De-a lungul istoriei arhitecturii a existat întotdeauna o căutare continuă pentru înălţime. Mii de muncitori au trudit pe piramidele Egiptului antic, catedralele din Europa şi pe nenumărate alte turnuri, toate eforturi pentru a crea ceva uimitor. Oamenii construiesc zgârie-nori în primul rând, deoarece aceştia sunt convenabili – poţi crea o mulţime de bunuri imobiliare dintr-o suprafaţă relativ mică. Dar ego-ul şi grandoare câteodată joacă un rol semnificativ în domeniul de aplicare al construcţiilor, aşa cum a făcut-o în civilizaţiile străvechi.
Până relativ recent, au existat anumite limitări în privinţa înălţimii. După un anumit punct, pur şi simplu nu mai era fezabil de a construi în sus. La sfârşitul anilor 1800, noi tehnologii au redefinit aceste limite. Dintr-o dată, era posibil să se trăiască şi să se lucreze în turnuri colosale, sute de metri deasupra solului.
În acest articol, vom privi inovaţiile care au făcut posibile aceste structuri incredibile. Vom examina principalele probleme arhitecturale implicate în menţinerea zgârie-norilor în picioare, precum şi aspecte de design care le fac practice.
Lupta cu gravitaţia
Principalul obstacol în a construi în sus este gravitaţia. Imagininaţi-va ca şi cum aţi căra un prieten pe umeri. Dacă persoana este destul de uşoară, îl puteţi căra destul de bine de unul singur. Dar în cazl în care aţi pune încă un prieten pe umerii primului prieten (precum aţi construi un turn şi mai mare), greutate probabil că ar fi prea mare pentru a-l transporta fără ajutor. Pentru a face un turn care este format din mai multe persoane în înălţime sunt necesare mai multe persoane în partea de jos pentru a susţine toată greutatea de deasupra.
Acesta este principiul de lucru al “piramidelor de majorete”, şi este, de asemenea, modul în care au fost create piramidele şi alte structuri din piatră. Trebuie să există mai mult material în partea de jos pentru a susţine greutatea combinată a materialelor de mai sus. De fiecare dată când este adăugat un strat vertical, forţa totală pentru fiecare punct de mai jos creşte. Dacă s-ar continua creşterea bazei piramidei, se poate construi la infinit. Acest lucru devine ineficient foarte repede datorită faptului că baza inferioară ocupă prea mult spaţiu.
În clădirile normale din cărămizi şi mortar, este necesar îngroşarea pereţilor inferiori pe măsură ce se construiesc noi etaje. După ce se ajunge la o anumită înălţime acest lucru devine impractic. Dacă spaţiul se micşorează şi nu vor fi aproape nicio cameră la etajele inferioare, care este atunci rostul de a construi o clădire înaltă?
Folosind această tehnologie, oamenii nu au construit multe clădiri mai înalte de 10 etaje – pur şi simplu nu era fezabil. Dar la sfîrşitul anilor 1800, au avut loc un număr de progrese şi circumstanţe, iar inginerii au reuşit să “rupă” limita superioară. Circumstanţele sociale care au condus la zgârie-nori au fost creşterea centrelor americane, mai ales oraşul Chicago. Toate întreprinderile doreau birourile în apropiere de centrul oraşului, doar că nu exista îndeajuns de mult spaţiu. În aceste oraşe, arhitecţii au avut nevoie de a extinde metropolele mai degrabă în sus decât spre lateral.
Principalul progres tehnologic care a făcut posibili zgârie-norii a fost dezvoltarea în masă a producţiei de fier şi oţel. Noi procese de fabricaţie a făcut posibilă producţia de grinzi lungi de fier solid. În esenţă, acest lucru a redat arhitecţilor noi alternative. Grinzi înguste de metal, relativ uşoare ar putea susţine mai multă greutate comparativ cu pereţii de cărămizi din clădirile mai vechi, în timp ce ocupă o fracţiune din spaţiu. Odată cu apariţia procesului Bessemer, prima metodă eficientă de producţie în masă a oţelului, arhitecţii nu au mai recurs la fier. Oţelul, care este chiar mai uşor şi mai puternic decât fierul, a făcut posibilă construirea unor clădiri chiar mai înalte.
Rezistenţa la vânt
Pe lângă forţa verticală de gravitaţie, zgârie-norii trebuie să înfrunte şi forţa orizontală a vântului. Majoritatea zgârie-norilor se pot deplasa cu uşurinţă câţiva metri în ambele direcţii, precum un copac care se leagănă, fără a afecta integritatea structurală. Principala problemă cu mişcările orizontale este modul în care afectează oamenii din interiorul clădirii. În cazul în care clădirea se va mişca o distanţă substanţială orizontală, ocupanţii sigur vor simţi.
Cea mai simplistă metodă de a controla balansarea orizontală este de a strange pur şi simplu structura clădirii. În punctul în care grinzile orizontale se ataşează coloanei verticale, echipa care construieşte le sudează de partea de sus şi de jos, precum şi de lateral. Acest lucru face ca super-structura de oţel să se mişte mai mult ca o unitatea, precum un stâlp, spre deosebire de un schele flexibil.
