Innovatieve engineering voor het Lakhta Center in Rusland

Het ontwerpbureau Gorproject, uit Moskou, ontwierp dit complexe project van 4,3 miljoen vierkante meter dat sinds 2011 aan de waterkant van Sint-Petersburg wordt gebouwd. De toren zweeft 462 meter boven de Finse Golf en zal dienen als hoofdkwartier van de Russische gasreus Gazprom.

CEO Sergey Lakhman van Gorproject: “Dit kolossale ontwerp wordt dé referentie als duurzaam en economisch bouwproject van de toekomst. Het kan de extreemste klimaatomstandigheden in Europa weerstaan, terwijl het de strenge energie- en veiligheidseisen van Rusland overtreft.”

Hieronder de vijf engineeringsuitdagingen waar het team van Gorproject voor stond.

1. Iconisch architecturaal ontwerp

De organische vorm van het Lakhta Center bestaat uit vijf vleugels die bijna 90 graden draaien (0,82 graden per verdieping), dus geen van de 89 etages is dezelfde. De extreem complexe geometrie van deze sculptuur werd verwerkt met 3D-modellering en BIM-software (Building Information Modeling). Het fabricageproces voor een ‘draaiende’ wolkenkrabber noemt ‘cold bending’.

“Omdat we gehard glas veilig tot een bepaalde limiet kunnen buigen, vormen we glazen gordijnwanden in convexe bochten. Cold bending vereist veel minder energie dan warm buigen, wat leidt tot lagere kosten en een grotere duurzaamheid van het bouwproces,” zegt Lakhman.

2. Platinum Level qua duurzaamheid

Als wereldspeler op de energiemarkt wil Gazprom een voorbeeld zijn van de LEED Standard voor duurzaamheid. Het project voldoet aan veeleisende criteria voor energie-efficiëntie, waterbesparing en recycling, en verdiende uiteindelijk een Platinum-certificering.

Het energie-efficiënte ontwerp van het Lakhta Center benadrukt geavanceerde verwarmings-, afval- en verlichtingssystemen en een ‘intelligente gevel’ die het energieverbruik vermindert. Binnenin vervangen infraroodstralers conventionele verwarmingstoestellen. Overtollig gegenereerde warmte wordt terug in het verwarmingssysteem geleid. Regenwater wordt gerecycleerd voor irrigatie en het gebouw maakt gebruik van een pneumatisch-vacuüm afvalverwijderingssysteem. Een geautomatiseerd LED-verlichtingssysteem maximaliseert de lichtenergie, zowel binnen als buiten.

Omdat het Lakhta Center in vogelvliegroutes ligt, kreeg Gorproject de taak om afgeleide vogels te beschermen tegen dodelijke crashes. “Vogels ploffen meestal in spiegelende glasvensters van wolkenkrabbers omdat ze het verschil tussen de lucht en reflectie in glas niet opmerken”, zegt Lakhman. “Dankzij een vrij spaarzame architecturale verlichting worden vogels beter omgeleid.”

3. Bescherming tegen extreme weersomstandigheden

De vlamachtige constructie (naar het logo van Gazprom) wordt gedurende zeven maanden per jaar blootgesteld aan de vriestemperaturen van Sint-Petersburg. Door deze extreme kou en vochtigheid condenseren wolken tot ijs op de torenspits van 100 meter, wat een potentieel gevaar van vallende ijspegels oplevert. Om overmatige ijsvorming te voorkomen, ontwierp Gorproject een ​​anti-icingsysteem in de vorm van reflecterende gaas-metaalplaten die de spitszone bekleden.

Bij de zomerse temperaturen van 20 graden of meer zorgt de dubbelwandige gevel van het gebouw voor natuurlijke afkoeling. De wanden zijn uitgerust met automatische luiken die natuurlijke ventilatie bieden. Op zonnige winterdagen gebruikt deze bufferzone het broeikaseffect om de warmtebelasting te verminderen.

4. Zorgen voor een krachtige structuur en veiligheid

Voor een gebouw van meer dan 450 meter hoog zijn complexe brandbeveiligingssystemen ontworpen en getest om aan strenge veiligheidsnormen te voldoen. Het centrum van de Laktha-toren is bestand tegen een brand van vier uur zonder structurele schade op te lopen en de constructie blijft staan als ​​zelfs tien ondersteunende kolommen instorten.

Om te voldoen aan alle veiligheidsmaatregelen ontwikkelde Gorproject enkele 3D-modellen om rampscenario’s te simuleren. Door de slagvastheid te versterken voorkomt dit een eventuele progressieve ineenstorting en genoeg tijd om iedereen -wanneer nodig- tijdig te evacueren uit het gebouw.

Gorproject ontwikkelde kolommen van composiet staalbeton die vijf keer sterker zijn dan traditionele kolommen, terwijl ze minder vloeroppervlak in beslag nemen. Het constructiestaal vormt een soort hangmat: als een verdieping instort, zijn vloeren boven en onder veilig.

De fundering van de toren heeft 264 pilaren die 280 meter (!) in de grond zitten en 9.600 ton metalen wapening in vijftien niveaus van roosters. Vijftien stabiliserende perimeter-kolommen verdelen het gewicht van het gebouw – weg van de kern. Zelfs met windsnelheden tot 140 km/u, blijft de wolkenkrabber stabiel. Om de ‘verticaliteit’ constant in de gaten te houden, ontwierp Lakhman en het team een ​​geautomatiseerd controlesysteem -de eerste in zijn soort- met behulp van 3000 sensoren die in het hele gebouw werden geïnstalleerd.

5. Een soepele overgang naar Building Management

Na het gebruik van 2D- en 3D-technologie – inclusief AutoCAD en Revit – bezorgde Gorproject gedurende de hele levenscyclus van het project het BIM-model aan Gazprom voor gebruik en onderhoud.

“BIM is de toolkit die hielp om een ​​groot aantal ernstige fouten tijdens de installatie te voorkomen. We hebben de geometrische conflicten tussen verschillende elementen en systemen voortdurend uitgewerkt in het ontwerpproces. Er waren zoveel unieke elementen -architecturaal, structureel en technisch- dat we meer dan 6000 nieuwe Revit-families moesten ontwikkelen.”

Uiteindelijk was het ontwerpen van het Lakhta Center een enorme uitdaging, maar dat is waar het team van Gorproject voor leeft. “Wanneer je zo’n ambitieuze taak op zich neemt, probeer je surrealistische objecten tot leven te wekken om een deel uit te maken van ons leven”, besluit Lakhman.

Bekijk hieronder het architectonische concept van Lakhta Center:

Bron: Autodesk Redshift