Drapacz chmur
Drapacz chmur to wysoki budynek mieszkalny, który ma wiele pięter. Współczesne źródła definiują obecnie drapacze chmur jako mające co najmniej 100 metrów (330 stóp) lub 150 metrów (490 stóp) wysokości, chociaż nie ma powszechnie akceptowanej definicji. Drapacze chmur to bardzo wysokie wieżowce . Historycznie termin ten po raz pierwszy odnosił się do budynków mających od 10 do 20 pięter , kiedy zaczęto je budować w latach osiemdziesiątych XIX wieku. W wieżowcach mogą znajdować się biura, hotele, powierzchnie mieszkalne i powierzchnie handlowe.
Wspólną cechą drapaczy chmur jest posiadanie stalowej ramy podtrzymującej ściany osłonowe . Pomysł ten został wymyślony przez Viollet le Duc w jego dyskursach o architekturze. Te ściany osłonowe opierają się na ramie poniżej lub są zawieszone na ramie powyżej, zamiast opierać się na ścianach nośnych o konwencjonalnej konstrukcji. Niektóre wczesne drapacze chmur mają stalową ramę, która umożliwia wznoszenie ścian nośnych wyższych niż te wykonane ze zbrojonego betonu .
Ściany nowoczesnych wieżowców nie są nośne , a większość wieżowców charakteryzuje się dużymi powierzchniami okien, które umożliwiają stalowe ramy i ściany osłonowe. Jednak drapacze chmur mogą mieć ściany osłonowe, które naśladują konwencjonalne ściany z małą powierzchnią okien. Nowoczesne drapacze chmur często mają konstrukcję rurową i są zaprojektowane tak, aby działały jak wydrążony cylinder , odporny na wiatr, siły sejsmiczne i inne obciążenia boczne. Aby wyglądały na bardziej smukłe, pozwalały na mniejszą ekspozycję na wiatr i przepuszczały więcej światła dziennego na ziemię, wiele drapaczy chmur ma projekt z niepowodzeniami , co w niektórych przypadkach jest również wymagane strukturalnie.
Od lutego 2022 r. Czternaście miast na świecie ma ponad 100 drapaczy chmur o wysokości 150 m (492 stóp) lub wyższej: Hongkong z 518 drapaczami chmur; Shenzhen , Chiny z 343 drapaczami chmur; Nowy Jork , USA z 300 drapaczami chmur; Dubaj , Zjednoczone Emiraty Arabskie z 237 drapaczami chmur; Mumbai , Indie z 208 drapaczami chmur; Szanghaj , Chiny ze 180 drapaczami chmur; Tokio , Japonia ze 165 drapaczami chmur; Kanton , Chiny ze 152 drapaczami chmur; Kuala Lumpur , Malezja ze 148 drapaczami chmur; Chongqing w Chinach i Chicago w USA, oba ze 135 drapaczami chmur; Wuhan , Chiny ze 109 drapaczami chmur; oraz Bangkok w Tajlandii i Dżakarta w Indonezji , oba ze 108 drapaczami chmur.
Definicja
Termin „drapacz chmur” został po raz pierwszy zastosowany do budynków o konstrukcji stalowej o co najmniej 10 kondygnacjach pod koniec XIX wieku, w wyniku publicznego zdumienia wysokimi budynkami budowanymi w głównych miastach amerykańskich, takich jak Nowy Jork , Filadelfia , Boston , Chicago , Detroit i St. Louis .
Pierwszym wieżowcem o konstrukcji stalowej był Home Insurance Building , pierwotnie 10-piętrowy o wysokości 42 m lub 138 stóp, w Chicago w 1885 r.; dodano dwie dodatkowe historie. budynek Jayne Building w Filadelfii (1849–1850) jako proto-wieżowiec lub na siedmiopiętrowy budynek Equitable Life Building w Nowym Jorku , zbudowany w 1870 r. Stalowa konstrukcja szkieletowa pozwoliła na zbudowanie dzisiejszych bardzo wysokich drapaczy chmur na całym świecie. Nominacja jednej struktury w porównaniu do innej jako pierwszego drapacza chmur i dlaczego zależy od tego, jakie czynniki są podkreślane.
Strukturalna definicja słowa drapacz chmur została później udoskonalona przez historyków architektury, w oparciu o osiągnięcia inżynieryjne z lat osiemdziesiątych XIX wieku, które umożliwiły budowę wysokich, wielopiętrowych budynków. Definicja ta została oparta na stalowym szkielecie - w przeciwieństwie do konstrukcji murowanych nośnych , które przekroczyły swoją praktyczną granicę w 1891 roku wraz z budynkiem Monadnock w Chicago .
Jaka jest główna cecha wysokiego biurowca? To jest wzniosłe. Musi być wysoki. Musi w nim być siła i potęga wysokości, musi w nim być chwała i duma z wyniesienia. Musi być w każdym calu dumną i strzelistą rzeczą, wznoszącą się w czystej egzaltacji, że od dołu do góry jest jednostką bez jednej linii sprzeciwu.
- - Wysoki budynek biurowy Louisa Sullivana uważany artystycznie (1896)
Niektórzy inżynierowie konstrukcyjni definiują wieżowiec jako dowolną pionową konstrukcję, dla której wiatr jest bardziej znaczącym czynnikiem obciążenia niż trzęsienie ziemi lub ciężar. Należy zauważyć, że to kryterium pasuje nie tylko do wieżowców, ale także do niektórych innych wysokich konstrukcji, takich jak wieże .
Różne organizacje ze Stanów Zjednoczonych i Europy definiują drapacze chmur jako budynki o wysokości co najmniej 150 metrów, przy czym „ superwysokie ” drapacze chmur dla budynków wyższych niż 300 m (984 stóp) i „megatallowe” drapacze chmur dla budynków wyższych niż 600 m (1969 stóp ).
Najwyższą budowlą w starożytności była 146-metrowa Wielka Piramida w Gizie w starożytnym Egipcie , zbudowana w 26 wieku pne. Nie została przekroczona przez tysiące lat, 160-metrowa (520 stóp) katedra w Lincoln przekroczyła ją w latach 1311-1549, zanim zawaliła się jej środkowa iglica. Ten ostatni z kolei nie został przekroczony aż do pomnika Waszyngtona o wysokości 555 stóp (169 m) w 1884 r. Jednak jako niezamieszkana żadna z tych konstrukcji w rzeczywistości nie odpowiada współczesnej definicji drapacza chmur. [ potrzebne źródło ]
Wysokie apartamenty kwitły w klasycznej starożytności . Starożytne rzymskie insule w miastach cesarskich osiągały 10 i więcej kondygnacji. Począwszy od Augusta (30 pne-14 ne), kilku cesarzy próbowało ustalić granice 20–25 m dla budynków wielokondygnacyjnych, ale spotkało się to z ograniczonym sukcesem. Niższe piętra były zazwyczaj zajmowane przez sklepy lub zamożne rodziny, a górne były wynajmowane niższym klasom. Zachowane papirusy Oxyrhynchusa wskazują, że w prowincji istniały budynki siedmiokondygnacyjne miasta takie jak w III wieku n.e. Hermopolis w rzymskim Egipcie .
Na panoramach wielu ważnych średniowiecznych miast znajdowała się duża liczba wieżowców miejskich, budowanych przez bogatych w celu obrony i statusu. Wieże mieszkalne XII-wiecznej Bolonii liczyły jednocześnie od 80 do 100, z których najwyższą jest wieża Asinelli o wysokości 97,2 m (319 stóp). Prawo florenckie z 1251 r. Nakazywało natychmiastowe zmniejszenie wszystkich budynków miejskich do mniej niż 26 m. Wiadomo, że nawet średniej wielkości miasta tamtej epoki mają wiele wież, takich jak San Gimignano o wysokości od 72 do 51 m .
W średniowiecznym egipskim mieście Fustat znajdowało się wiele wieżowców mieszkalnych, które Al-Muqaddasi w X wieku opisał jako przypominające minarety . Nasir Khusraw na początku XI wieku opisał niektóre z nich wznoszące się do 14 pięter, z ogrodami na dachu na najwyższym piętrze wraz z kołami wodnymi ciągniętymi przez woły do ich nawadniania. Kair w XVI wieku miał wysokie budynki mieszkalne gdzie dwie dolne kondygnacje służyły celom handlowo-magazynowym, a kilka kondygnacji nad nimi wynajmowano najemcom . Wczesnym przykładem miasta składającego się wyłącznie z wieżowców jest XVI-wieczne miasto Shibam w Jemenie . Shibam składało się z ponad 500 wieżowców, z których każdy miał od 5 do 11 pięter, a każde piętro było mieszkaniem zajmowanym przez jedną rodzinę. Miasto zostało zbudowane w ten sposób, aby chronić je przed Beduinów . Shibam nadal ma najwyższą cegłę mułową budynków na świecie, z których wiele ma ponad 30 m (98 stóp) wysokości.
