Kilometro aukštis dangoraižiams – ne riba

Kauno technologijos universiteto Statybos ir architektūros fakulteto (KTU SAF) doktorantas Paulius Grigaliūnas į klausimą, koks yra dangoraižių aukščio limitas, atsako klausimu: „Kaip greitai ir kaip aukštai gali kilti liftai?“.

Mokslininko teigimu, statybos inžinierių kelias iki 1 km aukščio atžymos yra ilgas, sudėtingas ir dar nesibaigęs. Šiandien aukščiausios pasaulio pastato titulas priklauso 828 metrų aukščio „Burdž Chalifa“ (angl. Burj Khalifa) esančiam Dubajuje, tačiau ─ neilgam.

Aukštis viršys kilometrą

Džidoje (Saudo Arabija) jau pradėto statyti „Kingdom Tower“ (liet. „Karalystės bokštas“) pastato aukštis viršys kilometrą. Įprasta, kad tokių projektų vystymo stadijos metu sukuriama daug individualių, inovatyvių ir ateitį pralenkiančių sprendimų, kurie ilgainiui tampa savotišku standartu mažesniuose projektuose.

Projektuojant aukščiausius pasaulio dangoraižius susiduriama su nekasdieninėmis problemomis, tokiomis kaip aerodinamika. Architektai pastatams siekia sukurti neįprastą, patrauklią, įsimenamą formą, sukurti tam tikrą ikoną, kuri atspindėtų vienokią ar kitokią mintį, ryšį su aplinka, vietovės istorija. Visgi, galutinis architektūrinis sprendimas yra derinamas ir su pastato aerodinamika, kuri yra ypatingai svarbi dideliame aukštyje.

Apsauga nuo vėjo ir žemės drebėjimų

Projektuotojai gerai žino vadinamąjį „vortex sheeding“ (liet. sūkurio skleidimas) efektą, kuris dėl netinkamai parinktos pastato formos ir vėjo poveikio sukelia nevaldomą pastato judėjimą. Takomos kabamojo tilto griūtis Vašingtono valstijoje (JAV) 1940 metais ─ iškalbingiausias statinio aerodinaminių savybių neįvertinimo atvejis. Inžinieriai greitai suprato, kad pagrindine griūties priežastimi buvo šoninio vėjo apkrovos sukelti tilto svyravimai, kurių dažnis sutapo su savaisiais tilto virpesiais bei netinkama tilto konstrukcija.

828 metrų aukščio „Burdž Chalifa“ pastato formos sprendimas iš dalies buvo nulemtas daugybės vėjo tunelio bandymo rezultatų. Visgi, aerodinamines pastato problemas ne visada pavyksta išspręsti tik pasyviomis priemonėmis, kartais tenka taikyti ir aktyviąsias.

Pavyzdžiui, Taipėjuje (Taivanas) esančio 509 metrų aukščio pastato „Taipei 101“ viršutiniuose aukštuose yra sumontuotas 728 tonų masės slopintuvas, kartais dar vadinamas harmoninių judesių slopintuvu. Šio hidrauliniais įtaisais valdomo įtaiso paskirtis yra minimizuoti žemės drebėjimo ar vėjo sukeltų pastato svyravimų amplitudę.

Seismiškai aktyviuose pasaulio taškuose bandoma pritaikyti ir kitą pasyvų metodą ypatingai aukštiems pastatams – įvairių žemės drebėjimo metu sukeliamų bangų krypties pakeitimo – išskaidymo metodą.

Netradicinės problemos ir sprendimai

Įspūdingas pastato aukštis ir dydis kelia begales kitų galvosūkių statybos inžinieriams. Pavyzdžiui, kaip aprūpinti 828 metrų aukščio pastatą, kuriame vienu metu gali būti 32,5 tūkst. žmonių (prilygsta Jonavos miestui), geriamuoju vandeniu? Suskaičiuota, kad „Burdž Chalifa“ pastato reikmėms reikalingas 946 tūkst. litrų vandens parai.

