Gateway-Bogen

Einführung

Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs, das die Entwicklung des Memorials zu Ehren von Thomas Jefferson, dem dritten Präsidenten der Vereinigten Staaten, stoppte, wurde ein Architekturwettbewerb ausgeschrieben, um den besten Entwurf für ein Denkmal zu finden, das die Rolle von St. Louis als Tor zum Westen symbolisieren sollte.

Es wurde eine hochkarätige Jury gebildet, die sich aus Architekten, dem Direktor des Philadelphia Museums, dem Dekan für Architektur am M.I.T., Louis Labeaume, und Charles Nagel vom St. Louis Art Museum zusammensetzte. Louis.

Aus dem zwischen 1947 und 1948 durchgeführten Wettbewerb für den Entwurf des Jefferson National Expansion Memorial ging der folgende Entwurf als Sieger hervor Eero Saarinenein finnisch-amerikanischer Architekt, der den Flughafen Dulles in der Nähe von Washington, DC, das technische Zentrum von General Motors in der Nähe von Detroit und das berühmte futuristisches TWA-Terminal am John F. Kennedy Flughafen in New YorkDas Projekt, das die 172 anderen Projekte übertraf, darunter das seines Vaters, des bekannten und angesehenen Eliel Saarinenmit seiner 192 m hohen Bogenkonstruktion.

Obwohl der größte Teil des Bauprozesses einige hundert Meter über dem Boden stattfand, gab es keinen einzigen Verletzten. Das Projekt wurde nicht nur mit einer hervorragenden Sicherheitsbilanz abgeschlossen, sondern auch pünktlich und – was vielleicht noch wichtiger ist – innerhalb des Budgets. Dies war das Ergebnis der Koordination und Zusammenarbeit von Hunderten von Arbeitnehmern.

Situation

Das ehemalige Westufer des Mississippi in St. Louis, USA, wurde 1935 als Standort für das Denkmal ausgewählt. Die Stadt kaufte eine Fläche von etwa 60 Hektar und ließ alle Gebäude abreißen, um dort das Jefferson National Expansion Memorial zu errichten, dessen Hauptbestandteil der Gateway Arch sein sollte. Der Ausbruch des Zweiten Weltkriegs stoppte den Bau der Gedenkstätte.

Der Abriss und die Räumung des Geländes begannen am 9. Oktober 1939, obwohl die Gedenkstätte erst in den 1960er Jahren fertig gestellt wurde.

Die historische Eads-Brücke, die erste Stahlrohrbrücke, die 1874 fertiggestellt wurde, bildet die nördliche Begrenzung der Gedenkstätte. An der südlichen Grenze befindet sich die von Sverdrup und Parcel entworfene Brücke, die erste in den Vereinigten Staaten, die eine orthotrope Konstruktion verwendet.

Konzept

Einer der Gründe, warum die Wettbewerbsjury das Design des großen Bogens bevorzugte, war die Kompatibilität mit dem historischen Old Courthouse am St. James’s Waterfront. Es befindet sich auf der anderen Seite der beiden Hauptstraßen westlich des Bogens. Sie stellten fest, dass Saarinens Entwurf „durch seine Form mit der Kuppel des Justizpalastes solidarisch ist“, die in einer Ost-West-Achse mit dem Bogen ausgerichtet ist.
Der Bogen ist mit 192 Metern das höchste von Menschenhand geschaffene Monument der Vereinigten Staaten und nach dem Eiffelturm das zweithöchste aufgeständerte Monument der Welt.

Der Gateway Arch lehnt sich in Bezug auf seine Umgebung an das Konzept der Eads-Brücke an, bei der Stahlrohre verwendet werden, und nutzt das neue Konzept von Sverdrup und Parcel zur Spannungsanalyse und Tragwerksplanung unter Verwendung von Stahlplatten und -trägern.

Räume

Die Gedenkstätte umfasst neben dem Bogen auch ein unterirdisches Besucherzentrum direkt unter dem Bogen. Im Zentrum steht das Museum of Westward Expansion, das die Geschichte der Öffnung nach Westen in den 1800er Jahren erzählt. Es gibt auch Kinos mit Filmvorführungen zum Thema und zum Bau des Bogens.

Zugang

Der Zugang zum Bogen erfolgt über die U-Bahn-Haltestelle B. Hartzog, Jr. Besucherzentrum, das sich direkt darunter befindet. Die Besucher werden vom Foyer bis zur Aussichtsplattform an der Spitze des Bogens mit einem Personenzug transportiert, der 40 Besucher fasst und aus 8 Kapseln besteht, die jeweils 5 Personen aufnehmen können. Bei einer Geschwindigkeit von 104 Metern pro Stunde dauert die Fahrt 10 Minuten pro Strecke.

