Einführung
Um die rasche Expansion von China Central Television (CCTV) zu unterstützen, wurde 2002 ein internationaler Wettbewerb für den Entwurf des Hauptgebäudes in Peking ausgeschrieben. Der Gewinner war das Architekturbüro OMA von Rem Koolhaas, begleitet von dem Ingenieurbüro Arup und dem East China Architecture Design Institute. Der strukturelle Entwurf der Videoüberwachungsanlage stellte das große internationale Team, das den Entwurf in globaler Zusammenarbeit über Zeitzonen, räumliche Entfernungen, Kulturen, Kostenstellen und sogar einen Ausbruch von SARS hinweg entwarf, vor zahlreiche technische Herausforderungen. Das Team lieferte schließlich einen komplexen Entwurf fristgerecht und erhielt die Zustimmung des Expertengremiums des chinesischen Bauministeriums.
Das CCTV-Hauptquartier wurde am 1. Januar 2008 anlässlich der Olympischen Spiele 2008 in Peking offiziell vom Präsidenten eingeweiht, obwohl der Bau erst im Mai 2012 abgeschlossen wurde. Das Projekt begann am 22. September 2004, nachdem der Entwurf von chinesischen Experten geprüft worden war. Es ist Teil des Plans der Regierung, die Hauptstadt zu sanieren und dabei den Schwerpunkt auf innovative und funktionale Architektur zu legen, während historische Gebäude erhalten bleiben.
Der Entwurf stammt von dem niederländischen Architekten Rem Koolhaas und dem deutschen Architekten Ole Scheeren vom Office for Metropolitan Architecture (OMA) 2002. Ove Arup war das für das Bauwerk verantwortliche Bauunternehmen, das auch für die Sicherheit des Gebäudes verantwortlich war, indem es Risikoanalysen durchführte und Sicherheitssysteme entwarf.
Standort
Das Mega-Bauwerk wurde am Fuße der östlichen dritten Ringstraße Pekings, der Guanghua Road, auf einem 20 Hektar großen Gelände im neuen zentralen Geschäftsviertel Chaoyang 东三环中路32号 der Hauptstadt des Landes errichtet.
Das CCTV-Gebäude war Teil eines Medienparks, der als Erweiterung des grünen Zentrums des CBD (Central Business District) eine Landschaft mit öffentlichen Unterhaltungsangeboten, Außenaufnahmebereichen und Produktionsstudios schaffen sollte.
Konzept
Koolhaas stellte sich ein Gebäude vor, dessen dreidimensionale Form dem CCTV-Personal die Möglichkeit bieten sollte, die Funktionen innerhalb einer „Endlosschleife“ auszuführen, eine Anspielung auf das Closed-Circuit-TV, und stellte den Beginn einer technischen Herausforderung dar.
Das neue Gebäude besteht aus zwei hohen L-förmigen Türmen, die oben und unten in einem Winkel verbunden sind und eine Schleife bilden, die als Z-Kreuz beschrieben wurde.
Das von OMA entworfene Gebäude ist eine Neuerfindung des Wolkenkratzers in Form einer Schleife und wurde 2004 in Betrieb genommen. Der CCTV-Hauptsitz beherbergt auf rund 473.000 m2 Fernsehstudios, Büros, Sende- und Produktionsanlagen. Dies ist das größte Projekt von OMA und ihr erstes großes Gebäude in China.
Räume
Das Gebäude widersetzt sich dem typischen Streben nach ultimativer Höhe, das Wolkenkratzer verfolgen. Die beiden Türme erheben sich von einer gemeinsamen Plattform aus, neigen sich zueinander und verschmelzen zu einem 75 Meter hohen, senkrecht stehenden Ausleger. Der Entwurf verbindet den gesamten Prozess der Fernseharbeit, der zuvor auf verschiedene Orte in der Stadt verteilt war, zu einem Kreislauf miteinander verbundener Aktivitäten.
