Projekt-Download - Tata Steel Construction

Projekt-Download - Tata Steel Construction

Projektbericht Stahlbau
The Kelpies, Falkirk (Schottland)
Auftraggeber: Falkirk Council und
Scottish Canals
Projektdurchführung:
The Helix Trust
Konzept und künstlerische Durchführung:
Andy Scott, Scott Sculptures
Beratende Ingenieure: Atkins
Hauptunternehmer: SH Structures Ltd
Produkt: Celsius® 355 kreisförmige Hohlprofile
Jahr: 2014
„The Kelpies“ sind zwei 30 Meter hohe
Stahlskulpturen in Form riesiger Pferdeköpfe,
wahrscheinlich die größten Pferdeskulpturen
der Welt. Doch sie sind nicht nur visuell
beeindruckend, sondern auch eine
bemerkenswerte Ingenieurleistung. Für die
komplexe Fachwerkstruktur im Inneren der
beiden Köpfe entschied man sich für die
warmgefertigten Hohlprofile Celsius® 355 von
Tata Steel. Insgesamt wurden für den Bau der
beiden Stahlkonstruktionen über 300 Tonnen
Celsius® 355 verwendet. Die hervorragenden
technischen Eigenschaften und die
Vielseitigkeit dieses Materials waren
entscheidende Faktoren.
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Projektbericht Stahlbau The Kelpies, Falkirk, Schottland
Künstlerische Vision
Die Kelpies ragen an einer neu erbauten
Schleuse am Forth-and-Clyde-Kanal in die
Höhe und bilden das Herzstück des HelixProjekts nahe Falkirk in Schottland. Das HelixProjekt ist eine Parkanlage, die aus der
Umwandlung von 350 Hektar kaum genutzter
Fläche zwischen Falkirk und Grangemouth
entstand. Dabei wurden ein neuer
Kanalabschnitt gebaut und 27 Kilometer
Wegenetz zwischen insgesamt 16 Gemeinden
angelegt.
Falkirk Council und Scottish Canals wünschten
sich zudem ein größeres Kunstwerk im Park. 2006
wandte man sich an den Glasgower Bildhauer
Andy Scott, dessen Arbeiten in ganz Schottland
zu finden sind. Er erstellte zunächst Entwürfe und
Modelle zweier Pferdeköpfe im Maßstab 1:10, die
später aus Stahl gefertigt und bis zu 30 Meter
hoch werden sollten. Die Köpfe wurden nach
dem Vorbild von Arbeitspferden modelliert, wie
sie einst als Treidelpferde am nahen Kanal
eingesetzt wurden und damit eine wichtige Rolle
in der Industrie und der Landwirtschaft in dieser
Region spielten.
„Für mich sind die Kelpies eine
Verkörperung der regionalen und
nationalen Geschichte von Pferden in
den damaligen Industriezweigen
Schottlands. Ich sehe sie zudem stolz
und majestätisch als Symbol für das
moderne Großbritannien, seine
Menschen und das Land. Sie stehen
für die Leistungen der Vergangenheit
und bezeugen nach wie vor in hohem
Maße vorhandenes handwerkliches
Geschick und technisches Know-how,“
erklärt Scott.
Technische Herausforderung
Allein schon wegen der Größe der Skulpturen
konnte Andy Scott die Arbeit nicht wie
normalerweise alleine bewältigen. Auch wenn
die Kelpies Kunstwerke sind, mussten sie
aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts als
stabile und sichere Tragwerke entworfen und
geplant werden – genauso, wie man den Bau
einer Brücke angehen würde.
Die beratenden Ingenieure Atkins wurden mit
der Übersetzung der künstlerischen Vision
Scotts in einen durchführbaren Entwurf, der
als Grundlage für die Materialbeschaffung und
die Ausführungsplanung herangezogen
werden konnte, beauftragt. Zusätzlich wurde
ein zweiter, noch detailgetreuerer Satz
Modelle digital eingescannt, um ein virtuelles
3D-Modell der Oberfläche zu erstellen. Die
Ingenieure von Atkins arbeiteten sich dann
gewissermaßen von außen nach innen und
entwickelten eine tragfähige Lösung für die
Fachwerkkonstruktion, die die Edelstahl„Haut“ der beiden Köpfe tragen sollte.