Plattform

Die Aussichtsplattform mit den Maßen 19,81×2,13 m ist mit Glasfenstern versehen, die den Blick nach Osten und Westen freigeben. Es gibt auch einen konventionellen Wartungsaufzug auf jedem Bein bis zu 113,38 m und eine Treppe auf jeder Seite mit 1.076 Stufen von der Basis bis zum oberen Ende des Bogens. Aufzüge und Treppen sind für Wartungs- und Notfallzwecke vorgesehen.

Struktur

Die facettierten Edelstahlflächen des Bogens erstrecken sich 192 m zwischen den Außenseiten seiner dreieckigen Beine in Bodennähe, und seine Spitze ragt 192 m in die Höhe. Die Struktur hat die Form einer umgekehrten Kettenlinie.

Der 192 m hohe Bogen besteht aus gleichseitigen Stahldreiecken, die übereinander gestapelt wurden und nach oben hin immer kleiner wurden. Die Dreieckskonstruktion ermöglicht es, dass das Innere des Bogens hohl bleibt, was nicht nur dem Gewicht der Konstruktion zugute kommt, sondern auch die Installation eines Straßenbahnsystems im Inneren ermöglicht.

Beine

Jeder Schenkel ist ein gleichseitiges Dreieck mit einer Seitenlänge von 16,46 m in Bodennähe, das sich an der Spitze auf 5,18 m verjüngt. Die Beine haben doppelte Stahlwände mit einem Abstand von 0,91 cm in Bodennähe und 0,18 cm über 122 m. Bis zur Höhe von 91,5 m ist der Raum zwischen den Wänden mit Stahlbeton ausgefüllt. Jenseits dieses Punktes werden Stahlverstärkungen verwendet.

Zur Herstellung der Bogenschenkel wurden die doppelwandigen Dreiecksprofile übereinander gelegt und anschließend innen und außen verschweißt. Die Höhe der Abschnitte variierte zwischen 3,66 m an der Basis und 2,44 m bei den beiden trapezförmigen Abschnitten. Die komplexe technische und bauliche Konstruktion ist völlig unsichtbar, es gibt kein wirkliches Gerüst. Seine innere und äußere Stahlhaut sind zu einer Verbundstruktur verbunden, die ihm seine Stärke und Beständigkeit verleiht.
Alles, was man sehen kann, ist die glänzende Außenhaut aus Edelstahl, die die Innenhaut aus Karbonstahl bedeckt, die zusammen die Schwerkraft- und Windlasten vom Boden aus tragen.

Fundamente

Vorspannen

Jeder Satz von Spannstäben musste sorgfältig positioniert werden, da sie in zwei Richtungen geneigt werden mussten, um sowohl die Krümmung des Bogens als auch den sich verjüngenden Querschnitt zu berücksichtigen. Nachdem die Stahlkonstruktion an Ort und Stelle war, wurde der Beton in Boxen von jeweils 1,52 m gegossen. Die Stäbe wurden nach 3,4474e+7 (Pascal) des Betons vorgespannt und erreichten im Allgemeinen nach 7 bis 10 Tagen eine Festigkeit von 2,7579e+7.

Tiefe

Die Stahlbetonfundamente sind 18,28 m tief und reichen 9,14 m in den Felsen hinein, was wesentlich zur strukturellen Festigkeit des Bogens beiträgt. Die Bauingenieure Severud, Elstad, Krueger und Associates berichten, dass sich der Bogen bei einer Windlast von 150 km/h an der Spitze nur 46 cm in Ost-West-Richtung durchbiegen wird. Seine Stützen sind in einer Nord-Süd-Linie ausgerichtet.

Um das Gelände für die Fundamente des Bogens, des Besucherzentrums und des Museums vorzubereiten, wurden 8 495 m3 Erde und Felsen ausgehoben. Spannstäbe oder Spannglieder aus legiertem Stahl, 252 in jedem Bein, werden 16 m unter der Oberkante der Fundamente versenkt, um das Bauwerk sicher auf seinem Untergrund zu verankern. In Bodennähe werden nur die beiden äußeren Ecken jeder dreieckigen Basis durch zwei Gruppen von 63 Stahlstäben vorgespannt.

Montage

Auf der Baustelle setzten Kräne, die mit einem Rohrspreizer ausgestattet waren, die Sandwichpaneele aufrecht in einem speziell eingerichteten Lagerbereich ab. Zuvor wurden die Seiten der dreieckigen Abschnitte im Werk vorgefertigt und als drei Seiten eines Dreiecks auf die Baustelle transportiert. Der Zusammenbau dieser Teile an der richtigen Stelle erforderte eine äußerst sorgfältige Kontrolle der Positionierung und des Schweißens der Ecken, aber eine zusätzliche Vormontage in der Werkstatt war nicht möglich, da die resultierenden Teile für den Transport zu groß gewesen wären.

