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Die Kesselhäuser und DeNOx-Anbauten des neuen Kraftwerkes Reuter-West in Berlin Spandau Artikel von A. Behrens, J. Lindner, W. Stucke, veröffentlicht in Stahlbau, Heft 60, 1990 1 Einleitung [...] Das neue Werk wird zusätzlich Fernwärme für rund
55000 Wohnungen liefern und zahlreiche Feuerungsstellen ersetzen, welche
zur Zeit noch die Atmosphäre mit ungefilterten und ungereinigten
Verbrennungsgasen belasten. Im großstädtischen Ballungsgebiet konnte nur mit Mühe ein Bauplatz gefunden werden, welcher folgenden an einen Kraftwerksstandort zu stellenden Anforderungen mit vertretbarem Aufwand genügt:
Nach zweimaligem Standortwechsel und langwierigen gerichtlichen Auseinandersetzungen
konnte nach 8jährigen Vorplanungen im März 1982 schließlich
doch mit den Rohbauarbeiten für das neue Grundlastkraftwerk auf einem
Industriegelände im Bezirk Spandau, westlich des bestehenden Heizkraftwerkes
Reuter, begonnen werden. Letzteres wurde bereits 1931 als Kraftwerk West
mit einer aus 8 Blöcken geschöpften Leistung von 228 MW in Betrieb
genommen. Diese Blöcke sind nach 1945 demontiert worden. Dem neuen Kraftwerk kommt eine besondere Bedeutung für eine schrittweise
Verringerung der Schadstoffemission in die viel besungene "Berliner
Luft" zu, [1]. 4 Vorgaben und Randbedingungen für die Tragwerksplanung Das Kesselhaus bildet einen Körper, dessen Skelett das Hauptgerüst
und dessen Haut die Fassaden und das Dach sind. Er dient der Unterstützung
und als Schutz gegen Witterungseinflüsse der darin befindlichen Organe,
nämlich des Dampferzeugers (Kessel), sowie der zugehörigen Aggregate
und übrigen Anlagenteile. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich, dass
die Tragwerksplanung bei Kraftwerken nur in enger Zusammenarbeit und im
ständigen Dialog mit den Planern der beteiligten Fachsparten durchgeführt
werden kann. Selbst dem Anschein nach unwesentliche Veränderungen
an einer Stelle können dabei unerwartete Auswirkungen in anderen
Bereichen zur Folge haben. Der Zeitpunkt, zu dem der Entwurf des Tragwerks
vorliegt und mit der Aufstellung der endgültigen statischen Berechnung
begonnen werden muss, liegt stets mehrere Jahre vor der endgültigen
technischen Ausrüstung des Bauwerks. Nach den Erfahrungen der Verfasser
sind die dann vorliegenden Lastangaben von sehr unterschiedlicher Qualität.
Die Eigengewichte und Nutzlasten der Decken, Bühnen und Dächer
sind weitgehend endgültig. Die Lage und Größe der Lasten
des Kessels und der Rein- und Rauchgaskanäle basieren auf ausführlichen
Vorplanungen und Erfahrungen und können als zutreffend angesehen
werden, wobei spätere, lokale Veränderungen durchaus noch zu
erwarten sind und bei den Lastannahmen Berücksichtigung finden sollten.
