Wie hoch können wir bauen? Baumaterialien und -methoden für Wolkenkratzer der Zukunft

Viele Stadtplaner prognostizieren, dass im Jahr 2050 mehr als 6 Milliarden Menschen in Städten leben werden, und an Orten, an denen das Bauen nach außen keine Option ist, besteht die einzige Möglichkeit, mit der wachsenden Dichte Schritt zu halten, darin, zu bauen. Höhere Bauten bringen immer zahlreiche Herausforderungen mit sich und auch einen nicht ganz so subtilen Wettbewerb für Architekturbüros, ihren Namen mit den größten Gebäuden zu verbinden. Fast so schnell, wie ein Gebäude als eines der höchsten der Welt bezeichnet wird, entsteht ein anderes Gebäude, das einige Jahre später den Titel erhält. Während der Himmel die Grenze ist, wie wirkt sich dies auf die Baubarkeit von Projekten aus und welche Meisterleistungen bei Baumethoden und Materialien haben es uns ermöglicht, in die Wolken zu bauen?

Zunächst ist es wichtig zu verstehen, wie man hohe Gebäude technisch definiert. Der Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH) definiert zwei Untergruppen von Gebäuden, die erhebliche Höhen erreichen. Ein „Supertall“-Gebäude ist definiert als eine Höhe von 300 Metern (984 Fuß) oder höher, und ein „Megatall“-Gebäude erreicht eine Höhe von mindestens 600 Metern (1.968 Fuß). Im heutigen Tempo wird jedes Jahr mindestens ein Supertall-Wolkenkratzer fertiggestellt, wobei bis Juni 2020 132 Supertall-Wolkenkratzer den Bau abgeschlossen haben. Der Burj Khalifa ist mit einer Höhe von 2.722 Fuß oder etwas mehr als einer halben Meile immer noch der höchste Wolkenkratzer der Welt. Kürzlich, nach achtjähriger Bauzeit, wurde der Bau des Merdeka 118 in Malaysia abgeschlossen und war nur 500 Fuß kürzer als der Burj Khalifa. Es wird vorhergesagt, dass das erste kilometerhohe Gebäude der Welt innerhalb der nächsten 30 Jahre fertiggestellt werden könnte, was auch einen neuen Trend zu Gebäuden mit einer Höhe von über 3.200 Fuß mit sich bringen könnte.

Hohe Gebäude bringen alle möglichen mechanischen und strukturellen Probleme mit sich. Wie lange müssen Menschen auf einen Aufzug warten, wenn sie von der Lobby in die 200. Etage fahren? Wie können Mega-Hohe-Gebäude Naturgewalten standhalten, die wir vorhersagen können, und solche, die wir nicht vorhersagen können? Viele dieser Probleme werden gelöst, indem die modernen Materialien und Systeme, mit denen wir bereits vertraut sind, gehackt und solche geschaffen werden, die eine innovative Bauindustrie unterstützen.

Eines der Hauptprobleme beim Bau hoher Bauwerke ist die Möglichkeit, Baumaterialien in der Nähe des Standorts unterzubringen, da die Grundfläche des Gebäudes und die umliegende Fläche typischerweise klein sind, insbesondere in städtischen Gebieten. Dies führt zu Problemen bei der Konstruktion von Rahmenelementen, da vorgefertigte Platten aufgrund ihrer Unfähigkeit, gelagert zu werden, häufig erst nach Fertigstellung auf die Baustelle gebracht werden. Allerdings verwenden viele Bauunternehmer mittlerweile ein Kippwandbauverfahren, das es ihnen ermöglicht, die Platten vor Ort zu gießen und zu montieren und einen Kran zu verwenden, um sie an ihren Platz zu heben.

Auch Wolkenkratzer suchen nach Stahlalternativen, aber mit zunehmender Gebäudehöhe wird dessen Gewicht zu einem erheblichen Problem. Aluminium bietet eine leichte Alternative mit seinem einfachen Extrusionsverfahren, das es ermöglicht, sich an eine Vielzahl von Formen für nahezu jedes Fassadendesign anzupassen. Es reagiert auch gut auf Belastungen durch interne Strukturelemente und äußere Kräfte wie schnell wechselnde Temperaturen und seismische Störungen durch Erdbeben. Kohlefaser ist ein weiteres aufstrebendes Material, das ebenfalls leicht ist, aber aus langen Strängen besteht, die zu einer stoffähnlichen Struktur verwoben sind. Dadurch ist es deutlich stärker als Stahl und kann daher in Gebäuden eingesetzt werden, die hohen Stoßbelastungen ausgesetzt sind. Carbonfasern halten bereits Einzug in Betonfertigteile. Durch das Einbringen des Netzes in die Betonmischung anstelle eines herkömmlichen Stahlnetzes verringert sich das Gesamtgewicht der Struktureinheit, sodass diese sicher an ihren Platz gehoben und gesichert werden kann, mit der Gewissheit, dass sie eine erhebliche strukturelle Integrität beibehält.

Noch zukunftsweisender sind Ideen, wie die Zukunft von Beton aussehen könnte. Beton ist seit Hunderten von Jahren weitgehend unverändert. Obwohl es äußerst langlebig ist, drängen viele Menschen auf neue Alternativen, da es nach wie vor eine große Quelle von CO2-Emissionen darstellt. Einige Forscher untersuchen Biobetone, die die Fähigkeit haben, ihre eigenen Risse zu heilen, indem sie Kalksteinbakterien hinzufügen, die die Lebensdauer von Beton um bis zu zweihundert Jahre verlängern können. Sogar Holz, das wahrscheinlich nie als Hauptstrukturelement in einem riesigen Bauwerk verwendet wird, findet in Brettsperrholzkonstruktionen ein neues Leben, die ihm eine mit Stahl vergleichbare Festigkeit verleihen. Um die Fähigkeiten von Holz zu demonstrieren, hat Sumitomo Forestry, ein in Japan ansässiges Designunternehmen, kürzlich seine Pläne zum Bau einer 350 Meter hohen Holzkonstruktion in Tokio bekannt gegeben. Höhere Gebäude sind in Sicht, und die Baumaterialien und -methoden werden schnell aufgeholt, um diese kilometerhohen Träume Wirklichkeit werden zu lassen.

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Anmerkung der Redaktion:Dieser Artikel wurde ursprünglich am 09. August 2022 veröffentlicht.