Es beherbergt Galerien, Theaterräume, Büros und Archive. Ziel des Entwurfs der Architekten war, einen sinnvollen Bezug zu dem geschichtsträchtigen Ort aufzubauen und zugleich das bedeutsame afrikanische Erbe Amerikas widerzuspiegeln. Drei wesentliche Elemente prägen die Gestalt: die kronenartige Gesamtform, das lange offene Vordach als Übergang zum Gelände und die bronzene, diaphane Hülle des Gebäudes. Über die Hälfte des Volumens befindet sich unter der Erde, fünf Stockwerke ragen nach oben. Neigungswinkel und Elementgrößen der bronzenen Gitterhülle nehmen Bezüge zu den Steinen des Washington Monument auf, ihre Ornamentik dagegen verweist auf afrikanische Handwerkskunst.
Mit etwa 50 m ist der Baukörper ähnlich weit von der Mall zurückgesetzt wie seine Nachbargebäude. In der geneigten Unterseite des südlichen Vordachs spiegeln sich die Bewegungen einer darunter angeordneten Wasserfläche. Im Inneren erwartet die Besucher ein eindrucksvoller geschichtlicher Rundgang durch weitläufige stützenfreie Räume mit effektvollem Licht- und Schattenspiel. Die unterirdischen Museumsbereiche mit den hohen Räumen der historischen Galerie besitzen eine ruhige, konzentrierte Atmosphäre. Der »Oculus« – ein rundes Oberlicht – lässt durch einen Wasserschleier gefiltertes Licht einfallen.
Die oberen Geschosse dagegen bieten spannende Ausblicke durch die diaphane Hülle hindurch auf die Mall, die Nachbargebäude und den Monuments Ground. GA
Eine unkonventionelle Tragstruktur
Die Tragwerksplanung des neuen Museumsgebäudes mit seiner charakteristischen Architektur erforderte eine Reihe unkonventioneller Ansätze. Um eine stützenfreie Lobby zu schaffen, wird der gesamte oberirdische Teil des Gebäudes von vier vertikalen Kernen getragen. Weit gespannte Verbundplattenträger tragen die Decken der oberen Geschosse. Die Gebäudehülle mit ihrem markanten Sägezahnprofil ist vom obersten Geschoss abgehängt. Eine über die gesamte Gebäudebreite spannende Stahlkonstruktion schließlich bildet das südliche Vordach.
Die Verbundkonstruktion der Gebäudekerne
Bei den vier Kernen handelt es sich um Verbundsysteme aus einem Stahlskelett mit ausfachenden Stahlbetonwänden. Die Kerne tragen die gesamten Vertikallasten des Gebäudes und dienen auch als primäres System zur Horizontalaussteifung. Ihr hybrides Konstruktionssystem wurde gewählt, weil es die für die abgehängte Fassade erforderliche hohe Steifigkeit bietet, große Durchdringungen für die Haustechnik erlaubt und sehr widerstandsfähig gegen Erdbeben, Explosionen und fortschreitendes Versagen ist. Zudem ermöglicht es einfache Anschlüsse an die Stahlkonstruktion der Decken. Die Auslegung der Kerne war vor allem durch die seismische Belastung bestimmt. Sie unterliegen zudem erheblichen asymmetrischen Lasten durch die unterschiedlichen Deckenauskragungen. Die Lastverteilung zwischen Skelett und Wänden erfolgt über Kopfbolzen, die eine Quer- und Axialkraftübertragung ermöglichen. Rund um die Scherbolzen ist die Bewehrung verstärkt und einzelne Bewehrungsstäbe sind an die Stahlrahmen angeschlossen. Die Dicke der Ausfachungswände variiert von 254 bis 406 mm, je nach erforderlicher Querkraftübertragung.
Für die Analyse der komplexen Wechselwirkungen zwischen Stahl und Beton wurden vier separate Strukturmodelle entwickelt:
• Modell 1 als reines Stahlmodell mit »Dummy«-Diagonalen, zur Bemessung des Skeletts für Vertikal- und Horizontallasten und die Auslegung der Stahlverbindungen.
