Finalist für das Projekt des Jahres und Bester Sport/Unterhaltung: Tianfu Agricultural Exposition

Die hoch aufragenden Gewölbe sind die größten Holzkonstruktionen in Asien, einige haben eine lichte Spannweite von mehr als 450 Fuß. Foto mit freundlicher Genehmigung von StructureCraft

Als Ausdruck des Potenzials des Holzbaus geht die Tianfu Agricultural Exposition bis an die Grenzen des Möglichen. Die fünf Gewölbe des Projekts sind die größte Holzkonstruktion Asiens und eine der größten der Welt. Sie bestehen aus hoch aufragenden Holzgurten, die mit Stahlgewebe verankert sind und alle von vorgespannten ETFE-Membranen umgeben sind.

Massivholzkonstruktionen sind in China selten, aber die Designer des Designbüros China Architecture Design & Research Group (CADG) wollten etwas, das die nachhaltige Botschaft und die natürliche Umgebung der landwirtschaftlichen Ausstellung widerspiegelt. CADG arbeitete mit dem Bauingenieur StructureCraft an den unverwechselbaren Designs der Gewölbe, zu denen 3.500 einzigartig gebogene Brettschichtholzelemente gehören. „Die Feuerbeschränkung für Baumaterialien in China ist das größte Hindernis für die Förderung von Holzkonstruktionen“, erklärt Cui Kai, Chefarchitekt bei CADG. „Möglich wurde dieses Projekt dadurch, dass die Räume unter den Gewölben als Außenraum definiert wurden. Nur wenn die Gewölbe als Nicht-Gebäudestrukturen betrachtet wurden, konnten wir die Beschränkungen der Brandschutzbestimmungen umgehen.“ Diese „Exteriorisierung“ des Raums passe auch zum Zweck der Strukturen als Ausstellungsflächen für landwirtschaftliche Produkte und andere halb im Freien stattfindende Aktivitäten, fügt er hinzu.

Nachdem Bedenken hinsichtlich des Brandschutzes und seismischer Probleme angesprochen wurden, bestand die größte Herausforderung darin, die 3D-Entwürfe in etwas zu übersetzen, das von Arbeitsteams zusammengebaut werden konnte, die möglicherweise nur über begrenzte Erfahrung im Massivholzbau verfügen. Darüber hinaus schränkten COVID-19-bedingte Reisebeschränkungen die Möglichkeiten für Ingenieure des in Kanada ansässigen Unternehmens StructureCraft ein, die Baustelle persönlich zu besuchen.

„Wir haben in Rhino ein vollständiges, hochdetailliertes Fertigungsmodell erstellt, das fast die gesamte Bausequenz steuern konnte“, sagt Lucas Epp, Vizepräsident und technischer Leiter des in Abbotsford, BC, ansässigen Unternehmens. „Aber wie sagt man Hunderten von Arbeitern in China, wie man das baut, wenn wir während des Baus nur eine Person aus unserem Unternehmen nach China bringen konnten?“

Foto: Kang Kai

StructureCraft hatte zuvor bereits an anderen Projekten in China semi-remote gearbeitet, das Tianfu-Projekt hatte jedoch eine andere Größenordnung. Das Unternehmen entschied sich dafür, die Brettschichtholzsegmente in Europa vollständig vorzufertigen, sie dann in Containern zu verpacken und montagefertig nach China zu versenden. „Alle Elemente wurden vorab CNC-gefräst, auf die richtige Größe zugeschnitten, bis hin zu den Schraubenlöchern und allem“, sagt Epp.

Das machte die Konstruktion der Strukturelemente jedoch nicht weniger aufwändig. „Ein normales Fachwerksystem wäre das traditionelle Design, aber der Architekt wollte das Fachwerkgewebe entfernen“, erklärt Epp. Bei dem resultierenden Entwurf besteht jeder Bogen aus einem einzelnen Untergurt mit zwei Obergurten, die durch einfaches Stahlgewebe verbunden sind. Stahlbasisverbindungen an jedem Ende eines Bogens übertragen die Sehnenkräfte über Stahleinbettungsplatten in die Betonfundamente der Gewölbe. Das vereinfachte Design ermöglichte den Versand der Brettschichtholzelemente in Standard-Versandbehältern.

