Technische Herausforderungen für Glasfassaden bei Mega-Hochhäusern

   Burj Khalifa (Foto © Maria Kraynova, Dreamstime.com)

(6.9.2018) Glasfassaden an Mega-Hochhäusern - gemeint sind Wolkenkratzer mit einer Höhe von mehr als 600 m - gelten für viele als vergleichsweise unkomplizierte Selbstverständlichkeit. Aber Hightech-Verglasungen wie am Burj Khalifa in Dubai sind in die Gebäudeperformance genauso konstruktiv einzubeziehen wie Stahl und Beton.

Die Fassaden von Mega-Wolkenkratzern bestehen heutzutage sogar fast ausschließlich aus Glas. Es wird Wert auf hohe und breite Scheiben gelegt, die ein Maximum an Aussicht bzw. Transparenz erlauben.  Die größten Herausforderungen dabei sind u.a. ihre Lage - gerne nämlich in besonderes warmen Klimazonen - die hohen Temperatur- und Höhenunterschiede, Kondensation und die Windlast.

Wärme und Licht

Durch ihre enorme interne Wärmelast müssen große Gebäude in der Regel durchgängig klimatisiert werden - auch in den kälteren Monaten des Jahres. Skyscraper stellen dabei eine besondere Herausforderung dar: Neben der hohen intern anfallenden Wärmemenge fällt die solare Strahlung ungebrochen auf den Großteil der Außenflächen, da diese Bauten über benachbarte Gebäude in der Regel weit hinaus ragen und nie im Schatten stehen.

Kondensation

Bei so richtig hohen Gebäuden besteht stets das Risiko von Kondensation auf der Außenseite der Glasfassade. Das ist den großen Temperaturunterschieden zwischen der, besonders im Sommer, heißen und feuchten Außenluft und der klimatisierten Luft im Inneren des Gebäudes geschuldet. Mit Wärmedämmglas auf der Innenseite wird deshalb zu verhindern versucht, die Kühle im Inneren des Gebäudes zur Außenseite wandern zu lassen.

Höhen-, Temperatur- und Druckunterschiede

Der Höhenunterschied zwischen Erdgeschoss sowie Gebäudespitze und die damit einhergehenden Temperaturunterschiede können aufgrund der Druckdifferenz zu unterschiedlicher Durchbiegung der Isoliergläser führen.

Beim Bau des Burj Khalifa (siehe auch Google-Maps) kam sogar noch die Temperaturdifferenz zwischen Herstellung und Einbau der Isoliergläser hinzu. Sie wurden im Januar bei 26°C produziert und dann im August in Dubai eingebaut, bei einer Temperatur von 48°C. Durch genaue Berechnung der Spannung und Biegung der Isoliergläser haben Ingenieure von Guardian Glass die erforderlichen Glasdicken ermittelt, um den Bedingungen auf verschiedenen Einbauhöhen gerecht zu werden.

Wind

Jeddah Tower (Foto © Maria Kraynova, Dreamstime.com)

In der Nähe des Erdbodens wird der Wind in der Regel von Bäumen und anderen Gebäuden gebremst. Ab einer bestimmten Höhe verschwinden diese Hindernisse aber. Das Hochhaus muss dann der vollen, ungebremsten Energie des Windes standhalten.

Aufgrund der Höhe von Megawolkenkratzern können sich enorme Windkräfte entwickeln. Obwohl die Form des Skyscrapers heute immer im Windkanal entworfen wird, um Strukturbelastungen durch Windverwirbelung zu vermeiden, ist die Glasdicke ebenfalls ein sehr wichtiger Faktor.

Beim Burj Khalifa wurde die Fassade so konstruiert, dass sie Windlasten mit Geschwindigkeiten bis zu 250 km/h aushält. Das Verglasungssystem des Jeddah Towers (siehe auch Google-Maps) hingegen ist insbesondere dafür ausgerichtet, Schwankungen von bis zu 2,5 m standzuhalten, ohne dass es zu Glasbruch oder Luftdurchlass kommt. Die Glasdicke hängt dabei von der Einbauhöhe am Gebäude ab. Die thermische Vorspannung (ESG oder TVG) ist ebenfalls unerlässlich, denn sie macht Glas bis zu fünfmal widerstandsfähiger, um den extremen Windlasten und Temperaturunterschieden standzuhalten.