Чем выше здание, тем большее давление ветра оно испытывает. Это так называемый "эффект паруса", нейтрализовать который и необходимо строителям. Кроме того, каждый новый этаж — это дополнительный вес, а значит, конструкция не должна просесть, как Пизанская башня, или вообще рухнуть под собственной тяжестью. Для этого нужно разработать фундамент под тот или иной тип грунта. Любопытно, что конструкция всех небоскребов при всей прочности, довольно пластична, то есть она позволяет зданиями колебаться.
Стальной скелет
Нью-Йорк по праву считается альма-матер мирового небоскребостроения. Он словно был создан для того, чтобы застраиваться высотными зданиями.
В конце XIX столетия в строительстве промышленных зданий и вокзалов стали применяться конструкции со стальным каркасом, а в начале XX века с их помощью возводились городские многоэтажки. Металлический "скелет" обеспечивал устойчивость первых небоскребов. Так, например, каркас Эмпайр-стейт-билдинг состоит из сотен стальных профилей и весит 59 тысяч тонн.
Любопытный факт: металлические балки легендарных нью-йоркских небоскребов соединялись между собой посредством клепок.
Эффект пирамиды
Технологии высотного строительства стремительно развивались. Инженеры и архитекторы разрабатывали новые технологии демпфирования зданий (искусственного подавления механических колебаний конструкции). В частности снова и снова проектировщики обращались и продолжают обращаться к пирамидальной форме построек, так как коническая конструкция сама по себе очень прочная. Так, башня "Трансамерика" в Сан-Франциско устойчива именно благодаря своей форме. Кроме того, дополнительную крепость ей придает приподнятое основание в виде сетки из треугольных балок, которое, как ни странно, является одним из видов сейсмостойкого строительства. Дело в том, что в случае приподнятого основания основная нагрузка от подземных колебаний и толчков приходится на него, из-за чего нагрузка на верхнюю часть здания снижается. Грубо говоря, приподнятое основание гасит часть колебаний.
Кстати, самое высокое на сегодняшний день здание в мире — башня "Бурдж-Халифа" в Дубае — также выстроено по принципу пирамиды, причем ассиметрично-ступенчатой. Именно это позволяет ослабить "эффект паруса": секции башни разрушают поток ветра таким образом, что он огибает башню, а не врезается в нее сплошной воздушной стеной.
Костяк здания усилен бетоном и металлом с внедренным в него искусственным камнем. Специально для "Бурдж-Халифы" был разработан специальный бетон, выдерживающий высокие температуры, а в процессе строительства в бетон добавлялся лед. Любопытно, что конструкция здания подвижна — стальной каркас гнется. Однако сами стеновые панели, встроенные в него, жесткие. Это также обеспечивает устойчивость небоскреба, который буквально "трансформируется" под атмосферные перепады.
Маятниковый баланс
Современные инженеры уравновешивают небоскребы при помощи демпферов — утройств, которые гасят механические колебания постройки. Причем иногда демпфер превращается в произведение искусства, на которое можно полюбоваться при желании.
Например, инерционный демпфер башни "Тайбей 101", которая находится в столице Китайской республики (Тайвань) Тайбэй, превратили в настоящий аттракцион для туристов. Любой желающий может подняться и посмотреть на это чудо инженерии — стальной сферический маятник весом в 660 тонн, помещенный внутри здания между 88 и 91 этажами.
Маятник колеблется, компенсируя движения здания, вызванные сильными порывами ветра. Благодаря ему здание считается самым устойчивым в мире, и это при том, что оно находится в сейсмоопасном регионе. Кстати, еще в процессе строительства оно отлично перенесло землетрясение в 6,8 балла. Сфера маятника считается крупнейшей в мире, она состоит из 41 стальной пластины, каждая толщиной 125 мм, что вместе составляет 5,4 м в диаметре.
Сингапурский отель Marina Bay Sands прославился на весь мир свои потрясающим бассейном на крыше, соединяющей сразу три башни отеля. Но отдыхающие и не подозревают, что плавают, по сути, в огромном демпфере.
Автор проекта отеля — израильский архитектор Моше Сафди — разработал этот бассейн не только в качестве архитектурной изюминки, но и для обеспечения устойчивости конструкции при землетрясениях. Вода в бассейне компенсирует колебания во время подземных толчков.
