CITIC Tower, il grattacielo più alto di Pechino

Nella cultura cinese la parola “Zun” ha due importanti significati. Rappresenta la buona volontà comune, un simbolo importante per la comunità di Pechino, ma anche un’antica nave rituale cinese che trasportava vino durante le cerimonie religiose. Ed è proprio da questa parola che prende il nome il China Zun, o più comunemente conosciuto come CITIC Tower, il grattacielo che da questa estate è ufficialmente il più alto di Pechino. Situato nel cuore del Central Business District, con i suoi 528 metri di altezza la CITIC Tower è anche il quinto grattacielo più alto della Cina, il nono nel mondo, ma soprattutto il più iconico mai realizzato.

La sua intrigante forma infatti, larga nella parte superiore e alla base e sottile in mezzo, ricorda volutamente proprio l’antica nave mercantile. Concepita da Kohn Pedersen Fox Associates (KPF) e realizzata da Arup, la CITIC Tower è un capolavoro non solo architettonico ma anche ingegneristico, che ha spinto la progettazione antisismica e alle azioni del vento a livelli fino ad ora mai visti prima.

La forma del grattacielo

Il design dell’edificio è quello di un guscio trasformante che si piega gradualmente per creare una forma drammatica. Questo concetto si applica anche ad altri elementi chiave della torre, inclusi gli ingressi, la hall al piano terra e il ponte di osservazione. Alla base, la torre si infila nel terreno con enormi supporti angolari, mentre il guscio esterno viene delicatamente sollevato e allungato in avanti sui quattro lati, estendendo fisicamente la lobby verso l’esterno e formando spazi di consegna dinamici.

Nella parte superiore, l’involucro esterno diventa più trasparente e consente una maggiore visibilità dell’interno, che si illumina di notte, formando un faro visibile in tutta la città. La dimensione della pianta perfettamente quadrata cambia lungo tutta l’altezza dell’edificio: dai 78 metri della base si passa a un minimo di 54 metri di larghezza a 385 metri di altezza, per poi ri-allargarsi fino in cima, dove la misura in pianta è di 70 metri. La forma sinuosa e soprattutto più larga in cima rappresenta il tratto distintivo della CITIC Tower, ma anche la più grande difficoltà progettuale.

Avere più spazio ai piani alti è un lusso architettonico fortemente voluto dai committenti per permettere a più persone possibili di lavorare con una vista impareggiabile, ma a questo lusso corrisponde un’enorme fatica progettuale. Più spazio ai piani alti significa più peso concentrato in sommità, e quindi più massa sismica, in questo caso situata a 528 metri di altezza.

E’ questa la più grande differenza con gli altri super grattacieli sparsi in giro per il mondo, che al contrario hanno forme lineari e in generale dimensioni che si restringono lungo l’altezza. La CITIC Tower è un edificio fortemente irregolare in pianta e in altezza, e per farla sopravvivere in una zona in cui la PGA è di 0,2g si è resa necessaria una progettazione antisismica davvero eccezionale.

Il sistema strutturale: il mega frame esterno

In generale, nei super grattacieli la rigidezza alle azioni orizzontali viene affidata ad un nucleo centrale in calcestruzzo, che spesso corrisponde con il vano scala, integrato con una struttura perimetrale in acciaio. Delle due strutture, è il core interno ad avere più valenza strutturale. Questa soluzione, utilizzata ad esempio nella Shanghai Tower, permette di avere grandi spazi interni senza ingombri di colonne. Già però nelle fasi preliminari di studio del China Zun, i progettisti si erano resi conto che questa soluzione non avrebbe garantito sufficiente rigidezza laterale al grattacielo, a causa della sua particolare forma e della sua elevata snellezza. La soluzione quindi è stata quella di ideare un mega sistema resistente duale in cui è la struttura perimetrale a fungere da struttura principale, lavorando congiuntamente con il nucleo centrale.

La struttura perimetrale è composta da mega colonne, mega controventi e travi tralicciate ad anello (belt truss), che dividono i piani della torre in 9 zone. Le otto mega colonne, due per ogni angolo del piano che poi si uniscono fino a diventare quattro nella zona 0, sono enormi tubolari circolari in acciaio riempiti con calcestruzzo di classe C70 e C50 (Concrete Filled Tube). La forza di gravità viene trasmessa zona per zona alle mega colonne tramite le belt truss e grazie anche ad un sistema di sotto telai.

La geometria del mega telaio è stata attentamente studiata utilizzando un approccio parametrico avanzato alla progettazione strutturale che ha coinvolto anche la tecnologia BIM. Le dimensioni del pavimento a terra, in alto e in cima, l’altezza, la curvatura del profilo della torre e il raggio di arrotondamento degli angoli sono i parametri critici che hanno controllato le funzioni architettoniche e le prestazioni strutturali.

