Tragwerksplanung am Limit der Geometrie
Digitale Planung und Bemessung für Wellnessbereich „Heaven & Hell“Wie lassen sich komplexe Tragwerksvarianten unter hohem Zeitdruck planen und bemessen? Das Projekt „Heaven & Hell“ stellte die Tragwerksplanung mit einer weit auskragenden Plattform, hohen Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit und einem engen Terminplan vor besondere Herausforderungen. Im Mittelpunkt standen die digitale Planung, statische Nachweise und die Überführung der Ergebnisse in die Ausführungsplanung.
Für das Alpin Panorama Hotel Hubertus in Olang (Südtirol) entstand 2022 mit „Heaven & Hell“ ein außergewöhnlicher Wellnessbereich auf einer weit auskragenden Plattform. Das vom Bozener Architekturkollektiv NOA entworfene Konzept kombiniert oberhalb der Plattform angeordnete Wellnessflächen mit darunterliegenden Räumen in invertierter Bauweise. Die Plattform ragt rund 11 m über das Gelände hinaus und stellte hohe Anforderungen an Tragwerksplanung und Statik. Verantwortlich für Bauleitung, Tragwerksplanung, statische Bauleitung und Sicherheitskoordination war IPM Engineering. Für die statische Planung kamen die Softwarelösungen „Allplan“ und „Frilo“ zum Einsatz.
Der Wellnessbereich „Heaven & Hell“ ragt rund 11 m über das Gelände hinaus.
Bild: Manuel Kottersteger
Die Plattform befindet sich in rund 14 m Höhe über dem Gelände. Das Raumprogramm umfasst im oberen Teil der Plattform jeweils zwei Whirlpools und Panoramaduschen sowie eine Umkleide. Ein Großteil der etwa 140 m² großen Fläche befindet sich unter freiem Himmel, während kleine ‚Hütten‘ mit Satteldächern geschützte Innenbereiche schaffen. Auf der unteren Ebene wird das Raumkonzept um insgesamt 65 m² Nutzfläche erweitert. Von einem zentralen Foyer aus erschließen sich zwei Saunen, eine Duschkabine, ein Eisnebelbad sowie ein drittes Außenbecken.
Das architektonische Konzept orientiert sich an einem Ensemble kleiner Hütten. Die auf der Unterseite der Plattform angeordneten, kopfüber ausgeführten Baukörper dienen dabei nicht nur gestalterischen Zwecken, sondern schaffen zusätzlichen Raum für die Wasseraufbereitung der Becken sowie für die Saunalandschaft. Entsprechend dem Motto „Heaven & Hell“ besteht zwischen den beiden Ebenen zudem ein funktional bedingter Temperaturunterschied, da die unteren Bereiche die wärmeintensiven Wellnessangebote beherbergen.
Hybrides Tragwerk aus Beton, Stahl und Holz
Die Fundamentierung der Haupttragstruktur erfolgt mittels Betonfundamenten, die bis auf den anstehenden Felsen ausgeführt wurden. Dort, wo die Felsoberkante nicht erreicht werden konnte, sind Stahlbohrpfähle ausgeführt. Das Primärtragwerk des Annexes ist ebenfalls eine Stahlkonstruktion: Zwei massive 40 m lange I-Träger mit Maximalmaßen von 1,7 m Höhe und 60 mm Wandstärke liegen auf zwei geneigten Stahlstützen aus Stahlrohren (Ro 508 x t = 35 mm). Die Stützen sind zusätzlich mit Lärchenstämmen verkleidet, sodass sie optisch wie Baumstämme wirken.
Die Konstruktion vereint Tragwerkselemente aus Stahl, Beton und Holz und erforderte eine enge Abstimmung beteiligter Gewerke.
Bild: IPM Engineering
Die Plattform ist ihrerseits mittels I-Trägern an die Hauptträger geschraubt. Ebenso wurden die umgekehrten Hütten auf der Unterseite mithilfe einer Stahlstruktur an die Plattform gehängt. Die begehbaren Plattformen der beiden Ebenen sind als Stahlbeton-Verbunddecke mit mittragendem Trapezblech als verlorene Schalung (h = 15 cm) ausgeführt, während die Pools zusätzliche entkoppelte Stahlbetonplatten (ebenfalls h = 15 cm) erforderlich machten. Kreuzverleimte Holzplatten wurden zur Ausfachung der Wände genutzt.
