Wolkenkratzer -Skyscraper

Der 2009 fertiggestellte Burj Khalifa in Dubai , Vereinigte Arabische Emirate , ist derzeit das höchste Gebäude der Welt mit einer Höhe von 829,8 Metern (2.722 Fuß). Typisch für Hochhäuser sind die Rücksprünge in verschiedenen Höhen.

Ein Wolkenkratzer ist ein hohes, durchgehend bewohnbares Gebäude mit mehreren Stockwerken. Moderne Quellen definieren Wolkenkratzer derzeit als mindestens 100 Meter (330 Fuß) oder 150 Meter (490 Fuß) hoch, obwohl es keine allgemein anerkannte Definition gibt. Wolkenkratzer sind sehr hohe Hochhäuser . Historisch gesehen bezog sich der Begriff zuerst auf Gebäude mit 10 bis 20 Stockwerken, als diese Art von Gebäuden in den 1880er Jahren gebaut wurde. Wolkenkratzer können Büros, Hotels, Wohnräume und Einzelhandelsflächen beherbergen.

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

Die Wände moderner Wolkenkratzer sind nicht tragend, und die meisten Wolkenkratzer zeichnen sich durch große Fensterflächen aus, die durch Stahlrahmen und Vorhangfassaden ermöglicht werden. Wolkenkratzer können jedoch Vorhangfassaden haben, die herkömmliche Wände mit einer kleinen Fensterfläche nachahmen. Moderne Wolkenkratzer haben oft eine röhrenförmige Struktur und sind so konstruiert, dass sie wie ein Hohlzylinder wirken , um Wind, seismischen und anderen seitlichen Belastungen zu widerstehen. Um schlanker zu wirken, weniger Windeinwirkung zuzulassen und mehr Tageslicht auf den Boden zu lassen, haben viele Wolkenkratzer ein Design mit Rücksprüngen , was in einigen Fällen auch statisch erforderlich ist.

Ab Februar 2022 haben nur vierzehn Städte auf der Welt mehr als 100 Wolkenkratzer, die 150 m (492 ft) oder höher sind: Hongkong City, Hongkong mit 518 Wolkenkratzern, Shenzhen, China mit 343 Wolkenkratzern, New York City, USA mit 300 Wolkenkratzer, Dubai , VAE mit 237 Wolkenkratzern, Mumbai, Indien mit 208 Wolkenkratzern, Shanghai , China mit 180 Wolkenkratzern, Tokio , Japan mit 165 Wolkenkratzern, Guangzhou , China mit 152 Wolkenkratzern, Kuala Lumpur , Malaysia mit 148 Wolkenkratzern, Chongqing , China mit 135, Chicago , USA mit 135 Wolkenkratzern, Wuhan , China mit 109 Wolkenkratzern, Bangkok , Thailand mit 108 Wolkenkratzern und Jakarta , Indonesien mit 108 Wolkenkratzern.

Definition

Was als „Wolkenkratzer“ bekannt wurde, erschien erstmals 1885 in Chicago mit der Fertigstellung der weltweit ersten weitgehend aus Stahl bestehenden Konstruktion, dem Home Insurance Building . Es wurde 1931 abgerissen.

Der Begriff "Wolkenkratzer" wurde erstmals im späten 19. Jahrhundert auf Gebäude in Stahlrahmenbauweise mit mindestens 10 Stockwerken angewendet , ein Ergebnis des öffentlichen Erstaunens über die hohen Gebäude, die in großen amerikanischen Städten wie Chicago , New York City , Philadelphia , Detroit und St. Louis .

Der erste Wolkenkratzer mit Stahlrahmen war das Home Insurance Building , ursprünglich 10 Stockwerke mit einer Höhe von 42 m oder 138 ft, in Chicago im Jahr 1885; zwei zusätzliche Stockwerke wurden hinzugefügt. Einige verweisen auf Philadelphias 10-stöckiges Jayne Building (1849–50) als Proto-Wolkenkratzer oder auf New Yorks siebenstöckiges Equitable Life Building , das 1870 erbaut wurde. Die Stahlskelettkonstruktion hat es ermöglicht, dass die heutigen Supertall-Wolkenkratzer jetzt weltweit gebaut werden. Die Nominierung einer Struktur gegenüber einer anderen als erster Wolkenkratzer und warum hängt davon ab, welche Faktoren betont werden.

Die strukturelle Definition des Wortes Wolkenkratzer wurde später von Architekturhistorikern verfeinert, basierend auf technischen Entwicklungen der 1880er Jahre, die den Bau von hohen mehrstöckigen Gebäuden 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 erhaben. Es muss hoch sein. Die Kraft und Macht der Höhe muss darin sein, der Ruhm und Stolz der Erhebung muss darin sein. Es muss jeder Zoll ein stolzes und aufsteigendes Ding sein, das sich in schierer Erhebung erhebt, dass es von unten bis oben eine Einheit ohne eine einzige abweichende Linie ist.

—  Louis Sullivans The Tall Office Building Artistically Considered (1896)

Einige Statiker definieren ein Hochhaus als jede vertikale Konstruktion, für die Wind ein bedeutenderer Belastungsfaktor ist als Erdbeben oder Gewicht. Beachten Sie, dass dieses Kriterium nicht nur für Hochhäuser gilt, sondern auch für einige andere hohe Strukturen, wie z. B. Türme .

Verschiedene Organisationen aus den Vereinigten Staaten und Europa definieren Wolkenkratzer als Gebäude mit einer Höhe von mindestens 150 Metern oder mehr, wobei „ Supertall “-Wolkenkratzer für Gebäude mit einer Höhe von über 300 m (984 ft) und „Megatall“-Wolkenkratzer für Gebäude mit einer Höhe von über 600 m (1.969 ft) gelten ).

Das höchste Bauwerk der Antike war die 146 m (479 ft) große Pyramide von Gizeh im alten Ägypten , die im 26. Jahrhundert v. Chr. erbaut wurde. Die Höhe wurde seit Tausenden von Jahren nicht übertroffen, da die 160 m (520 ft) Lincoln Cathedral sie 1311–1549 übertroffen hatte, bevor ihr zentraler Turm einstürzte. Letzteres wiederum wurde bis zum 169 m hohen Washington Monument im Jahr 1884 nicht übertroffen. Da es jedoch unbewohnt ist, entspricht keines dieser Bauwerke tatsächlich der modernen Definition eines Wolkenkratzers.

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

Die Skylines vieler wichtiger mittelalterlicher Städte hatten eine große Anzahl von städtischen Hochhäusern, die von den Reichen zur Verteidigung und zum Status gebaut wurden. Die Wohntürme des Bolognas aus dem 12. Jahrhundert zählten zwischen 80 und 100 auf einmal, von denen der höchste der 97,2 m (319 ft) hohe Asinelli-Turm ist. Ein florentinisches Gesetz von 1251 verfügte, dass alle städtischen Gebäude sofort auf weniger als 26 m reduziert werden sollten. Sogar mittelgroße Städte der damaligen Zeit sind für ihre Wucherungen von Türmen bekannt, wie zum Beispiel der 72 bis 51 m hohe in San Gimignano .

Die mittelalterliche ägyptische Stadt Fustat beherbergte viele Wohnhochhäuser, die Al-Muqaddasi im 10. Jahrhundert als Minarett -ähnliche Gebäude beschrieb . Nasir Khusraw beschrieb im frühen 11. Jahrhundert einige von ihnen mit bis zu 14 Stockwerken, mit Dachgärten auf der obersten Etage, komplett mit von Ochsen gezogenen Wasserrädern zu ihrer Bewässerung. Kairo hatte im 16. Jahrhundert Wohnhochhäuser, in denen die beiden unteren Stockwerke für Handels- und Lagerzwecke dienten und die darüber liegenden mehrstöckigen Stockwerke an Mieter vermietet wurden . Ein frühes Beispiel für eine Stadt, die ausschließlich aus Hochhäusern besteht, ist die Stadt Shibam im Jemen aus dem 16. Jahrhundert . Shibam bestand aus über 500 Turmhäusern, von denen jedes 5 bis 11 Stockwerke hoch war, wobei jedes Stockwerk eine Wohnung war , 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 (98 ft) hoch sind.

