Wolkenkratzer - Skyscraper

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Der 2009 fertiggestellte Burj Khalifa in Dubai , Vereinigte Arabische Emirate , ist derzeit das höchste Gebäude der Welt mit einer Höhe von 829,8 Metern. Die Rückschläge in verschiedenen Höhen sind ein typisches Wolkenkratzermerkmal.

Ein Wolkenkratzer ist ein großes, durchgehend bewohnbares Gebäude mit mehreren Stockwerken. Moderne Quellen definieren Wolkenkratzer derzeit als mindestens 100 Meter oder 150 Meter hoch, obwohl es keine allgemein akzeptierte Definition gibt. Historisch gesehen bezog sich der Begriff erstmals auf Gebäude mit 10 bis 20 Stockwerken, als diese Gebäudetypen in den 1880er Jahren mit dem Bau begannen. Wolkenkratzer können Büros, Hotels, Wohnräume und Einzelhandelsflächen beherbergen.

Ein gemeinsames Merkmal von Wolkenkratzern ist ein Stahlrahmen, der Vorhangfassaden trägt . Diese Vorhangfassaden tragen entweder auf dem darunter liegenden Rahmen oder sind oben am Rahmen aufgehängt, anstatt auf tragenden Wänden herkömmlicher Bauweise zu ruhen . Einige frühe Wolkenkratzer haben einen Stahlrahmen , der den Bau von tragenden Wänden ermöglicht, die höher sind als solche aus Stahlbeton .

Moderne Wolkenkratzerwände sind nicht tragfähig, und die meisten Wolkenkratzer zeichnen sich durch große Fensterflächen aus, die durch Stahlrahmen und Vorhangfassaden ermöglicht werden. Wolkenkratzer können jedoch Vorhangfassaden aufweisen, die herkömmliche Wände mit einer kleinen Fensterfläche imitieren. Moderne Hochhäuser haben oft eine röhrenförmige Struktur , und sind wie ein Hohl wirken Zylinder Wind, seismischen und andere seitliche Belastungen zu widerstehen. Um schlanker zu wirken, weniger Wind zuzulassen und mehr Tageslicht auf den Boden zu übertragen, haben viele Wolkenkratzer ein Design mit Rückschlägen , was in einigen Fällen auch strukturell erforderlich ist.

Bis Januar 2020 haben nur neun Städte auf der Welt mehr als 100 Wolkenkratzer, die 150 m oder höher sind: Hongkong (355), Shenzhen (289), New York (284), Dubai (201), Shanghai (163), Tokio (158), Chicago (127), Chongqing (127) und Guangzhou (118).

Definition

Chicago erfand den Wolkenkratzer mit The Home Insurance Building , das 1885 fertiggestellt wurde, als den weltweit ersten Wolkenkratzer mit größtenteils Stahlrahmen und erhöhter Höhe. es wurde 1931 abgerissen.

Der Begriff Wolkenkratzer wurde erstmals im späten 19. Jahrhundert für Gebäude mit Stahlrahmen und mindestens 10 Stockwerken verwendet. Dies war das Ergebnis des öffentlichen Erstaunens über die hohen Gebäude, die in großen amerikanischen Städten wie Chicago , New York , Philadelphia , Detroit , USA, gebaut wurden. und St. Louis . Der erste Wolkenkratzer mit Stahlrahmen war das Home Insurance Building , ursprünglich 10 Stockwerke mit einer Höhe von 42 m in Chicago im Jahr 1885; Zwei zusätzliche Geschichten wurden hinzugefügt. Einige verweisen auf Philadelphias 10-stöckiges Jayne-Gebäude (1849–50) als Proto-Wolkenkratzer oder auf New Yorks siebenstöckiges Equitable Life Building , das 1870 erbaut wurde, aber die Gestaltung ihrer Strukturen hätte es nicht erlaubt, dass die Gebäude extrem waren hoch, da das Design des Home Insurance Building in Chicago den Bau der heutigen Wolkenkratzer weltweit ermöglicht hat, hängt diese Bezeichnung jedoch weitgehend davon ab, welche Faktoren ausgewählt werden.

Die strukturelle Definition des Wortes Wolkenkratzer wurde später von Architekturhistorikern verfeinert, basierend auf technischen Entwicklungen der 1880er Jahre, die den Bau hoher mehrstöckiger Gebäude ermöglicht hatten. Diese Definition basierte auf dem Stahlskelett - im Gegensatz zu Konstruktionen aus tragendem Mauerwerk , die 1891 mit dem Monadnock Building in Chicago ihre praktische Grenze überschritten .

Was ist das Hauptmerkmal des hohen Bürogebäudes? Es ist hoch. Es muss groß sein. Die Kraft und Kraft der Höhe muss darin sein, die Herrlichkeit und der Stolz der Erhebung müssen darin sein. Es muss jeder Zentimeter eine stolze und hochfliegende Sache sein, die sich in purer Erhebung erhebt, dass es von unten nach oben eine Einheit ohne eine einzige abweichende Linie ist.

Louis Sullivan ‚s The Tall Bürogebäude Artistically Considered (1896)

Einige Bauingenieure definieren ein Hochhaus als jede vertikale Konstruktion, bei der Wind ein wichtigerer Belastungsfaktor ist als Erdbeben oder Gewicht. Beachten Sie, dass dieses Kriterium nicht nur für Hochhäuser, sondern auch für einige andere hohe Strukturen wie Türme geeignet ist .

Verschiedene Organisationen aus den USA und Europa definieren Wolkenkratzer als Gebäude mit einer Höhe von mindestens 150 Metern oder mehr, mit " supertall " Wolkenkratzern für Gebäude über 300 m und "megatall" Wolkenkratzern für Gebäude über 600 m ).

Das höchste Bauwerk in der Antike war die 146 m große Pyramide von Gizeh im alten Ägypten , die im 26. Jahrhundert vor Christus erbaut wurde. Die Höhe wurde seit Tausenden von Jahren nicht überschritten, da die 160 m hohe Kathedrale von Lincoln sie 1311–1549 überschritten hatte, bevor ihr zentraler Turm einstürzte. Letzteres wiederum wurde erst mit dem 169 m hohen Washington Monument im Jahr 1884 übertroffen. Da es jedoch unbewohnt ist, entspricht keines dieser Bauwerke tatsächlich der modernen Definition eines Wolkenkratzers.

Hochhauswohnungen blühten in der klassischen Antike . Antike römische Insulae in Reichsstädten erreichten 10 und mehr Stockwerke. Beginnend mit Augustus (reg. 30 v. Chr. - 14 n. Chr.) Versuchten mehrere Kaiser , Grenzwerte von 20 bis 25 m für mehrstöckige Gebäude festzulegen, hatten jedoch nur begrenzten Erfolg. Die unteren Stockwerke waren in der Regel von Geschäften oder wohlhabenden Familien bewohnt, die oberen an die unteren Klassen vermietet. Überlebende Oxyrhynchus Papyri weisen darauf hin, dass in Provinzstädten wie im 3. Jahrhundert n. Chr. Hermopolis im römischen Ägypten siebenstöckige Gebäude existierten .

Die Skylines vieler wichtiger mittelalterlicher Städte hatten eine große Anzahl von städtischen Hochhäusern, die von den Reichen für Verteidigung und Status errichtet wurden. Die Wohntürme des 12. Jahrhunderts Bologna nummeriert zwischen 80 und 100 zu einem Zeitpunkt, der höchste davon ist der 97,2 m (319 ft) hoch Asinelli - Turm. Ein Florentiner Gesetz von 1251 sah vor, dass alle städtischen Gebäude sofort auf weniger als 26 m reduziert werden sollten. Sogar mittelgroße Städte dieser Zeit sind dafür bekannt, dass sich Türme vermehren, wie die 72 bis 51 m hohen Städte in San Gimignano .

Die mittelalterliche ägyptische Stadt Fustat beherbergte viele Hochhäuser, die Al-Muqaddasi im 10. Jahrhundert als Minarette ähnelte . Nasir Khusraw beschrieb im frühen 11. Jahrhundert, dass einige von ihnen bis zu 14 Stockwerke hoch waren. Im obersten Stockwerk befanden sich Dachgärten mit von Ochsen gezogenen Wasserrädern zur Bewässerung. Kairo hatte im 16. Jahrhundert Hochhäuser , in denen die beiden unteren Stockwerke zu Handels- und Lagerzwecken genutzt wurden und die darüber liegenden mehrstöckigen Gebäude an Mieter vermietet wurden . Ein frühes Beispiel für eine Stadt, die ausschließlich aus Hochhäusern besteht, ist die Stadt Shibam aus dem 16. Jahrhundert im Jemen . Shibam bestand aus über 500 Turmhäusern, von denen jedes 5 bis 11 Stockwerke hoch war. Jede Etage war eine Wohnung, die von einer einzelnen Familie bewohnt wurde. Die Stadt wurde auf diese Weise gebaut, um sie vor Beduinenangriffen zu schützen. Shibam hat immer noch die höchsten Lehmziegelgebäude der Welt, von denen viele über 30 m hoch sind.

