Architekci słynnych budynków pozostają w pamięci. Inżynierowie stojący za nimi, ludzie, którzy zamieniali ich projekty w rzeczywistość, często natomiast pozostają na uboczu. A przecież zasługują na co najmniej tak samo duże uznanie jak twórcy znanych obiektów. Chcemy dziś przedstawić wam takiego inżyniera: Fazlura Rahmana Khana.
Wieżowce: Nie bez Fazlura Rahmana Khana
Prawdopodobnie każdy z was był kiedyś w dużym mieście. Być może nawet sami w takim mieszkacie. Z pewnością to znacie: nowoczesne szklane fasady, które zdają się nie mieć końca. Jakby giganci ze stali i szkła rosli w niebo bez końca.
Wieżowce od dawna są częścią miejskiego krajobrazu, są zupełnie oczywiste. Umożliwił je pewien człowiek, o którym prawdopodobnie nigdy wcześniej nie słyszeliście: Fazlur Rahman Khan. Jako jeden z najważniejszych inżynierów budownictwa XX wieku zrewolucjonizował budowę wysokościowców i sprawił, że stały się możliwe słynne budynki, takie jak Burj Khalifa.
Fazlur Rahman Khan: Gdy wieżowce doszły do swoich granic
W latach 50. i 60. budowa wieżowców była czymś więcej niż tylko tworzeniem przestrzeni mieszkalnej. Szczególnie wysoki budynek oznaczał przede wszystkim prestiż: dla jego twórców i dla danego miasta. Każda metropolia, która liczyła się sama ze sobą, chciała mieć przynajmniej jeden szczególnie wysoki budynek.
Ówczesne metody budowlane jednak nie wystarczały. Koszty materiałów były zbyt wysokie, a ciężar własny wydawał się zbyt duży. Dochodziły do tego obciążenia od wiatru lub trzęsień ziemi, które nie były nie tylko trudne do skompensowania, lecz wymagały też bardzo złożonych obliczeń. Przypomnijmy sobie: oprogramowania do obliczeń statycznych, które mogłoby to wyliczyć, wtedy jeszcze nie było. Zwyczajna stalowa konstrukcja szkieletowa stawała się coraz mniej efektywna.
W budowie wysokościowców pojawiły się więc problemy, i to bynajmniej nie małe. Szczególnie obciążenie wiatrem wyznaczało wieżowcom granice. Im wyższy budynek, tym większe siły wiatru, działające poziomo i bocznie na konstrukcję. Wieżowcem, w którym to właśnie wiatry boczne stały się problemem, był na przykład Citigroup Center w Nowym Jorku. Jeśli chcecie przeczytać o tym więcej, artykuł znajdziecie tutaj: Citigroup Center: Panika, tuszowanie i huragan .
Fazlur Rahman Khan: Innowacja w wieżowcach
Fazlur Rahman Khan urodził się na terenie dzisiejszego Bangladeszu i studiował budownictwo w Indian Institute of Engineering Science and Technology w Shibpur. Następnie uzyskał tytuł licencjata w dziedzinie budownictwa na Bangladesh University of Engineering and Technology.
Dzięki wsparciu dwóch stypendiów Fazlur Rahman Khan mógł w 1952 roku wyjechać do Stanów Zjednoczonych. Tam studiował na University of Illinois i w ciągu trzech lat zdobył dwa tytuły magistra – jeden z zakresu statyki budowli, a drugi z mechaniki teoretycznej i stosowanej. Następnie uzyskał doktorat ze statyki budowli. Całkiem imponujące, prawda?
Mały fun fact na marginesie: swój pierwszy wieżowiec Fazlur Rahman Khan zobaczył dopiero w wieku 21 lat. W jego rodzinnym mieście żaden budynek nie był wyższy niż trzy kondygnacje. Wejście do budynków o – z dzisiejszej perspektywy – średniej wysokości w USA musiało być dla niego ekscytujące: nie tylko czymś zupełnie nowym, lecz także ogromnym źródłem inspiracji.
Fazlur Rahman Khan i system tube
Po ukończeniu studiów Fazlur Rahman Khan rozpoczął pracę w biurze architektonicznym Skidmore, Owings & Merrill (SOM) w Chicago. Jedenaście lat później został tam nawet partnerem. Podczas gdy architekci jego biura, tacy jak na przykład Bruce Graham, projektowali budynki, on zastanawiał się, jak można rozwiązać problem nowoczesnej budowy wysokościowców.
Głównym problemem były materiały i ich ciężar własny. Budowanie wysoko było absolutnie nieefektywne i kosztowne. Aby to wam obrazowo wyjaśnić, przyjrzyjmy się krótko temu, jak do tego czasu budowano budynki, gdy chodziło o możliwie najwyższe konstrukcje.
Klasyka: stalowy szkielet („konstrukcja szkieletowa”)
Dotychczasowym klasycznym rozwiązaniem była konstrukcja stalowa szkieletowa, zwana też konstrukcją szkieletową. Sama nazwa już wiele zdradza: chodziło o szkielet dla późniejszego budynku, gęstą siatkę stalowych słupów i belek.
Obciążenia działające na obiekt przejmowane są wewnątrz właśnie przez ten szkielet. Fasada jest przy tym jedynie powłoką, którą następnie się dobudowuje. Problem polega na tym, że przy pewnej wysokości wiatr staje się dużym ryzykiem. Powoduje on drgania, zginanie i sprawia, że cały budynek działa jak ogromna dźwignia.
