WO2018149993A1 - Tordiertes hochhaus mit stützen - Google Patents

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WO2018149993A1
WO2018149993A1 PCT/EP2018/053937 EP2018053937W WO2018149993A1 WO 2018149993 A1 WO2018149993 A1 WO 2018149993A1 EP 2018053937 W EP2018053937 W EP 2018053937W WO 2018149993 A1 WO2018149993 A1 WO 2018149993A1
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floor
supports
core
group
rotation
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PCT/EP2018/053937
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English (en)
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Roland Weber
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Roland Weber
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/34—Extraordinary structures, e.g. with suspended or cantilever parts supported by masts or tower-like structures enclosing elevators or stairs; Features relating to the elastic stability
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H1/00—Buildings or groups of buildings for dwelling or office purposes; General layout, e.g. modular co-ordination or staggered storeys
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H1/00—Buildings or groups of buildings for dwelling or office purposes; General layout, e.g. modular co-ordination or staggered storeys
    • E04H1/02—Dwelling houses; Buildings for temporary habitation, e.g. summer houses
    • E04H1/04—Apartment houses arranged in two or more levels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H1/00—Buildings or groups of buildings for dwelling or office purposes; General layout, e.g. modular co-ordination or staggered storeys
    • E04H1/06—Office buildings; Banks

Definitions

  • the present invention relates to the subjectively claimed and thus relates to twisted high-rise buildings.
  • WO 2009/097415 From WO 2009/097415 it is known to use a twisted high-rise building with twisting, i. to make corner posts winding around the building. It is also known that large lateral twisting forces can occur, which leads to thick core walls of the skyscraper core or extra structures.
  • the use of rectangular cores in twisted buildings is known from WO 2009/097415 Al, even if no details of the core design or the development of the core surrounding, usable for residential or business like office space are proposed therein.
  • a skyscraper in which successive floors are offset from each other by 45 °, is known from US 4 098 039. This skyscraper does not give a twisted impression due to the alternately repeated alignment every two floors.
  • the previously known skyscraper columns are arranged in groups that are different distances from the core, in each case from floor to floor vertically straight through exactly one above the other.
  • the object of the present invention is to provide new information for commercial applications. provide.
  • the solution to this problem is claimed in an independent form. Preferred embodiments can be found in the subclaims.
  • the supports form at least two groups, of which the supports of the first group in a first rotational sense about the axis of Floor to floor are arranged, while the supports of the second group are arranged from floor to floor in a first opposite direction of rotation.
  • each floor surface has a different position, comparable to a twist drill or the like, i. as if every floor is twisted against the next floor.
  • skyscrapers are at least 22 m high, depending on the definition, ie. H. at least so high that the top floors are no longer accessible with fire ladders.
  • An impressive twist results only in even higher buildings, which typically exceed 60 m, which requires special measures in the core to ensure sufficient escape and the like; the preferred skyscrapers making use of the invention will typically be over 60 meters high, preferably over 100 meters, because this guarantees particularly impressive rotatable architectures, with the preferred height being around 150 meters.
  • a high-rise building with a particular core is described, which preferably has these heights for residential purposes.
  • the arrangement presented here is not only relevant to the applicant's fully incorporated intellectual property right described therein, but may be used for residential buildings as well as commercial or office buildings or mixed use buildings.
  • At least two groups of pillars are formed. It is understood that in buildings with a very large distance of the outer edges to the core optionally more columns groups could be provided, then in particular the rotational sense of the groups could alternate from outside to inside and / or in particular at the core next groups a group of columns in solid Orientation can be provided relative to the core. Such a third or further group does not necessarily meander around the core. However, advantages are already achieved with the invention in two groups. enough.
  • the supports of the first group are wound or arranged following the rotation of the floor surfaces around the torsion axis which often coincides but not necessarily with the core axis; the pillars of the second group are then wound around the (core) axis in an opposite sense of rotation.
  • the groups of the group lying further inside can be perpendicular to the respective floor covering or the floor of the floor.
  • the rotation of the columns from floor to floor then results from the fact that the supports from floor to floor (typically generally along a circular line and / or, in rectangular cross sections for the inner columns, along an elliptical orbit) are arranged slightly offset one above the other, namely so that the cross sections still overlap sufficiently.
  • the overlap is sufficient if the overlap area is sufficient for load transfer.
  • the required overlap area depends on which load is to be considered; this in turn depends on the number of columns, their arrangement relative to the core and building exterior wall, the floor slab construction, etc.
  • the arrangement of the columns groups around the core axis offers particular advantages, but it is not mandatory that the skyscraper is twisted about exactly the core axis, although this offers advantages and it is generally preferred if the core axis and the Torsion axis have at most a slight offset against each other. Also, the axes about which the supports of the first and second group are each rotated, have a slight offset from each other and / or the core axis, even if they additionally rotate together at a generally identical angle from floor to floor on.
  • the angle does not have to be absolutely exactly identical for all supports of a group, but small variations are possible, but which for example from support to support of a group will typically be less than 10% of the angle, preferably less than 5% of the angle. be mentioned. This, too, may possibly still be understood (in a broad sense to that extent) as a common rotation. It should be mentioned that if the statics by rotation angle change and varying transverse offset, where appropriate, the layout on certain floors can be significantly improved.
  • this invention discloses, inter alia, a high-rise building with floor surfaces rotated against each other about an axis, and supports therebetween, the columns comprising two groups, the columns of the first group extending from floor to floor in one staggered offset from one another about the axis, wherein the mutually offset supports still have a sufficient for load transfer overlap, and wherein the supports of the second group are arranged from floor to floor in a first counter-rotating sense of rotation relative to each other about the axis , wherein the mutually offset supports of the second group also have an overlap.
  • the supports of both the first and second groups wind around the core. Especially for the outer group, this leads to a particularly memorable, impressive architecture.
  • the supports must not be visible but wound.
  • a reinforcement is provided, which is advantageous to ensure a sufficient stability in critical phases such as partial destruction of individual columns, it may be sufficient to provide a multi-level extending, preferably spiraling reinforcement and the concrete envelope of such a reinforcement non-winding, eg vertically standing on storey ceilings and storey floor standing.
  • the supports can be received in walls, if desired. It is understood, however, that the area on which a support of a higher floor rises, is partially above the area at which in the floor below the corresponding support touches the ceiling. This can be seen reasonably enough to continue a reinforcement, for example made of steel in steel-reinforced concrete.
  • the supports of the first group will be arranged close to the corner.
  • the core may be centered; if the core is also square, the diagonal intersections of the core and the high-rise floor floor area will be exactly on top of each other.
  • the solder points of the pillars arranged near the corners will all lie on a common circular line. But even in cases where the floor plan is not square, the solder points of the corner supports may lie on circular arcs.
  • this is not mandatory. They should typically be located so close to the façade that deflections of the façade line are effectively reduced.
  • the angle around which the floor surfaces are rotated may vary. But it will be well below 45 °, even as such a large offset is optically no longer recognized as torsion and ergo represents no torsion.
  • the angle of rotation will be less than 10 °, more preferably less than 8 °. It is preferred if from floor to floor an equal rotation, i. a rotation about the same angle of rotation, is provided, with otherwise the same height floors. Typical angles of rotation will be between 0.3 ° - 5 ° per floor. Too low a turn from floor to floor is visually hardly noticeable. Too large a rotation leads to strongly inclined reinforcement or strongly inclined columns, which can significantly reduce the usable space within a residential unit or the like, especially where the spans are rather small.
  • angles greater than 0.7 ° are preferred and more preferably the angles are between 1.1 ° and 1.3 °.
  • the average floor rotation angle depending on the building height H preferably limited as follows: at H to 100 m to 4.0 degrees;
  • the specified maximum rotation angle can be multiplied by the following factor based on the Bredt shear formula:
  • the multiplier 1/2 is inserted in order to take account of additional torsion triggered by uneven vertical loads in the tower.
  • a notch is made in the building envelope, it is preferred to reduce the above-mentioned or according to the formula calculated maximum rotation angle by a further 20%. This is especially true where the notch is in balcony areas and the pillars themselves are located inside the building. Despite the fact that at notching preferably reduced total rotation of the building at the same height results
  • Cross-sectional area should not decrease by more than 35%, better not more than 30%.
  • the required for vertical load erosion support diameter increases approximately linearly with the size of the offset, which is why the specified overlap of the column cross sections in successive floors at least 65%, more preferably answersstes -70% of
  • Cross-sectional area is what the specified rotation angle well allow.
  • the torsional load is changed mainly by a changed weight on all inclined supports, because the changed weight leads to an altered tangential force; but also a weight reduction are limits. So pulls a restraint from ceilings load on the core, while balconies draw additional load from the core to the columns, which makes it useful to form balconies, for example, lightweight concrete. However, there are constructive certain ceiling thicknesses, etc. not to fall below, so that each floor will have a minimum weight. Lighter ceiling structures with ribs or honeycombs reduce weight, but are sound-technical and disadvantaged in the construction.
  • the arrangement according to the invention is particularly advantageous.
  • the floor surfaces are non-circular in a preferred variant, that is, for example, generally quadrangular, which in particular includes cases in which small distances are chamfered along the corners, optionally chamfered unevenly.
  • the floor surface outer contour of Baikon, parapet, etc. can and will be designed in a preferred variant so that significant loads can be absorbed. It turns out that in many sectors relevant to the field of construction, the opposing rotational senses of the first and second support groups make it possible to almost completely eliminate the resulting moments under equilibrium and / or at least considerably reduce them.
  • the twisted high-rise building will have non-circular floor surfaces, in particular generally quadrangular floor surfaces. Although it could be formed with floor surfaces that have a different number of corners, for example 5 or 6, but at the same floor surfaces then the rotation falls less strongly, which contradicts the desired optical effect and ergo complicates the achievement of an iconic status.
  • the floor surfaces need not be exactly quadrangular, but the outer contour may have protuberances or cuts, but preferably make up not more than 10% of the total area, more preferably less than 5% and most preferably less than 3%.
  • An example of a non-rectangular ground plan of floors is the Cayan Tower in Dubai, also known as the "Infinity Tower.” That this previously known building is only mentioned as an example of a possible floor contour, but not constructed according to the principles of this invention It is preferable to mention that at least one of the deviations from an exact quadrangular shape is a protuberance, more preferably the size of the protuberance is not only based on the area of a protuberance on each edge but on the surface Total size of protuberances or incisions in the floor areas in total. Such comparatively small changes do not lead to big problems and give great creative freedom.
  • the outer contour of the bottom surface will preferably be generally rectangular, with an angle that does not deviate more than 10 ° from a right angle, preferably not more than 5 °. It should be noted that degree indications of angles herein, unless otherwise stated, refer to 360 ° full circles.
  • the bottom surface may be generally square, in particular such that no edge is more than 10% longer than the next shorter edge, and in particular all edges within a tolerance of not more than +/- 5% are the same length. This gives an increased degree of freedom of design, without already leading to extreme additional costs. It should be noted that the specified tolerances for the floor surface edges mean the surfaces enclosed by the facade, so balconies are not included.
  • the core provided in the twisted high-rise building will preferably not be round, in particular polygonal with equal sides and in particular quadrangular, in particular at least almost square.
  • a core is considered to be almost square if there is not more than 10% to 20% edge length difference between the longest and the next shorter edge of the core.
  • the angle of rotation carries less than 5 °, preferably less than 2.5 °, more preferably between 0.7 ° and 2 °, which is the case in a particularly preferred variant, if the floor rotation angle between 1.1 ° - 1.3 °. If the building is accessed via 2 - 3 elevators, room heights of 2.7 - 3m may be advantageous (measured from top floor to bottom edge of concrete structure) and floor dimensions in the range 23m to 28m to achieve a sufficiently tall building with impressive slenderness without having to deal with static problems of greater magnitude due to the torsion. In to large torsion increases the area consumption by the support groups of the invention, and the load on the core, especially under uneven load, which is undesirable.
  • the number of supports for core relief is in a preferred variant in the outer corner area, which follows the floor rotation, not more than four.
  • the supports are located close to the corner, but within the building, i. at least predominantly tempered and thus encompassed by the facade - provided what limits unwanted temperature deformations.
  • more than just two groups of supports may be provided, but also prefer not more than four groups there.
  • Even with large offices and / or particularly wide-ranging residential buildings are typically even at most three groups required for a twisted building and typically the use of only two groups of columns preferred. That where more than two groups of columns are provided, at least one group can be formed without rotation, e.g. should always be in the same orientation relative to the core, it should be mentioned.
  • the total area required by the supports to achieve high core relief and high building load is small relative to the overall width and / or the core per se.
  • the supports of the respective group will preferably lie at different distances from the core, preferably lying on circles of different diameters. Precisely because of this, it is preferred if the floor surfaces are each square, because this does not lead to exorbitant on the outer circle cantilevered supports in still visually spectacular design of the building.
  • the supports of the outer group arranged on the outer circle or near the corners are typically offset to the inside so far that the supports run close to the corner within the building.