Ein frühneuzeitliches Beispiel für Hochhäuser war im 17. Jahrhundert in Edinburgh , Schottland, wo eine Stadtmauer die Grenzen der Stadt definierte. Aufgrund der begrenzten bebaubaren Grundstücksfläche wurden die Häuser stattdessen höher. Gebäude mit 11 Stockwerken waren üblich, und es gibt Aufzeichnungen über Gebäude mit einer Höhe von bis zu 14 Stockwerken. Viele der Steinbauten sind heute noch in der Altstadt von Edinburgh zu sehen. Das älteste Gebäude mit Eisenrahmen der Welt, obwohl nur teilweise mit Eisenrahmen versehen, ist The Flaxmill (lokal auch als „Maltings“ bekannt) in Shrewsbury , England. 1797 erbaut, gilt er als „Großvater der Wolkenkratzer“, da sich aus seiner feuerfesten Kombination aus gusseisernen Säulen und gusseisernen Trägern das moderne Stahlgerüst entwickelte, das moderne Wolkenkratzer möglich machte. Im Jahr 2013 wurde die Finanzierung bestätigt, um das heruntergekommene Gebäude in Büros umzuwandeln.

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

Frühe Wolkenkratzer

1857 führte Elisha Otis den Sicherheitsaufzug im EV Haughwout Building in New York City ein, der einen bequemen und sicheren Transport zu den oberen Stockwerken der Gebäude ermöglichte. Später führte Otis 1870 die ersten kommerziellen Personenaufzüge im Equitable Life Building ein, das von einigen Architekturhistorikern als der erste Wolkenkratzer angesehen wurde. Eine weitere entscheidende Entwicklung war die Verwendung eines Stahlrahmens anstelle von Stein oder Ziegeln, da sonst die Wände in den unteren Stockwerken eines hohen Gebäudes zu dick wären, um praktikabel zu sein. Eine frühe Entwicklung in diesem Bereich war Oriel Chambers in Liverpool , England. Es war nur fünf Stockwerke hoch. Weitere Entwicklungen führten zu dem, was viele Einzelpersonen und Organisationen als den ersten Wolkenkratzer der Welt betrachten, das zehnstöckige Home Insurance Building in Chicago, das 1884–1885 erbaut wurde. Während seine ursprüngliche Höhe von 42,1 m (138 ft) heute nicht einmal als Wolkenkratzer gilt, war er rekordverdächtig. Der Bau von hohen Gebäuden in den 1880er Jahren gab dem Wolkenkratzer seine erste architektonische Bewegung, allgemein als Chicago School bezeichnet , die den sogenannten Commercial Style entwickelte.

Der Architekt, Major William Le Baron Jenney , schuf einen tragenden strukturellen Rahmen. In diesem Gebäude trug ein Stahlrahmen das gesamte Gewicht der Wände, anstatt tragende Wände, die das Gewicht des Gebäudes tragen. Diese Entwicklung führte zur Bauweise des „Chicago-Skeletts“. Zusätzlich zum Stahlrahmen verwendete das Hausversicherungsgebäude auch Brandschutz, Aufzüge und elektrische Leitungen, Schlüsselelemente in den meisten Wolkenkratzern heute.

Das 45 m (148 ft) Rand McNally Building von Burnham and Root in Chicago, 1889, war der erste Wolkenkratzer ganz aus Stahl, während das 41 m (135 ft) Wainwright Building von Louis Sullivan in St. Louis, Missouri, 1891, war das erste Stahlskelettgebäude mit hoch aufragenden vertikalen Bändern, um die Höhe des Gebäudes zu betonen, 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 spornte zur Schaffung einer beträchtlichen Anzahl früher Wolkenkratzer an, obwohl keiner davon stahlverstärkt war und nur wenige heute erhalten sind. Höhenbegrenzungen und Feuerbeschränkungen wurden später eingeführt. Londoner Bauherren stellten bald fest, dass die Bauhöhen aufgrund einer Beschwerde von Königin Victoria begrenzt waren , Regeln, die mit wenigen Ausnahmen weiterhin bestanden.

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 (141 ft) hohe Witte Huis (Weißes Haus) von 1898 in Rotterdam ; das 51,5 m (169 ft) hohe PAST Building (1906-1908) in Warschau , das Royal Liver Building in Liverpool, fertiggestellt 1911 und 90 m (300 ft) hoch; das 57 m (187 ft) hohe Marx-Haus von 1924 in Düsseldorf , Deutschland; die 61 m (200 ft) Kungstornen (Königstürme) in Stockholm , Schweden, die 1924–25 gebaut wurden, das 89 m (292 ft) Edificio Telefónica in Madrid , Spanien, gebaut 1929; der 87,5 m (287 ft) lange Boerentoren in Antwerpen, Belgien, Baujahr 1932; das 66 m (217 ft) Prudential Building in Warschau , Polen, erbaut 1934; und der 108 m (354 ft) 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 mit der Fertigstellung des 103 m (338 ft) hohen American Surety Building die Führung und hinterließ New York den Titel des höchsten Gebäudes der Welt für viele Jahre.

Moderne Wolkenkratzer

Moderne Wolkenkratzer werden mit Stahl- oder Stahlbetongerüsten und Vorhangfassaden aus Glas oder poliertem Stein gebaut . Sie verwenden mechanische Geräte wie Wasserpumpen und Aufzüge . Laut CTBUH hat sich der Wolkenkratzer seit den 1960er Jahren von einem Symbol für nordamerikanische Unternehmensmacht neu ausgerichtet, um stattdessen den Platz einer Stadt oder Nation in der Welt zu kommunizieren.

Wolkenkratzer der Zwischenkriegszeit
Das Empire State Building (1931) in New York City

Der Wolkenkratzerbau trat 1930 aufgrund der Weltwirtschaftskrise und des Zweiten Weltkriegs in eine drei Jahrzehnte lange Ära der Stagnation ein . Kurz nach Kriegsende begann die Sowjetunion mit dem Bau einer Reihe von Wolkenkratzern in Moskau . Seven, genannt die „ Seven Sisters “, wurden zwischen 1947 und 1953 gebaut; und eines, das Hauptgebäude der Staatlichen Universität Moskau , war fast vier Jahrzehnte lang (1953–1990) das höchste Gebäude in Europa. Weitere Hochhäuser im Stil des Sozialistischen Klassizismus wurden in Ostdeutschland ( Frankfurter Tor ), Polen ( PKiN ), der Ukraine ( Hotel Ukrayina ), Lettland ( Akademie der Wissenschaften ) und anderen Ostblockstaaten errichtet . In den Jahren unmittelbar nach dem Zweiten Weltkrieg begannen auch westeuropäische Länder, höhere Wolkenkratzer zuzulassen. Frühe Beispiele sind Edificio España (Spanien) Torre Breda (Italien).

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

Wolkenkratzerprojekte nach dem Zweiten Weltkrieg lehnten typischerweise die klassischen Designs der frühen Wolkenkratzer ab und übernahmen stattdessen den einheitlichen internationalen Stil ; Viele ältere Wolkenkratzer wurden umgestaltet, um dem zeitgenössischen Geschmack zu entsprechen, 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 renommiertesten Architekten der Welt. Er konzipierte den Wolkenkratzer mit Glasfassade und entwarf 1958 zusammen mit dem Norweger Fred Severud das Seagram Building , ein Wolkenkratzer, der oft als Höhepunkt der modernistischen Hochhausarchitektur angesehen wird.