Entwurfslösung
Anfang 2012 reichte das Stahlbauunternehmen SH Structures Ltd ein
Angebot zum Bau der Kelpies ein. Dabei
wurde auch eine Alternativlösung
vorgeschlagen, mit der sich deutliche
Kosteneinsparungen erzielen ließen, ohne die
Ästhetik des ursprünglichen Vorschlags zu
beeinträchtigen.
Tim Burton, Vertriebs- und Marketingleiter von
SH Structures, erklärt: „Wir schlugen vor, die
Innenstruktur der Kelpies ausschließlich aus
Rohren zu fertigen und auf die ursprünglich
geplanten zusätzlichen flachen Teilstücke zu
verzichten. Hohlprofile sind extrem vielseitig
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und wir wussten, dass wir damit
kostengünstig arbeiten und die für die
Außenhaut der Pferdeköpfe nötigen Konturen
erzeugen konnten.“ Damit sicherte sich SH
Structures den Auftrag als Hauptunternehmer
für die weitere Planung und die Ausführung
der gesamten Hochbauarbeiten.
Mithilfe des Modells von Atkins entwickelte SH
Structures in Zusammenarbeit mit SKM ein
Rohrfachwerk, das dem Profil der Innenfläche
der Haut möglichst eng folgte. Die
Tragstruktur basiert auf zwei
dreieckigförmigen Fachwerken, die über
Streben miteinander verbunden sind. Diese
effiziente und stabile Hauptstruktur ist
ummantelt mit kreisförmigen Hohlprofilen, die
Tausende an Befestigungspunkten für die
Außenhaut der Kelpies aufnehmen.
Nach der Ausführungsplanung begann das
Team von SH Structures mit der gewaltigen
Aufgabe der Modellierung der komplexen
Konstruktion. Mithilfe einer modernen 3DModellerstellungssoftware von Tekla wurden
Daten erzeugt, auf deren Grundlage
Werkpläne für die Pferdeköpfe und
Montagevorrichtungen für die größeren
Baugruppen erstellt werden konnten.
Insgesamt wurden fast 2000 einzelne
Fertigungspläne erstellt.
Projektbericht Stahlbau The Kelpies, Falkirk, Schottland
Fertigung
SH Structures entschied sich sowohl beim
Haupt- als auch beim Nebentragwerk für das
kreisförmige Hohlprofil Celsius® 355 (CHS) von
Tata Steel. Ausschlaggebend hierfür waren vor
allem die hohe Qualität, die Vielseitigkeit und
die örtliche Verfügbarkeit dieser Profile. Tim
Burton dazu: „SH Structures hat einen
hervorragenden Ruf in Bezug auf die
Umsetzung komplexer Stahlbau-HohlprofilProjekte. Da wir regelmäßig mit Celsius® 355
arbeiten, haben wir zudem eine langjährige
Geschäftsbeziehung mit Tata Steel.“
Celsius® 355 ist ein warmgefertigtes Hohlprofil
mit einer Mindeststreckgrenze von 355
N/mm². Damit sind Gewichtseinsparungen
und damit verbunden Einsparungen bei den
Materialkosten möglich. Durch die Fertigung
bei Normalisierungstemperatur ist das
Material frei von inneren Spannungen und
lässt sich auch unter anspruchsvollsten
Bedingungen zuverlässig einsetzen. Durch die
Normalisierung des gesamten
Profilquerschnitts ist Celsius® 355 sehr gut
umformbar. Dies war beim Kelpies-Projekt
besonders wichtig, da viele Profile gebogen
werden mussten. Da es sich bei dem Stahl um
ein echtes warmgefertigtes Hohlprofil handelt,
ist er zudem sehr gut schweißbar. Gemeinsam
mit der hohen Maßhaltigkeit ermöglicht dies
eine schnelle und effiziente Verarbeitung.
„Die Vielseitigkeit und Formbarkeit
der Celsius® 355 Hohlprofile
ermöglichte es uns, überall an der
Oberfläche der Kelpies
Verbindungsstellen anzubringen –
eine großartige Erleichterung bei
der Arbeit mit einer geometrisch so
komplexen Struktur.“ Tim Burton,
SH Structures.
