TAO-Machbarkeitsstudie für "The Flake" - das größte „In-House-Winter-Resort“- der Welt

Das Resort „Flake" ist die Idee, in der größten Halle oder dem größten Gebäude der Welt eine Winterlandschaft mit optimalen Skisport-Möglichkeiten zu realisieren. Auch ein Einkaufszentrum ist im Inneren des Gebäudes vorhanden sowie ein Hotel und Chalets im traditionellen Schweizer Stil.

Dies war die erste Idee – aber kann so etwas auch gebaut werden? Ist das überhaupt möglich?

The Flake: Das Gebäude hat die Form einer Schneeflocke.
The Flake: Das Gebäude hat die Form einer Schneeflocke. Rechts: Favorisierte Variante C, vorgespanntes Membrandach, isometrische Ansicht vorgespannte Membrankonstruktion, siehe auch Kapitel "Strukturelle Stabilität und Sicherheit".

Die TAO-Group mit Prof. Dr. Bernd-Helmut Kröplin und TAO-Ingenieuren wurden engagiert, um eine detaillierte Gebäudekonzeption und eine Machbarkeitsstudie zu erarbeiten.

Diese Machbarkeitsstudie umfasst zwei Teilgebiete geteilt:

  • Energetische Auslegung sowie
  • Statische Vorberechnung

Aus dieser umfangreichen Machbarkeitsstudie (ein ganzes Buch!) wurden die folgenden Informationen entnommen.

Die energetische Auslegung betrachtet die Heizung bzw. die Kühlung der Wohnräume, der Bereiche für Freizeitaktivitäten sowie der Einkaufsgalerie. Hinsichtlich der technischen Machbarkeit gibt es eine vorläufige Abschätzung mit Bezug auf eine autonome Energieversorgung, die Kapazität der Frischwassererzeugung, die strukturelle Stabilität und Sicherheit - und natürlich eine Schlussfolgerung aus beiden Studien hinsichtlich Realisierbarkeit.

Der geplante Entwurf der Flake hat Platz für 245 Chalets
Der geplante Entwurf der Flake hat Platz für 245 Chalets (grün) in der Winterlandschaft und Häuser (rot) mit einer durchschnittlichen Größe von je 350 m². Das Einkaufszentrum ist im Inneren der Flake-Halle (innerhalb des Schneeberges).

Nachfolgend einige Details zum Gebäude-Konzept „The Flake“

Das Gebäude mit 6 Bögen, einer Spannweite von 900 m und einem Gesamtgewicht der Konstruktion von 350.000 t ist weltweit eine absolut einzigartige Konstruktion. Aktuell hat die größte Bogenbrücke, die Lupu-Brücke in Shanghai, China eine Spannweite von 550 m und ein Gewicht von 35.000 t. Die größte Kuppel der Welt, der Superdome in New Orleans, USA hat eine Spannweite von 200 m.

Grundriss (links) und die hexagonale Konstruktion mit ihren 6 tragenden Bögen (rechts)
Grundriss (links) und die hexagonale Konstruktion mit ihren 6 tragenden Bögen (rechts)

Heutzutage ist es möglich, eine Kuppel um den Faktor 4 größer zu bauen, weil vorgespannte Strukturen und vorgespannte Seilnetze im Dach eingesetzt werden können.

Das Gebäude erstreckt sich über eine Fläche von 318.300 m² Innenfläche und eine Gesamtfläche von 526.000 m² mit einer hexagonalen Struktur aus 6 Bögen von 900 m Spannweite, die in radialer Weise angeordnet sind. Das Dach wird von Solarzellen auf einer vorgespannten Membran bedeckt. Die Solarzellen liefern die elektrische Energie für den Betrieb einer Indoor-Winterlandschaft mit einem 200 m hohen Berg bei -5 ° C im Sommer als auch für die Versorgung der Gebäudehülle, Einrichtungen für Sport- und Wellness sowie die energetische Versorgung einer Einkaufs-Mall. Um eine Atmosphäre von "echtem" Winter zu erzeugen, soll Schnee von der Decke fallen können.

Ein Ziel der TAO-Machbarkeitsstudie war auch die Berechnung, ob die Solarzellen ausreichend Energie generieren, um die "Flake" ohne externe Energiequellen autonom betreiben zu können (für weitere Details siehe die TAO-Machbarkeitsstudie).

Strukturelle Stabilität und Sicherheit

Der erste Entwurf des Gebäudes geht von einem von Stützen und Pfeilern freiem Innenraum aus. Prof. Dr. Bernd-Helmut Kröplin (ehemaliger Leiter des Instituts für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen der Universität Stuttgart; i.R.) und sein TAO-Team haben dafür in Kooperation mit Partner-Architekten eine Lösung gefunden: Um die auftretenden extremen Spannweiten zu bewältigen, wurden 3 verschiedene vorgespannte Varianten A, B, C generiert und untersucht. Variante C wurde danach favorisiert: Das Dach ist als eine vorgespannte Membran konzipiert, die zwischen den Bögen durchgeführt wird. Aus Gründen der Ästhetik und der strukturellen Stabilität werden die Enden der Bögen in drei Lagern verankert, die wiederum durch ein Kabel unter dem Boden miteinander verbunden sind. Das Ergebnis ist eine leichte, elegante und ästhetisch optimierte Dachkonstruktion. Die Verteilung der Biegemomente wird der folgenden Grafik angegeben.

Konstruktions-Variante C: Biegemomentenverteilung
Konstruktions-Variante C: Biegemomentenverteilung

Ein Blick in die Zukunft:

Im Jahr 2013 entwickelte die TAO-Group ein neues solarthermisches Energiespeichersystem, das zu Heiz- und auch Kühlzwecken verwendet werden kann. Dieses innovative Speichersystem kann auch für zukunftsweisende Bauten und Konstruktionen wie die „Flake“ eine spezielle Energieversorgung verfügbar machen. Die Synergien zwischen dem neuen TAO-Energiespeichersystem und neuen Solarkollektoren auf der Grundlage von Membran-Technologien liegen auf der Hand und werden die Energiebilanz der Flake zusätzlich positiv verändern. Für weitere Informationen zum Speichersystem siehe “Eisbärbauten”.