Wczesnym współczesnym przykładem wielopiętrowej zabudowy był XVII-wieczny Edynburg w Szkocji, gdzie mur obronny wyznaczał granice miasta. Ze względu na ograniczoną powierzchnię terenu pod zabudowę, zamiast tego domy rosły. Powszechne były budynki 11-piętrowe, a istnieją zapisy o budynkach sięgających 14 pięter. Wiele kamiennych budowli nadal można zobaczyć na starym mieście w Edynburgu. Najstarszym budynkiem o żelaznej ramie na świecie, choć tylko częściowo żelaznym, jest The Flaxmill (lokalnie znany również jako „Maltings”) w Shrewsbury , Anglia. Zbudowany w 1797 roku, jest postrzegany jako „dziadek drapaczy chmur”, ponieważ jego ognioodporne połączenie żeliwnych kolumn i żeliwnych belek rozwinęło się w nowoczesną stalową ramę, która umożliwiła powstanie nowoczesnych drapaczy chmur. W 2013 roku potwierdzono finansowanie przekształcenia opuszczonego budynku w biura.
Wczesne drapacze chmur
W 1857 roku Elisha Otis wprowadził windę bezpieczeństwa w budynku EV Haughwout w Nowym Jorku, umożliwiając wygodny i bezpieczny transport na wyższe piętra budynków. Otis później wprowadził pierwsze komercyjne windy pasażerskie do budynku Equitable Life w 1870 r., Uważanego przez niektórych historyków architektury za pierwszy drapacz chmur. Kolejnym istotnym osiągnięciem było zastosowanie stalowej ramy zamiast kamienia lub cegły, w przeciwnym razie ściany na niższych piętrach wysokiego budynku byłyby zbyt grube, aby były praktyczne. Wczesnym rozwojem w tej dziedzinie był Oriel Chambers w Liverpoolu , Anglia. Miał tylko pięć pięter. Royal Academy of Arts twierdzi, że „krytycy w tamtym czasie byli przerażeni„ dużymi skupiskami wystających baniek szklanych ”. W rzeczywistości był to prekursor architektury modernistycznej, będąc pierwszym budynkiem na świecie, w którym zastosowano metalową ramę szklana ściana osłonowa , element projektu, który tworzy jasne, przewiewne wnętrza i od tego czasu jest używany na całym świecie jako element definiujący drapacze chmur”.
Dalszy rozwój doprowadził do tego, co wiele osób i organizacji uważa za pierwszy na świecie drapacz chmur, dziesięciopiętrowy budynek Home Insurance Building w Chicago, zbudowany w latach 1884–1885. Chociaż jego pierwotna wysokość 42,1 m (138 stóp) nie kwalifikuje się nawet jako drapacz chmur dzisiaj, była rekordowa. Budowa wysokich budynków w latach osiemdziesiątych XIX wieku dała drapaczowi chmur pierwszy ruch architektoniczny, szeroko określany jako szkoła chicagowska , który rozwinął tak zwany styl komercyjny.
Architekt, major William Le Baron Jenney , stworzył nośną ramę konstrukcyjną. W tym budynku stalowa rama podtrzymywała cały ciężar ścian, zamiast ścian nośnych przenoszących ciężar budynku. Rozwój ten doprowadził do powstania konstrukcji „szkieletu chicagowskiego”. Oprócz stalowej ramy w budynku Home Insurance zastosowano również zabezpieczenia przeciwpożarowe, windy i okablowanie elektryczne, które są kluczowymi elementami większości dzisiejszych drapaczy chmur.
Burnham and Root 's 45 m (148 ft) Rand McNally Building w Chicago, 1889, był pierwszym wieżowcem o całkowicie stalowej ramie, podczas gdy 41 m (135 ft) Louis Sullivan 's Wainwright Building w St. Louis, Missouri, 1891, był pierwszym budynkiem o konstrukcji stalowej ze strzelistymi pionowymi pasami podkreślającymi wysokość budynku i dlatego jest uważany za pierwszy wczesny drapacz chmur. W 1889 roku Mole Antonelliana we Włoszech miała 167 m (549 stóp) wysokości.
Większość wczesnych drapaczy chmur pojawiła się na terenach Nowego Jorku i Chicago pod koniec XIX wieku. Boom na ziemię w Melbourne w Australii w latach 1888-1891 zachęcił do powstania znacznej liczby wczesnych drapaczy chmur, chociaż żaden z nich nie był wzmocniony stalą i niewiele z nich przetrwało do dziś. Później wprowadzono ograniczenia wysokości i ograniczenia przeciwpożarowe. Pod koniec XIX wieku londyńscy budowniczowie stwierdzili, że wysokość budynków jest ograniczona ze względu na problemy z istniejącymi budynkami. Rozwój wieżowców w Londynie jest ograniczony w niektórych miejscach, jeśli utrudniałby chronione widoki Katedra św. Pawła i inne zabytkowe budynki. Ta polityka, „St Paul's Heights”, oficjalnie obowiązuje od 1937 roku.
Obawy o estetykę i bezpieczeństwo przeciwpożarowe również hamowały rozwój drapaczy chmur w Europie kontynentalnej w pierwszej połowie XX wieku. Niektóre godne uwagi wyjątki to 43 m (141 stóp) wysokości Witte Huis (Biały Dom) z 1898 r. W Rotterdamie ; wysoki na 51,5 m budynek PAST (1906-1908) w Warszawie , Royal Liver Building w Liverpoolu, ukończony w 1911 r. i wysoki na 90 m; wysoki na 57 m (187 stóp) Dom Marksa z 1924 r. w Düsseldorfie w Niemczech; 61 m (200 stóp) Kungstornen (Kings' Towers) w Sztokholmie w Szwecji, które zostały zbudowane w latach 1924–25, 89 m (292 stóp) Edificio Telefónica w Madrycie w Hiszpanii, zbudowany w 1929 r .; 87,5 m (287 stóp) Boerentoren w Antwerpii w Belgii, zbudowany w 1932 r .; 66-metrowy budynek Prudential w Warszawie , zbudowany w 1934 r.; oraz 108-metrowa Torre Piacentini w Genui we Włoszech, zbudowana w 1940 roku.
Po wczesnej rywalizacji między Nowym Jorkiem a Chicago o najwyższy budynek świata, Nowy Jork objął prowadzenie w 1895 r. Po ukończeniu budowy amerykańskiego Surety Building o wysokości 103 m (338 stóp), pozostawiając Nowy Jork z tytułem najwyższego budynku na świecie przez wiele lat.
Nowoczesne drapacze chmur
Nowoczesne drapacze chmur zbudowane są ze stalowych lub żelbetowych ram i ścian osłonowych ze szkła lub polerowanego kamienia . Używają sprzętu mechanicznego, takiego jak pompy wodne i windy . Według CTBUH od lat sześćdziesiątych XX wieku wieżowiec został przestawiony z symbolu północnoamerykańskiej potęgi korporacyjnej, aby zamiast tego informować o miejscu miasta lub narodu na świecie.
.JPG)
.jpg)
Budowa drapaczy chmur weszła w trwającą trzy dekady erę stagnacji w 1930 roku z powodu Wielkiego Kryzysu , a następnie II wojny światowej . Wkrótce po zakończeniu wojny Związek Radziecki rozpoczął budowę szeregu drapaczy chmur w Moskwie . Siedem, nazwanych „ Siedmioma Siostrami ”, zostało zbudowanych w latach 1947-1953; a jeden, główny budynek Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego , był najwyższym budynkiem w Europie przez prawie cztery dekady (1953–1990). Inne drapacze chmur w stylu klasycyzmu socjalistycznego powstały w Niemczech Wschodnich ( Frankfurter Tor ), Polsce ( PKiN ), Ukrainie ( Hotel Ukrayina ), Łotwie ( Akademia Nauk ) i innych krajach bloku wschodniego . Kraje Europy Zachodniej również zaczęły zezwalać na wyższe drapacze chmur w latach bezpośrednio po drugiej wojnie światowej. Wczesne przykłady to Edificio España (Hiszpania) i Torre Breda (Włochy).
Od lat trzydziestych XX wieku drapacze chmur zaczęły pojawiać się w różnych miastach Azji Wschodniej i Południowo-Wschodniej , a także w Ameryce Łacińskiej . Wreszcie od końca lat pięćdziesiątych zaczęto je budować w miastach Afryki , Bliskiego Wschodu , Azji Południowej i Oceanii .
