«Вывернув здание наизнанку»: секреты современных небоскребов

Небо

Одной из причин, по которым древнеримские инсулы (городские многоквартирные дома, - примечание Мосленты) не строили выше десяти этажей, было то, что ходить по лестнице еще выше просто неудобно. Сегодня мы так привыкли к тому, что нужно просто нажать кнопку и мобильная кабинка отвезет нас вверх или вниз на любой этаж башни, что ни на секунду об этом не задумываемся.

Но до 1850 года лифты в таком виде, какими мы их знаем, еще не существовали. И хотя мы и начали строить небоскребы вскоре после изобретения лифта, это устройство изначально придумали не для многоэтажных зданий, а для более безопасного перемещения материалов по зданию завода.

Как и Архимед, Элиша Отис обладал неуемным творческим воображением. (...) Методы перемещения людей и материалов с одного этажа на другой существовали веками: например, римские гладиаторы поднимались из ям Колизея на боевую арену на движущейся платформе. Но проблема была в том, что платформа небезопасна: если веревка, которая поднимает и опускает платформу, вдруг оборвется, то платформа упадет на землю и, вероятно, убьет своих пассажиров. Отис задался вопросом, как сделать так, чтобы этого не случилось.

Его идея заключалась в том, чтобы использовать в устройстве лифта рессору: элемент подвески в форме буквы «С», состоящий из уложенных слоями стальных полос, который применяли для лучшей амортизации в повозках и экипажах. Когда на рессору воздействует сила, она становится почти плоской, а когда сила ослабевает, рессора сгибается. Именно это изменение формы под действием силы Отис планировал использовать как преимущество. Первым делом он заменил гладкие рельсы (которые удерживали платформу на месте когда она ездила вверх и вниз) на зубчатые рельсы. Затем он создал механизм, напоминающий футбольные ворота, с петлей посередине и ножками в основании. К веревке на крышке кабины лифта он приделал рессору, а потом эти ворота. Когда веревка была целой, рессора оставалась плоской, а ворота квадратными. Если веревку перерезали, то рессора сокращалась до формы буквы «С», давила на ворота и деформировала так, что две их ножки упирались в зубчатые рельсы, и лифт застревал. (...)

Четыре года спустя Отис установил свой первый безопасный подъемник с паровым механизмом в пятиэтажном универмаге «И-Ви Ховут и Ко» на углу Бродвея и Брум-стрит в Нью-Йорке. Основанная им компания, которая носит его имя, до сих пор производит лифты и эскалаторы для зданий по всему миру, от Эйфелевой башни и Эмпайр-Стейт-Билдинг до башен Петронас в Малайзии. Такие здания вряд ли существовали бы, если бы не изобретение Отиса. (...)

С тех пор мы строим все выше и выше, и теперь перед нами встает другая проблема: мы не умеем создавать лифты, которые проезжали бы больше 500 м, потому что стальные тросы, на которых они держатся, становятся слишком тяжелыми для эффективной работы оборудования. Это одна из причин, почему лифты часто не поднимаются на самый верх высоких башен. Нужно проехать несколько этажей, потом сесть на другой лифт и уже на нем подняться на самый верх. Но инженеры уже изучают пути решения этой задачи, используя различные материалы.

Замена стали углеродным волокном, которое прочнее и при этом легче, кажется шагом вперед, но остаются сомнения в том, насколько углеволокно огнеупорно. Наши башни растут, и подобные инновации нам очень нужны.

Еще одна проблема сверхвысоких башен — колебания. (...) Лифты ездят по прямым рельсам, и при движении башни лифт смещается, а рельсы гнутся. Небольшое сгибание не представляет проблемы: винты и застежки кабины лифта позволяют ей незначительно деформироваться, — но если они согнутся слишком сильно, то кабина застрянет и не сможет сдвинуться.

Чем выше становятся здания, тем больше они двигаются и тем больше сдвигается кабина лифта. У этой проблемы есть решения, от модернизации самих лифтов до еще большего расслабления фиксаторов и до остановки лифтов в сильную грозу. Уверена, что в конце концов какой-нибудь Отис наших дней придумает свое оригинальное решение.

И ему — или ей — придется это сделать, потому что лифт стал неотъемлемой частью нашей жизни. За каждые 72 часа на лифтах успевает проехать число людей, равное населению нашей планеты.

Я вспомнила об Элише Отисе, когда была в «Бурдж-Халифе» в Дубае, самом высоком здании в мире (829,8 м), потому что его компания установила лифты, которые как раз должны были отвезти меня на смотровую площадку на 124-м из 163 этажей. (...) Номерэтажа на ЖК-дисплее менялся удивительно быстро, потому что поднимались мы со скоростью 36 км/ч. (Оригинальный подъемник Элиши Отиса в универмаге «И-Ви-Ховут и Ко» ехал со скоростью всего 0,7 км/ч.) (...)

«Мегавысокие» небоскребы вроде «Бурдж-Халифы» стали реальностью благодаря человеку, который в детстве был веселым озорным мальчишкой, а родился в Дакке в Бангладеш в апреле 1929 года. (...) В 1951 году Фазлур Хан защитил диплом по гражданскому строительству в Университете Дакки с лучшими оценками на курсе, а в 1952 году поехал в США по стипендии Фулбрайта. За следующие три года он защитил две магистерские диссертации и получил докторскую степень, попутно изучив французский и немецкий языки.

