilden. Über diese Verbände werden horizontale Lasten aus Wind und Stabilisierungskräften abgeleitet.

Die Stützen mussten so positioniert werden, dass sie durch bestehende Rautenbereiche des Zollingerbogens geführt werden konnten. Der Stahlbau wurde so dimensioniert, dass die „geknickten Stahlträger“ sich unter Eigengewicht, Schnee- und Windlasten nicht auf den Zollingerbogen absenken und die Stützen nicht auf die Zollingerlamellen aufdrücken. In Längsrichtung wurden zur horizontalen Stabilisierung Dreifeldrahmen eingesetzt.

Maßnahmen zur Sicherstellung der Standfestigkeit

Notabstützung der Dachkonstruktion

Im Bereich der Mittelpfetten- und Firstpfettenlage des Satteldaches wurden Gerüsttürme zur Notabstützung errichtet, um die vertikalen Lasten bis zum Abschluss der Sanierungsarbeiten abzuleiten.

Sanierung des Zollingerbogens

Nach der Sanierung werden über den Zollingerbogen nur noch die Eigengewichtslasten der Zollingerkonstruktion selbst abgeleitet.

Sanierung der Dachschalung

Auf der vorhandenen Schalung wurde eine zusätzliche Schalung aufgebracht. Durch diese Maßnahme konnte auf das Anbringen eines Sicherheitsnetzes unterhalb des Bogens während der Baumaßnahme verzichtet werden. Auf der neuen Schalung wurde als Wetterschutz eine diffusionsoffene Unterspannbahn aufgeklebt. Damit wurde die bestehende Holzkonstruktion während der Baumaßnahme zuverlässig geschützt.

Sanierung von beschädigten Holzlamellen

Zur Verstärkung von geschädigten Lamellen wurden einseitige, in Teilbereichen beidseitige Aufdopplungen aufgeschraubt.

Sanierung der Traufrandgurte

Die Zollinger-Randgurte befinden sich im Traufbereich vor dem außen sichtbaren Mauerwerksgesims.

Da das Denkmalschutzamt den Erhalt der Gesimse wünschte, wurde ein neuer innenliegender Randgurt eingebaut. Rautenförmige Holzverblockungen wurden in die Zollingerrauten eingesetzt und mit den Lamellen verschraubt, um die Normalkräfte aufzunehmen. Ein zusätzlicher Stahlriegel wurde zur Einleitung der horizontalen Auflagerkräfte angeordnet. Über Blechlaschen an den Stahlriegeln, die an die Verblockungen angeschraubt wurden, werden die Lasten an die Stahlriegel weitergeleitet.

Um die Last in die Zugbänder abzuleiten, wurden neue Spannschlösser auf die Gewinde der Zugbänder aufgeschraubt und über Schweißverbindungen mit den neuen Stahlriegeln verbunden. Die vertikalen Lasten aus dem Zollingerbogen werden über die Stahlriegel auf neu angeordnete Leimholzbalken, die direkt innen vor den vorhandenen Stahlbetonstahlstützen liegen, abgeleitet. Die Leimholzbalken selbst werden durch zusätzliche Stahlstützen, die direkt innen an den vorhandenen Betonstützen stehen, abgestützt.

Aufhängung Zollingerdach an Stahlbau

Als zusätzliche Sicherungsmaßnahme wurde der Zollingerbogen an drei Achsen der neuen Stahlkonstruktion aufgehängt, um die Standsicherheit zu gewährleisten.

Gründung der zusätzlichen Stahlkonstruktion

Zur Lastabtragung der neuen Verbandsstützen wurden in der Halle zusätzliche Einzelfundamente angelegt. Die Fundamente im Bereich der Außenwände wurden verstärkt, um die Lasten aus der neuen Stahlkonstruktion und dem Zollingerrandgurt abzufangen.

Eine erfolgreich durchgeführte Sanierung

Die Erstellung eines digitalen Zwillings auf Grundlage des 3D-Laserscans in Tekla Structures erwies sich als äußerst effektiv für alle weiteren Planungen und Maßnahmen. Sowohl die schwebende Stahlkonstruktion über dem Zollingerbogen, die im Halleninneren auf vier zusätzlichen Stützenachsen ruht, als auch das neue Satteldach, das sich millimetergenau an die angrenzenden Dächer anpasst – alles konnte präzise und passgenau umgesetzt werden.

Projektdaten

Bauherr	Bundesanstalt für Immobilienaufgaben (BImA)
Auftraggeber	Bau- und Liegenschaftsbetrieb NRW
Beginn Baumaßnahme	Januar 2023
CAD	Tekla Structures

INGENIEURBÜRO FÜR TRAGWERKSPLANUNG
DIPL.-ING. MANFRED OTTERBACH

Am Friedhof 12
57572 Niederfischbach
Tel 02734 / 6 01 32 · Fax 02734 / 6 00 53
manfred(at)otterbach-baustatik.de

Erfahren Sie mehr über Manfred Otterbach und seinen Umstieg auf Tekla Structures in unserer Kundenstory.

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