  • the supports of the second group should not be offset too far inwards, in order to be able to counteract the total acting through the building torsion loads that can lead to torques on the core and the like, meaningful and around the
  • Ceiling deflections especially on the sensitive edge of the facade better limit. Therefore, it is preferable to move the supports of the second group inwards, preferably in the case of a square or generally square floor contour on the inner circle. Where irregular floor surface contours are desired or required, it will be understood that on the one hand supports of the first group are arranged close to the corners while supports of the second group are offset further inwards. It is advantageous if the supports of the second group are offset so far inward that at the opposite Dre- no penetration of the supports of the first group takes place. It should be mentioned that the supports of the inner group can lie on a circle (concentric with the circle of the first column group), especially for rectangular floor plans, but that this is not absolutely necessary for rectangular floor plans with rectangular sides of different lengths.
  • an arrangement rotating on an ellipse line can be selected to rotate counter to the corner rotation from floor to floor.
  • a nearly square floor plan can show a twist particularly memorable and desirable conspicuous.
  • the conspicuousness of a twist can be emphasized by features such as top-to-bottom, also twisted notches in the façade.
  • the supports of the second group By arranging the supports of the second group on the inner circle, while the supports of the first group lie on the outer circle, it is ensured that the support groups do not interpenetrate when the floor areas are sufficiently different from a round outer shape. The same applies if the supports of the second group lie on an ellipse encompassed by the outer circle.
  • outer supports There will typically and preferably be more pillars of the second (more inside) group than outer pillars.
  • the average cross-sectional area of the outer supports may be larger or the reinforcement of the outer supports may be stronger than the reinforcement of the inner supports.
  • corner posts may be used in some places for the outer columns, although the outer posts may not necessarily be exactly in the corners outside as the supports of the other group, without implying that the outer supports would be located on an outside of the building outside the outside of the volume enclosed by the facade.
  • the supports of the groups in particular the first group are inclined so that it corresponds to the rotation of the angle of rotation - or the negative of the rotation angle - around which the floor contour is rotated from floor to floor.
  • the supports of the first group ie the corner or outer supports, this has the advantage that the supports are to be found at the same location within the floor at floor level constant from floor to floor, which simplifies the planning.
  • supports of the second group could possibly have a different angle of inclination, but it will be seen that, with the preferred inclination, supports of acceptable dimensions can be provided, with which a torsional moment under dc load otherwise resulting from the core is at least halved, preferably reduced by% and more preferably can be almost completely compensated.
  • a larger number of supports in the inner group i. H. in particular on the inscribed inner circle will be arranged as on the outer circle or as are present on corner supports.
  • an outer support in each corner can be arranged approximately at a generally square floor shape and stand an inner support in at least one level of the building at an intersection between the core edge continuation and in the floor contour inscribed inner circle.
  • eight pillars of the inner group are provided.
  • the outer supports are preferably arranged in each case in extension of a line from the center of rotation of the floor surfaces and / or the core axis piercing point through the floor toward the respective corners of the floor contour, wherein, of course, no exact positioning on exactly this line is absolutely necessary, but is advantageous if the supports at an angle of not more than +/- 10 °, more preferably not more than +/- 5 °, more preferably not more than 2 ° and / or not more than 50 cm displacement of the support center to said connecting line lie.
  • the supports of the inner circle are, as mentioned, preferably arranged on at least one floor such that they extend along the core wall edges, in particular at the intersection of the extension of the core wall edges with the inner circle inscribed in the floor contour.
  • the supports have a continuous over several floors reinforcement, which is the case even if the provided on a floor supports each stand vertically on the ceiling and floor;
  • the (concrete) casing surrounding the reinforcement will therefore completely absorb the reinforcement even when the slope is skewed. Due to the rotation, it is understood that the projection of the props provided in the individual floors will lead to the basic level of the skyscraper to projection points or surfaces that can be connected to a circular arc or full circle, or eg to an elliptical path for the inner supports for a rectangular floor plan. In particular, it is also clear that accordingly the passage areas of the reinforcement through the floor coverings will not be in projection.
  • the supports of the second group cause a reverse torsion.
  • the additional column group in Jacobson to the outer, with the floors with twisted column group allowed to construct also twisted high-rise buildings with a very small, less massive core.
  • a core with a clear base area of not more than 121 m 2 is preferred, more preferably not more than 100 m 2, particularly preferably less than 81 m 2, more preferably no more than 80 m 2. This corresponds to particularly preferred, at least approximately square cores sizes of 1 Im x 1 Im or
  • the core has a footprint between 8.6 mx 8.6 m and 8.75 mx 8.75 m clear internal dimension, provided that high-rise buildings of the said height are built for residential purposes.
  • a parallel application filed at the same time it is specified how such a core can be usefully used. The parallel application is therefore hereby incorporated in full for disclosure purposes.
  • the core proposed here is in each case given the same edge lengths, that is to say it has a not only rectangular core but also a core with a square ground plan; However, it is preferred, for example, for deviations from an exactly square core to be present, for example, at the indicated dimensions, easily by +/- .mu.m or even better by only +/- .25 cm.
  • the square or almost square core design is preferred for static reasons, especially in twisted high-rise buildings no longer determined by the fire protection reasons to achieve a sufficient fire resistance such as F120 or F180 wall thicknesses, but required by the constructive reasons of concrete installation minimum thickness of 30cm or Part according to national standards 35cm;
  • Internal walls in the core can be masonry and up to 10 cm thin prefabricated parts, which virtually does not affect the torsional resistance;
  • the walls are typically significantly thicker. But is preferred if the core wall thickness is not thicker than about 60cm to 70cm. This is readily possible, in particular, for the heights between 100 m and 170 m.
  • skyscrapers in particular quite tall skyscrapers can be built which preferably have a slenderness of at least 10, in particular 15, more preferably at least 17, particularly preferably at least 18. Slenderness is defined here as the ratio of the minimum core diameter to the height of the entire core.
  • Such skyscrapers can be well developed with the described small core, with up to three elevators with inputs in the core can be used without having to accept disadvantages of living comfort and / or economically viable by renting or sale residential areas on a larger scale.
  • Such skyscrapers will preferably have between 30 and 60 floors.
  • Outrigger are typically provided so that supports of the interior of the two groups are connected horizontally to the core be, with a possibly parallel to the core walls running reinforcement and preferably completely or predominantly straight into the core walls and extending into this. At the same time engages at this point on the support a diagonally down near the corner of the core led strut.
  • the reinforcement which runs as parallel as possible to the core walls, particularly preferably meets the core wall near the core wall in the middle of the core wall.
  • a corresponding stiffening in the form of a diagonal, which is led away from a support to the core at a lower height at the bottom.
  • one diagonal of each pillar of the inner group is guided to a deeper area on the core wall. It is typical and preferred if the diagonal is guided over three floors from the support down to the core.
  • a corresponding anchoring will be provided for the diagonal.
  • reinforcement is performed horizontally from the core to the upper diagonal engagement point on the strut. This may be the case as additional reinforcement within the floor slab or biased to limit the tower tip deflection.
  • the diagonal struts it is possible to include these in walls, with the thicknesses 45 cm.
  • the diagonal is guided so that it starts on a floor, where the supports of the inner group lie as exactly as possible an extension of the core wall edges.
  • the diagonal struts are then correspondingly also to the corners of the core so that two diagonal struts run upwards from each corner of the nucleus, which is particularly conducive to the absorption of lateral loads.
  • a high-rise building with at least a generally square core and a plurality of floors, the up to three elevators including a fire brigade and two separate, separately forced ventilation staircases preferably with separate, preferably separately ventilated antechambers are accessible, so to design that at two adjacent to a first inner core inside corners inside the core each one elevator including the fire department is arranged along the opposite inner core side the staircases are interleaved, possibly evtl. .
  • associated antechambers are separated by their forced ventilation shafts, with staircase anterooms and possibly forced ventilation shafts are also in the core, and that between staircase anterooms and elevators, a corridor is provided, which from the Core leads to the floors;
  • the corridor of this kind will be accessible on the one hand directly from the staircases or in the presence of the same, the staircase vestibules and on the other hand directly from the elevator anterooms or elevators and thus at the same time separating them between them.
  • Figure 1 is a twisted high-rise building according to the present invention
  • FIG. 2 shows schematic views of a column arrangement of a twisted high-rise building corresponding to that of FIG. 1, wherein in the two partial views of FIG
  • Fig. 2c is a schematic representation of the arrangement of corner and inner supports in a substantially identical building was emphasized by processing a CAD-based, in principle more accurate drawing;
  • FIG. 1 a sectional view through the building to illustrate a floor plan with four corner columns and eight inner columns, at the height of an "outriggers", are indicated for the diagonal elements of the supports of the inner group to the core corners;
  • a reinforcement for a support that abuts perpendicular to the floor slabs but has a reinforcement corresponding to the torsion within the column volume, with two sections parallel to the floor slab shown at different distances from the floor of the floor to show the reinforcement layer;
  • Figure 15 is a plan view of an alternative embodiment in which balconies are arranged on only two sides and in which the building inner surface enclosed by the facade forms a general rectangle with uneven sides;
  • FIG. 16 shows a plan view of a further alternative embodiment in which, as in the exemplary embodiment of FIG. 15, balconies are arranged on only two sides, but the differences in length of the rectangular sides of the building inner area rectangle encompassed by the facade are more pronounced.
  • Figure 1 shows a high-rise building of the present invention. As can be seen, this is twisted in itself and comparatively slim.
  • the exemplary skyscraper has here 52 floors of 3.20m from ceiling to ceiling or 2.80m room height in the light and a floor cross section of 24mx24m with circulating 2.50m deep Baikononen.
  • twisted or twisted refers to the fixed position in which individual floor slabs were built relative to others, but is not referenced to observation platforms operating electromagnetically about an axis during building operation or the like, although these might be provided on the otherwise fixed floor surfaces, so “twisted” or “twisted” means fixed static buildings.
  • the high-rise building of Figure 1 has a slender core, which is favorable in order to be able to supply as large a proportion of the area of economic use for a given floor area. Thanks to a small core and its extensive built-in high-rise security technology, the space efficiency is particularly high. Attention is once again drawn to the parallel application filed for disclosure purposes.
  • the training with a slender core means that the provision of additional supports is useful to ensure sufficient stability.
  • FIG. 6 shows the projection of all the mutually twisted, here square floor exterior contours 1 in projection onto a common plane.
  • the inner circle is so that there could be arranged at the same positions perpendicular from top to bottom running supports, see. 2a, 2b, 2c, 2d.
  • the corners are relatively far away from the supports, so that the construction is comparatively soft, especially when large building spans are desired, which obviously increases economy in a core of given size because surface efficiency increases.
  • Figure 3 is in a floor space 5 of a high-rise building 6, in which the floor surfaces 5 rotate about a core axis 7, wherein supports are provided between the floor surfaces, an arrangement is selected, according to which the supports 8 form two groups 8A, 8B, four Supports 8al, 8a2, 8a3, 8a4 of the first group 8A and eight pillars 8b 1, 8b2 ... 8b8 of the second group 8B.
  • the supports 8 form two groups 8A, 8B, four Supports 8al, 8a2, 8a3, 8a4 of the first group 8A and eight pillars 8b 1, 8b2 ... 8b8 of the second group 8B.
  • the corner supports 8a 1 to 8a4 are always close to the building corners, present, as preferred, to avoid thermal stresses on the supports within the residential areas covered by a facade 9 and thus protected against strong temperature fluctuations , While the columns 8al to 8a4 lie in the corners from floor to floor, because they rotate together with the floors around the building core 7, the supports 8b 1 - 8b8 of the inner group 8B are opposite the floor rotation, i. offset from the direction of rotation so that they change their position within the building from floor to floor relative to the floor base. This is particularly clear when looking at the circles on which all the pillar puncture points for the supports of the inner and outer groups are, compare Figure 7, circles 9 and 10.
  • Figure 8 is a diagram for 1.2 ° rotation angle per floor, and with the same opposite rotation of (-) 1.2 ° for the maximum 1.20 m strong supports of the inner circle at 24 cm support offset from floor to floor at 3.20 m high floors and floor dimensions of 24m plus each 2.50m balcony on each side represents.
  • the counter rotation of the inner support group does not have to be exactly the same size as the turn of the corner or outer supports following the building rotation.
  • angles other than the mentioned 1,2 ° rotation angle per floor can be selected, that the rotation angle per floor need not be constant and that other support diameters are used as mentioned.
  • FIGS. 9 and 10 show, by way of example, the arrangement of reinforcing bars in the reinforced concrete columns of the first and second group, respectively, and the arrangement of reinforcements in the floor slabs. It can be seen on the one hand, that the offset of the supports from floor to floor is low; it is also preferred to keep this offset below 35%, better below 30% of the column cross-sectional area.
  • a boom or "outrigger" arrangement is provided approximately in the middle of the building in order to reduce the load on the building in the case of wind, see Figure 11.
  • the "outrigger” is at mid-height. where he, cf. Figure 12, right half, of the supports of the inner group diagonally down to the core, over three floors.
  • a further reinforcement in the floor slab G leads to the core K, namely parallel to the core wall plane.
  • a sufficiently massive reinforcement is provided, cf. FIG. 13.
  • the Outrigger arrangement needs to be guided diagonally down to the core with a thickness of only about 45 cm over three floors. It should be noted that per se shorter diagonals, for example, could be implemented over only two floors, but at least in the high-rise here exemplified by the "outrigger" walls should be up to about 1 m thick Walls, however, remain thin with only 45cm.It is regarded as particularly advantageous in high-rise buildings, which are provided in the face of expected wind loads or the like with "outriggers" and are twisted and in which several columns groups with at least two mutually rotating, ie opposite direction are provided around the building winding props to withdraw a diagonal construction over more than two floors, preferably not more than five floors, in particular three floors to the core.
