UNILEVER DEUTSCHLANDZENTRALE

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1 Ingenieure für Brandschutz UNILEVER DEUTSCHLANDZENTRALE Von Dr.-Ing. Jochen Zehfuß und Dipl.-Ing. Matthias Stamm, hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Zurzeit entsteht im südwestlichen Teil der Hamburger HafenCity die neue Unilever Deutschlandzentrale. Das Unternehmen ist weltweit einer der größten Hersteller von Markenartikeln - dazu gehören u. a. Knorr, Bertolli, Langnese, Lipton, Axe, Dove und Rexona. Seit 2007 wird direkt am Strandkai gebaut: In dem siebengeschossigen Bürogebäude sollen bereits in diesem Jahr rund Mitarbeiter arbeiten. Der Entwurf für die organisch-skulpturale Gebäudeform stammt vom Büro Behnisch Architekten aus Stuttgart. Das architektonische Konzept stellt vor allem ökologische Aspekte in den Vordergrund: Neben der Kühlung mit Hilfe von Grundwasser wird das Gebäude durch eine umhüllende Membran-Fassade optimal vor Windund Sonneneinflüssen geschützt. Das Innere des Gebäudes zeichnet sich durch ein großzügiges Atrium aus, das sich über alle Ebenen erstreckt. Verbunden werden die verschiedenen Stockwerke durch zahlreiche Stege und Treppen. So entsteht eine offene Atmosphäre, die sowohl für die interne Kommunikation als auch für das Energiekonzept eine entscheidende Rolle spielt. Die neue Unternehmenszentrale mit knapp Quadratmeter oberirdischer Bruttogeschossfläche vereint aber nicht nur Büros und Konferenzräume. Das Erdgeschoss besteht aus einer öffentlichen Passage mit einem Café, Shops und einer Versuchsküche. Zu dem Gebäudeensemble gehört zudem der so genannte Marco-Polo-Tower, ein Wohngebäude mit 16 Stockwerken, in dem 58 Eigentumswohnungen entstehen werden. Über die dazugehörigen Marco-Polo-Terrassen ist das Flanieren bis zur historischen Kaianlage an der Elbe möglich. Realisiert werden beide Bauvorhaben von der HOCHTIEF Projektentwicklung, Niederlassung Nord in Hamburg. Detaillierte Angaben zum Gebäude Der ungleichförmige Baukörper des Bürogebäudes besteht aus zwei Untergeschossen und sieben oberirdischen Etagen. Die Fußbodenoberkante des höchstgelegenen Stockwerks befindet sich 21,90 Meter über dem Erdboden - damit wird die Hauptverwaltung als Gebäude der Gebäudeklasse 5 eingestuft und fällt nicht in den Bereich des Hochhausrechts. Realisiert wird das Gebäude mit einer Doppelfassade. Diese besteht innen aus einer Element- Fassade und einer vorgelagerten Stahlkonstruktion, die mit einer ETFE-Kunststoff-Membran bespannt ist. Alle oberirdischen Geschosse werden durch das zentral gelegene Atrium miteinander verbunden, welches auch für Veranstaltungen mit maximal Personen genutzt werden kann. Das Dach über dem Atrium besteht aus einer teilweise transparenten, faltdachähnlichen Stahl- und Glas- hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH Hauptsitz: Rotherstraße Berlin Phone +49 (0) Fax +49 (0) @hhpberlin.de Amtsgericht Berlin-Charlottenburg HRB Geschäftsführer: Dipl.-Ing. Margot Ehrlicher, Dipl.-Inf. BW (VWA) Stefan Truthän, Dipl.-Ing. Karsten Foth Beirat: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Hosser, Dr.-Ing. Karl-Heinz Schubert Bankverbindung: Deutsche Bank P+G AG BLZ Konto-Nr IBAN-Nr. DE Swift-Code: DEUTDEDBBER Ust-IdNr. DE

