Как се проектират сгради в райони със силни ветрове?

При високите сгради вятърът е един от основните фактори, с които проектантите трябва да се съобразят. Колкото по-висока е една сграда, толкова по-голямо е въздействието му върху конструкцията. Затова формата често се определя от начина, по който сградата ще реагира на ветровите натоварвания. Усуканите обеми, заоблените фасади, диагоналните носещи конструкции и дори наклонът при някои кули могат да намалят въздействието на вятъра и да подобрят устойчивостта на сградата. Именно тези инженерни решения стоят зад едни от най-необичайните небостъргачи в света. 

30 St Mary Axe

Лондонската 30 St Mary Axe, по-известна като The Gherkin, е завършена през 2004 г. по проект на Foster + Partners. Висока е 180 метра и бързо се превръща в една от най-разпознаваемите съвременни сгради в града. 

Нейната заоблена форма не е избрана само заради впечатляващия силует. Тя помага въздухът да се движи по-плавно около сградата и намалява силните турбуленции, които често се получават около правоъгълни кули. Това е особено важно в плътна градска среда, където високите сгради могат да създадат неприятни ветрови ефекти на нивото на улицата.

Най-характерният елемент на The Gherkin е диагридната конструкция – диагонална стоманена решетка, която е част от носещата система. Вместо да служи само като фасаден елемент, тя поема голяма част от хоризонталните натоварвания и участва в носенето на вертикалните усилия съвместно с централното ядро. Благодарение на това вътрешните офисни пространства са по-свободни, нуждата от традиционни колони е по-малка, а конструкцията се държи по-стабилно при силен вятър. 

Turning Torso

Turning Torso в Малмьо е един от най-разпознаваемите усукани небостъргачи в света. Проектиран е от испанския архитект Сантяго Калатрава и е завършен през 2005 г. Сградата е висока 190 метра и се състои от девет обемни секции, които постепенно се завъртат, докато върхът достига 90 градуса спрямо основата.

Първоначалната идея идва от скулптура на Калатрава, вдъхновена от усукващо се човешко тяло. При пренасянето ѝ в реална сграда обаче художественият образ трябва да бъде подчинен на строг конструктивен ред. Turning Torso има стоманобетонно ядро, което поема основните вертикални и хоризонтални натоварвания, а отвън сградата е стабилизирана чрез стоманена носеща система.

Разположението ѝ също е важно. Малмьо се намира край протока Йоресунд, където ветровете са силен фактор. Усукването на обема променя начина, по който въздухът преминава около сградата и ограничава образуването на част от вихрите, които могат да увеличат натоварванията и колебанията. Това е само един от факторите, които определят поведението на конструкцията при силен вятър. 

Capital Gate

Capital Gate в Абу Даби е от сградите, които веднага предизвикват въпрос: как изобщо стои изправена? Кулата е завършена през 2011 г., проектирана е от RMJM, висока е над 160 метра и има наклон от около 18 градуса. Този необичаен проект ѝ отрежда място и в Guinness World Records, където е вписана като най-наклонената кула в света, изградена с предварително заложен наклон. 

Тук наклонът не е резултат от слягане на почвата или конструктивен проблем, както при някои исторически кули. Той е заложен още на етап проектиране, което прави конструктивната задача значително по-сложна. Всички елементи на сградата трябва да бъдат изчислени така, че да компенсират изместването на масата и да осигурят необходимата стабилност. 

Конструкцията използва стоманобетонно ядро с вертикално последващо напрягане, проектирано с предварително зададен обратен наклон. По този начин се компенсира изместването на масата, породено от наклона на сградата. Отвън работи диагридна стоманена система, съставена от множество индивидуално изчислени елементи. Всеки от тях има конкретна позиция и роля, защото при такава геометрия стандартните повторяеми решения са много по-трудни.

Hearst Tower

Hearst Tower в Ню Йорк е завършена през 2006 г. и е по проект на Foster + Partners. Тя е един от най-добрите примери за това как диагридната конструкция може да промени характера на една висока сграда.

Кулата е изградена върху историческата шестетажна основа на сградата на Hearst от 20-те години на XX век. Вместо старият корпус да бъде разрушен, той е запазен и включен в новия проект. Това дава на сградата особен характер, долу стои каменната тежест на старата архитектура, а над нея се издига лека стъклена кула с ясно изразена диагонална структура.

Диагридната система на Hearst Tower има не само визуален ефект, но и важна конструктивна роля. Тя позволява използването на по-малко конструкционна стомана в сравнение с традиционна рамкова система със сходна височина, като същевременно разпределя натоварванията по-ефективно. В същото време диагоналните елементи  придават характерния външен вид на сградата. 

Torre Reforma

Torre Reforma в Мексико Сити е завършена през 2016 г. по проект на мексиканското студио LBR&A, водено от архитекта Бенхамин Романо. При височина от 246 метра сградата разчита на триъгълна форма и масивни стоманобетонни стени, разработени така, че да отговарят на специфичните условия в Мексико Сити, където силните земетресения и особеностите на почвата са сериозно предизвикателство за високото строителство. 

Основната носеща система включва две масивни стоманобетонни стени, които поемат голяма част от хоризонталните натоварвания. Между двете стоманобетонни стени работят стоманени връзки и рамки, които позволяват конструкцията да се деформира контролирано при земетресение и едновременно осигуряват необходимата устойчивост при силен вятър. Триъгълната форма допълнително помага за по-добро разпределение на силите и дава на сградата отличителен силует.

Зад всяка от тези сгради стои различно инженерно решение, но целта е една – конструкцията да бъде сигурна, ефективна и съобразена с условията на мястото.