Wolkenkratzer der Nachkriegsmoderne
Das Gebäude des UN-Sekretariats (1952) in New York City
Das Seagram Building (1958) in New York City

Der Bau von Wolkenkratzern nahm in den 1960er Jahren zu. Auslöser des Aufschwungs waren eine Reihe transformativer Innovationen, die Menschen das Leben und Arbeiten in „Cities in the Sky“ ermöglichten.

Fazlur Rahman Khan ist dafür bekannt, einige sehr wichtige Fortschritte in der Wolkenkratzertechnik gemacht zu haben. Skulptur zu Ehren von Khan im Willis Tower .

In den frühen 1960er Jahren entdeckte der bangladeschisch-amerikanische Bauingenieur Fazlur Rahman Khan , der als „Vater der Rohrkonstruktionen “ für Hochhäuser gilt, dass die dominierende starre Stahlrahmenstruktur nicht das einzige System war, das für hohe Gebäude geeignet war, und markierte eine neue Ära der Wolkenkratzer Konstruktion in Form von mehreren Tragwerkssystemen . Seine zentrale Innovation im Entwurf und Bau von Wolkenkratzern war das Konzept des "Rohr" -Struktursystems , einschließlich des "Rahmenrohrs", des "Fachwerkrohrs" und des "Bündelrohrs". Sein "Röhrenkonzept", bei dem die gesamte Außenwandstruktur eines Gebäudes verwendet wurde, um eine dünnwandige Röhre zu simulieren, revolutionierte das Design von Hochhäusern. Diese Systeme ermöglichen eine höhere Wirtschaftlichkeit und ermöglichen auch, dass Wolkenkratzer verschiedene Formen annehmen können, die nicht mehr rechteckig und kastenförmig sein müssen. Das erste Gebäude, in dem die Rohrstruktur zum Einsatz kam, war das Wohnhaus Chestnut De-Witt . Dieses Gebäude gilt als eine wichtige Entwicklung in der modernen Architektur. Diese neuen Entwürfe öffneten eine wirtschaftliche Tür für Bauunternehmer, Ingenieure, Architekten und Investoren, indem sie riesige Mengen an Immobilienfläche auf minimalen Grundstücken zur Verfügung stellten. In den nächsten fünfzehn Jahren wurden viele Türme von Fazlur Rahman Khan und der „ Second Chicago School “ gebaut, darunter das hundertstöckige John Hancock Center und der gewaltige 442 m (1.450 ft) Willis Tower . Andere 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 Ornamente früherer Gebäude, die vor den 50er Jahren entworfen wurden. Diese Designpläne ignorierten die Umgebung und belasteten Strukturen mit dekorativen Elementen und extravaganten Oberflächen. Dieser Designansatz wurde von Fazlur Khan abgelehnt und er betrachtete die Designs eher als skurril als rational. Darüber hinaus betrachtete er die Arbeit als Verschwendung wertvoller natürlicher Ressourcen. Khans Arbeit förderte in die Architektur integrierte Strukturen und den geringsten Materialverbrauch, was zu den geringsten Auswirkungen auf die Umwelt durch Kohlenstoffemissionen führte. Die nächste Ära der Wolkenkratzer wird sich auf die Umwelt konzentrieren, einschließlich der Leistung von Strukturen, Materialarten, Baupraktiken, absolut minimalem Einsatz von Materialien/natürlichen Ressourcen, verkörperter Energie innerhalb der Strukturen und, was noch wichtiger ist, einem ganzheitlich integrierten Gebäudesystemansatz.

Moderne Baupraktiken in Bezug auf superhohe Strukturen haben zur Untersuchung der "Waschtischhöhe" geführt. Die Vanity-Höhe ist laut CTBUH der Abstand zwischen dem höchsten Stockwerk und seiner architektonischen Spitze (ohne Antennen, Fahnenmast oder andere funktionale Erweiterungen). Die Vanity-Höhe tauchte bereits in den 1920er und 1930er Jahren in New Yorker Wolkenkratzern auf, aber superhohe Gebäude waren für durchschnittlich 30 % ihrer Höhe auf solche unbewohnbaren Erweiterungen angewiesen, was potenzielle Definitions- und Nachhaltigkeitsprobleme aufwarf. Die aktuelle Ära der Wolkenkratzer konzentriert sich auf Nachhaltigkeit , ihre gebaute und natürliche Umgebung, einschließlich der Leistung von Strukturen, Arten von Materialien, Baupraktiken, absolut minimalem Einsatz von Materialien und natürlichen Ressourcen, Energie innerhalb der Struktur und einem ganzheitlich integrierten Gebäudesystemansatz. LEED ist ein aktueller Green-Building -Standard.

Mit den seit den 1980er Jahren etablierten Bewegungen der Postmoderne , des Neuen Urbanismus und der Neuen Klassischen Architektur kehrte architektonisch ein eher klassischer Ansatz zum globalen Wolkenkratzerdesign zurück, der bis heute beliebt ist. Beispiele sind das Wells Fargo Center , der NBC Tower , der Parkview Square , der 30 Park Place , der Messeturm , die berühmten Petronas Towers und der Jin Mao Tower .

Andere zeitgenössische Stile und Bewegungen im Wolkenkratzerdesign sind organisch , nachhaltig , neofuturistisch , strukturalistisch , Hightech , Dekonstruktivist , Blob , digital , stromlinienförmig , neuartig , kritisch regionalistisch , volkstümlich , Neo Art Deco und Neohistoriker , auch bekannt als Revivalist .

Der 3. September ist der weltweite Gedenktag für Wolkenkratzer, genannt „Skyscraper Day“.

Bauträger in New York City konkurrierten miteinander, wobei in den 1920er und frühen 1930er Jahren immer höhere Gebäude den Titel „die höchsten der Welt“ für sich beanspruchten, was mit der Fertigstellung des 318,9 m (1.046 ft) Chrysler Building im Jahr 1930 und der 443,2 m (1.454 ft ) Empire State Building im Jahr 1931, das höchste Gebäude der Welt für vierzig Jahre. Der erste fertiggestellte 417 m (1.368 ft) hohe World Trade Center- Turm wurde 1972 zum höchsten Gebäude der Welt. Er wurde jedoch innerhalb von zwei Jahren vom Sears Tower (heute Willis Tower ) in Chicago überholt . Der 442 m (1.450 ft) hohe Sears Tower war 24 Jahre lang von 1974 bis 1998 das höchste Gebäude der Welt, bis er von den 452 m (1.483 ft) Petronas Twin Towers in Kuala Lumpur verdrängt wurde, die den Titel für sechs hielten Jahre.

Gestaltung und Konstruktion

Zeitgenössische Wolkenkratzer in Shanghai

Das Design und der Bau von Wolkenkratzern beinhaltet die Schaffung sicherer, bewohnbarer Räume in sehr hohen Gebäuden. Die Gebäude müssen ihr Gewicht tragen, Wind und Erdbeben standhalten und die Bewohner vor Feuer schützen. Sie müssen aber auch in den oberen Stockwerken bequem erreichbar sein und den Bewohnern Versorgungsmöglichkeiten und ein angenehmes Klima bieten. Die beim Entwurf von Wolkenkratzern aufgeworfenen Probleme werden angesichts der erforderlichen Balance zwischen Wirtschaftlichkeit , Ingenieurwesen und Baumanagement als die komplexesten angesehen, denen man begegnet .

Ein gemeinsames Merkmal von Wolkenkratzern ist ein Stahlrahmen, an dem Vorhangfassaden aufgehängt sind, anstatt tragende Wände herkömmlicher Konstruktion. Die meisten Wolkenkratzer haben einen Stahlrahmen, der es ermöglicht, sie höher zu bauen als typische tragende Wände aus Stahlbeton. Wolkenkratzer haben normalerweise eine besonders kleine Fläche von dem, was herkömmlicherweise als Wände angesehen werden. Da die Wände nicht tragend sind, zeichnen sich die meisten Wolkenkratzer durch Fensterflächen aus, die durch das Konzept von Stahlrahmen und Vorhangfassade ermöglicht werden. Wolkenkratzer können jedoch auch Vorhangfassaden haben, die herkömmliche Wände nachahmen und eine kleine Fensterfläche haben.

