Tragwerksplanung
Die Technologie hinter 634 m
Ein riesiger 634 Meter hoher Turm
Wie kann man es sicher stützen?
Der TOKYO SKYTREE ist das weltweit einzige Bauwerk, das Spitzentechnologie mit japanischem Erfindergeist vereint.
Wir werden Ihnen auf leicht verständliche Weise die konstruktionstechnische Raffinesse erläutern, die es ermöglichte, diese Höhe und Sicherheit zu erreichen.
Eine detaillierte Aufschlüsselung des strukturellen Designs des TOKYO SKYTREE, Abschnitt für Abschnitt.
STRUCTURAL
DESIGN?
Beginnen Sie zunächst mit der Erforschung unbekannter Gebiete.
Der TOKYO SKYTREE ist ungefähr 634 Meter hoch.
Als im Jahr 2006 der Standort Oshiage im Bezirk Sumida als Bauplatz für den TOKYO SKYTREE festgelegt wurde, war das höchste Bauwerk Japans der Tokyo Turm(entworfen von Nikken Sekkei), der 1958 fertiggestellt wurde und etwa 333 Meter hoch war.
Nach rund 50 Jahren versuchen sie, die Höhe nahezu zu verdoppeln – eine Leistung, die noch nie zuvor erreicht wurde und die unter Einsatz modernster Technologie zu einer „Herausforderung in unbekanntem Terrain“ wird.
Um die Sicherheit zu gewährleisten, haben wir zunächst dieses Neuland erforscht.
Kenntnis des Windes in 600 m Höhe über dem Boden
Um die Windverhältnisse in 600 Metern Höhe zu ermitteln, ließen wir einen Wetterballon, eine sogenannte Radiosonde, steigen, um die Windgeschwindigkeitsverteilung und Windturbulenzen in großen Höhen zu untersuchen. Zusätzlich zu regulären Bodenmessungen führten wir eine seltene Untersuchungsmethode durch (Mikrobebenmessnetze), um die geologische Tiefenstruktur bis zu etwa 3 km unter der Erde zu erforschen. Dies ermöglichte uns eine präzisere Simulation der Erschütterungen an diesem Ort während eines Erdbebens.
Durch diese detaillierten Untersuchungen, diverse Designinnovationen und Überprüfungen haben wir die Sicherheit gegen Erdbeben und starke Winde bestätigt, die bei der Konstruktion gewöhnlicher Hochhäuser nicht zu erwarten sind.
Wie ein großer Baum,
Wie man sich mit dem Boden verbindet
Je höher ein Gebäude ist, desto größer sind die „Zugkräfte“ und „Druckkräfte“, die durch Erschütterungen bei Erdbeben und Starke Winde auf sein Fundament ausgeübt werden.
Bei einem hohen, schlanken Bauwerk wie diesem Turm wirken besonders große Kräfte.
Dieses schwierige Problem musste durch eine Bodenplanung gelöst werden.
Wandpfosten, die wie die Sohlen von Stollenschuhen aussehen
Um dem entgegenzuwirken, sind die Gründungspfähle wandartig mit Fugen versehen, um den Reibungswiderstand zu erhöhen. Diese Fugen ähneln den Sohlen von Spikeschuhen. Durch die Verbindung dieser Wandpfähle und ihre radiale Ausdehnung im Erdreich sollen sie sich wie Baumwurzeln mit dem Boden verbinden.
Darüber hinaus ist das Stahlgerüst des Turm durchgehend mit unterirdischen Pfählen verbunden, wodurch die Kräfte direkt übertragen werden. Man könnte also sagen, er „steht da wie ein riesiger Baum, der aus der Erde gewachsen ist“.
Verbinden und integrieren Stahlgerüst
Das Geheimnis hinter den hochfesten Stahlwerkstoffen, die den Turm stützen
Wir verwenden „hochfeste Stahlrohre“ als Bauteile, die etwa doppelt so stark sind wie herkömmliche Stahlgerüst.
Die Stahlrohre am Fuß des Turm sind enorm; sie haben einen Durchmesser von 2,3 Metern und eine Wandstärke von 10 Zentimetern.
Die Turmkonstruktion ist eine Gittertragwerk, bei der Haupt-, Horizontal- und Diagonalstreben zu einem Dreieck verbunden sind. Die Verbindung erfolgt mittels sogenannter Rohrverbindungen, bei denen Stahlrohre direkt miteinander verschweißt werden, ohne Bleche oder andere Zwischenstücke zu verwenden. Dieses Verfahren ist ästhetisch ansprechend und bietet Vorteile hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit.