Projekty drapaczy chmur po II wojnie światowej zazwyczaj odrzucały klasyczne projekty wczesnych drapaczy chmur , zamiast tego przyjmowały jednolity międzynarodowy styl ; wiele starszych drapaczy chmur zostało przeprojektowanych, aby odpowiadały współczesnym gustom, a nawet zostało zburzonych - na przykład nowojorski Singer Building , niegdyś najwyższy wieżowiec na świecie.
Niemiecko -amerykański architekt Ludwig Mies van der Rohe stał się jednym z najbardziej znanych architektów na świecie w drugiej połowie XX wieku. Wymyślił wieżowiec ze szklaną fasadą i wraz z Norwegiem Fredem Severudem zaprojektował Seagram Building w 1958 roku, wieżowiec, który jest często uważany za szczyt modernistycznej architektury wieżowców.
_(cropped).jpg)
.jpg)
Budowa drapaczy chmur gwałtownie wzrosła w latach 60. Impulsem do ożywienia była seria przełomowych innowacji, które umożliwiły ludziom życie i pracę w „miastach na niebie”.
We wczesnych latach 60 -tych amerykański inżynier budowlany pochodzenia Bangladeszu, Fazlur Rahman Khan , uważany za „ojca konstrukcji rurowych ” wieżowców, odkrył, że dominująca sztywna stalowa konstrukcja ramowa nie była jedynym systemem nadającym się do wysokich budynków, wyznaczając nową erę drapaczy chmur budownictwo w zakresie wielu układów konstrukcyjnych . Jego główną innowacją w projektowaniu i budowie drapaczy chmur była koncepcja systemu konstrukcyjnego „rurowego”. , w tym „rury w ramie”, „rury z kratownicą” i „rury w wiązce”. Jego „koncepcja rur”, wykorzystująca całą zewnętrzną konstrukcję obwodową ściany budynku do symulacji cienkościennej rury, zrewolucjonizowała projektowanie wysokich budynków. Systemy te pozwalają na większą efektywność ekonomiczną, a także pozwalają wieżowcom przybierać różne kształty, nie muszą już być prostokątne i pudełkowe. Pierwszym budynkiem, w którym zastosowano konstrukcję rurową, był Chestnut De-Witt budynek mieszkalny, uważany za ważny rozwój w nowoczesnej architekturze. Te nowe projekty otworzyły ekonomiczne drzwi dla wykonawców, inżynierów, architektów i inwestorów, zapewniając ogromne ilości nieruchomości na minimalnych działkach. Druga szkoła chicagowska ” zbudowali wiele wież , w tym stupiętrowe Centrum Johna Hancocka i masywny Willis Tower o wysokości 442 m (1450 stóp) . Inni pionierzy w tej dziedzinie to Hal Iyengar , William LeMessurier i Minoru Yamasaki , architekt World Trade Center .
Wiele budynków zaprojektowanych w latach 70. nie miało określonego stylu i przypominało ornamentykę z wcześniejszych budynków projektowanych przed latami 50. Te plany projektowe ignorowały otoczenie i ładowały konstrukcje elementami dekoracyjnymi i ekstrawaganckimi wykończeniami. Takiemu podejściu do projektowania sprzeciwiał się Fazlur Khan, który uważał projekty za raczej kapryśne niż racjonalne. Ponadto uważał tę pracę za marnowanie cennych zasobów naturalnych. Praca Khana promowała konstrukcje zintegrowane z architekturą i jak najmniejsze użycie materiału, co wpłynęło na najmniejszy wpływ na środowisko. Następna era drapaczy chmur skupi się na środowisku, w tym wydajności konstrukcji, typach materiałów, praktykach budowlanych, absolutnie minimalnym wykorzystaniu materiałów/zasobów naturalnych, energii zawartej w strukturach, a co ważniejsze, holistycznie zintegrowanym podejściu do systemów budowlanych.
.jpg)
_(cropped)_2.jpg)
Nowoczesne praktyki budowlane dotyczące superwysokich konstrukcji doprowadziły do badania „wysokości próżności”. Wysokość toaletki, zgodnie z CTBUH, to odległość między najwyższym piętrem a jego szczytem architektonicznym (z wyłączeniem anten, masztu flagowego lub innych rozszerzeń funkcjonalnych). Wysokość próżności pojawiła się po raz pierwszy w nowojorskich drapaczach chmur już w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku, ale superwysokie budynki opierały się na takich niezdatnych do zamieszkania przedłużeniach średnio na 30% ich wysokości, co stwarza potencjalne problemy z definicją i zrównoważonym rozwojem. Obecna era drapaczy chmur koncentruje się na zrównoważonym rozwoju , jego zabudowane i naturalne środowisko, w tym wydajność konstrukcji, rodzaje materiałów, praktyki budowlane, absolutnie minimalne zużycie materiałów i zasobów naturalnych, energię w strukturze oraz holistycznie zintegrowane podejście do systemów budowlanych. LEED to aktualny standard zielonego budownictwa .
Architektonicznie, wraz z ruchami postmodernizmu , nowej urbanistyki i nowej architektury klasycznej , które powstały od lat 80. XX wieku, bardziej klasyczne podejście powróciło do globalnego projektowania drapaczy chmur, które pozostaje popularne do dziś. Przykładami są Wells Fargo Center , NBC Tower , Parkview Square , 30 Park Place , Messeturm , kultowe Petronas Towers i Jin Mao Tower .
Inne współczesne style i ruchy w projektowaniu drapaczy chmur to organiczny , zrównoważony , neofuturystyczny , strukturalistyczny , high-tech , dekonstruktywistyczny , blob , cyfrowy , usprawniony , nowatorski , krytyczny regionalista , wernakularny , neo art deco i neohistorysta , znany również jako odrodzenie .
3 września to światowy dzień upamiętniający drapacze chmur, zwany „Dniem drapaczy chmur”.
Deweloperzy z Nowego Jorku rywalizowali między sobą, a kolejne wyższe budynki zdobywały tytuł „najwyższych na świecie” w latach dwudziestych i wczesnych trzydziestych XX wieku, czego kulminacją było ukończenie 318,9 m (1046 stóp) Chrysler Building w 1930 r. I 443,2 m (1454 stóp ) ) Empire State Building w 1931 roku, najwyższy budynek świata od czterdziestu lat. Pierwsza ukończona World Trade Center o wysokości 417 m (1368 stóp) stała się najwyższym budynkiem na świecie w 1972 roku. Została jednak wyprzedzona przez Sears Tower (obecnie Willis Tower ) w Chicago w ciągu dwóch lat. Wysoki na 442 m (1450 stóp) Sears Tower był najwyższym budynkiem na świecie przez 24 lata, od 1974 do 1998 roku, dopóki nie został wyprzedzony przez 452 m (1483 stóp) Petronas Twin Towers w Kuala Lumpur, który posiadał tytuł przez sześć lata.
projekt i konstrukcja
Projektowanie i budowa drapaczy chmur polega na tworzeniu bezpiecznych, nadających się do zamieszkania przestrzeni w bardzo wysokich budynkach. Budynki muszą utrzymywać swój ciężar, być odporne na wiatr i trzęsienia ziemi oraz chronić mieszkańców przed ogniem. Muszą być jednak również łatwo dostępne, nawet na wyższych kondygnacjach, oraz zapewniać mieszkańcom dostęp do mediów i komfortowy klimat. Problemy związane z projektowaniem drapaczy chmur są uważane za jedne z najbardziej złożonych, jakie można napotkać, biorąc pod uwagę wymaganą równowagę między ekonomią , inżynierią i zarządzaniem budową .
Wspólną cechą drapaczy chmur jest stalowa rama, do której zawieszone są ściany osłonowe, a nie ściany nośne o konwencjonalnej konstrukcji. Większość drapaczy chmur ma stalową ramę, dzięki czemu mogą być wyższe niż typowe ściany nośne z betonu zbrojonego. Drapacze chmur mają zwykle szczególnie małą powierzchnię tego, co konwencjonalnie uważa się za ściany. Ponieważ ściany nie są nośne, większość drapaczy chmur charakteryzuje się powierzchniami okien, które są możliwe dzięki koncepcji stalowej ramy i ściany osłonowej. Jednak wieżowce mogą mieć również ściany osłonowe, które naśladują konwencjonalne ściany i mają niewielką powierzchnię okien.
Koncepcja drapacza chmur jest wytworem ery uprzemysłowionej , możliwej dzięki taniej energii pochodzącej z paliw kopalnych i przetworzonym przemysłowo surowcom, takim jak stal i beton . Budowa drapaczy chmur była możliwa dzięki konstrukcji stalowej , która od końca XIX wieku przewyższała konstrukcje murowane , a ostatecznie w XX wieku wraz z konstrukcją żelbetową wraz ze spadkiem ceny stali i wzrostem kosztów pracy.
