不可能を建てる：超高層ビルが新たな高みに到達する方法

概要

建築家フランク・ロイド・ライトが1950年代に1マイルの高さのタワーを提案して以来、超高層ビルは長い道のりを歩んできました。今日、企業は1キロメートル以上の高さの超高層ビルを建設する計画を立てています。しかし、なぜ70年前にこれらのメガストラクチャーを建設することができなかったのでしょうか？本記事では、高層ビルの建設における課題、構造設計から安定性と安全性を確保するために使用される技術までを探求します。

重力の課題

どの建設プロジェクトにおいても、建物の各階はその上の階を支えることができる必要があります。この原則が建物の形状を決定しており、古代の建築家は軽い上層を支える広い基礎を持つピラミッドを好んでいました。しかし、この解決策は都市のスカイラインには適用できません。建物を高く建てれば建てるほど、上層から下層への重力圧力が高くなります。しかし、コンクリートなどの強い材料を使用することで、この実用的でない形状を回避することができます。また、現代のコンクリートブレンドは、強度を高めるために鉄繊維で補強され、クラックを防止するために水を減らすポリマーで製造されています。ドバイのブルジュ・ハリファ、世界最高層のタワーのコンクリートは、1平方メートルあたり約8,000トンの圧力に耐えることができ、1,200頭のアフリカゾウの重さに相当します。

古代建築の制限の克服

そのような高さのピラミッドは、およそ1.5マイルの幅が必要であり、都市の中心部には収まりません。建物が自重で崩壊しないようにするために、各階はその下の階によって支えられる必要があります。過去には、建物の形状は重量を支える必要性によって決定されていました。しかし、現代の建設方法により、これらの制限を克服することができました。

コンクリートと現代の材料

コンクリートなどの強い材料を使用することで、古代建築によって決定された実用的でない形状を回避することができます。また、現代のコンクリートブレンドは、強度を高めるために鉄繊維で補強され、クラックを防止するために水を減らすポリマーで製造されています。ドバイのブルジュ・ハリファ、世界最高層のタワーのコンクリートは、1平方メートルあたり約8,000トンの圧力に耐えることができ、1,200頭のアフリカゾウの重さに相当します。

安定した基礎の構築

このような重い建物は、基礎がなければ沈んだり倒れたり、傾いたりします。約50メートル以上の深さに192本のコンクリートと鋼製の支柱、パイルを埋設することで、およそ500,000トンのタワーが沈むのを防止しています。パイルと地面の間の摩擦力によって、この大きな構造物を立ち上がらせています。

風の打ち勝ち

超高層ビルは、横から吹く風に打ち勝つ必要があります。構造物を空力的に設計することで、その力を最大で25％まで減らすことができます。建物の内部または外部に風を受け止めるフレームを設置することで、残りの風力を吸収することができます。しかし、これらの対策を講じたとしても、ハリケーン時には最上階で1メートル以上揺れることがあります。そのため、多くの超高層ビルは、数百トンのチューンド・マス・ダンパーと呼ばれるカウンターウェイトを使用して、風による揺れを防止しています。

高速エレベーターの設計

このような大きな建物を素早く移動すること自体が課題です。ライトの時代には、最速のエレベーターは時速22キロメートルでした。幸いなことに、現代のエレベーターははるかに速く、時速70キロメートル以上で移動することができます。将来のキャビンでは、摩擦のない磁気レールを使用して、さらに高速化することができます。トラフィック管理アルゴリズムは、目的地に応じて乗客と空のキャビンをグループ化し、必要な場所に移動させます。