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Hochhäuser im Wind

Extreme Belastungen – extreme Chancen

Wolkenkratzer auf der ganzen Welt wetteifern seit Jahrzehnten um Superlative. Das derzeit höchste Gebäude der Welt ist der 828 Meter hohe Burj Khalifa in Dubai. Durch statisch anspruchsvolle und teilweise physikalisch kreative Lösungen schaffen es selbst solche mehrere hundert Meter hohen Gebäude, extremen Belastungen standzuhalten – und sie teilweise zu ihrem Vorteil zu nutzen.

Vom Winde umgeweht

Architekten haben einiges zu beachten, wenn sie neue Wolkenkratzer entwerfen – dazu gehört auch die Aerodynamik. In Küstenregionen sind beispielsweise starke Winde ein großes Problem. Um diesen standzuhalten, müssen die hohen Türme neben der vertikalen Stabilität auch gegen horizontale Kräfte gewappnet sein – im Extremfall könnten sie sonst durch diese zum Einsturz gebracht werden.

Nach US-amerikanischen Vorschriften darf sich ein Stockwerk auch bei einem Hurrikan um maximal 0,5 Prozent seiner Höhe seitlich verschieben. Bei einem 800 Meter hohen Gebäude wären das an der Spitze immerhin vier Meter Auslenkung. Das würde die Bewohner dieser Etagen ganz schön seekrank machen. Innovative Lösungen, dies zu verhindern, gibt es jedoch bereits.

Tilgerpendel Taipeh
Diese Kugel im Taipei 101 wiegt 660 Tonnen und fängt die Schwingungen des Turms ab. © Armand du Plessis /CC-by-sa 3.0

Taipeh: Physikalisch ausgefuchste Gegenmaßnahme

Der Taipei 101 in Taipeh, der Hauptstadt von Taiwan, ist wohl einer der höchstbelasteten Wolkenkratzer der Welt. Von 2004 bis 2007 war er das höchste Gebäude auf dem Planeten, sein Standort weist aber Extrembedingungen auf: Unter der Insel Taiwans schieben sich die Philippinische und die Eurasische Kontinentalplatte übereinander. Dadurch kommt es in Taipeh fast täglich zu Erdbeben. Zusätzlich fegen mehrmals im Jahr tropische Orkane über die Insel.

Diese beiden Einflüsse können den 508 Meter hohen Turm enorm ins Schwanken bringen. Die Gegenmaßnahme wiegt 660 Tonnen, hat einen Durchmesser von 5,5 Meter und befindet sich zwischen dem 88. und dem 92. Stockwerk: ein vergoldetes Riesenpendel. Es hängt an insgesamt 16 oberarmdicken Stahlseilen und wird an der Unterseite hydraulisch gestützt. Bei extrem starken Winden schlägt das Pendel bis zu einen Meter aus und wirkt so der Schwingung des Turms entgegen. Es ist das größte Tilgerpendel der Welt.

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432 Park Avenue
432 Park Avenue mit leeren Stockwerken: Sie verringern den Luftwiderstand des Wolkenkratzers. © Epistola8 /CC-by-sa 4.0

New York: Da fehlt doch was

Anstatt sich gegen den Sturm zu stellen, kann man ihm auch ausweichen. So etwas dachten sich wohl die Architekten des New Yorker Wolkenkratzers 432 Park Avenue. Der 426 Meter hohe Turm hat Löcher: Fünf Doppeletagen des Hochhauses wurden beim Bau fensterlos gelassen. Sie sind nicht bewohnt und öffnen Hohlräume in der Fassade, durch die der Wind ziehen kann. Dadurch soll der Luftwiderstand des Gebäudes um 15 Prozent gesenkt werden.

Guangzhou: Stromerzeugung durch Venturi

Löcher in der Fassade können auch zur Energiegewinnung genutzt werden, wie der Pearl River Tower im chinesischen Guangzhou beweist. Seine Fassade ist insgesamt sehr windschnittig gebaut und leitet die ankommenden Luftströme zu insgesamt vier Windturbinen, die sich in offenen Durchgängen des Gebäudes befinden.

Pearl River Tower
In den vier Löchern des Pearl River Tower befinden sich Windturbinen, die Strom erzeugen. © IndexxRus /CC-by-sa 3.0

Das Design nutzt dabei den Venturi-Effekt. Dieser besagt, dass bei einer inkompressiblen Strömung das Produkt aus Geschwindigkeit und durchströmter Fläche konstant ist. Im Falle des Gebäudes heißt das: Dadurch, dass die Fassade den Wind von einer großen Fläche auf einen kleinen Tunnel komprimiert, wird die Luft stark beschleunigt. Das erhöht die Effektivität der Windturbinen enorm. Sie sollen so bis zu eine Million Kilowattstunden Strom pro Jahr erzeugen können.

Dubai: Riesenkarussell durch Windenergie

Noch einen Schritt weiter geht das Design des türkischen Architekten Hayri Atak. Er hat ein Bauwerk entworfen, das selbst eine Windturbine ist. Die drei in der Mitte verbundenen Gebäudeteile nutzen durch ihre Form die gleiche Auftriebskraft wie Flugzeugtragflächen und erzeugen so eine Rotation des gesamten Gebäudekomplexes. Er soll sich dadurch innerhalb von 48 Stunden einmal um die eigene Achse drehen – komplett vom Wind angetrieben. Dadurch soll Strom erzeugt werden, der das Gebäude nachhaltiger macht.

Der turbinenförmige ‚Squall Tower‘ existiert bisher allerdings nur auf dem Papier. Falls er gebaut wird, soll er in Dubai stehen. Ob das wirklich passiert und wie effektiv er letztendlich Windenergie umwandeln kann, steht noch in den Wolken. Aber es heißt ja nicht umsonst Wolkenkratzer.

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Aerodynamik
Der Einfluss von Luft auf unser tägliches Leben

Autos und Rennwagen
Der ständige Kampf gegen den Luftwiderstand

Im Windkanal
Die Kinderstube der Modellentwicklung

Faszination Flugzeuge
Die richtige Form ist entscheidend

Windräder
Saubere Energie durch Auftriebskraft

Hochhäuser im Wind
Extreme Belastungen – extreme Chancen

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