Stalowe ramy stają się nieefektywne i nieekonomiczne w przypadku bardzo wysokich budynków, ponieważ powierzchnia użytkowa zmniejsza się w przypadku coraz większych kolumn nośnych. Od około 1960 roku do wieżowców używano konstrukcji rurowych. Zmniejsza to zużycie materiału (bardziej wydajne pod względem ekonomicznym – Willis Tower zużywa o jedną trzecią mniej stali niż Empire State Building), ale pozwala na większą wysokość. Pozwala na mniej kolumn wewnętrznych, a tym samym tworzy więcej powierzchni użytkowej. Ponadto pozwala budynkom na przybieranie różnych kształtów.
Windy są charakterystyczne dla drapaczy chmur. W 1852 roku Elizeusz Otis wprowadził windę bezpieczeństwa, umożliwiającą wygodny i bezpieczny transport pasażerów na wyższe piętra. Kolejnym istotnym osiągnięciem było zastosowanie stalowej ramy zamiast kamienia lub cegły, w przeciwnym razie ściany na niższych piętrach wysokiego budynku byłyby zbyt grube, aby były praktyczne. Obecnie głównymi producentami wind są Otis , ThyssenKrupp , Schindler i KONE .
Postępy w technikach budowlanych umożliwiły zawężanie drapaczy chmur przy jednoczesnym zwiększaniu wysokości. Niektóre z tych nowych technik obejmują tłumiki masowe redukujące wibracje i kołysanie oraz szczeliny umożliwiające przepływ powietrza, zmniejszające uskoki wiatru.
Podstawowe kwestie projektowe
Dobry projekt konstrukcyjny jest ważny w większości projektów budowlanych, ale szczególnie w przypadku drapaczy chmur, ponieważ nawet niewielka szansa na katastrofalną awarię jest nie do przyjęcia, biorąc pod uwagę wysoką cenę. Stanowi to paradoks dla inżynierów budownictwa : jedynym sposobem zapewnienia braku awarii jest przetestowanie wszystkich rodzajów awarii, zarówno w laboratorium, jak iw świecie rzeczywistym. Ale jedynym sposobem na poznanie wszystkich rodzajów niepowodzeń jest uczenie się na podstawie poprzednich niepowodzeń. Dlatego żaden inżynier nie może być absolutnie pewien, że dana konstrukcja wytrzyma wszystkie obciążenia, które mogą spowodować awarię, ale może mieć tylko wystarczająco duże marginesy bezpieczeństwa, aby awaria była akceptowalnie mało prawdopodobna. Kiedy budynki się psują, inżynierowie zastanawiają się, czy awaria była spowodowana brakiem przewidywania, czy też jakimś nieznanym czynnikiem.
Ładowanie i wibracje
Obciążenie, jakiego doświadcza drapacz chmur, wynika w dużej mierze z siły samego materiału budowlanego. W większości projektów budowlanych ciężar konstrukcji jest znacznie większy niż ciężar materiału, który wytrzyma poza własnym ciężarem. Z technicznego punktu widzenia ciężar własny , czyli obciążenie konstrukcji, jest większy niż obciążenie użytkowe , ciężar elementów konstrukcji (ludzi, mebli, pojazdów itp.). W związku z tym ilość materiału konstrukcyjnego wymaganego na niższych poziomach wieżowca będzie znacznie większa niż materiał wymagany na wyższych poziomach. Nie zawsze jest to widoczne wizualnie. The Niepowodzenia Empire State Building są w rzeczywistości wynikiem ówczesnego prawa budowlanego ( 1916 Zoning Resolution ) i nie były wymagane konstrukcyjnie. Z drugiej strony, Centrum Johna Hancocka jest wyjątkowym wynikiem sposobu, w jaki obsługuje obciążenia. Podpory pionowe mogą występować w kilku typach, wśród których najbardziej powszechne w przypadku drapaczy chmur można podzielić na ramy stalowe, rdzenie betonowe, konstrukcje typu rura w rurze i ściany ścinane.
Obciążenie wiatrem drapacza chmur jest również znaczne. W rzeczywistości boczne obciążenie wiatrem wywierane na bardzo wysokie konstrukcje jest generalnie decydującym czynnikiem w projekcie konstrukcyjnym. Ciśnienie wiatru rośnie wraz z wysokością, więc w przypadku bardzo wysokich budynków obciążenia związane z wiatrem są większe niż obciążenia stałe lub użytkowe.
Inne czynniki obciążenia pionowego i poziomego pochodzą z różnych, nieprzewidywalnych źródeł, takich jak trzęsienia ziemi.
Rama ze stali
Do 1895 roku stal zastąpiła żeliwo jako materiał konstrukcyjny drapaczy chmur. Jego plastyczność pozwalała na formowanie go w różne kształty i można go było nitować, zapewniając mocne połączenia. Prostota stalowej ramy wyeliminowała nieefektywną część ściany ścinanej, część środkową i skonsolidowane elementy wsporcze w znacznie silniejszy sposób, umożliwiając zarówno poziome, jak i pionowe podpory. Wadą stali jest to, że wraz ze wzrostem wysokości trzeba podpierać więcej materiału, a odległość między elementami podtrzymującymi musi się zmniejszać, co z kolei zwiększa ilość materiału, który musi być podparty. Staje się to nieefektywne i nieekonomiczne w przypadku budynków o wysokości powyżej 40 pięter, ponieważ powierzchnia użytkowa jest zmniejszona na słupy nośne i ze względu na większe wykorzystanie stali.
Rurowe systemy konstrukcyjne
Nowy system konstrukcyjny z rur w ramie został opracowany przez Fazlura Rahmana Khana w 1963 r. Konstrukcja z rur w ramie jest zdefiniowana jako „trójwymiarowa struktura przestrzenna złożona z trzech, czterech lub ewentualnie większej liczby ram, ram usztywnionych lub ścian ścinanych, połączonych na lub w pobliżu ich krawędzi, tworząc pionowy system konstrukcyjny przypominający rurę, zdolny do przeciwstawiania się siłom bocznym działającym w dowolnym kierunku poprzez wysunięcie się z fundamentu”. Ściśle rozmieszczone połączone ze sobą zewnętrzne kolumny tworzą rurę. Obciążenia poziome (głównie wiatr) są przenoszone przez konstrukcję jako całość. Rury w ramie umożliwiają mniej kolumn wewnętrznych, a tym samym tworzą więcej powierzchni użytkowej, a około połowa powierzchni zewnętrznej jest dostępna na okna. Tam, gdzie wymagane są większe otwory, takie jak bramy garażowe, rama rurowa musi zostać przerwana, a dźwigary przenoszące służą do zachowania integralności strukturalnej. Konstrukcje rurowe obniżają koszty, jednocześnie umożliwiając budynkom osiąganie większych wysokości. Betonowa konstrukcja rurowa została po raz pierwszy zastosowana w DeWitt-Chestnut Apartment Building , ukończony w Chicago w 1963 roku, a wkrótce potem w John Hancock Center i World Trade Center .
Systemy rurowe są podstawą projektowania wysokich budynków. Większość ponad 40-piętrowych budynków zbudowanych od lat 60. XX wieku wykorzystuje obecnie konstrukcję rurową wywodzącą się z zasad inżynierii strukturalnej Khana, na przykład budowa World Trade Center , Aon Center , Petronas Towers , Jin Mao Building i większość innych superwysokich drapaczy chmur od lat 60. XX wieku . Silny wpływ konstrukcji rurowej jest również widoczny przy budowie obecnie najwyższego drapacza chmur, Burdż Chalifa .
Kratownicowa rura i X-usztywnienie:
Khan był pionierem w kilku innych wariantach konstrukcji rurowej. Jednym z nich była koncepcja X-bracing lub rurki kratownicowej , po raz pierwszy zastosowana w Centrum Johna Hancocka . Ta koncepcja zmniejszyła boczne obciążenie budynku poprzez przeniesienie obciążenia na zewnętrzne słupy. Pozwala to na zmniejszenie zapotrzebowania na kolumny wewnętrzne, tworząc w ten sposób więcej miejsca na podłodze. Koncepcję tę można zobaczyć w Centrum Johna Hancocka, zaprojektowanym w 1965 roku i ukończonym w 1969 roku. Jeden z najsłynniejszych budynków ekspresjonizmu strukturalnego stylu, charakterystyczne zewnętrzne wzmocnienie X drapacza chmur jest w rzeczywistości wskazówką, że poszycie struktury jest rzeczywiście częścią jego „systemu rurowego”. Pomysł ten jest jedną z technik architektonicznych zastosowanych przez budynek do wznoszenia się na rekordowe wysokości (system rurowy jest zasadniczo kręgosłupem, który pomaga budynkowi stać pionowo podczas obciążeń spowodowanych wiatrem i trzęsieniem ziemi ) . To usztywnienie X pozwala zarówno na wyższą wydajność wysokich konstrukcji, jak i możliwość otwarcia wewnętrznego planu piętra (i powierzchni użytkowej), jeśli architekt sobie tego życzy.