Programm
Die 473.000 m2 des Gebäudes sind wie folgt aufgeteilt:
- 64.200m2 Verwaltung
- 54.900m2 Mehrzweckräume
- 65.800m2 neue Produktion
- 31.800m2 Ausstrahlung
- 105.400m2 Programmproduktion
- 30.000m2 Personaleinrichtungen
- 61.500m2 Parkplatz
- 15.000 m2 Dienstleistungen, plus ein Hotel, ein Besucherzentrum und ein großes Theater.
Bauwesen
Das Hauptgebäude ist kein traditioneller Turm, sondern eine Schleife aus sechs horizontalen und vertikalen Abschnitten, die sich über 473.000 m2 Nutzfläche erstrecken und ein unregelmäßiges Raster an der Fassade des Gebäudes mit einer offenen Mitte bilden. Sein Bau gilt als strukturelle Herausforderung, zumal er sich in einem Erdbebengebiet befindet. Die senkrechte Auskragung erstreckt sich 75 m nach Westen und 67 m nach Süden.
Das Gebäude wurde durch die Verbindung von drei Volumen zu einem einzigen Endvolumen errichtet. Um die strukturellen Differentiale nicht zu blockieren, sollte diese Verbindung in den frühen Morgenstunden erfolgen, wenn der Stahl der beiden bereits errichteten Türme auf die gleiche Temperatur abgekühlt war.
Türme
Turm 1
Der höchste Turm ist 234 m hoch und verfügt über 54 Stockwerke mit einer Grundfläche von 40×60 m, 2.400 m2 und einer Geschossfläche von 405.000 m².
Die 10.000 m2 große Haupthalle in Turm 1 ist ein Atrium, das sich über drei Stockwerke unter der Erde und drei Stockwerke über der Erde erstreckt. Er hat einen direkten Anschluss an das Pekinger U-Bahn-Netz und ist der Ankunfts- und Abfahrtsort für die 10.000 Mitarbeiter, die zum CCTV-Hauptsitz pendeln. Die 12 Studios, von denen das größte 2.000 m2 groß ist, sind von der Lobby aus leicht zugänglich und erfüllen die Hauptfunktion des Gebäudes: die Herstellung von Fernsehen.
Der Turm besteht aus einer Reihe von horizontalen und vertikalen Abschnitten, die ihn eher als erdgebundenes Bauwerk denn als Wolkenkratzer ausweisen. Es wird die Bereiche Verwaltung, Nachrichten, Rundfunk, Studio und Produktion enthalten.
Turm 2
Turm 2 hat eine Höhe von 210 m, verteilt auf 44 Stockwerke, und eine Grundfläche von 40 x 52 m, 2.000 m2.
Das kleinere Gebäude beherbergt das Fernsehkulturzentrum (TVCC). Es verfügt über ein Hotel, ein Besucherzentrum, ein großes öffentliches Theater sowie Konferenz- und Ausstellungsräume mit 1500 Plätzen.
Der CCTV-Hauptsitz ermöglicht der Öffentlichkeit einen Zugang zu den Produktionsanlagen, wie es ihn in den chinesischen Medien noch nie gegeben hat. Ein „Public Loop“ führt die Besucher durch das Gebäude und gibt Einblicke in den Arbeitsalltag der Studios sowie in die Geschichte von CCTV. Er endet an der Kante des Auslegers und bietet einen spektakulären Blick auf das Finanzviertel, die Verbotene Stadt und den Rest von Peking.
Struktur
Seismische Studien
Denn die seismische Auslegung des CCTV-Gebäudes lag außerhalb des Geltungsbereichs der chinesischen Vorschriften, Arup schlug von Anfang an einen technikbasierten Entwurfsansatz vor, bei dem erste Grundsätze und modernste Methoden als Leitlinien für das Erreichen der gemeinsamen Zielleistung bei unterschiedlichen Erdbebenstärken verwendet werden. Mit Hilfe von linearen und nichtlinearen seismischen Analysen wurden explizite und quantitative Auslegungsprüfungen durchgeführt, um die Einhaltung der drei von den Behörden geforderten Stufen der seismischen Auslegung zu überprüfen.
