Tuli ja teräs nostivat talot pilviin

Dubaissa aavikon hiekassa törröttää 828 metriä korkea teräs- ja lasitorni. Maailman korkeinta rakennusta, Burj Khalifaa, ei olisi koskaan rakennettu ilman neljää neuvokasta miestä ja tuhoisaa tulipaloa.

Dubaissa aavikon hiekassa törröttää 828 metriä korkea teräs- ja lasitorni. Maailman korkeinta rakennusta, Burj Khalifaa, ei olisi koskaan rakennettu ilman neljää neuvokasta miestä ja tuhoisaa tulipaloa.

Shutterstock

Öljylampun kaatoi ehkä lehmä, ehkä korttia pelaava miesseurue. Tapahtumien kulkua ei tiedetä tarkalleen, mutta joka tapauksessa vuonna 1871 tuli pääsi irti O'Learyn perheen navetassa ja levisi nopeasti Chicagon hellekesän kuivattamissa puutalokortteleissa.

”Taivaalta satoi palavia kattolevyjen, lankkujen, tapettien ja kaiken muun mahdollisen kappaleita kuin lunta. Kaikkialla savusi ja kipinöi, ja tuuli lietsoi jatkuvasti ja sai aikaan suuria hehkuvien hiilten pyörteitä. Kaupungin katot ja kadut olivat liekeissä”, kirjoitti muistiin silminnäkijä.

Tulipalo vaati 300 ihmisen hengen, ja 18 000 taloa paloi poroksi. Tuhkasta nousi vähitellen uudenlaisia – toinen toistaan korkeampia – rakennuksia.

Chicagon suurpalo teki 90 000 kaupunkilaisesta kodittomia. Määrä oli kolmasosa koko väkiluvusta.

Kaikki korkealle kurkottavat pilvenpiirtäjät – myös Dubain päätä huimaavaan 828 metrin korkeuteen ulottuva huipputapaus Burj Khalifa – juontavat juurensa 1800-luvun Chicagosta ja neljän miehen sisukkaasta uurastuksesta.

Lintuhäkistä idea teräsrunkoon

Kun Chicagon suurpalo sammui 9. lokakuuta 1871, paikallisviranomaiset päättivät heti, että vastedes kaupunkiin saa rakentaa taloja ainoastaan palamattomista materiaaleista, kuten tiilistä, marmorista ja kalkkikivestä. Ne olivat kuitenkin kalliita, ja vain harvoilla yksityishenkilöillä oli niihin varaa.

Siksi Chicagon keskustan tyhjät tontit päätyivät pankkien ja suuryritysten käsiin. Yksi niistä oli vakuutusyhtiö New York Home Insurance Company, joka etsi pääkonttorilleen uutta paikkaa.

Yhtiö pyysi arkkitehtejä suunnittelemaan rakennuksen, jonka jokainen kerros saa runsaasti luonnonvaloa.

Haaste vastasi täydellisesti 39-vuotiaan William Le Baron Jenneyn visiota. Hän halusi korvata kantavat kiviseinät moderneilla vaihtoehdoilla, joihin kuului metallirunko.

Tietä kolossaalisille tornitaloille tasoittivat keksinnöt, jotka yksi mekaanikko ja kolme insinööriä tekivät erikseen.

© Chicago History Museum/Getty Images

1. Jenney hylkäsi kantavat muurit

Yhdysvaltalainen rakennusinsinööri William Le Baron Jenney (1832–1907) keksi käyttää talossa kantavaa metallirunkoa. Rakenne korvasi paksut, raskaat kivi- ja tiiliseinät ja mahdollisti kerrosmäärän kasvattamisen.

© SPL/Ritzau Scanpix

2. Otis teki hissistä varman

Pilvenpiirtäjä vaatii hissin. Yhdysvaltalainen Elisha Graves Otis (1811–1861) suunnitteli turvamekanismin, joka paransi hissin luotettavuutta niin, että se sopi ihmisten kuljettamiseen. Hissin ansiosta voitiin rakentaa korkeammin.

