BMW-Welt München - Maurer Söhne Group

1
76. Jahrgang
Januar 2007
Heft 1
ISSN 0038-9145
A 6449
Sonderdruck
BWM-Welt München:
die Kundenlounge als
das zentrale Element
im statischen Gesamtsystem
Von der Planung bis zur
Realisierung
von
Rüdiger Schidzig
Stefan Wagner
Jochen Peters
Harald Päßler
Stahlbau

Fachthemen
Rüdiger Schidzig
Stefan Wagner
Jochen Peters
Harald Päßler
BMW-Welt München: die Kundenlounge als
das zentrale Element im statischen Gesamtsystem
Von der Planung bis zur Realisierung
Über die 4000-t-Wolke, die außergewöhnlichen Dachkonstruktion der BMW-Welt, dem
neuen High-Tech und Auslieferungscenter für die Nobelkarossen von BMW, wurde
schon des öfteren berichtet.
So wurde in der Juli-Ausgabe 2005 der Zeitschrift Stahlbau ausführlich über die schwebende
Stahlkonstruktion des Regeldaches und über den Doppelkegel referiert.
Der nun folgende Artikel soll auf das Kernstück der wenigen aussteifenden Elemente, die
zentrale Kundenlounge, eingehen. Wir erinnern, die rund 25000 m 2 nahezu freitragende
Dachkonstruktion der BMW-Welt wird über drei Kerne (Bild 1) ausgesteift, den Doppelkegel,
als integraler Bestandteil der Stahlkonstruktion, dem Gastrokern, einer vorgespannten
Stahlbetonkonstruktion und der Kundenlounge, einer räumlich tragenden
Stahlskelettverbundkonstruktion.
The customers´ lounge as a stiffening member of the extraordinary steelwork for the
BMW-World in Munich. In July 2005 the former article introduced the reader to the
specific proposal of the consortium „steelwork/cladding“. Bearing the hovering cloud
with eleven columns and three cores, the customers´ lounge is the most important part
of it. Integrated in the center of the cloud, the lounge itself as a core is based on two
columns, two eccentric bearings and a staircase-center. Besides technical needs flexible
constructions, short erecting-times and most important rigging-phases were essential.
In the following report the tasks and ideas
of the specific technical solutions of the
customers´ lounge will be presented in respect
of the erection and structural design,
especially the phases of alternating
loads.
1 Räumliche Stahlskelettverbundkonstruktion
Die Lounge ist nicht nur ein zentraler
Kern, sondern ein für sich allein überaus
anspruchsvolles Bauteil. Die rund
80 × 35 m messende Stahlbetonverbundkonstruktion
ist architektonisch
geschickt in die Wolke integriert. Sie
schwebt ebenfalls von den Fingerauflagern
an den Aufzügen P5/P6 und
P7 bis zu den beiden Einzelstützen
auf der Nordseite. Der zentrale Treppenhausschacht
dient als torsionssteifes
Horizontalauflager (Bild 2).
Ein freitragender Trägerrost aus
Stahlfachwerkträgern mit säbelförmig
gekrümmten Untergurten bildet die
sogenannte Fischbauchebene E2. Die
2
Bild 1. Aussteifende Elemente
Fig. 1. Stiffening elements
freigeformte Untersicht ist gleichzeitig
der untere Abschluß der Wolke.
Der Trägerrost hängt sich in die
dachhohen Seitenfachwerke. Die
Seitenfachwerke sind durch die Betondeckenscheiben
E2, E3 und E4
(Dachebene) ausgesteift. Das Nordfachwerk
ist im Grundriß gekrümmt
und vertikal unterbrochen. In der
Deckenebene E3 verspringt das Fachwerk
horizontal um ca. 3 m und kragt
mit der Ebene 4 über die unteren
Ebenen aus. Der so gebildete, auf der
Nordseite gekrümmte und abgestufte
„Schuhkarton“ stützt sich auf die beiden
schrägen Fingerauflager auf der
Südseite und die beiden geneigten
Einzelstützen auf der Nordseite. Der
Scheibenanschluß der Stahlbeton-
Doppelkegel Gastro-Komplex Lounge
© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Stahlbau 76 (2007), Heft 1
DOI: 10.1002/stab.200710002

Bild 2. Lounge-Tragwerk-Modell
Fig. 2. Lounge model structure
deckenscheiben an den zentralen
Treppenhauskern gibt die erforderliche
horizontale Aussteifung.