Centrum Johna Hancocka było znacznie bardziej wydajne niż wcześniejsze konstrukcje o stalowej ramie . Tam, gdzie Empire State Building (1931) wymagało około 206 kilogramów stali na metr kwadratowy, a 28 Liberty Street (1961) wymagało 275, Centrum Johna Hancocka wymagało tylko 145. Koncepcja rur kratowych została zastosowana w wielu późniejszych drapaczach chmur, w tym w Onterie Center , Citigroup Center i Bank of China Tower .
.jpg)
Rura w pakiecie: Ważną odmianą ramy rurowej jest rura w pakiecie , która wykorzystuje kilka połączonych ze sobą ram rurowych. Willis Tower w Chicago wykorzystał ten projekt, wykorzystując dziewięć rur o różnej wysokości, aby uzyskać charakterystyczny wygląd. Złożona konstrukcja rurowa oznaczała, że „budynki nie muszą już wyglądać jak pudełka: mogą stać się rzeźbami”.
Rura w rurze: system rura w rurze oprócz rur zewnętrznych wykorzystuje rury ze ściankami ścinanymi rdzenia. Rura wewnętrzna i rura zewnętrzna współpracują ze sobą, aby wytrzymać obciążenia grawitacyjne i boczne oraz zapewnić dodatkową sztywność konstrukcji, aby zapobiec znacznym ugięciom na górze. Ten projekt został po raz pierwszy zastosowany w One Shell Plaza . Późniejsze budynki wykorzystujące ten system konstrukcyjny obejmują Petronas Towers .
Wysięgnik i kratownica pasa: System wysięgnika i kratownicy pasa jest systemem odpornym na obciążenia boczne, w którym konstrukcja rurowa jest połączona z centralną ścianą rdzenia za pomocą bardzo sztywnych wysięgników i kratownic pasa na jednym lub kilku poziomach. BHP House był pierwszym budynkiem, w którym zastosowano ten system konstrukcyjny, a następnie First Wisconsin Center, od czasu przemianowania na US Bank Center , w Milwaukee. Centrum wznosi się na 601 stóp, z trzema kratownicami pasowymi na dole, w środku i na górze budynku. Odsłonięte kratownice pasów służą celom estetycznym i konstrukcyjnym. Późniejsze budynki, w których można to wykorzystać, obejmują Shanghai World Financial Center .
Konstrukcje z rur betonowych: ostatnimi dużymi budynkami zaprojektowanymi przez Khana były One Magnificent Mile i Onterie Center w Chicago, w których zastosowano odpowiednio jego projekty systemów rur wiązkowych i kratownicowych. W przeciwieństwie do jego wcześniejszych budynków, które były głównie stalowe, jego ostatnie dwa budynki były betonowe. Jego wcześniejszy DeWitt-Chestnut Apartments , wybudowany w 1963 roku w Chicago, również był budynkiem betonowym o konstrukcji rurowej. Trump Tower w Nowym Jorku to także kolejny przykład adaptacji tego systemu.
System interakcji ramy ze ścianą ścinaną: Khan opracował system interakcji ramy ze ścianą ścinaną dla średnich budynków wysokościowych. Ten system konstrukcyjny wykorzystuje kombinacje ścian usztywniających i ram zaprojektowanych tak, aby opierały się siłom bocznym. Pierwszym budynkiem, w którym zastosowano ten system konstrukcyjny, był 35-piętrowy budynek Brunswick. Budynek Brunswick został ukończony w 1965 roku i stał się najwyższą konstrukcją żelbetową swoich czasów. System konstrukcyjny Brunswick Building składa się z betonowego rdzenia ściany ścinanej otoczonego zewnętrzną betonową ramą z kolumn i spandreli. Budynki mieszkalne o wysokości do 70 pięter z powodzeniem wykorzystują tę koncepcję.
Zagadka windy
Wynalazek windy był warunkiem wstępnym wynalezienia drapaczy chmur, biorąc pod uwagę, że większość ludzi nie chciała (lub nie mogła) wspinać się po więcej niż kilku kondygnacjach schodów na raz. Windy w wieżowcu nie są po prostu niezbędnym narzędziem, takim jak bieżąca woda i elektryczność, ale w rzeczywistości są ściśle związane z projektem całej konstrukcji: wyższy budynek wymaga większej liczby wind do obsługi dodatkowych pięter, ale szyby wind zużywają cenne powierzchnia. Jeśli rdzeń serwisowy, w którym znajdują się szyby wind, stanie się zbyt duży, może to obniżyć rentowność budynku. Dlatego architekci muszą zrównoważyć wartość uzyskaną poprzez dodanie wysokości z wartością utraconą przez rozszerzający się rdzeń usługowy.
Wiele wysokich budynków wykorzystuje windy w niestandardowej konfiguracji, aby zmniejszyć ich powierzchnię. Budynki takie jak dawne World Trade Center Towers i John Hancock Center w Chicago wykorzystują podniebne lobby , w których ekspresowe windy przewożą pasażerów na wyższe piętra, które służą jako baza dla lokalnych wind. Dzięki temu architekci i inżynierowie mogą umieszczać szyby wind jeden na drugim, oszczędzając miejsce. Podniebne lobby i ekspresowe windy zajmują jednak znaczną ilość miejsca i zwiększają ilość czasu spędzanego na dojazdach między piętrami.
Inne budynki, takie jak Petronas Towers , korzystają z wind dwupokładowych , dzięki czemu więcej osób może zmieścić się w jednej windzie i docierają do dwóch pięter na każdym przystanku. Możliwe jest użycie nawet więcej niż dwóch poziomów w windzie, chociaż nigdy tego nie zrobiono. Główny problem z windami dwupokładowymi polega na tym, że powodują one, że wszyscy w windzie zatrzymują się, gdy tylko osoba na jednym poziomie musi wysiąść na danym piętrze.
Budynki z podniebnymi lobby obejmują World Trade Center , Petronas Twin Towers , Willis Tower i Taipei 101 . W podniebnym holu na 44. piętrze John Hancock Center znajdował się również pierwszy kryty basen w wieżowcu , który pozostaje najwyższy w Stanach Zjednoczonych.
Uzasadnienie ekonomiczne
Drapacze chmur są zazwyczaj zlokalizowane w centrach miast , gdzie cena gruntów jest wysoka. Budowa wieżowca staje się uzasadniona, jeśli cena gruntu jest na tyle wysoka, że ekonomicznie opłacalna jest budowa w górę, aby zminimalizować koszt gruntu w przeliczeniu na całkowitą powierzchnię budynku. Tak więc budowa drapaczy chmur jest podyktowana ekonomią i skutkuje powstaniem drapaczy chmur w określonej części dużego miasta, chyba że przepisy budowlane ograniczają wysokość budynków.
Drapacze chmur są rzadko spotykane w małych miastach i są charakterystyczne dla dużych miast, ze względu na krytyczne znaczenie wysokich cen gruntów pod budowę drapaczy chmur. Zwykle na czynsze w centrum miasta stać tylko użytkowników biurowych, handlowych i hotelowych, dlatego większość najemców wieżowców należy do tych klas.
Dziś wieżowce są coraz częstszym widokiem tam, gdzie grunty są drogie, jak w centrach dużych miast, ponieważ zapewniają tak wysoki wskaźnik powierzchni najmu na jednostkę powierzchni gruntu.
Inną wadą bardzo wysokich drapaczy chmur jest utrata powierzchni użytkowej, ponieważ do wydajnego przemieszczania się w pionie potrzeba wielu szybów wind. Doprowadziło to do wprowadzenia wind ekspresowych i poczekalni , w których można przesiadać się do wolniejszych wind dystrybucyjnych.
Wpływ środowiska
Zbudowanie jednego drapacza chmur wymaga dużych ilości materiałów, takich jak stal, beton i szkło, a materiały te reprezentują znaczną energię wcieloną . Drapacze chmur są zatem budynkami materiałochłonnymi i energochłonnymi.
