Nýir ofurskýjakljúfar bíða á teikniborði framtíðarinnar. Ný tækni setur ímyndunaraflið sjálft sem ystu þolmörk.

Bandaríkjamaðurinn Frank Lloyd Wright (1867-1959) er trúlega sá arkítekt sögunnar sem notið hefur almennastrar viðurkenningar. Árið 1959 sá hann fyrir sér skýjakljúf sem væri heil míla á hæð, sem sagt um 1.600 metrar. Hann taldi gerlegt að reisa slíka byggingu þá þegar, en „The Illinois“ eins og þessi hugarsmíð var kölluð, var á hinn bóginn fjarri því að geta nokkru sinni staðið undir kostnaði. Nú hafa tækniframfarir gert kleift að reisa byggingar sem í raun og sannleika kljúfa skýin.

Heimsbyggðin verður nú vitni að miklu skýjakljúfaæði, sem slær út allar fyrri tískubylgjur á þessu sviði, svo sem í Bandaríkjunum á 3. og 4. tug 20. aldar – jafnt hvað varðar fjölda, útbreiðslu og hæð. Þannig er í bandarískri skýrslu gert ráð fyrir að sú bygging sem nú trónir hæst á hnettinum, Burj Dubai, verði komin niður í 13. sætið árið 2020. Og af 20. hæstu byggingum heims árið 2020, verður aðeins ein – hinir 452 metra háu Petronas-turnar í Kuala Lumpur – reist fyrir árásina á tvíburaturnana í New York 2001. Þar með ættu allar hugmyndir um samdrátt í háhýsabyggingum í kjölfar þessarar hryðjuverkaárásar að vera úr sögunni.

En hvernig stendur á þessari tískubylgju háhýsabygginga einmitt núna? Hvernig geta arkítektar og verkfræðingar skyndilega byggt svo hátt upp í loftið að fyrir 20 – 30 árum var í hæsta lagi unnt að láta sig dreyma um slíkar byggingar.

Stóra skýringin er fólgin í tölvukraftinum. Allt fram undir lok 20. aldar neyddust menn til að skipta útreikningum sínum niður í mörg reiknilíkön. Þá voru fyrst gerðir styrkleikareikningar fyrir efri hluta háhýsisins og niðurstöðurnar síðan notaðar til að reikna nauðsynlegt burðarþol neðri hlutans.

Þetta hefur gjörbreyst á síðustu árum, útskýrir Robert Halvorson, einn eigandi Halvorson and Partners í Chicago og einhver reyndasti byggingaverkfræðingur heims með meira en 30 ára reynslu, nú síðast af „Russian Tower“ eða Turni Rússlands sem er í byggingu í Moskvu og á að verða 612 metrar á hæð:

„Nú getum við iðulega keyrt heildarútreikninga á einum degi. Þetta veitir okkur miklu meira frelsi til að reyna ýmsar breytur og jafnvel afar mismunandi útfærslur og finna þannig á endanum bestu mögulega lausn,“ segir hann.

Fyrsta skóflustungan að Turni Rússlands var tekin 2007 en byggingin breytti um lögun og útlit margoft á undirbúningstímanum. Í upphafi var gert ráð fyrir þremur sjálfstæðum turnum en smám saman vann hönnunarhópurinn sig áfram að einum turni, sem sameinast úr þremur undirstöðum og einmitt með hjálp reiknilíkana fannst líka sú grindargerð sem gefur rými fyrir nauðsynlega kjölfestu byggingarefna, þrátt fyrir afar létta hönnun.

Vindurinn knýr nýja hugsun

Stöðugt fullkomnari hugbúnaður hefur einnig valdið tímamótum í útreikningum á áhrifum vinds á byggingarnar. Vindurinn er einn erfiðasti andstæðingur háhýsahönnuða og aðgangur að æ fullkomnari vindgöngum skiptir því öllu máli til að unnt sé að fullkomna hönnunina.

Þetta nefnir Bill Baker, yfirverkfræðingurinn að baki Burj Dubai og meðeigandi í fyrirtækinu Skidmore, Owings & Merrill, sem telst í fremstu röð verkfræðifyrirtækja á sviði háhýsahönnunar:

„Á síðustu árum hefur hvað eftir annað orðið bylting á þekkingu okkar á vindi og því hvernig hann skellur á byggingum. Þetta auðveldar okkur til muna að hanna form byggingarinnar þannig að vindálagið verði sem minnst,“ segir hann.

Í hönnun Burj Dubai er þetta t.d. gert með mörgum stöllum og sveigjum sem „afvegaleiða“ vindinn frá því að hamra stöðugt á húshliðinni. Í hönnuninni er tekið sérstakt tillit til sex vindátta, þriggja þar sem vindurinn blæs beint á einhvern vængjanna og svo þriggja þar sem vindstefnan er beint á milli tveggja vængja. Áður en staðsetning stallanna var ákveðin nákvæmlega voru gerðar fjölmargar tilraunir í vindgöngum.