Foto: JI Li

Die aus Europa eingetroffenen vorgefertigten Komponenten der Bögen wurden vor Ort in China zu Baugruppen zusammengesetzt und dann vor Ort mit Kränen an ihren Platz gehoben. Die größten Bögen haben eine lichte Spannweite von bis zu 450 Fuß und sind fast 150 Fuß hoch. „Da es sich um riesige Strukturen handelt, konnten wir die Erstellung der Werkstattzeichnungen [aus dem 3D-Modell] automatisieren“, sagt Epp. „Es waren fast 15.000 Werkstattzeichnungen, alle automatisiert.“

Mithilfe von Procore war StructureCraft in der Lage, sich mit den Arbeitern in China über den Status jedes einzelnen Teils der Bögen abzustimmen und etwaige Schäden oder Herstellungsfehler zu dokumentieren. „Durch den Einsatz von Procore konnten wir jedes einzelne Teil mit einem Hyperlink versehen, in eine bestimmte Baugruppe eintauchen, einen Drilldown in dieses Teil durchführen und die Werkstattzeichnung sehen“, sagt Epp. Die Arbeiter in China luden Fotos von jedem Teil hoch, sobald es ankam und installiert wurde, und fügten die Bilder in Procore hinzu. „Sie luden ein Bild in Procore hoch und wir sahen es eine Minute später auf unserem iPad“, sagt Epp.

Foto: Structurecraft

Die Montage der massiven Holzgewölbe wurde außerdem durch einen anspruchsvollen Projektzeitplan erschwert, der vorsah, dass die Innenräume der Gewölbe ausgebaut wurden, während die Gewölbe darüber noch errichtet wurden. Laut Epp führte dies zu einigen schnellen Überarbeitungen der Inszenierungsbemühungen, da sich herausstellte, dass die geplanten Stütztürme für die Bögen an Stellen angebracht waren, die nicht mehr zugänglich waren. „Wir verwendeten diese dynamischen Stütztürme mit vielen verstellbaren Stützen und Scharnieren, damit sie in verschiedenen Winkeln der Gurte funktionieren konnten“, sagt er. Für die Montage der Gewölbe waren sechs der 15 Kräne vor Ort erforderlich, darunter einige 500-Tonnen-Raupenkrane.

Foto: Structurecraft

Während Massivholz in China, wo Baustahl und Beton weit verbreitet sind, immer noch an Akzeptanz gewinnt, erregt das Tianfu-Projekt laut Epp bereits Aufmerksamkeit. „Dies ist ein Meilenstein für Holz in China“, sagt er. Zu den nationalen Prüfausschüssen für Erdbeben- und Brandschutznormen, die dem Projekt zustimmten, gehörten Architekten und Ingenieure aus ganz China – die erkannten, dass es möglich war, fügt Epp hinzu. „Wir wollten, was der Architekt wollte – eine nachhaltige Vision. Und wir fanden, dass die technischen Herausforderungen überwindbar waren.“

Cui Kai von CADG stimmt zu. „Der Erfolg dieses Projekts hat die Aufmerksamkeit einer großen Anzahl von Kunden, darunter lokale Regierungen und Entwickler, auf sich gezogen, da es den nationalen Strategien einer umweltfreundlichen und kohlenstoffarmen Entwicklung entspricht“, sagt er. „Ich glaube, dass die Holzmassivbau-Designansätze in Zukunft mehr Anwendungsmöglichkeiten erhalten werden.“

Jeff Rubenstone ist stellvertretender Redakteur für Nachrichten und Technologie beim Engineering News-Record. Als Nachrichtendirektor von ENR überwacht er die Berichterstattung der Publikation und berichtet auch über neue Technologien und Innovationen im Baubereich. Mit mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung in der Berichterstattung über die Branche verfügt Jeff über einen breiten Hintergrund im Ingenieur- und Baujournalismus. Er lebt in New York City.