Dar viena problema – pastato vėsinimas, kai įprasta dienos oro temperatūra +50 ºC. Kaip užtikrinti žmonių evakuaciją gaisro atveju? Šiuolaikinė inžinerija, tausodama aplinką ir gamtą, siekia atrasti ir pritaikyti atsinaujinančios energijos šaltinius. Pavyzdžiui, iš pastato vėdinimo įrangos surinktas kondensatas naudojamas želdinių laistymui ar tualeto bakeliui užpildyti, o šviežias oras, skirtas pastato patalpoms, gaunamas iš viršutinių pastato aukštų, kur yra vėsesnis ir švaresnis.

Projektuojant aukštus pastatus kartais kyla ir gana keistų problemų. Siekiant minimizuoti energijos sąnaudas pastato vėsinimui vasaros metu, montuojamos sudėtingos stiklo fasadų sistemos, kurios atspindi šviesos energiją. Londone statomo pastato, vadinamo „Walkie Talkie“, vienas iš stiklinio dubens formos fasadų pietų pusėje prie tam tikrų saulės pasvirimo sąlygų sukoncentruoja šviesos srautą į greta esančią gatvę taip, kad tame taške lydosi plastikinės automobilių dalys, svyla mediniai greta stovinčių pastatų elementai.

Liftai retai kelia iki pat viršaus

Statant aukštus pastatus su dideliais iššūkiais susiduria ir liftų inžinieriai, kurie kuria naujas, greitesnes, patikimesnes ir, svarbiausia, – ilgesnes vertikalias distancijas galinčias įveikti liftų sistemas. Teigiama, kad naudojant įprastus plieno kabelius jau kurį laiką yra pasiekta maksimali riba – 500-600 metrų.

Tik maža dalis ypač aukštų pastatų liftų gali kelti nuo pirmojo aukšto iki pat viršaus. Dažniausiai pastatas yra skirstomas į grupes: pagrindinius greituosius liftus ir greta jų projektuojamus eskalatorius arba šalutinius liftus, skirtus judėti mažesniu greičiu ir mažesniame aukščio diapazone. Horizontaliame pastato pjūvyje tokios sistemos užimta 40–60 proc. pastato ploto.

Liftų lynams jau yra pritaikytas žymiai lengvesnis ir stipresnis už plieną anglies pluoštas, mažinantis energines sąnaudas.

Judės ir horizontaliai

Dar viena problema – liftų lynų rezonavimas ir liftų judėjimas pastatui svyruojant dėl stipraus vėjo. Šį galvos skausmą inžinieriai sprendžia naudodami anglies pluošto lynus, kurie nerezonuoja su plieninėmis pastato konstrukcijomis, todėl virpėjimo amplitudė yra gerokai mažesnė.

Magnetinės levitacijos principu veikiantys liftai be nuolat svyruojančių ir savojo svorio ribą pasiekusių lynų yra naujas techninis sprendimas besiveržiantis į liftų „pasaulį“, pakeisiantis požiūrį ir susisiekimo liftais įpročius. Taikant nuolat greičio rekordus gerinančių greitųjų „Maglev“ traukinių veikimo principą, lifto kabinos galės judėti ne tik vertikaliai, bet ir horizontaliai. Taip pat sumažės ir energijos sąnaudos, nes dalis sunaudotos energijos liftui kylant aukštyn bus gražinta jam leidžiantis žemyn.

Vokiečių kūrėjo dizainerio Franko Jendruscho vizija įgyvendinti 1,6 kilometrų aukščio „Edison Tower“ pastatą, kuris kartu būtų ir didžiulė vėjo jėgainė, atrodo vis realesnė. Šiam pastatui pritaikius magnetinės levitacijos principu veikiančias vertikalias ir horizontalias liftų sistemas, jiems skirtas plotas pastate nuo 40-60 proc. sumažėtų iki 20 proc. Likusi sutaupyta erdvė galėtų būti skirta vertikalioms vėjo jėgainėms pastato centrinėje ašyje.

Išnaudojus pastato formą bei aukštį, šoninį vėją tarsi uždaru kaminu būtų galima priversti judėti vertikaliai aukštyn, kuris dėl slėgių skirtumo apatinėje ir viršutinėje pastato dalyse įgytų pakankamai energijos sukti vėjo generatorius ir taip aprūpintų pastatą energija.