Sicher in die Höhe bauen

Steigleitungen sollen vertikale Bauwerke wie die Frankfurter Bankentürme zuverlässig mit Strom, Wasser und Gas bis in die höchsten Stockwerke versorgen.
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Himmelhohe Kräne, überall wird gebaggert, gehämmert und betoniert. Der Bauboom in deutschen Großstädten hält an. Aufgrund der weiter steigenden Nachfrage nach innerstädtischen Wohnflächen ist ein Ende dieser Entwicklung mittelfristig nicht in Sicht. Weil die Urbanisierung Deutschlands stetig zunimmt und Neubauflächen knapp werden, empfehlen Stadtplaner, die vorhandenen Flächen durch Aufstockung zu verdichten. Für diesen Trend stehen etwa die Hochhäuserprojekte „Four“ in Frankfurt am Main, „kap“ in Offenbach oder der Ausbau der „HafenCity“ in Hamburg.

Herausforderungen im Hochbau

Die erfolgreiche Umsetzung von Hochbauprojekten ist von zahlreichen Einflussfaktoren abhängig und reicht von der Baugenehmigung über die statischen Berechnungen bis hin zur Auswahl geeigneter Baumaterialien. Ein wichtiger Faktor ist die zuverlässige Versorgung mit Strom, Wasser und Gas vom Erdgeschoss bis in das oberste Stockwerk. In hohen Gebäuden spielen Steigleitungen deshalb eine entscheidende Rolle. Um die Rohrleitungen schnell zu installieren und dauerhaft sicher betreiben zu können, setzen Bauunternehmen, Fachplaner und Ingenieure vermehrt auf genutete mechanische Verbindungssysteme.

Vor allem die höhere Flexibilität der genuteten Kupplungen, die eine kontrollierte lineare und winklige Bewegung erlauben, ist für Steigleitungen in Hochhäusern ein entscheidender Vorteil.
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Im Hinblick auf die Konstruktion von Hochhäusern gibt es eine Reihe potenzieller Herausforderungen, die Planer und Ausführer beachten müssen. Das betrifft insbesondere die thermische Bewegung und die daraus resultierenden Kräfte auf das Gebäude. Berücksichtigt werden müssen auch die seismischen Aktivitäten und vor allem das Kriechen des Betons in Folge der Bewegung und Umlagerung von Wasser im Zementstein. Bei Druckbelastung zeigt sich dieser Prozess insbesondere durch eine Gefügeumwandlung und Volumenverminderung des Betons. In der Folge sackt das Tragwerk ab, das betrifft hier vor allem die tragenden Säulen eines Gebäudes.

Im Hinblick auf das Leitungssystem und die Verbindungen der Rohre liegt das Hauptproblem in der Kompensation der thermischen Ausdehnung und Kontraktion, während gleichzeitig ein höherer Druck ausgeglichen werden muss. Die daraus entstehenden dynamischen Veränderungen des Rohrdurchmessers stellen normalerweise kein Problem dar. Schwieriger ist die Umsetzung einer konstruktiven Lösung, die auch bei einem Druck von 25 bar oder schwankender Wassertemperatur dauerhafte Betriebssicherheit gewährleistet. Gerade diese Aspekte gilt es bei der Auswahl der geeigneten Verbindungslösung zu berücksichtigen.

Steigleitungen müssen häufig auf engem Raum untergebracht werden. Genutete Rohrverbindungen ermöglichen bei großen und kleinen Bauprojekten entscheidende Platzersparnisse.
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Genutete statt traditionelle Rohrverbindung

Traditionelle Rohrverbindungsmethoden für Steigleitungen sind das Schweißen, Flanschen oder Gewindeschneiden. Eine Alternative stellen genutete mechanische Verbindungen dar. Vor allem die höhere Flexibilität der genuteten Kupplungen, die eine kon-trollierte lineare und winklige Bewegung erlauben, sind für Steigleitungen in Hochhäusern ein entscheidender Vorteil. Diese Verbindungen können nicht nur die thermische Ausdehnung und Kontraktion, sondern auch Vibrationen oder das Schwanken des Gebäudes ausgleichen.

Verantwortlich für diesen vergleichsweise hohen Bewegungsgrad ist die spezielle Konstruktion der flexiblen genuteten Verbindungen. Die Abmessungen des Gehäuseschlüssels der Rohrkupplung sind schmaler als die der Rohrnut, sodass Spielraum für Bewegungen bleibt. Darüber hinaus ermöglicht die Breite des Rohrkupplungsgehäuses eine Trennung der Rohrenden, wodurch die genutete Rohrverbindung die Bewegungen aufnehmen kann. Starre Schweißverbindungen benötigen hingegen entweder zusätzlichen Raum für den Einsatz von Dehnungsbögen, um die Rohrbewegungen abzufangen oder ausreichend Platz für das sternförmige Festziehen flexibler Flanschverbindungen.

