In 1956, architect Frank Lloyd Wright proposed a mile-high skyscraper. It was going to be the world’s tallest building, by a lot — five times as high as the Eiffel Tower. But many critics laughed at the architect, arguing that people would have to wait hours for an elevator, or worse, that the tower would collapse under its own weight. Most engineers agreed, and despite the publicity around the proposal, the titanic tower was never built.
ב 1956, הארכיטקט פרנק לויד רייט הציע גורד שחקים בגובה קילומטר וחצי. הוא היה מיועד להיות הבניין הגבוה בעולם. בהרבה -- פי חמשה ממגדל אייפל. אבל הרבה מבקרים צחקו על הארכיטקט, וטענו שאנשים יצטרכו לחכות שעות למעלית, או גרוע יותר, שהמגדל יקרוס תחת משקלו. רוב המהנדסים הסכימו, ולמרות הפרסום סביב ההצעה, המגדל הטיטאני מעולם לא נבנה.
But today, bigger and bigger buildings are going up around the world. Firms are even planning skyscrapers more than a kilometer tall, like the Jeddah Tower in Saudi Arabia, three times the size of the Eiffel Tower. Very soon, Wright’s mile-high miracle may be a reality.
אבל היום, בניינים גדולים יותר ויותר נבנים מסביב לעולם. חברות אפילו מתכננות גורדי שחקים בגובה של מעל קילומטר, כמו מגדל ג'דה בערב הסעודית, פי שלושה מגובה מגדל אייפל. בקרוב, הנס בגובה קילומטר וחצי של רייט אולי יהפוך למציאות.
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
אז מה בדיוק עצר בעדנו מלבנות את מבני הענק האלו לפני 70 שנה, ואיך אנחנו בונים משהו בגובה קילומטר וחצי היום?
In any construction project, each story of the structure needs to be able to support the stories on top of it. The higher we build, the higher the gravitational pressure from the upper stories on the lower ones. This principle has long dictated the shape of our buildings, leading ancient architects to favor pyramids with wide foundations that support lighter upper levels. But this solution doesn’t quite translate to a city skyline– a pyramid that tall would be roughly one-and-a-half miles wide, tough to squeeze into a city center.
בהרבה פרוייקטי בניה, כל קומה של המבנה צריכה להיות מסוגלת לתמוך בקומות מעליה. ככל שנבנה גבוה יותר, הלחץ הכבידתי של הקומות העליונות על התחתונות גדל. העקרון הזה הכתיב במשך זמן רב את צורת הבניינים שלנו, מה שגרם לארכיטקטים עתיקים להעדיף פירמידות עם יסודות רחבים שתומכים בקומות הגבוהות הקלות יותר. אבל הפתרון הזה לא ממש מתרגם לקו הרקיע של העיר -- פירמידה בגודל כזה תהיה ברוחב של בערך שניים וחצי קילומטרים, מה שקשה להכניס למרכז העיר.
Fortunately, strong materials like concrete can avoid this impractical shape. And modern concrete blends are reinforced with steel-fibers for strength and water-reducing polymers to prevent cracking. The concrete in the world’s tallest tower, Dubai’s Burj Khalifa, can withstand about 8,000 tons of pressure per square meter– the weight of over 1,200 African elephants!
למרבה המזל, חומרים חזקים כמו בטון יכולים למנוע את הצורה הלא פרקטית הזו. ותערובות בטון מודרניות מחוזקות בסיבי פלדה לחוזק ופולימרים מפחיתי לחות כדי למנוע הסדקות. הבטון בבניין הגבוה בעולם, בורג' חליפה בדובאי, יכול לעמוד בלחץ של 8000 טון למטר מרובע -- המשקל של יותר מ 1200 פילים אפריקאים!
Of course, even if a building supports itself, it still needs support from the ground. Without a foundation, buildings this heavy would sink, fall, or lean over. To prevent the roughly half a million ton tower from sinking, 192 concrete and steel supports called piles were buried over 50 meters deep. The friction between the piles and the ground keeps this sizable structure standing.
כמובן, אפילו אם בניין תומך בעצמו, הוא עדיין צריך תמיכה מהקרקע. בלי יסודות, בניינים כאלה כבדים ישקעו, יפלו או יטו. כדי למנוע משקיעת הבניין בן חצי מליון הטון, 192 תומכות בטון ופלדה שנקראות עמודים נקברות בעומק של מעל 50 מטר. החיכוך בין העמודים והקרקע שומר על המבנה הגדול הזה עומד.