  • the preferred variant with a square core, square base floors, a span of 27.5 m and eight inner columns allow for three diagonal diagonals to provide an extremely small and slender core with a reinforcement, above the Outrigger and over many floors below the same 0.6% minimum reinforcement as core wall surface reinforcement must not exceed the core circumference of swanddicks, which otherwise are virtually impossible to undercut in high-rise construction. This is extremely low for high-density buildings with twisted geometry.
  • Figure 14 shows that outriggers, in conjunction with sloped supports, can absorb torsional moment alone without resorting to torsional rigidity of the core.
  • the torsion moment Mt at the height of the outriggers level triggers a horizontal force pair, which can be absorbed by the inclination of the supports.
  • This system therefore complements in a stiffening manner, especially in strongly inclined support, the described in the previous versions torsionally rigid and approximately described by the Bredtschen formulas square core.
  • FIGS. 15 and 16 show floor plans which do not include an exact square with the façade, but a rectangular shape deviating therefrom.
  • a plan is shown in Fig. 15, which has an area within the facade of 25m X 30m and in which only along the two 30m long facade sides balconies are arranged. In these balconies, as shown, a notch which emphasizes the building torsion can be provided.
  • the outer, corner-like supports in the plan view of Fig. 15 in the same sense of rotation as the Building floor are offset from floor to floor, while the inner pillars of the second group will run counter to this rotation, which will also lead to an arrangement generally on an ellipse at desired close to the facade arrangement of these columns. That in turn exactly twice as many inner supports as corner supports are provided, is advantageous on outriggers level, but not mandatory.
  • the floor plan shown in FIG. 16 largely corresponds to that of FIG. 15, but somewhat larger spans are realized with the same balcony widths.
  • the usability of the floor surfaces is improved insofar as the total area is divisible into a larger number of for residential purposes as sufficiently large and sensibly cut units.
  • This larger number of residential units is even in relative to the core rather unfavorable turned floors (as shown) with like preferred short and space-saving corridors out of a compact core o.w. deducible.
  • the distances between the façade and the inner walls, which are particularly far away from it, remain so short that a slightly reduced incidence of light compared with smaller-sized buildings remains easily acceptable.

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Abstract

Beschrieben wird ein Hochhaus mit Etagenflächen, die gegeneinander um eine Achse rotiert stehen, und Stützen dazwischen. Dabei wird vorgesehen, dass die Stützen zwei Gruppen umfassen, wobei die Stützen der ersten Gruppe von Etage zu Etage in einem ersten Rotationssinn um die Achse herum angeordnet sind, und die Stützen der zweiten Gruppe von Etage zu Etage in einem zum ersten gegenläufigen Rotationssinn um die Achse herum angeordnet sind.

Description

Tordiertes Hochhaus mit Stützen
Die vorliegende Erfindung betrifft das oberbegrifflich Beanspruchte und bezieht sich somit auf tordierte Hochhäuser.
Gebäude, bei denen von Stockwerk zu Stockwerk die eckig ausgeführten Etagen- Grundflächen um ein bestimmtes Stück weitergedreht werden, sind bekannt. Erwähnt sei diesbezüglich beispielsweise die US-D 554,271 S, das„Torso"-Hochhaus in Malmö von Santiago Calatrava oder der„Evolution Tower" in Moskau.
Diese Gebäude haben eine von vielen als auffällig und zugleich ansprechend empfundene Gestaltung, was wünschenswert ist. Es wurde jedoch erkannt, das die Torsion von Gebäuden zu ganz erheblichen Belastungen führen kann, die baustatisch nicht ohne weiteres als problemfrei angesehen werden können. So gab es etwa beim Bau des„Evolution Tower" in Moskau einen mehrmonatigen Baustopp, der durch statische Probleme begründet war.
Aus der WO 2009/097415 ist es bekannt, ein tordiertes Hochhaus mit sich tordierenden, d.h. um das Gebäude herum windenden Ecksäulen zu gestalten. Es ist auch bekannt, dass dabei große laterale verdrehende Kräfte auftreten können, was zu dicken Kernwänden des Hochhauskernes oder Extrastrukturen führt. Die Verwendung rechteckiger Kerne in tordierten Gebäuden ist aus der WO 2009/097415 AI bekannt, auch wenn darin keine Details der Kerngestaltung oder der Erschließung der den Kern umgebenden, für Wohn- bzw. Geschäfts- wie Bürozwecke nutzbaren Fläche vorgeschlagen sind.
Ein Hochhaus, bei welchem aufeinanderfolgende Etagen gegeneinander um jeweils 45° versetzt angeordnet sind, ist aus der US 4 098 039 bekannt. Dieses Hochhaus ergibt durch die sich alle zwei Etagen alternierend wiederholte Ausrichtung keinen tordierten Eindruck. In dem vorbekannten Hochhaus werden Stützen in Gruppen angeordnet, die unterschiedlich weit vom Kern entfernt stehen, und zwar jeweils von Etage zu Etage lotrecht durchlaufend genau übereinander.
Es ist wünschenswert, anzugeben, wie optisch ansprechende Hochhäuser mit einem hohen Maß an Sicherheit für die Benützer bei vertretbaren Kosten bereitgestellt werden können, insbesondere tordierte Hochhäuser.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwen- dung bereitzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe wird in unabhängiger Form beansprucht. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einem ersten Grundgedanken wird somit bei einem Hochhaus mit Etagenflächen, die gegeneinander um eine Achse rotiert stehen und Stützen dazwischen aufweisen, vorgesehen, dass die Stützen zumindest zwei Gruppen bilden, von denen die Stützen der ersten Gruppe in einem ersten Rotationssinn um die Achse herum von Etage zu Etage angeordnet sind, während die Stützen der zweiten Gruppe von Etage zu Etage in einem zum ersten gegenläufigen Rotationsinn angeordnet sind.
Es sei zunächst darauf hingewiesen, dass die Etagenflächen stehen. Sie bewegen sich also im fertiggestellten Gebäude nicht um eine Achse, sondern bleiben in jener Position, in der sie einmal gebaut sind, fixiert. Gleichwohl weist, von oben nach unten schreitend, jede Etagenfläche eine andere Stellung auf, vergleichbar einem Spiralbohrer oder dergleichen, d.h. so, als ob jede Etage gegen die nächste Etage verdreht angeordnet ist.
Es sind Stützen vorgesehen, damit nicht die gesamten Lasten auf den Kern wirken. Es sei darauf hingewiesen, dass Hochhäuser je nach Definition wenigstens 22 m hoch sind, d. h. wenigstens so hoch sind, dass die obersten Etagen nicht mehr mit Feuerwehrleitern erreichbar sind. Eine beeindruckende Torsion ergibt sich allerdings erst bei noch höheren Gebäuden, die typisch 60 m überschreiten, was Sondermaßnahmen im Kern zur Gewährleistung von ausreichenden Fluchtmöglichkeiten und dergleichen erfordert; die bevorzugten Hochhäuser, die von der Erfindung Gebrauch machen, werden typisch über 60 m hoch sein, bevorzugt über 100 m, weil dies besonders beeindruckende Architekturen bei Rotation garantiert, wobei bevorzugt die Höhe um 150 m betragen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass in einer parallel eingereichten Anmeldung ein Hochhaus mit einem besonderen Kern beschrieben wird, das für Wohnzwecke bevorzugt diese Höhen besitzt. Die hier vorgestellte Anordnung ist allerdings nicht nur für das dort beschriebene, durch Bezugnahme vollumfänglich eingegliederte Schutzrecht des vorliegenden Anmelders relevant, sondern kann sowohl für Wohngebäude als auch für Geschäfts- oder Bürogebäude oder Gebäude gemischter Nutzung verwendet werden.
Vorgeschlagen wird, dass wenigstens zwei Gruppen Stützen gebildet sind. Es versteht sich, dass bei Gebäuden mit sehr großer Entfernung der Außenkanten zum Kern gegebenenfalls mehr Stützengruppen vorgesehen werden könnten, wobei dann von außen nach innen schreitend insbesondere der Rotationssinn der Gruppen alternieren könnte und/oder insbesondere bei den kernnächsten Gruppen eine Gruppe an Stützen in fester Orientierung relativ zum Kern vorgesehen sein kann. Eine solche dritte oder weitere Gruppe windet sich dann also nicht zwingend um den Kern. Vorteile werden mit der Erfindung aber bereits bei zwei Gruppen er- reicht. Die Stützen der ersten Gruppe werden der Rotation der Etagenflächen um die oftmals, aber nicht zwingend mit der Kernachse zusammenfallenden Torsionsachse folgend gewunden bzw. angeordnet; die Stützen der zweiten Gruppe werden dann in einem gegenläufigen Rotationssinn um die (Kern)achse herum angeordnet bzw. gewunden. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Stützen selbst zwingend schräg stehen. Besonders die Gruppen der weiter innen liegenden Gruppe können senkrecht auf die jeweilige Etagendecke bzw. den Geschossboden stehen. Die Rotation der Stützen von Etage zu Etage ergibt sich dann dadurch, dass die Stützen von Etage zu Etage (typisch allgemein entlang einer Kreislinie und/oder, bei rechteckigen Querschnitten für die inneren Stützen, entlang einer Ellipsenbahn) etwas versetzt übereinander angeordnet sind, und zwar so, dass sich die Querschnitte noch ausreichend überlappen. Ausreichend ist der Überlapp, wenn die Überlapp-Fläche zum Lastabtrag ausreicht. Es sei auch erwähnt, dass die erforderliche Überlapp-Fläche abhängt davon, welche Last zu berücksichtigen ist; diese hängt wiederum von der Anzahl der Stützen, deren Anordnung relativ zu Kern und Gebäude- Außenwand, der Geschossdeckenkonstruktion usw., ab. Dass die Forderung eines ausreichenden Überlapp s auch - wenn auch weniger bevorzugt - dadurch erfüllt werden kann, dass die jeweilige Säulenmitte nicht exakt auf einer Kreisline, Ellipsenlinie usw. liegt, sondern von Etage zu Etage neben dem Fortschreiten entlang dieser Linie ein leichter, womöglich auch noch von Säule zu Säule einer Gruppe und/oder von Etage zu Etage variierender Versatz quer dazu vorliegen kann, sei erwähnt. Auch dies kann noch als Anordnung in einem Rotationssinn verstanden werden. Dass derartige Variationen schon deshalb wenig bevorzugt sind, weil sich dadurch die Anordnung verkompliziert, sei jedoch erwähnt. Dass im Übrigen Überlapp insoweit gerade nicht vollständig ist, als bei an Boden und Decke einer Etage wie typisch gleich großen und von Etage zu Etage ebenfalls gleich großen Säulenquerschnitten nicht eine vollständige Überdeckung vorliegen wird, sei erwähnt. Es ist also ein durch die Rotation von Etage zu Etage nur partieller Überlapp realisiert.
Es sei erwähnt, dass die Anordnung der Stützengruppen um die Kernachse herum besondere Vorteile bietet, dass es aber nicht zwingend ist, dass das Hochhaus um genau die Kernachse tordiert ist, auch wenn dies Vorteile bietet und es allgemein bevorzugt ist, wenn die Kernachse und die Torsionsachse einen allenfalls geringen Versatz gegeneinander aufweisen. Auch können die Achsen, um welche die Stützen der ersten und zweiten Gruppe jeweils rotiert stehen, einen geringen Versatz zueinander und/oder zur Kernachse aufweisen, auch wenn sie zusätzlich gemeinsam um einen allgemein identischen Winkel von Etage zu Etage weiter rotieren. Dass in einer allgemeinsten Form der Winkel nicht für alle Stützen einer Gruppe absolut exakt identisch sein muss, sondern kleine Variationen möglich sind, die aber z.B. von Stütze zu Stütze einer Gruppe typisch unter 10% des Winkels, bevorzugt unter 5% des Winkels betragen werden, sei erwähnt. Auch dies kann gegebenenfalls noch (in einem insoweit weiten Sinn) als gemeinsame Rotation zu verstehen sein. Es sei erwähnt, dass bei noch guter Verbes- serung der Statik durch Rotationswinkelveränderung und variierenden Querversatz gegebenenfalls das Layout auf bestimmten Etagen erheblich verbessert werden kann.
Es wird aber gleichwohl einsichtig sein, dass diese Erfindung insoweit unter anderem offenbart ein Hochhaus mit Etagenflächen, die gegeneinander um eine Achse rotiert stehen, und Stützen dazwischen, wobei die Stützen zwei Gruppen umfassen, wobei die Stützen der ersten Gruppe von Etage zu Etage in einem erstem Rotationssinn gegeneinander versetzt um die Achse herum angeordnet sind, wobei die gegeneinander versetzten Stützen noch einen für den Lastabtrag ausreichenden Überlapp besitzen, und wobei die Stützen der zweiten Gruppe von Etage zu Etage in einem zum ersten gegenläufigen Rotationssinn gegeneinander versetzt um die Achse herum angeordnet sind, wobei die gegeneinander versetzten Stützen der zweiten Gruppe ebenfalls einen Überlapp aufweisen.