Drapacze chmur mają znaczną masę i wymagają mocniejszego fundamentu niż krótszy, lżejszy budynek. W budownictwie materiały budowlane muszą być podnoszone na szczyt wieżowca podczas budowy, co wymaga więcej energii niż byłoby to konieczne na niższych wysokościach. Ponadto wieżowiec zużywa dużo energii elektrycznej, ponieważ pitna i niezdatna do picia musi być pompowana na najwyższe zajmowane piętra, wieżowce są zwykle projektowane z wentylacją mechaniczną , windy są zwykle używane zamiast schodów, a oświetlenie elektryczne jest potrzebne w pomieszczeniach oddalonych od okien i przestrzeniach bez okien, takich jak windy, łazienki i klatki schodowe.
Drapacze chmur mogą być sztucznie oświetlane, a zapotrzebowanie na energię może być pokrywane z energii odnawialnej lub innej generacji energii elektrycznej o niskiej emisji gazów cieplarnianych . Ogrzewanie i chłodzenie drapaczy chmur może być efektywne dzięki scentralizowanym systemom HVAC , blokującym promieniowanie cieplnemu oknom oraz niewielkiej powierzchni budynku. Wieżowce posiadają certyfikat Leadership in Energy and Environmental Design (LEED). Na przykład Empire State Building otrzymał złotą ocenę Leadership in Energy and Environmental Design we wrześniu 2011 r., a Empire State Building jest najwyższym budynkiem z certyfikatem LEED w Stanach Zjednoczonych, co dowodzi, że drapacze chmur mogą być przyjazne dla środowiska. The 30 St Mary Axe w Londynie w Wielkiej Brytanii to kolejny przykład przyjaznego środowisku drapacza chmur.
Na niższych poziomach wieżowca większy procent powierzchni użytkowej budynku musi być przeznaczony na konstrukcję budynku i usługi niż jest to wymagane w przypadku niższych budynków:
- Więcej struktury – ponieważ musi być mocniejsza, aby utrzymać więcej pięter powyżej
- Zagadka windy stwarza potrzebę większej liczby szybów windowych — wszyscy wchodzą na dole i wszyscy muszą przejść przez dolną część budynku, aby dostać się na wyższe poziomy.
- Usługi budowlane – energia i woda wchodzą do budynku od dołu i muszą przejść przez niższe poziomy, aby dostać się na wyższe poziomy.
W budynkach o niskiej zabudowie pomieszczenia pomocnicze ( agregaty chłodnicze , transformatory , kotły , pompy i centrale wentylacyjne ) można umieścić w piwnicach lub na dachach – w miejscach o niskiej wartości czynszowej. Istnieje jednak ograniczenie co do tego, jak daleko ta elektrownia może być zlokalizowana od obszaru, który obsługuje. Im dalej, tym większe piony dla kanałów i rur z tej instalacji do obsługiwanych podłóg i tym więcej powierzchni podłogi zajmują te piony. W praktyce oznacza to, że w budynkach wielokondygnacyjnych instalacja ta znajduje się na „poziomach instalacji” w odstępach w górę budynku.
Energia operacyjna
Sektor budowlany odpowiada za około 50% emisji gazów cieplarnianych, przy czym energia operacyjna odpowiada za 80-90% zużycia energii związanego z budynkami. Zużycie energii operacyjnej zależy od wielkości przewodnictwa między wnętrzem a zewnętrzem, konwekcji z infiltrującego powietrza i promieniowania przez oszklenie . Stopień, w jakim te czynniki wpływają na energię operacyjną, różni się w zależności od mikroklimatu wieżowca, przy czym prędkość wiatru wzrasta wraz ze wzrostem wysokości wieżowca, a spadek temperatury termometru suchego wraz ze wzrostem wysokości. Na przykład po przejściu z 1,5 metra na 284 metry temperatura termometru suchego spadła o 1,85 o C, podczas gdy prędkość wiatru wzrosła z 2,46 m/s do 7,75 m/s, co doprowadziło do spadku letniego ochłodzenia o 2,4% w odniesieniu do Freedom Tower w Nowym Jorku. Jednak w przypadku tego samego budynku stwierdzono, że roczna intensywność zużycia energii była o 9,26% wyższa z powodu braku zacienienia na dużych wysokościach, co zwiększało obciążenia chłodnicze przez pozostałą część roku, podczas gdy połączenie temperatury, wiatru, zacienienia i efekty odbić doprowadziły do łącznego wzrostu rocznej intensywności zużycia energii o 13,13%. W badaniu przeprowadzonym przez Leunga i Raya w 2013 roku stwierdzono, że średnia intensywność zużycia energii konstrukcji o liczbie pięter od 0 do 9 wynosiła około 80 kBtu/stopę rocznie, podczas gdy energochłonność konstrukcji posiadającej więcej niż 50 pięter wynosiła około 117 kBtu/stopę rocznie. Na rysunku 1 przedstawiono podział wpływu wysokości pośrednich na intensywność zużycia energii. Niewielki spadek energochłonności na piętrach 30-39 można przypisać temu, że wzrost ciśnienia w systemach ogrzewania, chłodzenia i dystrybucji wody wyrównuje się w punkcie między 40 a 49 piętrami oraz oszczędności energii dzięki widać mikroklimat wyższych pięter. Istnieje luka w danych, w której potrzebne jest inne badanie dotyczące tych samych informacji, ale dla wyższych budynków.
Windy
Część wzrostu energii operacyjnej w wysokich budynkach jest związana z korzystaniem z wind, ponieważ pokonywana odległość i prędkość, z jaką poruszają się, zwiększają się wraz ze wzrostem wysokości budynku. Od 5 do 25% całkowitego zużycia energii w wysokim budynku pochodzi z wind . Wraz ze wzrostem wysokości budynku staje się on również mniej wydajny ze względu na występowanie większych strat oporu i tarcia.
Wcielona energia
Ucieleśniona energia związana z budową drapaczy chmur różni się w zależności od użytych materiałów. Energia ucieleśniona jest określana ilościowo na jednostkę materiału. Drapacze chmur z natury mają wyższą energię wcieloną niż niskie budynki ze względu na wzrost ilości użytych materiałów w miarę budowy większej liczby pięter. Rysunki 2 i 3 porównują całkowitą energię ucieleśnioną różnych typów podłóg oraz jednostkową energię ucieleśnioną dla każdego typu kondygnacji dla budynków o liczbie pięter od 20 do 70. Stwierdzono, że dla wszystkich rodzajów stropów, z wyjątkiem stropów żelbetowych, po 60 piętrach nastąpił spadek energii jednostkowej, ale biorąc pod uwagę wszystkie stropy, nastąpił wykładniczy wzrost z powodu podwójnej zależności od wysokości. Pierwszym z nich jest związek między wzrostem wysokości prowadzącym do zwiększenia ilości użytych materiałów, a drugim wzrostem wysokości prowadzącym do zwiększenia wymiarów elementów zwiększających nośność konstrukcyjną budynku. Staranny dobór materiałów budowlanych może prawdopodobnie zmniejszyć energię wcieloną bez zmniejszania liczby pięter zbudowanych w przedstawionych granicach.
Wcielony węgiel
Podobnie jak ucieleśniona energia, ucieleśniony węgiel budynku zależy od materiałów wybranych do jego budowy. Ryciny 4 i 5 [ gdzie? ] pokaż całkowity węgiel ucieleśniony dla różnych typów konstrukcji dla rosnącej liczby pięter oraz węgiel ucieleśniony na metr kwadratowy powierzchni brutto dla tych samych typów konstrukcji wraz ze wzrostem liczby pięter. Obie metody pomiaru zawartego węgla pokazują, że istnieje punkt, w którym zawarty węgiel jest najniższy, zanim ponownie wzrośnie wraz ze wzrostem wysokości. W przypadku całkowitego ucieleśnionego węgla zależy to od typu konstrukcji, ale wynosi albo około 40 pięter, albo około 60 pięter. Na metr kwadratowy powierzchni brutto najniższą zawartość węgla stwierdzono na 40 lub około 70 piętrach.