Besides defeating gravity, which pushes the building down, a skyscraper also needs to overcome the blowing wind, which pushes from the side. On average days, wind can exert up to 17 pounds of force per square meter on a high-rise building– as heavy as a gust of bowling balls. Designing structures to be aerodynamic, like China’s sleek Shanghai Tower, can reduce that force by up to a quarter. And wind-bearing frames inside or outside the building can absorb the remaining wind force, such as in Seoul’s Lotte Tower.
חוץ מלהתנגד לכבידה, שדוחפת את הבניין למטה, גורד שחקים צריך לגבור גם על הרוח הנושבת, שדוחפת מהצדדים. ביום ממוצע, הרוח יכולה להפעיל כוח של עד 5 קילו למטר מרובע על גורד שחקים -- כמו משב של כדורי באולינג. תכנון מבנים אוירודינמיים, כמו מגדל שנגחאי החלקלק, יכול להפחית את הכוח הזה בעד רבע. ומסגרות עמידות רוח בתוך או מחוץ לבניין יכולות לספוג את שאר כוח הרוח, כמו במגדל לוטה בסיאול.
But even after all these measures, you could still find yourself swaying back and forth more than a meter on top floors during a hurricane. To prevent the wind from rocking tower tops, many skyscrapers employ a counterweight weighing hundreds of tons called a “tuned mass damper.” The Taipei 101, for instance, has suspended a giant metal orb above the 87th floor. When wind moves the building, this orb sways into action, absorbing the building’s kinetic energy. As its movements trail the tower’s, hydraulic cylinders between the ball and the building convert that kinetic energy into heat, and stabilize the swaying structure.
אבל אפילו אחרי כל הפעולות האלו, עדיין תוכלו למצוא את עצמכם מתנדנדים קדימה ואחורה יותר ממטר בקומות העליונות במהלך הוריקן. כדי למנוע מהרוח לנענע את פסגות הבניינים, הרבה גורדי שחקים משתמשים במשקולות איזון במשקל מאות טונות שנקראות "משככי מאסה מכווננים." בטאייפי 101 למשל, יש כדור מתכת עצום תלוי מעל הקומה ה 87. כשהרוח מניעה את הבניין, הכדור מתנודד לפעולה, סופג את האנרגיה הקינטית של הבניין. כשהתנועה שלו עוקבת אחרי המגדל, צילינדרים הידראוליים בין הכדור והבניין ממירים את האנרגיה הקינטית לחום, ומייצבים את המבנה המתנודד.
With all these technologies in place, our mega-structures can stay standing and stable. But quickly traveling through buildings this large is a challenge in itself. In Wright’s age, the fastest elevators moved a mere 22 kilometers per hour. Thankfully, today’s elevators are much faster, traveling over 70 km per hour with future cabins potentially using frictionless magnetic rails for even higher speeds. And traffic management algorithms group riders by destination to get passengers and empty cabins where they need to be.
עם כל הטכנולוגיות האלו, מבני הענק שלנו יכולים להשאר עומדים ויציבים. אבל מעבר מהיר בתוך הבניינים האלו זה אתגר בפני עצמו. בזמנו של רייט, המעליות המהירות ביותר נעו במהירות של 22 קילומטר לשעה. למרבה המזל, היום מעליות הרבה יותר מהירות, נעות ביותר מ 70 קמ"'ש עם תאים עתידיים שישתמשו פוטנציאלית במסילות מגנטיות חסרות חיכוך למהירויות גבוהות אף יותר. ואלגוריתמי ניהול תנועה מקבצים נוסעים לפי יעד כדי להביא נוסעים ותאים ריקים למקום בו הם צריכים להיות.
Skyscrapers have come a long way since Wright proposed his mile-high tower. What were once considered impossible ideas have become architectural opportunities. Today it may just be a matter of time until one building goes the extra mile.
גורדי שחקים עברו דרך ארוכה מאז ההצעה של רייט למגדל בגובה קילומטר וחצי. מה שפעם נחשב לרעיון בלתי אפשרי הפך להזדמנויות ארכיטקטוניות. היום זה יכול להיות רק עניין של זמן עד שבניין אחד יגיע לגובה מייל.