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

Die Stahlrahmen werden für Supertall-Gebäude ineffizient und unwirtschaftlich, da die nutzbare Bodenfläche für zunehmend größere Stützsäulen reduziert wird. Seit etwa 1960 werden Rohrkonstruktionen für Hochhäuser verwendet. Dies reduziert den Materialeinsatz (wirtschaftlich effizienter – Willis Tower verwendet ein Drittel weniger Stahl als das Empire State Building) und ermöglicht dennoch eine größere Höhe. Es ermöglicht weniger Innensäulen und schafft so mehr nutzbare Bodenfläche. Darüber hinaus ermöglicht es Gebäuden, verschiedene Formen anzunehmen.

Aufzüge sind charakteristisch für Wolkenkratzer. 1852 führte Elisha Otis den Sicherheitsaufzug ein, der eine bequeme und sichere Beförderung der Fahrgäste in die oberen Stockwerke ermöglichte. Eine weitere entscheidende Entwicklung war die Verwendung eines Stahlrahmens anstelle von Stein oder Ziegeln, da sonst die Wände in den unteren Stockwerken eines hohen Gebäudes zu dick wären, um praktikabel zu sein. Zu den großen Herstellern von Aufzügen gehören heute Otis , ThyssenKrupp , Schindler und KONE .

Fortschritte in der Bautechnik haben es Wolkenkratzern ermöglicht, in der Breite schmaler zu werden und gleichzeitig in der Höhe zuzunehmen. Einige dieser neuen Techniken umfassen Massendämpfer , um Vibrationen und Schwankungen zu reduzieren, und Lücken, um Luft durchzulassen und so die Windscherung zu reduzieren.

Grundlegende Designüberlegungen

Eine gute Tragwerksplanung ist bei den meisten Gebäudekonstruktionen wichtig, insbesondere aber bei Wolkenkratzern, da angesichts des hohen Preises selbst eine geringe Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Ausfalls nicht akzeptabel ist. Für Bauingenieure stellt dies ein Paradoxon dar: Die einzige Möglichkeit, Fehlerfreiheit sicherzustellen, besteht darin, alle Fehlerarten sowohl im Labor als auch in der realen Welt zu testen. Aber die einzige Möglichkeit, alle Fehlerarten zu kennen, besteht darin, aus früheren Fehlern zu lernen. Daher kann kein Ingenieur absolut sicher sein, dass eine gegebene Struktur allen Belastungen widerstehen wird, die ein Versagen verursachen könnten, sondern nur ausreichend große Sicherheitsmargen haben, so dass ein Versagen akzeptabel unwahrscheinlich ist. Wenn Gebäude versagen, fragen sich Ingenieure, ob das Versagen auf einen Mangel an Voraussicht oder auf einen unbekannten Faktor zurückzuführen ist.

Belastung und Vibration

Die Belastung, die ein Wolkenkratzer erfährt, stammt größtenteils von der Kraft des Baumaterials selbst. Bei den meisten Gebäudekonstruktionen ist das Gewicht der Struktur viel größer als das Gewicht des Materials, das sie über ihr eigenes Gewicht hinaus trägt. Technisch gesehen ist die Eigenlast , die Last des Bauwerks, größer als die Nutzlast , das Gewicht der Dinge im Bauwerk (Menschen, Möbel, Fahrzeuge usw.). Daher ist die Menge an Strukturmaterial, die in den unteren Ebenen eines Wolkenkratzers benötigt wird, viel größer als die Materialmenge, die in höheren Ebenen benötigt wird. Dies ist optisch nicht immer erkennbar. Die Rückschläge des Empire State Building sind eigentlich auf die damalige Bauordnung ( 1916 Zoning Resolution ) zurückzuführen und waren baulich nicht erforderlich. Andererseits ist die Form des John Hancock Centers auf einzigartige Weise das Ergebnis dessen, wie es Lasten trägt. Vertikale Stützen können in verschiedenen Typen vorkommen, von denen die gebräuchlichsten für Wolkenkratzer als Stahlrahmen, Betonkerne, Rohr-in-Rohr-Konstruktion und Scherwände kategorisiert werden können.

Die Windlast auf einem Wolkenkratzer ist ebenfalls beträchtlich. Tatsächlich ist die seitliche Windlast, die superhohen Strukturen auferlegt wird, im Allgemeinen der bestimmende Faktor bei der Konstruktion der Struktur. Der Winddruck nimmt mit der Höhe zu, 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 z. B. Erdbeben.

Stahlrahmen

Bis 1895 hatte Stahl Gusseisen als Strukturmaterial für Wolkenkratzer ersetzt . 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 eliminierte den ineffizienten Teil einer Scherwand, den zentralen Teil, und konsolidierte Stützelemente auf eine viel stärkere Weise, indem durchgehend sowohl horizontale als auch vertikale Stützen zugelassen wurden. Zu den Nachteilen von Stahl gehört, dass je mehr Material gestützt werden muss, wenn die Höhe zunimmt, der Abstand zwischen den Stützelementen abnehmen muss, was wiederum die Menge des zu unterstützenden Materials erhöht. Dies wird für Gebäude mit einer Höhe von über 40 Stockwerken ineffizient und unwirtschaftlich, da die nutzbare Bodenfläche für die Stützsäule und aufgrund der stärkeren Verwendung von Stahl reduziert wird.

Rohrstruktursysteme

Der Willis Tower in Chicago mit dem gebündelten Rohrrahmendesign

Ein neues Struktursystem aus 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, verstrebten Rahmen oder Scherwänden besteht, die an oder verbunden sind in der Nähe ihrer Kanten, um ein vertikales röhrenartiges Struktursystem zu bilden, das in der Lage ist, seitlichen Kräften in jeder Richtung zu widerstehen, indem es aus dem Fundament herausragt. Eng beabstandete, miteinander verbundene Außensäulen bilden die Röhre. Horizontallasten (hauptsächlich Wind) werden von der Struktur als Ganzes getragen. Rahmenrohre ermöglichen weniger Innensäulen und schaffen so mehr nutzbare Bodenfläche, und etwa die Hälfte der Außenfläche steht für Fenster zur Verfügung. Wo größere Öffnungen wie Garagentore erforderlich sind, muss der Rohrrahmen unterbrochen werden, wobei Übertragungsträger verwendet werden, um die strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten. Rohrkonstruktionen senken die Kosten und ermöglichen gleichzeitig größere Gebäudehöhen. Die Betonrohrrahmenkonstruktion wurde erstmals im DeWitt-Chestnut Apartment Building verwendet, das 1963 in Chicago fertiggestellt wurde, und bald darauf im John Hancock Center und World Trade Center .

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

Trussed Tube und X-Verstrebung:

Strukturveränderungen mit der Höhe; Die Rohrsysteme sind grundlegend für Supertall-Gebäude.