2 konstruktion. Der ebene, begehbare Teil wird als Flachdach in Stahlbetonbauweise realisiert und anschließend begrünt. Die neue Unilever Deutschlandzentrale in der Hamburger HafenCity machte eine außergewöhnliche Planung des Brandschutzes notwendig Behnisch Architekten Die unterirdischen Ebenen der neuen Unilever Hauptverwaltung werden überwiegend als Tiefgarage genutzt. Zusätzlich sollen auch Lager- und Technikflächen sowie Umkleiden zur Verfügung stehen. Im Erdgeschoss ist neben einem Supermarkt und einem Café auch ein Mitarbeiterrestaurant mit Küchen-, Anliefer- und Lagerbereichen sowie ein Dove-Spa-Shop geplant. In den darüber liegenden Ebenen werden Großraum- bzw. Kombibüros mit Flächen von bis zu 900 Quadratmetern eingerichtet. Gemäß der Hamburgischen Bauordnung (HBauO) wird der Gebäudekomplex als Sonderbau eingestuft. Dies begründet sich in der Ausdehnung der einzelnen Geschossflächen über mehr als Quadratmeter, der Größe der Büroräume mit mehr als 400 Quadratmetern sowie dem Veranstaltungsbereich im Erdgeschoss - also einer Versammlungsstätte. Die Tiefgarage wird gemäß Garagenverordnung als geschlossene Tief- bzw. Großgarage bewertet. Brandschutzkonzept für die Deutsche Unilever Hauptverwaltung Im Gebäude der Firmen-Hauptverwaltung sind fünf Treppenräume vorgesehen, so dass sämtliche Rettungswege aus den Ober- und Untergeschossen baulich sichergestellt werden können. Gemäß der HBauO müssen die Rettungswege von jeder Stelle eines Aufenthaltsraumes in einer Entfernung von weniger als 35 Metern erreichbar sein. Bei den Büroeinheiten kann diese Anforderung ausnahmslos erfüllt werden. Seite 2

3 Da das Atrium auch für Events genutzt werden soll, muss hierfür auch die Versammlungsstättenverordnung (VStättVO) berücksichtigt werden. Vorgeschieben ist, dass ein Ausgang von jedem Besucherplatz bzw. von jeder Stelle des Foyers nicht mehr als 30 Meter entfernt sein darf. Dabei ist die Entfernung mit der Strecke gleichzusetzen, die tatsächlich gelaufen werden muss. Im Atrium der Unilever-Verwaltung beträgt diese Lauflänge teilweise bis zu 36 Meter. Da der Eventbereich allerdings mehr als 25 Meter hoch ist, gilt eine Ausnahmeregelung der VStättVO: Bei derart hohen Räumen sind Rettungsweglängen von bis zu 60 Metern zulässig. Die HBauO sieht vor, dass alle tragenden Wände, Pfeiler, Stützen und Aussteifungen eine feuerbeständige Qualität (sprich F 90) besitzen müssen. Da das Atrium aber komplett gesprinklert wird und eine direkte Beflammung nicht zu erwarten ist, können die Stützen, Rampen und Stege sowie das Dachtragwerk des Gebäudes in feuerhemmender Qualität (F 30) realisiert werden. Nach Sonnenuntergang erleuchtet die Unilever Deutschlandzentrale imposant das Elbufer Behnisch Architekten Seite 3

4 Die Wände, die das Atrium als Versammlungsstätte umschließen und von den Büroeinheiten abtrennen, sind gemäß VStättVO feuerbeständig auszuführen. Um in dem Veranstaltungsbereich jedoch eine große Transparenz und gute Belichtungsverhältnisse zu erreichen, wurden große Teile dieser Trennwände in Form von (z. T. zu öffnendem) Verbundsicherheitsglas ohne Feuerwiderstandsqualität geplant. Mögliche Bedenken, es könne zu einem geschossweisen Brandüberschlag kommen, konnten aufgrund der flächendeckenden Sprinklerung ausgeräumt werden. Im zentralen Atriumraum werden in Teilbereichen offene Sprinklerdüsen angeordnet, so dass eine vollflächige Abdeckung der Eventfläche mit automatischen Löschanlagen sichergestellt ist. Die Sprinkleranlage kann während der Betriebszeiten über einen manuellen Handauslöser angesteuert werden - außerhalb der Betriebszeiten aktivieren Linearmelder die Anlage. Mit Hilfe einer Rauchgassimulation konnte nachgewiesen werden, dass eine Rauchausbreitung vom Atrium in die Büroeinheiten nicht zu befürchten ist. Die Sprinkleranlage kompensiert damit nicht nur den Verzicht auf Brandwände sowie die reduzierten Anforderungen an den Feuerwiderstand der Bauteile. Sie ermöglicht außerdem