Übersicht über den Stahlrahmenturm
| Kanae (dreifüßiger Kessel) Fachwerk | Die Konstruktion besteht aus vier Säulen, horizontalen Trägern und Aussteifungselementen, die an jedem Eckpunkt eines dreieckigen Grundrisses angeordnet sind. Sie dient als Hauptstruktur, die horizontalen Lasten widersteht. |
|---|---|
| Horizontal verbundener Fachwerkträger | Der zentrale Turm ist eine Stütze, die den Ringfachwerkträger alle zwei Stockwerke (25 m) verbindet. Er dient als Übertragungselement für horizontale Kräfte (in der Ebene) und als Knickversteifung für den Dreibeinfachwerkträger und die äußeren Randstützen. |
| Ringfachwerk | Horizontale Elemente, die in jedem zweiten Stockwerk (12,5 m) angeordnet sind, dienen als Knickversteifungen für die äußeren Stützen. |
Ein neuer Mechanismus zur Reduzierung von Gebäudeschwankungen
Schwingungsdämpfungssystem der Zentralpfeiler
Nach verschiedenen Versuchen, ein sicheres Gebäude gegen Erdbeben und Starke Winde zu errichten, haben wir ein neues Schwingungsdämpfungssystem eingeführt, das einen Stahlbetonzylinder (Zentralpfeiler) in der Mitte strukturell vom Stahlrahmenturm am äußeren Umfang trennt, wobei der obere Teil der Zentralpfeiler als „Gewicht“ fungiert.
Das zugrundeliegende Prinzip ist die Anwendung einer modernen Schwingungsdämpfungstechnologie, des sogenannten „Massenadditionsmechanismus“, der die Scherkräfte bei einem starken Erdbeben um etwa 40 % reduzieren kann. Tradition japanische Pagoden, wie beispielsweise die „Fünfstöckige Pagode“, sind hingegen noch nie durch Erdbeben eingestürzt. Man vermutet, dass das Geheimnis in der zentralen Säule des Gebäudes liegt, die auch als „Zentralpfeiler “ bezeichnet wird.
Mit tiefem Respekt vor dieser alten Weisheit nannten wir sie " Zentralpfeiler Säulenvibrationskontrolle) und verglichen sie mit einer Fünfstöckige Pagode .
- Die Fünfstöckige Pagode ist ein einzigartiger Holzbau, der nur in Japan vorkommt. Obwohl es Fälle von Einstürzen durch Taifune und Brände gab, sind keine Einstürze durch Erdbeben bekannt. Sie gilt als äußerst erdbebensicher. Es gibt verschiedene Theorien zu den Gründen für ihre hohe Erdbebensicherheit, man geht jedoch davon aus, dass die zentrale Säule, die sogenannte „Zentralpfeiler“, eine entscheidende Rolle spielt.
Massenadditionsmechanismus
Dieses Schwingungsdämpfungssystem reduziert die Gesamterschütterung eines Gebäudes, indem es eine zusätzliche Masse (ein Gewicht) hinzufügt, die bei Erdbeben zeitversetzt zum Hauptgebäude schwingt. Dadurch heben sich die Schwingungen des Hauptgebäudes und der zusätzlichen Masse auf. Üblicherweise werden Stahl- oder Betonblöcke als zusätzliche Masse verwendet, es gibt aber auch Beispiele für den Einsatz großer Anlagenteile oder Wärmespeicher. Dies ist das weltweit erste Beispiel, bei dem eine Zentralpfeiler(Treppenhaus) als zusätzliche Masse dient.
Die Zentralpfeiler des TOKYO SKYTREE
Im Kontext des TOKYO SKYTREE bezieht sich dies auf den zentralen zylindrischen Abschnitt (aus Stahlbeton, mit einer Treppe im Inneren). Er wurde aus tiefem Respekt vor der alten Weisheit rund um Fünfstöckige Pagode „Zentralpfeiler) genannt.
Inhaltsanbieter
Nikken Sekkei Ltd. „TOKYO SKYTREE Design Project“
Spezielle Inhalte von Nikken Sekkei, dem Unternehmen, das am Design des TOKYO SKYTREE beteiligt war.
Sie können Inhalte ansehen, die sich mit dem TOKYO SKYTREE aus der Perspektive der Tragwerksplanung auseinandersetzen, einschließlich der tatsächlich verwendeten Bautechnologien und der Stimmen der am Projekt beteiligten Designer.
