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.
W 1956 roku architekt Frank Lloyd Wright zaprojektował wieżowiec o wysokości około 1,6 kilometra. Miał być najwyższym budynkiem na świecie, mierzącym pięć wysokości Wieży Eiffla. Wielu krytyków go wyśmiało. Uważali, że na windę będzie trzeba czekać godzinami, lub co gorsza, że wieżowiec zawali się pod własnym ciężarem. Wielu inżynierów zgadzało się z tym, więc mimo dużej popularności pomysłu, kolosalnego wieżowca nigdy nie zbudowano.
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.
Dziś wznosimy coraz wyższe budynki. Firmy projektują wieżowce o wysokości ponad kilometra, jak Jeddah Tower w Arabii Saudyjskiej, mierząca trzy wysokości Wieży Eiffla. Wkrótce wybudowanie ponad półtorakilometrowego wieżowca Wrighta może być realne.
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
Co właściwie powstrzymywało nas od budowania takich kolosów 70 lat temu? Jak dziś budujemy wieżowce o wysokości ponad półtora kilometra?
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.
W każdym projekcie budowlanym niższe piętro musi być w stanie podtrzymać kolejne piętra. Im wyżej budujemy, tym większe ciśnienie grawitacyjne napiera na piętra poniżej. Ta zasada od dawna kieruje budownictwem. Starożytni architekci upodobali sobie piramidy z szeroką podstawą podtrzymującą lżejsze wyższe poziomy. Takie rozwiązanie raczej nie pasuje do panoramy miasta. Piramida tej wysokości miałaby ponad dwa kilometry szerokości, więc ciężko byłoby ją wcisnąć do centrum miasta.
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!
Dzięki wytrzymałym materiałom, jak beton, unikamy niepraktycznych kształtów. Nowoczesne betonowe mieszanki wzmacnia się włóknami stalowymi i polimerami redukującymi ilość wody, żeby zapobiec pęknięciom betonu. Beton w najwyższym budynku świata, Burdż Chalifa w Dubaju, stawia opór 8000 ton ciśnienia na metr kwadratowy. To waga 1200 afrykańskich słoni!
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.
Nawet jeśli budynek utrzyma sam siebie, to i tak potrzebuje podpory od dołu. Bez fundamentów tak masywne budynki upadłyby lub przechyliłyby się. Żeby wieżowiec o wadze pół miliona ton nie upadł, 192 betonowe i stalowe pale wkopano na głębokość 50 metrów. Siła tarcia pomiędzy palami a ziemią sprawia, że pokaźna budowla stoi.
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.
Poza walką z grawitacją, która ciągnie budynek w dół, wieżowiec musi stawić opór wiatrom, które naciskają na budynek z boku. W przeciętne dni wiatr może wywierać na wieżowiec siłę do ośmiu kilogramów na metr kwadratowy, porównywalne do siły pędzących kuli do kręgli. Projektowanie aerodynamicznych konstrukcji, jak elegancka chińska wieża Shanghai Tower, może zmniejszyć tę siłę nawet o jedną czwartą. Odporne na wiatr ramy wewnątrz lub na zewnątrz budynku mogą przyjąć pozostałą siłę wiatru, jak w przypadku wieży Lotte w Seulu.
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.
Mimo zastosowania tych wszystkich środków, podczas huraganu na najwyższych piętrach nadal można poczuć przechylanie się budynku o ponad metr. Aby zapobiec kołysaniu się wieżowców na wietrze, wiele drapaczy chmur wykorzystuje kilkusettonową przeciwwagę zwaną "masowym tłumikiem drgań". Przykładowo w Taipei 101 powyżej 87. piętra zawieszona jest gigantyczna metalowa kula. Gdy wiatr porusza budynkiem, kula kołysze się w przeciwnym kierunku, pochłaniając energię kinetyczną budynku. W miarę kołysania się siłowniki hydrauliczne wieży, między kulą a budynkiem, zamieniają energię kinetyczną na ciepło i stabilizują kołyszący się budynek.
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.
Dzięki tym wszystkim technologiom kolosalne budynki stoją stabilnie. Jednak szybkie przemieszczanie się po nich jest wyzwaniem samym w sobie. Za życia Wrighta najszybsze windy poruszały się z prędkością 22 kilometrów na godzinę. Dzisiejsze są znacznie szybsze i jadą 70 kilometrów na godzinę. Windy przyszłości zapewne będą jeździć po magnetycznych szynach bez tarcia z jeszcze większą prędkością. Algorytmy zarządzania ruchem pogrupują pasażerów według miejsca docelowego, żeby pasażerowie i puste kabiny były tam, gdzie trzeba.
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.
Wieżowce przeszły długą drogę odkąd Wright zaproponował swój projekt. To, co kiedyś uważano za niemożliwe, teraz jest architektonicznym wyzwaniem. Zapewne to kwestia czasu, kiedy zobaczymy jeszcze wyższe giganty.