die zu öffnende Verglasung des Atriums und verhindert den vertikalen Brandüberschlag über die außen liegenden Doppelfassaden. Darüber hinaus kann auf notwendige Flure und Schleusen, die vor den Treppenräumen der Großraum- bzw. Kombibüros liegen, verzichtet werden. Somit werden durch die Sprinkleranlage zahlreiche bauliche Brandschutzmaßnahmen überflüssig. Die anlagentechnischen Brandschutzmaßnahmen tragen also - in Kombination mit den rechnerischen Nachweisen aus dem Bereich der Ingenieurmethoden sowie einem innovativen Brandschutzkonzept - dazu bei, den architektonischen Entwurf in vielerlei Hinsicht optimal zu realisieren. Rauchgassimulation für das Atrium Veranstaltungen werden ihren Platz insbesondere im Atrium des Unilever-Gebäudes finden. Die Eventfläche erstreckt sich über ca. 550 Quadratmeter. Werden alle Flächen im Erdgeschoss berücksichtigt, stehen sogar bis zu 800 Quadratmeter zur Verfügung. In Abstimmung mit der Bauaufsichtsbehörde wurde gemäß VStättVO festgelegt, dass das Atrium im Brandfall bis zu einer Höhe von mindestens 2,50 Meter rauchfrei bleiben muss. Diese Anforderung konnten verschiedene Brandszenarien nachweisen, die mit computergestützten Feldmodellberechnungen simuliert wurden. Angenommen wurde ein Brand im Erdgeschoss, da hier - im Vergleich zu Bränden in anderen Ebenen - das größte Rauchgasvolumen entsteht. Für die brandschutztechnische Bemessung des Dachtragwerks untersuchte hhpberlin die Brandentstehung in einem Büro im obersten Stockwerk. In diesem Fall sind die höchsten Temperaturen im Dachbereich zu erwarten. Für die Berechnungen verwendete hhpberlin das anerkannte CFD-Modell FDS (Fire Dynamics Simulator). Dabei wurde das Gebäude rechnerisch in zahlreiche Elemente (Raumwürfel bzw. Gitterzellen) unterteilt und gerastert. Anschließend simulierte man die durch den Brand verursachten Raumströmungen mit Hilfe der numerischen Lösung von Differentialgleichungen der Impuls- und Energieerhaltung sowie des Drucks. Anhand der Simulationen konnte die Entwicklung der Rauchausbreitung und die Reduktion der Sichtweite untersucht werden. Eine Rauchgassimulation beschreibt den Rauch als Medium, das zunächst im Bereich der Verbrennungszone entsteht und sich anschließend durch auftriebsbehaftete Strömungen ausbreitet. Die Entwicklung des Rauches kann von Ventilationsströmungen beeinflusst werden, die durch offene Fenster und Türen oder mechanische Ventilationssysteme entstehen. Lokale Wirbel und Rauchwalzen können die Folge sein. Solche Phänomene lassen sich bisher ausschließlich mit Hilfe von CFD-Modellen hinreichend simulieren. Seite 4

5 Für die Simulationen bei der Unilever-Hauptverwaltung wurde der gesamte Kernbereich des Gebäudes abgebildet - also das Atrium mit Dach sowie die daran angeordneten Funktionsflächen der Ebenen 0 bis 6. Es wurde angenommen, dass Zuluft über die Eingänge im Norden, Süden und Osten nachströmt und das Atrium mittels Rauchabzugsventilatoren mechanisch entraucht wird. Für die Berechnung der Strömungsvorgänge sowie die korrekte Abbildung der Temperaturverteilung musste das Rechengitter sehr fein eingeteilt werden. In Abstimmung mit der Bauaufsichtsbehörde wurde das Gitter in 0,25 Meter- (im Brandnahbereich) bzw. 0,50 Meter-Schritten (im übrigen Gebäude) eingeteilt. Durch die feine Auflösung ergab sich eine Gesamtzahl von mehreren Millionen Zellen. Die Simulationen gingen davon aus, dass nach spätestens drei Minuten die Entrauchungsventilatoren in Betrieb gehen und die Nachströmöffnungen geöffnet werden. Insgesamt begrenzte hhpberlin die Simulationen auf eine Branddauer von 20 Minuten, da