Warum ein Hochhaus sich bewegen muss, um ruhiger zu stehen

Im oberen Stockwerk eines sehr hohen Turms kann Wind spürbar werden, obwohl das Gebäude sicher steht. Die naheliegende Idee lautet: mehr Beton, mehr Steifigkeit, weniger Bewegung. Ein Forschungsteam schlägt ausgerechnet das Gegenteil vor. Nutzbare obere Geschosse sollen sich gegenüber dem Gebäudekern ein wenig bewegen und damit die Schwingung dämpfen. Ein Windkanalversuch von 2026 liefert dafür auffällige Zahlen. Aber wie kann eine bewegliche Etage einen Turm beruhigen? Und was sagt ein Modell über ein Haus, in dem später Menschen arbeiten sollen?

Kernpunkte

Der Ansatz: Obere Nutzgeschosse werden über Federn und Dämpfer kontrolliert mit einem tragenden Kern verbunden. Ihre Masse übernimmt eine Aufgabe, für die Hochhäuser sonst oft ein zusätzliches schweres Pendel brauchen.

Der Befund: Bei einem skalierten Windkanalmodell sanken Spitzenbeschleunigungen gegenüber der starren Vergleichsvariante in Windrichtung um bis zu 71 Prozent, quer dazu um bis zu 58 Prozent. Das sind Bestwerte unter untersuchten Bedingungen, keine Prognose für jedes Hochhaus.

Die Grenze: Das Konzept wurde experimentell am Modell und ergänzend mit Simulationen untersucht. Langzeitbetrieb, Baukosten, Wartung, Zulassung und eine konkrete Klimabilanz eines realen Turms sind damit noch nicht belegt.

Warum schwankt ein Hochhaus überhaupt?

Wind drückt nicht einfach gleichmäßig gegen eine Wand. Böen verändern ihre Stärke, die Strömung löst sich an Gebäudekanten ab, und der Turm antwortet mit seinen eigenen Schwingungsformen. Je höher und schlanker er ist, desto wichtiger wird, wie schnell sich seine oberen Stockwerke seitlich beschleunigen. Man muss dabei zwei Fragen auseinanderhalten: Hält die Konstruktion die Last aus? Und fühlen sich Menschen darin noch wohl? Die American Society of Civil Engineers beschreibt die Windwirkung gerade bei hohen Bauten als eigenes Entwurfsproblem.

Ein wenig elastische Bewegung ist kein Beweis für einen gefährlichen Bau. Ein Turm, der unter Last überhaupt nicht nachgibt, wäre auch kein realistisches Planungsziel. Problematisch wird eine Bewegung, wenn sie zu starke Kräfte in Bauteile bringt oder für Menschen unangenehm wird. Deshalb schauen Fachleute im Windkanal auf mehr als die Auslenkung der Spitze: Beschleunigung, Verdrehung, Lasten am Fuß und das Verhalten bei verschiedenen Windrichtungen gehören dazu. Eine andere Windkanalstudie von 2026 erinnert zusätzlich daran, dass Dämpfung und Strömung je nach Schwingungsamplitude und Richtung variieren können. Ein einzelner Wert beschreibt also keinen Turm vollständig.

Die ungewöhnliche Idee: Die Etagen sind selbst der Dämpfer

Ein bewährter Weg ist eine schwere Zusatzmasse nahe dem Dach. Bewegt sich der Turm, schwingt sie zeitversetzt und nimmt der Hauptbewegung Energie. Beim Fukuoka Tower dokumentierten Ingenieure bereits eine solche Lösung samt Messungen am fertigen Bauwerk. Auch große Hochhäuser nutzen dieses Prinzip. Es braucht allerdings eine zusätzliche Masse, Platz und eine tragfähige Aufhängung.

Die neue Arbeit in *Nature Communications* fragt: Warum eine schwere Masse einbauen, wenn die oberen Geschosse selbst schon schwer sind? Im untersuchten Entwurf trägt ein zentraler Kern die Stabilität. Ein Teil der oberen Bürogeschosse darf sich horizontal leicht relativ zu ihm verschieben. Federn begrenzen die Bewegung; viskose Dämpfer bremsen sie. „Viskos“ meint hier: Ein Medium setzt der Bewegung Widerstand entgegen, ähnlich wie ein Stoßdämpfer, und wandelt einen Teil ihrer Energie in Wärme um. Menschen sollen weiterhin ganz gewöhnliche Nutzflächen bekommen, keine technische Leeretage.

Das ist mehr als der Satz „Das Haus schwingt mit“. Die Geschosse müssen sich anders bewegen als der Kern, sonst entsteht an der Verbindung keine wirksame Dämpfung. Zugleich darf der Unterschied nicht so groß werden, dass Türen, Leitungen oder Brandschutzfugen versagen. Die Forschung verlegt damit einen Teil der Ingenieurarbeit von der Frage „Wie mache ich alles steifer?“ zur Frage „Wo lasse ich wie viel kontrollierte Bewegung zu?“

Was im Windkanal gemessen wurde

Für die Arbeit entstand ein aeroelastisches Modell im Maßstab 1:300. „Aeroelastisch“ heißt, dass es nicht nur die Form im Wind zeigt, sondern auch die Bewegung des Tragwerks nachbilden soll. Als Vorbild diente ein gedachter 300 Meter hoher Turm mit 65 Geschossen. Die oberen Module konnten relativ zum Kern arbeiten; für den Vergleich ließen sie sich auch festsetzen. Windgeschwindigkeit, Windrichtung und die Steifigkeit der Verbindung wurden variiert. Die Forschenden ergänzten den Versuch durch numerische Analysen und Erdbebensimulationen.

