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.
В 1956 году архитектор Фрэнк Ллойд Райт предложил проект небоскрёба высотой в 1 милю [1,6 километра]. Это здание стало бы самым высоким в мире, намного выше других — в пять раз выше Эйфелевой башни. Однако критики смеялись над архитектором, считая, что людям пришлось бы часами дожидаться лифта или что того хуже, башня обрушится под тяжестью собственного веса. С ними согласилось большинство инженеров, но, несмотря на шумиху вокруг проекта, к строительству исполинской башни так никогда и не приступили.
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.
Но сегодня по всему миру вырастают здания одно выше другого. Архитекторы даже разрабатывают проекты небоскрёбов высотою более километра, например, «Башня Джидды» в Саудовской Аравии будет в три раза выше Эйфелевой башни. Очень скоро архитектурная мечта Райта о преодолении 1 мили может воплотиться в реальность.
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
Так что же на самом деле не давало нам 70 лет назад возводить эти гигантские сооружения, и как мы сегодня сможем построить здание высотой в милю?
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.
При проектировании важно соблюдать принцип, что каждый этаж здания должен выдерживать вес этажей, расположенных над ним. Чем выше мы строим, тем больше гравитационное давление верхних уровней на нижние. Долгое время данным принципом определялся облик наших зданий. Так, архитекторы древности предпочитали возводить пирамиды потому, что на их широких основаниях покоились более лёгкие этажи. Однако подобное решение не соответствует современному архитектурному ландшафту: для пирамиды такой высоты потребуется основание шириной почти 2,5 километра, что весьма сложно «втиснуть» в центр города.
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!
К счастью, избежать столь неудачных архитектурных решений можно, если использовать при строительстве прочные материалы, например бетон. Современные бетонные смеси усиливают при помощи стальной арматуры и полимеров-пластификаторов для предотвращения трещин. Бетон самой высокой на земле башни «Бурдж-Халифы» в Дубае способен выдержать давление до 8 000 тонн на квадратный метр — вес 1 200 африканских слонов!
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.
Разумеется, даже если здание выдерживает собственный вес, ему всё равно необходима прочная опора на земле. Без фундамента столь тяжёлые здания могут провалиться, рухнуть или покоситься. Чтобы не провалилось здание весом примерно в полмиллиона тонн, требуется 192 сталебетонных опор или свай, заглубленных в грунт на 50 метров. Трение между сваями и грунтом обеспечивает устойчивость столь внушительного сооружения.
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.
Помимо противостояния силе гравитации, которая давит на небоскрёб сверху вниз, ему также нужно выдержать мощные потоки ветра, воздействие которых направлено в сторону. При средних порывах ветер воздействует с силой до 8 килограмм на квадратный метр высотного здания, что сравнимо с обстрелом стен шарами для боулинга. При правильном аэродинамическом решении, например, как на элегантной Шанхайской башне в Китае, силу ветра можно снизить на четверть. А устойчивые к ветру рамы внутри и снаружи здания способны поглотить оставшуюся силу ветра. Такие конструкции имеются на сеульской башне Лотте.
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.
Но несмотря на все принятые меры, во время урагана вы можете заметить, что верхние этажи будут раскачиваться с амплитудой более метра. Чтобы ветер не качал верхние этажи, в устройстве многих небоскрёбов применяется противовес массой сотни тонн, который называют инерционный демпфер. Например, небоскрёб Тайбэй 101 оборудован подвешенным на уровне 87-го этажа гигантским стальным шаром. Когда ветер качает высотку, шар начинает раскачиваться как маятник, принимая на себя кинетическую энергию здания. Его движения синхронизируются с колебаниями башни, а гидравлические цилиндры, установленные между шаром и зданием, преобразуют кинетическую энергию в тепловую и гасят колебания небоскрёба.
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.
При помощи всех имеющихся технологий можно надёжно зафиксировать высотку, однако предстоит ещё решить проблему быстрого передвижения по зданию такого размера. Во времена Райта самые быстрые лифты двигались со скоростью всего 22 километра в час. Однако сегодняшние лифты намного быстрее и могут развивать скорость более 70 км/ч, а в будущем кабины, возможно, смогут передвигаться без трения по магнитным рельсам с гораздо большими скоростями. При помощи алгоритмов управления потоками людей можно объединять пассажиров по запросам,
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.
чтобы оптимально доставлять кабины туда, куда необходимо. Со времён Райта в строительстве небоскрёбов проделан огромный путь. То, что раньше считалось невыполнимым, теперь стало возможным архитектурным решением. Сможет ли небоскрёб преодолеть отметку в 1 милю —