Pilvenpiirtäjä nousee omakotitalon tontille

Uudella tekniikalla pilven­piirtäjän voi rakentaa muutaman sadan neliömetrin kokoiselle alalle. Kun leveys pienenee, korkeus kasvaa. Uudet magneettihissit ja huojunnanvaimentimet tekevät mahdolliseksi yli kilometrin korkuiset tornitalot.

Uudella tekniikalla pilven­piirtäjän voi rakentaa muutaman sadan neliömetrin kokoiselle alalle. Kun leveys pienenee, korkeus kasvaa. Uudet magneettihissit ja huojunnanvaimentimet tekevät mahdolliseksi yli kilometrin korkuiset tornitalot.

Claus Lunau

Asunto sijaitsee 120. kerroksessa, ja sen ikkunoista avautuu upea näkymä etelään Manhattanille, itään Queensiin, länteen New Jerseyyn ja pohjoiseen Keskuspuistoon.

Näin voisi kiinteistönvälittäjä kuvailla newyorkilaisen Central Park Tower -pilvenpiirtäjän asuntoa. Rakennus on niin kapea, että sen yläosassa jokaisessa kerroksessa on vain yksi huoneisto.

Maailman suurkaupungeissa tonttimaa halutuilla paikoilla on yhä kalliimpaa. Niinpä talot tehdään aina vain korkeammiksi ja ohuemmiksi.

Pilvenpiirtäjistään kuuluisassa New Yorkissa rakennetaan nyt neulamaisia tornitaloja, jotka seisovat tavallisen omakotitalotontin kokoisella maa-alalla mutta nousevat yli 400 metrin korkeuteen.

Arkkitehtien visiot vaativat insinööreiltä uutta ajattelua, sillä kun pilvenpiirtäjän mittasuhteet ovat samat kuin pystyyn asetetun lyijykynän, vanhoilla rakennusmenetelmillä ei enää selvitä. Inspiraatiota haetaankin muun muassa magneettijunista ja formula 1 -autoista.

Pyramidi oli maailman huippu

Kheopsin pyramidi, joka on alun perin juuri ja juuri 147 metriä korkea, oli maailman korkein rakennus neljäntuhannen vuoden ajan.

Muinaisten egyptiläisten nelisivuinen särmäkartio on massiivinen rakennelma, joka ei huoju kovassakaan tuulessa. Sen pohjan pinta-ala on 52 900 neliömetriä. Korkeuden ja leveyden suhde on 1:0,6.

Jos New Yorkin uusi 472 metriä korkea Central Park Tower olisi rakennettu samalla tavalla kuin Kheopsin pyramidi, sen pohjan jokaisen sivun pituus olisi 740 metriä. Se olisi siis yhtä leveä kuin New Yorkin Keskuspuisto. Niin suuri tontti maksaisi Manhattanilla hulppeat 3,4 miljardia euroa.

Manhattanilla on otettu käyttöön melkein jokainen neliömetri. Rakennusmaata verottaa myös kunnallistekniikka. Vesijohto- ja sähköverkkoja ja metrolinjoja ei voida kovin paljon siirrellä uusien rakennuksien tieltä.

Uudet talot täytyy siis mahduttaa hyvin pienille maaplänteille. Central Park Towerin pohjan pinta-ala on 25 x 25 metriä. Pilvenpiirtäjän korkeuden ja leveyden suhde on siis 1:19. Kheopsin pyramidin leveys on 32 kertaa niin suuri kuin Central Park Towerin.

Ensimmäiset varsinaiset pilvenpiirtäjät rakennettiin noin sata vuotta sitten. Ensimmäisiä oli vuonna 1908 valmistunut Singer Building Manhattanilla Liberty Streetin ja Broadwayn kulmassa.

Siinä oli 47 kerrosta, ja se oli 187 metriä korkea. Jos se olisi tehty tiilestä senaikuisilla perinteisillä menetelmillä, alimpien kerrosten seinät olisi pitänyt muurata metrien paksuisiksi.

Ratkaisuksi keksittiin kantava teräsrakenne, jonka ansiosta arvokas kerrospinta-ala voitiin hyödyntää toimistotiloina ja julkisivuun voitiin puhkaista isot ikkunat antamaan valoa toimistojen työntekijöille.

