Хмарочоси - Цікаво про науку

Про науку просто і зрозуміло

Хмарочоси

Протягом усієї історії архітектури мало місце прагнення будувати якомога вище. Це підкреслювало величність споруди, створюючи відчуття, що ті, хто живе або працює в ньому, знаходяться на сходинку вище оточуючих. Крім того, в умовах щільної міської забудови та високої вартості землі допомагають заощадити значні фінансові ресурси. Довгі часи неможливо було збудувати високу будівлю, не витрачаючи багато часу і грошей.

Однак наприкінці XIX століття з'явилися технології та матеріали, які дозволили подолати існуючі перепони та почати будувати колосальні за своєю висотою споруди у порівняно короткі терміни. У цій статті ми розглянемо основні рішення, які дозволили будувати воістину величезні будівлі, іменовані хмарочосами.

Головним стримуючим фактором, який перешкоджає будівництву високих будівель, є гравітація. Уявіть собі звичайну цегляну стіну. Вона складається з рядів цегли складених одна на одну і пов'язаних цементним розчином між собою. Причому кожен наступний ряд тиснутиме на розташований нижче. Щоб витримати вищерозташовану цеглу з певної висоти, доведеться нарощувати товщину стін унизу, щоб вони не лопнули під власною вагою. Так можна будувати 3-х, 5-ти, 10-ти, 15-ти поверхові будинки. Однак з певної висоти товщина стін буде занадто величезною і все одно залишатиметься вага її обвалення через величезну масу, що давить зверху. Таким чином, перша проблема, яку слід вирішити – це пошук нового матеріалу, легшого та міцнішого, ніж цегла та бетон.

Вибір упав не сталь. Аналогічний за вагою сталевий елемент конструкції міг витримати вдесятеро більше ніж цегляна стіначи бетонна плита. Конструкції, що зводилися зі сталевих балок, були і легкими і міцними, незалежно від висоти, форми і площі основи. При цьому сталевий каркас був дуже простий за своєю структурою. У самому низу ставилися вертикальні балки, зверху, як у воротах, лягали горизонтальні. При цьому утворювалися кубічні осередки. Наступний ряд ставився аналогічним чином тощо. При цьому стіни (заповнення між балками), на відміну від цегляних будівель, могли бути виконані з будь-якого матеріалу, оскільки не несли ніякого навантаження. Тому багато хмарочосів мають скління по всій висоті, створюючи чудові види для тих, хто перебуває всередині, і, разом з тим, залишаються надійними і стійкими.

Наступною проблемою при будівництві хмарочосів став підйом вантажів на висоту. Звичайні баштові крани могли піднімати вантажі на десятки метрів максимум. Занадто високий кран буде дуже громіздким та нестійким. Підйом вантажів гелікоптерами – дуже дорого і небезпечно, оскільки гелікоптер у центрі міста може зачепити інші будівлі. Тому було знайдено оригінальне рішення: розташовувати кран не поруч, а на будівлі, що будується. У міру зростання хмарочоса у висоту кран також піднімали з поверху на поверх.

Без наступного важливого винаходу навіть не дивлячись на особливу конструкцію, легкі та міцні матеріали та мобільні підйомні крани хмарочосам так і не судилося б з'явитися. Через свої фізичні можливості людині важко підніматися вище кількох (5-10) поверхів нагору. Крім того, це займає багато часу, а про підйом меблів та побутової техніки і говорити не доводиться. Як ви вже здогадалися, третім важливим винаходом став ліфт. Він з легкістю може підняти людей та предмети за лічені секунди на будь-яку висоту, позбавивши відвідувачів висотки віднеобхідності витрачати дорогоцінний час та сили.

Якщо подивитися на деякі хмарочоси збоку, то здасться, що перед нами величезна лінійка: вузька і висока. Профіль висотної будови - це дуже велика перешкода для вітру і йому важко її обігнути. Врізаючись у стіну будівлі, вітер прагне нахилити її, а металевий каркас хмарочоса протистоїть йому. Внаслідок цього може виникнути хитавиця. Причому на верхніх поверхах будівлі вона може сягати кількох десятків сантиметрів або навіть метрів. Це не тільки може створити дискомфорт для мешканців, але привести до передчасного зношування всієї конструкції. Тому зазвичай намагаються будувати будинок із заокругленим профілем, щоб вітер обтікав будинок, не створюючи тиск на нього. Також у деяких випадках застосовуються противаги, що встановлюються у верхній частині хмарочоса. Він працює за принципом маятника і коли будівля намагається відхилиться в один бік, маятник відхиляється в протилежну, усуваючи хитавицю.

Зараз практично у кожному великому місті є свої хмарочоси. Столицею хмарочосів вважається Нью-Йорк. Весь Манхеттен забудований висотками, які вже давно стали його візитівкою. Однак найвища будівля не там. Хмарочос Бурж-Халіфа у Дубаї заввишки 828 метрів зі своїми 163 поверхами у 2010 році став найвищим хмарочосом у світі.