Die dreieckigen Teile für die höheren Positionen im Bogen hatten kleinere Abmessungen und konnten als drei hundebeinförmige Teile mit jeweils einer kurzen und einer langen Seite hergestellt und versandt werden, so dass die Eckverbindungen in den Werkstätten hergestellt werden konnten und den Teams vor Ort eine einfache und schnelle Schweißung ermöglicht wurde.

Die dreieckigen Abschnitte, die für die Montage geschweißt werden mussten, verformten sich aufgrund der Schrumpfung, die durch die Hitze der Schweißnähte verursacht wurde, obwohl sie anschließend in ihre Position gezwungen wurden, damit die Schenkel geschweißt werden konnten, was zu einer leichten Verformung der Edelstahloberfläche führte.

Die Inneninstallationen, einschließlich der vorgefertigten Stahltreppen, der Gleise für den Personenbeförderungszug, der Versorgungsleitungen und der elektrischen Verkabelung, wurden an jedem Schenkel des Bogens angebracht, und zwar sowohl von unten als auch von oben, je nach dem Stand der Bauphase.

Beine oder Säulen

Der Bogen wurde so konstruiert, dass man an der Basis jeder Seite begann und sich dann nach oben vorarbeitete, bis sich die beiden Teile in der Mitte, am höchsten Punkt des Bogens, treffen konnten. Die Ingenieure mussten bei der Platzierung der einzelnen Sockel sehr genau sein, denn sie hatten eine technische Toleranz von weniger als 1/64stel Zoll, sonst hätten die beiden Säulen nicht richtig ausgerichtet werden können.

Beide Säulen des Bogens wirkten vor der Fertigstellung als unabhängige Kragarme und wurden gleichzeitig ohne Gerüst errichtet. Die ersten dreieckigen Abschnitte mit einer Höhe von bis zu 22 m wurden mit Raupenkränen vom Boden aus gehoben. Oberhalb dieser Höhe wurden zwei Klettergerüste mit einem Gewicht von je 100 Tonnen eingesetzt, um die restlichen 50 Tonnen schweren Abschnitte auf eine Höhe von 3,66 m zu heben.

Materialien

Eero SaarinenDer Bogen wurde aus rostfreiem Stahl entworfen, und er beriet sich mit dem Ingenieur Fred Severud über die bautechnische Machbarkeit, was einmal mehr zeigt, wie wichtig es ist, die Fähigkeiten mehrerer Disziplinen zusammenzubringen, um ein Projekt dieser Größenordnung zu realisieren.

Der Bogen besteht aus Kohlenstoffstahl und Beton und ist mit einer Haut aus rostfreiem Stahl überzogen.
Im Querschnitt ist jeder Schenkel des Bogens ein doppelwandiges gleichseitiges Dreieck mit einem hohlen Kern, der an der Basis 12,19 m breit ist und sich an der Spitze auf 4,57 m verjüngt. Für die Fertigstellung des Bauwerks wurden 142 Stahldreiecke benötigt.

Archivbild

Die Innenhaut besteht aus A-7-Kohlenstoffstahl mit einer Dicke von 0,38 cm, außer an den Ecken, wo sie zur Erhöhung der Steifigkeit dicker ist. Die Außenfläche besteht aus 900 Tonnen poliertem Edelstahl in 0,62 cm dicken Paneelen, deren Größe zwischen 1,83 x 5,49 m und 1,83 x 165 cm variiert. Die Außen- und Innenwände werden abschnittsweise in den Werken der Pittsburgh-Des Moines Steel Company gefertigt, die den Stahl für den Bogen herstellt und aufstellt.

Von der Oberseite des Verbundwandabschnitts bis zum Scheitelpunkt des Bogens werden alle direkten Druckbelastungen von der äußeren Edelstahlhaut und der inneren Kohlenstoffstahlhaut getragen. Vertikale Stahlmembranen, die alle 0,60 cm in der Mitte angebracht sind, verbinden die beiden Schalen und dienen als Verstärkung, um ein Ausbeulen der Innenschale zu verhindern. Die Außenhaut wird durch Stahlwinkel versteift, die auf halber Strecke zwischen den einzelnen Membranen angeordnet sind. Die Kohlenstoffstahl-Verstärkungen wurden mit Punktschweißungen an der Außenhaut befestigt.

Alle Teile des Bogens wurden per Lastkahn nach St. Louis verschifft. Die Sandwich-Wandteile wurden mit Blick auf die Edelstahlseiten gegeneinander gestellt und mit angeschweißten Stahlstäben gesichert. Die Stützen wurden für den Umzug sorgfältig mit Holz und Neopren abgedeckt.