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.
1956-ban Frank Lloyd Wright építészmérnök egy 1,6 km magas felhőkarcolót tervezett. Ez lett volna a világ messze legmagasabb épülete, ötször magasabb, mint az Eiffel-torony. Azonban sokan kinevették, azzal érvelve, hogy órákig kell majd várni a liftre, vagy még rosszabb, a torony összedőlne saját súlyától. A legtöbb mérnök egyetértett, és a terv népszerűsége ellenére, az óriás torony sosem épült meg.
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.
Manapság azonban magasabbnál magasabb tornyok épülnek a világ minden táján. Építészirodák több mint egy kilométeres felhőkarcolókat terveznek, mint például a szaúd-arábiai Dzsidda torony, mely háromszor magasabb az Eiffel-toronynál. Hamarosan Wright mérnök csoda terve akár meg is valósulhat.
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
Akkor mi gátolta meg ilyen gigászi épületek megalkotását 70 évvel ezelőtt, és hogyan építhetünk mérföldnyi magas épületeket napjainkban?
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.
Bármilyen építészeti tervnél az épület minden emeletének támasztania kell a felsőbb emeleteket. Minél magasabb az épület, annál nagyobb gravitációs nyomás hat a felsőbb emeletekről az alsóbbakra. Ez az elv szabja meg épületeink formáját. Ókori mérnökök is azért tervezték szélesebbre a piramisok alapját, hogy megtarthassák a könnyebb, magasabb szinteket. Azonban ez a megoldás nem alkalmazható városokban, mivel egy ilyen magas piramis legalább 2,5 km szélesen terülne el, így nehéz lenne bepréselni egy városközpontba.
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!
Szerencsére az olyan erős anyagok, mint a beton, máshogy működnek. A manapság használt betonkeverékeket acélszálak erősítik meg, Víztaszító polimereket is adnak hozzá a repedések ellen. A világ legmagasabb épületében, a dubaji Burdzs Kalifában, a beton 8000 tonna nyomást bír el négyzetméterenként, ami több mint 1200 afrikai elefánt súlyával egyezik meg!
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.
Természetesen, még ha az épület meg is tartja magát, szükséges a stabil talaj is. Erős alapok nélkül az ilyen nehéz épületek lesüllyednének, eldőlnének vagy elferdülnének. Hogy megakadályozzák a majdnem félmillió tonnás torony elsüllyedését, 192 beton és acél támasztékoszlopot ástak le a talajba 50 méter mélyen. Az oszlopok és a föld közötti súrlódás tartja egyben ezt a hatalmas építményt.
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.
A gravitáció legyőzése mellett, ami az épületet lefelé nyomja, a felhőkarcolóknak széllökésekkel is meg kell birkózniuk, melyek oldalról érik. Átlagos napokon akár 8 kg/m2 szélnyomás is érheti az ilyen magas épületet – olyan erő ez, mintha bowling golyókkal bombáznánk. Olyan áramvonalas építmények tervezése, mint amilyen a kecses kínai Sanghaj Torony, negyedére csökkentheti a széllökések erejét. Az épület belsejében vagy külsején elhelyezett szélrácsok pedig a maradék szelet is el tudják nyelni, mint ahogy a szöuli Lotte Világtorony.
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.
Azonban még ilyen tervezés mellett is érezhető az épület kilengése egy-egy szélviharban, mely akár több mint egy méter is lehet a legfelső emeleteken. Hogy a szél ne tudja ingatni a tornyok csúcsát, sok felhőkarcolóba építenek akár több száz tonnás ellensúlyt egyfajta lengéscsillapítóként. A Taipei 101 torony esetében például egy óriási fém stabilizálógömböt függesztettek fel a 87. emelet fölé. Széllökések esetén ez a gömb mozgásba lendül, és elnyeli az épület mozgási energiáját. Ahogy a gömb mozgása leköveti az épületét a gömb és az épület között elhelyezett a hidraulikus hengerek a mozgási energiát hővé átalakítják, ezzel stabilizálva az ingó szerkezetet.
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.
Ezen technológiák segítségével ezek a hatalmas szerkezetek állva és stabilan tudnak maradni. Azonban ilyen magas épületekben a gyors közlekedés is igazi kihívás. Wright korában a leggyorsabb liftek mindössze 22 km/óra sebességgel közlekedtek. Szerencsére a mai liftek már több mint 70 km/órával mozognak. A jövő felvonóihoz akár súrlódásmentes mágneses sínt is használhatnak, és így még nagyobb sebességet érhetnek el. Forgalomirányítási algoritmusok csoportosítják majd a lifthasználókat, hogy az utasokat és az üres felvonókat oda irányítsák, ahol lenniük kell.
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.
A felhőkarcolók sokat fejlődtek Wright mérföldmagas terve óta. Az egykor lehetetlennek tűnő ötletek mára építészeti lehetőségekké váltak. Most már csak idő kérdése, mikor lesz egy felhőkarcoló még a maiaknál is magasabb.