© Universal History Archives/Getty Images

3. Bessemer alensi teräksen hintaa

Brittiläinen insinööri Henry Bessemer (1813–1898) keksi prosessin, jolla terästä voitiin valmistaa nopeammin ja edullisemmin. Se siivitti terästeollisuutta, jolla oli tärkeä osa pilvenpiirtäjiin johtaneessa kehityksessä.

© fazlurrkhan.com

4. Khan kevensi rakennetta

Bengalitaustainen rakennusinsinööri Fazlur Rahman Khan (1929–1982) nosti pilvenpiirtäjät uudelle tasolle keksittyään putkikonstruktion, joka paitsi säästi rakennusmateriaalia myös tehosti neliömetrien käyttöä.

Perimätiedon mukaan Jenney sai innoitusta kotinsa lintuhäkistä, joka säilytti muotonsa, vaikka hänen vaimonsa laski sen päälle ison, raskaan kirjan.

Olipa inspiraation lähde mikä tahansa, Jenney tajusi häkkimäisen teräsrakenteen olevan niin kevyt, luja ja joustava, että on mahdollista rakentaa kymmenkerroksisia taloja.

Lisäksi runko vahvistaa rakennusta niin, että kaikille sivuille voidaan tehdä suuria ikkunoita, joista tulvii valoa – kuten vakuutusyhtiö halusi.

Jenney vei voiton, ja maailman ensimmäinen pilvenpiirtäjäksi kutsuttu talo, Home Insurance Building, valmistui vuonna 1885.

Vuonna 1891 maailman ensimmäinen pilvenpiirtäjä, Home Insurance Building i Chicago, sai kaksi lisäkerrosta. Siitä tuli 54,9 metriä korkea.

© Chicago History Museum/Getty Images

New Yorkissa sensaatiomaisen rakennuksen korkeus ja keveys herättivät kateutta. Asukasluku oli kolminkertaistunut vuosina 1840–1870, ja yhtenä ratkaisuna tilaongelmaan pidettiin korkeampia taloja.

New Yorkin rakennusviranomaiset hyväksyivät vuonna 1889 Jenneyn metallirungon, ja pian sen jälkeen valmistui 11-kerroksinen Tower Building.

Etenkin Chicago ja New York tuntuivat kilpailevan keskenään. 1900-luvun alussa oli olemassa jo 25–30-kerroksisia taloja , ja suunta oli ylöspäin.

Teräs pursui jättiuuneista

Pilvenpiirtäjien menestykselle laski perustan teräksen keksiminen. Kun raakarautaan lisättiin sopivasti hiiltä, syntyi seos, joka oli erittäin lujaa ja taipuisaa.

Ennen teollistumista terästä valmistettiin käsityönä hyvin hankalasti ja hitaasti. Esimerkiksi ensimmäiset ratakiskot ja rautatiesillat olivat valurautaisia. Koska rauta sisälsi liikaa hiiltä, se halkeili ja aiheutti onnettomuuksia.

Brittiläinen insinööri ja keksijä Henry Bessemer halusi helpottaa raudan hiilipitoisuuden säätämistä ja patentoi vuonna 1855 uuden teräksen valmistusmenetelmän.

Bessemer-prosessi tapahtui valtavassa konvertteriksi kutsutussa uunissa, jossa raakarautaan puhallettiin voimakkaasti ilmaa. Korkeassa lämpötilassa ilman happi reagoi raakaraudan piin, mangaanin ja hiilen kanssa, ja hiilivedyt hulmusivat uunin yläosan aukosta 5–10 metrin lieskoina.

Kun raudasta oli poistettu kaikki epäpuhtaudet, siihen lisättiin tietyssä suhteessa muun muassa hiiltä sen mukaan, kuinka lujaa teräksestä piti tulla.

Jo 1800-luvun puolella terästä alettiin valmistaa teollisesti. Kun lisäksi portaat voitiin korvata hisseillä ja joustava teräsrunko keksittiin, rakennuksista oli mahdollista tehdä entistä korkeampia.