Steigleitungen müssen häufig auf engem Raum untergebracht werden. Genutete Rohrverbindungen lassen bei großen und kleinen Bauprojekten entscheidende Platzersparnisse zu. So sind die Kupplungen von Victaulic kompakter als Flanschverbindungen und können somit näher zueinander installiert werden. Fehlerhafte Berechnungen beim Schweißen vor Ort können zu umfangreichen und teuren Nacharbeiten führen. Mit dem System von Victaulic besteht dieses Risiko nicht, denn es ermöglicht eine vollständige 360-Grad-Drehung der Rohr- und Systemkomponenten vor dem Festziehen. Dadurch ist eine korrekte Ausrichtung vor Ort umsetzbar. Neben den Platzeinsparungen bieten genutete Rohrverbindungen den Bauunternehmen zusätzliche Einsparpotenziale im Hinblick auf Zeit, Geld und Arbeitskraft. Die einbaufertige Konstruktion der Kupplungen ermöglicht besonders schnelle und einfache Installationen. So kann eine Rohrmontage innerhalb von fünf Minuten erfolgen, die mittels Schweißen 30 Minuten dauern würde. Auf diese Weise lassen sich die Prozessketten auf dem Bau deutlich beschleunigen und so die gesamten Projektkosten senken. Außerdem benötigen genutete Kupplungen weniger Arbeitskräfte und kommen ohne speziell qualifizierte Facharbeiter im Gegensatz zum Schweißen aus. Des Weiteren lassen sich die Rohre zuverlässiger und einfacher verbinden als beim Gewindeschneiden und Flanschen.

In einem Steigleitungssystem, das ausschließlich flexible Verbindungen verwendet, verteilen Anker die Bewegungskräfte über die Gebäudestruktur und lenken die Bewegungen der Rohre.
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Ausgleich thermischer Bewegungen

Die thermischen Bewegungen der Steigleitungen lassen sich mithilfe eines mechanischen Nut-Systems durch drei verschiedene Methoden ausgleichen. Eine Lösung stellen freischwebende Anwendungen am oberen Ende der Steigleitung dar. Starre Kupplungen werden am Steigrohr und zwei flexible Kupplungen an der horizontal angrenzenden Rohrleitung am oberen Ende der Steigleitung angebracht. Das Steigleitungssystem kann sich dadurch innerhalb der Konstruktionstoleranzen frei bewegen. Weitere Unterstützung bietet Victaulic auch in Bezug auf die Verteilung von Festpunktkräften in Zusammenarbeit mit den ausgewählten Befestigungs-Herstellern.

Bei der zweiten Methode kommen genutete Dehnungsbögen zum Einsatz. Diese Bögen benötigen bis zu zwei Drittel weniger Platz als geschweißte u-förmige Dehnungsbögen. Erzwungene Biegungen wie bei geschweißten Rohren sind nicht erforderlich. Anders als bei genuteten Dehnungsbögen benötigen geschweißte Dehnungsbögen für die Montage acht Schweißverbindungen, weshalb deutlich stärkere Kräfte und Spannungen auf die Verbindung wirken. Für die geschweißten Lösungen sind daher größere Verankerungen und Führungen notwendig, um die Bewegungen zu lenken.

Die dritte Methode ist die Verwendung genuteter Kompensatoren anstelle traditioneller In-Line-Kompensatoren. Die klassische Variante benötigt normalerweise Verschleißteile; außerdem empfehlen die Hersteller Wartungszyklen von fünf Jahren. Da fertiggestellte Steigleitungen für Montagearbeiter nur schwierig zugänglich sind, entstehen hierdurch langfristig hohe Folgekosten. Genutete Kompensatoren wie etwa Victaulic Style 155 kommen dagegen über die gesamte Lebensdauer des Steigleitungs-Systems hinweg ohne Wartungen aus.

Anker leiten Bewegungskräfte

In einem Steigleitungssystem, das ausschließlich flexible Verbindungen verwendet, werden die Leitungen mit Festpunkt-Ankern an der Ober- und Unterseite installiert. Um Winkelablenkungen an den Verbindungsstellen innerhalb des Rohrleitungsverlaufs zu verhindern, werden alle Rohrleitungen konventionell mit Gleitlagern geführt. Die Anker verteilen die Bewegungskräfte über die Gebäudestruktur und übernehmen die wichtige Aufgabe, die Bewegungen der Rohre zu lenken. An der Stelle, an der sich die Rohranker befinden, kommt es nicht zu Differentialbewegungen zwischen der Rohrleitung und der Gebäudestruktur; somit dehnt sich das Rohr dort nicht thermisch aus oder zieht sich zusammen. Auf diese Weise kann der Konstrukteur prüfen, wie und wo die Bewegung im System auftritt und die geeignete Lösung zur Anpassung an diese Bewegung finden.

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Die Konstruktionsweisen hoher Bauwerke entwickeln sich stetig weiter und mit ihnen das Design der Steigleitungen. Die Rückmeldungen der Anwender zu berücksichtigen ist bei diesem Prozess für die Hersteller ein wichtiges Kriterium, um dauerhaft hohe Qualitätsstandards gewährleisten zu können. Beispielsweise führt Victaulic aufgrund der hohen Nachfrage der Auftragnehmer nun auch seine genuteten Verankerungen für Steigleitungen Nr. A10 als Standardprodukt. Die Hauptfunktionen dieses Ankers bestehen darin, die Gewichte und Kräfte zu tragen, die nach unten bis zur Basis des Steigrohrs wirken, und das Steigrohr mit dem Rest der Struktur zu verbinden.

Fazit

Genutete Systeme bieten für Steigleitungen mehr Flexibilität, Zuverlässigkeit sowie eine schnellere und einfachere Installationsweise als klassische Methoden der Rohrverbindung. Nutverbindungen benötigen weniger Platz und gleichen nicht nur die thermische Ausdehnung und Kontraktion aus, sondern auch Vi-brationen innerhalb der Rohrleitung oder ein mögliches Schwanken des Gebäudes. Daraus resultieren finanzielle und zeitliche Einsparmöglichkeiten für die Bauunternehmer. Aus diesen Gründen wird die Nut-Technologie im Steigleitungsbau in Zukunft voraussichtlich vermehrt zum Einsatz kommen.

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