Ein frühneuzeitliches Beispiel für Hochhäuser war das schottische Edinburgh aus dem 17. Jahrhundert , wo eine defensive Stadtmauer die Grenzen der Stadt definierte. Aufgrund der begrenzten Landfläche, die für die Entwicklung zur Verfügung steht, nahmen die Häuser stattdessen an Höhe zu. Gebäude mit 11 Stockwerken waren üblich, und es gibt Aufzeichnungen über Gebäude mit bis zu 14 Stockwerken. Viele der aus Stein gebauten Bauwerke sind noch heute in der Altstadt von Edinburgh zu sehen. Das älteste Gebäude mit Eisenrahmen der Welt, obwohl nur teilweise mit Eisenrahmen versehen, ist The Flaxmill (auch lokal als "Maltings" bekannt) in Shrewsbury , England. Es wurde 1797 erbaut und gilt als "Großvater der Wolkenkratzer", da sich aus seiner feuerfesten Kombination aus Gusseisensäulen und Gusseisenträgern ein moderner Stahlrahmen entwickelte, der moderne Wolkenkratzer ermöglichte. Im Jahr 2013 wurde die Finanzierung für den Umbau des verlassenen Gebäudes in Büros bestätigt.

Oriel Chambers in Liverpool ist das weltweit erste Gebäude mit Glasfassaden. Die Steinpfosten sind dekorativ.
Das Wainwright Building , ein 10-stöckiges Bürogebäude aus rotem Backstein in St. Louis, Missouri , wurde 1891 erbaut

Frühe Wolkenkratzer

Im Jahr 1857 führte Elisha Otis im EV Haughwout Building in New York City den Sicherheitsaufzug ein, der eine bequeme und sichere Bewegung der Passagiere in die oberen Stockwerke ermöglicht . Später führte Otis 1870 die ersten gewerblichen Personenaufzüge im Equitable Life Building ein, die von einem Teil der New Yorker als erster Wolkenkratzer angesehen wurden. Eine weitere wichtige Entwicklung war die Verwendung eines Stahlrahmens anstelle von Stein oder Ziegel, da sonst die Wände in den unteren Stockwerken eines hohen Gebäudes zu dick wären, um praktisch zu sein. Eine frühe Entwicklung in diesem Bereich war Oriel Chambers in Liverpool , England. Es war nur fünf Stockwerke hoch. Weitere Entwicklungen führten dazu, dass viele Einzelpersonen und Organisationen den ersten Wolkenkratzer der Welt betrachten, das zehnstöckige Hausversicherungsgebäude in Chicago, das zwischen 1884 und 1885 erbaut wurde. Während seine ursprüngliche Höhe von 42,1 m heute nicht sehr beeindruckend ist, war es zu dieser Zeit. Der Bau von Hochhäusern in den 1880er Jahren gab dem Wolkenkratzer seine erste architektonische Bewegung, allgemein als Chicago School bezeichnet , die den sogenannten kommerziellen Stil entwickelte.

Der Architekt, Major William Le Baron Jenney , schuf einen tragenden Strukturrahmen. In diesem Gebäude trug ein Stahlrahmen das gesamte Gewicht der Wände, anstatt tragende Wände, die das Gewicht des Gebäudes trugen. Diese Entwicklung führte zur Bauweise "Chicago Skeleton". Neben dem Stahlrahmen wurden im Hausversicherungsgebäude auch Brandschutz, Aufzüge und elektrische Leitungen verwendet, Schlüsselelemente in den meisten Wolkenkratzern von heute.

Das 45 m hohe Rand McNally-Gebäude von Burnham and Root in Chicago (1889) war der erste Wolkenkratzer mit Ganzstahlrahmen, während das 41 m lange Wainwright-Gebäude von Louis Sullivan in St. Louis, Missouri (1891) war das erste Gebäude mit Stahlrahmen und hohen vertikalen Bändern, das die Höhe des Gebäudes betonte, und gilt daher als der erste frühe Wolkenkratzer.

1889 war die Mole Antonelliana in Italien 167 m hoch.

Die meisten frühen Wolkenkratzer entstanden gegen Ende des 19. Jahrhunderts in den Landgebieten von Chicago und New York City. Ein Landboom in Melbourne, Australien, zwischen 1888 und 1891 führte zur Schaffung einer beträchtlichen Anzahl früher Wolkenkratzer, obwohl keines davon stahlverstärkt war und nur wenige heute noch vorhanden sind. Höhenbeschränkungen und Brandbeschränkungen wurden später eingeführt. Die Londoner Bauherren stellten aufgrund einer Beschwerde von Queen Victoria bald fest, dass die Gebäudehöhen begrenzt waren. Diese Regeln bestanden bis auf wenige Ausnahmen weiter.

Bedenken hinsichtlich Ästhetik und Brandschutz hatten in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts ebenfalls die Entwicklung von Wolkenkratzern in ganz Kontinentaleuropa behindert. Einige bemerkenswerte Ausnahmen sind das 43 m hohe Witte Huis (Weißes Haus) von 1898 in Rotterdam ; das 51,5 m hohe PAST-Gebäude (1906-1908) in Warschau , das 1911 fertiggestellte Royal Liver Building in Liverpool und 90 m hoch; das 57 m hohe Marx-Haus von 1924 in Düsseldorf ; die 61 m (200 ft) Kungstornen (Königstürme) in Stockholm , Schweden, die 1924–25 gebaut wurden, die 89 m (292 ft) Edificio Telefónica in Madrid , Spanien, die 1929 gebaut wurden; die 87,5 m hohen Boerentoren in Antwerpen, Belgien, die 1932 erbaut wurden; das 66 m hohe Aufsichtsgebäude in Warschau , Polen, das 1934 erbaut wurde; und der 108 m hohe Torre Piacentini in Genua , Italien, der 1940 erbaut wurde.

Nach einem frühen Wettbewerb zwischen Chicago und New York City um das höchste Gebäude der Welt übernahm New York 1895 die Führung mit der Fertigstellung des 103 m hohen American Surety Building und hinterließ New York den Titel des höchsten Gebäudes der Welt für viele Jahre.

Moderne Wolkenkratzer

Das Flatiron-Gebäude wurde 1902 in New York City fertiggestellt.
Das 1931 fertiggestellte Empire State Building in New York City war fast 40 Jahre lang das höchste Gebäude der Welt.
Das 1973 eröffnete World Trade Center in New York City entthronte das Empire State Building von 1970 bis 1973 als das höchste der Welt.
Der 1973 fertiggestellte Sears Tower in Chicago entthronte das World Trade Center und war von 1974 bis 1998 der höchste der Welt

Moderne Wolkenkratzer bestehen aus Stahl- oder Stahlbetonrahmen und Vorhangfassaden aus Glas oder poliertem Stein . Sie verwenden mechanische Geräte wie Wasserpumpen und Aufzüge . Laut CTBUH wurde der Wolkenkratzer seit den 1960er Jahren von einem Symbol für die Macht nordamerikanischer Unternehmen weggerichtet, um stattdessen den Platz einer Stadt oder Nation in der Welt zu kommunizieren.

Der Bau von Wolkenkratzern trat 1930 aufgrund der Weltwirtschaftskrise und des Zweiten Weltkriegs in eine drei Jahrzehnte lange Ära der Stagnation ein . Kurz nach Kriegsende begann die Sowjetunion in Moskau mit dem Bau einer Reihe von Wolkenkratzern . Sieben, die " Sieben Schwestern " genannt, wurden zwischen 1947 und 1953 gebaut; und eines, das Hauptgebäude der Moskauer Staatsuniversität , war fast vier Jahrzehnte lang das höchste Gebäude in Europa (1953–1990). Weitere Wolkenkratzer im Stil des sozialistischen Klassizismus wurden in Ostdeutschland ( Frankfurter Tor ), Polen ( PKiN ), der Ukraine ( Hotel Ukrayina ), Lettland ( Akademie der Wissenschaften ) und anderen Ostblockländern errichtet . In den westeuropäischen Ländern wurden in den Jahren unmittelbar nach dem Zweiten Weltkrieg auch höhere Wolkenkratzer zugelassen. Frühe Beispiele sind Edificio España (Spanien), Torre Breda (Italien).