Khan leistete Pionierarbeit bei mehreren anderen Variationen des Rohrstrukturdesigns. Eines davon war das Konzept der X-Verstrebung oder des Fachwerkrohrs , das zuerst für das John Hancock Center eingesetzt wurde . Dieses Konzept reduziert die seitliche Belastung des Gebäudes durch Lastabtragung in die Außenstützen. Dies ermöglicht einen reduzierten Bedarf an Innensäulen und schafft so mehr Bodenfläche. Dieses Konzept ist im John Hancock Center zu sehen, das 1965 entworfen und 1969 fertiggestellt wurde. Das unverwechselbare Äußere des Wolkenkratzers, eines der berühmtesten Gebäude des strukturell-expressionistischen Stils, ist eigentlich ein Hinweis darauf, dass die Haut der Struktur tatsächlich ein Teil davon ist sein „Röhrensystem“. Diese Idee ist eine der architektonischen Techniken, mit denen das Gebäude Rekordhöhen erklimmen konnte (das Rohrsystem ist im Wesentlichen das Rückgrat, das dem Gebäude hilft, bei Wind- und Erdbebenlasten aufrecht zu stehen ). Diese X-Verstrebung ermöglicht sowohl eine höhere Leistung von hohen Strukturen als auch die Möglichkeit, den inneren Grundriss (und die nutzbare Bodenfläche) zu öffnen, wenn der Architekt dies wünscht.

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

Der Bank of China Tower in Hongkong verwendet ein Fachwerkrohrdesign

Gebündeltes Rohr: Eine wichtige Variante 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 Rohre unterschiedlicher Höhe, um sein unverwechselbares Erscheinungsbild zu erreichen. Die gebündelte Rohrstruktur bedeutete, dass "Gebäude nicht mehr kastenförmig aussehen müssen, sondern zu Skulpturen werden können".

Rohr-in-Rohr: Das Rohr-in-Rohr-System nutzt zusätzlich zu Außenrohren auch Kern-Scherwandrohre. Das innere Rohr und das äußere Rohr arbeiten zusammen, um Schwerkraftbelastungen und seitlichen Belastungen zu widerstehen und der Struktur zusätzliche Steifigkeit zu verleihen, um signifikante Durchbiegungen an der Oberseite zu verhindern. Dieses Design wurde erstmals in One Shell Plaza verwendet . Spätere Gebäude, die dieses Struktursystem verwenden, umfassen die Petronas Towers .

Ausleger- und Gurtfachwerk: Das Ausleger- und Gurtfachwerksystem ist ein Querlastaufnahmesystem, bei dem die Rohrstruktur mit sehr steifen Auslegern und Gurtfachwerken auf einer oder mehreren Ebenen mit der zentralen Kernwand verbunden ist. Das BHP House war das erste Gebäude, das dieses Struktursystem verwendete, gefolgt vom First Wisconsin Center, das inzwischen in US Bank Center umbenannt wurde, in Milwaukee. Das Zentrum erhebt sich 601 Fuß, mit drei Gürtelbindern am unteren, mittleren und oberen Ende des Gebäudes. Die sichtbaren Gurtbinder dienen ästhetischen und strukturellen Zwecken. Spätere Gebäude, in denen dies genutzt wurde, umfassen das Shanghai World Financial Center .

Betonrohrkonstruktionen : Die letzten großen Gebäude, die Khan konstruierte, waren die One Magnificent Mile und das Onterie Center in Chicago, die seine Konstruktionen aus gebündelten Rohren bzw. Fachwerkrohrsystemen verwendeten. Im Gegensatz zu seinen früheren Gebäuden, die hauptsächlich aus Stahl bestanden, waren seine letzten beiden Gebäude aus Beton. Sein früheres Gebäude der DeWitt-Chestnut Apartments , das 1963 in Chicago gebaut wurde, war ebenfalls ein Betongebäude mit einer Röhrenstruktur. Der Trump Tower in New York City ist ein weiteres Beispiel, das dieses System adaptiert hat.

Scherwand-Rahmen-Interaktionssystem: Khan hat das Scherwand-Rahmen-Interaktionssystem für mittlere Hochhäuser entwickelt. Dieses Struktursystem verwendet Kombinationen aus Scherwänden und Rahmen, die so ausgelegt sind, dass sie seitlichen Kräften standhalten. Das erste Gebäude, das dieses Struktursystem verwendete, war das 35-stöckige Brunswick Building. Das Brunswick-Gebäude wurde 1965 fertiggestellt und wurde zum höchsten Stahlbetonbauwerk seiner Zeit. Das Tragsystem des Brunswick Building besteht aus einem Beton-Schubwandkern, der von einem äußeren Betonrahmen aus Stützen und Brüstungen umgeben ist. Mehrfamilienhäuser mit bis zu 70 Stockwerken haben dieses Konzept erfolgreich eingesetzt.

Das Aufzugsrätsel

Die Erfindung des Aufzugs war eine Voraussetzung für die Erfindung der Wolkenkratzer, da die meisten Menschen nicht mehr als ein paar Treppen gleichzeitig steigen würden (oder konnten). Die Aufzüge in einem Wolkenkratzer sind nicht nur ein notwendiges Versorgungsunternehmen wie fließendes Wasser und Strom, sondern stehen in engem Zusammenhang mit der Gestaltung des gesamten Gebäudes: Ein höheres Gebäude erfordert mehr Aufzüge, um die zusätzlichen Stockwerke zu bedienen, aber die Aufzugsschächte verbrauchen wertvolles Bodenfläche. Wenn der Versorgungskern, der die Aufzugsschächte enthält, zu groß wird, kann dies die Rentabilität des Gebäudes beeinträchtigen. Architekten müssen daher den Wert, der durch das Hinzufügen von Höhe gewonnen wird, gegen den Wert abwägen, der durch den expandierenden Servicekern verloren geht.

Viele hohe Gebäude verwenden Aufzüge in einer nicht standardmäßigen Konfiguration, um ihre Stellfläche zu reduzieren. 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. Dadurch können Architekten und Ingenieure Aufzugsschächte platzsparend übereinander platzieren. Sky-Lobbys und Express-Aufzüge nehmen jedoch viel Platz ein und erhöhen die Zeit, die für das Pendeln zwischen den Stockwerken aufgewendet wird.

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 gemacht wurde. Das Hauptproblem bei doppelstöckigen Aufzügen besteht darin, dass sie dazu führen, dass jeder im Aufzug anhält, wenn nur eine Person auf einer Ebene in einem bestimmten Stockwerk aussteigen muss.

Der Sky Garden in Londons 20 Fenchurch Street

Zu den Gebäuden mit Skylobbys gehören das World Trade Center , die Petronas Twin Towers , der Willis Tower und Taipei 101 . In der Sky-Lobby im 44. Stock des John Hancock Centers befand sich auch das erste Hochhaus- Hallenbad , das nach wie vor das höchste in den Vereinigten Staaten ist.

Ökonomische Begründung

Hongkongs hohe Grundstückspreise und geografische Beschränkungen rechtfertigen den Bau von Wolkenkratzern

Wolkenkratzer stehen normalerweise in Stadtzentren, wo die Grundstückspreise hoch sind. Der Bau eines Wolkenkratzers ist gerechtfertigt, wenn der Grundstückspreis so hoch ist, dass es wirtschaftlich sinnvoll ist, in die Höhe zu bauen, um die Grundstückskosten pro Gebäudefläche zu minimieren. Daher wird der Bau von Wolkenkratzern von der Wirtschaft diktiert und führt zu Wolkenkratzern in einem bestimmten Teil einer großen Stadt, es sei denn, eine Bauordnung beschränkt die Höhe von Gebäuden.

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

Wo Grundstücke teuer sind, wie in den Zentren von Großstädten, sind Wolkenkratzer heute ein zunehmend alltäglicher Anblick, weil sie ein so hohes Verhältnis von vermietbarer Nutzfläche pro Flächeneinheit bieten.

Ein Problem mit Wolkenkratzern ist das Parken von Autos . In den größten Städten pendeln die meisten Menschen mit öffentlichen Verkehrsmitteln, aber in kleineren Städten werden viele Parkplätze benötigt. Es ist unpraktisch, Parkhäuser 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 eine performante vertikale Fahrt zu ermöglichen. Dies führte zur Einführung von Express-Aufzügen und Sky-Lobbys , wo der Transfer zu langsameren Verteileraufzügen erfolgen kann.