Zanieczyszczenie powietrza
Na obszarach miejskich konfiguracja budynków może prowadzić do nasilenia wiatrów i nierównomiernego rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń . Kiedy zwiększa się wysokość budynków otaczających źródło zanieczyszczenia powietrza, zwiększa się rozmiar i występowanie zarówno „martwych stref”, jak i „gorących punktów” na obszarach, na których prawie nie było zanieczyszczeń i odpowiednio w wysokich stężeniach zanieczyszczeń. Rysunek 6 przedstawia wzrost wysokości budynku F od 0,0315 jednostki w przypadku 1 do 0,2 jednostki w przypadku 2 do 0,6 jednostki w przypadku 3. Ten przebieg pokazuje, jak wraz ze wzrostem wysokości budynku F zmniejsza się rozprzestrzenianie zanieczyszczeń, ale koncentracja w klastrze budynków wzrasta. Zmienność pól prędkości może mieć wpływ również budowa nowych budynków, a nie tylko wzrost wysokości, jak pokazano na rysunku. W miarę jak centra miast będą się rozszerzać w górę i na zewnątrz, obecne pola prędkości będą nadal zatrzymywać zanieczyszczone powietrze w pobliżu wysokich budynków w mieście. W szczególności w dużych miastach większość zanieczyszczenia powietrza pochodzi z transportu, czy to samochodów, pociągów, samolotów czy łodzi. Wraz z rozrastania się miast i dalszym emitowaniem zanieczyszczeń, zanieczyszczenia powietrza będą nadal uwięzione w tych ośrodkach miejskich. Różne zanieczyszczenia mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzkiego na różne sposoby. Na przykład, cząstki stałe ze spalin samochodowych i wytwarzania energii mogą powodować astmę, zapalenie oskrzeli i raka, podczas gdy dwutlenek azotu z procesów spalania silnika silnikowego może powodować dysfunkcje neurologiczne i uduszenie.
Ocena LEED/zielonego budynku
.jpg)
Podobnie jak w przypadku wszystkich innych budynków, jeśli zostaną podjęte specjalne środki w celu uwzględnienia zrównoważonych metod projektowania na wczesnym etapie procesu projektowania, możliwe jest uzyskanie oceny ekologicznego budynku, takiej jak certyfikat LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) . Zintegrowany projekt podejście ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że decyzje projektowe, które pozytywnie wpłyną na cały budynek, zostaną podjęte na początku procesu. Ze względu na masowość drapaczy chmur decyzje podejmowane przez zespół projektowy muszą uwzględniać wszystkie czynniki, w tym wpływ budynków na otaczającą społeczność, wpływ budynku na kierunek ruchu powietrza i wody oraz wpływ należy wziąć pod uwagę proces budowlany. Istnieje kilka metod projektowania, które można zastosować przy budowie wieżowca, który wykorzystałby wysokość budynku. Mikroklimaty, które istnieją wraz ze wzrostem wysokości budynku, można wykorzystać do zwiększenia naturalną wentylację , zmniejszyć obciążenie chłodnicze i zwiększyć ilość światła dziennego. Naturalną wentylację można zwiększyć, wykorzystując efekt stosu , w którym ciepłe powietrze porusza się w górę i zwiększa ruch powietrza w budynku. W przypadku wykorzystania efektu stosu budynki muszą zwrócić szczególną uwagę na projektowanie technik separacji ognia, ponieważ efekt stosu może również zaostrzyć dotkliwość pożaru. Drapacze chmur są uważane za budynki zdominowane wewnętrznie ze względu na ich wielkość, a także fakt, że większość z nich jest wykorzystywana jako pewnego rodzaju budynek biurowy z dużymi obciążeniami chłodniczymi. Ze względu na mikroklimat utworzony na wyższych piętrach przy zwiększonej prędkości wiatru i obniżonych temperaturach termometru suchego, obciążenie chłodnicze zostanie naturalnie zmniejszone z powodu infiltracji przez powłokę termiczną. Korzystając z naturalnie niższych temperatur na wyższych wysokościach, drapacze chmur mogą biernie zmniejszać obciążenie chłodnicze. Drugą stroną tego argumentu jest brak zacienienia na wyższych wysokościach przez inne budynki, a więc tzw zysk ciepła słonecznego będzie większy na wyższych piętrach niż na niższych piętrach budynku. W okresie przegrzania należy szczególnie zadbać o osłonięcie górnych pięter przed światłem słonecznym, aby zapewnić komfort cieplny bez zwiększania obciążenia chłodniczego.
Historia najwyższych drapaczy chmur
Na początku XX wieku Nowy Jork był ośrodkiem ruchu architektonicznego Beaux-Arts , przyciągającym talenty tak wielkich architektów jak Stanford White czy Carrere and Hastings . W miarę jak w miarę upływu stulecia stawały się dostępne lepsze technologie budowlane i inżynieryjne, Nowy Jork i Chicago stały się centralnymi punktami konkursu na najwyższy budynek na świecie. Uderzająca panorama każdego miasta składa się z licznych i różnorodnych drapaczy chmur, z których wiele to ikony architektury XX wieku:
- Budynek EV Haughwout na Manhattanie był pierwszym budynkiem, w którym pomyślnie zainstalowano windę osobową, robiąc to 23 marca 1857 roku.
- Equitable Life Building na Manhattanie był pierwszym budynkiem biurowym wyposażonym w windy osobowe.
- Budynek ubezpieczenia domu w Chicago, który został zbudowany w 1884 roku, był pierwszym wysokim budynkiem ze stalowym szkieletem.
- Singer Building , rozbudowa istniejącej konstrukcji na Dolnym Manhattanie , był najwyższym budynkiem na świecie po ukończeniu w 1908 roku. Zaprojektowany przez Ernesta Flagga , miał 612 stóp (187 m) wysokości.
- Metropolitan Life Insurance Company Tower , po drugiej stronie Madison Square Park od Flatiron Building , był najwyższym budynkiem na świecie po ukończeniu w 1909 roku. Został zaprojektowany przez firmę architektoniczną Napoleon LeBrun & Sons i miał 700 stóp (210 m) wysokości.
- Woolworth Building , neogotycka „Katedra Handlu” z widokiem na nowojorski ratusz , została zaprojektowana przez Cassa Gilberta . Mając 792 stóp (241 m), stał się najwyższym budynkiem na świecie po ukończeniu w 1913 roku, honor, który zachował do 1930 roku.
- 40 Wall Street , 71-piętrowa neogotycka wieża o wysokości 927 stóp (283 m) zaprojektowana przez H. Craiga Severance'a , była najwyższym budynkiem na świecie przez miesiąc w maju 1930 roku.
- Chrysler Building w Nowym Jorku objął prowadzenie pod koniec maja 1930 roku jako najwyższy budynek na świecie, osiągając 1046 stóp (319 m). Zaprojektowany przez Williama Van Alena , arcydzieło w stylu Art Deco z zewnętrzną częścią wykonaną z cegły, budynek Chryslera do dziś jest ulubieńcem nowojorczyków.
- Empire State Building , dziewięć ulic na południe od Chryslera na Manhattanie, osiągnął w 1931 roku wysokość 1250 stóp (381 m) i 102 piętra. Pierwszy budynek, który miał ponad 100 pięter, został zaprojektowany przez Shreve, Lamb and Harmon w współczesny styl Art Deco i bierze swoją nazwę od pseudonimu stanu Nowy Jork . Maszt antenowy dodany w 1951 roku przyniósł szczytową wysokość do 1472 stóp (449 m), obniżoną w 1984 do 1454 stóp (443 m).
- World Trade Center oficjalnie przewyższył Empire State Building w 1970 roku, został ukończony w 1973 roku i składał się z dwóch wysokich wież i kilku mniejszych budynków. Przez krótki czas Północna Wieża World Trade Center – ukończona w 1972 roku – była najwyższym budynkiem na świecie, aż do czasu, gdy w 1973 roku została prześcignięta przez Sears Tower . Po ukończeniu wieże stały przez 28 lat, aż do zniszczenia budynków przez ataki z 11 września w 2001 roku.
- Willis Tower (dawniej Sears Tower) została ukończona w 1974 roku. Był to pierwszy budynek, w którym zastosowano system konstrukcyjny „ wiązek rur ”, zaprojektowany przez Fazlura Khana . W 1998 roku został przekroczony przez Petronas Towers , ale pozostał najwyższy w niektórych kategoriach, dopóki Burdż Chalifa nie przewyższył go we wszystkich kategoriach w 2010 roku. Obecnie jest to drugi najwyższy budynek w Stanach Zjednoczonych, po One World Trade Center , który został zbudowany w celu zastąpienia zniszczonych Trade Towers.
Pęd w ustanawianiu rekordów przeszedł ze Stanów Zjednoczonych na inne kraje wraz z otwarciem Petronas Twin Towers w Kuala Lumpur w Malezji w 1998 roku. Rekord najwyższego budynku na świecie pozostaje w Azji od otwarcia Taipei 101 w Taipei na Tajwanie , w 2004 roku. Wraz z otwarciem Burdż Chalifa w Dubaju w Zjednoczonych Emiratach Arabskich przeniesiono na Bliski Wschód szereg architektonicznych zapisów, w tym najwyższy budynek na świecie i najwyższą wolnostojącą konstrukcję.