Ab den 1930er Jahren tauchten Wolkenkratzer in verschiedenen Städten in Ost- und Südostasien sowie in Lateinamerika auf . Schließlich wurden sie ab Ende der 1950er Jahre auch in Städten Afrikas , des Nahen Ostens , Südasiens und Ozeaniens gebaut .

Wolkenkratzerprojekte nach dem Zweiten Weltkrieg lehnten typischerweise die klassischen Entwürfe der frühen Wolkenkratzer ab und nahmen stattdessen den einheitlichen internationalen Stil an ; Viele ältere Wolkenkratzer wurden nach zeitgenössischem Geschmack neu gestaltet oder sogar abgerissen - wie das New Yorker Singer Building , einst der höchste Wolkenkratzer der Welt.

Der deutsche Architekt Ludwig Mies van der Rohe wurde in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts zu einem der bekanntesten Architekten der Welt. Er konzipierte den Wolkenkratzer mit Glasfassade und entwarf 1958 zusammen mit dem Norweger Fred Severud das Seagram Building , einen Wolkenkratzer, der oft als Höhepunkt der modernistischen Hochhausarchitektur angesehen wird.

Der Bau von Wolkenkratzern nahm in den 1960er Jahren stark zu. Der Anstoß für den Aufschwung war eine Reihe transformativer Innovationen, die es den Menschen ermöglichten, in "Städten am Himmel" zu leben und zu arbeiten.

In den frühen 1960er Jahren entdeckte der Bauingenieur Fazlur Rahman Khan , der als "Vater von Rohrkonstruktionen " für Hochhäuser gilt, dass die dominierende starre Stahlrahmenkonstruktion nicht das einzige System für hohe Gebäude war, was eine neue Ära des Wolkenkratzerbaus einleitete von mehreren strukturellen Systemen . Seine zentrale Innovation bei der Konstruktion und Konstruktion von Wolkenkratzern war das Konzept des "Rohr" -Struktursystems , einschließlich des "gerahmten Rohrs", des "Fachwerkrohrs" und des "gebündelten Rohrs". Sein "Rohrkonzept", bei dem die gesamte Außenwandumfangsstruktur eines Gebäudes zur Simulation eines dünnwandigen Rohrs verwendet wurde, revolutionierte das Design hoher Gebäude. Diese Systeme ermöglichen eine höhere Wirtschaftlichkeit und ermöglichen es Wolkenkratzern, verschiedene Formen anzunehmen, die nicht mehr rechteckig und kastenförmig sein müssen. Das erste Gebäude, in dem die Rohrstruktur verwendet wurde, war das Wohnhaus Chestnut De-Witt . Dieses Gebäude gilt als eine wichtige Entwicklung in der modernen Architektur. Diese neuen Entwürfe öffneten Bauunternehmern, Ingenieuren, Architekten und Investoren eine wirtschaftliche Tür und boten große Mengen an Immobilienfläche auf minimalen Grundstücken. In den nächsten fünfzehn Jahren wurden von Fazlur Rahman Khan und der " Second Chicago School " viele Türme gebaut , darunter das hundertstöckige John Hancock Center und der 442 m hohe Willis Tower . Weitere Pioniere auf diesem Gebiet sind Hal Iyengar , William LeMessurier und Minoru Yamasaki , der Architekt des World Trade Centers .

Vielen Gebäuden, die in den 70er Jahren entworfen wurden, fehlte ein bestimmter Stil und sie erinnerten an Verzierungen früherer Gebäude, die vor den 50er Jahren entworfen wurden. Diese Entwurfspläne ignorierten die Umgebung und belasteten Strukturen mit dekorativen Elementen und extravaganten Oberflächen. Diese Herangehensweise an Design wurde von Fazlur Khan abgelehnt und er betrachtete die Entwürfe eher als skurril als als rational. Darüber hinaus betrachtete er die Arbeit als Verschwendung wertvoller natürlicher Ressourcen. Khans Arbeit förderte Strukturen, die in die Architektur integriert waren, und den geringsten Materialeinsatz, was zu den geringsten Auswirkungen der Kohlenstoffemissionen auf die Umwelt führte. Die nächste Ära der Wolkenkratzer wird sich auf die Umwelt konzentrieren, einschließlich der Leistung von Bauwerken, Materialarten, Baupraktiken, des absolut minimalen Einsatzes von Materialien / natürlichen Ressourcen, der in den Bauwerken enthaltenen Energie und vor allem eines ganzheitlich integrierten Ansatzes für Gebäudesysteme.

Moderne Baupraktiken in Bezug auf Supertall-Strukturen haben zur Untersuchung der "Eitelkeitshöhe" geführt. Die Waschtischhöhe ist laut CTBUH der Abstand zwischen dem höchsten Stockwerk und seiner architektonischen Oberseite (ausgenommen Antennen, Fahnenmasten oder andere funktionale Erweiterungen). Die Eitelkeitshöhe tauchte erstmals in den 1920er und 1930er Jahren in Wolkenkratzern in New York City auf, aber Supertall-Gebäude haben sich für durchschnittlich 30% ihrer Höhe auf solche unbewohnbaren Erweiterungen verlassen, was potenzielle Definitions- und Nachhaltigkeitsprobleme aufwirft. Die gegenwärtige Ära der Wolkenkratzer konzentriert sich auf Nachhaltigkeit , ihre gebauten und natürlichen Umgebungen, einschließlich der Leistung von Strukturen, Materialtypen, Baupraktiken, einem absolut minimalen Einsatz von Materialien und natürlichen Ressourcen, Energie innerhalb der Struktur und einem ganzheitlich integrierten Ansatz für Gebäudesysteme. LEED ist ein aktueller Standard für umweltfreundliches Bauen .

Architektonisch kehrte mit den Bewegungen der Postmoderne , des New Urbanism und der New Classical Architecture , die seit den 1980er Jahren etabliert wurden, ein klassischerer Ansatz zum globalen Wolkenkratzerdesign zurück, das bis heute populär ist. Beispiele sind das Wells Fargo Center , der NBC Tower , der Parkview Square , der 30 Park Place , der Messeturm , die legendären Petronas Towers und der Jin Mao Tower .

Andere zeitgenössische Stile und Bewegungen in Wolkenkratzer - Design sind organischen , nachhaltigen , neo-Futurist , strukturalistische , High-Tech , dekonstruktivistische , Klecks , digital , Stromlinie , Neuheit , kritischen Regionalismus , Mundart , Neo Art Deco und Neo-Historismus , auch bekannt als revivalist .

Der 3. September ist der weltweite Gedenktag für Wolkenkratzer, der als "Wolkenkratzertag" bezeichnet wird.

Die Entwickler von New York City konkurrierten untereinander, wobei in den 1920er und frühen 1930er Jahren sukzessive höhere Gebäude den Titel "das höchste der Welt" erhielten. 1930 wurden das 318,9 m hohe Chrysler Building und das 443,2 m hohe Gebäude fertiggestellt ) Empire State Building im Jahr 1931, das höchste Gebäude der Welt seit vierzig Jahren. Der erste fertiggestellte 417 m hohe World Trade Center- Turm wurde 1972 zum höchsten Gebäude der Welt. Innerhalb von zwei Jahren wurde er jedoch vom Sears Tower (jetzt Willis Tower ) in Chicago überholt . Der 442 m hohe Sears Tower war von 1974 bis 1998 das höchste Gebäude der Welt seit 24 Jahren, bis er von den 452 m hohen Petronas Twin Towers in Kuala Lumpur, die den Titel für sechs Personen innehatten, verdrängt wurde Jahre.

Gestaltung und Konstruktion

Moderne Wolkenkratzer in der Innenstadt von Los Angeles

Bei der Planung und dem Bau von Wolkenkratzern werden sichere, bewohnbare Räume in sehr hohen Gebäuden geschaffen. Die Gebäude müssen ihr Gewicht tragen, Wind und Erdbeben standhalten und die Bewohner vor Feuer schützen. Sie müssen jedoch auch in den oberen Etagen bequem zugänglich sein und den Bewohnern Versorgungsunternehmen und ein angenehmes Klima bieten. Die Probleme in Wolkenkratzer Design gestellt werden zu den komplexesten anzutreffen waren die Bilanzen erforderlich zwischen betrachtet Wirtschaft , Technik und Bau - Management.