Grundlegende qualitative Ziele
- Keine strukturellen Schäden bei einem Erdbeben der Stufe 1 mit einer mittleren Wiederkehrperiode von 50 Jahren.
- Reparatur von Bauschäden bei einem Erdbeben der Stufe 2 mit einer mittleren Wiederkehrperiode von 475 Jahren.
- Akzeptiert schwere strukturelle Schäden, aber mit prognostiziertem Einsturz des Gebäudes bei einem Erdbeben der Stufe 3 mit einer mittleren Wiederkehrperiode von 2500 Jahren.
Am CCTV-Standort betragen die horizontalen Bodenbeschleunigungswerte für die drei Erdbebenauslegungswerte 7, 20 bzw. 40 % der Schwerkraft. Die Struktur des Gebäudes war eine Herausforderung für die Ingenieure. Sie mussten einen Bauplan für zwei Türme entwerfen, die in einem Winkel von 60° gestützt sind und sich oben und unten um 90° biegen, um sich zu treffen und eine durchgehende Schleife zu bilden.
Die Türme wurden an diagonal gegenüberliegenden Ecken mit einer Grundfläche von 160 x 160 m auf einem 45 m hohen, 9-stöckigen Sockel gebaut, der durch ein L-förmiges Podium verbunden ist. Oben wurden sie durch eine L-förmige Brücke parallel zum Podium miteinander verbunden. Dünne Betonkerne im Inneren des Gebäudes tragen die Innenböden. Die Untergeschosse, die sich über 4 Ebenen erstrecken, reichen bis zu 18 m unter die Erde.
Exoskelett
An den Außenflächen des Gebäudes wurde ein Exoskelettsystem aus diagonalen Gittern verwendet, um eine Schleifenstruktur zu schaffen, die der Schwerkraft und allen Seitenkräften entgegenwirkt. Die Positionierung der Stützen und Diagonalrohre spiegelt die Verteilung der Kräfte auf die Außenhaut des Gebäudes wider.
Die diagonalen Rastersäulen haben die gleiche freiliegende Breite, aber die Tiefe variiert je nach Belastung, während die Diagonalen alle 1 m x 60 cm große Blechträger sind, wobei die einzige Abweichung die Dicke des Stahls ist. Das Gebäude wurde so entworfen, dass es gegen die chinesischen Konstruktionsvorschriften für ein solches Bauwerk verstößt, aber das System wurde akzeptiert, da es so innovativ ist.
Fassade
Die Struktur des CCTV-Hauptquartiers und die Kräfte, die im Inneren des Gebäudes wirken, sind in der Fassade sichtbar: ein Netz von Diagonalen, das in Bereichen mit höherer Belastung dicht, in Bereichen mit geringerer Belastung flexibler und offener wird. Die Fassade selbst wird zu einer visuellen Manifestation der Gebäudestruktur.
Die selbsttragende hybride Fassadenkonstruktion besteht aus hochleistungsfähigen Glaspaneelen mit 70 % Sonnenschutz, die dem Gebäude eine sanfte silbergraue Farbe verleihen, die in der Pekinger Skyline eine überraschend subtile Präsenz zeigt.
Elastische Ausführung
Mit dem aus dem ersten Arbeitskonzept ermittelten strukturellen Bewehrungsmuster wurde ein vollständiger Satz linearer elastischer Nachweise, der alle Lastkombinationen, auch bei der seismischen Belastungsstufe 1, abdeckt, mit Hilfe von modalen Antwortspektrumanalysen durchgeführt.
