Een stad van liggende wolkenkrabbers
In grote steden is de ruimte schaars, dus ingenieurs gaan gebruikmaken van de hogere luchtlagen. Ze bouwen niet alleen in de hoogte, maar ook in de breedte: reusachtige horizontale minisamenlevingen, waar miljoenen inwoners in terecht kunnen.
Op het eerste gezicht lijkt de skyline van Chongqing in China op iedere andere stad. Maar op vier wolkenkrabbers van 250 meter rust een vijfde.
De kolos van glas en staal heet The Crystal en is het opvallendste deel van het wolkenkrabbercomplex Raffles City.
De liggende wolkenkrabber van 300 meter is een voorbeeld van een nieuwe trend in de techniek: in de zoektocht naar een beter gebruik van de ruimte in grote steden gaan gebouwen nu niet alleen meer omhoog, maar ook in de breedte.
The Crystal is niet het enige liggende gevaarte, en in de komende jaren zullen horizontale wolkenkrabbers niet alleen hotelkamers en uitkijkposten bevatten, maar ook hele stadssamenlevingen.
Eerst moeten ingenieurs echter iets verzinnen om duizenden tonnen glas en staal honderden meters boven de grond in evenwicht te houden.
Het idee is 100 jaar oud
The Crystal is een modern voorbeeld van het idee dat de Russische kunstenaar en architect El Lisitski al in 1924 bedacht. Hij gaf de liggende wolkenkrabbers de Duitse naam Wolkenbügel, ‘wolkenstaven’.
In een tijd waarin wolkenkrabbers de pan uit rezen in steden als New York City en Chicago, tijdens de economische boom, dacht Lisitski letterlijk buiten de kaders.
Het idee van de horizontale wolkenkrabber was volgens Lisitski dat mensen van nature beter gedijen in de breedte in plaats van in de hoogte.
De Russische architect El Lisitski meende dat mensen van nature beter gedijen in de breedte in plaats van in de hoogte. Met de zogeheten Wolkenbügel wilde hij de wolkenkrabbers een twist geven.
Een van de uitdagingen van bouwen op hoogte is de wind. Als de wind om een wolkenkrabber heen blaast, is er een drukverschil tussen de loef- en lijzijde: wolkenkrabbers zijn niet aerodynamisch gebouwd zoals een vliegtuigvleugel, maar staan pal in de wind.
Aan de lijzijde breekt de wind op het ontwerp van de wolkenkrabber. Hierdoor ontstaat turbulentie en zal het gebouw heen en weer gaan bewegen.
Staat de wolkenkrabber in een gebied met veel aardbevingen, dan kunnen de hoge gebouwen ook heftig gaan zwaaien door de trillingen.
Deze uitdagingen gelden voor alle wolkenkrabbers, maar ze worden extra zwaar wanneer ingenieurs ervoor kiezen om op vier hoge gebouwen een vijfde te laten balanceren, zoals in Raffles City.
Wolkenkrabbers zijn extra smal
Het gebouwencomplex werd in 2020 in gebruik genomen en is tegenwoordig het herkenningspunt van Chongqing, dat 30 miljoen mensen huisvest en op de plek ligt waar de rivieren Yangtze en Jialing samenkomen. Het is een knooppunt voor de scheepvaart, en als een knipoog naar zijn maritieme verleden steken de acht verticale wolkenkrabbers van Raffles City als scheepszeilen in de lucht.
De vorm van deze ‘gewone’, verticale wolkenkrabbers is de eerste technische uitdaging in Raffles City. De twee meest noordelijke torens, die ieder 350 meter meten, zijn slanker dan normaal.
300 meter lang is The Crystal, een dwarsliggende wolkenkrabber in de Chinese stad Chongqing.
De torens hebben een relatief smalle fundering en dus minder ‘voet’ om op te staan dan normale wolkenkrabbers. In bouwtermen: hun slankheidsverhouding is 9,4, tegen hooguit 8 bij andere wolkenkrabbers van dezelfde hoogte.
