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.
Vào năm 1956, kiến trúc sư Frank Lloyd Wright đã đề xuất ý tưởng về tòa nhà chọc trời cao gần 2.000m. Và nó sẽ là tòa nhà cao nhất thế giới lúc bấy giờ. rất cao - gấp năm lần tháp Eiffel. Nhưng nhiều nhà phê bình đã cười nhạo vị kiến trúc sư, lý luận rằng người ta sẽ phải đợi thang máy hàng giờ, hoặc tệ hơn, tòa tháp sẽ sụp đổ bởi chính sức nặng của nó. Hầu hết các kỹ sư đều đồng ý, và dù đề xuất đã được công khai, tòa tháp khổng lồ này chưa bao giờ được xây dựng.
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.
Ngày nay, ngày càng nhiều những tòa nhà to lớn mọc lên khắp thế giới. Nhiều nhà thầu đã vạch kế hoạch cho những tòa nhà cao hơn 1.000m như tòa tháp Jeddah ở Saudi Arabia, với kích thước gấp ba lần tháp Eiffel. Sẽ sớm thôi, phép màu cao của Wright có thể thành hiện thực. Vậy điều gì đã ngăn trở ta
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
xây dựng những siêu kiến trúc này vào 70 năm trước và ngày nay, ta xây dựng những thứ cao ngàn mét như thế nào? Trong bất kỳ dự án xây dựng nào,
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.
mỗi tầng của công trình phải nâng đỡ được tầng phía trên nó. Xây càng cao, lực hấp dẫn tác động từ tầng trên xuống tầng dưới càng lớn. Định luật này, từ lâu, đã định hình các công trình của chúng ta, các kiến trúc sư cổ đại xây dựng kim tự tháp có phần móng rộng để có thể đỡ được các tầng cao nhẹ hơn. Nhưng giải pháp này không thể áp dụng cho những cao ốc trong thành phố- một kim tự tháp có chiều cao như vậy cần phần nền rộng hơn 3km khó có thể chen vào trung tâm thành phố.
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!
May mắn là vật liệu rắn chắc như bê tông có thể tránh hình dáng phi thực tế này. Vữa bê tông hiện đại được gia cố thêm cọc thép để tăng sức mạnh và hóa chất polymers giảm thành phần nước để tránh nứt gãy. Bê tông trong tòa tháp cao nhất thế giới ở Dubai - Burj Khalifa, có thể chịu được 8.000 tấn áp lực trên mỗi mét vuông bằng trọng lượng của 1.200 con voi Châu Phi!
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.
Dĩ nhiên, ngay cả khi một tòa nhà có thể nâng đỡ được chính nó, nó vẫn cần sự hỗ trợ từ mặt đất. Không có phần móng, tòa nhà với sức nặng như vậy sẽ bị lún, đổ sập, hay nghiêng. Để tránh cho toà tháp gần nửa triệu tấn này lún xuống, 192 cọc lõi thép trộn vữa bê tông được chôn sâu hơn 50m. Ma sát giữa cọc thép và mặt đất giữ cho công trình khổng lồ đứng vững.
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.
Ngoài việc đánh bại lực hấp dẫn, là yếu tố kéo tòa nhà xuống, một tòa cao ốc cũng cần phải chống chọi được sức gió thổi từ các bên. Những ngày bình thường, gió có thể tác động một lực mạnh hơn 7kg lên mỗi mét vuông của tòa cao ốc như lực của một quả bóng bowling đang lao đi. Công trình được thiết kế theo khí động lực học, như tháp xoắn Thượng Hải ở Trung Quốc, có thể giảm lực tác động xuống đến một phần tư. Khung chịu tải trọng gió bên trong và ngoài tòa nhà có thể hấp thu lực gió còn lại, như tháp Lotte ở 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.
Nhưng ngay cả với những biện pháp này, bạn vẫn có thể thấy mình bị chao đảo với biên độ hơn cả mét trên đỉnh tòa tháp trong cơn bão. Để tránh tình trạng gió làm lung lay đỉnh tòa nhà, nhiều cao ốc đã sử dụng đối trọng nặng hàng trăm tấn gọi là "van điều tiết khối lượng". Ví dụ, tháp Taipei 101, treo một quả cầu kim loại khổng lồ trên tầng 87. Khi gió thổi vào tòa tháp, khối nặng khổng lồ trong tòa nhà sẽ dao động, hấp thụ động năng của toà nhà. Vì chuyển động của nó kéo toà nhà, các xi lanh thuỷ lực giữa quả cầu và toà nhà chuyển hoá động năng thành nhiệt, và làm ổn định khối kiến trúc đang đung đưa.
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.
Với tất cả các công nghệ này, những siêu công trình có thể đứng vững và ổn định. Nhưng việc di chuyển nhanh trong tòa nhà cũng là một thách thức. Vào thời đại của Wright, thang máy nhanh nhất chỉ có thể di chuyển 22 km/h. Thật may mắn là thời nay, thang máy di chuyển nhanh hơn 70 km/h với các cabin trong tương lai sử dụng đường ray từ tính không ma sát cho vận tốc cao hơn. Và thuật toán quản lý lưu lượng gộp nhóm người đi tính theo điểm đến xếp hành khách và cabin trống thích hợp.
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.
Công trình cao ốc đã tiến một bước dài từ đề xuất của Wright. Điều từng bị cho là bất khả thi lại mở ra những cơ hội kiến trúc mới. Ngày nay, một tòa nhà cao gần 2.000m dường như chỉ còn là vấn đề thời gian.