Umweltbelastung

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

Der Bau eines einzigen Wolkenkratzers erfordert große Mengen an Materialien wie Stahl, Beton und Glas, und diese Materialien stellen eine erhebliche Menge an verkörperter Energie dar . Wolkenkratzer sind somit material- und energieintensive Gebäude, aber Wolkenkratzer können eine lange Lebensdauer haben, beispielsweise wurde das Empire State Building in New York City , USA , 1931 fertiggestellt und wird weiterhin aktiv genutzt.

Wolkenkratzer haben eine beträchtliche Masse und erfordern ein stärkeres Fundament als ein kürzeres, leichteres Gebäude. Beim Bau 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, weil Trink- und Brauchwasser in die höchsten bewohnten Stockwerke gepumpt werden müssen, Wolkenkratzer normalerweise mechanisch belüftet sind, 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 und der Energiebedarf durch erneuerbare Energien oder andere treibhausgasarme Stromerzeugung gedeckt werden . Das Heizen und Kühlen von Wolkenkratzern kann aufgrund von zentralisierten HVAC -Systemen, Wärmestrahlung blockierenden Fenstern und einer kleinen Oberfläche des Gebäudes effizient sein. Es gibt eine LEED-Zertifizierung ( Leadership in Energy and Environmental Design ) für Wolkenkratzer. Beispielsweise erhielt das Empire State Building im September 2011 die Gold-Bewertung „Leadership in Energy and Environmental Design“ und das Empire State Building ist das höchste LEED-zertifizierte Gebäude in den Vereinigten Staaten, was beweist, dass Wolkenkratzer umweltfreundlich sein können. Das 30 St Mary Axe in London , Vereinigtes Königreich , ist ein weiteres Beispiel für einen umweltfreundlichen Wolkenkratzer.

In den unteren Ebenen eines Wolkenkratzers muss ein größerer Prozentsatz der Gebäudegrundfläche für die Gebäudestruktur und die Dienstleistungen verwendet werden, als dies für niedrigere Gebäude erforderlich ist:

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

In niedrigen Gebäuden können die Hilfsräume ( Kältemaschinen , Transformatoren , Boiler , Pumpen und Lüftungsgeräte ) in Keller oder auf Dachflächen gestellt werden – Bereiche, die einen geringen Mietwert haben. Es gibt jedoch eine Grenze dafür, wie weit diese Anlage von dem Gebiet, das sie bedient, entfernt sein kann. Je weiter weg es ist, desto größer sind die Steigleitungen für Kanäle und Rohre von dieser Anlage zu den Stockwerken, die sie bedienen, und desto mehr Bodenfläche nehmen diese Steigleitungen ein. In der Praxis bedeutet dies, dass sich diese Anlage in Hochhäusern auf „Anlagenebenen“ in Abständen im Gebäude befindet.

Betriebsenergie

Der Gebäudesektor ist für etwa 50 % der Treibhausgasemissionen verantwortlich, wobei die Betriebsenergie 80-90 % des gebäudebezogenen Energieverbrauchs ausmacht. Der Energieverbrauch im Betrieb wird durch die Stärke der Leitung zwischen Innen und Außen, der Konvektion durch eindringende Luft und der Strahlung durch die Verglasung beeinflusst . Das Ausmaß, in dem diese Faktoren die Betriebsenergie beeinflussen, variiert je nach Mikroklima des Wolkenkratzers, mit zunehmender Windgeschwindigkeit, wenn die Höhe des Wolkenkratzers zunimmt, und einer Abnahme der Trockenkugeltemperatur, wenn die Höhe zunimmt. Wenn Sie sich beispielsweise von 1,5 Meter auf 284 Meter bewegen, sinkt die Trockenkugeltemperatur um 1,85 ° C , während die Windgeschwindigkeit von 2,46 Meter pro Sekunde auf 7,75 Meter pro Sekunde zunimmt, was zu einer Verringerung der sommerlichen Abkühlung um 2,4 % führt bezogen 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 der Reflexionen führten zu einem kombinierten Anstieg der jährlichen Energieverbrauchsintensität um 13,13 %. In einer von Leung und Ray im Jahr 2013 durchgeführten Studie wurde festgestellt, dass die durchschnittliche Energieverbrauchsintensität einer Struktur mit 0 bis 9 Stockwerken etwa 80 kBtu/ft/yr betrug, während die Energieverbrauchsintensität einer Struktur mit mehr als 50 Stockwerke betrug etwa 117 kBtu/ft/yr. Siehe Abbildung 1, um die Aufschlüsselung zu sehen, wie sich mittlere Höhen auf die Energieverbrauchsintensität auswirken. Der leichte Rückgang der Energieverbrauchsintensität über 30-39 Stockwerke ist darauf zurückzuführen, dass sich der Druckanstieg in den Heizungs-, Kühl- und Wasserverteilungssystemen zwischen 40 und 49 Stockwerken ausgleicht, und den Energieeinsparungen aufgrund der Mikroklima der oberen Stockwerke sind sichtbar. Es gibt eine Datenlücke, in der eine weitere Studie benötigt wird, die dieselben Informationen, jedoch für höhere Gebäude, untersucht.

Aufzüge

Ein Teil des Anstiegs der Betriebsenergie in hohen Gebäuden hängt mit der Nutzung von Aufzügen zusammen, da die zurückgelegte Entfernung und die Geschwindigkeit, mit der sie fahren, mit zunehmender Gebäudehöhe zunehmen. Zwischen 5 und 25 % des gesamten Energieverbrauchs in einem hohen Gebäude wird durch die Nutzung von Aufzügen verursacht . Mit zunehmender Höhe des Gebäudes wird es auch ineffizienter, da höhere Widerstands- und Reibungsverluste vorhanden sind.

Verkörperte Energie

Die mit dem Bau von Wolkenkratzern verbundene graue Energie variiert je nach den verwendeten Materialien. Graue Energie wird pro Materialeinheit quantifiziert. Wolkenkratzer haben von Natur aus eine höhere graue Energie als niedrige Gebäude, da mehr Materialien verwendet werden, wenn mehr Stockwerke gebaut werden. Die Abbildungen 2 und 3 vergleichen die gesamte graue Energie verschiedener Stockwerkstypen und die graue Einheitsenergie pro Stockwerkstyp für Gebäude mit zwischen 20 und 70 Stockwerken. Für alle Bodentypen außer Stahlbetonböden wurde festgestellt, dass nach 60 Stockwerken die graue Einheitsenergie abnahm, aber bei Betrachtung aller Stockwerke aufgrund einer doppelten Abhängigkeit von der Höhe ein exponentielles Wachstum auftrat. Die erste ist die Beziehung zwischen einer Erhöhung der Höhe, die zu einer Erhöhung der Menge der verwendeten Materialien führt, und der zweite ist die Erhöhung der Höhe, die zu einer Erhöhung der Größe der Elemente führt, um die Tragfähigkeit des Gebäudes zu erhöhen. Eine sorgfältige Auswahl der Baumaterialien kann wahrscheinlich die graue Energie reduzieren, ohne die Anzahl der Stockwerke zu reduzieren, die innerhalb der angegebenen Grenzen gebaut werden.

