Не зря говорят, что математика – царица всех наук. Ведь одно из ее проявлений мы видим каждый день – это здания, которые нас окружают. В основе любого архитектурного сооружения лежат геометрические фигуры. А так как наша будущая профессия напрямую связана с высотными зданиями, то поэтому нас и заинтересовали небоскребы и их геометрические формы.
Люди думали о прочности своих жилищ еще с древних времен. Прочность сооружения обеспечивается в первую очередь конструкцией, которая используется в качестве основы при его строительстве. А конструкция сооружения напрямую связана с той геометрической формой, которую имеет. То есть с математической точки зрения, важна геометрическая форма, в которую вписывается сооружение.
Египетские пирамиды являются до сих пор самыми прочными архитектурными сооружениями, несмотря на современное развитие науки и техники. Именно их форма правильных четырехугольных пирамид обеспечивает наибольшую устойчивость за счет большой площади основания. Помимо этого, форма пирамиды обеспечивает уменьшение массы сооружения по мере увеличения высоты над землей.
На смену пирамидам пришли первые стоечно-балочные системы – дольмен и кромлех. Именно такая конструкция в настоящее время является самой распространенной в строительстве.
Из-за больших высот и площади фасадов небоскребов скорость ветра, обтекающего здание, увеличивается в разы. Ветер создает завихрения и с еще большей силой давит на прямоугольное здание, но свободно обтекает округлое.
Именно от формы небоскреба зависит давление ветра на него. Самая лучшая – круглая: воздух хорошо обтекает, не создавая завихрений. Второе место – форма овала, капли, треугольника со скругленными углами. На третьем месте – ромб, квадрат; на четвертом – спаренные высотки (обычно круглые), на пятом – Г- и Н-образные формы. Самая большая парусность у эффектного небоскреба в форме пластины или волны.
Эра небоскребов достигла своего зрелого периода с появлением небоскрёбов Флэтайрон Билдинг (Flat Iron) и Эмпайр Стэйт Билдинг (Empire State Building).
Высота Флэтайрон Билдинг составляет 87 метров. Фасады небоскреба Flat Iron построены по типу традиционной каменной кладки несущих стен. Стальной каркас, большие и быстрые лифты, простота внешнего решения, вертикальная зональность и другие особенности этого здания стали непременными характеристиками архитектуры небоскребов. Флэтайрон Билдинг в плане треугольник со скругленным острым углом, благодаря чему можно увидеть необычную перспективу здания, в виде уходящей параболы.
Empire State Building, имеющий высоту 448,7 метра, был выше всех небоскребов мира еще в начале прошлого века. Этот 102-этажный небоскреб, расположенный в Нью-Йорке на Манхеттене, вошёл в список Национальных исторических памятников США. Название башни можно перевести как «Дом Империи». В этом здании видна форма параллелепипеда, ступенями сужающегося кверху, и завершающаяся высоким шпилем. Эмпайр-Стейт Билдинг напоминает гигантскую колокольню, но это новая форма гражданского здания. Художественный образ здания является новаторским решением, так не имеет аналогов в истории архитектуры.
Небоскребы – символ и визитная карточка Америки. Один из самых крупных городов страны – Сан-Франциско – имеет около четырех сотен высотных зданий. Своей необычной формой и высотой среди них заметно выделяется Пирамида Трансамерика. Она представляет собой четырехстороннюю пирамиду с «крыльями» с двух сторон, высота которой 260 метров. Расположенная в районе сейсмической активности башня строилась с учётом необходимых в таких случаях требований: её основания образуют 20 сцепленных равнобедренных тетраэдров, соединённых с фундаментом посредством стальных балок, создающих жёсткую пространственную структуру.
Не менее известным и интересным является небоскреб Сирс Тауэр в Чикаго, высота которого составляет 443,1 метра. Его уникальность заключается в том, что этот небоскреб мог бы «надставляться», наращивая дополнительные этажи – эта является особенностью трубной архитектуры. Трубчатый дизайн – выдумка инженера-проектировщика, который просчитал, что каждая отдельная труба из 9 квадратных, расположенных на разной высоте, принимает на себя часть сильной ветровой нагрузки и поэтому давление на здание распределяется равномерно.