Ein gemeinsames Merkmal von Wolkenkratzern ist ein Stahlgerüst, an dem Vorhangfassaden aufgehängt sind, anstatt tragende Wände herkömmlicher Bauweise. Die meisten Wolkenkratzer haben einen Stahlrahmen, mit dem sie höher gebaut werden können als typische tragende Wände aus Stahlbeton. Wolkenkratzer haben normalerweise eine besonders kleine Oberfläche von herkömmlichen Wänden. Da die Wände nicht tragfähig sind, zeichnen sich die meisten Wolkenkratzer durch Oberflächen von Fenstern aus, die durch das Konzept des Stahlrahmens und der Vorhangfassade ermöglicht werden. Wolkenkratzer können jedoch auch Vorhangfassaden aufweisen, die herkömmliche Wände imitieren, und eine kleine Oberfläche von Fenstern aufweisen.

Das Konzept eines Wolkenkratzers ist ein Produkt des industrialisierten Zeitalters , das durch billige Energie aus fossilen Brennstoffen und industriell raffinierte Rohstoffe wie Stahl und Beton ermöglicht wird . Der Bau von Wolkenkratzern wurde durch Stahlrahmenkonstruktionen ermöglicht , die den Ziegel- und Mörtelbau ab Ende des 19. Jahrhunderts übertrafen und ihn schließlich im 20. Jahrhundert zusammen mit dem Stahlbetonbau übertrafen, da der Stahlpreis sank und die Arbeitskosten stiegen.

Die Stahlrahmen werden für Supertallgebäude ineffizient und unwirtschaftlich, da die nutzbare Grundfläche für zunehmend größere Stützsäulen verringert wird. Seit etwa 1960 werden Rohrkonstruktionen für Hochhäuser verwendet. Dies reduziert den Materialverbrauch (wirtschaftlich effizienter - Willis Tower verbraucht ein Drittel weniger Stahl als das Empire State Building) und ermöglicht dennoch eine größere Höhe. Es ermöglicht weniger Innensäulen und schafft so mehr Nutzfläche. Darüber hinaus können Gebäude verschiedene Formen annehmen.

Aufzüge sind charakteristisch für Wolkenkratzer. 1852 führte Elisha Otis den Sicherheitsaufzug ein, der eine bequeme und sichere Bewegung der Passagiere in die oberen Stockwerke ermöglichte. Eine weitere wichtige Entwicklung war die Verwendung eines Stahlrahmens anstelle von Stein oder Ziegel, da sonst die Wände in den unteren Stockwerken eines hohen Gebäudes zu dick wären, um praktisch zu sein. Zu den wichtigsten Herstellern von Aufzügen zählen heute Otis , ThyssenKrupp , Schindler und KONE .

Fortschritte in der Bautechnik haben es Wolkenkratzern ermöglicht, sich in der Breite zu verengen und gleichzeitig in der Höhe zuzunehmen. Einige dieser neuen Techniken umfassen Massendämpfer , um Vibrationen und Schwankungen zu reduzieren, und Lücken, durch die Luft hindurchtreten kann, wodurch die Windscherung verringert wird.

Grundlegende Überlegungen zum Design

Eine gute strukturelle Gestaltung ist bei den meisten Gebäudeentwürfen wichtig, insbesondere aber bei Wolkenkratzern, da angesichts des hohen Preises selbst eine geringe Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Ausfalls nicht akzeptabel ist. Für Bauingenieure ist dies ein Paradoxon: Der einzige Weg, um einen Mangel an Fehlern sicherzustellen, besteht darin, alle Fehlerarten sowohl im Labor als auch in der realen Welt zu testen. Die einzige Möglichkeit, alle Arten von Fehlern zu kennen, besteht darin, aus früheren Fehlern zu lernen. Somit kann kein Ingenieur absolut sicher sein, dass eine bestimmte Struktur allen Belastungen standhält, die zu einem Ausfall führen können, kann jedoch nur ausreichend große Sicherheitsspannen aufweisen, so dass ein Ausfall akzeptabel unwahrscheinlich ist. Wenn Gebäude ausfallen, fragen die Ingenieure, ob der Ausfall auf mangelnde Voraussicht oder auf einen nicht erkennbaren Faktor zurückzuführen ist.

Belastung und Vibration

Die Belastung eines Wolkenkratzers hängt weitgehend von der Kraft des Baumaterials selbst ab. Bei den meisten Gebäudeentwürfen ist das Gewicht der Struktur viel größer als das Gewicht des Materials, das sie über ihr eigenes Gewicht hinaus tragen wird. In technischer Hinsicht ist die Eigenlast , die Last der Struktur, größer als die Nutzlast , das Gewicht der Dinge in der Struktur (Personen, Möbel, Fahrzeuge usw.). Daher ist die Menge an Baumaterial, die in den unteren Ebenen eines Wolkenkratzers benötigt wird, viel größer als die Menge, die in den höheren Ebenen benötigt wird. Dies ist nicht immer visuell erkennbar. Die Empire State Building ist Rückschläge sind tatsächlich ein Ergebnis der Bauordnung zu der Zeit ( 1916 Zoning Resolution ) und wurden nicht strukturell erforderlich. Andererseits ist die Form des John Hancock Centers eindeutig das Ergebnis der Unterstützung von Lasten. Es gibt verschiedene Arten von vertikalen Stützen, von denen die für Wolkenkratzer am häufigsten verwendeten in Stahlrahmen, Betonkerne, Rohr-in-Rohr-Design und Scherwände eingeteilt werden können.

Die Windbelastung eines Wolkenkratzers ist ebenfalls beträchtlich. Tatsächlich ist die seitliche Windlast, die auf Supertallstrukturen ausgeübt wird, im Allgemeinen der bestimmende Faktor bei der Tragwerksplanung. Der Winddruck steigt mit der Höhe, sodass bei sehr hohen Gebäuden die mit dem Wind verbundenen Lasten größer sind als tote oder lebende Lasten.

Andere vertikale und horizontale Belastungsfaktoren stammen aus verschiedenen, unvorhersehbaren Quellen wie Erdbeben.

Stahlrahmen

1895, Stahl hatte ersetzt Gusseisen als Wolkenkratzer Strukturmaterial. Seine Formbarkeit ermöglichte es, es in eine Vielzahl von Formen zu formen, und es konnte genietet werden, um starke Verbindungen zu gewährleisten. Die Einfachheit eines Stahlrahmens beseitigte den ineffizienten Teil einer Scherwand, den Mittelteil und die konsolidierten Stützelemente auf viel stärkere Weise, indem sowohl horizontale als auch vertikale Stützen durchgehend zugelassen wurden. Zu den Nachteilen von Stahl gehört, dass der Abstand zwischen den Stützelementen verringert werden muss, wenn mit zunehmender Höhe mehr Material abgestützt werden muss, was wiederum die Menge an Material erhöht, die abgestützt werden muss. Dies wird für Gebäude mit mehr als 40 Stockwerken ineffizient und unwirtschaftlich, da die nutzbaren Grundflächen für die Stützsäule und die Verwendung von Stahl reduziert werden.

Rohrstruktursysteme

Der Willis Tower in Chicago zeigt das Design des gebündelten Rohrrahmens

Ein neues strukturelles System von gerahmten Rohren wurde 1963 von Fazlur Rahman Khan entwickelt . Die gerahmte Rohrstruktur ist definiert als "eine dreidimensionale Raumstruktur, die aus drei, vier oder möglicherweise mehr Rahmen, verspannten Rahmen oder Scherwänden besteht, die an oder verbunden sind in der Nähe ihrer Kanten, um ein vertikales rohrartiges Struktursystem zu bilden, das Seitenkräften in jede Richtung durch Auskragen aus dem Fundament standhalten kann ". Eng beabstandete miteinander verbundene Außensäulen bilden das Rohr. Horizontale Lasten (hauptsächlich Wind) werden von der gesamten Struktur getragen. Gerahmte Rohre ermöglichen weniger Innensäulen und schaffen so mehr Nutzfläche. Etwa die Hälfte der Außenfläche steht für Fenster zur Verfügung. Wenn größere Öffnungen wie Garagentore erforderlich sind, muss der Rohrrahmen unterbrochen werden, wobei Transferträger verwendet werden müssen, um die strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten. Rohrkonstruktionen senken die Kosten und ermöglichen es Gebäuden, größere Höhen zu erreichen. Die Betonrohrrahmenkonstruktion wurde erstmals im DeWitt-Chestnut Apartment Building verwendet , das 1963 in Chicago fertiggestellt wurde, und bald darauf im John Hancock Center und im World Trade Center .