Door de bergen rond Chongqing waait het er vaak flink, en omdat er ook kans is op aardbevingen, hebben ingenieurs de slanke wolkenkrabbers gebouwd met een kern van gewapend beton en vloeren van beton en staal, zodat ze stevig genoeg zijn om de elementen te kunnen weerstaan.
De twee noordelijke torens zijn via twee overdekte loopbruggen verbonden met het horizontale deel van The Crystal. De bruggen zitten aan de gebouwen vast met 50 centimeter lange antiseismische verbindingen, om te voorkomen dat ze bij een aardbeving instorten.
Loodzware segmenten gaan de lucht in
Terwijl de verticale wolkenkrabbers in Raffles City appartementen en kantoren huisvesten, is The Crystal een 300 meter lang belevingscentrum met onder meer twee zwembaden, uitkijkverdiepingen, een park met 100 bomen tot 9 meter hoog, een hotellobby en restaurants.
Het stalen binnenframe weegt 12.000 ton – het equivalent van de Eiffeltoren. En de buitenkant bestaat uit 3000 ramen en 5000 aluminium panelen.
The Crystal telt negen segmenten. Drie daarvan verbinden de vier ondersteunende wolkenkrabbers en moesten op de grond worden gebouwd en tot een hoogte van 250 meter worden opgetakeld.
Het karwei werd uitgevoerd door 16 hydraulische takels, die elk van de circa 1100 ton zware segmenten langzaam en synchroon ophesen.
3 technologieën maken de liggende toren mogelijk
1. Hefwerktuig tilt loodzware segmenten op
The Crystal rust op vier 250 meter hoge torens en bestaat uit negen segmenten van elk 1100 ton. Om de constructie te vergemakkelijken, worden drie segmenten op de grond gebouwd en dan door 16 hydraulische liften opgehesen.
2. Lagers vangen aardbevingen op
Als bescherming tegen aardbevingen rust The Crystal op 26 wrijvingslagers, die ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Dempers in de vorm van zware gewichten vangen de energie van de bewegingen van de andere wolkenkrabbers op.
3. Staal is licht en bestendig
De ingenieurs hebben het binnenste skelet van staal gebouwd, omdat dat minder weegt en beter bestand is tegen aardbevingen dan bijvoorbeeld beton. De buitenbekleding bestaat uit 5000 platen aluminium, die het gewicht ook laag houden.
Hoewel de torens met hun duizenden tonnen staal, beton en glas onwrikbaar lijken, zorgen turbulentie door wind en aardbevingen ervoor dat ze soms als een vlaggenmast in de wind staan te zwaaien. Ze kunnen zelfs enkele meters uitslaan.
Het was dus van groot belang dat de ingenieurs een manier vonden om The Crystal stevig te bevestigen op de vier wolkenkrabbers eronder en om ervoor te zorgen dat het geheel niet breekt als de torens beginnen te zwaaien.
Lagers zijn bestand tegen aardbevingen
Eén optie was om The Crystal flexibele verbindingen te geven, zodat het gebouw de bewegingen van de torens eronder zou volgen. Voor die oplossing is bijvoorbeeld gekozen bij de horizontale wolkenkrabber Marina Bay Sands in Singapore.
Maar berekeningen wezen uit dat de 250 meter hoge torens van Raffles City wel 3 meter zouden kunnen uitslaan bij een aardbeving, waardoor The Crystal zou gaan vervormen, dus zagen de ingenieurs van deze optie af.
De liggende wolkenkrabber Marina Bay Sands in Singapore rust op flexibele verbindingen, die de bewegingen van de dragende wolkenkrabbers volgen bij krachtige wind of lichte aardbevingen.
In plaats daarvan kozen ze voor een combinatie van dempers en lagers. Zo is The Crystal ontkoppeld van de torens, en het liggende gebouw gaat niet mee met de bewegingen van de verticale torens, maar dempt deze juist.