• Modell 2 als reines Betonmodell mit allen notwendigen Öffnungen, zur Bestimmung der erforderlichen Wanddicken, der Bewehrung und der Anzahl der Kopfbolzen.
• Modell 3 ist ein Verbundmodell zur Berechnung der Lastverteilung zwischen den Komponenten und der Verformung.
• Modell 4 ähnelt Modell 3, die Verbindungsbolzen werden jedoch als nichtlineare Elemente modelliert – ein speziell entwickelter Ansatz, um die Interaktion zwischen Stahl und Beton besser darzustellen.
Bemessung und Analyse der Decken
Stahlblechverbundträger mit einer Breite von 1,12 m und einer Spannweite von 20,2 m tragen die Verbunddecken, die mit ihrer Dicke von 19 cm eine gute Schwingungsdämpfung bieten und auch Scherkräfte aus den Horizontallasten der abgehängten Fassadenkonstruktion aufnehmen können. Erstes bis drittes Obergeschoss reichen an drei Gebäudeseiten über die Kerne hinaus. Dabei unterstützen hohe auskragende Stahlträger die Decken und das Rolltreppensystem im Norden. An der Ost- und Südseite werden die Außenkanten dieser Geschosse von umlaufenden vertikalen Stahlfachwerkträgern getragen, die über Ausleger mit Diagonalstreben an die Kerne anschließen. Das Fachwerk ist in den unteren Ebenen stärker ausgebildet, um diese als steife Plattform zur Errichtung der darüber liegenden Teile nutzen zu können. Das oberste Geschoss reicht ringsum über die Kerne hinaus und wird von geschosshohen vertikalen Fachwerkbindern gestützt, die aus den Gebäudekernen auskragen. Die Bemessung und Analyse der Decken umfasste folgende Überlegungen:
• eine Schwingungsanalyse, um ausreichenden Komfort in den Galerien sicherzustellen
• die Berücksichtigung größerer Durchdringungen der Verbundplattenträger
• Analyse der Verbundplattenträger bezüglich Torsion bei lokalen Explosionen
• eine Finite-Elemente-Analyse der auskragenden Fassadenaufhängungen mit Erfassung von Ermüdungsbeanspruchungen
• die Berücksichtigung aller während des Bauablaufs auftretenden Verformungen
Das Tragwerk der Gebäudehülle
Das Fassadensystem mit seinem zeichenhaften Sägezahnprofil besteht aus schlanken vertikalen und horizontalen Stahlfachwerkträgern, die eine innere Isolierverglasung und eine äußere Schicht aus perforierten bronzefarbenen Aluminiumgussplatten tragen. Es ist vom Rand der obersten Geschossdecke an Auslegern aus Stahlkastenträgern abgehängt. Dies ermöglicht ein filigranes Fassadentragwerk, da die Eigenlasten die Elemente effektiv gegen Windlasten und andere äußere Lasten vorspannen. Die Lösung erforderte die strenge Begrenzung seitlicher Verformungen der Gesamtstruktur und bewegliche untere Fassadenanschlüsse. Der Entwurf des Fassadentragwerks sah vertikale Stahlkabel zur Abhängung horizontaler Fachwerkträger und auskreuzende Spannkabel zur Ableitung horizontaler Lasten vor. Im Zuge der Ausführungsplanung wurde das dreidimensionale Tragwerk schließlich durch hängende Vertikalbinder aus Stahlhohlprofilen (HSS) ersetzt. Neben Windkanalversuchen erfolgten auch Analysen der signifikanten Eisbelastung der freiliegenden Fassadenplatten.
Das freitragende Vordach
Die von der übrigen Gebäudestruktur unabhängige Konstruktion des Vordachs besteht aus einem Stahl-Kastenträger mit einem Querschnitt von 2800 × 1872 mm. Dieser spannt frei über 52,5 m zwischen zwei Stahlblech-Kastenstützen. Konische Stahlträger kragen vom Kastenträger aus und bilden den flügelförmigen Querschnitt des mit dünnen Betonfertigteilen bekleideten Vordachs. Bei der Analyse und Bemessung des Kastenträgers waren erhebliche Torsionskräfte aus Eigenlasten und äußeren Lasten zu berücksichtigen.