2 Herstellverfahren
Die technische Herausforderung liegt
in der Herstellung. Kein Einzelbauteil
ist für sich alleine standsicher. Die geneigten
Einzelstützen und die schrägen
seitlichen Fingerauflager (Bild 3)
an den Aufzügen können die Lasten
während der Montage nicht aufnehmen.
Durch die Schrägstellung von
ca. 30° resultieren aus den Vertikallasten
rund 8 MN horizontale Ab-
Bild 3a. Fingerauflager P7, Vertikallast
19000 kN, Schrägstellung ca. 30°
Fig. 3a. „Finger“-bearing P7, Vd
19000 kN, incline structure about 30°
R. Schidzig/St. Wagner/J. Peters/H. Päßler · BMW-Welt München: die Kundenlounge als das zentrale Element im statischen Gesamtsystem
Fingerauflager Stützen Fischbauchebene
triebskräfte. Die Wirkungslinie der
Abtriebskräfte hat einen Hebelarm
zum aussteifenden Treppenhauskern
von 40 m und erzeugt damit Torsionsmomente
von rund 320 MNm. Der
Kraftschluß erfolgt durch die schubsteif
ausgebildeten Scheiben der Betondecken.
Auch die umlaufenden vertikalen
Fachwerke sind erst mit wirksamer
Scheibensteifigkeit der Dachdecke
(E4) tragfähig. Das gekrümmte
und abgestufte Seitenfachwerk auf
der Nordseite kann seine Tragfähigkeit
erst im Verbund mit den Deckenscheiben
entwickeln.
Bild 3b. Fingerauflager P5/6, Vertikallast
14000 kN, Schrägstellung ca. 25°
Fig. 3b. „Finger“-bearing P5/6, Vd
14000 kN, incline structure about 25°
Die insgesamt auftretenden
Scheibenbeanspruchungen lassen die
Deckenlasten aus Eigengewicht, Ausbau
und Nutzlast in den Hintergrund
treten.
Neben lotrechten Verformungen
sind Horizontal- und Rotationsbewegungen
in gleicher Größenordnung
zu beherrschen.
Das Montagekonzept und die
unterschiedlichen Bauzustände wurden
wegen der komplexen Struktur
bemessungsrelevant für die komplette
Konstruktion.
Nochmals erschwert wurde die
Herstellung durch die baubetriebliche
Vorgabe, in den Untergeschossen
ungehindert den Ausbau beginnen zu
wollen. Ein Durchstützen der Lounge
bis zur tragfähigen Herstellung schied
dadurch aus.
Dennoch wurde die Montage
auf Rüsttürmen vorgesehen. Die
Rüsttürme standen ohne Durchsteifungen
auf der Kellerdecke, Decke
über U0 und durften nur soviel Lasten
abtragen, wie von der Kellerdecke
aufgenommen werden konnten
(Bild 4).
Das Rüstschema hat bis zu seiner
endgültig ausgeführten Aufstellung
eine Vielzahl von Varianten
durchlaufen. In iterativen Schritten
wurden Rüstturmstellungen so lange
verschoben und die Lastermittlungen
jeweils aus dem Tragwerk heraus in
enger Abstimmung mit dem Massivbauplaner
abgeglichen, bis die Dekkenbelastungen
in einem verträglichen
Maß waren.
Auf den Rüsttürmen wurde der
Trägerrost der Fischbauchebene montiert.
Die Fischbauchträger durften
dabei am Treppenhauskern nur gelenkig
aufgelegt werden, um keine Einspannung
zu erzeugen.
Im zweiten Schritt wurden die
Seitenfachwerke bis zur Ebene E3
und das Stahlskelett der Verbundträger
diese Decke E3 aufgestellt und
durch Stahlverbände horizontal ausgesteift.