VIDEO: Lähde lennolle maailman hoikimpien pilvenpiirtäjien maailmaan

Hissit vievät liikaa tilaa

Vuonna 1908 Singer Building oli maailman korkein rakennus. Se ei kuitenkaan ehtinyt pitää ennätystä hallussaan kuin vuoden.

Sitten muutaman kilometrin päähän valmistui 213 metriä korkea Met Life Tower. Siitä alkoi kiihtyvä kilpailu siitä, kuka rakentaa korkeimman pilvenpiirtäjän. Kilpailu jatkuu edelleen.

Pilvenpiirtäjät rakennettiin pääpiirteissään samalla tavalla kuin Singer Building aina 1970-luvulle asti. Silloin New Yorkiin valmistuivat World Trade Centerin kaksoistornit, joiden korkeus oli noin 400 metriä.

Niiden kantavana rakenteena oli ulkoinen teräspylväskehä ja betoninen ydin, jossa sijaitsivat hissikuilut. World Trade Center oli 50 000 ihmisen työpaikka, ja siellä kävi päivittäin 200 000 ihmistä.

Ihmisvirtaa liikuttelemaan tarvittiin 95 hissin verkosto. Pikahissit kuljettivat ihmiset ensin väliasemille, missä he vaihtoivat ”lähihisseihin”, jotka pysähtyivät myös välikerroksissa. Tilaa säästävästä ratkaisusta huolimatta hissit veivät joka kerroksen 3 969 neliömetrin pinta-alasta 1 107 neliömetriä.

MULTI-hississä hissikorit liikkuvat kuiluissa magneettisen levitaation avulla ylös, alas ja sivuille. Vaijereita ei tarvita.

© thyssenkrupp Elevator

Hissien vaatima tila on edelleen rajoittava tekijä, kun arkkitehdit yrittävät loihtia pilvenpiirtäjille lisää korkeutta. Central Park Towerissa ongelmaa helpottaa se, että useimmat kerrokset ovat asuinkäytössä.

Asuntoihin suuntautuu päivän mittaan paljon vähemmän liikennettä kuin toimistoihin. Kun joka kerroksessa on vain yksi asunto, rakennuksen sisäinen liikenne voidaan hoitaa suhteellisen pienellä hissimäärällä.

Central Park Towerissa on 11 hissiä. Niiden huippunopeus on 10 metriä sekunnissa. Matka katutasolta ylimpään kerrokseen taittuu siis puolessatoista minuutissa.

Central Park Tower ei ole New Yorkin ainoa kapeauumainen pilvenpiirtäjä. Kaupungissa on nyt kolme yli 400-metristä tornia, jotka seisovat muutaman sadan neliömetrin tontilla.

Lisää on todennäköisesti tulossa, ja siksi hissivalmistajat etsivät kuumeisesti keinoja mahduttaa hissit rakennukseen entistä paremmin.

Saksalainen ThyssenKrupp kehittelee ratkaisua, jolle se on antanut nimen MULTI. Perinteinen hissiratkaisu koostuu kuilusta, jossa hissikori liikkuu, ja vaijereista, joiden varassa hissikori nousee ja laskee.

MULTI jättää vaijerit pois. Lisäksi siinä samassa hissikuilussa voi kulkea monta hissikoria ja hissikorit voivat liikkua jopa sivusuuntaan. Hissikuilun pohjan ja huipun ei siis tarvitse olla samassa linjassa. Vaijerien sijaan hissi kulkee magneettisen levitaation avulla.

Samaan ilmiöön perustuvat magneettijunat: voimakas magneettikenttä nostaa junan kiskojen puolelle ja antaa sille vauhdin.

ThyssenKruppin MULTI-ratkaisua testataan parhaillaan 246 metriä korkeassa testitornissa Rottweilissa Etelä-Saksassa. Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, ensimmäiset magneettilevitaatiohissit voidaan asentaa rakennuksiin 2–3 vuoden kuluttua.

Yhteen hissikuiluun voidaan asentaa kaksi tai viisi hissikoria tai vieläkin useampia. Tällöin hissikuiluja tarvitaan rakennuksessa nykyistä vähemmän ja arvokkaat neliömetrit voidaan ottaa muuhun käyttöön.