Per se ist es ergo möglich und bevorzugt, dass sich die Stützen sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe um den Kern herum winden. Gerade für die äußere Gruppe führt dies zu einer besonders einprägsamen, beeindruckenden Architektur. Die Stützen müssen aber nicht sichtbar gewunden sein. Wenn eine Bewehrung vorgesehen wird, was vorteilhaft ist, um in kritischen Phasen wie partieller Zerstörung einzelner Stützen eine noch ausreichende Stabilität zu gewährleisten, kann es ausreichend, eine sich über mehrere Etagen erstreckende, und dabei bevorzugt sich windende Bewehrung vorzusehen und die Betonumhüllung einer solchen Bewehrung nichtwindend, z.B. senkrecht auf Geschossdecken und Geschossfußboden stehend auszugestalten. Insbesondere können die Stützen in Wände aufgenommen werden, falls dies gewünscht ist. Es versteht sich aber, dass die Fläche, auf der eine Stütze einer höheren Etage aufsteht, partiell über dem Bereich liegt, an welcher in der Etage darunter die entsprechende Stütze die Decke berührt. Dies erlaubt einsichtigerweise das Weiterführen einer Bewehrung beispielsweise aus Stahl in stahlbewehrtem Stahlbeton.
Die Stützen der ersten Gruppe werden typisch ecknah angeordnet sein. In einem Fall eines Hochhauses mit quadratischem Grundriss kann der Kern mittig angeordnet sein; bei ebenfalls quadratischem Kern werden die Diagonalenschnittpunkte von Kern und Hochhausetagengrundfläche exakt übereinander liegen. Für diesen Fall ist es besonders leicht einsichtig, dass die Lotpunkte der eckennah angeordneten Stützen alle auf einer gemeinsamen Kreislinie liegen werden. Aber auch für Fälle, bei denen der Grundriss nichtquadratisch ist, können die Lotpunkte der ecknahen Stützen auf Kreisbögen liegen. Für die Stützen der zweiten Gruppe gilt dies nicht zwingend. Sie sollen typisch so nahe der Fassade liegen, dass Durchbiegungen der Fassadenlinie wirksam verringert werden. Die Gegenläufigkeit der Rotation dieser Stützen zu der Rotation der mit den Etagenecken mitdrehenden Eckstützen - und damit zur Rotation des Grundrisses- bedingt dann, dass fassadennahe Stützen bei nichtquadratischen Grund- rissen von Etage zu Etage unterschiedlich weit entfernt vom Kern liegen, und zwar besonders bevorzugt auf einer allgemeinen Ellipse. Gerade bei allgemeiner Rechteckform wird es daher zu für die zweite Gruppe zu Abweichungen von einer Kreislinie kommen. Dass gegebenenfalls sogar eine gekrümmte Linie anstelle einer Ellipse verwendbar wäre, sei überdies erwähnt. Selbst damit könnte eine sich wegdrehende Fassade noch gut abgestützt werden und Torsionsmomente reduziert werden.
Der Winkel, um den die Etagenflächen rotiert sind, kann variieren. Er wird aber deutlich unter 45° liegen, schon da ein derart großer Versatz optisch nicht mehr als Torsion erkannt wird und ergo keine Torsion darstellt. Bevorzugt wird der Rotationswinkel kleiner 10° sein, besonders bevorzugt unter 8°. Es ist bevorzugt, wenn von Etage zu Etage eine gleiche Rotation, d.h. eine Rotation um den gleichen Drehwinkel, vorgesehen ist, bei im Übrigen gleich hohen Etagen. Typische Drehwinkel werden zwischen 0,3° - 5° je Etage betragen. Eine zu geringe Drehung von Etage zu Etage fällt optisch kaum auf. Eine zu große Drehung führt zu stark schräg stehender Bewehrung bzw. stark schräg stehenden Stützen, was den nutzbaren Raum innerhalb einer Wohneinheit oder dergleichen signifikant verringern kann, besonders dort, wo die Spannweiten eher kleiner gewählt werden. Zudem zeigt sich, dass eine Drehung im Bereich ab etwa 0,7° deutlich merkbar und zwischen 1,1° und 1,3° bereits recht auffällig ist, insbesondere bei Gebäuden zwischen 100 m und 200 m, insbesondere über 150 m Höhe, wohingegen der genannte Drehwinkelbereich noch nicht zu unlösbaren baustatischen Problemen oder einer signifikanten Verringerung der für Wohn- und Bürozwecke zur Verfügung stehenden Fläche führt. Deshalb sind Winkel über 0,7° bevorzugt und besonders bevorzugt liegen die Winkel zwischen 1,1° und 1,3°.
Es sei auch erwähnt, dass typische Gesamtverdrehungen über die Gebäudehöhe bei etwa 30° bis 90 Grad liegen werden.
Es sei erwähnt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Drehwinkel je Etage besonders dort begrenzt wird, wo der Kern klein ist, also insbesondere bei Kernen, die wie in der zeitgleich eingereichten Parallelanmeldung beschrieben aufgebaut sind.
Dabei ist vorteilhaft bei einer kleinen lichten Kerninnenfläche von unter 90m2 und Gebäudespannweiten von 23,5m bis 27,5m der durchschnittliche Etagen-Drehwinkel in Abhängigkeit der Gebäudehöhe H bevorzugt wie folgt begrenzt: bei H bis 100 m auf 4,0 Grad;
bei H zwischen 100m und 130 m auf 2,5 Grad;
bei H zwischen 130 und 150 m auf 2,0 Grad;
bei H zwischen 150 und 180 m auf 1,6 Grad; bei H zwischen 180 und 210 m auf 1,2 Grad.
Diese Werte führen zwar zu bereits erheblichen Schubspannungen im Kern unter Gleichlast in einer Größenordnung wie jene der Wind-Schubspannungen im Höhenbereich von ca. 170m, was die Gebäude-Kosten etwas erhöht; die Kräfte sind aber konstruktiv noch sehr gut beherrschbar, so dass der Aufwand vertretbar bleibt.
Sollten die Kern-Innenflächen größer werden als die für die tabellierten Maximalwinkel zu Grunde gelegte lichte Kernfläche von 90m2, so kann der jeweils angegebene maximale Drehwinkel mit folgendem Faktor in Anlehnung an die Bredtsche Schubformel multipliziert werden:
Faktor = 1/2 x [(Kern-Innenfläche in m2 ) / 90m2]
Der Multiplikator 1/2 wird dabei eingefügt, um im Turm auch durch ungleichmäßige Vertikallasten ausgelöste zusätzlich Torsion zu berücksichtigen.
Es sei in diesem Zusammenhang im Übrigen darauf hingewiesen, dass nicht nur der Kern Torsionslasten abtragen kann. Ein Beitrag zum Abtrag von Torsionsmomenten wird dort, wo Outrigger vorgesehen werden, auch durch schräg stehende und mit Outriggern verbundene Stützenpaare geleistet. Dies gilt insbesondere für die nachfolgend offenbarte Outrigger- Konstruktion mit an den Stützen angreifenden und zum Kern führenden Diagonalstreben.
Sofern eine Einkerbung in die Gebäudehülle vorgenommen wird, ist es bevorzugt, die oben genannten bzw. nach der Formel zu berechnenden maximalen Drehwinkel um weitere 20% zu verringern. Dies gilt besonders dort, wo die Kerbe in Balkonbereichen liegt und die Stützen selbst innerhalb des Gebäudes angeordnet werden. Trotz der also bei Einkerbung bevorzugt verringerten Gesamt-Drehung des Gebäudes bei gleicher Höhe ergibt sich
ein optisch gleichwertig spektakulärer Effekt in Kombination mit der Kerbe.
Es sei erwähnt, dass nicht nur zur Biegung durch Wind Horizontalverformungen gehören, sondern dass diese auch durch Torsion unter Vertikallast ausgelöst werden und besonders durch Kriechen und Schwinden auf die Fassade wirken. Ein bevorzugtes Ausführen der Fassade etwa 3 Monate nach Betonage reduziert diese Torsions-Langzeitverformungen um etwa 1/3. Bei den angegebenen Drehwinkeln sind diese Horizontalverformungen noch bauüblich beherrschbar. Die als bevorzugt angegebenen Drehwinkel sind auch bezüglich der Stützenanordnung vorteilhaft. Während die Stützen der ersten Gruppe bevorzugt in den optisch meist spektakulären ecknahen Flächen angeordnet werden, ist der verbleibende Rest der Räume nämlich meist kleinteiliger und wird durch die erforderliche Aufnahme von Stützen besonders dann stark beeinträchtigt, wenn die Stützen der inneren Stützengruppe(n) zu stark geneigt sein müssen bzw. zu stark versetzt sind.
Die angegebenen Drehwinkel erlauben eine architektonisch allenfalls wenig störende Stützenanordnung und führen zu einem noch ohne weiteres akzeptablen Versatz der Stützen. Erwähnt sei diesbezüglich, dass für Stützen in Wohnhochhäusern Abmessungen von im EG typisch um 1 m Durchmesser baupraktisch bevorzugt sind und der Versatz die effektiv nutzbare
Querschnittsfläche um nicht mehr als 35%, besser nicht mehr als 30% verringern sollte. Der zum Vertikallast- Abtrag erforderliche Stützendurchmesser steigt dabei in etwa linear mit der Größe des Versatzes, weshalb der angegebene Überlapp der Stützenquerschnitte in aufeinanderfolgenden Etagen wenigstens 65%, weiter bevorzugt wenigstes -70% der
Querschnittsfläche beträgt, was die angegebenen Drehwinkel gut zulassen.
Auch dort, wo Stützen - z.B. aus architektonischen Gründen oder auch zur Steuerung der Differenz-Vertikalverformungen (differential-shortening)- dicker ausgestaltet werden als zwingend für die Ableitung der vertikalen Kräfte erforderlich ist, sind zudem sonst zu erwartende baustatische Probleme dank der Erfindung leicht beherrschbar.
Baustatische Probleme aufgrund der Torsion des Gebäudes ergeben sich dabei im Regelfall weniger durch Wind, da die gedrehte Gebäude-Form erfahrungsgemäß gegen Wirbel sogar dynamisch unempfindlicher wird, sondern vielmehr durch die Torsion aus Vertikallast. Prinzipiell ist einerseits möglich, die Torsionsbelastung selbst zu reduzieren; alternativ und/oder zusätzlich kann der Widerstand gegen Torsion erhöht werden. Die Erfindung bietet im praktischen Hochhausbau auch deshalb Vorteile, weil der per se möglichen Verringerung der Torsionsbelastung selbst enge Grenzen gesetzt sind, wobei für eine Gesamt- Torsionsbelastung die gesamte Drehung des Gebäudes in Summe über alle Etagen zu betrachten ist.
Nun ist es zwar möglich, die Torsionsbelastung durch auskragende Wände wie in der WO 2009/097415 gezeigt zu reduzieren, aber unvorteilhaft, weil dies zu unvorteilhaften Zwängen im Layout führt, etwa durch zu viele Wände; auch ein runder Kern ist nicht bevorzugt.
Die Torsionsbelastung wird hauptsächlich durch ein verändertes Gewicht auf allen schräg gestellten Stützen verändert, weil das veränderte Gewicht zu einer veränderten Tangentialkraft führt; auch einer Gewichtsreduktion sind aber Grenzen gesetzt. So zieht eine Einspannung von Decken Last auf den Kern, während Balkone zusätzlich Last vom Kern auf die Stützen ziehen, was es sinnvoll macht, Balkone z.B. aus Leichtbeton auszubilden. Es sind jedoch konstruktiv bestimmte Deckendicken usw. nicht zu unterschreiten, so dass jede Etage ein Minimalgewicht aufweisen wird. Leichtere Deckenkonstruktionen mit Rippen oder Waben reduzieren nämlich Gewicht, sind jedoch schalltechnisch und in der Bauausführung benachteiligt.
Was den Widerstand gegen Torsion angeht, so richtet sich dieser in erster Näherung nach der Bredtschen-Formel, die besagt, dass große umschriebene Flächen sowie eine große Außenwanddicke den Widerstand gegen Torsion linear erhöhen. Diese Maßnahmen sind jedoch unwirtschaftlich in Flächenverbrauch und Materialaufwand und für sich alleine unerwünscht und unzureichend.
Vor diesem Hintergrund ist die erfindungsgemäße Anordnung besonders vorteilhaft.
Die Etagenflächen sind in einer bevorzugten Variante nichtkreisförmig, also beispielsweise allgemein viereckig, was insbesondere Fälle einschließt, in denen kleine Strecken längs der Ecken angefast sind, gegebenenfalls ungleichmäßig angefast. Die Etagenflächenaußenkontur an Baikonen, Brüstung usw. kann und wird in einer bevorzugten Variante so gestaltet sein, dass erhebliche Lasten aufgenommen werden können. Es zeigt sich, dass in vielen baupraktisch relevanten Bereichen durch die gegenläufigen Rotationssinne von erster und zweiter Stützengruppe die resultierenden Momente unter Gleichlast fast vollständig aufgehoben werden können und/oder zumindest erheblich reduziert werden.
Das tordierte Hochhaus wird nichtkreisförmige Etagenflächen aufweisen, insbesondere allgemein viereckige Etagenflächen. Zwar könnte es mit Etagenflächen gebildet werden, die eine andere Anzahl Ecken besitzen, beispielsweise 5 oder 6, aber bei gleichseitigen Etagenflächen fällt dann die Drehung weniger stark auf, was der angestrebten optischen Wirkung widerspricht und ergo das Erreichen eines ikonischen Status erschwert.