Tej geograficznej zmianie towarzyszy zmiana podejścia do projektowania wieżowców. Przez większą część XX wieku duże budynki miały formę prostych geometrycznych kształtów. Odzwierciedlało to „międzynarodowy styl” lub modernistyczną filozofię ukształtowaną przez architektów Bauhausu na początku wieku. Ostatni z nich, wieże Willis Tower i World Trade Center w Nowym Jorku, wzniesione w latach 70. XX wieku, odzwierciedlają filozofię. W następnej dekadzie gusta się zmieniły, a nowe drapacze chmur zaczęły prezentować postmodernizm wpływy. Takie podejście do projektowania wykorzystuje elementy historyczne, często adaptowane i reinterpretowane, w tworzeniu nowoczesnych technologicznie konstrukcji. Bliźniacze wieże Petronas przypominają azjatycką pagod i islamskie zasady geometryczne. Taipei 101 również odzwierciedla pagody , ponieważ zawiera starożytne motywy , takie jak symbol ruyi . Burdż Chalifa czerpie inspirację z tradycyjnej sztuki islamu . W ostatnich latach architekci starali się tworzyć konstrukcje, które nie pasowałyby do domu, gdyby zostały ustawione w jakiejkolwiek części świata, ale które odzwierciedlają kulturę kwitnącą w miejscu, w którym stoją. [ potrzebne źródło ]
Poniższa lista mierzy wysokość dachu, a nie szczyt. [ nieudana weryfikacja ] Bardziej powszechnym miernikiem jest „najwyższy detal architektoniczny”; taki ranking obejmowałby Petronas Towers, zbudowane w 1996 roku.
| Wybudowany | Budynek | Miasto | Kraj | Oficjalna wysokość | Podłogi | Szczyt | Aktualny stan | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1870 | Equitable Life Building | Nowy Jork |
 Stany Zjednoczone
|
43m | 142 stopy | 8 | Zniszczony przez pożar w 1912 r | ||
| 1889 | Budynek audytorium | Chicago | 82 m | 269 stóp | 17 | 106m | 349 stóp | Na stojąco | |
| 1890 | Budynek świata w Nowym Jorku | Nowy Jork | 94m | 309 stóp | 20 | 106m | 349 stóp | Zburzony w 1955 roku | |
| 1894 | Ratusz w Filadelfii | Filadelfia | 155,8m | 511 stóp | 9 | 167m | 548 stóp | Na stojąco | |
| 1908 | Budynek Singera | Nowy Jork | 187m | 612 stóp | 47 | Zburzony w 1968 roku | |||
| 1909 | Spotkana Wieża Życia | 213 m | 700 stóp | 50 | Na stojąco | ||||
| 1913 | Budynek Woolwortha | 241 m | 792 stopy | 57 | Na stojąco | ||||
| 1930 | 40 Wall Street | 282 m | 925 stóp | 70 | 283 m | 927 stóp | Na stojąco | ||
| 1930 | budynek Chryslera | 319m | 1046 stóp | 77 | 319m | 1046 stóp | Na stojąco | ||
| 1931 | Empire State Building | 381 m | 1250 stóp | 102 | 443 m | 1454 stóp | Na stojąco | ||
| 1972 | World Trade Center (wieża północna) | 417m | 1368 stóp | 110 | 526,8 m | 1728 stóp | Zniszczony w 2001 roku podczas ataków z 11 września | ||
| 1974 | Willis Tower (dawniej Sears Tower) | Chicago | 442 m | 1450 stóp | 110 | 527,3 m | 1729 stóp | Na stojąco | |
| 1996 | Wieże Petronas | Kuala Lumpur |
 Malezja
|
451,9m | 1483 stopy | 88 | 451,9m | 1483 stopy | Na stojąco |
| 2004 | Taipei 101 | Tajpej |
 Tajwan
|
508,3 m | 1667 stóp | 101 | 509,2 m | 1668 stóp | Na stojąco |
| 2010 | Burj Khalifa | Dubai |
 Zjednoczone Emiraty Arabskie
|
828m | 2717 stóp | 163 | 829,8 m | 2722 stóp | Na stojąco |
Galeria
Oryginalne 1 World Trade Center było najwyższym budynkiem na świecie od 1971 do 1973 roku
Willis Tower w Chicago był najwyższym budynkiem na świecie od 1974 do 1998 roku
Petronas Towers w Kuala Lumpur były najwyższe w latach 1998-2004.
Taipei 101 w Taipei, najwyższy wieżowiec na świecie od 2004 do 2010 roku, jako pierwszy przekroczył granicę 500 m.
_(modified_version_with_desaturated_towers).jpg)
Przyszły rozwój
Przedstawiono propozycje takich konstrukcji, w tym Burj Mubarak Al Kabir w Kuwejcie i Azerbejdżan Tower w Baku . Konstrukcje o długości ponad kilometra stanowią wyzwanie architektoniczne, które może ostatecznie umieścić je w nowej kategorii architektonicznej. Pierwszym budynkiem w budowie, który ma mieć ponad kilometr wysokości, jest Jeddah Tower .
Drewniane drapacze chmur
Zaprojektowano i zbudowano kilka projektów drewnianych wieżowców. 14-piętrowy projekt mieszkaniowy w Bergen w Norwegii, znany jako „Treet” lub „The Tree”, stał się najwyższym na świecie drewnianym blokiem mieszkalnym, kiedy został ukończony pod koniec 2015 roku. Rekord Tree został przyćmiony przez Brock Commons , 18-piętrowy drewniany akademik na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie , kiedy został ukończony we wrześniu 2016 r.
Architekt Anders Berensson zaproponował budowę 40-piętrowego budynku mieszkalnego „Trätoppen” w Sztokholmie w Szwecji . Trätoppen byłby najwyższym budynkiem w Sztokholmie, chociaż nie ma natychmiastowych planów rozpoczęcia budowy. Najwyższym obecnie planowanym drewnianym wieżowcem jest 70-piętrowy projekt W350 w Tokio, który ma zostać zbudowany przez japońską firmę produkującą wyroby z drewna Sumitomo Forestry Co., aby uczcić 350. został zaproponowany przez zespół złożony z architektów Perkins + Will i University of Cambridge . River Beech Tower, położona nad brzegiem rzeki Chicago w Chicago, Illinois , byłaby o 348 stóp krótsza niż projekt W350, mimo że ma 10 pięter więcej.
Szacuje się, że drewniane drapacze chmur ważą około jednej czwartej wagi równoważnej konstrukcji żelbetowej , a także zmniejszają ślad węglowy budynku o 60–75%. Budynki zostały zaprojektowane z drewna klejonego krzyżowo (CLT), co zapewnia większą sztywność i wytrzymałość konstrukcji drewnianych. Panele CLT są prefabrykowane, dzięki czemu można zaoszczędzić czas budowy.
Zobacz też
- Nagroda CTBUH Wieżowiec
- Nagroda Emporis Wieżowiec
- drapacz chmur
- Lista miast z największą liczbą drapaczy chmur
- Lista najwyższych budynków
- Lista najwyższych budynków i budowli
- Plyscraper
- Drapacz morski
- Projekt i budowa wieżowca
- Indeks drapaczy chmur
- Muzeum Wieżowców w Nowym Jorku
- Wieżowce w filmie
- Sylwetka na tle nieba
- Rolnictwo wertykalne , „drapacze farm”
- Najmniejszy wieżowiec świata
- współczynnik oporu
- zmęczenie materiału
- siła docisku
- Rama ze stali
Dalsza lektura
- Adamie, Robercie. „Jak budować drapacze chmur” . Dziennik miejski . Źródło 4 kwietnia 2014 r .
- Judyta Dupré . Drapacze chmur: historia najbardziej niezwykłych budynków na świecie - poprawione i zaktualizowane . (2013). Hachette/Czarny Pies & Leventhal. Wyd. 2013: ISBN 978-1-57912-942-2
- Drapacze chmur: forma i funkcja , David Bennett, Simon & Schuster, 1995.
- Landau, Sarah; Stan, Carl W. (1996). Powstanie drapacza chmur w Nowym Jorku, 1865–1913 . New Haven, Connecticut: Yale University Press. ISBN 978-0-300-07739-1 . OCLC 32819286 .
- Willis, Carol, Forma podąża za finansami: drapacze chmur i linie horyzontu w Nowym Jorku i Chicago . Princeton Architectural Press, 1995. 224 str. ISBN 1-56898-044-2
- Van Leeuwen, Thomas AP, The Skyward Trend of Thought: The Metaphysics of the American Skyscraper , Cambridge: MIT Press, 1988.
Linki zewnętrzne
- Drapacze chmur w Curlie
- Rada ds. Wysokich budynków i siedlisk miejskich
- Magazyn o aktualizacjach budowy SkyscraperCity
- Definicja drapacza chmur w normach Phorio
- Muzeum Wieżowców
- SkyscraperPage Informacje techniczne i schematy
