Technische Herausforderungen von Glas bei „Megatall“-Wolkenkratzern

Glas für Megatall-Wolkenkratzer (d. h. Wolkenkratzer über 600 Meter Höhe) wird in Bezug auf seine technischen Funktionen oft als Selbstverständlichkeit angesehen. Doch die hochtechnische, hochfeste Verglasung, die für die heutigen Megatall-Wolkenkratzer – wie den Burj Khalifa in Dubai – verwendet wird, ist für die Leistung des Gebäudes ebenso wichtig wie der Stahl und der Beton im Inneren.

Die größten Herausforderungen bei Megastrukturen sind Windlasten, Temperatur- und Höhenunterschiede sowie Kondensation.

In Bodennähe wird der Wind durch Bäume und Nachbargebäude gebremst, aber wenn sich ein Gebäude in die Höhe erstreckt, verschwinden diese Hindernisse. Der Turm ist dann der vollen, ungehinderten Kraft des Windes ausgesetzt.

Weitere wichtige Faktoren sind Licht und Wärme. Hohe Gebäude benötigen aufgrund ihrer enormen inneren Wärmemasse eine ständige Klimatisierung – auch in den kälteren Monaten des Jahres. Die Klimatisierung ist der größte Einzelposten bei den Energiekosten eines Wolkenkratzers. Megatall-Wolkenkratzer stellen hierbei eine besondere Herausforderung dar: Sie haben nicht nur eine hohe interne Wärmemasse, sondern ein sehr großer Teil ihrer Gesamtgröße ragt hoch über ihre Nachbarn hinaus, sodass es nichts gibt, was die Sonne abhält. Außerdem befinden sich die meisten dieser Gebäude in den Wüstenregionen des Nahen Ostens, Afrikas und Südostasiens.

Erschwerend kommt hinzu, dass die Außenhaut von Megatall-Wolkenkratzern heute fast vollständig aus Glas besteht, wobei besonders hohe und breite Glasscheiben eingesetzt werden, um einen möglichst ungehinderten Ausblick zu ermöglichen. Die Herausforderung besteht darin, dass diese größeren Glasscheiben extrem widerstandsfähig sein müssen, um den hohen Windstärken standzuhalten. Des Weiteren müssen sie so konstruiert sein, dass sie die große Menge des in das Gebäude gelangenden Lichtes kompensieren, um Wohlbefinden und Komfort der Gebäudenutzer sicherzustellen.

Besondere Herausforderungen für Megatall-Wolkenkratzer

Die Umgebung

Die Umgebung eines Gebäudes – im Falle des Burj Khalifa und des Jeddah Tower das lokale Wüstenklima – sind wichtige zu berücksichtigende Faktoren. Die Umgebung von Megatall-Wolkenkratzern, wie z. B. Hügel oder andere Gebäude, absorbieren tagsüber einen großen Teil der intensiven Wärme, strahlen diese aber nachts wieder an die Umgebung ab. Glas mit niedrigem Emissionsgrad (Low-E-Glas) trägt dazu bei, diese langwellige Strahlung zu reflektieren und ihre Übertragung zu minimieren. Aus diesem Grund ist Low-E-Glas (wie Guardian SunGuard Neutral 60) die beste Wahl.

Das lokale Klima in diesen heißen, feuchten Wüstenregionen stellt das Material Glas mit Tagestemperaturen von bis zu 50 °C vor echte Herausforderungen – sowohl hinsichtlich der Belastung und der Durchbiegung als auch bezüglich der möglichen Kondensation.

Den meisten Menschen ist nicht bewusst, wie beliebt Low-E-Glas im Nahen Osten ist und warum es verwendet werden sollte. Im Allgemeinen wird vermutet, dass Low-E-Glas nur in kalten Klimazonen verwendet wird. Das Konzept, indirekte Wärme in der Nacht und am Tag zu blockieren und zu reflektieren, ist jedoch etwas, das die meisten Menschen nicht in Betracht ziehen würden.

Kondensation

Bei Megatall-Gebäuden besteht stets die Gefahr, dass sich an der äußeren Glasscheibe (außen) Kondenswasser bildet. Dies ist auf den Temperaturunterschied zwischen der Außentemperatur des Gebäudes (die im Sommer sehr heiß und feucht ist) und der Innentemperatur (Klimaanlage) zurückzuführen.

Die Verwendung von Glas mit niedrigem Emissionsgrad als Innenscheibe kann dazu beitragen, dass die Übertragung von Kälte aus dem Gebäudeinneren auf die Außenscheibe verhindert wird. Eine Wärmebehandlung (vollständiges Tempern oder Verstärken durch Wärme) macht das Glas bis zu fünfmal stärker, sodass es auch extremen Windlasten und Temperaturunterschieden standhält.

Höhenunterschiede

Der Höhenunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Teil eines Megatall-Gebäudes – und der damit verbundene Temperaturunterschied – kann aufgrund des Druckunterschieds zu Problemen bei der Glasdurchbiegung an der Isolierglaseinheit führen.

Beim Burj Khalifa-Projekt gab es sogar eine Herausforderung aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen den Produktions- und den Einbautemperaturen der Isolierglaseinheiten: Diese wurden im Januar bei einer Temperatur von 26 °C hergestellt und im August bei 48 °C vor Ort in Dubai eingebaut. Die Berechnungen der Spannung und der Durchbiegung der Isolierglaseinheiten ermöglichten es unseren technischen Experten bei Guardian Glass, die richtigen Glasdicken für die verschiedenen Einbauhöhen im oberen und unteren Bereich des Gebäudes zu bestimmen.

Wind

Aufgrund der Höhe von Megatall-Wolkenkratzern können die Windstärken extrem hoch sein. Auch wenn die dynamische Form des Gebäudes darauf ausgelegt ist, die strukturelle Belastung durch Wirbelablösung zu verringern, ist die Glasdicke sehr wichtig. Für den Burj Khalifa wurde die Glasfassade so konzipiert, dass sie Windlasten von bis zu 250 km/h standhält. Wie bereits erwähnt, ist das Glassystem für den Jeddah Tower so konzipiert, dass Schwanken mit einem Radius von 2,5 Metern möglich sind, ohne dass es bricht oder undicht wird. Die Dicke des verwendeten Glases hängt von der Höhe des Gebäudes ab, in dem es installiert wird. Die Wärmebehandlung ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung (vollständiges Tempern oder Verstärken durch Wärme), da sie das Glas bis zu fünfmal stärker macht, sodass es auch extremen Windlasten und Temperaturunterschieden standhält.

Sie haben Fragen zur Verwendung von Glas in Ihrem nächsten Projekt, unabhängig von Größe und Standort? Wir unterstützen sie gerne.