Tianjin Westbahnhof

Im Zuge der Neuplanung zahlreicher Hochgeschwindigkeitstrassen im chinesischen Bahnnetz wurden und werden zahlreiche neue Bahnhöfe errichtet. Auf der hochfrequentierten Verbindung zwischen Peking und Shanghai befindet sich die Industriestadt Tianjin. Mit dem neuen Westbahnhof entsteht ein Verkehrsknotenpunkt in einer Starkbebenregion, der den Regionalverkehr der 12 Mio. Metropole sowie ein umfangreiches Bahnnetz zur Erschließung der Umgebung mit dem Fernverkehr verknüpft.

Zusammen mit den Architekten von Gerkan, Marg und Partner (gmp) aus Berlin und Peking wurde ein Entwurf für einen 24-gleisigen Bahnhof entwickelt. Die zentrale Verbindungsachse quer zu den Gleisanlagen bildet eine etwa 370m lange Bahnhofshalle in Form eines 120m breiten und 40m hohen Tonnendaches. Klare architektonische und ingenieurtechnische Konzepte verleihen dem Bahnhof seine dynamische Form und seinen Landmarkcharakter und haben wesentlich zum Gewinn des Wettbewerbes im Jahre 2007 beigetragen. Nach einer Planungsphase von eineinhalb Jahren wurde der Bahnhof mit allen umliegenden Anlagen in einer Zeit von 2009 bis 2011 erbaut und befindet sich seither in Nutzung.

Maßgeblich für die Bemessung und Konstruktion des Tragwerks sind erhebliche Erdbeben- und Windlasten. Für das Konzept des Tonnendaches wurden mehrere Möglichkeiten der Auflösung eines geschlossenen Halbzylinders in eine netzartige Hülle untersucht. Eine rautenförmig geschnittene Stahlbaustruktur wurde gewählt, um die Schale in Quer- und Längsrichtung ohne zusätzliche Elemente auszusteifen. Um eine klare aber ruhige Linienführung zu erhalten, wurden für die entstehenden Rippen geschweißte Hohlkastenprofile bevorzugt.

Der kontinuierlich veränderliche Kastenquerschnitt mit 0.5m Breite und 3m Höhe am Fuß und einem Querschnitt mit umgedrehtem Seitenverhältnis am Scheitel des Daches wurde aus unterschiedlichen Gründen gewählt. In Querrichtung erzeugen die Erdbeben- und Windlasten hohe Biegemomente am Fußpunkt. Der Hohlkasten benötigt somit eine hohe Querschnittshöhe an dieser Position. Dem Momentenverlauf folgend kann der Querschnitt nach oben verjüngt werden. In Querrichtung wird die Schale über Biegung ausgesteift.

Durch die rautenförmigen Streben entsteht eine Art aussteifendes Fachwerk in Längsrichtung. Bei traditioneller Konstruktion mit Stützen und Riegeln wären bei der gegebenen Länge des Tragwerkes hohe Temperatur- und Zwangskräfte maßgeblich zu berücksichtigen. Durch die Schlankheit der Querschnitte in dieser Richtung wird die Schale aber nahezu unempfindlich für aufgeprägte Verformungen. Die Segmente am Fuß der Schale überbrücken flexibel die Bauwerksfugen im daruntergelegenen Massivbau. Zudem ergibt die Anordnung eines biegesteifen Anschlusses am Fuß die wirtschaftlichste Schalenkonstruktion unter Beachtung aller Verformungskriterien. Die gesamte Schale kann ohne jegliche Fugen und Lager ausgeführt werden und ist somit eine der größten integralen Hallenkonstruktionen der Welt.

Am Scheitel der Zylinderschale kann der Querschnitt in die Breite entwickelt werden, um das Verhältnis aus Verformungs- und Anregungsverhalten im Erdbebenfall positiv beeinflussen zu können. Durch die gewählte Tragwerksform werden auch architektonische Konzepte mit gewünschter Transparenz im unteren Bereich sowie eine verschattende Wirkung im oberen Bereich des Tonnendaches wirksam unterstützt.

Eine wesentliche Aufgabe bestand darin, die komplex erscheinende Struktur mit schräg und gekrümmt verlaufenden kontinuierlich wechselnden Querschnitten dennoch mit vertretbarem Aufwand herstellen zu können. Für diesen Zweck wurde die Querschnittsgeometrie so angepasst, dass alle Stegbleche der Hohlkästen eben und alle Flanschbleche lediglich einsinnig im Kreisbogen gekrümmt sind. Die Flächen lassen sich somit abwickeln und einfach fertigen. In den Zentralbereichen der Tonne entstehen lediglich vier Arten von Knoten. Die gewählten technischen Lösungen ermöglichten es, den gesamten Bahnhof in etwa zwei Jahren zu errichten.

Die auskragenden Randbereiche werden durch Zugbänder in der Dachebene mit dem Innenbereich des Daches verbunden. Die gesamte Struktur wurde vorverformt, um im Endzustand die gewünschte Zylindergeometrie zu erhalten. Die Stirnflächen des Bahnhofdaches werden mit einer strahlen- und ringförmig angeordneten Fassade verschlossen. Für die Verbindung zum Tonnentragwerk wurde lediglich eine Horizontalkraftkopplung in Längsrichtung der Schale vorgesehen. Dadurch wurde die Interaktion von Schale und Stirnfläche auf ein Minimum reduziert und somit die gewünschte filigrane Fassadenstruktur erzeugt.

Das Dach des Tianjin Westbahnhofs ist ein herausragendes Beispiel für moderne integrale Hallentragwerke, die die Symbolkraft der großen historischen Bahnhofsbauten aus der Gründungszeit der Eisenbahn aufgreifen und mit modernen Konzepten in die Zukunft entwickeln.

Erläuterungsbericht von Sven Plieninger / Rüdiger Weitzmann (sbp) zur Einreichung beim Ingenieurbau-Preis 2013