Bei der maschinellen Ausstattung (Luftvorwärmer, Kompressoren, Gebläse,
Krane, Mühlen usw.) sind Entscheidungen für bestimmte Fabrikate
meist noch nicht getroffen. Den Lastangaben liegen hier die Angebotsangaben
aus dem Kreis der anbietenden Firmen zugrunde oder werden anhand bereits
ausgeführter Anlagen abgeschätzt. Sobald die Auswahl der Maschinen
erfolgt ist, muss daher unbedingt überprüft werden, ob die getroffenen
Lastansätze auf der sicheren Seite liegen. 5 Auswirkungen des Standortes auf die Planung Mit Rücksicht auf die besondere städtebauliche Situation wurde
auf ein ansprechendes äußeres Erscheinungsbild des neuen Werkes
großer Wert gelegt. 6.1 Entwurf Bei der Entwurfsbearbeitung des Haupttragwerks wurde 6.2 Funktion Das Hauptgerüst trägt den Hauptteil 3er vertikalen Lasten des Kesselhauses und der darin befindlichen Anlagenteile in die Gründung ab. Es übernimmt außerdem den Abtrag der gesamten horizontalen inneren und äußeren Lasten und stabilisiert teilweise die angrenzenden Gebäudeteile, die Maschinenhalle, Kohlenbunkeranbau und Teile der Kohlenbandbrücken sowie die nachträglich am Kesselhaus errichteten DeNOx-Anlage. Beidseits des Kesselhauses stehen je ein Treppen- und Aufzugsturm, die vor der Stahlbaumontage aus Stahlbeton in Gleitbauweise errichtet wurden. Diese Baukörper wurden ebenfalls in drei Hauptebenen (Bild 3) mit dem Gerüst verankert, damit sie die gleichen horizontalen Bewegungen wie dieses ausführen. 6.3 Allgemeine Beschreibung Jedes der beiden baugleichen Kesselhäuser wurde auf einer Basis
von ca. 45,0 x 54,0m als 78,0m hohe Stahlkonstruktion auf einem 5,0m tiefen
Kellergeschoss aus Stahlbeton errichtet. Ein Kesselhaushauptgerüst
besteht aus 4 Hauptstützen, die in den Ecken einer 41,6 x 42,0m großen
Grundfläche stehen und in den Ebenen +30,lrn +50,1m und + 76,0m durch
Riegel sowie durch K-förrnig angeordnete Verbandsdiagonalen in den
4 Wandebenen zu einem sehr weitmaschigen Fachwerkturm verbunden werden.
Ergänzt wird dieses System durch zwei zusätzliche innere Hauptstützen
und durch mit Horizontalverbänden ausgesteifte Trägerlagen in
den 3 genannten Hauptebenen, Bild 3. Das Haupttragwerk ist gekennzeichnet
durch sehr hohe und biegesteife Träger, die an vergleichsweise sehr
schlanke und biegeweiche Stützen und Diagonalen anschließen,
Bild 3. Die Biegesteifigkeit der Träger ist etwa 10-fach größer,
als die der Stützen. Durch diese Abstimmung wurde erreicht, dass
sich die Spannungen in den Stützen nur zu ca. 20% aus Biegeanteilen,
aber zu 80% aus Normalkraftanteilen zusammen setzen. Außerdem konnten
alle Träger mit den Stützen und Diagonalen durch biegesteife,
aber momentenarme und daher relativ kleine Anschlüsse verbunden werden,
Bild 4. Als Verbindungsmittel wurden, wie an den meisten anderen Stellen,
Schrauben M 27/10.9 als SL-Verbindungen verwendet. Die Genauigkeit der
Montage wurde durch ständige baubegleitende Vermessung kontrolliert.
Die dabei erhaltenen Daten fanden neben den bei anderen Bauwerken hier
ermittelten Werten (Maschinenhaus, Kohlebunker, Rohrbrücken) Eingang
in Festlegungen zu Stützenschiefstellungen, [5]. 6.4 Stützen Die Stützen des Hauptgerüstes wurden als quadratische, steifenfreie
Hohlkästen ausgebildet, Bild 5. Das Verhältnis der Blechbreite
zur Blechdicke b/t wurde bei den obersten Stützenschüssen (St
37) mit ungefähr 40 festgelegt. Aus dieser Festlegung ergaben sich
Querschnittsabmessungen, bei denen bei voller Ausnutzung der zulässigen
Stahlspannungen auf den aufwendigen Einbau von Beulstellen verzichtet
werden konnte. Die unteren Stützenschusse wurden mit dickeren Wandungen
oder in St 52 derart ausgeführt, dass ebenfalls auf Steifen verzichtet
werden konnte. Dabei wurde darauf geachtet, dass die elastischen, vertikalen
Stauchungen aller Stützen im Betriebszustand annähernd gleich
sind. Die vier Eckstützen nehmen Normalkräfte bis ca. 45 000
kN im LF HZ auf. Die Kantenlänge der quadratischen Hohlkästen
beträgt 1,0m bei 25 bis 50 mm Wanddicke, (Bild 5). Die beiden Innenstützen
tragen jeweils Normalkräfte von ca. 60 000 kN im LF H ab. Sie sind
im Grundriss 1,60 X 1,60m groß und haben Wanddicken von 45- 60 mm.