Með fullkomnari módelsmíði og útreikningum á álagi, geta verkfræðingarnir líka nýtt byggingarefni af meiri nákvæmni. Eitt erfiðasta vandamálið er að gera byggingarnar nægilega ósveigjanlegar til að þær standist mikið álag frá vindi og eigin þunga, því ekki má vera hætta á að háhýsið velti um koll. En geti verkfræðingarnir skorið niður efnismagn um bara 3-4% hér og hvar, sparast fljótlega hundruð þúsunda af stáli og steypu – og milljónir dollara.

Dæmi um þetta er Turn Rússlands. Þessi pýramýdalagaði skýjakljúfur, virðist kannski ekki mjög traustlegur ásýndum en hér mynda skásúlur úr járnbentri steypu einmitt sterka og stífa byggingu um leið og þyngd byggingarefnanna er haldið í lágmarki. Hér gildir alls staðar nákvæm yfirvegun. Er t.d. á einhverri ákveðinni hæð nauðsynlegt að nota stál, sem betur stenst spennu, en er jafnframt dýrt – eða má láta sér nægja járnbenta steinsteypu sem er ódýrari? Áður voru slíkar ákvarðanir oft matskenndar og byggðar á reynslu. Nú byggjast þær á nákvæmum útreikningum í tölvulíkani.

Ný hæð þriðja hvern dag

Úrval byggingarefna er önnur ástæða þess að arkítektar og verkfræðingar geta nú slegið hæðarmet fyrirrennara sinna sem nemur mörg hundruð metrum. Fyrirrennararnir héldu sig gjarna við annað hvort stál eða steinsteypu, en nú hika menn ekki við að blanda þessum efnum saman á sem hentugastan hátt. Þannig má reisa byggingar sem hafa nauðsynlegan styrk til að standast þunga æ fleiri hæða, en án þess að notað sé svo mikið sem einu tonni meira af steypu og stáli en nauðsyn krefur.

Fyrri stórbyggingar þar sem einkum var notast við stál, svo sem Sears-turninn í Chicago eða tvíburaturnarnir í New York, sem nú eru horfnir af sjónarsviðinu, yrðu trúlega ekki reistir nú til dags úr svo einhliða byggingarefnum – einfaldlega vegna þess að með blöndun byggingarefna næst betri nýting, meiri styrkur og um leið möguleiki á mun hærri byggingu. Síðast en ekki síst hafa verkfræðingar og byggingameistarar náð að bæta til muna framkvæmdaáætlanir þannig að byggingarhraðinn hefur aukist verulega. Byggingaverktakarnir sem reisa Burj Dubai settu nýtt heimsmet haustið 2007 þegar þeim tókst að dæla steinsteypu upp í meira en 600 metra hæð í stað þess að þurfa að notast við krana sem sífellt þarf að flytja ofar. Þessi tækni gerir þó miklar kröfur til blöndunar steypunnar, en í henni er ís til að hún harðni ekki of hratt – og dælurnar þurfa að sjálfsögðu að vera mjög öflugar.

Framfarir í iðnaðartækni gera nú líka kleift að skila á byggingarstað forgerðum og nákvæmlega sérsniðnum einingum svo hratt að ný hæð bætist við þriðja hvern dag. Þetta eykur ekki aðeins byggingarhraðann, heldur fækkar líka mistökum og lækkar þannig heildarkostnaðinn.

Asía og Mið-Austurlönd fremst

Háhýsatískubylgjan sem nú stendur sem hæst, er þó ekki bara vegna bættrar tækni, heldur skiptir fjárhagsgetan einnig miklu máli.

Með hækkandi olíuverði og auknum vöruútflutningi hafa ríki í Asíu og Mið-Austurlöndum náð til sín stórauknum hluta af fjármagni heimsins. Rétt eins og gerðist í Bandaríkjunum fyrir bráðum 100 árum, endurspeglast þetta eðlilega meðal annars í mannvirkjagerð. Í skýrslu bandaríska háhýsa- og borgarbúseturáðsins, er því þannig spáð að árið 2020 verði aðeins 2 af 20 hæstu byggingum jarðar í Bandaríkjunum. Önnur þeirra verður Chicago-spírallinn. Af þessum 20 háhýsum verða 9 í Asíu og 8 í Mið-Austurlöndum, en ein í Evrópu, Turn Rússlands.

Það verður því að líkindum einmitt í Asíu og Mið-Austurlöndum sem methafa hinnar nýju kynslóðar háhýsa verður að finna. Nú þegar, áður en Burj Dubai, hefur náð sinni ætluðu 800 metra hæð, er verið að setja á blað línur fyrsta míluháa mannvirkisins, sem verður a.m.k. 1.609,34 metrar, í Jeddah í Sádi-Arabíu.

Og yfirverkfræðingurinn við Burj Dubai, Bill Baker, telur slíka byggingu munu rísa. „Tæknilega séð er þetta gerlegt í dag,“ segir hann. „Ég get vel teiknað fyrir þig mílu háa byggingu, en það verður þú sem berð kostnaðinn,“ bætir hann við í aðvörunartón.

Þótt slíkt sé nú flestum fjárhagslega ofviða, er það fullvíst að byggingar eiga enn eftir að verða hærri – jafnvel alveg í nánustu framtíð. Meðan tækni tekur framförum og fjármagn er til, heldur mannkynið áfram í átt til himins. Og hver veit nema sá dagur rísi að við náum að byggja upp í gegnum allt gufuhvolfið.