Alle Einzelelemente wurden ausgiebig getestet und die Gesamtleistung der Konstruktion wurde überprüft. Die ausgewählten Elemente wurden zunächst auch unter einem Erdbeben der Stufe 2 für eine elastische Analyse bewertet, um die Eustatik von Schlüsselelementen wie Stützen sicherzustellen.
Zur Validierung des multidirektionalen modalen Antwortspektrums auf Ebene 1 wurden historische Zeitkontrollen anhand realer und künstlich erzeugter seismischer Aufzeichnungen überprüft.
Fundamente
Bei der Planung der Fundamente mussten die auf den Oberbau wirkenden Lasten auf die Pfahlkappe verteilt werden, um eine ausreichende Anzahl von Pfählen zu erreichen, die eine angemessene Festigkeit und Steifigkeit gewährleisten. Zur Validierung der Lastausbreitung auf die Pfahlgruppe wurde ein komplexes iteratives Analyseverfahren verwendet, bei dem ein nichtlineares Bodenmodell zum Einsatz kam.
Die Oberbaulasten wurden auf ein diskretes Modell eines gestapelten Floßsystems angewendet. Mehrere hundert Kombinationen von Richtungslasten wurden in einer Tabellenkalkulation zur Steuerung von GSRaft, einer iterativen Software zur Analyse nichtlinearer Boden-Bauwerk-Interaktion, automatisiert.
Bei diesem Verfahren wurden die Eingabedaten als Reaktion auf die Ergebnisse der Analyse wiederholt geändert, um die Umverteilung der Last zwischen den Stapeln zu modellieren, wenn ihre sichere Arbeitslast erreicht war. Die Analyse wurde dann so lange wiederholt, bis die Ergebnisse zusammengefasst waren und alle Stapel innerhalb der zulässigen Kapazitäten lagen. Die Ergebnisse dieser Hunderte von Analysen wurden dann für die Bemessung der Bewehrung im Becken selbst verwendet.
Verbindungen
Die Kraft der Klemmen und Randträger muss durch die Stützenabschnitte hindurch und in diese hinein mit minimaler Unterbrechung der bereits in der Stütze vorhandenen Spannungen übertragen werden. Die Verbindung wird hergestellt, indem die Stahlflansche der Säule durch große „Schmetterlings“-Platten ersetzt werden, die durch die Stirnseite der Säule hindurchgeführt und dann mit den Klammern und Randträgern verbunden werden. Zur Vereinfachung der Detailplanung und der Betonkonstruktion um das Stahlprofil herum wird keine Verbindung zum Stützenverbund hergestellt.
Die Fugen müssen mit den Streben, Trägern und Stützen als „starke Verbindung/schwaches Bauteil“ funktionieren. Die Verbindungen müssen der maximal zu erwartenden Belastung durch die Klemmen standhalten, und zwar mit einem Minimum an Streckung und einer relativ geringen Spannungskonzentration. Hohe Spannungskonzentrationen können bei zyklischer seismischer Belastung zum Bruch von spröden Schweißnähten führen, eine häufige Ursache für das Versagen von Verbindungen, die nach dem Northridge-Erdbeben 1994 in Los Angeles beobachtet wurde.
Zwei Verbindungen, die die typischen und schwerwiegendsten Ursachen repräsentieren, wurden anhand der ursprünglichen AutoCAD-Zeichnungen mit MSC/NASTRAN , einem hochfesten Finite-Elemente-Analysepaket, modelliert. Die Modelle wurden analysiert, indem sie dem gesamten Spektrum an Kräften ausgesetzt wurden, die sich entwickeln können, bevor die Stützen ausknicken oder nachgeben, um die Größe der Spannung und den Grad der Spannungskonzentration in den Verbindungen zu bewerten.
Die Form der Schmetterlingsplatte wurde dann so angepasst, dass die Ecken und Kerben geglättet wurden, bis die potenziellen Fließbereiche minimiert waren und der Grad der Spannungskonzentration auf die in der Praxis des Bauwesens und des Maschinenbaus zulässigen Werte gebracht wurde.
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