Komplexe Projektbedingungen
Die Zeit für die Planungsphase war knapp bemessen, sodass nur wenig Vorlauf bis zum Baubeginn bestand. Aufgrund der tragenden Struktur in Beton, Stahl und Holz mussten während der Bauphase drei verschiedene, spezialisierte Baufirmen (Schlosser, Maurer und Zimmerer) nahezu gleichzeitig die Tragstruktur errichten, was ein hohes Maß an Koordination und Klarheit vor Ort erforderte. Die drei Whirlpools mit Infinity-Überlaufrinne stellten zudem äußerst strenge Anforderungen an die Grenzverformungen (Durchbiegung, Verwindung) der Plattform.
Softwaregestützte Tragwerksplanung und Bemessung
Bei der Lösung dieser Herausforderungen kam IPM Engineering die Planung in „Allplan“ und „Frilo“ zugute. „Allplan“ diente als Arbeitsumgebung für die Ausführungsplanung, die Ausführungsstatik und die Sicherheitspläne. Die bauteilweise Bemessung der Tragglieder in Stahl, Beton und Holz (Fundamente, Stützen, Träger sowie geschraubte Stahlanschlüsse) erfolgte in „Frilo“. Ergänzend wurde eine weitere Statik-Software zur 3D-Analyse der globalen Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit der Gesamtstruktur genutzt (einschließlich Erdbebennachweis, horizontaler Aussteifung und FEM-basierter Knotendetails). Aufgrund des knappen Zeitfensters und der engen direkten Zusammenarbeit mit Zimmerern und Schlossern erfolgte der Datentransfer zwischen den Projektbeteiligten und ihren unterschiedlichen Planungsprogrammen vorrangig per DWG. Auf einen Open-BIM-Prozess wurde verzichtet.
Für die Planung wurden verschiedene Tragwerksvarianten untersucht und anschließend in ein detailliertes digitales Modell überführt.
Bild: IPM Engineering
Zu Beginn wurden mehrere statische Systeme untersucht. Die vom Bauherrn und Architekturbüro freigegebene Variante bildete anschließend die Grundlage für die Lastermittlung und eine erste detaillierte Bemessung. Die Berechnungen wurden elementweise geführt, sodass sie jederzeit schnell überprüf- und anpassbar blieben. Nach der definitiven Maß- und Detailfreigabe durch die Ausführungsplanung konnte unmittelbar die Ausführungsstatik erstellt werden. Insgesamt machten die Ingenieure ausgiebig von den zahlreichen Programmen in „Frilo“ Gebrauch, darunter Stahlbetonstütze, Durchlaufträger Stahl, Stahlbeton und Holz, Einzelfundament, Stahlbetonplatte, Stahlbetonscheibe, Fußplatte Stahlstütze, Schraubanschlüsse Stahl, Stahlstütze, Durchstanznachweis und Stahlträger.
Mithilfe der einzelnen Module in „Frilo“ konnten die planerischen Herausforderungen schnell gelöst werden. Die Nachweise erfolgten dabei nahezu ohne Berechnungszeit. Über die Vielseitigkeit der Programme ließen sich zudem verschiedene Lösungsansätze intuitiv in kürzester Zeit überprüfen und schnell Aussagen zu Machbarkeit und Baukosten treffen. Komplexe Geometrien und Detailpunkte wurden schließlich aus „Frilo“ exportiert und in „Allplan“ in die Positionspläne übertragen.
Auf einen direkten modellbasierten Datenaustausch zwischen „Allplan“ und „Frilo“ (etwa über den BIM-Connector oder per IFC/ASF) wurde bei diesem Projekt aufgrund der einfachen Geometrie der einzelnen Bauteile verzichtet. Stattdessen wurden Stahldetails und Anschlüsse in „Frilo“ berechnet, als DXF/DWG exportiert und in „Allplan“ importiert und lagegenau verortet. Die Stahlbetonplatten mit einfacher rechteckiger Geometrie wurden direkt in „Frilo“ modelliert und bemessen. In „Allplan“ erfolgte anschließend die Bewehrungsplanung und Planableitung.
Filigranes Konstrukt aus 125 t Stahl
Aufgrund der Planung in „Allplan“ und „Frilo“ konnten zu erwartende Verformungen exakt vorhergesagt werden. Gleichsam ließ sich der Materialaufwand auf ein Mindestmaß reduzieren. Tragwerksplaner Manuel Agreiter von IPM Engineering sagt: „Mit ‚ALLPLAN‘ und ‚FRILO‘ lassen sich komplexe statische Probleme innerhalb kürzester Zeit und mit höchster Präzision lösen.“ Das Ergebnis ist eine filigrane Konstruktion aus 125 t Stahl. Durch den Einsatz spezialisierter Planungs- und Bemessungssoftware konnten Tragwerksvarianten untersucht, Nachweise geführt und Detailplanungen effizient umgesetzt werden.