nach dieser Zeit stationäre Verhältnisse herrschten und die Rauchschicht ihre maximale Dicke erreicht hatte. Die Rauchgassimulationen ergaben, dass sich unter dem Dach des Atriums eine Rauchschicht bildet, die sich über die Ebenen 2 bis 6 erstreckt. Die Konzentration des Rauchgases unterhalb der Ebene 2 ist sehr gering, so dass im Brandfall ausreichende Sichtverhältnisse herrschen. Der untere Bereich des Atriums - in den Ebenen 0 und 1 - liegt also komplett in der raucharmen Schicht. Damit wurde nachgewiesen, dass eine raucharme Schicht von mindestens 2,50 Meter bzw. eine ausreichende Rauchverdünnung gewährleistet ist. Die Simulation des Brandes in der obersten Ebene ergab, dass die Temperaturen im Dachbereich maximal 200 C erreichen. Die im Dachbereich angeordneten Entrauchungsventilatoren wurden daher für eine Temperaturbeständigkeit von 300 C ausgelegt. Der architektonische Entwurf konnte dank eines schutzzielorientierten Brandschutzkonzeptes und unter Anwendung der neuesten Ingenieurmethoden ohne ästhetische Abstriche realisiert werden Behnisch Architekten Seite 5

6 Brandschutztechnische Bemessung der Stahlbetonstützen Im Rahmen der Brandschutzplanung berechnete hhpberlin auch die Feuerwiderstandsdauer von drei Stahlbeton-Rundstützen. Die Stützen sind im Eingangsbereich des Gebäudes angeordnet und erstrecken sich über zwei Geschosse und eine Höhe von 7,65 Meter. Derartige Stützen fallen nicht mehr in den Anwendungsbereich der DIN 4102, so dass ein rechnerischer Nachweis mittels einer Heißbemessung durchgeführt wurde. Dazu simulierte man das Verhalten der Stützen im Brandfall mit Hilfe des Programms STABA-F. Die Untersuchung umfasste eine thermische und eine mechanische Analyse. Die thermische Analyse berechnete im ersten Schritt die Temperaturverteilung in den Stützen. Dafür wurde die Einheitstemperaturkurve zu Grunde gelegt, um die Erwärmung während des Brandverlaufs zu konkretisieren. Die mechanische Analyse simulierte anschließend das Trag- und Verformungsverhalten der Stützen, wobei sie die temperaturabhängigen Materialeigenschaften sowie die thermischen Dehnungen berücksichtigte. Die Berechnungen zeigten, dass sich die Stützen nach einer Branddauer von 90 Minuten auf bis zu 900 C erhitzten. Die Temperatur der tragenden Bewehrung stieg auf bis zu 390 C. Nach 90 Minuten hatten sich die Stahlbetonstützen horizontal um bis zu 10 Millimeter verformt. Mit zunehmender Erwärmung nahm außerdem die Steifigkeit und Festigkeit der Baustoffe ab. Die Tragfähigkeit der Stützen sank dabei um bis zu 40 %. Trotz des sinkenden Bauteilwiderstands versagten die Stahlbetonstützen aber nicht, sondern blieben standsicher. Damit wurde nachgewiesen, dass die Stützen eine ausreichende Feuerwiderstandsfähigkeit besitzen und ohne Bedenken wie geplant realisiert werden können. Fazit hhpberlin ist verantwortlich für das Brandschutzkonzept der neuen Unilever Deutschlandzentrale in der Hamburger HafenCity. Besonders das großzügige Atrium des Gebäudes, das sich über alle Ebenen erstreckt, machte eine außergewöhnliche Planung des Brandschutzes notwendig. Die offene Verbindung der Geschosse erforderte besondere Maßnahmen, um die vertikale Brandund Rauchausbreitung zu verhindern. Durch innovative Brandschutzmaßnahmen ist es hhpberlin - mit einem schutzzielorientierten Brandschutzkonzept und unter Anwendung von Ingenieurmethoden - gelungen, die bauaufsichtlichen Schutzziele auf alternativem Wege einzuhalten. So konnte der architektonische Entwurf realisiert werden - ohne ästhetische Abstriche zu machen oder die Sicherheit zu vernachlässigen. Seite 6