Onder The Crystal bevinden zich 26 lagers, elk met een diameter van 2 meter. De lagers, of friction pendulum bearings (FPB), reageren niet op normale winden en lichte aardschokken, waardoor The Crystal rustig met de torens meedeint.
Bij matige tot zware aardbevingen bewegen de lagers echter onafhankelijk van de torens eronder, waardoor The Crystal stabiel blijft. De dempers absorberen ook deels de energie van de aardschokken.
Deze oplossing werd gekozen na bijna 27.000 uur van computerberekeningen en een test van een schaalmodel van 1:25 op een schudtafel, die de omstandigheden tijdens een zware aardbeving nabootste.
Toren doorsnijdt de woestijn
In Raffles City en The Crystal krijgen de bezoekers de kans om de resultaten van al het technische gepuzzel te bewonderen en een blik te werpen op de spectaculaire Chinese metropool.
Maar er zijn ook al nieuwe projecten gaande, waarbij The Crystal verbleekt.
Saoedi-Arabië wil een liggende toren bouwen van 200 meter breed, 500 meter hoog en 170 kilometer lang: The Line.
De Saoedische koninklijke familie wil een hightech, duurzame samenleving tot stand brengen zonder wegen en auto’s.
Voor The Line worden twee parallelle horizontale wolkenkrabbers bekleed met spiegelend glas. Daartussen liggen meren, parken, plantsoenen en de verbindingen tussen de twee wolkenkrabbers.
Metropool van de toekomst ligt plat
In oktober 2022 ging de schop in de grond voor het gigantische Saoedi-Arabische project The Line. De horizontale wolkenkrabber moet 170 kilometer lang worden, maar slechts 200 meter breed.
1. Stad zonder auto’s of wegen
The Line bestaat uit twee parallelle, 500 meter hoge wolkenkrabbers. Auto’s en wegen komen er niet, want niemand zou meer dan vijf minuten hoeven te lopen naar bijvoorbeeld een dokter of winkels. Langere reizen gaan per hogesnelheidstrein.
2. Spiegelglas laat het licht binnen
De buitengevel wordt bedekt met spiegelend glas, dat een deel van het zonlicht doorlaat. De ontwerpers hebben het gebied tussen de twee wolkenkrabbers zodanig uitgedacht dat het ’s zomers en ’s winters zoveel mogelijk zonlicht binnenlaat.
3. Plaats voor 9 miljoen inwoners
Bewoners wonen in modules van maximaal 80.000 mensen, net als in een gewone stadswijk. Het is de bedoeling dat The Line in totaal 9 miljoen inwoners zal huisvesten als de metropool in 2045 klaar is.
Hoewel de eerste schep in oktober 2022 de grond in ging, is The Line nog slechts een vergezicht in de vorm van 3D-tekeningen. Maar het is de bedoeling dat alle behoeften van de bewoners, zoals sportfaciliteiten en supermarkten, binnen vijf minuten lopen van hun huis liggen.
200 meter breed wordt The Line, die zal bestaan uit twee parallelle wolkenkrabbers.
Met een hogesnelheidstrein kunnen bewoners in circa 20 minuten van het ene uiteinde van de 170 kilometer lange stad naar het andere komen, waardoor ze geen auto hoeven te hebben. De belofte is dat het complex 100 procent duurzaam wordt, niet alleen doordat er geen auto’s zullen zijn, maar ook doordat er wordt voorzien in veel groene stroom uit zonnecellen die geïntegreerd zijn in de gevel die op het zuiden ligt.
Als The Line ooit werkelijkheid wordt, zal dat het bewijs zijn dat horizontale wolkenkrabbers niet alleen dienst kunnen gaan doen als futuristische elementen in bestaande steden, zoals The Crystal in Chongqing, maar zelfs het hele raamwerk kunnen vormen van de duurzame steden van de toekomst.