Hochhauskonstruktion

Intro

Hoch aufragende Bauwerke hohen Schlankheitsgrades schwanken im Wind und neigen dazu, sich zu verbiegen. Mit wachsender Höhe sind statische "Kniffe" gefordert, um einwirkende horizontale und vertikale Lasten zu beherrschen. Neben Bodensenkungen und -verformungen, die vom Eigengewicht jeweiliger Bauten ausgelöst werden können, gefährden Erdbeben die Gebäudestabilität, vor allem jedoch Winde. Über die Schwingung moderner Wolkenkratzer geht manches Gerücht um. Tatsächlich schwingen solide geplante und errichtete Vertreter ihrer Art an der Spitze höchstens um ein Fünfhundertstel ihrer Höhe.

Folgender Artikel beschreibt ausgewählte Konstruktionsweisen. Vertiefende Informationen samt Planskizzen bietet u. a. Bennett, D.: Skyscrapers. Marshal Editions Developments Limited, 1995.Chicago, Reliance Building

Hochhausbau: Konstruktionsarten

1 Stahlskelett, halbstarres

Diese Bauweise kennzeichnete Hochhäuser des ausklingenden 19. Jahrhunderts. Sie fügt Decken und Rahmen mittels Nieten oder Bolzen zu halbstarren Verbindungen; der Rahmen ist in gewissem Maße biegsam. Die Konstruktion eignet sich für Gebäude mit zehn bis fünfzehn Stockwerken. Höhere Bauten sind anfällig für windbedingte Verformungen.

Das erste, von einem rein stählernen, halbstarren Skelett getragene Hochhaus war das von Burnham & Company entworfene Reliance Building. Das fünfzehngeschossige Bauwerk wurde 1885 in Chicago fertiggestellt (siehe Bild rechts, aufgenommen im August 2005).

2 Stahlskelett, biegefestes

Das biegefeste Stahlskelett entstand in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts. Es handelt sich um eine Fortentwicklung des halbstarren Vorläufers. Namensgerecht besitzt es eine steifere Konstruktion, die Windlasten bis zu einer Höhe von ca. vierzig Etagen gut abfängt. Als Beispiel dieses Bautyps findet sich häufig das 1952 in New York errichtete Lever House angeführt. Es dankt seine Stabilität u. a. steifen, Außen- und Innenstützen an Querträger koppelnden Plattenverbindungen.

3 Betonkern

Für Stabilität sorgt zuvorderst ein zentraler, das Gebäude durchlaufender Betonschacht, der neben statischen Aufgaben Erschließungsfunktionen übernimmt. So beinhaltet er Aufzugssysteme und Treppenhäuser. Eine feste Verbindung von halbstarren oder biegefesten Außenrahmen mit dem Kern verleiht der Konstruktion gesteigerte Widerständigkeit.

4 Betonkern, gerahmter

Gegenüber vorgenannter Konstruktion verbindet diese Außenrahmen und Decken fester mit dem Betonkern. Höhere technische bzw. kostenmäßige Aufwendungen rechnen sich, da 30 – 35 m Höhengewinn erzielbar sind.New Yorker Panorama

5 Betonturm, verschachtelter

Diese Bauweise setzt auf zwei, jeweils von Quadratrastern aus Stützen und Trägern gebildete "Betonröhren", von welchen eine als Kern, die andere als äußerer Rahmen fungiert.

6 Rahmenfachwerk

Der Aussteifung dienen leichte, das Gebäudeinnere senkrecht durchziehende Stahlfachwerkelemente. Nachteilig wirkt der gegenüber heutigen Bauverfahren 20 – 30 % höhere Stahlverbrauch. Als prominentestes Beispiel dieses Bautyps dürfte New Yorks 1931 nach lediglich 410 Tagen fertiggestelltes Empire State Building zu betrachten sein. Das Stahlskelett des 381 m aufschießenden Kolosses wiegt 60.000 Tonnen. Die vertikale Erschließung erfolgt über 73 Aufzüge, deren Schächte aufaddiert ca. 11 km lang sind. In den rückspringenden Obergeschossen spiegeln sich, nebenbei bemerkt, keine statischen Erfordernisse, sondern bauliche Vorschriften, die einer Verschattung umgebender Straßenzüge bzw. Gebäude entgegenwirken sollten (rechts eine von Eric Mayville, NY, vom Hubschrauber aus aufgenommene Perspektive).

7 Gürtelfachwerk

Dieser Konstruktionstyp ergänzt das Rahmenfachwerk um eine Reihe, den äußeren Stahlrahmen horizontal umlaufender Hancock TowerVerstrebungsbänder.

8 Turm, gerahmter

Prägend für diese Bauweise ist ein feines, aus stählernen Stützen und Trägern gebildetes Außenraster. Verbunden mit innenliegenden Pendants, ergibt sich ein bis ca. 110 Stockwerke stabiles Ganzes. Diese Konstruktion lag u. a. dem World Trade Center (NY) zugrunde. Die 412 m hohen Zwillingstürme beinhalteten 450.000 qm Bürofläche bzw. rund 50.000 Arbeitsstätten.

9 Turm, diagonal verstrebter

Es handelt sich um einen gerahmten, außen um diagonale Kreuzverstrebungen bereicherten Turm. Horizontale Lasten werden von Innenstützen und Außenstreben gemeinsam aufgefangen bzw. abgeleitet. Eindrucksvolle Beispiele liefern Chicago's John Hancock Center – im zentralen Hintergrund rechts zu sehen (Bild aufgenommen vom Verfasser) – sowie das in Boston (Back Bay) stehende Gegenstück.

10 Turmbündel / Rohrbündel

Dieses Verfahren beruht auf einem einfachen Kniff: Es verspannt mehrere gerahmte Türme zu einem Komplex. Willis TowerErgebnis: Leichte, außerordentlich belastbare Strukturen bis in Höhen über 450 m hinaus. Mustergültig illustriert Chicago's 1974 eröffneter Sears Tower – 2009 umbenannt in Willis Tower – die Merkmale dieses Konstruktionstyps (siehe Bild links, aufgenommen vom Verfasser). Der 108 Etagen bzw. 442 m aufstrebende, 222.500 Tonnen schwere Gigant beinhaltet 418.000 qm Bruttogrundfläche, 3.220 km elektrischer Kabel und 69.200 km Telephonverkabelung. (Hinweis: Die verbreitete Höhenangabe von 110 Etagen beruht auf einer gegen anerkannte Konventionen verstoßenden Zählweise).

11 Turmfachwerk, mit betongefüllten Ecksäulen

Die Belastbarkeit dieses Konstruktionstyps entspringt der Kombination eines aus sehr starkem Stahl gebildeten Gitters horizontaler und diagonaler Träger mit einfassenden, betonverfüllter Ecksäulen. Meines Erachtens eindrucksvollstes Gebäude dieser Art ist – auch dank erhebender naturräumlicher Kulisse – der 1993 seiner Bestimmung übergebene Landmark Tower in Yokohama.