Erst dann durfte die Betondecke
auf der Fischbauchebene betoniert
werden. Die Betondecke selbst ist
als Holoribblechverbunddecke ausgeführt.
Der hohe Bewehrungsgrad
dient hauptsächlich der Scheibenbeanspruchung.
Die Rüsttürme sind durch diese
Lasten nahezu ausgelastet. Um ein
Durchstanzen durch die Kellerdecke
Stahlbau 76 (2007), Heft 1
3

R. Schidzig/St. Wagner/J. Peters/H. Päßler · BMW-Welt München: die Kundenlounge als das zentrale Element im statischen Gesamtsystem
Bild 4. Rüstturmkonzept; Ablastung auf Decke über U0 ohne Durchsteifung,
Rüstturmauslegung
Fig. 4. Concept of bearing-towers; positioning on ground floor without reinforcing
the basement
zu vermeiden, übernimmt nun die
Decke auf der Fischbauchebene bereits
die horizontale Aussteifung und
Abtragung der Windlasten.
Hierdurch war es möglich, das
Stahlskelett bis einschließlich Dachdecke
zu komplettieren. Die Betondecken
E3 und E4 konnten jedoch in
diesem Bauzustand noch nicht komplett
hergestellt werden. Hier wurden
nur die Stahlverbundträger und Horizontalverbände
montiert. Das Betongewicht
hätte die Durchstanzlast der
Rüsttürme auf der Decke über U0
überschritten.
3 Umlasten I – planmäßiger Systemwechsel
(vertikal)
Ein Systemwechsel auf die endgültigen
Auflager sollte Abhilfe schaffen.
Die endgültigen Auflager waren
jedoch erst bei vollständig wirksamem
Gesamtsystem tragfähig. Insbesondere
die schrägen Auflagerfinger mußten
daher unterstützt werden, um nicht
abzuknicken. Hier kamen massive
Stahlstützen zum Einsatz, die über
ein vorher im Premiereteller einbetoniertes
Zugband zusammen ein stabiles
Dreieck bildeten und auf Wandscheiben
in den Untergeschossen abgestützt
wurden.
Ebenso wurde die Scheibentragwirkung
der Deckenscheiben E3 und
E4 durch Stahlverbände ersetzt.
Um die Verformungen aus dem
Absenkprozeß des halbfertigen Systems
von den Rüsttürmen klein zu
halten, wurden die Verbände in Ebene
E4 (Dachebene) planmäßig vorgespannt
und an den Treppenhauskern
mit Vorspannung angeschlossen und
auch die Gelenkauflagerung der Fischbauchträger
am Treppenkern in eine
Einspannung überführt.
4
Stahlbau 76 (2007), Heft 1
Nun konnten der Ablastvorgang
von den Rüsttürmen und der erste Systemwechsel
beginnen (Bild 5).
Die Rüsttürme waren bereits mit
Pressenstühlen vorgerüstet. Die Ablastreihenfolge
wurde so gewählt, daß
keine Lastumlagerungen auf die verbleibenden
Rüsttürme zu Überlastungen
führten. Zuerst wurde daher der
über die Auflager P5/P6 und Stütze
LoS1 westlich auskragende Teil ent-
Bild 6a. Pressenstühle, Umlasten
Fig. 6a. Pressing sockets, alternating
loads
lastet. Hierbei waren die Pressen
von drei Rüsttürmen gleichzeitig zu
steuern.
Als zweites wurden die Rüsttürme
beidseitig der Achse D-D am
starr unterstützten Fingerauflager P7
und der Stütze LoS2 entlastet, danach
analog der östlich auskragende
Teil. Durch die nun frei auskragenden
Ost- und Westflügel waren die inneren
Rüsttürme bereits teilentlastet.
Es wurden zuerst die Türme auf der
Nordseite spannungsfrei gestellt und
zum Schluß die Südseite freigesetzt.
Bis zu vier Pressen wurden dabei
gleichzeitig und synchron bedient.
Für jede Presse wurden die Kraft- und
Wegmessungen mit vorher berechneten
Daten abgeglichen (Bild 6).