Die Rohrsysteme sind für die Gestaltung hoher Gebäude von grundlegender Bedeutung. Die meisten Gebäude mit mehr als 40 Stockwerken, die seit den 1960er Jahren gebaut wurden, verwenden heute ein Rohrdesign, das von Khans Konstruktionsprinzipien abgeleitet ist. Beispiele hierfür sind der Bau des World Trade Centers , des Aon Centers , der Petronas Towers , des Jin Mao-Gebäudes und der meisten anderen Wolkenkratzer seit den 1960er Jahren . Der starke Einfluss des Rohrstrukturdesigns zeigt sich auch beim Bau des derzeit höchsten Wolkenkratzers, des Burj Khalifa .

Fachwerkrohr und X-Bracing

Strukturänderungen mit der Höhe; Die Rohrsysteme sind für Supertallgebäude von grundlegender Bedeutung.

Khan war Pionier mehrerer anderer Variationen des Rohrstrukturdesigns. Eines davon war das Konzept der X-Bracing oder des Fachwerkrohrs , das erstmals für das John Hancock Center eingesetzt wurde . Dieses Konzept reduzierte die seitliche Belastung des Gebäudes, indem die Belastung auf die Außensäulen übertragen wurde. Dies ermöglicht einen geringeren Bedarf an Innensäulen, wodurch mehr Bodenfläche geschaffen wird. Dieses Konzept ist im John Hancock Center zu sehen, das 1965 entworfen und 1969 fertiggestellt wurde. Als eines der bekanntesten Gebäude des strukturellen expressionistischen Stils ist das charakteristische X-Bracing-Äußere des Wolkenkratzers tatsächlich ein Hinweis darauf, dass die Haut der Struktur tatsächlich Teil davon ist sein "röhrenförmiges System". Diese Idee ist eine der architektonischen Techniken, mit denen das Gebäude Höhenaufzeichnungen erklomm (das Rohrsystem ist im Wesentlichen die Wirbelsäule, die dem Gebäude hilft, bei Wind- und Erdbebenlasten aufrecht zu stehen ). Diese X-Verstrebung ermöglicht sowohl eine höhere Leistung bei hohen Strukturen als auch die Möglichkeit, den inneren Grundriss (und die nutzbare Grundfläche) zu öffnen, wenn der Architekt dies wünscht.

Das John Hancock Center war weitaus effizienter als frühere Stahlrahmenkonstruktionen . Während für das Empire State Building (1931) etwa 206 Kilogramm Stahl pro Quadratmeter und für die 28 Liberty Street (1961) 275 erforderlich waren, waren für das John Hancock Center nur 145 erforderlich. Das Konzept der Fachwerkröhre wurde auf viele spätere Wolkenkratzer angewendet, einschließlich der Onterie Zentrum , Citigroup Center und Bank of China Tower .

Gebündelte Röhre

Eine wichtige Variation des Rohrrahmens ist das gebündelte Rohr , bei dem mehrere miteinander verbundene Rohrrahmen verwendet werden. Der Willis Tower in Chicago verwendete dieses Design und verwendete neun Röhren unterschiedlicher Höhe, um sein unverwechselbares Erscheinungsbild zu erzielen. Die gebündelte Rohrstruktur bedeutete, dass "Gebäude nicht länger kastenförmig aussehen müssen: Sie könnten zu Skulpturen werden".

Das Aufzugsrätsel

Die Erfindung des Aufzugs war eine Voraussetzung für die Erfindung von Wolkenkratzern, da die meisten Menschen nicht mehr als ein paar Treppen gleichzeitig steigen konnten (oder konnten). Die Aufzüge in einem Wolkenkratzer sind nicht einfach ein notwendiges Versorgungsunternehmen wie fließendes Wasser und Strom, sondern hängen eng mit dem Design der gesamten Struktur zusammen: Ein höheres Gebäude benötigt mehr Aufzüge, um die zusätzlichen Stockwerke zu warten, aber die Aufzugsschächte verbrauchen wertvolles Material Grundfläche. Wenn der Servicekern, der die Aufzugsschächte enthält, zu groß wird, kann dies die Rentabilität des Gebäudes verringern. Architekten müssen daher den durch das Hinzufügen von Höhe gewonnenen Wert gegen den Wert abwägen, der für den wachsenden Servicekern verloren geht.

Viele hohe Gebäude verwenden Aufzüge in einer nicht standardmäßigen Konfiguration, um ihren Platzbedarf zu verringern. Gebäude wie die ehemaligen World Trade Center Towers und das John Hancock Center in Chicago nutzen Sky Lobbys , in denen Expressaufzüge Passagiere in die oberen Stockwerke bringen, die als Basis für lokale Aufzüge dienen. Auf diese Weise können Architekten und Ingenieure Aufzugsschächte platzsparend übereinander platzieren. Sky Lobbys und Expressaufzüge nehmen jedoch viel Platz ein und erhöhen den Zeitaufwand für den Pendelverkehr zwischen den Stockwerken.

Andere Gebäude, wie die Petronas Towers , verwenden doppelstöckige Aufzüge , sodass mehr Personen in einen einzigen Aufzug passen und an jeder Haltestelle zwei Stockwerke erreichen. Es ist möglich, sogar mehr als zwei Ebenen in einem Aufzug zu verwenden, obwohl dies noch nie geschehen ist. Das Hauptproblem bei doppelstöckigen Aufzügen besteht darin, dass jeder im Aufzug anhält, wenn nur eine Person auf einer Ebene in einem bestimmten Stockwerk aussteigen muss.

Zu den Gebäuden mit Himmelslobbys gehören das World Trade Center , die Petronas Twin Towers , der Willis Tower und Taipei 101 . Die 44. Etage Sky - Lobby des John Hancock Center kennzeichnete auch das erste Hochhaus Innenpool , dem höchsten in den Vereinigten Staaten bleibt.

Wirtschaftliche Gründe

Wolkenkratzer befinden sich normalerweise in Stadtzentren, in denen der Grundstückspreis hoch ist. Der Bau eines Wolkenkratzers ist gerechtfertigt, wenn der Grundstückspreis so hoch ist, dass es wirtschaftlich sinnvoll ist, nach oben zu bauen, um die Grundstückskosten pro Gesamtfläche eines Gebäudes zu minimieren. Daher wird der Bau von Wolkenkratzern von der Wirtschaft bestimmt und führt zu Wolkenkratzern in einem bestimmten Teil einer Großstadt, sofern nicht eine Bauordnung die Höhe von Gebäuden einschränkt.

Wolkenkratzer werden in Kleinstädten selten gesehen und sind für Großstädte charakteristisch, da hohe Grundstückspreise für den Bau von Wolkenkratzern von entscheidender Bedeutung sind. Normalerweise können sich nur Büro-, Gewerbe- und Hotelbenutzer die Mieten in der Innenstadt leisten, und daher gehören die meisten Mieter von Wolkenkratzern zu diesen Klassen.

Wolkenkratzer sind heutzutage ein immer häufigerer Anblick, bei dem Land teuer ist, wie in den Zentren von Großstädten, weil sie einen so hohen Anteil an vermietbarer Grundfläche pro Flächeneinheit bieten.

Ein Problem mit Wolkenkratzern ist das Parken von Autos . In den größten Städten pendeln die meisten Menschen mit öffentlichen Verkehrsmitteln, in kleineren Städten werden jedoch viele Parkplätze benötigt. Parkhäuser sind unpraktisch, um sehr hoch zu bauen, so dass viel Landfläche benötigt wird.

Ein weiterer Nachteil sehr hoher Wolkenkratzer ist der Verlust an nutzbarer Grundfläche, da viele Aufzugsschächte benötigt werden, um ein performantes vertikales Fahren zu ermöglichen. Dies führte zur Einführung von Expressliften und Himmelslobbys, bei denen die Übertragung auf Lifte mit langsamerer Verteilung erfolgen kann.

Umweltbelastung

30 St Mary Axe in London ist ein Beispiel für einen modernen umweltfreundlichen Wolkenkratzer.

Der Bau eines einzelnen Wolkenkratzers erfordert große Mengen an Materialien wie Stahl, Beton und Glas, und diese Materialien repräsentieren eine erhebliche verkörperte Energie . Wolkenkratzer sind somit materielle und energieintensive Gebäude, aber Wolkenkratzer können eine lange Lebensdauer haben, beispielsweise das 1931 fertiggestellte Empire State Building in New York City , USA, das weiterhin aktiv genutzt wird.