Mallia formula 1 -autoista

Magneettinen levitaatio helpottaa hissien mahduttamista huippuhoikkiin pilvenpiirtäjiin. Sen lisäksi tarvitaan keino, jolla ohuet tornit kestävät tuulta. Pilvenpiirtäjiin kohdistuu valtava tuulen paine.

Mitä korkeampi rakennus on, sitä kovemmin ilmavirta sitä huojuttaa. Navakalla tuulella pilvenpiirtäjä huojuu muutaman sentin. Myrsky voi heiluttaa 300-metrin korkuista rakennusta jopa 20–30 senttiä. Siksi tarvitaan vakauttamismekanismeja estämään heilumista.

Taiwanin pääkaupungissa Taipeissa sijaitseva Taipei 101 oli valmistuessaan vuonna 2004 maailman korkein rakennus. Se on 509 metriä korkea. Siinä huojuntaa ehkäistään niin sanotulla massavaimentimella.

Se on käytännössä heiluri, jossa heiluu 660 tonnin painoinen teräskuula Muissa korkeissa rakennuksissa vaimenninratkaisut eivät ehkä ole yhtä näyttäviä, mutta periaate on sama. Satojen tonnien painoinen heiluri liikkuu kiskoilla edestakaisin ja vakauttaa rakennusta.

Pilvenpiirtäjien huojuntaa estämään kaavaillaan laitteita, joiden mallina on formula 1 -autojen iskunvaimennin.

© Mark Sutton/Sutton Images/Motorsport Images

Isot heilurirakenteet vievät tietysti tilaa ja ovat kalliita. Koko pilvenpiirtäjä pitää mitoittaa ja suunnitella vaimentimen heilurin mukaan. Siksi brittiläiset tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen vaimenninratkaisun, joka käyttää hyväkseen tuulen energiaa. Inspiraatiota on haettu formula 1 -autoista.

Formula 1 -autoissa käytetään niin sanottua J-vaimenninta, joka vähentää tien pinnasta tulevaa tärinää niin, että pyörät pysyvät tiukasti radan pinnassa.

J-vaimentimessa on hammastanko ja vaihteisto, jonka hammaspyörä välittää hammastangon liikkeet vauhtipyörään. Tämä vähentää tärinän energiaa ja siten vaimentaa tärinän aiheuttamaa liikettä.

Lontoon yliopiston tutkijat kehittelevät nyt J-vaimenninta pilvenpiirtäjiin. J-vaimennin vauhtipyörineen olisi huomattavasti kevyempi kuin satojen tonnien painoinen heiluri. Periaate on se, että kun tuuli huojuttaa rakennusta. vaimentimen hammastangossa oleva vaihteisto ja vauhtipyörä alkavat liikkua edestakaisin tangolla.

Vaihteiston hammaspyörät muuttaa huojumisen aiheuttaman lineaarisen liikkeen hammastangolla vauhtipyörän pyörimisliikkeeksi.

J-vaimentimessa tuulen energia siis pyörittää vauhtipyörää sen sijaan, että se huojuttaisi itse rakennusta.

Kun tuuli tyyntyy, vauhtipyörän liike-energia voidaan johtaa vaikkapa generaattoriin, joka tuottaa sähköä rakennuksen valaistukseen ja ilmastointilaitteisiin.

Tutkijat ovat laskeneet, että pilvenpiirtäjät voitaisiin rakentaa 30 prosenttia nykyistä pienemmällä teräsmäärällä, jos valtavien teräsheilurien asemesta käytettäisiin J-vaimentimia. J-vaimennin vie myös paljon vähemmän tilaa kuin heilurirakenteet.

Nykyään Central Park Towerin 120. kerroksen asunnossa ei tarvitse pelätä naapuritalojen asukkaiden katseita.

Tilanne voi kuitenkin muuttua. Saudi-Arabian Jeddaan on rakenteilla Jeddah Tower, jonka katto on kilometrin maanpinnan yläpuolella. Myös Dubaissa suunnitellaan kilometritornia.

Toistaiseksi kilometrin korkuiset pilvenpiirtäjät ovat öljyllä rikastuneiden aavikkovaltioiden ominaispiirre.

Jos tonttimaan hinta maailman metropoleissa nousee entisestään, voi olla, että myös Central Park Tower saa seurakseen yhtä hoikkia mutta kaksi kertaa niin korkeita naapureita.