Die Etagenflächen müssen nicht exakt viereckig sein, sondern die Außenkontur kann Ausstülpungen oder Einschnitte besitzen, die aber bevorzugt nicht mehr als 10 % der Gesamtfläche ausmachen, weiter bevorzugt unter 5 % und insbesondere bevorzugt unter 3 %. Beispielhaft für eine nicht rechteckige Grundrissform von Etagen sei der Cayan-Tower in Dubai genannt, der auch als„Infinity-Tower" bezeichnet wird. Dass dieses vorbekannte Gebäude nur als Beispiel für eine mögliche Etagenkontur genannt ist, aber nicht nach den Prinzipien dieser Erfindung gebaut wurde, sei erwähnt. Bevorzugt ist zumindest eine der Abweichungen von einer exakten Viereckform eine Ausstülpung, weiter bevorzugt wird dabei die Größe der Ausstülpung nicht nur bezogen auf die Fläche einer Ausstülpung an jeder Kante, sondern auf die Gesamtgröße von Ausstülpungen oder Einschnitten in den Etagenflächen insgesamt. Solche vergleichsweise kleinen Änderungen führen nicht zu großen Problemen und geben große gestalterische Freiheiten.
Die Außenkontur der Etagenfläche wird bevorzugt allgemein rechteckig sein, mit einem Winkel, der nicht mehr als 10° von einem rechten Winkel abweicht, bevorzugt nicht mehr als 5°. Es sei erwähnt, dass Grad- Angaben von Winkeln sich vorliegend, soweit nichts anderes erwähnt ist, auf 360° Vollkreise beziehen.
Die Etagenfläche kann allgemein quadratisch sein, insbesondere dergestalt, dass keine Kante mehr als 10 % länger als die nächst kürzere Kante ist und insbesondere alle Kanten innerhalb einer Toleranz von nicht mehr als +/- 5 % gleich lang sind. Dies gibt ein erhöhtes Maß an Entwurfsfreiheit, ohne bereits zu extremen Mehrkosten zu führen. Es sei erwähnt, dass die angegebenen Toleranzen für die Etagenflächenkanten die von der Fassade umfassten Flächen meinen, Balkone also nicht eingeschlossen sind.
An jeder Etage können außerhalb einer Verglasung verlaufende Balkone angeschlossen sein, wobei dann eine Störung der viereckigen Außenkontur, bevorzugt innerhalb der Balkonflächen liegen wird, aber die eigentliche Fassadenfläche geradlinig gehalten werden kann, was kostensenkend wirkt. Es versteht sich, dass bei einem tordierten Gebäude bevorzugt der Drehwinkel von Etage zu Etage in die gleiche Richtung geht, bevorzugt mit gleicher Schraubensteigung. Mit anderen Worten kann dort, wo eine einzelne Etage etwas höher gebaut wird, beispielsweise, weil in oberen Etagen der geforderte Wohnstandard und somit die Deckenhöhe steigt, eine gleichbleibende Schraubensteigung behalten werden.
Der im tordierten Hochhaus vorgesehene Kern wird bevorzugt nicht rund sein, insbesondere polygonal mit gleichen Seiten und insbesondere viereckig sein, insbesondere zumindest nahezu quadratisch. Als nahezu quadratisch wird wiederum ein Kern angesehen, wenn nicht mehr als 10 % bis 20% Kantenlängendifferenz zwischen längster und nächst kürzerer Kante des Kerns vorliegt.
Es ist vorteilhaft, wenn der Drehwinkel unter 5° trägt, bevorzugt unter 2,5°, besonders bevorzugt zwischen 0,7° und 2°, was in einer besonders bevorzugten Variante der Fall ist, wenn der Etagendreh winkel zwischen 1,1° - 1,3° beträgt. Falls das Gebäude über 2 - 3 Aufzüge erschlossen wird, können Raumhöhen von 2,7 - 3 m vorteilhaft sein (von Oberkante-Fußboden bis Unterkante Betonkonstruktion gemessen) und Etagenabmessungen im Bereich 23m bis 28m, um ein hinreichend hohes Gebäude mit beeindruckender Schlankheit zu erzielen, ohne statischen Problemen größeren Ausmaßes durch die Torsion begegnen zu müssen. Bei zu großer Torsion steigt der Flächenverbrauch durch die erfindungsgemäßen Stützengruppen, sowie die Belastung des Kerns insbesondere auch unter ungleichmäßiger Last, was unerwünscht ist.
Die Anzahl der Stützen zur Kernentlastung wird in einer bevorzugten Variante im äußeren Eckbereich, der der Etagenrotation folgt, nicht mehr als vier betragen. Dabei werden insbesondere bei allgemein viereckigen Etagenflächen die Stützen ecknah - aber innerhalb des Gebäudes d.h. zumindest überwiegend temperiert und somit umfasst von der Fassade - vorgesehen, was unerwünschte Temperaturverformungen begrenzt.
Bei sehr großen Büros und/oder Wohngebäuden können mehr als nur zwei Gruppen Stützen vorgesehen sein, bevorzugt aber auch dort nicht mehr als vier Gruppen. Auch bei großen Büros und/oder sich besonders breit spannenden Wohngebäuden sind typisch sogar allenfalls drei Gruppen für ein tordiertes Gebäude erforderlich und typisch bleibt die Verwendung von lediglich zwei Gruppen an Stützen bevorzugt. Dass dort, wo mehr als zwei Gruppen Stützen vorgesehen werden, mindestens eine Gruppe ohne Rotation gebildet werden kann, also z.B. in stets gleicher Orientierung relativ zum Kern stehen wird, sei erwähnt.
Die Gesamtfläche, die von den Stützen zur Erzielung einer hohen Kernentlastung und großen Gebäudebelastbarkeit gefordert wird, ist klein bezogen auf die Gesamtbreite und/oder den Kern an sich. Die Stützen der jeweiligen Gruppe werden bevorzugt in unterschiedlichen Entfernungen zum Kern liegen, bevorzugt auf Kreisen unterschiedlichen Durchmessers liegen. Gerade deswegen ist es bevorzugt, wenn die Etagenflächen jeweils quadratisch sind, weil dies bei noch optisch beeindruckender Gestaltung des Gebäudes nicht zu exorbitant über den Außenkreis auskragenden Stützen führt. Die auf dem Außenkreis bzw. nahe den Ecken angeordneten Stützen der äußeren Gruppe sind typisch soweit nach innen versetzt, dass die Stützen ecknah innerhalb des Gebäudes verlaufen.
Die Stützen der zweiten Gruppe sollen nicht zu weit nach innen versetzt sein, um den durch die Gebäudetorsion insgesamt wirkenden Lasten, die zu Drehmomenten auf dem Kern und dergleichen führen können, sinnvoll entgegenwirken zu können und um die
Deckendurchbiegungen besonders am empfindlichen Fassadenrand besser zu begrenzen. Deswegen ist es bevorzugt, die Stützen der zweiten Gruppe nach innen zu versetzen, bevorzugt bei quadratischer oder bei allgemein quadratischer Etagenkontur auf den Innenkreis. Wo unregelmäßige Etagenflächenkonturen gewünscht oder erforderlich sind, wird zu verstehen sein, dass einerseits Stützen der ersten Gruppe ecknah angeordnet werden, während Stützen der zweiten Gruppe versetzt weiter innen angefordert sind. Vorteilhaft ist dann, wenn die Stützen der zweiten Gruppe soweit nach innen versetzt sind, dass bei der gegenläufigen Dre- hung an keiner Stelle ein Durchdringen der Stützen der ersten Gruppe erfolgt. Dass die Stützen der inneren Gruppe vor allem bei allgemein quadratischem Etagengrundriss auf einem (zum Kreis der ersten Stützengruppe konzentrischen) Kreis liegen können, dass dies aber gerade für rechteckige Etagengrundrisse mit stark unterschiedlich langen Rechteckseiten nicht zwingend der Fall sein muss, sei erwähnt. Hier kann insbesondere eine auf einer Ellipsenlinie (oder, allgemeiner, auf einer gebogenen oder gekrümmten Bahn) gegenläufig zur Eckdrehung von Etage zu Etage rotierende Anordnung gewählt werden. Dabei sei auch erwähnt, dass ein nahezu quadratischer Grundriss eine Torsion besonders einprägsam und erwünscht auffällig zeigen kann. Die Auffälligkeit einer Torsion kann durch Merkmale wie von oben nach unten durchlaufende, ebenfalls tordierte Kerben in der Fassade betont werden.
Indem die Stützen der zweiten Gruppe auf dem Innenkreis angeordnet werden, während die Stützen der ersten Gruppe auf dem Außenkreis liegen, ist bei hinreichend stark von einer runden Außenform verschiedenen Etagenflächen gewährleistet, dass die Stützengruppen sich nicht wechselseitig durchdringen. Gleiches gilt, wenn die Stützen der zweiten Gruppe auf einer vom Außenkreis umfassten Ellipse liegen.
Es werden typisch und bevorzugt mehr Stützen der zweiten (weiter innen) liegenden Gruppe vorliegen als Außenstützen. Die durchschnittliche Querschnittsfläche der Außenstützen kann größer sein bzw. die Bewehrung der Außenstützen kann stärker als die Bewehrung der Innenstützen sein. Es sei darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls vorliegend an einigen Stellen für die Außenstützen auch die Bezeichnung„Eckstützen" verwendet wird, auch wenn die Außenstützen nicht zwingend exakt in den Ecken liegen müssen. Auch die Bezeichnung Außenstützen wird verwendet, um anzudeuten, dass die Stützen weiter außen als die Stützen der anderen Gruppe liegen, ohne damit implizieren zu wollen, dass die Außenstützen auf einer Außenseite des Gebäudes außen außerhalb des von der Fassade umfassten Volumens angeordnet wären.
Bevorzugt ist auch, wenn die Stützen der Gruppen, insbesondere der ersten Gruppe so geneigt sind, dass sie die Verdrehung dem Drehwinkel - bzw. dem Negativen des Drehwinkels - entspricht, um den die Etagenkontur von Etage zu Etage verdreht steht. Für die Stützen der ersten Gruppe, d.h. die Eck- oder Außenstützen bietet dies den Vorteil, dass die Stützen bei von Etage zu Etage gleichbleibender Etagenkontur an stets der gleichen Stelle innerhalb der Etage zu finden sind, was die Planung vereinfacht. Was die Stützen der zweiten Gruppe angeht, so könnten diese gegebenenfalls einen anderen Neigungs- bzw. Drehwinkel besitzen, es zeigt sich aber, dass bei der bevorzugten Neigung Stützen akzeptabler Dimensionierung vorgesehen werden können, mit denen ein auf den Kern andernfalls resultierendes Torsionsmoment unter Gleichlast mindestens halbiert, bevorzugt um % reduziert und besonders bevorzugt praktisch vollständig kompensiert werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer bevorzugten Variante typisch eine größere Zahl an Stützen in der inneren Gruppe, d. h. insbesondere auf dem eingeschriebenen Innenkreis angeordnet sein wird als auf dem Außenkreis bzw. als an Eckstützen vorhanden sind. Dabei kann etwa bei allgemein quadratischer Etagenform eine äußere Stütze in jeder Ecke angeordnet werden und eine innere Stütze in zumindest einer Höhe des Gebäudes an einem Schnittpunkt zwischen Kernkanten-Fortsetzung und in die Etagenkontur eingeschriebenen Innenkreis stehen. Damit sind dann acht Stützen der inneren Gruppe vorgesehen. Beispielhaft sei angemerkt, dass bei einem 170m hohen Gebäude mit je 1,2 Grad Drehung je Etage, 3,20m Etagen- Höhe, mit der bevorzugten 8,89x8,90m Innenkernfläche und 24x24m2 Etagen plus 2,50m umlaufenden Baikonen und 4 geneigten Eckstützen, jedoch sonst nur 8 vertikalen Innenstützen am Kernfuß 80% aller Spannungen aus Torsion unter Gleichlast resultieren. Es ist vorteilhaft, solch ein resultierendes Torsionsmoment, erfindungsgemäß durch Gegentorsion um 50%, besser um 75% und am besten um wenigstens 95% zu reduzieren, was durch die gegenläufig angeordneten Stützen leicht möglich ist.
Die äußeren Stützen sind bevorzugt jeweils in Verlängerung einer Linie vom Rotationszentrum der Etagenflächen und/ oder des Kernachsen-Durchstoßpunktes durch die Etage hin zu den jeweiligen Ecken der Etagenkontur angeordnet, wobei einsichtigerweise keine exakte Positionierung auf genau dieser Linie zwingend erforderlich ist, wohl aber vorteilhaft ist, wenn die Stützen in einem Winkel von nicht mehr als +/- 10°, insbesondere bevorzugt von nicht mehr als +/- 5°, weiter bevorzugt nicht mehr als 2° und/oder nicht mehr als 50 cm Versatz des Stützenmittelpunktes zur genannten Verbindungslinie liegen. Durch die Anordnung auf diesen Linien wird der ungestörte Wohnraum optimiert, die Kontrolle des Baus während der Bauphase erleichtert und es ergibt sich im Regelfall eine statisch bevorzugte Konstruktion.
Die Stützen des inneren Kreises (bzw. z.B. einer inneren Ellipse) sind, wie erwähnt, bevorzugt auf wenigstens einer Etage so angeordnet, dass sie in Verlängerung der Kernwandkanten liegen, insbesondere auf dem Schnittpunkt der Verlängerung der Kernwandkanten mit dem in die Etagenkontur eingeschriebenen Innenkreis.
