Masterarbeiten Wörmann

Vergleichende Untersuchung von Platten-, Pfahl- und kombinierter Gründung am Beispiel einer Hochhausgründung in Frankfurt am Main durch dreidimensionale numerische Simulation

Dipl.-Ing. (FH) Sebastian Wörmann M. Eng. 

Die Gründung eines Bauwerks stellt die Verbindung zwischen aufgehendem Tragwerk und dem Baugrund dar. Dabei beeinflusst zum einen der Baugrund und zum anderen die Art der Gründung die Beanspruchung des Bodens und damit die Verformungen (Setzungen) und die daraus resultierende Beanspruchung des Tragwerks. Flachgründungen stellen die einfachste Art der Gründung dar. Bei einem gering tragfähigen Untergrund bzw. bei großen, konzentriert wirkenden Lasten können jedoch die Verformungen und die innere Beanspruchung der Platte zu groß werden. Die Gründungsart Tiefgründung kann die Verformungen auf ein Minimum reduzieren, wenn die Gründungspfähle auf tragfähigem Boden (Fels) abgesetzt werden können. Um auch bei einer Flachgründung die Verformungen in vertretbarem Maß zu halten, können zusätzliche Pfähle angeordnet werden, die aufgrund der zusätzlichen eigenen Tragfähigkeit als Setzungsbremse dienen (vgl. Bild 1). Man spricht in diesem Fall von einer Kombinierten Pfahl-Plattengründung (KPP).

Bild 1: Lastabtrag einer KPP

Bild 2: Baugrund Stadtgebiet Frankfurt a.M.

Diese Form der Gründung wird in Deutschland insbesondere in Frankfurt am Main für die Gründung der Hochhäuser eingesetzt: Im Frankfurter Stadtgebiet treffen die großen Gebäudelasten auf einen gering tragfähigen Untergrund. Die erste Hochhausgeneration wurde noch mittels Flachgründung realisiert. Es ergaben sich dabei Setzungen von bis zu 30 cm. Ab Mitte der 80er Jahre wurden KPPs eingesetzt. Die neuesten Kombinierten Pfahl-Plattengründungen erzielen Setzungen von etwa fünf Zentimetern.

Bild 3: Setzungsverlauf Flachgründung

Bild 4: Flachgründung Längsschnitt

Für die Dimensionierung solcher kombinierten Gründungen müssen jedoch numerische Berechnungen im dreidimensionalen Raum durchgeführt werden, um die gegenseitige Beeinflussung der Gründungselemente berücksichtigen zu können.Für den Entwurf des Grand Hyatt Frankfurt wurden die drei Gründungsvarianten in einer numerischen Simulation gegenübergestellt. Das geplante Hotel besteht aus einem Sockelgebäude und einem 113 m hohen Hochhaus. Der Setzungsverlauf der Flachgründung zeigt deutlich eine Setzungsmulde unter dem Hochhausbereich (vgl. Bilder 3,4). Die Verformungen liegen im nicht mehr zulässigen Bereich. Eine KPP mit 17 Pfählen im Hochhausbereich kann die maximalen Setzungen und damit auch die Verformung der Gründung reduzieren (vgl. Bilder 5,6).# Die Kriterien für die Rissfreiheit können eingehalten werden.Neben den guten Verformungseigenschaften stellt die KPP zudem die wirtschaftlichste Gründungsvariante dar, die Verformungskriterien einzuhalten. Eine reine Tiefgründung kommt für das Grand Hyatt Frankfurt nicht infrage, da das Felsgestein erst in einer Tiefe von über 100 m ansteht.

Bild 5: Setzungsverlauf KPP

Bild 6: KPP Längsschnitt