Le parti più esterne delle megacolonne sono collegate ai mega controventi e alle belt truss tramite grandi piatti in acciaio che hanno eliminato la necessità della cassaforma per il calcestruzzo. Per migliorare la duttilità e minimizzare l’effetto negativo del creep e del restringimento del calcestruzzo, sono state distribuite all’interno della sezione CFT gabbie di rinforzo in acciaio attraverso fori praticati a getto indurito. Gli irrigidimenti verticali sono disposti simmetricamente sulla faccia interna delle piastre d’acciaio e legati con barre di rinforzo per frenare la deformazione fuori piano delle piastre d’acciaio.

Il nucleo interno

Il nucleo si estende dalla base fino al tetto della mega torre, è di pianta quadrata e si trova al centro dell’edificio. Il piano di base è di circa 39 m × 39 m, che è ridotto a un quadrato più piccolo al 34° piano con una disposizione simmetrica. Le pareti del nucleo sono speciali pareti resistenti a taglio chiamate Composite Shear Walls, realizzate con un calcestruzzo di classe C60 e integrate con sezioni in acciaio. Queste pareti rappresentano un sistema resistente ottimo in zona sismica, poiché nascono da un abbinamento perfetto tra i due materiali.

Il piatto d’acciaio, privo di deformazione di vincolo dal calcestruzzo, dona un’elevata resistenza al taglio, mentre le colonne in acciaio forniscono buona capacità assiale. Piatti e colonne, saldati tra di loro per consentire un’ottima collaborazione, sono annegati in un getto di calcestruzzo, il quale contribuisce alla rigidità della parete fornendo anche una buona resistenza al fuoco.

Lo spessore della parete del nucleo si riduce gradualmente da 1200 mm di spessore alla base della torre a 400 mm nella parte superiore. La piastra di acciaio all’interno del CSW è una piastra singola di spessore 60 mm nella parte inferiore del grattacielo, ridotta a 30 mm di spessore al 41 ° piano.

Le fondazioni

A causa della limitata area del sito, il seminterrato ha 6 piani e si estende fino ad una profondità di 38 metri sotto il piano terra. A sostenere il grattacielo c’è un mega solettone spesso 6,5 metri realizzato in cemento armato di classe C50, sostenuto a sua volta da pali di fondazione lunghi 37 metri, che raggiungono uno strato di ciottoli e ghiaia rotonda a circa 75 m al di sotto del piano campagna. I pali hanno un diametro di 1,0/1,2 metri, con un valore di capacità caratteristica del singolo palo di 1450/1600 tonnellate.

Le analisi effettuate

Per le analisi sono stati utilizzati diversi software tra cui ETABS, MIDAS e LS-DYNA, quest’ultimo utilizzato per l’analisi elasto-plastica al fine di valutare il comportamento dell’edificio in caso di grave terremoto. La massa sismica totale per la torre è di 658.000 tonnellate, equivalente a 1,83 tonnellate per metro quadrato di superficie. I primi tre periodi di vibrazione della struttura sono 7,30 secondi, 7,27 e 2,99 secondi, con i primi due modi di vibrare che sono traslazionali. Lo spostamento massimo sotto il carico del vento, calcolato con un periodo di ritorno di 50 anni, è di 330 mm, mentre quello dovuto ad terremoto abbastanza frequente è di 570 mm. Dalle analisi è emerso che il mega frame esterno in acciaio assorbe tra il 40% e il 50% del taglio di piano e circa il 67% del momento ribaltante totale, riducendo così di molto la richiesta al nucleo interno. Il massimo taglio alla base riscontrato, con un periodo di ritorno di 100 anni, è di 59 MN.

Sono stati anche effettuati diversi test in galleria del vento su un modello in scala 1:500, prendendo in considerazione due diversi scenari di prossimità, ovvero con la presenza o meno degli altri grattacieli che potrebbero essere costruiti vicino alla torre. Nel dicembre 2013, presso la China Academy of Building Research, è stato effettuato anche un test su tavola vibrante di un modellino fisico del grattacielo in scala 1:40, al fine di testare le prestazioni strutturali in base a dati storici relativi a tre livelli di terremoti. I risultati principali hanno mostrato coerenza con l’analisi elasto-plastica e giustificano la sicurezza strutturale del grattacielo così come progettato.

Il nuovo simbolo di Pechino

Queste le parole di Robert Whitlock, Design Principal di Kohn Pedersen Fox Associates:

Abbiamo immaginato la CITIC Tower come rappresentazione della storia e delle persone, ci siamo approcciati all’edificio come se fosse un’entità pubblica. La facciata continua, con uno strato leggero e delicato, si ripiega alla base e segnala l’ingresso dell’edificio da diversi punti. Sembra galleggiare sopra il piano terra, evocando l’attività che si verifica alla sua base e unendo l’uomo con l’architettura nell’attività di tutti i giorni Questa sincronia tra il grattacielo e il paesaggio, unita alla sua forma semplice e scultorea, definisce la CITIC Tower.