high-rise buildings structures of today and...

© 2015 • Prag • Bachmann1 von 24

© 2008 Ed. Züblin AG • ZT

High-Rise Buildings

Structures of Today and Tomorrow Dr. Ing. Hubert Bachmann



ContentIntroduction

High-Rise Projects

Construction

Facade, HVAC design

Structural innovations, examples

Future developements

conclusions



ContentIntroduction

High-Rise Projects

Construction

Facade, HVAC design



conclusions



Beton-Innovationspreis CIC 2014 award

Dr.-Ing. Hubert Bachmann

Senior ExpertAuthorised AgentEd. Züblin AG – Zentrale TechnikStructural Engineering

Board Member of the German Association for Precast Concrete Constructions (FDB)

Chairman of the study-group for structural design of precast elements

Member of the National Standardisation Organisation (DIN) of Reinforced Concrete Design

Teaching activity at the University Stuttgart, Institut für LeichtbauEntwerfen Konstruieren, Prof. Werner SobekDesign of Structures using Precast Concrete Elements

Member in German Association of Reinforced Concrete – Study group of Design and Research (DBV and DAfStb)

Member in the Court of Appeal for Inspection Engineers at the Ministry of Economics, Baden- Württemberg, Germany

Züblin Earthquake Column –

A new solution for a ductile RC-Structure



KONZERN ED. ZÜBLIN AG

1

Marken 1)

Zentralbereiche

Stabsbereiche

Konzernobergesellschaft

Operativ

2) 3) 4)

1)STRABAG Belgium und STRABAG Real Estate GmbH2)BRVZ Bau- Rechen- und Verwaltungszentrum 3)BMTI Baumaschinentechnik International 4)TPA Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation

RECHTCONTRACT MANAGEMENT

KONZERN- KOMMUNIKATION CONTROLLINGBESCHAFFUNGREVISION

Seite 5



STRUKTUR

1Seite 6

Berlin

Köln

München

Nürnberg

STUTTGART WIEN

InnsbruckZürich

Pruszków

Hradec Králové

Kopenhagen

Stockholm

Duisburg

Hamburg

KarlsruheFrankfurt/M

Doha

TURNKEY STRUCTURE UNDERGROUND

Mitarbeiterzahl (01/2015)Deutschland 677Österreich 127Andere Länder 20(ohne Fachbauleitungen)

Gesamt 824

ZENTRALE TECHNIK

SF KI TT

CONSTRUCTIONPROCESS

MANAGEMENT

BPM

211303

169

141

BudapestKlagenfurt

Zagreb

Sofia

GrazSalz-

burg

Abu Dhabi



Why High-Rise?



Image

Copyright: en.wikipedia.org



economy

Copyright: actris projektentwicklung,

- Price of land

- Construction cost

- Efficiency of rental area

- Costs od financing

- Rental fee

- Rate of return

Henninger Tower, FrankfurtUnder construction



Henninger Tower, FrankfurtUnder construction 2015



Special with high rise buildings!

- big projects

- complex technical design

- coordination of all subsections

- special construction technics

- high replication rate of the floors

- high wind loads and dynamic stress

- bracing elements

Copyright: blauraum architektenwww.deal-magacine.com

Porsche Design Tower, FrankfurtConstruction 2016



ContentIntroduction

High-Rise Projects

Construction

Facade, HVAC design



conclusions



GSW - Hochhaus, Berlin

Office High-Rise Building 24 floors (h=86 m) 1999



GSW - Hochhaus, Berlin

•Concrete-steel-composite columns



GSW – Hochhaus, 1999



Power Plants

Kraftwerk Boxberg, 2007 (h=140 m)

Rheinhafen Dampfkraftwerk RDK 8, 2010 (h=118,5 m)



Triangle – High-Rise Building, Cologne

Office High-Rise Building 28 floors (h=104 m)2004



Precast composite Column




Telekom Center, Munich

10 Office High-Rise Buildings 15 floors h=49 m2005



5,70 m 7,30 m

4 x

5,50

m

Telekom Center, MunichPrefabricated Structural Facade



Opern Tower Frankfurt 2009

Office High-Rise Building 44 floors h=170 m



First Use of High Strength ReinforcementBar - Diameter 75mm

Mega Column




Precast Concrete Elements




Vorgespannte Halbfertigteilträger




Dancing Towers, Hamburg

Office High-Rise Building 24 floors (h=85 m) 2011



Precast Inclined Columns




Butt Joint of Precast Columns

Experimental Investigationsfor Special Approval




DeRotterdam, Rotterdam

Residential , Hotel, Offices High-Rise Building 45 floors h= 149 m




Bürohochhau

Copyright: OMA architects




Driven Piles L = 100m (approx.)Settlements of 250mm



Office High-Rise Building 45 floors h= 185 m

ECB Premises, Frankfurt 2012

Copyright: coop- himmelblau architekten



ECB Premises, Frankfurt



Kerne (Beton)

Interchange-Ebenen (Stahl/Beton)

Streben (Stahl)

Hochhaus-Aussteifung

Kerne (Beton)

Interchange-Ebenen (Stahl/Beton)

Streben (Stahl)




Level 0

Level 43




EntwurfslageVerformungVorverformung

Beschreibung der Verformung:Translation x, yDrehung

Beschreibung der Vorverformung:Translation -x, -yDrehung -

X

Y

EntwurfslageVerformungVorverformung

Beschreibung der Verformung:Translation x, yDrehung

Beschreibung der Vorverformung:Translation -x, -yDrehung -

X

Y




Europäische Zentralbank, Frankfurt

n



Taunus-Tower, Frankfurt

Office High-Rise Building 44 floors h=170 m 2013



TaunusTurm, Frankfurt

Büro



Büro




Elevator-Testing Tower Thyssen, Rottweil 2015

architect Helmut Jahn, ChicagoEngineer Werner Sobek, StuttgartConstruction Ed. Züblin AG, Stuttgart