Nach erfolgreichem Systemwechsel
wurden die Rüsttürme ausgebaut
und das Betonieren der Decke E3
vorbereitet. Ordentliches Heizen, angewärmte
Zuschlagsstoffe und die
richtige Zementwahl machten das Betonieren
auch bei niedrigen Temperaturen
bis unter minus 10 °C möglich.
Bild 5. Rüstturmkonzept – Umlasten, schrittweises Entfernen von Rüstturmgruppen
Fig. 5. Concept of bearing-towers – alternating loads, incremental removal of
groups of bearing-towers
Bild 6b. Dimensionen des Stahlbaues
in der Fischbauchebene
Fig. 6b. Dimensions of the steel-structure
in level „Fischbauchebene“

Bild 7. Winterbau – Maßnahmen zum
Betonieren
Fig. 7. Winter activities – measures for
concreting
Das Einbringen des Betons wurde
zeitlich genau so eingetaktet, daß der
beginnende Hydratationsprozeß genügend
Eigenwärme entwickelte, um
den frischen Beton auch während der
tiefen Nachttemperaturen ausreichend
warm zu halten. Die Betontemperaturen
wurden über Meßsonden sowohl
an der Ober- wie auch an der
Unterseite ständig kontrolliert und
aufgezeichnet (Bild 7).
Die Decke über E4 (Dachdecke)
wurde als unterstützungsfreie Filigrandecke
ausgeführt. Durch die vielen
vorgespannten Verbandsauskreuzungen
wäre jede Zwischenunterstützung
sehr aufwendig geworden.
Bild 8. Fingerunterstützungen
Fig. 8. Support of „finger“-bearings
R. Schidzig/St. Wagner/J. Peters/H. Päßler · BMW-Welt München: die Kundenlounge als das zentrale Element im statischen Gesamtsystem
4 Umlasten II – planmäßiger Systemwechsel
(horizontal)
Ein weiterer Systemwechsel stand
noch an, die schrägen Fingerunterstützungen
an den Aufzügen P5/P6
und P7, die zum ersten Umlastprozeß
blockiert wurden, mußten noch freigesetzt
werden. Erst durch diesen Systemwechsel
hat die Lounge ihr endgültiges
Tragsystem aktiviert und
konnte sich über dem Premiereteller
auch horizontal frei ausdrehen. Zuerst
wurde die Schrägabstützung unter
dem Finger P5/P6 entlastet, danach
die kritische Abstützung am
Finger P7 (Bild 8).
Auch hier wurden an bereits vorgerüsteten
Stellen Hydraulikpressen
eingesetzt und die Lastwechsel in
vorher berechneten Schritten unter
Beobachtung der Verformungs- und
Kraftwerte durchgeführt.
Bild 9. Räumliche Tragwerkstruktur
Bild 9. Three-dimensional structure
Nach erfolgreichem Abschluß
dieses letzten Systemwechsels war
das Loungetragsystem komplett umgelastet,
das Regeldach konnte an den
Kern Lounge angeschlossen werden
und der Ausbau beginnen.
Das Haupttragsystem der BMW
Welt war nun komplett.
5 Detailbemessung
Für eine planerische Umsetzung der
vorausgegangenen Tragwerksberechnungen
sind sorgfältige Detailbemessungen
erforderlich.
Die oft als gering geschätzte
Knotenstatik hat bei der Komplexität
dieser Knoten durchaus einen beachtlichen
Stellenwert. Aus der räumlichen
Tragwerkstruktur (Bild 9) mußten
an derartigen Knoten mehrere
Stäbe mit allen Varianten von Schnittgrößen
und einer Vielzahl an Lastfäl-
Stahlbau 76 (2007), Heft 1
5

R. Schidzig/St. Wagner/J. Peters/H. Päßler · BMW-Welt München: die Kundenlounge als das zentrale Element im statischen Gesamtsystem
Bild 10. Räumliche Knotenbemessung
Fig. 10. Three-dimensional dimensioning of the nodal point
len rechnerisch zusammengeführt
werden (Bild 10), um daraus dann
eine konstruktive Lösung zu erhalten
(Bild 11).