Wolkenkratzer haben eine beträchtliche Masse und erfordern ein stärkeres Fundament als ein kürzeres, leichteres Gebäude. Während des Baus müssen Baumaterialien während des Baus auf die Spitze eines Wolkenkratzers gehoben werden, was mehr Energie erfordert, als in niedrigeren Höhen erforderlich wäre. Darüber hinaus verbraucht ein Wolkenkratzer viel Strom, da Trinkwasser und nicht trinkbares Wasser in die am höchsten belegten Stockwerke gepumpt werden müssen, Wolkenkratzer normalerweise mechanisch belüftet werden müssen , Aufzüge im Allgemeinen anstelle von Treppen verwendet werden und elektrisches Licht in weit entfernten Räumen benötigt wird die Fenster und fensterlosen Räume wie Aufzüge, Badezimmer und Treppenhäuser.

Wolkenkratzer können künstlich beleuchtet werden und der Energiebedarf kann durch erneuerbare Energien oder andere Stromerzeugung mit geringen Treibhausgasemissionen gedeckt werden . Heizen und Kühlen von Wolkenkratzern kann effizient sein, weil die zentralen HLK - Systeme, Wärmestrahlung blockierende Fenster und kleiner Fläche des Gebäudes. Für Wolkenkratzer gibt es die LEED-Zertifizierung ( Leadership in Energy and Environmental Design ). Beispielsweise erhielt das Empire State Building im September 2011 die goldene Bewertung „Leadership in Energy and Environmental Design“. Das Empire State Building ist das höchste LEED-zertifizierte Gebäude in den USA und belegt, dass Wolkenkratzer umweltfreundlich sein können. Die 30 St Mary Axe in London , Großbritannien, ist ein weiteres Beispiel für einen umweltfreundlichen Wolkenkratzer.

In den unteren Ebenen eines Wolkenkratzers muss ein größerer Prozentsatz der Gebäudefläche für die Gebäudestruktur und -dienstleistungen aufgewendet werden, als für niedrigere Gebäude erforderlich ist:

  • Mehr Struktur - weil es stärker sein muss, um mehr Stockwerke darüber zu tragen
  • Das Rätsel um die Aufzüge macht mehr Aufzugsschächte erforderlich - alle kommen unten herein und müssen alle durch den unteren Teil des Gebäudes gehen, um in die oberen Ebenen zu gelangen.
  • Gebäudetechnik - Strom und Wasser gelangen von unten in das Gebäude und müssen durch die unteren Ebenen gelangen, um zu den oberen Ebenen zu gelangen.

In niedrigen Gebäuden können die Stützräume ( Kältemaschinen , Transformatoren , Kessel , Pumpen und Lüftungsgeräte ) in Kellern oder Dachflächen untergebracht werden - Bereiche mit geringem Mietwert. Es gibt jedoch eine Grenze dafür, wie weit diese Pflanze von dem Gebiet entfernt sein kann, in dem sie betrieben wird. Je weiter es entfernt ist, desto größer sind die Steigleitungen für Kanäle und Rohre von dieser Anlage zu den Böden, die sie bedienen, und desto mehr Bodenfläche nehmen diese Steigleitungen ein. In der Praxis bedeutet dies, dass sich diese Anlage in Hochhäusern in Intervallen auf Gebäudeebene befindet.

Betriebsenergie Der Gebäudesektor verursacht ungefähr 50% der Treibhausgasemissionen, während die Betriebsenergie 80-90% des gebäudebezogenen Energieverbrauchs ausmacht. Der Betriebsenergieverbrauch wird durch die Stärke der Leitung zwischen Innen und Außen, die Konvektion durch eindringende Luft und die Strahlung durch Verglasung beeinflusst . Das Ausmaß, in dem diese Faktoren die Betriebsenergie beeinflussen, hängt vom Mikroklima des Wolkenkratzers ab, wobei die Windgeschwindigkeit mit zunehmender Höhe des Wolkenkratzers zunimmt und die Trockenkugeltemperatur mit zunehmender Höhe abnimmt . Wenn beispielsweise von 1,5 Metern bis 284 Meter bewegt , verringerte die Trockenkugeltemperatur von 1,85 o C während die Windgeschwindigkeit von 2,46 Metern pro Sekunde auf 7,75 Meter pro Sekunde erhöht, was zu einer 2,4% igen Abnahme im Sommer führte in Bezug Abkühlen auf der Freedom Tower in New York City. Für dasselbe Gebäude wurde jedoch festgestellt, dass die jährliche Energieverbrauchsintensität um 9,26% höher war, da in großen Höhen keine Beschattung vorhanden war, was die Kühllasten für den Rest des Jahres erhöhte, während eine Kombination aus Temperatur, Wind, Beschattung und Die Auswirkungen von Reflexionen führten zu einem kombinierten Anstieg der jährlichen Energieverbrauchsintensität um 13,13%. In einer 2013 von Leung und Ray durchgeführten Studie wurde festgestellt, dass die durchschnittliche Energieverbrauchsintensität einer Struktur mit 0 bis 9 Stockwerken etwa 80 kBtu / ft / Jahr betrug, während die Energieverbrauchsintensität einer Struktur mit mehr als 50 Stockwerken betrug Die Böden waren etwa 117 kBtu / ft / Jahr. In Abbildung 1 sehen Sie, wie sich Zwischenhöhen auf die Intensität des Energieverbrauchs auswirken. Der leichte Rückgang der Energieverbrauchsintensität über 30 bis 39 Stockwerke ist darauf zurückzuführen, dass sich der Druckanstieg in den Heizungs-, Kühlungs- und Wasserverteilungssystemen an einem Punkt zwischen 40 und 49 Stockwerken abflacht und die Energieeinsparungen aufgrund der Das Mikroklima höherer Stockwerke ist zu sehen. Es gibt eine Datenlücke, in der eine weitere Studie erforderlich ist, in der dieselben Informationen, jedoch für höhere Gebäude, untersucht werden.

Aufzüge

Ein Teil des Anstiegs der Betriebsenergie in hohen Gebäuden hängt mit der Verwendung von Aufzügen zusammen, da die zurückgelegte Strecke und die Geschwindigkeit, mit der sie fahren, mit zunehmender Höhe des Gebäudes zunehmen. Zwischen 5 und 25% der gesamten Energie, die in einem hohen Gebäude verbraucht wird, stammt aus der Verwendung von Aufzügen . Mit zunehmender Höhe des Gebäudes ist es auch ineffizienter, da höhere Widerstands- und Reibungsverluste auftreten.

Verkörperte Energie Die verkörperte Energie, die mit dem Bau von Wolkenkratzern verbunden ist, hängt von den verwendeten Materialien ab. Die verkörperte Energie wird pro Materialeinheit quantifiziert. Wolkenkratzer haben von Natur aus eine höhere Energie als niedrige Gebäude, da mehr Material verwendet wird, wenn mehr Fußböden gebaut werden. In den Abbildungen 2 und 3 werden die Gesamtenergie der verschiedenen Bodentypen und die Energie der Einheit pro Etage für Gebäude mit 20 bis 70 Stockwerken verglichen. Bei allen Bodentypen mit Ausnahme von Stahl-Beton-Fußböden wurde festgestellt, dass nach 60 Stockwerken die Energieeinheit abnahm, bei Betrachtung aller Fußböden jedoch aufgrund einer doppelten Abhängigkeit von der Höhe ein exponentielles Wachstum zu verzeichnen war. Die erste ist die Beziehung zwischen einer Zunahme der Höhe, die zu einer Zunahme der Menge der verwendeten Materialien führt, und die zweite ist die Zunahme der Höhe, die zu einer Zunahme der Größe der Elemente führt, um die strukturelle Kapazität des Gebäudes zu erhöhen. Eine sorgfältige Auswahl der Baumaterialien kann wahrscheinlich die verkörperte Energie reduzieren, ohne die Anzahl der innerhalb der angegebenen Grenzen errichteten Stockwerke zu verringern.

Verkörperter Kohlenstoff Ähnlich wie verkörperte Energie hängt der verkörperte Kohlenstoff eines Gebäudes von den für seine Konstruktion ausgewählten Materialien ab. Die Abbildungen 4 und 5 zeigen den gesamten verkörperten Kohlenstoff für verschiedene Strukturtypen für eine zunehmende Anzahl von Stockwerken und den verkörperten Kohlenstoff pro Quadratmeter Bruttogrundfläche für dieselben Strukturtypen mit zunehmender Anzahl von Stockwerken. Beide Methoden zur Messung des verkörperten Kohlenstoffs zeigen, dass es einen Punkt gibt, an dem der verkörperte Kohlenstoff am niedrigsten ist, bevor er mit zunehmender Höhe wieder zunimmt. Für den gesamten verkörperten Kohlenstoff hängt er vom Strukturtyp ab, beträgt jedoch entweder ungefähr 40 Stockwerke oder ungefähr 60 Stockwerke. Für den Quadratmeter Bruttogrundfläche wurde der niedrigste verkörperte Kohlenstoff entweder bei 40 Stockwerken oder bei ungefähr 70 Stockwerken gefunden.