High-Rise Tower industrial use h=246 m



ContentIntroduction

High Rise Projects

Construction

Facade, HVAC design



conclusions



High-Rise Buildings in USA using Structural - Steel

Copyright: www. Wikipedia.org

- Fire protection- Cost efficiency



Fire - Protection

Copyright: en.Wikipedia.org

- Structural fire protection- Preventive fire protection (e.g. Sprinkler)

Recommendations for High-Rise Buildings in Germany (Hochhausrichtlinie)

Structural fire protection:< 60m -> 90 min.> 60m -> 120 min.> 200m -> special recommendations



Fire test at University of Braunschweig

C50/60 with Plastic-fibres (3 kg/cbm)



Cost efficiency

Concrete is more cost efficient than structural steel



ContentIntroduction

High-Rise Projects

Construction

Facade, HVAC design



conclusions



Facade Technology of High-Rise Buildings

-Architectural point of view

-High Wind Loads

-Deformations between Structure and Facade

-Coordination of Structure and Facade

-Sun protection



© Zentrale Technik, Fassadentechnik (2014)

Alu-Glas-Einfach- und Doppel- Fassadenkonstruktion in Elementbauweise




Mounting of the facade elements



ADAC Head Quarter, Munich

Alu-Elementfassade als Doppelfassade mit Sonnenschutzeinrichtungen im FassadenzwischenraumDifferenzierter Einsatz von Sonnenschutzglas in „hochbelasteten Räumen“



TaunusTower, Frankfurt



TourTotal – Hochhaus, BerlinCopyright: Fa. Dressler Bau



HVAC Technology of High-Rise Buildings

-Elevator technic incl. Wind effects

-Smoke extractor

-Special fire protection - request

-High amount of air transport

-Coverage of the whole area



Coverage of the whole area

Roof HVAC

3. Floor HVAC



Upper West, Berlin

Hotel High-Rise Building34 floors h= 118 mUnder construction



SprinklerleitungSprinklerkopfBetonkerntemperierungLeerrohrLeerrohrdose

Upper West, Berlin



ContentIntroduction

High Rise Projects

Construction

Facade, HVAC design



conclusions



Structural innovations

-High strength reinforcement

-Precast concrete elements



Precast columns using High strength reinforcement



Precast columns

Details:

Dimensions:

• 38x45 – 4.OG-15.OG

• 38x38 – 16.OG-25.OG

• 38x30 – 26.OG-38.OG

Reinforcement:

• SAS 670/800 (14,6%)

• BSt 500

Beton C50/60

Butt joint

Precast columns using High Strength Reinforcement



Precast Column - Butt Joint



Precast Column - Erection



Precast Column - Hugh Strength Reinforcement



Column with maximum load carrying capacity

38 x 45 cm

4d43 + 6d57 mm

Precast Column - Test Equipement



Precast Column failure



Precast Column failure

with Butt Joint



Precast Column - Mortar layer after failure



TaunusTower, Frankfurt - Construction Sequence using Precast Elements



Construction Sequence each Floor is 4 days



Steel corbel from Peikko Comp. (PC-Konsole)



Erection of one beam in 11 minutes



Erection phases - no temporary stuts



Semi – Precast slab elements



ContentIntroduction

High Rise Projects

Construction

Structural, facade, HVAC design



conclusions



Structural Developements

Ultra – High – Performance – Concrete- less reinforcement

- high prestressing

- no cracking

- less weight

Precast Elements for Construction



Facade Developments



Erfassung der Einflüsseüber den Einsatz von Sensorik•Innentemperatur•Außentemperatur•CO2 -Gehalt•Luftqualität•Strömungsgeschwindigkeiten•Sonneneinstrahlung•Witterung / Wind•Präsenz / Raumbelegung•...

Auswertung derErfassungsdaten

Auslösung von Szenarien und Regelschemen durch Ansteuerung adaptiver Systeme

HaustechnischeEinrichtungen Fassade / Sonnenschutz

konstruktionsintegrierteFassadensysteme mitveränderbaren EigenschaftenIm Hinblick auf U-Werte, g- Werte und Lichtdurchlässigkeit

Facade Developments



Sustainability

Nachhaltiges Bauen heißt, ausgewogene Ziele zu definieren, die den ökologischen, wirtschaftlichen, technischen, gesellschaftlichen und kulturellen Bedürfnissen gerecht werden.

Nachhaltige Konzepte sind ganzheitlich und berücksichtigen über die Planungs- und Bau- phase hinaus die Möglichkeit zur Revitalisierung, zum Rückbau und zum Recycling. Im Vordergrund stehen das Denken und Handeln in Kreisläufen, die wirksame Nutzung der verfügbaren Ressourcen und der verantwortungsvolle Umgang mit ihnen. Der Entwicklung und Anwendung naturverträglicher Technologien wird Vorrang eingeräumt.



2/2013 – 4/2017

DGNB Gold

UPPER WEST, BERLIN

2/2007 – 3/2010

LEED Gold

OPERNTURM, FRANKFURT/MAIN

6/2011 – 7/2014

LEED Platinum

TAUNUSTURM, FRANKFURT/MAIN

9/2010 – 11/2012

LEED Gold

VODAFONE CAMPUS, DÜSSELDORF

Sustainability Certificates



Hyper-Green -TowerCopyright: Lafarge, France



ContentIntroduction

High Rise Projects

Construction

Structural, facade, HVAC design



conclusions



Thank you for your attention

high-rise buildings structures of today and...

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