Verkörperter Kohlenstoff

Ähnlich wie die graue Energie hängt der graue 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 Bruttogeschossfläche für dieselben Strukturtypen, wenn die Anzahl der Stockwerke zunimmt. Beide Verfahren zum Messen des verkörperten Kohlenstoffs zeigen, dass es einen Punkt gibt, an dem der verkörperte Kohlenstoff am niedrigsten ist, bevor er mit zunehmender Höhe wieder ansteigt. Für den gesamten verkörperten Kohlenstoff hängt es vom Strukturtyp ab, beträgt aber entweder etwa 40 Stockwerke oder etwa 60 Stockwerke. Für den Quadratmeter Bruttogeschossfläche 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 verstärkten Windmustern und einer ungleichmäßigen Verteilung von Schadstoffen führen . Wenn die Höhe von Gebäuden, die eine Luftverschmutzungsquelle umgeben, erhöht wird, wurden die Größe und das Auftreten sowohl von "toten Zonen" als auch von "Hotspots" in Gebieten erhöht, in denen es fast keine Schadstoffe bzw. hohe Schadstoffkonzentrationen gab. Abbildung 6 zeigt den Anstieg der Höhe eines Gebäudes F von 0,0315 Einheiten in Fall 1 über 0,2 Einheiten in Fall 2 bis zu 0,6 Einheiten in Fall 3. Dieser Verlauf zeigt, wie mit zunehmender Höhe von Gebäude F die Schadstoffausbreitung abnimmt. aber die Konzentration innerhalb des Gebäudeclusters nimmt zu. Die Variation der Geschwindigkeitsfelder kann auch durch den Bau neuer Gebäude beeinflusst werden, und nicht nur durch die Erhöhung der Höhe, wie in der Abbildung gezeigt. Da sich städtische Zentren weiterhin nach oben und außen ausdehnen, werden die gegenwärtigen Geschwindigkeitsfelder weiterhin verschmutzte Luft in der Nähe der hohen Gebäude innerhalb der Stadt einfangen. Insbesondere in Großstädten wird ein Großteil der Luftverschmutzung durch den Transport verursacht, seien es Autos, Züge, Flugzeuge oder Boote. Da die Zersiedelung der Städte anhält und weiterhin Schadstoffe emittiert werden, werden die Luftschadstoffe weiterhin in diesen urbanen Zentren eingeschlossen bleiben. Verschiedene Schadstoffe können der menschlichen Gesundheit auf unterschiedliche Weise schaden. Beispielsweise können Feinstaub aus Fahrzeugabgasen und der Stromerzeugung Asthma, Bronchitis und Krebs verursachen, während Stickstoffdioxid aus Verbrennungsprozessen von Motormotoren neurologische Funktionsstörungen und Erstickung verursachen kann.

LEED/Green Building-Bewertung

Taipei 101 , das höchste und größte LEED Platinum-zertifizierte Gebäude der Welt seit 2011.

Wenn besondere Maßnahmen ergriffen werden, um nachhaltige Designmethoden frühzeitig in den Entwurfsprozess einzubeziehen, ist es wie bei allen anderen Gebäuden möglich, ein Green-Building-Rating zu erhalten, wie z. B. eine Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) -Zertifizierung. Ein integrierter Designansatz ist entscheidend, um sicherzustellen, dass Designentscheidungen, die sich positiv auf das gesamte Gebäude auswirken, zu Beginn des Prozesses getroffen werden. Aufgrund der enormen Ausmaße von Wolkenkratzern müssen die vom Designteam getroffenen Entscheidungen alle Faktoren berücksichtigen, einschließlich der Auswirkungen des Gebäudes auf die umliegende Gemeinde, der Auswirkungen des Gebäudes auf die Richtung, in die sich Luft und Wasser bewegen, und die Auswirkungen von B. der Bauablauf, zu berücksichtigen. Es gibt mehrere Entwurfsmethoden, die beim Bau eines Wolkenkratzers angewendet werden könnten, der die Höhe des Gebäudes ausnutzt. Das mit zunehmender Gebäudehöhe vorhandene Mikroklima kann genutzt werden, um die natürliche Belüftung zu erhöhen , die Kühllast zu verringern und die Tageslichtversorgung zu erhöhen. Die natürliche Belüftung kann durch Nutzung des Schornsteineffekts erhöht werden , bei dem warme Luft nach oben strömt und die Luftbewegung innerhalb des Gebäudes erhöht. Wenn der Schornsteineffekt genutzt wird, müssen Gebäude besonders darauf achten, Feuertrenntechniken zu entwerfen, da der Schornsteineffekt auch die Schwere eines Feuers verschlimmern kann. Wolkenkratzer gelten aufgrund ihrer Größe sowie der Tatsache, dass ein Großteil als eine Art Bürogebäude mit hohen Kühllasten genutzt wird, als intern dominierte Gebäude. Aufgrund des in den oberen Stockwerken geschaffenen Mikroklimas mit der erhöhten Windgeschwindigkeit und den verringerten Trockenkugeltemperaturen wird die Kühllast aufgrund der Infiltration durch die thermische Hülle natürlich reduziert. Indem sie die natürlich kühleren Temperaturen in höheren Lagen nutzen, können Wolkenkratzer ihre Kühllast passiv reduzieren. Auf der anderen Seite dieses Arguments steht die fehlende Verschattung durch andere Gebäude in höheren Lagen, sodass der solare Wärmegewinn für höhere Stockwerke größer ist als für Stockwerke am unteren Ende des Gebäudes. Es sollten besondere Maßnahmen ergriffen 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 war New York City ein Zentrum der Beaux-Arts-Architekturbewegung und zog die Talente so großer Architekten wie Stanford White und Carrere and Hastings an . Als im Laufe des Jahrhunderts bessere Bau- und Ingenieurtechnologien verfügbar wurden, wurden New York City und Chicago zum Brennpunkt des Wettbewerbs um das höchste Gebäude der Welt. Die beeindruckende Skyline jeder Stadt besteht aus zahlreichen und unterschiedlichen Wolkenkratzern, von denen viele Ikonen der Architektur des 20. Jahrhunderts sind:

  • Das EV Haughwout Building in Manhattan war das erste Gebäude, das am 23. März 1857 erfolgreich einen Personenaufzug installierte.
  • Das Equitable Life Building in Manhattan war das erste Bürogebäude mit Personenaufzügen.
  • Das 1884 erbaute Home Insurance Building in Chicago war das erste hohe Gebäude mit einem Stahlskelett.
  • Das Singer Building , eine Erweiterung eines bestehenden Gebäudes in Lower Manhattan , New York City, war bei seiner Fertigstellung im Jahr 1908 das höchste Gebäude der Welt. Es wurde von Ernest Flagg entworfen und war 187 m hoch.
  • Der Metropolitan Life Insurance Company Tower gegenüber dem Madison Square Park gegenüber dem Flatiron Building war bei seiner Fertigstellung im Jahr 1909 das höchste Gebäude der Welt. Er wurde vom Architekturbüro Napoleon LeBrun & Sons entworfen und war 210 m hoch.
  • Das Woolworth Building , eine neugotische Handelskathedrale mit Blick auf das Rathaus von New York , wurde von Cass Gilbert entworfen . Mit 241 m (792 Fuß) wurde es nach seiner Fertigstellung im Jahr 1913 zum höchsten Gebäude der Welt, eine Ehre, die es bis 1930 behielt.
  • 40 Wall Street , ein 71-stöckiger, 283 m hoher neugotischer Turm, der von H. Craig Severance entworfen wurde , war im Mai 1930 für einen Monat das höchste Gebäude der Welt.
  • Das Chrysler Building in New York City übernahm Ende Mai 1930 die Führung als höchstes Gebäude der Welt und erreichte 1.046 Fuß (319 m). Das von William Van Alen entworfene Chrysler Building , ein Meisterwerk im Art-déco- Stil mit einer Fassade aus Backstein, ist bis heute ein Favorit der New Yorker.
  • Das Empire State Building , neun Straßen südlich des Chrysler in Manhattan, erreichte 1931 eine Höhe von 1.250 Fuß (381 m) und 102 Stockwerke. Es war das erste Gebäude mit mehr als 100 Stockwerken und wurde von Shreve, Lamb und Harmon in the entworfen zeitgenössischen Art-Deco- Stil und hat seinen Namen vom Spitznamen des Staates New York . Der 1951 hinzugefügte Antennenmast brachte die Gipfelhöhe auf 449 m (1.472 Fuß), die 1984 auf 443 m (1.454 Fuß) gesenkt wurde.
  • Das World Trade Center übertraf offiziell das Empire State Building im Jahr 1970, wurde 1973 fertiggestellt und bestand aus zwei hohen Türmen und mehreren kleineren Gebäuden. Der erste der beiden Türme war für kurze Zeit das höchste Gebäude der Welt, bis er vom zweiten übertroffen wurde. Nach ihrer Fertigstellung standen die Türme 28 Jahre lang, bis die Anschläge vom 11. September 2001 die Gebäude zerstörten.
  • Der Willis Tower (ehemals Sears Tower) wurde 1974 fertiggestellt. Es war das erste Gebäude, das das von Fazlur Khan entworfene " Bündelrohr "-Struktursystem verwendete . Es wurde 1998 von den Petronas Towers übertroffen , blieb aber in einigen Kategorien das höchste, bis Burj Khalifa es 2010 in allen Kategorien übertraf. Es ist derzeit das zweithöchste Gebäude in den Vereinigten Staaten, nach dem One World Trade Center , das war gebaut, um die zerstörten Handelstürme zu ersetzen.