Именно Хан первым придумал обеспечивать устойчивость здания не внутри, а снаружи, — и эту блестящую инновацию использовали при проектировании культовых зданий по всему миру, от Центра Помпиду и «Корнишона» до башен «Херст» и «Торнадо». Из больших диагональных балок он составил прочные треугольники и таким образом создал внешний каркас, чем как бы вывернул традиционные небоскребы наизнанку. Эту систему часто называют «трубчатой системой», потому что, подобно полой трубе, эта внешняя «кожа» здания усиливает его, хотя ей и не обязательно иметь форму цилиндра.

Первым проектом Хана с такой концепцией стал многоквартирный дом «Девитт-Честнат» в Чикаго. Но настоящим образцом этого нового метода служит чикагский «Центр Джона Хэнкока», построенный в 1968 году, который при высоте в 100 этажей (344 м) стал вторым по высоте небоскребом после Эмпайр-Стейт-Билдинг. Он представляет собой прямоугольный параллелепипед со слегка сужающимися фасадами, из-за чего наверху он уже, чем внизу. На каждом фасаде видно пять гигантских крестов друг на друге, которые составляют каркас здания. И пятьдесят лет спустя его броский дизайн выглядит современно и элегантно. Инновационное проектирование заработало Хану короткое и меткое прозвище «отец трубчатого проектирования небоскребов».

Внешний каркас — только одна из инновационных идей Хана. Помимо этого, он предложил объединять несколько таких скелетов в кластеры. Это напоминает пучок соломинок в руке: каждая соломинка — отдельная трубочка, которая до определенной степени сама сохраняет стабильность. А если связать много соломинок вместе, получится гораздо более прочная и устойчивая структура. В «БурджХалифе» используется этот принцип. (...) Такая взаимная поддержка отдельных деталей обеспечивает устойчивость всей башни, несмотря на огромную высоту.

Ключ к высотному строительству в том, чтобы обеспечивать устойчивость снаружи, а не изнутри. (...) Вывернув здание наизнанку, мы открыли множество инженерных возможностей: когда строишь башню на 50—60 этажей, как это делали инженеры начала XX века, то нужно гораздо меньше материала, а значит, строительство будет стоить дешевле.

А если использовать столько же материала, сколько для создания башен старого типа, то можно забраться гораздо выше в небо. Так что с 1970-х годов трубчатых башен становилось все больше: от Башни Банка Китая и оригинальных башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке до башен Петронас в Куала-Лумпуре, — и все они навсегда изменили наши горизонты и создали классические очертания современного города.

Каждый год изобретают новые строительные технологии, системы каркасов, растут вычислительные мощности, так что быть инженером-строителем сейчас невероятно интересно. Наши здания выросли в небо благодаря тому, чему мы научились у своих предшественников, и настолько же глубже стали наши знания. Сегодня я проектирую здания, которые не могли бы построить такие гениальные мыслители, как Леонардо да Винчи. А через 100 лет инженеры с легкостью будут выполнять задачи, которые я не могу решить сейчас. Мы с коллегами опираемся на тысячелетний опыт инженеров, подаренный нам Архимедом, Брунеллески, Отисом, Ханом и многими другими. Думаю, что благодаря современным технологиям высота наших зданий уже не имеет пределов.

За последние 4000 лет мы преодолели столько физических, научных и технологических ограничений, что при достаточно прочных материалах, достаточно широком фундаменте и на достаточно твердой земле — и, полагаю, при достаточном количестве денег — не вижу причин, по которым мы не можем подняться на любую высоту, на какую захотим. Настоящий вопрос вот в чем: насколько высоко мы хотим подняться? Из-за широкого основания в середине огромных этажей, вероятно, будет мало дневного света. Массивные колонны и балки ограничивают жилое и рабочее пространство. А как насчет безопасности и удобства жителей: сколько времени им придется ждать лифт и как эвакуировать десятки тысяч человек из такого огромного здания?

Технологии, несомненно, решат эти вопросы. В лабораториях уже синтезируют сверхпрочные материалы вроде графена, краны становятся все больше, а новые методы, вроде строительства «сверху вниз», постоянно совершенствуют. Наука и инженерия ведут нас к созданию меганебоскребов — «Ухань-Гринлэнд-Центра» (636 м) в Ухане в Китае, башни Мердека (682 м) в Куала-Лумпуре в Малайзии и напоминающей дротик башни Джидда в Саудовской Аравии, которая станет первым в мире зданием высотой в 1 км и строится с беспрецедентной скоростью.

Но когда мы остановимся? (...) Быстрый рост высоты зданий в прошлом веке едва ли дал нам время задуматься, нравится ли нам находиться так высоко над землей. Теперь же, вместо того чтобы мчаться ввысь, мы можем остановиться и подумать, чего мы по-настоящему хотим. Речь идет о том, что мы хотим построить, а не о том, что мы можем построить. После всплеска строительства высотных задний в 1960—1980-х годах архитекторы и инженеры задаются вопросом, какие здания лучше всего для людей и окружающей среды. (...)

Думаю, в какой-то момент в будущем средняя высота наших башен достигнет некоторого плато. Конечно, знаковые башни по-прежнему будут строить, и они постоянно будут бить рекорды.

Но в конце концов человеческая природа начнет удерживать нас от покорения мегавысот. Мы хотим, чтобы у нас дома был солнечный свет и свежий воздух, и хотим чувствовать связь с землей и своими корнями. Мы поднимаем голову, смотрим на свои здания и восхищаемся ими, но нам нужно и заземляться.