Soweit die Wandkanten des Hochhauskernes angefasst, abgerundet oder dergleichen sind, bezieht sich dies bevorzugt zumindest auf die längsten (Haupt)kanten des Kernes, typisch auf die vier längsten Kanten bei näherungsweise viereckigen Kernen.
Es ist bevorzugt, wenn die Stützen eine über mehrere Etagen durchlaufende Bewehrung aufweisen, was auch dann der Fall ist, wenn die auf einer Etage vorgesehenen Stützen jeweils senkrecht auf Decke und Boden stehen; die die Bewehrung umgebende (Beton-) Hülle wird also die Bewehrung auch bei Schrägverlauf vollständig aufnehmen. Aufgrund der Rotation versteht sich, dass die Projektion der in den einzelnen Etagen vorgesehenen Stützen auf das Grundniveau des Hochhauses zu Projektionspunkten bzw. -flächen führen wird, die zu auf einem Kreisbogen oder Vollkreis verbindbar sind, bzw. z.B. zu einer Ellipsenbahn für die Innenstützen für einen Rechteckgrundriss. Es ist insbesondere auch klar, dass dementsprechend die Durchtrittsbereiche der Bewehrung durch die Etagendecken in Projektion nicht aufeinan- derliegen werden.
Aus dem Vorstehenden heraus ist verständlich, dass die Stützen der zweiten Gruppe eine Gegentorsion bedingen. Die zusätzliche Stützengruppe in Gegentorsion zur äußeren, mit den Etagen mit tordierten Stützengruppe erlaubt, auch tordierte Hochhäuser mit einem sehr kleinen, wenig massiven Kern zu konstruieren. Für Wohnzwecke ist bei Hochhäusern mit einer Größe von bis zu 170 m ein Kern mit einer lichten Grundfläche von nicht mehr als 121m2 bevorzugt, weiter bevorzugt von nicht mehr als 100 m2, besonders bevorzugt unter 81 m2 bevorzugt, weiter bevorzugt mit nicht mehr als 80m2. Dies entspricht bei besonders bevorzugten, wenigstens näherungsweise quadratischen Kernen Größen von 1 Im x 1 Im bzw.
10m x 10m bzw. 9m x 9m und 8,9m x 8,9m. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Kern eine Grundfläche zwischen 8,6 m x 8,6 m und 8,75 m x 8,75 m lichtes Innenmaß besitzt, sofern Hochhäuser der genannten Höhe für Wohnzwecke gebaut werden. In einer zeitgleich eingereichten Parallelanmeldung wird angegeben, wie ein solcher Kern sinnvoll genutzt werden kann. Die Parallelanmeldung ist hiermit deswegen vollumfänglich zu Offenbarungszwecken eingegliedert. Es wird darauf hingewiesen, dass der hier vorgeschlagene Kern zwar jeweils mit gleichen Kantenlängen angegeben ist, also einen nicht nur rechteckigen Kern, sondern Kern mit quadratischem Grundriss aufweist; bevorzugt ist z.B. aber, dass Abweichungen von einem exakt quadratischen Kern vorliegen, bei den angegebenen Maßen z.B. ohne weiteres um +/- Im bzw. allerdings besser um nur +/- 25 cm. Ungeachtet der vorteilhaften, besonders kompakten Anordnung von für den Kern vorgesehenen Funktionalitäten wie scherenartiges Doppel-Fluchttreppenhaus mit Vorräumen und separater Zwangslüftung, Korridoren und wenigstens zwei Aufzügen kann von der in der Parallelanmeldung beschriebenen quadratischen Anordnung abgewichen werden, wenn etwa Korridore breiter gewählt werden, Treppenhäuser zur Erschließung von Etagen mit größeren Höhen verlängert werden müssen usw. Auch ist es möglich, kleine, zumindest näherungsweise quadratische Kerne vorzusehen, die zwar zwei zwangsbelüftete Fluchttreppenhäuser sowie bis zu drei in den Kern mündende Aufzüge aufweisen, wobei keine Fluchttreppenvorräume vorgesehen sind, oder Kerne mit Fluchttreppenhäusern und Fluchttreppenhausvorräumen zu bilden, wobei die Vorräume kürzer gehalten sind als bei in Vergleichsbeispielen gezeigten Kernen. Die quadratische oder nahezu quadratische Kernausgestaltung ist allerdings aus statischen Gründen gerade bei tordierten Hochhäusern bevorzugt nicht mehr durch die aus Brandschutzgründen zur Erzielung einer ausreichenden Feuerbeständigkeit wie F120 oder F180 erforderlichen Wanddicken bestimmt, sondern durch die aus konstruktiven Gründen des Betoneinbaus erforderlichen Mindestdicken von 30cm bzw. zum Teil je nach nationalen Standards 35cm; Innenwände im Kern können dagegen Mauerwerk und bis zu 10cm dünne Fertigteile sein, was die Torsionsbeständigkeit quasi nicht beeinflusst; bei höheren Gebäuden werden die Wände typisch deutlich dicker. Bevorzugt ist aber, wenn die Kernwanddicke nicht dicker ist als etwa 60cm bis 70cm. Dies ist insbesondere für die genannten Höhen zwischen 100m und 170 m ohne weiteres möglich. Es ist möglich, derartige Kern- Wände für die hier betrachteten tordierten Gebäude mit einer vergleichsweise geringen Bewehrung auszubilden, insbesondere die Wände mit nicht übermäßig großer Dicke mit nicht mehr als 1 % Bewehrung, bevorzugt um 0,6 % Bewehrung auszubilden (d.h. 0,15% je Seite und Lage) für Hochhäuser der genannten Höhe, insbesondere Wohnhochhäuser mit einer Torsion bevorzugt im Bereich zwischen 1,1 % und 2 % sowie einer Spannweite zwischen 23,00 m und 27,5 m, bevorzugt zwischen 24 m und 26,5 m.
Damit können gemäß der Erfindung insbesondere recht schlanke Hochhäuser gebaut werden, die bevorzugt eine Schlankheit von wenigstens 10, insbesondere 15, besonders bevorzugt wenigstens 17, insbesondere bevorzugt mindestens 18 aufweisen. Schlankheit ist hier definiert als das Verhältnis des minimalen Kern-Durchmessers zur Höhe des gesamten Kerns. Derartige Hochhäuser lassen sich gut mit dem beschriebenen kleinen Kern erschließen, wobei bis zu drei Aufzüge mit Eingängen in den Kern einsetzbar sind, ohne Nachteile an Wohnkomfort und/oder wirtschaftlich durch Vermietung oder Verkauf nutzbaren Wohnflächen in größerem Umfang hinnehmen zu müssen. Derartige Hochhäuser werden bevorzugt zwischen 30 und 60 Etagen aufweisen.
Derartige Hochhäuser sind Windlasten ausgesetzt, die zu einer gegebenenfalls auch bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten kritischen Deformation führen könnten. Daher ist es bevorzugt, auf hinreichend großer Höhe einen sogenannten„Outrigger" zur Erhöhung der Gebäudestabilität vorzusehen. Bei typischen Hochhäusern zwischen 40 und 60 Etagen und üblichen Etagenhöhen zwischen 2,7 m und 3 m lichter Raumhöhe und zugehörigen Geschossdeckenhöhen ist es statisch sinnvoll, wenigstens einen„Outrigger" oberhalb von 30% der Etagen, bevorzugt oberhalb von 40% aller Etagen vorzusehen. Bei den bevorzugten Kernabmessungen von unter 80m2 bis ca. 100m2 werden Outrigger in Hochhäusern typisch bei über 35 bis 40 Etagen sinnvoll, da sie insbesondere auch die Spannungen am Kernfuß begrenzen. Typisch erfolgt die Positionierung auf halber Höhe des Gebäudes.„Outrigger" werden typisch so vorgesehen, dass Stützen der Inneren der zwei Gruppen horizontal an den Kern angeschlossen werden, und zwar mit einer möglichst parallel zu den Kernwänden verlaufenden Bewehrung und bevorzugt ganz oder überwiegend gerade in die Kernwände hinein und in diesen verlaufend. Gleichzeitig greift an dieser Stelle an der Stütze eine diagonal nach unten nahe der Kernecke geführte Strebe an. Die möglichst parallel zu den Kernwänden verlaufende Bewehrung trifft dabei besonders bevorzugt nahe der Kernecke mittig auf die Kernwand. Damit diese Anordnung in der korrekten Höhe liegt und der horizontale Anschlusses wie gewünscht parallel zu den Kernwänden von den Kernecken zu den Streben geführt werden kann, wird die Anfangsausrichtung der Etagenfläche zum Kern und der jeweilige Etagendrehwinkel entsprechend so gewählt, dass in der gewünschten Höhe von z. B. der 26. Etage und/oder halber Höhe die Versteifung zu liegen kommt. Es zeigt sich überraschenderweise, dass Outrigger in Verbindung mit geneigten Stützen auch eine Erhöhung der Drehsteifigkeit in der
Outriggerebene und folglich zugleich eine Reduzierung der Torsionsspannungen im Kern unterhalb der Outriggerebene bewirken. Diese Drehsteifigkeit nimmt mit Neigung der Stützen bzw. mit deren Versatz zu. Das Gesamtsystem unterhalb der Outriggerebene ist damit in Bezug auf Torsion einfach statisch unbestimmt.
Dies ist vor allem vorteilhaft, wenn Kerne der genannten kompakten Größe vorgesehen werden und die Gesamter Streckung der Etagenflächen diametral von Kante zu Kante nicht mehr als 32 m beträgt, bevorzugt nicht mehr als 28 m, insbesondere nicht mehr als 26m und insbesondere bevorzugt zwischen 23 m und 25,5 m liegt. Es sei erwähnt, dass die genannten sehr großen Spannweiten von z.B. 32 m zwar dazu führen, dass kernnah gegebenenfalls weniger Tageslicht vorliegt, aber zugleich die einer wirtschaftlichen Verwertung zugängliche Fläche zunächst ansteigt. Bei Vorsehen eines„Outrigger", d.h. einer von Stützen zum Kern führenden Versteifung sind im Regelfall dicke Wände nötig, die sich gegebenenfalls auch über mehrere Etagen erstrecken können. Dies senkt aber einleuchtender Weise die wirtschaftlich verwertbare, beispielsweise vermietbare oder verkaufbare Fläche wie Wohnfläche und ist konstruktiv aufwendig.
In einer bevorzugten Variante wird daher vorgeschlagen, eine entsprechende Versteifung in Form einer Diagonale, die von einer Stütze zum Kern nach unten hin auf geringerer Höhe weggeführt wird, vorzusehen. Dabei wird typisch von jeder Stütze der inneren Gruppe eine Diagonale zu einem tieferliegenden Bereich auf der Kernwand geführt. Typisch und bevorzugt ist es, wenn die Diagonale über drei Etagen von der Stütze nach unten auf den Kern geführt wird. Am Kern wird für die Diagonale eine entsprechende Verankerung vorzusehen sein. Weiter wird typisch eine Verstärkung horizontal vom Kern zum oberen Diagonalen- Angriffspunkt an der Strebe geführt. Dies kann als Zusatzbewehrung innerhalb der Geschossdecke der Fall sein oder zur Begrenzung der Turmspitzen-Durchbiegung auch vorgespannt. Für die Diagonalstreben ist es möglich, diese in Wände aufzunehmen, wobei die Dicken 45 cm nicht überschreiten müssen. Es werden also sehr dünne„Outrigger"- Wände ermöglicht. Typisch wird die Diagonale so geführt, dass sie in einer Etage beginnt, wo die Stützen der Innengruppe in möglichst exakter Verlängerung der Kernwandkanten liegen. Die Diagonalstreben werden dann entsprechend auch an die Ecken des Kernes herangeführt, so dass von jeder Kernecke zwei Diagonalverstrebungen nach oben weglaufen. Damit ist die Aufnahme von Laterallasten besonders begünstigt.
Was die bevorzugte Ausgestaltung des Kernes angeht, so sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die parallel eingereichte Anmeldung zu Offenbarungszwecken vollumfänglich eingegliedert wird. Daraus ergibt sich demnach, dass in einer bevorzugten, aber nicht zwingend erforderlichen Variante vorgesehen werden kann, ein Hochhaus mit zumindest einem allgemein viereckigen Kern und einer Vielzahl von Etagen, die über bis zu drei Aufzüge einschließlich eines Feuerwehraufzuges und über zwei separate, separat zwangsbelüftete Treppenhäuser bevorzugt mit separaten, bevorzugt separat zwangsbelüfteten Vorräumen erreichbar sind, so auszugestalten, dass an zwei, an eine erste Kerninnenseite angrenzenden Ecken im Kerninneren jeweils ein Aufzug einschließlich des Feuerwehr- Aufzuges angeordnet ist, entlang der gegenüberliegenden Kerninnenseite die Treppenhäuser miteinander verschachtelt vorgesehen sind, deren evtl. zugehörige Vorräume durch ihre Zwangsbelüftungsschächte getrennt sind, wobei Treppenhaus-Vorräume und evtl. Zwangsbelüftungsschächte dafür ebenfalls im Kern liegen, und dass zwischen Treppenhaus- Vorräumen und Aufzügen ein Korridor vorgesehen ist, der aus dem Kern in die Etagen führt; selbiger Korridor wird insbesondere einerseits direkt aus den Treppenhäusern bzw. bei Vorhandensein derselben, den Treppenhausvorräumen und andererseits direkt aus den Aufzugs Vorräumen bzw. Aufzügen erreichbar sein und somit diese zugleich trennend dazwischen verlaufen.