Pentru zgârie-norii mai înalţi, conexiuni mai strânse nu mai sunt un avantaj. Pentru a împiedica legănarea puternică a acestor clădiri, inginerii trebuie să construiască nuclee deosebit de puternice în interiorul clădirii. În Empire State Building, Chrysler Building şi mulţi alţi zgârie-nori din era aceea, zona din jurul liftului central a fost întărită de grinde din oţel robust, fixate cu grinzi diagonale. Clădirile cele mai recente au unul sau mai multe nuclee de beton construite în centrul clădirii.
Construirea unor clădiri mai rigide le pregăteşte mai bine şi împotriva cutremurelor. Practic, toată clădirea se deplasează cu vibraţiile orizontale produse de cutremur, astfel încât scheletul de oţel nu este răsucit sau tensionat. În timp ce acest lucru protejează structura zgârie-norului, poate deveni destul de dur pentru ocupanţi şi poate cauza o mulţime de pagube. Există companii care dezvoltă noi tehnologii pentru contracararea mişcării orizontale şi amortizarea forţei vibraţiilor.
Câteva clădiri deja folosesc amortizoare pentru vânt. Citicorp Center din New York, spre exemplu, foloseşte un amortizor de masă reglat. În acest sistem complex, sisteme hidraulice împing o greutate de beton de 400 tone înainte şi înapoi pe unul dintre etajele superioare, schimbând greutatea întregii clădiri dintr-o parte în alta. Un sistem computerizat sofisticat monitorizează cu atenţie modul în care mişcările vântului împing clădirea, mişcând automat şi greutatea. Unele sisteme similare schimbă greutatea clădirii bazate pe mişcarea unor pendule gigant.
Variante verticale
După cum am văzut, zgârie-norii se găsesc în multe forme şi dimensiuni. Datorită conceptului schelet din oţel, rezultă o structură extrem de flexibilă. Coloanele şi grinzile sunt asemănătoare cu piesele dintr-un joc. Singura limită reală este imaginaţia arhitecţilor şi inginerilor care pun piesele cap la cap.
Cei mai vechi zgârie nori, construiţi la sfârşitul anilor 1800, erau practic cutii cu pereţi din cărămizi şi sticlă. Pentru arhitecţii care au construit aceşti zgârie-nori, înălţimea extremă era îndeajuns de impresionantă. În perioada din jurul anilor 1900, esteticul a început să se schimbe. Clădirile au devenit tot mai înalte, iar arhitecţii au adăugat elemente gotice tot mai extravagante, ascunzând astfel structura de oţel.
Mişcările de artă din anii 1920, ’30 şi ’40 au extins această abordare prin crearea unor clădiri care au fost adevărate opere de artă. Unii dintre cei mai faimoşi zgârie-nori, incluzând Empire State Building şi Chrysler Building au fost un rezultat al acestei ere. Lucrurile au luat o altă întorsătură în anii 1950, pe când stilul internaţional a început să ia amploare. Precum primii zgârie-nori, aceste clădiri aveau puţine sau chiar deloc ornamente. Erau construite în mare parte din sticlă, oţel şi beton.
Începând cu anii 1960, mulţi arhitecţi au condus zgârie-norii către locuri noi şi neaşteptate. Una din cele mai interesante variante a fost combinarea mai multor secţiuni de carcase verticale, sau tuburi, într-o singură clădire. Sears Tower din Chicago, cel mai faimos exemplu a acestei abordări, este compus din nouă tuburi aliniate pentru a ajunge la înălţimi diferite. Acest lucru a oferit clădirii un aspect impresionant.
Funcţionalitate
Înainte ca zgârie-norii să devină realitate, inginerii trebuie să îi facă şi practici. Odată ce este vorba de mai mult de şase nivele, scările devin o tehnologie destul de incomodă. Zgârie-norii nu ar fi funcţionat niciodată fără dezvoltarea simultană a tehnologiilor pentru lifturi. Încă de la primul ascensor de persoane instalat în Haughwout Department Store din New York în anul 1857, lifturile au jucat un rol major în designul zgârie-norilor.
Realizarea structurii liftului înseamnă echilibrarea mai multor subiecte. Pe măsură ce se adaugă mai multe etaje unei clădiri, va creşte şi gradul de ocupare al acesteia. Când există mai multe persoane, în mod evident sunt necesare mai multe lifturi deoarece lobby-ul se va umple cu oameni care aşteaptă la rând. Puţurile lifturilor ocupă spaţiu, astfel se va pierde din aria destinată ocupanţilor. Pentru a face mai mult loc pentru oameni sunt necesare mai multe etaje. Calcularea numărului exact de etaje şi lifturi reprezintă una dintre cele mai importante părţi din designul clădirii.
Siguranţa este, de asemenea, un factor major în design. Zgârie-norii nu ar fi avut un asemenea succes fără apariţia unor noi materiale de construcţii rezistente la foc, în anii 1800. Astăzi, zgârie-norii sunt dotaţi cu sisteme anti-incendii sofisticate care sting incendiile înainte ca acestea să creeze pagube majore.
Arhitecţii acordă o atenţie deosebită confortului ocupanţilor clădirii. Spre exemplu, Empire State Building, a fost proiectat astfel încât ocupanţii să mereu la o distanţă de 9 metri de orice fereastră. Clădirea Commerzbank din Frankfurt are zone liniştite de gărdini interioare construite în partea opusă zoneolor de birouri. O clădire are succes numai atunci când arhitecţii s-au concentrat pe gradul de utilizare dar şi pe cel de satisfacţie al ocupanţilor, pe lângă stabilitatea structurală.
Sursa: www.howstuffworks.com
Foto: Discovery Channel
