Какую высоту мы можем построить? Строительные материалы и методы для небоскребов будущего

Многие градостроители предсказывают, что к 2050 году в городах будет жить более 6 миллиардов человек, а в местах, где застройка снаружи невозможна, единственный способ не отставать от растущей плотности населения — это застраиваться. Строительство выше всегда сопряжено с многочисленными проблемами, а также с не такой уж тонкой конкуренцией между архитектурными фирмами за право привязать свое имя к самым большим зданиям. Почти так же быстро, как одно здание становится одним из самых высоких в мире, к чертежной доске приходит еще одно здание, которое через несколько лет получает этот титул. Хотя нет предела, как это влияет на конструктивность проектов и какие методы строительства и материалы позволили нам строить в облаках?

Во-первых, важно понять, как технически определять высотные здания. Совет по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH) определяет две подгруппы зданий, достигающих значительной высоты. «Сверхвысокое» здание определяется как здание высотой 300 метров (984 фута) или выше, а «мегавысокое» сооружение достигает высоты не менее 600 метров (1968 футов). При сегодняшних темпах ежегодно возводится по крайней мере один сверхвысокий небоскреб, причем по состоянию на июнь 2020 года строительство завершилось 132 сверхвысоких небоскребов. Бурдж-Халифа по-прежнему остается самым высоким небоскребом в мире, его высота составляет 2722 фута, или чуть более полумили. Недавно, после 8 лет строительства, Мердека 118 в Малайзии завершила строительство и имела размеры всего на 500 футов короче Бурдж-Халифа. Прогнозируется, что первое в мире здание высотой в милю может быть построено в течение следующих 30 лет, что также приведет к новой тенденции строительства зданий высотой более 3200 футов.

В высоких зданиях возникают всевозможные механические и структурные проблемы. Как долго люди будут ждать лифт, когда едут из вестибюля на 200-й этаж? Как высотные здания смогут противостоять силам природы, которые мы можем предсказать и которые не можем предсказать? Многие из этих проблем решаются путем взлома современных материалов и систем, с которыми мы уже знакомы, и создания таких, которые поддерживают инновационную строительную отрасль.

Одной из основных проблем при строительстве высотных сооружений является возможность хранить строительные материалы близко к участку, поскольку занимаемая площадь здания и прилегающая территория обычно невелики, особенно в городских районах. Это создает проблемы при строительстве элементов каркаса, поскольку сборные панели часто доставляются на площадку по мере их окончания из-за невозможности их хранения. Тем не менее, многие подрядчики сейчас используют процесс строительства наклонных стен, что позволяет им заливать и собирать панели на месте, а также использовать кран для подъема их на место.

Небоскребы также ищут варианты из стали, но по мере увеличения высоты здания его вес становится серьезной проблемой. Алюминий предлагает легкую альтернативу благодаря простому процессу экструзии, который позволяет ему принимать различные формы практически для любого дизайна фасада. Он также хорошо реагирует на нагрузку от внутренних структурных элементов и внешних сил, таких как быстрое изменение температуры и сейсмические разрушения от землетрясений. Углеродное волокно — еще один новый материал, также легкий по весу, но он состоит из длинных нитей, которые переплетаются вместе, образуя структуру, подобную ткани. В результате он значительно прочнее стали, что позволяет использовать его в зданиях, подвергающихся высоким ударным нагрузкам. Углеродные волокна уже проникают в сборные железобетонные элементы. Помещая сетку в бетонную смесь вместо традиционной стальной сетки, общий вес структурного элемента уменьшается, что позволяет безопасно поднимать его на место и закреплять, зная, что он сохраняет значительную структурную целостность.

Еще более перспективными являются идеи о том, как может выглядеть будущее бетона. Бетон оставался практически неизменным на протяжении сотен лет. Несмотря на то, что он чрезвычайно долговечен, многие люди ищут новые альтернативы, поскольку он продолжает оставаться основным источником выбросов CO2. Некоторые исследователи изучают биобетон, способный залечивать собственные трещины путем добавления известняковых бактерий, которые могут продлить срок службы бетона до двухсот лет. Даже древесина, которая вряд ли когда-либо будет использоваться в качестве основного структурного элемента в мегавысокой конструкции, обретает новую жизнь в конструкциях из поперечно-ламинированной древесины, которые придают ей прочность, сопоставимую со сталью. Чтобы продемонстрировать возможности древесины, японская проектная фирма Sumitomo Forestry недавно объявила о своих планах построить в Токио деревянное сооружение высотой 350 метров. Более высокие здания уже не за горами, а строительные материалы и методы быстро догоняют их, чтобы воплотить эти мечты о высоте в милю в реальность.