Die Stützen stehen auf rippenfreien Fußplatten, die mit vorab
einbetonierten Betonstählen GEWi Ø50 verankert wurden. Die
Stützenstöße wurden als innenliegende, geschraubte Kopfplattenstöße
ausgeführt, s. Bild 5 und 6. Statisch gesehen wurden die Stöße
als Kontaktstöße ausgeführt. Da bestehende Vorschriften
auf den vorliegenden Fall nicht anzuwenden waren, war das einer der Anlässe,
um das in [6] beschriebene Verfahren zu entwickeln. In [6] ist ein Stoß
der Stützen detailliert nachgewiesen. 6.5 Diagonalen Die Diagonalstäbe des Hauptgerüstes wurden ebenfalls als steifenlose Hohlkästen ausgeführt. Die Breite beträgt einheitlich 1,0m, während die Höhe -den jeweiligen Erfordernissen angepaßt- 0,6m bis max.1,3m beträgt. An allen Diagonalen-Enden gehen die geschlossenen Kastenquerschnitte in offene H-Profile über, welche, wie die Riegel, mit geschraubten Laschenstößen an den Knotenpunkten des Gerüstes angeschlossen sind. 6.6 Träger Die waagerechten Stäbe des Hauptgerüstes bestehen aus geschweißten I-Profilen von 1,0m Breite und 1,5 -3,1m Höhe. Mit Ausnahme der hoch belasteten Kesseldeckenrandträger in den Achsen Ka und Kc konnte auch hier weitgehend auf Beulsteifen verzichtet werden. 6.7 Kesseltragrost Die 19,6 bzw. 22,4m langen und 2,5- 4,75m hohen Hauptträger wurden
als Einfeldträger ausgeführt. Zwei typische Querschnitte sind
in Bild 7 zu sehen. Sie werden von den Kopfriegeln des Hauptgerüstes
in den Achsen Ka, Kb und Kc unterstützt, Bild 8. Die Umfassungswände
des Kesselkörpers sind aus Rohren zusammengeschweißte empfindliche
Scheiben, die in engen Abständen mit Rundstahlankern am Tragrost
aufgehängt werden. Der Lastabtrag erfolgt über Federelemente,
damit einzelne Anker und Teile der Kesselwände nicht überlastet
werden. Darüber hinaus werden folgende Durchbiegungsbegrenzungen
der Hauptträger eingehalten: 6.8 Verformungen des Gerüstes Der Mittelwert der elastischen Stauchung am Kopf der 6 Stützen infolge
Vollast beträgt: 7.1 Kesselhausbühnen Die Hauptbühne auf +50,10m trägt den Luftvorwärmer, der
ein Gewicht von ca. 800 t hat. Hieran schließen die Kanäle
für Frischluft, Brennerheißluft und Rauchgas an. 7.2 Kesselhausfassade Um das Hauptgerüst herum mit einem Achsabstand von ca. 3,4m befinden
sich die Fassadenstützen. Sie sind am Fuß eingespannt und in
den 3 horizontalen Verbandsebenen des Kesselhauses mit diesem verbunden.
