Shanghai Tower: la struttura e gli impianti del grattacielo | Ingegneri.info

Shanghai Tower: la struttura e gli impianti del grattacielo

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Foto: Terri Meyer Boake via Ctbuh


La Shanghai Tower sorge a Luijazui, nel cuore del distretto finanziario e commerciale di Pudong, a Shanghai in Cina, la città più popolosa del pianeta. Sarà il secondo grattacielo più alto al mondo, superato solo dal Burj Khalifa di Dubai (829,8 m). Dotato di 121 piani fuori terra, 5 livelli interrati e altrettanti piani di coronamento, avrà una superficie complessiva di 574.000 mq, di cui 410.000 fuori terra. Accoglierà fino a 20.000 persone al giorno, l’equivalente di cittadine italiane del calibro di Mortara in Lombardia o Zagarolo nel Lazio, che lo renderanno di fatto una città verticale. Studiati anche i collegamenti diretti ai trasporti pubblici cittadini: l’edificio infatti si collegherà direttamente alle linee della metropolitana 2 e 14, così come al Jin Mao Tower ed il World Financial Center suoi prossimi vicini.

Analizzandola nelle destinazioni d’uso, essa risulta suddivisa in 5 principali aree funzionali, con oltre 220.000 mq di uffici per aziende multinazionali e di servizi finanziari, hotel a cinque stelle e strutture di supporto, negozi al dettaglio, zona ricreativa e un nuovo centro commerciale. Il Jinjiang International Hotel, posizionato tra 84° e il 110° piano e dotato di 320 camere per una superficie totale di 80.000 mq, sarà l’albergo più alto al mondo. Inoltre, al fine di evitare la triste immagine di città fantasma al termine delle attività di lavoro giornaliere, verranno insediati al suo interno un centro culturale e per conferenze da oltre 2.000 mq, in aggiunta a una sala per ricevimenti di 1.000 mq in sommità alla struttura.

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Tecnologia

Foto: Terri Meyer Boake via Ctbuh

Dal punto di vista tecnologico, la torre è costituita longitudinalmente dalla sovrapposizione teorica di 9 tamburi a forma cilindrica, racchiusi da due facciate in vetro, una interna e una esterna, la cui sezione ricorda una corona circolare deformata nel piano. Lo spazio tra le due membrane vetrate ha una distanza variabile, che oscilla da 91 cm a 10 m, fornendo così maggiore spazio pubblico all’interno dell’edificio, ed al contempo, un strato di isolamento termico con caratteristiche energetiche simili a quelle di una doppia pelle. Tale scelta permette un costo di gestione minore dell’opera e maggiore sostenibilità ambientale

Tra l’involucro interno e lo strato esterno, il quale sale ruotando su se stesso, 9 zone forniranno lo spazio pubblico per i visitatori e disporranno di propri giardini, bar, ristoranti e spazi commerciali, che offriranno una vista panottica sulla città. La trasparenza di entrambi gli strati della facciata garantirà la visibilità ai fruitori esterni del complesso degli spazi commerciali interni, così come degli eventi che avranno luogo presso la base della torre. Tali piani elimineranno la necessità di uno strato di opacizzazione, indispensabile nella maggior parte degli edifici dotati di una sola facciata altamente riflettente, al fine di ridurre l’assorbimento di calore. I progettisti di Cosentini Associates hanno lavorato a stretto contatto con gli architetti di Gensler al fine di sviluppare un’intercapedine in grado di abbattere i costi di raffreddamento, riducendo al minimo l’effetto camino e il condizionamento dell’aria interna, grazie alla stratigrafia del vetro utilizzato.

L’esterno dell’edificio ruota verso l’alto torcendosi a spirale di circa un grado per piano (fino ad arrivare a 120°) per compensare l’effetto del vento a maggiore altitudine, che può toccare i 183 km/h. Ciò è importante per un qualsiasi grattacielo che sorga a Shanghai, al fine di resistere ai tifoni, che in quell’area sono frequenti. Gensler dichiara che 210.000 mq di vetrate sono state posate per realizzare il sistema curtain-wall sopra descritto, suddivise in 9 zone sostenute strutturalmente da una serie di travi reticolari ognuna alta 2 piani. Il design dei prospetti in vetro del grattacielo è stato pensato con lo scopo di ridurre del 24% i carichi di vento sulla costruzione. Grazie anche all’utilizzo di test in galleria del vento (con modelli in scala 1:500 e 1:85), si è verificata l’uniformità dello spessore del vetro in tutte le sezioni di piano, al contrario dei montanti verticali che sono stati rafforzati, ove necessario, per rispondere alle alte sollecitazioni laterali. Tuttavia, si sono resi necessari minori quantitativi di materiali da costruzione, fra cui il 25% in meno di acciaio strutturale, assicurando così un risparmio di circa 58 milioni di dollari. Ciò nonostante, il peso globale dell’edificio è di circa 850.000 t, per un costo complessivo di 4,2 miliardi di dollari.

