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.
In 1956 stelde architect Frank Lloyd Wright een wolkenkrabber voor van 1.500 meter hoog. Het zou het hoogste gebouw ter wereld worden, met afstand -- vijf keer zo hoog als de Eiffeltoren. Maar critici lachten de architect uit. Ze stelden dat mensen uren op een lift zouden moeten wachten, of nog erger, dat de toren onder zijn eigen gewicht zou bezwijken. Ingenieurs stemden daarmee in en ondanks de publiciteit rondom het voorstel, werd de gigantische toren niet gebouwd.
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.
Vandaag de dag worden er wereldwijd steeds hogere gebouwen neergezet. Ondernemingen plannen zelfs wolkenkrabbers van meer dan een kilometer hoog, zoals de Jeddah Tower in Saoedi-Arabië, drie keer zo hoog als de Eiffeltoren. Heel binnenkort zou Wright's wonder van 1.500 meter werkelijkheid kunnen worden.
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
Maar wat weerhield ons ervan 70 jaar geleden dit soort megastructuren te bouwen en hoe bouwen we vandaag de dag iets dat 1.500 meter hoog is?
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.
In elk bouwproject moet iedere verdieping van het gebouw de verdiepingen erboven kunnen dragen. Hoe hoger we bouwen, hoe groter de druk van de zwaartekracht van de hogere op de lagere verdiepingen. Dit principe heeft lang de vorm van onze gebouwen bepaald en daarom prefereerden de oude architecten piramides met brede funderingen die lichtere hogere verdiepingen dragen. Maar deze oplossing vertaalt zich niet zomaar naar een stedelijke skyline -- zo'n hoge piramide zou ongeveer drie kilometer breed zijn, niet iets wat je even in een stadscentrum past.
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!
Met sterke materialen zoals beton kan men deze onpraktische vorm vermijden. En moderne betonmixen zijn gewapend met staalvezel voor de stevigheid en bevatten vochtverminderende polymeren om barsten te voorkomen. Het beton in de hoogste toren ter wereld, de Burj Khalifa in Dubai, kan rond de 8.000 ton druk per vierkante meter weerstaan -- het gewicht van meer dan 1.200 Afrikaanse olifanten!
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.
Zelfs als een gebouw zichzelf kan ondersteunen, heeft het alsnog ondersteuning van de grond nodig. Zonder fundering zouden zulke zware gebouwen verzakken, omvallen of scheef gaan staan. Om te voorkomen dat de toren van een half miljoen ton zou wegzakken, zijn 192 heipalen van beton en staal 50 meter diep begraven. De wrijving tussen de heipalen en de grond houdt dit grote gebouw overeind.
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.
Afgezien van de zwaartekracht, die een gebouw naar beneden drukt, moet een wolkenkrabber ook de wind weerstaan, die het van de zijkant duwt. Op een gemiddelde dag oefent de wind tot acht kilo druk per vierkante meter op een gebouw uit -- net zo zwaar als een stoot bowlingballen. Door aerodynamisch gebouwen te ontwerpen, zoals de strakke Shanghai Tower in China, kan die druk met een kwart worden verminderd. En winddragende interne of externe raamwerken kunnen de resterende windkracht absorberen, zoals in de Lotte Tower in Seoul.
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.
Maar zelfs met al die maatregelen kunnen de hogere verdiepingen tijdens een orkaan toch zomaar meer dan een meter heen en weer slingeren. Om te voorkomen dat de torenspits in de wind schommelt, gebruiken veel wolkenkrabbers een contragewicht van honderden kilo's, een zogenaamde 'gestemde massademper'. De Taipei 101 bijvoorbeeld, heeft een enorme metalen bol opgehangen boven de 87ste verdieping. Als de wind het gebouw beweegt, begint deze bol te slingeren en wordt de kinetische energie van het gebouw geabsorbeerd. Terwijl z'n beweging die van de toren volgt, zetten hydraulische cilinders tussen de bol en het gebouw de kinetische energie in warmte om en wordt het schommelende gebouw gestabiliseerd.
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.
Door middel van al deze technieken, kunnen onze megastructuren stabiel overeind blijven. Maar vlot vervoer in zo'n groot gebouw is een uitdaging op zich. In de tijd van Wright gingen de snelste liften slechts 22 kilometer per uur. Gelukkig gaan moderne liften veel sneller, meer dan 70 kilometer per uur, en in de toekomst gebruiken cabines wellicht wrijvingsloze magnetische rails voor nog hogere snelheden. En verkeersmanagementalgoritmes kunnen mensen groeperen op bestemming, om zo passagiers en lege cabines op de gewenste plek te krijgen.
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.
Wolkenkrabbers zijn ver gekomen sinds Wright's idee voor een toren van 1.500 meter hoog. Wat ooit beschouwd werd als een onmogelijk idee, is een architectonische kans geworden. Wellicht is het nu slechts een kwestie van tijd