Das auffälligste Ergebnis sind Reduktionen der Spitzenbeschleunigung von bis zu 71 Prozent in Windrichtung und 58 Prozent quer zum Wind gegenüber der starren Vergleichsvariante. Auch die am Gebäudefuß wirkenden Querkräfte und Kippmomente fielen in untersuchten Konfigurationen geringer aus. Für Windereignisse mit zehn- beziehungsweise fünfzigjähriger Wiederkehr blieben die auf Bauwerksgröße umgerechneten relativen Bewegungen zwischen Kern und Geschossen im Modell unter 50 Millimetern. Diese Zahl ist keine Aussage, dass die Turmspitze nur 50 Millimeter schwankt; sie beschreibt den Weg zwischen zwei Teilen des Systems.

Der Vergleich ist stark, weil die Forschenden die bewegliche und die fixierte Variante desselben Versuchsaufbaus gegenüberstellen konnten. Er ist begrenzt, weil ein Modell immer Annahmen über Masse, Steifigkeit, Dämpfung und Strömung benötigt. Selbst eine sorgfältige Skalierung kann nicht sämtliche Eigenschaften der Natur in einem kleinen Windkanal identisch abbilden. Aus „bis zu 71 Prozent“ wird deshalb weder „71 Prozent sicherer“ noch „alle Hochhäuser brauchen bewegliche Stockwerke“.

Kann man in solchen Stockwerken normal arbeiten?

Die Studie entwirft dafür konkrete Anschlüsse. Aufzüge könnten vollständig im festen Kern bleiben. Wo Leitungen vom Kern in die beweglichen Geschosse führen, wären flexible Verbindungen und Dehnungsschleifen nötig. Bewegungsfugen müssten mit Abdeckungen und feuerbeständigen Füllungen funktionieren, ohne die Brandabschnitte zu öffnen. Die Last der Geschosse würde über geeignete Gleit- oder Lagerpunkte übertragen. Das sind bekannte Bauteilprinzipien, aber ihre Kombination in einem tatsächlich genutzten Turm wäre ein anspruchsvolles Gesamtprojekt.

Die Zeichnung des Anschlusses ist noch kein Wartungsprotokoll. Dämpfer altern, Dichtungen werden beansprucht, Leitungen müssen zugänglich bleiben, und ein Brand darf an einer beweglichen Fuge keinen leichteren Weg finden. Ebenso muss das System bei außergewöhnlichem Wind oder einem Erdbeben Grenzen einhalten, auch wenn ein Bauteil ausfällt. Hier trifft Architektur auf Betrieb: Die cleverste Bewegung nützt wenig, wenn ein Gebäude nur auf dem Prüfstand gut funktioniert. Unser Beitrag über Bauwerksmonitoring mit Glasfasern zeigt, warum Beobachtung und Wartung nach dem Bau eigene Aufgaben sind; er beschreibt allerdings kein solches Dämpfungssystem.

Verspricht die Idee auch weniger Material und CO₂?

Die Autorinnen und Autoren sehen eine Chance: Wenn der Turm bei Wind geringere Beschleunigungen und kleinere Lasten zeigt, könnten Tragwerk und Fundament künftig materialärmer dimensioniert werden. Das ist eine plausible Entwurfsrichtung, keine aus dem Windkanal ablesbare CO₂-Einsparung. Dafür bräuchte es einen konkret durchgeplanten Bau, Materialmengen, Herstellungsdaten, Wartung, Lebensdauer und einen fairen Vergleichsentwurf. Federn, Dämpfer und bewegliche Anschlüsse haben selbst einen Material- und Betriebsaufwand.

Dass leistungsorientiertes Winddesign durchaus Material sparen kann, zeigt ein anderes, bereits angewandtes Verfahren: Die ASCE berichtet über einen Turm in Austin, bei dem differenziertere Windanalysen den Betonkern schlanker machten. Das bestätigt nicht die beweglichen Geschosse des neuen Konzepts; es belegt, dass die Frage nach Windlast, Komfort und Materialbedarf in realen Projekten zusammen entschieden wird. Ebenso gilt: Die numerischen Erdbebenanalysen der neuen Studie sind interessant, aber ein Windkanalversuch ist kein Nachweis der Erdbebensicherheit eines künftigen Hochhauses. Wie solche Bauten grundsätzlich kontrolliert nachgeben können, erklären wir im Beitrag über erdbebensicheres Bauen.

Was müsste als Nächstes passieren?

Die reizvolle Antwort lautet nicht: Hochhäuser sollen beliebig wackeln. Die Antwort lautet: gezielt zugelassene Relativbewegung kann eine Ressource des Tragwerks sein. Ein sinnvoller nächster Schritt wäre ein gut überwachter Demonstrator, dessen Fugen, Leitungen und Dämpfer unter echten Wetter- und Betriebsbedingungen geprüft werden. Ich halte das für forschungswürdig, gerade weil der Windkanal einen ungewöhnlich klaren Effekt zeigt. Der stärkste Einwand ist ebenso konkret: Ein Modell kann Jahrzehnte Wartung, Ausfälle, Baukosten und lokales Baurecht nicht vorwegnehmen. Vor einem breiten Einsatz müsste genau das offen untersucht werden.

Wer beim Gedanken an einen schwingenden Turm erschrickt, verwechselt leicht Bewegung mit Kontrollverlust. In der Architektur kommt es jedoch darauf an, welche Teile sich wie weit und wofür bewegen. Das neue Experiment zeigt einen möglichen Weg, die Masse vorhandener Geschosse für den Komfort zu nutzen. Ob daraus eines Tages ein normales Hochhaus wird, entscheidet sich an den unscheinbaren Anschlüssen zwischen Kern und Etage – und an Messungen außerhalb des Windkanals.