Aufgrund der großen Mengen an Celsius® 355,
die für die Kelpies benötigt wurden, arbeitete
SH Structures in diesem Fall direkt mit Tata
Steel zusammen. Die Abmessungen mit einem
Durchmesser von 323,9 mm für das
Haupttragwerk wurden vom Tata Steel-Werk in
Hartlepool bezogen. Das Schwesterwerk in
Corby lieferte die Profile mit 139,7 mm
Durchmesser für die Ummantelung. Die
Produkte wurden in Teillieferungen gemäß
dem vorgegebenen Projektzeitplan
angeliefert. Aufgrund der komplexen Form der
Konstruktion mussten viele der Rohre
gebogen werden. „Diese Aufgabe wurde von
den Experten von The Angle Ring Company
übernommen und die Celsius® 355-Rohre
waren die ideale Lösung für dieses
anspruchsvolle Projekt“, so Tim Burton.
Das Haupttragwerk der Kelpies wurde aus
mehr als 27.000 Einzelteilen gefertigt. Die
Fertigung und Montage der größeren Bauteile
erfolgte im Werk von SH Structures im
englischen Sherburn-in-Elmet, North
Yorkshire. So entstanden aus einzelnen
Rahmen nach und nach größere Bauteile, die
zunächst probeweise montiert wurden, damit
die Endmontage vor Ort schneller und
sicherer vor sich gehen konnte.
„Warmgefertigte Hohlprofile
Celsius® 355 sind für alle
konstruktiven und mechanischen
Anwendungsbereiche zertifiziert
und lassen sich stets vollständig
zurückverfolgen. Ihre tragende
Rolle bei der Erschaffung der
Kelpies ist mit Sicherheit ein
ungewöhnlicher Anwendungsfall.
Aufgrund der Normalisierung des
gesamten Profilquerschnitts
eignete sich Celsius® 355 für dieses
Projekt ideal, weil es dadurch auch
nach dem Biegen und Schweißen
noch seine hervorragenden
technischen Eigenschaften behält.“
Christopher Morris, Senior Structural Engineer,
Tata Steel.
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Projektbericht Stahlbau The Kelpies, Falkirk, Schottland
Montage vor Ort
Nach Sandstrahl- und Lackierarbeiten wurden
die einzelnen Rohrfachwerkteile nach
Schottland transportiert, wo bereits die
Gründung für die Kelpies fertiggestellt war. SH
Structures benötigte für die Montage der
beiden riesigen Skulpturen nur 90 Tage. Von
den vielen tausend einzelnen Stahlteilen
mussten lediglich 12 Träger vor Ort
nachgebessert werden, um die 990 einzelnen
Außenbleche aus Edelstahl aufnehmen zu
können.
Sobald die Kelpies errichtet waren, zeichnete
sich ihr großer Erfolg ab. Nach der offiziellen
Einweihung im April 2014 wurde das
Monument bereits von Tausenden von
Besuchern bewundert. Diese waren jedoch
nicht nur vom Äußeren der Skulpturen
beeindruckt. Auch die präzise geformte und
wunderbar verarbeitete Hohlprofilstruktur
erwies sich bei Touren durch das Innere der
Köpfe als große Attraktion.
Die Ingenieurleistung, die Fertigung und das
Design von Andy Scott brachten den Kelpies
eine Auszeichnung im Rahmen der „Structural
Steel Design Awards 2014“ ein. Auch das
Helix-Projekt insgesamt gewann mit seinen
Wahrzeichen Auszeichnungen in den
Bereichen Ingenieurwesen und Umweltschutz.
„Wir sind ungeheuer stolz darauf, dass
die Kelpies mit Celsius® 355 gebaut
wurden. Diese monumentalen
Stahlskulpturen sind wunderschöne
und eindrucksvolle Wahrzeichen, die
auch international bekannt sind. Tata
Steel freut sich sehr, an solch
atemberaubenden Kunstwerken und
Meisterleistungen der Ingenieurskunst beteiligt gewesen zu sein.“
Christopher Morris, Senior Structural Engineer,
Tata Steel.
Bilder mit freundlicher Genehmigung von James
Fletcher Photography und SH Structures Ltd.
www.tatasteeleurope.com
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Celsius ist ein Markenname von Tata Steel UK Limited.
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