Башни Петронас Тауэрс в Малайзии, входящие в тройку высочайших зданий мира, примечательны своим внешним видом – силуэт запоминается благодаря «Небесному мосту», связывающему оба здания в единый архитектурный ансамбль. Каждая из башен содержит по 88 этажей, а высота сооружения достигает 452 метра.
Башни-рекордсменки «держаться» на огромных сваях, длина каждой составляет почти 119 метров. Для того чтобы снизить вероятность отклонения строения от своей оси, ввели в структуру 23-метровые стержни, выполненные из армированного бетона. В основу структуры небоскреба положена восьмиконечная звезда – один из символов мусульманской культуры. Само здание венчают купола, контуры которых приблизительно напоминают очертания мечетей. 246-метровые «мачты» оборудованы мощными светящимися элементами, излучающими сияние, видимое издалека – это сделано для безопасности пролетающих самолетов. Небоскреб многократно выдерживал ураганы, благодаря специально разработанным цилиндрическим формам.
Знаменитый 2-х этажный Небесный Мост (SkyBridge), расположенный между 41-ым и 42-ым этажами небоскребов является соединительной «нитью» между башнями близнецами. В длину SkyBridge протянулся на 58 метров, вес всей конструкции составляет 750 тонн, при этом собирался мост на земле, а потом его подняли наверх и укрепили сталью.
Небоскреб, расположенный в столице Китайской Республики – Тайбэй 101, сконструирован именно для эксплуатации в природных условиях, типичных для Юго-Восточной Азии – здесь нередки тайфуны и землетрясения. Небоскреба имеет 101 этаж и высоту 509,2 метра. Для того, чтобы здание было устойчивым, фундамент усилен 380 сваями, забитыми на 80 метров в землю. 660-тонный стальной маятник (5,4 м в диаметре) колеблется, компенсируя движения здания, вызванные сильными порывами ветра.
Башня покрыта двойным остеклением сине-зелёного цвета, что защищает сотрудников от жары и ультрафиолета. Перечисленные выше особенности конструкции, а также прочность фундамента делают Тайбэй 101 одним из самых устойчивых зданий, когда-либо возведённых человеком.
Строительство Capital Gate — уникального небоскреба в Абу-Даби, название которого в переводе с английского означает Ворота столицы, призвано подчеркивать динамичное развитие страны, а также стало очередным символом преуспевающей экономики ОАЭ.
Небоскреб неофициально называют «Падающей башней Абу-Даби», так как 160-метровое в высоту строение имеет 18-градусный западный наклон, вчетверо превышающий крен знаменитой Пизанской башни. Чтобы подобный крен стал возможен, небоскреб Capital Gate сконструировали таким образом, что центральное ядро строения клонится в противоположную сторону относительно остальной структуры, тем самым компенсируя нагрузку, которая постепенно выпрямляется по мере роста здания вверх. "Металлическая вуаль" построена чтобы защищать Capital Gate от палящего арабского солнца и принимать на себя треть его жара.
Бурдж Дубай – самое высокое здание мира на сегодняйший момент. Его высота 828 метров. Это сооружение известно на весь мир под названием Бурдж-Халиф, что в переводе означает “Дубайская башня”.
Небоскрёб Бурдж-Халиф строился по принципу “город в городе”. Здание совершенно автономно и ни как не зависит от города. В нем нашлось место не только под многочисленные офисы и жилые квартиры, но и под бульвары, парки и магазинчики! Строительство небоскрёба длилось на протяжении 5-ти лет.
Форма небоскреба ассиметрична. Башня состоит из трех элементов, окружающих центральное ядро. Основание здания образует форму трилистника. По мере удаления от основания происходит идущее по спирали уступчатое сужение каждого их трех элементов. Всего здание имеет 27 таких уступов или террас, по 9 на каждом элементе. У вершины здания становится видным центральное ядро, принимающее форму шпиля. Такой дизайн призван уберечь здание от излишней ветровой нагрузки, ведь самая высокая точка здания раскачивается при сильном ветре с амплитудой полтора метра.
Строительство высотных зданий имеет большие перспективы, постоянно строятся все более и более высокие здания. Как было сказано ранее именно геометрическая форма небоскребов и играет важную роль в его устойчивости и надежности. Поэтому так важно знать основные конструкции и приемы создания уже построенных небоскребов, чтобы на их примере создавать еще более уникальные, совершенные высотные здания.