Sie haben nicht nur die Aufgaben des Lastabtrages für die Fassaden,
sondern stellen auch Tragelemente für die Bühnenträger
über die gesamte Höhe des Kesselhauses dar. Daher sind sie in
Anpassung an die Belastung in den unteren Bereichen als geschweißte
Kästen ausgeführt und in den oberen Bereichen als geschweißte
offene Profile (Bild 9). 7.3 Kohlebunker Vor dem eigentlichen Haupttragwerk, aber innerhalb der Einhausung, befindet sich parallel zur Achse Kc eine 7,5m breite, aus vier Bunkertaschen mit jeweils ca. 600 m3 Fassungsvermögen bestehende Kohlesiloanlage. Die Wandungen des Silos werden durch ein rippenverstärktes 15 mm dickes Stahlblech aus St 52 und einer inneren, ca. 3 mm dicken Verschleißschicht gebildet. Um den Fluß der Kohle in den Silos zu verbessern, sind die Auslauftrichter entsprechend neueren Erkenntnissen nach dem Verfahren von Yee Lee hyperparabolisch geformt. Die Beschickung mit Kohle erfolgt über einen Eckturm vor Kesselhaus D und eine Kohleband-Verbindungsbrücke zum Kesselhaus E. 7.4 Gründung und Keller Beim Bodenaushub für die beiden Kraftwerksblöcke wurde festgestellt,
dass Teile teerverseucht waren. Der Boden musste mit erheblichem Aufwand
ausgetauscht werden - teilweise bis zu einer Tiefe von 12m -und zu Sonderdeponien
transportiert werden. Die Stützen des Hauptgerüstes sind auf
großen, ca. 3,0m dicken Blockfundamenten gegründet. Die Fassadenstützen
stehen auf den Wandscheiben der Kelleraußenwände und in einer
Achse auf einem Streifenfundament. Die Kellersohle liegt bei ca. -5,0m;
der Kellerbereich verbindet beide Kesselhäuser und das vorgelagerte
Maschinenhaus. Wie bereits im Abschnitt 3 beschrieben, wurde nach Beendigung der Planung
und nach Baubeginn entschieden, eine Katalysator-Entstickungsanlage (DeNOx)
einzubauen. Dieses war nur noch innerhalb eines Sonderbauwerkes möglich.
Da die Platzverhältnisse außergewöhnlich beengt waren,
wurden auf dem schmalen Streifen zwischen den Kesselhäusern und den
schon vorhandenen E-Filter-Fundamenten vor jedem Kesselhaus zwei Betonpylone
von ca. 70m Höhe in Gleitbauweise errichtet, Bild 10. Sie sind über
Fundamentplatten auf Großbohrpfählen gegründet. Bauherr: Berliner Kraft- und Licht (Bewag)-Aktiengesellschaft Betriebsdirektion:
Bau -Hochbau
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Bild 1: Kesselhaus einschließlich Maschinenhaus, Entstickungsanlage und Elektrofilter
Bild 2: Systemübersicht des Kesselhausgerüstes, Block D, mit Fassadenstielen
Bild 3: Innenanrsicht Kesselhausgerüst und Fassadenstiele
Bild 4: Hauptstütze und Kesseldeckenträger auf +76,00m
Bild 5: Hauptstützen als steifenlose Hohlkäste, Kontaktstoß
Bild 6: Kontaktstoß einer Kesselhauseckstütze auf +15,80m
Bild 7: Typische Querschnitte zweier Kesseldeckenträger
Bild 8: Kesseldeckenträger mit montiertem Kesseltragrost
Bild 9: Fertig montiertes Hauptgerüst mit Fassadenstützen
Bild 10: DeNOx-Pylone vor Block E, rechts Elektrofilter-Montage vor Block D
Bild 11: Statisches System des DeNOx-Anbaus
Bild 12: DeNOx-Waagebalken in der Montage am Boden
Bild 13: Gesamtansicht - Kesselhaus mit DeNOx-Anbau in fertigem, verkleideten Zustand |
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Heiko Behrens aktualisiert am 3 Juni, 2003 |