Luftverschmutzung In städtischen Gebieten kann die Konfiguration von Gebäuden zu verschärften Windmustern und einer ungleichmäßigen Verteilung der Schadstoffe führen . Wenn die Höhe von Gebäuden, die eine Luftverschmutzungsquelle umgeben, erhöht wird, wurden die Größe und das Auftreten von „Totzonen“ und „Hotspots“ in Gebieten erhöht, in denen es fast keine Schadstoffe bzw. hohe Schadstoffkonzentrationen gab. Abbildung 6 zeigt den Verlauf der Höhe eines Gebäudes F von 0,0315 Einheiten in Fall 1 auf 0,2 Einheiten in Fall 2 auf 0,6 Einheiten in Fall 3. Dieser Verlauf zeigt, wie mit zunehmender Höhe des Gebäudes F die Streuung der Schadstoffe abnimmt. Die Konzentration innerhalb des Gebäudeclusters nimmt jedoch zu. Die Variation der Geschwindigkeitsfelder kann auch durch den Bau neuer Gebäude beeinflusst werden und nicht nur durch die in der Abbildung gezeigte Erhöhung der Höhe. Während sich die städtischen Zentren weiter nach oben und außen ausdehnen, werden die gegenwärtigen Geschwindigkeitsfelder weiterhin verschmutzte Luft in der Nähe der hohen Gebäude in der Stadt einschließen. Insbesondere in Großstädten wird ein Großteil der Luftverschmutzung durch den Transport verursacht, sei es durch Autos, Züge, Flugzeuge oder Boote. Während sich die Zersiedelung fortsetzt und weiterhin Schadstoffe emittiert werden, werden die Luftschadstoffe weiterhin in diesen städtischen Zentren eingeschlossen sein. Verschiedene Schadstoffe können auf unterschiedliche Weise die menschliche Gesundheit schädigen. Beispielsweise können Partikel aus Fahrzeugabgasen und Stromerzeugung Asthma, Bronchitis und Krebs verursachen, während Stickstoffdioxid aus Verbrennungsprozessen von Motoren motorische Störungen und Erstickung verursachen kann.

LEED / Green Building Rating

Wie bei allen anderen Gebäuden ist es möglich, eine Bewertung für umweltfreundliche Gebäude zu erhalten, wenn besondere Maßnahmen ergriffen werden, um nachhaltige Entwurfsmethoden frühzeitig in den Entwurfsprozess einzubeziehen, beispielsweise eine LEED- Zertifizierung (Leadership in Energy and Environmental Design) . Ein integrierter Entwurfsansatz ist entscheidend, um sicherzustellen, dass zu Beginn des Prozesses Entwurfsentscheidungen getroffen werden, die sich positiv auf das gesamte Gebäude auswirken. Aufgrund der enormen Größe der Wolkenkratzer müssen die Entscheidungen des Designteams alle Faktoren berücksichtigen, einschließlich der Auswirkungen der Gebäude auf die umliegende Gemeinde, der Auswirkungen des Gebäudes auf die Richtung, in die sich Luft und Wasser bewegen, und der Auswirkungen von Der Bauprozess muss berücksichtigt werden. Es gibt verschiedene Entwurfsmethoden, die beim Bau eines Wolkenkratzers angewendet werden könnten, um die Höhe des Gebäudes auszunutzen. Das Mikroklima, das mit zunehmender Höhe des Gebäudes entsteht, kann genutzt werden, um die natürliche Belüftung zu erhöhen , die Kühllast zu verringern und das Tageslicht zu erhöhen. Die natürliche Belüftung kann durch Nutzung des Stapeleffekts erhöht werden , bei dem sich warme Luft nach oben bewegt und die Luftbewegung im Gebäude erhöht. Wenn der Stapeleffekt verwendet wird, müssen Gebäude besonders darauf achten, Brandschutztechniken zu entwickeln, da der Stapeleffekt auch die Schwere eines Brandes verschlimmern kann. Wolkenkratzer gelten aufgrund ihrer Größe sowie der Tatsache, dass ein Großteil als Bürogebäude mit hoher Kühllast genutzt wird, als intern dominierte Gebäude. Aufgrund des Mikroklimas, das in den oberen Etagen mit der erhöhten Windgeschwindigkeit und den verringerten Trockenkugeltemperaturen erzeugt wird, wird die Kühllast aufgrund der Infiltration durch die thermische Hülle natürlich verringert. Durch die Nutzung der natürlich kühleren Temperaturen in höheren Lagen können Wolkenkratzer ihre Kühllasten passiv reduzieren. Auf der anderen Seite dieses Arguments steht das Fehlen einer Beschattung durch andere Gebäude in höheren Lagen, sodass der Solarwärmegewinn für höhere Stockwerke größer ist als für Stockwerke am unteren Ende des Gebäudes. Es sollten besondere Maßnahmen getroffen werden, um die oberen Stockwerke während der Überhitzungsperiode vor Sonnenlicht zu schützen, um den thermischen Komfort zu gewährleisten, ohne die Kühllast zu erhöhen.

Geschichte der höchsten Wolkenkratzer

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts, New York City war ein Zentrum für die Beaux-Arts Architekturbewegung, die Talente so großer Architekten wie anziehenden Stanford White und Carrere und Hastings . Als im Laufe des Jahrhunderts bessere Bau- und Ingenieurtechnologien verfügbar wurden, wurden New York City und Chicago zum Mittelpunkt des Wettbewerbs um das höchste Gebäude der Welt. Die beeindruckende Skyline jeder Stadt besteht aus zahlreichen und vielfältigen Wolkenkratzern, von denen viele Ikonen der Architektur des 20. Jahrhunderts sind:

  • Das EV Haughwout-Gebäude in Manhattan wird von einem Teil der New Yorker als der erste Wolkenkratzer der Welt angesehen, da es am 23. März 1857 das erste Gebäude war, in dem ein Personenaufzug erfolgreich installiert wurde.
  • Das Equitable Life Building in Manhattan wird von einem anderen Teil der New Yorker als der erste Wolkenkratzer der Welt angesehen, da es das erste Bürogebäude mit Personenaufzügen war.
  • Das 1884 erbaute Hausversicherungsgebäude in Chicago wird von vielen Menschen aufgrund seines Stahlskeletts als der erste Wolkenkratzer der Welt angesehen. Nachfolgende Gebäude wie das Singer Building und der Metropolitan Life Tower waren noch höher.
  • Das von Daniel Hudson Burnham entworfene und 87 m hohe Flatiron-Gebäude war nach seiner Fertigstellung im Jahr 1902 eines der höchsten Gebäude in New York City, das durch sein Stahlskelett ermöglicht wurde. Obwohl es nie das höchste Gebäude der Welt war, war es eines der ersten Gebäude, die mit einem Stahlrahmen entworfen wurden, und es wäre sehr schwierig gewesen, diese Höhe mit anderen Bauweisen dieser Zeit zu erreichen. Das von Bradford Gilbert entworfene und 1889 erbaute Tower Building wird von einigen als der erste Wolkenkratzer in New York City angesehen und war möglicherweise das erste Gebäude in New York City, in dem ein Stahlskelettrahmen verwendet wurde.
  • Der Turm der Metropolitan Life Insurance Company , der 1909 gegenüber dem Madison Square Park vom Flatiron Building aus fertiggestellt wurde, wurde vom Architekturbüro Napoleon LeBrun & Sons entworfen und war 210 m hoch. Bis 1913 war es das höchste Gebäude der Welt.
  • Das Woolworth Building , eine neugotische "Handelskathedrale" mit Blick auf das New Yorker Rathaus , wurde von Cass Gilbert entworfen . Mit 241 m wurde es nach seiner Fertigstellung im Jahr 1913 das höchste Gebäude der Welt, eine Ehre, die es bis 1930 behielt.
  • 40 Wall Street , ein 71-stöckiges, 283 m hohes neugotisches Gebäude, das von H. Craig Severance entworfen wurde , war im Mai 1930 das höchste Gebäude der Welt für einen Monat.
  • Ende Mai 1930 übernahm das Chrysler Building die Führung als höchstes Gebäude der Welt und kratzte mit 319 m den Himmel. Das Chrysler Building wurde von William Van Alen entworfen , einem Meisterwerk im Art-Deco- Stil mit einem aus Ziegeln gefertigten Äußeren. Bis heute ist es ein Favorit der New Yorker.
  • Das Empire State Building , das erste Gebäude mit mehr als 100 Stockwerken (102), wurde im folgenden Jahr fertiggestellt. Es wurde von Shreve, Lamb und Harmon im zeitgenössischen Art-Deco-Stil entworfen. Der Turm hat seinen Namen vom Spitznamen des Staates New York . Nach seiner Fertigstellung im Jahr 1931 auf 381 m (1.250 Fuß) nahm es den höchsten Platz als höchstes Gebäude ein und überragte bis 1970 alle anderen Gebäude. Der 1951 hinzugefügte Antennenmast brachte die Höhe des Gipfels auf 449 m (1.472 Fuß) und senkte sich ein 1984 bis 1.454 Fuß (443 m).
  • Das World Trade Center übertraf 1970 offiziell das Empire State Building , wurde 1973 fertiggestellt und bestand aus zwei hohen Türmen und mehreren kleineren Gebäuden. Für kurze Zeit war der erste der beiden Türme das höchste Gebäude der Welt. Nach ihrer Fertigstellung standen die Türme 28 Jahre lang, bis die Anschläge vom 11. September 2001 die Gebäude zerstörten. Verschiedene Regierungsstellen, Finanzunternehmen und Anwaltskanzleien nannten die Türme ihre Heimat.
  • Der Willis Tower (ehemals Sears Tower) wurde 1974, ein Jahr nach dem World Trade Center, fertiggestellt und als höchstes Gebäude der Welt übertroffen. Es war das erste Gebäude, in dem das von Fazlur Khan entworfene Konstruktionssystem " Bündelrohr " zum Einsatz kam . Das Gebäude wurde bis zum Bau der Petronas-Türme im Jahr 1998 nicht in der Höhe übertroffen , blieb jedoch in einigen Kategorien das höchste, bis der Burj Khalifa es 2010 in allen Kategorien übertraf. Nach One World Trade ist es derzeit das zweithöchste Gebäude in den USA Zentrum , das gebaut wurde, um die zerstörten Türme zu ersetzen.

