Precis intill floden Elbe, som en del av stadsutvecklingsprojektet HafenCity i Hamburg, ligger Westfield Hamburg-Überseequartier. Området kombinerar kontor, restauranger, handel och kultur och öppnade för besökare i april 2024. En av de mest iögonfallande delarna är ett stort glastak som täcker ett centralt område i stadsdelen. Taket har ritats av den välkända tyske arkitekten Werner Sobek och består av tusentals unika glaspaneler som tillsammans skapar en komplex och futuristisk konstruktion.
Roschmann Group, specialiserade på stålkonstruktioner och glasfasader, fick uppdraget att förverkliga konstruktionen. Företaget har bland annat arbetat med Internationella olympiska kommitténs huvudkontor i Lausanne och besökscentret vid Eiffeltornet. Men bakom det spektakulära utseendet fanns en rad avancerade tekniska utmaningar – inte minst när det gällde skruvförbanden.
Fördelarna med skruvförband
Takkonstruktionen består bland annat av hålprofiler. Denna typ av konstruktion lämpar sig väl för stora spännvidder där styrka, stabilitet, låg vikt och estetik är viktiga faktorer. Till en början övervägde Roschmann att använda svetsade knutpunkter. Det visade sig dock vara både komplicerat och tidskrävande.
”Att enbart använda svetsade knutpunkter hade varit mycket komplext och tidskrävande. Det hade krävt omfattande arbete på byggarbetsplatsen och ytterligare temporära infästningar.”
– Michael Skopp, Head of Research and Development, och René Hesselbarth, Project Manager, Roschmann
Skruvförband erbjöd flera fördelar. De gjorde monteringen mer tidseffektiv och gjorde det möjligt att tillverka delar av takkonstruktionen utanför byggarbetsplatsen. Det förenklade både logistik och samordning. Dessutom gav skruvförbanden en viktig flexibilitet. Taksegmenten väger flera ton och behövde lyftas på plats med byggkran. Med svetsade förband hade det varit svårt att justera segmentens position efter sammanfogningen. Med skruvförband kunde positionen däremot finjusteras under monteringen.
Ett tak som behöver kunna röra sig
En annan avgörande faktor var att takkonstruktionen behövde kunna röra sig något. För att uppnå detta krävdes noggrant beräknade och specificerade förspänningsnivåer. Center of Competence for Tubes and Hollow Sections (CCTH) anlitades för att beräkna vilken förspänning som krävdes för att knutpunkterna skulle kunna bära lasten och samtidigt tillåta de små rörelser som konstruktionen behövde kunna hantera.
”Hela konstruktionen är starkt beroende av mycket specifika, förutbestämda intervall för förspänningen. Eftersom vi behövde tillåta vissa rörelser i konstruktionen var vi tvungna att förspänna skruvarna till exakt rätt nivå.” – Dr.-Ing. Stefan Herion, Managing Director, CCTH
När den nödvändiga förspänningskraften hade fastställts genomfördes åtdragningstester vid Munich University of Applied Sciences för att säkerställa att rätt förspänning kunde uppnås på ett reproducerbart sätt.
Även skruvtillverkaren August Friedberg GmbH involverades i projektet för att hitta rätt kombination av skruv, smörjning och åtdragningsmetod. Eftersom mer än 5 000 skruvar och muttrar i olika dimensioner skulle monteras utvecklade Friedberg en automatiserad lösning för att smörja hela skruven med deras AF Pro-smörjmedel. Lösningen behövde dessutom klara Hamburgs fuktiga och regniga klimat.
Ett skruvförband utöver det vanliga
Skruvförbanden i takkonstruktionen var på flera sätt ovanliga. Den beräknade förspänningen låg utanför de normala nivåerna i gällande regelverk. Samtidigt var skruvförbanden placerade inne i hålprofiler och skulle inte vara åtkomliga efter att konstruktionen färdigställts. Detta brukar beskrivas som en blindförbindning – ett skruvförband där komponenterna inte längre är åtkomliga efter montering. I detta fall täcktes förbanden dessutom av täckplåtar.