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Energia

Per quanto riguarda l’aspetto energetico, anche se la maggior parte di energia del grattacielo sarà fornita da sistemi di alimentazione convenzionale, sulla parte superiore della Torre (fra i 565 m ed i 578 m) saranno installate 270 turbine eoliche ad asse verticale, che potranno generare fino a 350.000 kWh annui di quota elettrica supplementare. I sistemi di riscaldamento e raffreddamento dell’edificio utilizzeranno fonti geotermiche alternativa, oltre a uno a cogenerazione da 3.0 MW; essi sono stati calcolati applicando algoritmi migliorati basati sulla teoria swarm intelligence, al fine di verificare al meglio le combinazioni integrate di cui sopra. Inoltre, è previsto anche un sistema di raccolta e riuso dell’acqua piovana. L’intero insieme delle scelte eco-sostenibili, in totale 43, permetteranno di ridurre l’impronta carbonica dell’edificio di 34.000 t annue.

Per la progettazione eco-sostenibile dell’edificio, ai proprietari della Shanghai Tower, la Shanghai Tower Construction and Development, è stata riconosciuta la certificazione Leed Gold dal U.S. Green Building Council (Usgbc). Esso venne concessa in via preventiva nel marzo del 2010.

Ingegneria strutturale

Dal punto di vista strutturale, c’è da rilevare che Shanghai è costruita su di una zona sismicamente attiva e il cantiere si trova in un bacino idrografico. E’ stato perciò necessario prevedere delle fondazioni piuttosto solide per questo grattacielo, procedendo ad opere di compattazione del terreno di fondazione. Gli ingegneri di Thornton Tomasetti hanno predisposto 1079 pali nel sottosuolo fino a una profondità di circa 86 m, e successivamente gettato 2,15 milioni di mc di calcestruzzo per impostare uno zoccolo di 20 m di spessore per l’ancoraggio all’edificio principale. Per il completamento del getto di fondazione in una sola volta, si sono utilizzate 450 autobetoniere, 8 stazioni di pompaggio per oltre 60.000 mc di calcestruzzo posati senza sosta per 63 ore. I 5 piani interrati ospiteranno 1.800 posti auto, e sono stati terminati nel Marzo 2010.

L’edificio è dotato di due sistemi di smorzamento delle oscillazioni impresse, causate da vento e sisma, il Tuned Mass Damper (Tms) e di uno magnetico. L’attenuazione di tali fenomeni è importante non solo per il comfort degli inquilini all’interno dell’edificio, ma anche al fine di ridurre la fatica strutturale nel tempo. Il Tmd è essenzialmente una grande massa progettata per contrastare tali effetti, composto da 300 lastre di acciaio di dimensioni diverse, che impostano dal 125° al 130° piano, per un peso di 1.000 t. I suoi movimenti sono del tutto impediti da correnti indotte e da campi magnetici. Il secondo sistema di smorzamento nella Torre, l’Eddy Current Damper, è un’insieme di lastre di rame e magneti progettati per controllare il movimento dell’edificio e le sue oscillazioni. Tale sistema si localizza sotto il Tms al piano 125, a circa 400 m d’altezza, con una superficie in pianta di 100 mq. Entrambi i dispositivi riducono lo spostamento della costruzione del 20% e l’accelerazione del 40%.

L’autore


Fabrizio Aimar

Architetto libero professionista, si laurea a pieni voti presso la Facoltà di architettura del Politecnico di Torino. Ha collaborato in un noto studio di ingegneria civile ed infrastrutturale di Torino, redigendo progetti esecutivi e costruttivi in supporto a note firme di architettura internazionali (Jean Nouvel, Renzo Piano, Mario Cucinella, Aymeric Zublena). Ha inoltre collaborato al progetto costruttivo architettonico del Grattacielo Intesa Sanpaolo di RPBW, sempre per uno studio torinese. Dal 2009 è firma della rivista “Il Giornale dell’Architettura”. Dal 2010 è membro della commissione cultura dell’Ordine degli architetti P.P.C. della Provincia di Asti. Nel 2014 è firma della rivista coreana di architettura “C3”.

Riferimenti Editoriali


Componenti strutturali in acciaio

Progettare componenti e connessioni secondo Eurocodici e Norme Tecniche per le Costruzioni

Guida pratica all’uso degli Eurocodici e delle Ntc per il calcolo di componenti strutturali in acciaio, intesi sia come elementi lineari che compongono la struttura (travi, colonne e controventi), sia come elementi di giunzione tra gli stessi (collegamenti bullonati e saldati e ancoraggi di base di colonne).

Autore:   •   Editore: Wolters Kluwer Italia   •   Anno:

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