Unter Berücksichtigung von
Montage- und Werkstattabläufen sind
dabei beachtliche Einbauteile entstanden,
die nicht weniger beachtliche
Schnittgrößen vom Stahlbau in
Bild 11. Konstruktive Lösung mit
Rüstkonsolen
Fig. 11. Constructive rigging-solution
6
Stahlbau 76 (2007), Heft 1
den Stahlbetonbau umsetzen müssen.
Stützenlasten bis 20 MN mit Lastmomenten
von ca. 2000 kNm müssen
sorgfältig eingeleitet werden (Bild 12).
Ein weiteres, für Gebäude ungewöhnliches,
Detail sei noch erwähnt.
Für die westseitige Kopplung der Gebäudeteile
Dachtragwerk an Lounge
ist aus Verformungsgründen ein all-
Bild 12. Einbauteil Megastütze S2, Höhe 12140 mm
Fig. 12. Mounting part „Megastütze S2“, height 12140 mm
seits freies aber zug-druckfestes Gelenk
erforderlich. Aus der statischen
Anforderung, die Gebäude beweglich
zu koppeln, um Verformungsdifferenzen
horizontal bis ±80 mm und vertikal
bis ±50 mm aufzunehmen, sind
Kardangelenke für eine Bemessungslast
bis 800 kN entstanden (Bilder 13
und 14).

Bild 13. Kardangelenk
Fig. 13. Cardan joint
R. Schidzig/St. Wagner/J. Peters/H. Päßler · BMW-Welt München: die Kundenlounge als das zentrale Element im statischen Gesamtsystem
Bild 14. Kardangelenk eingebaut nach Umlastvorgängen
Fig. 14. Mounted cardan joint after alternating the loads
6 Schlußbemerkung
Durch die feinmaschige Koordination
in der Planung und der Ausführung
zwischen den Tragwerksplanern und
dem Prüfingenieur war es gelungen,
die Lounge durch mehrere Montageund
Bauzustände sicher zu führen
und in das Gesamtsystem zu integrieren.
An der Stahlbauplanung und Stahlbauausführung
Beteiligte:
Stahlbau:
Maurer Söhne GmbH & Co. KG
(Stahlbau), Mitarbeiter: Wolfgang Amberg,
Thomas Hahn, Klaus Hilpert,
Klaus Holler, Thomas Möckl, Uwe
Möller, Michael Munschke, Alexander
Neumann, Rüdiger Schidzig, Vitus
Strähuber, Christoph Wagner, Stefan
Wagner, Jochen Wehrle, Peter Wochnik,
Rolf Wolter
Detail-Tragwerksplanung/Montageplanung:
Peters Schüßler Sperr Ingenieurbüro
für Bauwesen GmbH, Nürnberg, Mitarbeiter:
Jochen Peters, Harald Päßler,
Norbert Sperr, Manfred Schüßler,
Erika Ungar, Dagmar Müller, Frank
Pfeiffer, Jürgen Strauß, Dieter Seitz
SSF Schmitt Stumpf Frühauf und
Partner Ingenieurgesellschaft im Bauwesen
mbH, München
Prüfingenieur: Prof. Dr.-Ing. Konrad
Zilch, München
SZG-Engineering Nürnberg, Projektmanagement
Stahlbau
Autoren dieses Beitrages:
Dipl.-Ing. Rüdiger Schidzig, SZG-Engineering,
Projektleitung BMW-Welt, Maurer Söhne
GmbH & Co. KG,
Dipl.-Ing. Stefan Wagner, Projektleitung BMW-
Welt, Maurer Söhne GmbH & Co. KG,
Frankfurter Ring 193, 80807 München,
Dipl.-Ing. (FH) Jochen Peters und Dipl.-Ing. (FH)
Harald Päßler, beide Peters Schüßler Sperr
Ingenieurbüro für Bauwesen GmbH,
Bucher Straße 3, 90419 Nürnberg
Stahlbau 76 (2007), Heft 1
7