Mit der Eröffnung der Petronas Twin Towers in Kuala Lumpur, Malaysia, im Jahr 1998 ging die Dynamik des Aufstellens von Rekorden von den Vereinigten Staaten auf andere Nationen über. Der Rekord für das höchste Gebäude der Welt wird seit der Eröffnung von Taipei 101 in Taipei, Taiwan, in Asien gehalten , im Jahr 2004. Mit der Eröffnung des Burj Khalifa in Dubai, Vereinigte Arabische Emirate , wanderten einige architektonische Rekorde in den Nahen Osten, darunter das höchste Gebäude der Welt und das höchste freistehende Bauwerk .

Dieser geografische Übergang wird von einer Änderung der Herangehensweise an das Design von Wolkenkratzern begleitet. 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 von den Bauhaus - Architekten Anfang des Jahrhunderts geprägt wurde. Die letzten, die in den 1970er Jahren errichteten Türme Willis Tower und World Trade Center in New York, spiegeln die Philosophie wider. In den folgenden zehn Jahren änderten sich die Geschmäcker, und neue Wolkenkratzer begannen, postmoderne Einflüsse zu zeigen. Dieser Gestaltungsansatz bedient sich historischer Elemente, die oft adaptiert 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 gleichermaßen heimisch erscheinen würden, aber die Kultur widerspiegeln, die an dem Ort, an dem sie stehen, gedeiht.

Die folgende Liste misst die Höhe des Daches, nicht der Spitze. Die üblichere Spurweite ist das "höchste architektonische Detail"; Ein solches Ranking hätte die 1996 erbauten Petronas Towers eingeschlossen.

Gebaut Gebäude Stadt Land Offizielle Höhe Etagen Höhepunkt Aktueller Status
1870 Aufbau eines gerechten Lebens New York City  Vereinigte Staaten 43 m 142 Fuß 8 1912 durch Brand zerstört
1889 Auditoriumsgebäude Chicago 82m 269 ​​Fuß 17 106m 349 Fuß Stehen
1890 New Yorker Weltgebäude New York City 94 m 309 Fuß 20 106m 349 Fuß 1955 abgerissen
1894 Rathaus von Philadelphia Philadelphia 155,8 m 511 Fuß 9 167m 548 Fuß Stehen
1908 Singer-Gebäude New York City 187m 612 Fuß 47 1968 abgerissen
1909 Lebensturm getroffen 213 m 700 Fuß 50 Stehen
1913 Woolworth-Gebäude 241m 792 Fuß 57 Stehen
1930 40 Wall Street 282 m 925 Fuß 70 283m 927 Fuß Stehen
1930 Chrysler-Gebäude 319 m 1046 Fuß 77 319 m 1.046 Fuß Stehen
1931 Empire State Building 381 m 1.250 Fuß 102 443 m 1.454 Fuß Stehen
1972 World Trade Center (Nordturm) 417 m 1.368 Fuß 110 526,8 m 1.728 Fuß 2001 bei den Anschlägen vom 11. September zerstört
1974 Willis Tower (früher Sears Tower) Chicago 442 m 1.450 Fuß 110 527,3 m 1.729 Fuß Stehen
1998 Petronas Türme Kuala Lumpur  Malaysia 452 m 1.482 Fuß 88 452 m 1.483 Fuß Stehen
2004 Taipei 101 Taipeh  Taiwan 508m 1.667 Fuß 101 508,2 m 1.667 Fuß Stehen
2010 Burj Khalifa Dubai  Vereinigte Arabische Emirate 828m 2.717 Fuß 163 829,8 m 2.722 Fuß Stehen

Galerie

Zukünftige Entwicklungen

Vorschläge für solche Strukturen wurden unterbreitet, darunter der Burj Mubarak Al Kabir in Kuwait und der Aserbaidschan-Turm in Baku . Mehr als kilometerlange Bauwerke stellen architektonische Herausforderungen dar, die sie möglicherweise in eine neue architektonische Kategorie einordnen. Das erste im Bau befindliche Gebäude mit einer geplanten Höhe von über einem Kilometer ist der Jeddah Tower .

Wolkenkratzer aus Holz

Mehrere hölzerne Wolkenkratzer-Designs wurden entworfen und gebaut. Ein 14-stöckiges Wohnprojekt in Bergen, Norwegen, bekannt als „Treet“ oder „The Tree“, wurde nach seiner Fertigstellung Ende 2015 zum höchsten hölzernen Wohnblock der Welt. Der Rekord von The Tree 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.

Ein 40-stöckiges Wohngebäude „Trätoppen“ wurde vom Architekten Anders Berensson für den Bau in Stockholm, Schweden, vorgeschlagen . 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 vom japanischen Holzproduktunternehmen Sumitomo Forestry Co. gebaut werden soll, um 2041 sein 350-jähriges Bestehen zu feiern. Ein 80-stöckiger hölzerner Wolkenkratzer, der River Beech Tower, wurde von einem Team vorgeschlagen, zu dem die Architekten Perkins + Will und die University of Cambridge gehören . Der River Beech Tower am Ufer des Chicago River in Chicago, Illinois , wäre 348 Fuß kürzer als das W350-Projekt, obwohl er 10 Stockwerke mehr hätte.

Holzwolkenkratzer wiegen schätzungsweise etwa ein Viertel des Gewichts einer gleichwertigen Stahlbetonkonstruktion und reduzieren den CO2-Fußabdruck des Gebäudes um 60–75 %. Gebäude wurden unter Verwendung von Brettsperrholz (CLT) entworfen, das Holzkonstruktionen eine höhere Steifigkeit und Festigkeit verleiht. CLT-Platten sind vorgefertigt und können daher Bauzeit sparen.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weiterlesen

  • Adam, Robert. "Wie man Wolkenkratzer baut" . Stadtzeitung . Abgerufen am 4. April 2014 .
  • Judith Dupre . Wolkenkratzer: Eine Geschichte der außergewöhnlichsten Gebäude der Welt - überarbeitet und aktualisiert . (2013). Hachette/Schwarzer Hund & Leventhal. Ausgabe 2013: ISBN  978-1-57912-942-2
  • Wolkenkratzer: Form und Funktion , von David Bennett, Simon & Schuster, 1995.
  • Landau, Sarah; Condit, Carl W. (1996). Aufstieg des New Yorker Wolkenkratzers, 1865–1913 . New Haven, Connecticut: Yale University Press. ISBN 978-0-300-07739-1. OCLC  32819286 .
  • Willis, Carol, Form Follows Finance: Wolkenkratzer und Skylines in New York und Chicago . Princeton Architectural Press, 1995. 224 S. ISBN  1-56898-044-2
  • Van Leeuwen, Thomas AP, The Skyward Trend of Thought: The Metaphysics of the American Skyscraper , Cambridge: MIT Press, 1988.

Externe Links