© AKG/Ritzau Scanpix

1. Kuuma teräksen massatuotanto

Teräksen valmistus vauhdittui vuonna 1855, kun konvertteri saatiin käyttöön. Kova kuumuus poisti raakaraudasta epäpuhtaudet, ja hiilen lisääminen teki siitä terästä. Lujimmissa teräslaaduissa hiilen osuus on 0,99 prosenttia.

© Archive Photos/Getty Images

2. Hissi liikutti ihmisiä

Hissit olivat epäluotettavia, ja niitä käytettiin vain tavarakuljetuksiin. Henkilöhissit mahdollisti uusi turvamekanismi: tarrainlaite. Se pysäytti putoavan hissin metallikiiloilla, jotka menivät johtimien pykälien väliin.

© Chicago Archive

3. Teräsrunko levitti painoa

Korkeat talot olivat raskaita, sillä ne vaativat jykevät perustukset ja vahvat seinät. Kevyempi metallirunko jakoi kuormituksen useille palkeille ja pylväille ja mahdollisti yli kymmenkerroksiset rakennukset.

Bessemer-prosessilla voitiin valmistaa 15 tonnia terästä tunnissa. Ennen saman määrän tuottaminen kesti kaksi viikkoa. Ratakiskoja ja teräksisiä rakennusmateriaaleja alettiin tehtailla.

Vuonna 1860 maailmassa valmistettiin terästä 50 000 tonnia, 1870 kymmenen kertaa niin paljon ja 1899 peräti 28 miljoonaa tonnia.

Kukaan ei käyttänyt portaita

Teräksen lisäksi William Le Baron Jenney turvautui Home Insurance Buildingissä uudenlaiseen paineilmahissiin.

Vielä 1850-luvun puolivälissä rakennuksissa oli enintään seitsemän kerrosta, sillä myös portaiden pituus rajoitti talojen korkeutta. Ylimpiin kerroksiin oli raskas kavuta.

Tavarahissit olivat yleisiä, mutta samalla tekniikalla ei voitu kuljettaa ihmisiä, sillä he olivat hegenvaarassa siinä tapauksessa, että hissi pääsisi putoamaan. Vermontilainen mekaanikko Elisha Graves Otis ratkaisi ongelman vuonna 1853 automaattisella hätäjarrulla.

Elisha Graves Otis teki hissistä turvallisen keksimällään automaattisella hätäjarrulla. Hän esitteli turvamekanismin New Yorkin maailmannäyttelyssä 1853.

Otisin hissiä ympäröi metallikehys, jossa oli rattaan hampaiden kaltaisia pykäliä. Hissin päällä oleva metallitanko liikkui pykälien väliin, jos kaapeli katkesi.

Elisha Graves Otis perusti Otis Elevator Company -yhtiön, joka toimitti hissit muun muassa Eiffelin torniin ja Empire State Buildingiin. Nimi on kirjoitettu myös niihin 57 hissiin, jotka nousevat ja laskevat äänettömästi Burj Khalifan 19 hissikuilussa 36 kilometrin tuntinopeudella.

Nuorimies vei rungon ulos

William Le Baron Jenneyn käyttämän kaltainen metallirunko oli 1960-luvulle asti tavallinen kaiken maailman pilvenpiirtäjissä. Koska rungon palkit, pylväät ja putket veivät suuren osan sisätilasta ja neliömetrit olivat hintavia, ei kannattanut rakentaa yli 300 metriä korkeita taloja. Bangladeshista kotoisin ollut nuorimies halusi muuttaa tilanteen.

Kun insinööriksi opiskellut Fazlur Rahman Khan muutti 21-vuotiaana Chicagoon perehtyäkseen rakennussuunnitteluun, hän ei ollut nähnyt koskaan pilvenpiirtäjää. Hän herätti huomiota kekseliäisyydellään ja valmistui ennätysajassa.

Khan käänsi Jenneyn teräskonstruktion nurin päin ja kehitti ”putkirakenteen”. Sisäpuolen järeä teräsrunko korvautui ulkopuolisella kehikolla, joka kannatteli rakennusta ja liittyi kuormitusta jakaviin teräksisiin poikkipalkkeihin.