Die Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In dieser ist dargestellt durch
Figur 1 ein tordiertes Hochhaus gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 schematische Ansichten einer Stützenanordnung eines tordierten Hochhauses entsprechend jenem von Fig. 1, wobei in den zwei Teilansichten von
Fig. 2a, 2b jeweils nur eine Stützengruppe durch eine jeweilige Freihandzeichnung dargestellt ist, nämlich in Figur 2a die Eckstützen und in Figur 2b die weiter innen liegenden, gegenläufigen Ringstützen, wobei in den Figuren 2a und 2b jeweils nur einige wenige, weit voneinander beabstandete Etagen dargestellt sind, um die Torsion des Gebäudes erkennbar zu machen, ohne den Stützenverlauf zu verdecken, und wobei in
Fig. 2c zur schematisierten Darstellung die Anordnung von Eck- und Innenstützen in einem im wesentlichen gleichen Gebäude durch Bearbeitung einer CAD- basierten, prinzipiell exakteren Zeichnung betont wurde;
eine Schnittansicht durch das Gebäude zur Darstellung eines Etagengrundrisses mit vier Eck-Stützen und acht Innenstützen, und zwar auf der Höhe eines „Outriggers", für den diagonale Elemente von den Stützen der inneren Gruppe zu den Kernecken angedeutet sind;
eine Schnittansicht durch das Gebäude auf anderer Höhe;
eine weitere Schnittansicht auf einer noch weiteren Höhe;
eine Veranschaulichung der sich bei Rotation einer quadratischen Etagengrundfläche ergebenden Positionen;
die Stützenlage auf genau jener Höhe, auf welcher der„Outrigger" vom Kern zu den Stützen der inneren Gruppe geführte, in der Geschossdecke liegende Verstärkungen aufweist;
das Torsionsmoment auf den Kern aufgrund des Eigengewichtes der Gebäudebestandteile, einmal für den Fall, dass nur Ecksäulen vorgesehen sind und einmal für den erfindungsgemäßen Fall zweier Säulengruppen mit gegenläufiger Spiralität gemäß der Erfindung, bezeichnet als„gegenläufig angeordnete Stützen";
eine Bewehrung für eine Stütze, die senkrecht auf die Geschossdecken stößt, aber eine entsprechend der Torsion innerhalb des Stützenvolumens verlaufenden Bewehrung aufweist, wobei unten in der Figur zwei Schnitte parallel zur Geschossdecke in unterschiedlicher Entfernung vom Geschossboden gezeigt sind, um die Bewehrungslage zu zeigen;
eine Stütze mit entsprechend der Torsion verlaufender Außenkontur und innerhalb der geneigten Strebe aufgenommener Bewehrung;
eine Veranschaulichung der Bewehrung einer Strebe auf Höhe einer Geschossdecke;
die bei hohen schlanken Gebäuden, die mit Stützen gemäß der vorliegenden Erfindung versehen sind, zu erwartenden Lasten und Verformungen bei zu berücksichtigenden kritischen Windverhältnissen;
eine Veranschaulichung eines hier auf Ebene 26 vom Kern nach außen auf die Innenstützen geführten„Outriggers";
die Bewehrungsführung innerhalb der Diagonale und deren Anschluss an Stütze und Kern, wobei auch dargestellt ist. wo keine Wand angeordnet werden braucht, also ein Durchtritt möglich ist;
die Kräfte infolge eines Torsionsmomentes Mt in Höhe der Outriggerebene auf ein räumlichen Stabwerk, das Outrigger, geneigte Stützen und einen torsionsweichen Kern umfasst; Figur 15 einen Grundriss einer alternativen Ausführungsform, bei welcher nur auf zwei Seiten Balkone angeordnet sind und in welcher die von der Fassade umfasste Gebäudeinnenfläche ein allgemeines Rechteck mit ungleichlangen Seiten bildet;
Figur 16 einen Grundriss einer weiteren alternativen Ausführungsform, bei welcher wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 15 nur auf zwei Seiten Balkone angeordnet sind, aber die Längenunterschiede der Rechteckseiten des von der Fassade um- fassten Gebäudeinnenflächenrechtecks ausgeprägter sind.
Figur 1 zeigt ein Hochhaus der vorliegenden Erfindung. Wie ersichtlich, ist dieses in sich tordiert und vergleichsweise schlank. Das beispielhafte Hochhaus verfügt über hier 52 Etagen von je 3,20m von Decke zu Decke bzw. 2,80m Raumhöhe im Lichten und einen Etagenquerschnitt von 24mx24m bei umlaufend 2,50m tiefen Baikonen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff„tordiert" oder verdreht sich auf die unveränderliche Lage bezieht, in welcher einzelne Geschossdecken relativ zu anderen gebaut wurden, dass aber dabei nicht Bezug genommen wird auf während des Gebäudebetriebs etwa elektromotorisch um eine Achse sich kontinuierlich bewegende Aussichtsplattformen oder dergleichen, wiewohl diese gegebenenfalls auf den ansonsten feststehenden Etagenflächen vorgesehen werden könnten.„Tordiert" oder„verdreht" meint also feststehende statische Gebäude.
Das Hochhaus von Figur 1 hat einen schlanken Kern, was günstig ist, um bei gegebener Etagengrundfläche einen möglichst großen Anteil der Fläche wirtschaftlicher Nutzung zuführen zu können. Die Flächeneffizienz ist also dank eines kleinen Kerns und seiner umfangreichen darin enthaltenen baulichen Hochhaus- Sicherheitstechnik besonders groß. Es wird noch einmal auf die parallel eingereichte Anmeldung zu Offenbarungszwecken hingewiesen. Die Ausbildung mit schlankem Kern führt aber dazu, dass das Vorsehen zusätzlicher Stützen sinnvoll wird, um eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten.
Figur 6 zeigt die Projektion aller zueinander verdrehten, hier quadratischen Etagenaußenkon- turen 1 in Projektion auf eine gemeinsame Ebene. Wie ersichtlich, liegt nur der Innenkreis so, dass dort an immer gleichen Positionen senkrecht von oben nach unten laufende Stützen angeordnet werden könnten, vgl. 2a, 2b, 2c, 2d. Bei dieser Anordnung sind aber die Ecken vergleichsweise weit von den Stützen entfernt, so dass die Konstruktion vergleichsweise weich ist, vor allen Dingen, wenn große Gebäudespannweiten gewünscht sind, was bei einem Kern gegebener Größe die Wirtschaftlichkeit offensichtlich erhöht, weil die Flächeneffizienz steigt.
Es ist daher sinnvoll, die Stützen in die Ecken zu verlagern, wobei diese aber dem Pfeil 3 folgend von Etage zu Etage ihre Position ändern müssen, also um den Kern gewunden oder ebenfalls tordiert sind. Dies führt insgesamt zu einem großen Torsionsmoment auf dem klei- nen Kern, was bei Gebäuden mit hohem Drehwinkel aller Etagen und hohem Stützengewicht der torsionserzeugenden geneigten Eckstützen bemessungsrelevant ist.
Um die Kernwanddicke auch in der unteren Turmhälfte nicht ausborden zu lassen und die erforderliche Bewehrung in einem akzeptablen Maß zu halten, wird nunmehr vorgeschlagen, zusätzlich zu den, der Gebäudetorsion folgenden Eckstützen weitere, weiter innen liegende Stützen vorzusehen, die eine gegenläufige Windung besitzen, d.h. gegenläufig zu den ersten um den Kern herum angeordnet sind. Dargestellt sind in Figur 2a zunächst die Eckstützen und in Figur 2b die ebenfalls im Gebäude erfindungsgemäß anzuordnenden zusätzlichen Stützen einer zweiten Stützengruppe. Wie diese zueinander und zur Etagengeschossfläche liegen, wird mit Bezug auf die Figuren 3 - 5 ersichtlich.
Nach Figur 3 ist in einer Etagenfläche 5 eines Hochhauses 6, in dem die Etagenflächen 5 um eine Kernachse 7 rotieren, wobei Stützen zwischen den Etagenflächen vorgesehen sind, eine Anordnung gewählt, nach welcher die Stützen 8 zwei Gruppen 8A, 8B bilden, und zwar vier Stützen 8al, 8a2, 8a3, 8a4 der ersten Gruppe 8A und acht Stützen 8b 1, 8b2 ...8b8 der zweiten Gruppe 8B. Wie insbesondere aus dem Vergleich der Figuren 4 und 5 ersichtlich, liegen die Eckstützen 8a 1 bis 8a4 stets nahe der Gebäudeecken, vorliegend, wie bevorzugt, zur Vermeidung thermischer Belastungen auf den Stützen innerhalb der von einer Fassade 9 umfassten Wohnflächen und somit geschützt gegen starke Temperaturschwankungen. Während die Säulen 8al bis 8a4 von Etage zu Etage jeweils in den Ecken liegen, weil sie sich gemeinsam mit den Etagen um den Gebäudekern 7 mit drehen, sind die Stützen 8b 1 - 8b8 der inneren Gruppe 8B entgegen der Etagendrehung, d.h. entgegen dem Rotationsinn versetzt angeordnet, so dass sie ihre Position innerhalb des Gebäudes von Etage zu Etage relativ zur Etagengrundfläche verändern. Besonders deutlich wird dies bei Betrachtung der Kreise, auf denen alle Säulen - Durchstoßpunkte für die Stützen der inneren und äußeren Gruppen liegen, vergleiche Figur 7, Kreise 9 und 10.
Es gibt Positionen, an denen die Fassadenkante eine Tangente auf den Innenkreis darstellt. Dort nähern sich die Stützen der inneren Gruppe der Fassade besonders weit an, wie dies beispielsweise für die Stütze 8b 1 in Figur 5 der Fall ist. Wie Figur 4 zeigt, ist bei einer anderen Etage bzw. Drehposition die gleiche Stütze wesentlich weiter von der Fassade versetzt. Dass sich zugleich die Position aller Säulen relativ zu den Kernkanten von Etage zu Etage ändert, wird für den Fachmann einsichtig sein. Es sei erwähnt, dass die Anordnung stabil genug ist, um gegebenenfalls auch recht breite Balkone zuzulassen. Damit kann der Wohnwert signifikant erhöht werden.
Es zeigt sich, dass durch die Stützen, die im entgegengesetzten Rotationssinn angeordnet werden, die Kernbelastung signifikant reduziert werden kann.
Mit der Anordnung kann erreicht werden, dass sich die unter Eigenlast auf dem Kern ergebenden Torsionsmomente nahezu Null werden, wie Figur 8 zeigt, welche ein Diagramm für 1,2° Drehwinkel je Etage, und mit hier gleicher Gegendrehung von (-)1,2° für die maximal 1,20m starken Stützen des inneren Kreises bei 24 cm Stützenversatz von Etage zu Etage bei 3,20 m hohen Etagen sowie Etagenabmessungen von 24m zzgl. jeweils 2,50m Balkon auf jeder Seite darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Gegendrehung der inneren Stützengruppe nicht exakt genauso groß sein muss wie die der Gebäuderotation folgende Windung der Eck- bzw. Außenstützen. Es sei weiter darauf hingewiesen, dass andere Winkel als der genannte, 1,2° Drehwinkel je Etage gewählt werden können, dass der Drehwinkel je Etage nicht konstant sein muss und dass andere Stützendurchmesser als genannt verwendbar sind. Maßgebend ist das Gleichgewicht der Torsionsmomente um die Vertikale. Die Angabe zeigt jedoch, dass bei einem Versatz zwischen 20 und 30 cm für die inneren Stützen bereits eine hervorragende Reduktion von Drehmoment auf dem Kern erreicht wird, obwohl damit die Wohneinheiten kaum gestört werden. Insbesondere ist es möglich, in vielen Fällen die Stützen vor allem der inneren Gruppe in Wänden oder dergleichen aufzunehmen, was zwar statisch nicht erforderlich ist, aber architektonisch erwünscht sein kann. Die Figuren 9 und 10 zeigen beispielhaft die Anordnung von Bewehrungseisen in den Stahlbeton-Stützen der ersten bzw. zweiten Gruppe sowie die Anordnung von Bewehrungen in den Geschossdecken. Erkennbar ist einerseits, dass der Versatz der Stützen von Etage zu Etage gering ist; es ist insoweit auch bevorzugt, diesen Versatz unter 35%, besser unter 30% der Stützenquerschnittsfläche zu halten. Damit ist der für Lastabtrag wirksame Querschnitt der um den Kern zirkulierenden Gruppe nicht zu stark verringert. Im Wesentlichen trägt auch in etagenweise vertikalen Stützen mit Versatz eine gedachte Diagonale zunächst theoretisch rein auf Druck. Horizontale und vertikale Bewehrungen im Gesamtquerschnitt ergeben sich aus den konstruktiven Bauvorschriften. Zugleich ist erkennbar, dass zumindest Teile der Stützenbewehrung so angeordnet sind, dass sich die durchlaufende Bewehrung quer durch die Geschossdecke hindurch und über diese nach oben und unten hinaus erstreckt.