”Blindförbindningen var avgörande för takets estetik. När man står under taket kan man inte se hur hela konstruktionen är sammanfogad, eftersom det varken finns synliga svetsar, skruvar eller muttrar.” – Stefan Herion, CCTH
Det innebar att skruvförbanden i princip behövde vara underhållsfria. Och här uppstod den kanske viktigaste frågan i projektet:
Hur säkerställer man ett skruvförband som inte går att komma åt efter monteringen?
Eftersom det inte fanns någon möjlighet att kontrollera eller efterdra skruvförbanden behövde Roschmann säkerställa att förspänningen skulle ligga kvar inom de beräknade nivåerna under konstruktionens livslängd. Stefan Herion hade tidigare kommit i kontakt med Nord-Locks killåsningsteknik och såg snabbt potentialen i lösningen.
”Mitt första möte med Nord-Locks brickor var när jag såg ett videoklipp av Junker-testet. Det visade tydligt brickornas förmåga att bibehålla förspänningen vid kraftiga vibrationer.” – Stefan Herion, CCTH
Efter diskussioner mellan CCTH, Roschmann och ansvariga konstruktörer utvärderades olika metoder för att säkra skruvförbanden. Att följa en traditionell lösning var inte möjligt eftersom taket behövde kunna röra sig. Att använda lim som säkringsmetod var inte heller ett alternativ eftersom det inte är en reglerad metod för den här typen av konstruktion och dessutom skulle ha förhindrat justeringar under monteringen.
Nord-Locks killåsningsbrickor blev därför den optimala lösningen.
Nord-Lock-brickornas funktion bygger på killåsningsteknik. Brickparet har kammar på ena sidan och tänder på den andra. När skruvförbandet dras åt griper tänderna in i de angränsande ytorna. Om skruven försöker rotera loss ökar avståndet mellan brickorna genom kilverkan. Eftersom kamvinkeln är större än skruvgängans stigning förhindras rotation och förspänningen bibehålls. Det gjorde Nord-Lock till en särskilt lämplig lösning för Westfield Hamburg-Überseequartier, där skruvförbanden behövde klara rörelser och samtidigt bibehålla den beräknade förspänningen.
”Det vi behövde var en lösning som kunde bibehålla en tillräckligt hög förspänning för att hålla ihop ytorna. Även en liten förlust av förspänningen skulle kunna leda till att förbandet öppnar sig och potentiellt få allvarliga konsekvenser.” – Michael Skopp och René Hesselbarth, Roschmann
En annan viktig fördel var möjligheten att lossa skruvförbanden under monteringen. Det gjorde det möjligt att justera förspänningen och finjustera takkonstruktionens position innan förbanden slutligen färdigställdes.
Från beräkningar till verklighet
Att förverkliga Werner Sobeks vision krävde betydligt mer än spektakulär arkitektur. Bakom det färdiga glastaket ligger omfattande beräkningar, tester och ingenjörsarbete. Förspänning, smörjning, skruvförband och säkringsmetod behövde samverka för att skapa en säker och robust konstruktion som kan fungera under många år. För Roschmann blev samarbetet mellan de olika teknikpartnerna en avgörande del av projektet. Och resultatet är en konstruktion där avancerad ingenjörskonst i princip är osynlig för besökaren.
”När vi närmade oss slutet av projektet gick jag ut på taket. En av byggarbetarna kom ut och när han gick kunde jag känna hur taket rörde sig. Att veta att alla dessa beräkningar och antaganden gjorde det möjligt – det är väldigt häftigt.” – Michael Skopp, Roschmann
Under det imponerande glastaket är tusentals skruvförband en viktig del av den konstruktion som gör arkitekturen möjlig. Och även om Nord-Locks brickor är små jämfört med själva takkonstruktionen, spelar de en avgörande roll för att säkra skruvförbanden och bibehålla förspänningen där det verkligen räknas.