Jedynym rozwiązaniem było zastosowanie grubszych belek stalowych, większej liczby słupów i gęstszych układów siatki stalowej. Tu jednak pojawiał się główny problem ówczesnych wieżowców: stawały się zbyt ciężkie i zbyt drogie. Większe koszty materiałów, niepraktyczne wnętrza zbyt wielu słupów, a przez to nieelastyczne, słabo wykorzystywalne układy funkcjonalne.
Krótko mówiąc: system ten po prostu nie był wystarczająco efektywny dla dużych wysokości i szybko dochodził do swoich granic. Fazlur Rahman Khan postawił sobie kluczowe pytanie: dlaczego konstrukcja nośna znajduje się wewnątrz, skoro na zewnątrz byłaby znacznie bardziej użyteczna? Przyjrzyjmy się temu bliżej!
Innowacja Fazlura Rahmana Khana: system tube
Fazlur Rahman Khan opracował zupełnie nową koncepcję: budynek sam staje się konstrukcją nośną. Cóż, zupełnie nowa nie była, bo inspirację do niej czerpał bezpośrednio z natury swojej ojczyzny. Jednym z najczęściej występujących tam gatunków roślin jest bambus. A ten rośnie w pustych rurach wsuwających się jedna w drugą.
Cała konstrukcja nośna jest tu samą powłoką! I tę zasadę Fazlur Rahman Khan przeniósł na wieżowce. Jego podejście opierało się na gęsto rozmieszczonych pionowych słupach, połączonych poziomymi belkami. W ten sposób powstawała sztywna zewnętrzna powłoka, która przejmuje większość obciążeń i odprowadza je w dół.
Dzięki tej innowacji Fazlura Rahmana Khana wieżowce potrzebowały znacznie mniej elementów nośnych wewnątrz. Dzięki temu powstały duże otwarte przestrzenie, które znamy na przykład jako typowe biura typu open space w centrach miast.
System nośny Fazlura Rahmana Khana koncentrował się już nie do wewnątrz, lecz na zewnątrz. Zapewniało to znacznie większą stabilność, ponieważ budynki stawały się znacznie bardziej odporne na drgania i zginanie. I nie minęło dużo czasu, zanim mógł on wprowadzić swoją teorię w praktyce.
Fazlur Rahman Khan: Jego najsłynniejsze budynki
Jego pierwszym budynkiem z konstrukcją rurową był budynek mieszkalny Chestnut De-Witt. Ponadto uczestniczył w projektowaniu John Hancock Center o 100 kondygnacjach. Jego dobra reputacja w świecie fachowym szybko przyniosła mu przydomki „Einstein inżynierii budowlanej” i „największy inżynier budownictwa XX wieku”.
Jego dziełem życia był jednak Sears Tower w Chicago z 110 kondygnacjami. Później został on przemianowany na Willis Tower i w latach 1973–1998 był najwyższym budynkiem na świecie. Bez innowacyjnego systemu rurowego Fazlura Rahmana Khana te budynki w ogóle nie mogłyby zostać zrealizowane.
Dzięki systemowi tube budynki mogły osiągać ogromne wysokości, nie tracąc przy tym stabilności konstrukcyjnej. Do tego dochodziła efektywna metoda budowy, widoczna przede wszystkim w niższych kosztach budowy i mniejszym zużyciu materiałów. W ten sposób Fazlur Rahman Khan wyznaczył nowe standardy w budowie wysokościowców na całym świecie.
Fazlur Rahman Khan: Pionier CAD
Nie tylko w kwestii systemów konstrukcyjnych Fazlur Rahman Khan był prawdziwym pionierem, który stale szukał sposobów na bardziej efektywne projektowanie budynków. W latach 70. na rynku pojawiły się pierwsze poważne analizy konstrukcyjne dla komputerów: narodziny oprogramowania statycznego.
SOM, biuro architektoniczne, którego Fazlur Rahman Khan był partnerem, stało się jednym z pierwszych, które zajęły się tym konkretnie. To Graham i Khan przekonali swoich wspólników do zakupu komputera dużej mocy. Wobec nowych technologii branża budowlana już wtedy była raczej sceptyczna. Jednak ich wspólnicy się zgodzili i Khan zaczął programować system do obliczania równań na potrzeby projektowania konstrukcji nośnych. W ten sposób wykonał prawdziwą pionierską pracę dla całej branży.
Podsumowanie: Dziedzictwo Fazlura Rahmana Khana
Fazlur Rahman Khan zmarł w wieku 52 lat na skutek zawału serca. Jednak jego innowacyjna metoda budowy wysokościowców do dziś ma ogromny wpływ na to, jak budujemy. Wieżowce takie jak Burj Khalifa czy One World Trade Center opierają się na jego pracy.
Bez systemu tube Fazlura Rahmana Khana takie budynki w tej formie byłyby prawie niemożliwe. Chociaż w świecie fachowym cieszył się dużym uznaniem – i cieszy się nim do dziś – jego nazwisko jest niemal nieznane szerokiej publiczności. Inżynierowie po prostu pracują raczej w tle.
Jedno jest pewne: Fazlur Rahman Khan trwale zmienił naszą branżę budowlaną. Dał nam system konstrukcyjny, który umożliwił nowoczesne panoramy miast, jakie widać na niezliczonych zdjęciach. Może następnym razem pomyślicie o tym, gdy spojrzycie w górę w dużym mieście i będziecie podziwiać, jak czyste błękitne niebo odbija się w fasadzie wieżowca. To właśnie ta fasada przenosi obciążenia całego budynku.