Die so aufzubauenden Gebäude können hoch werden. Daher muss das Gebäude in der Lage sein, erheblichen Windlasten bei Sturm zu widerstehen. In einer besonders bevorzugten Variante wird etwa mittig im Gebäude eine Ausleger- bzw.„Outrigger"- Anordnung vorgesehen, um die Belastung auf dem Gebäude, vgl. Figur 11, bei Wind zu reduzieren. Nach Figur 12 ist auf mittlerer Höhe der„Outrigger" angeordnet, wobei er, vgl. Figur 12, rechte Hälfte, von den Stützen der inneren Gruppe diagonal nach unten auf den Kern verläuft, und zwar über drei Etagen hinweg. Dabei führt am Angriffspunkt der Diagonalen der Stütze eine weitere Bewehrung in der Geschossdecke G zum Kern K, und zwar parallel zur Kernwandebene. Innerhalb der Diagonale D, d.h. der Strebe, ist eine hinreichend massive Bewehrung vorgesehen, vgl. Figur 13.
Im Auftreffpunkt der Diagonale auf den Kern sowie im Auftreffpunkt der parallel zur Kernwand in der Geschossdecke geführten weiteren Bewehrung sowie an den Stützen sind geeignete Verankerungen für die Bewehrung vorhanden. Die Rotation der Etagen, die Anfangsausrichtung der Geschossfläche zum Kern sowie die Rotation der Stützen der inneren Gruppe relativ zum Kern sind hier wie möglich und bevorzugt so gewählt, dass in der gewünschten Höhe die Säulen der inneren Gruppe 8b 1 - 8b8 in Verlängerung der Wände 12a, 12b, 12c, 12d des Kerns liegen, sodass die in der entsprechenden Geschossdecke angeordnete Bewehrung 13 von den Kernecken zu den Säulen in Verlängerung der Kernwände liegt, was die Stabilität bei sonst gleicher Auslegung gegenüber anderen Ausrichtungen erhöht. Dies ist vorteilhaft, weil sonst bereits kleine Umlenkwinkel von Outriggerbewehrungen aus der Outriggerebene heraus bei den vielen hundert Tonnen oder gar tausenden Tonnen Last zu großen Kräften und somit sofort zu extrem aufwendigen Konstruktionen, wie Ringbalken, um den Kern umlaufende Kragen in der Größenordnung von Quadratmetern Querschnittsfläche, usw. führen.
Die Outrigger- Anordnung braucht mit einer Dicke von hier nur etwa 45 cm über drei Etagen diagonal auf den Kern nach unten geführt werden. Es sei angemerkt, dass per se kürzere Diagonalen, beispielsweise über nur zwei Etagen implementierbar wären, aber zumindest bei dem hier beispielhaft angegebenen Hochhaus dadurch die„Outrigger"-Wände bis zu etwa 1 m dick sein müssten. Bei über drei Etagen erstrecktem Outrigger können die Wände jedoch mit nur 45cm dünn bleiben. Es wird insofern als besonders vorteilhaft angesehen, bei Hochhäusern, die angesichts zu erwartender Windlasten oder dergleichen mit„Outriggern" versehen sind und die tordiert sind und in welchen mehrere Stützengruppen mit wenigstens zwei gegeneinander rotierenden, d.h. sich in entgegengesetzter Richtung um das Gebäude herum windenden Stützen vorgesehen sind, eine Diagonalenkonstruktion über mehr als zwei Etagen, bevorzugt nicht mehr als fünf Etagen, insbesondere drei Etagen auf den Kern zurückzuziehen. Die bevorzugte Variante mit einem quadratischen Kern, quadratischen Etagengrundflächen, einer Spannweite um 27,5 m und acht Innenstützen erlaubt bei über drei Etagen verlaufenden Diagonalen einen extrem kleinen und schlanken Kern mit einer Bewehrung vorzusehen, die oberhalb der Outrigger und über viele Etagen auch unterhalb derselben 0,6 % Mindestbewehrung als Kernwand-Flächenbewehrung nicht überschreiten muss bei Kernumfang swanddi- cken, die auch ansonsten im Hochhausbau praktisch nicht mehr zu unterschreiten sind. Dies ist für Hochhäuser mit verdrehter Geometrie extrem wenig. Die dabei erzielbaren Turm- Spitzenauslenkungen liegen mit einer Größe von„Höhe /850" und somit deutlich unterhalb den Höhe /500, die nach internationalem Standard mindestens einzuhalten sind. Es wird also eine hervorragende Versteifung durch die bevorzugt vorzusehenden„Outrigger"- Anordnungen, die trotzdem statisch leicht und flächeneffizient sind, erreicht, auch wenn zugleich betont werden soll, dass einleuchtender Weise herkömmliche„Outrigger"- Konstruktionen auch in Spannbeton oder Stahl ebenfalls einsetzbar wären. Vergleichsrechnungen zeigen, dass sich die Wanddicken am Kernfuß ohne Anordnung von Outriggern hauptsächlich aus Gründen der Spannungsüberschreitung etwa verdoppeln müssten. Durch Outrigger können also auch am Kernfuss deutliche Veränderungen erreicht werden. Da der Outrigger zudem in der Lage ist, auf Höhe der Outriggerebene Torsionmomente aufzunehmen, erhöht sich durch ihn die Robustheit und die Sicherheit dieses sehr schlanken Bauwerks ganz erheblich.
Die spezielle Kombination von Kernausrichtung und Etagenabmessungen führt also, dazu dass die Outrigger-Diagonalen wie bevorzugt in Verlängerung der Kernwände direkt in die Stützen laufen. Weil bei viereckigem Kern dabei die acht Innenstützen zugleich alle 45 Grad in gleichem Winkel um den Kernmittelpunkt gewählt werden können, bleibt trotzdem eine gute Entlastung der Deckenkonstruktion möglich. Im vorliegenden Beispiel können etwa 27cm dünne Flachdecken verwendet werden, die am Rand rein statisch bewehrt auf 31cm verstärkt sind. Aufwendige Schalungskonstruktionen der Decken entfallen somit. Am Deckenrand ergeben sich maximal 15mm Langzeitverformungen nach Ausschalen, was für die verformungsempfindliche Fassade wichtig ist.
Fig. 14 zeigt, dass Outrigger in Verbindung mit geneigten Stützen ein Torsionsmoment allein aufnehmen können, ohne auf eine Torsionssteifigkeit des Kernes zurück zu greifen.
Das Torsionsmoment Mt in Höhe der Outriggerebene löst ein horizontales Kräftepaar aus, welches durch die Neigung der Stützen aufgenommen werden kann. Dieses System ergänzt daher in versteifender Weise, besonders bei stark geneigten Stütze, den in den vorherigen Ausführungen beschriebenen torsionssteifen und durch die Bredtschen Formeln näherungsweise beschriebenen quadratischen Kern.
Die Figuren 15 und 16 zeigen Grundrisse, die mit der Fassade kein exaktes Quadrat umfassen, sondern eine davon abweichende Rechteckform.
Dabei ist in Fig. 15 ein Grundriss gezeigt, der eine Fläche innerhalb der Fassade von 25m X 30m aufweist und bei welchem nur entlang der beiden 30m langen Fassadenseiten Balkone angeordnet sind. In diesen Baikonen kann - wie dargestellt- eine die Gebäude-Torsion optisch betonende Kerbe vorgesehen werden. Nach dem vorstehenden wird zu verstehen sein, dass die äußeren, eckennahen Stützen im Grundriss von Fig. 15 im gleichen Rotationssinn wie die Gebäudegrundfläche von Etage zu Etage versetzt werden, während die inneren Stützen der zweiten Gruppe entgegen dieser Rotation laufen werden, was bei gewünscht fassadennaher Anordnung auch dieser Stützen zu einer Anordnung allgemein auf einer Ellipse führen wird. Dass wiederum genau doppelt so viele innere Stützen wie Eckstützen vorgesehen sind, ist auf Outriggerebene vorteilhaft, aber nicht zwingend.
Der in Figur 16 gezeigte Grundriss entspricht jenem aus Figur 15 weitgehend, es werden allerdings etwas größere Spannweiten realisiert bei gleichbleibenden Balkonbreiten. Damit ist die Nutzbarkeit der Etagenflächen insoweit verbessert, als die Gesamtfläche in eine größere Anzahl von für Wohnzwecke als ausreichend groß empfundenen und sinnvoll geschnittenen Einheiten aufteilbar wird. Diese größere Zahl Wohneinheiten ist selbst in relativ zu dem Kern eher ungünstig gedrehten Etagen (wie bei der gezeigten) mit wie bevorzugt kurzen und flächensparenden Fluren aus einem kompakten Kern heraus o.w. erschließbar. Die Entfernungen zwischen der Fassade und den davon besonders weit weg liegenden Innenwänden bleiben zudem so kurz, dass ein gegenüber Gebäuden mit kleineren Abmessungen etwas verringerter Lichteinfall ohne weiteres tragbar bleibt.
Es sei im übrigen erwähnt, dass zwar die Auslegung des tordierten Gebäudes mit quadratischem oder rechteckigem Etagengrundriss mit allenfalls um nicht mehr als 25% voneinander abweichenden Seitenlängen des Rechteckes schon deshalb vorteilhaft ist, weil sich - besonders mit dem bevorzugten kompakten Kern - eine besonders gut und mit nur geringen Flächenverlusten erschließbare Nutzfläche ergibt, dass aber die Prinzipien der Erfindung auch auf allgemeine Polygone anwendbar sind und/oder auf Gebäude, bei denen von Etage zu Etage unterschiedlich geformte und/oder unterschiedlich bemaßte Etagengrundrisse verwendet werden.
Es sei weiter erwähnt, dass mit der im vorliegenden Text unter Bezug genommenen parallelen Anmeldung die DE 10 2017 202 543.3 und 10 2017 208 660.2 gemeint sind deren Prioritäten hierin beide beansprucht sind, sowie in gleicher Weise die in weiten Teilen identische parallel eingereichte weitere PCT- Anmeldung.

Claims

Hochhaus mit Etagenflächen, die gegeneinander um eine Achse rotiert stehen, und Stützen dazwischen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen zwei Gruppen umfassen, wobei die Stützen der ersten Gruppe von Etage zu Etage in einem ersten Rotationssinn um die Achse herum angeordnet sind, und die Stützen der zweiten Gruppe von Etage zu Etage in einem zum ersten gegenläufigen Rotationssinn um die Achse herum angeordnet sind.
Hochhaus nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Etagenflächen nichtkreisförmig sind, bevorzugt allgemein viereckig, insbesonders bevorzugt allgemein viereckig, besonders bevorzugt wenigstens näherungsweise quadratisch sind.
Hochhaus nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen der ersten Gruppe auf einem ersten Kreis liegen, die Stützen der zweiten Gruppe auf einem zweiten Kreis liegen und der erste und der zweite Kreis unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Hochhaus nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützen des äußeren Kreises allgemein in Verlängerung des von der Rotationsachse durchlaufenen Zentrums eines Hochhauskerns hin zu den Ecken der Etagenflächen stehen und/oder wobei die Stützen des inneren Kreises auf wenigstens einer Etage in Verlängerung von Kern- Wandkanten liegen, insbesondere in Fortsetzung der Haupt- Kanten.
Hochhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel von Etage zu Etage gleich ist und/oder eine torsionsbedingte Schraubensteigung von Etage zu Etage gleich ist und/oder der Bereich der Drehung der Etagenfläche relativ zu einer nachfolgenden bzw. vorausgehenden Etage im Bereich von bis zu 5°, bevorzugt bei einem Winkel unter 2,5°, insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 0,7° und 2°, bevorzugt zwischen 1,1° und 1,3° liegt, und/oder wobei die Stützen auch der ersten Gruppe innerhalb des Gebäudes angeordnet sind und wobei die Etagenflächen feststehend unbeweglich rotiert zueinander stehen.
6. Hochhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Kern eine Grundfläche von nicht mehr als 8,9 m x 8,9 m bevorzugt zuzüglich einer Wanddicke größer als 30cm, insbesondere bevorzugt in den unteren Etagen aufweist.
7. Hochhaus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlankheit des Hochhauses wenigstens 10, bevorzugt wenigstens 15, insbesondere bevorzugt wenigstens 17 und weiter bevorzugt mindestens 18 beträgt, und/oder eine Höhe von mindestens 100 m, bevorzugt 150 m, besonders bevorzugt 160 m über Grund besitzt.
8. Hochhaus nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Höhe eine Diagonale von mindestens einer der Stützen einer nicht völlig außenliegenden Stützengruppe, bei zwei Gruppen von Stützen insbesondere von jeder der innersten Stützen, zur Kernwand geführt ist, bevorzugt derart, dass jede Diagonale eine Verlängerung der Kernwand bildet, der Kern allgemein rechteckig ist und jede Diagonale an einer von acht Innen-Stützen angreift.
9. Hochhaus nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagonalen über mindestens zwei, bevorzugt drei Etagen von den Stützen nach unten auf den Kern geführt werden.
10. Hochhaus nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Kern zum oberen Angriffspunkt eine Versteifung, Zusatzbewehrung oder ein Obergurt geführt ist, insbesondere in der Geschossdecke, wobei bevorzugt am Kern eine Verankerung für die Diagonalenversteifung vorgesehen ist, wobei bevorzugt die Diagonalstreben in Wänden aufgenommen sind, deren Dicke 45 cm nicht überschreiten.
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