Mit der Eröffnung der Petronas Twin Towers in Kuala Lumpur, Malaysia, im Jahr 1998 wurden die Rekorde von den USA auf andere Nationen übertragen . Der Rekord für das höchste Gebäude der Welt ist seit der Eröffnung von Taipei 101 in Taipeh, Taiwan, in Asien geblieben Eine Reihe von architektonischen Aufzeichnungen, darunter die des höchsten Gebäudes der Welt und des höchsten freistehenden Bauwerks, wurden mit der Eröffnung des Burj Khalifa in Dubai, Vereinigte Arabische Emirate , in den Nahen Osten verlegt .

Dieser geografische Übergang geht mit einer Änderung der Herangehensweise an das Wolkenkratzerdesign einher. Während eines Großteils des 20. Jahrhunderts nahmen große Gebäude die Form einfacher geometrischer Formen an. Dies spiegelte den "internationalen Stil" oder die modernistische Philosophie wider, die die Bauhaus- Architekten zu Beginn des Jahrhunderts geprägt hatten. Die letzten Türme, der Willis Tower und die World Trade Center-Türme in New York, die in den 1970er Jahren errichtet wurden, spiegeln die Philosophie wider. In den folgenden zehn Jahren veränderte sich der Geschmack, und neue Wolkenkratzer zeigten postmoderne Einflüsse. Diese Herangehensweise an das Design nutzt historische Elemente, die häufig angepasst und neu interpretiert werden, um technologisch moderne Strukturen zu schaffen. Die Petronas Twin Towers erinnern an asiatische Pagodenarchitektur und islamische geometrische Prinzipien. Taipei 101 spiegelt ebenfalls die Pagodentradition wider, da es alte Motive wie das Ruyi- Symbol enthält. Der Burj Khalifa lässt sich von der traditionellen islamischen Kunst inspirieren . Architekten haben in den letzten Jahren versucht, Strukturen zu schaffen, die in keinem Teil der Welt zu Hause erscheinen, aber die Kultur widerspiegeln, die an der Stelle gedeiht, an der sie stehen.

Die folgende Liste misst die Dachhöhe. Das üblichere Maß ist das "höchste architektonische Detail"; Zu diesem Ranking gehörten auch die 1996 erbauten Petronas Towers.

Gebaut Gebäude Stadt Land Offizielle Höhe Fußböden Höhepunkt Aktueller Status
1870 Aufbau eines gerechten Lebens New York City   Vereinigte Staaten 43 m 142 ft 8 1912 durch einen Brand zerstört
1889 Auditorium Gebäude Chicago 82 m 269 ​​ft 17 106 m 349 ft Stehen
1890 New Yorker Weltgebäude New York City 94 m 309 ft 20 106 m 349 ft 1955 abgerissen
1894 Rathaus von Philadelphia Philadelphia 155,8 m 511 ft 9 167 m 548 ft Stehen
1908 Sängergebäude New York City 187 m 612 ft 47 1968 abgerissen
1909 Traf den Lebensturm 213 m 700 ft 50 Stehen
1913 Woolworth Gebäude 241 m 792 ft 57 Stehen
1930 40 Wall Street 282 m 925 ft 70 283 m 927 ft Stehen
1930 Chrysler-Gebäude 319 m 1046 ft 77 319 m 1.046 ft Stehen
1931 Empire State Building 381 m 1.250 ft 102 443 m 1,454 ft Stehen
1972 World Trade Center (Nordturm) 417 m 1,368 ft 110 526,8 m 1,730 ft 2001 bei den Anschlägen vom 11. September zerstört
1974 Willis Tower (ehemals Sears Tower) Chicago 442 m 1.450 ft 110 527,3 m 1,729 ft Stehen
1996 Petronas Türme Kuala Lumpur   Malaysia 452 m 1.482 ft 88 452 m 1,483 ft Stehen
2004 Taipei 101 Taipei   Taiwan 508 m 1,667 ft 101 508,2 m 1,667 ft Stehen
2010 Burj Khalifa Dubai   Vereinigte Arabische Emirate 828 m 2,717 ft 163 829,8 m 2,722 ft Stehen

Galerie

Zukünftige Entwicklungen

Vorschläge für solche Strukturen wurden unterbreitet, darunter der Burj Mubarak Al Kabir in Kuwait und der Aserbaidschanische Turm in Baku . Kilometer-plus-Strukturen stellen architektonische Herausforderungen dar, die sie möglicherweise in eine neue architektonische Kategorie einordnen. Das erste Gebäude, das sich im Bau befindet und über einen Kilometer hoch sein soll, ist der Jeddah Tower .

Wolkenkratzer aus Holz

Mehrere hölzerne Wolkenkratzerentwürfe wurden entworfen und gebaut. Ein 14-stöckiges Wohnprojekt in Bergen, Norwegen, bekannt als "Treet" oder "The Tree", wurde zum höchsten hölzernen Wohnblock der Welt, als es Ende 2015 fertiggestellt wurde. Der Rekord des Baumes wurde von Brock Commons, einem 18-stöckigen hölzernen Schlafsaal, in den Schatten gestellt an der University of British Columbia in Kanada , als es im September 2016 abgeschlossen wurde.

Der Architekt Anders Berensson hat vorgeschlagen, ein 40-stöckiges Wohngebäude 'Trätoppen' in Stockholm, Schweden , zu errichten . Trätoppen wäre das höchste Gebäude in Stockholm, obwohl es keine unmittelbaren Pläne gibt, mit dem Bau zu beginnen. Der höchste derzeit geplante hölzerne Wolkenkratzer ist das 70-stöckige W350-Projekt in Tokio, das von der japanischen Holzproduktefirma Sumitomo Forestry Co. anlässlich seines 350-jährigen Jubiläums im Jahr 2041 gebaut wird. Ein 80-stöckiger hölzerner Wolkenkratzer, der River Beech Tower, wurde von einem Team vorgeschlagen, dem die Architekten Perkins + Will und die University of Cambridge angehören . Der River Beech Tower am Ufer des Chicago River in Chicago, Illinois , wäre 348 Fuß kürzer als das W350-Projekt, obwohl er 10 weitere Stockwerke hat.

Wolkenkratzer aus Holz werden auf etwa ein Viertel des Gewichts einer gleichwertigen Stahlbetonkonstruktion geschätzt und reduzieren den CO2-Fußabdruck des Gebäudes um 60–75%. Gebäude wurden aus Brettsperrholz (CLT) entworfen, das Holzkonstruktionen eine höhere Steifigkeit und Festigkeit verleiht. CLT-Platten sind vorgefertigt und können daher Bauzeit sparen.

Siehe auch


Anmerkungen

Verweise

Weiterführende Literatur

Externe Links