Chicagoon vuonna 1969 valmistunut John Hancock Center oli ensimmäinen uudella tavalla rakennettu pilvenpiirtäjä. Se oli 344 metriä korkea ja 100-kerroksinen.

Fazlur Rahman Khan jatkoi kehitystyötä ja keksi perusrakenteesta useita muunnoksia. Tunnetuin on ”niputettu putkirakenne”, jota hän käytti vuonna 1973 valmistuneessa 447 metriä korkeassa Willis Towerissa (entiseltä nimeltään Sears Tower).

Willis Toweriin saatiin innoitusta niputetuista bamburuo'oista. Sen yhdeksän putkea jakavat kuormitusta keskenään. Rakennus oli maailman korkein 25 vuotta.

© SOM.com

Bamburuokonipun innoittamana Khan suunnitteli erillisiä osarakenteita jakamaan tuulen ja painon kuormitusta keskenään. Esimerkiksi Willis Tower koostuu yhdeksästä eripituisesta nelikulmaisesta putkesta, jotka jakavat kuormittavia voimia toistensa kanssa.

Ennätyksenhaltijalla katedraalitukia

Maailman korkein rakennus, Burj Khalifa, perustuu Khanin ideoihin ja koostuu useasta toisiinsa liittyvästä putkirakenteesta. Silti se edustaa uutta ajattelua. Vanhoja keksintöjä ei nimittäin voida soveltaa sellaisinaan entistä korkeampiin rakennuksiin, sillä haasteet suurenevat kerros kerrokselta.

Burj Khalifan suunnittelijat kehittivät kuusikulmaisen ydinrakenteen, jota erikoinen Y-kirjainta muistuttava muoto tukee. Teknisessä ratkaisussa on jotain samaa kuin keskiajan katedraalien tukikaarissa, jotka siirsivät sisäholvien paineen ulkoseinien pilareihin.

Katedraalien ulkopuoliset tukikaaret siirsivät sisäholvien painetta ulkoseinien pilareihin.

© Shutterstock

Burj Khalifa pystytettiin Dubaihin erittäin vaativissa olosuhteissa – erityisesti korkeuden kasvaessa. Betonin pumppaaminen 600 metrin korkeuteen kesti 40 minuuttia, vaikka paine oli valtava 206 kiloa neliösenttimetriä kohti. Lisäksi aavikon kuumuus pakotti sekoittamaan betoniin jäätä sitä haurastuttavien kemiallisten reaktioiden estämiseksi.

Tuuli on suuri haaste

Burj Khalifan riskitekijöihin kuuluu lämmön ohella tuuli. Jo ensimmäiset pilvenpiirtäjät osoittivat, että tuuli pitää ottaa suunnittelussa huomioon rakennettaessa korkeita taloja.

Kun tuuli osuu laajoihin tasaisiin pintoihin, ilmavirta voimistuu ja syöksyy ylös- ja alaspäin. Rakennuksen terävien kulmien ympärille syntyy voimakkaita pyörteitä, jotka muistuttavat trombia.

Ruutukaavakaupungit, joissa on vierekkäin korkeita taloja, ovat usein tuulisia ja kadut voivat muuttua tuulitunneleiksi, joissa raju ilmavirta voi jopa kaataa jalankulkijoita. Näin on tapahtunut muun muassa Lontoossa ja New Yorkissa.

Vaikka rakennus saa huojua melko paljon ilman romahtamisvaaraa, heilunta koetaan niiden sisällä epämiellyttäväksi. Siksi huojumisliikettä pyritään rajoittamaan mahdollisuuksien mukaan.

Pohjimmiltaan on kyse tuulen hajottamisesta ja ohjaamisesta. Burj Khalifan epäsymmetrinen muoto pyöristettyine kulmineen ja korkeudeltaan ja leveydeltään vaihtelevine osineen häiritsee jatkuvasti ilmavirtoja ja samalla heikentää niitä.

Ratkaisujen ansiosta huippu huojuu enintään 1,5 metriä. Kallistuminen on niin hidasta, ettei se aiheuta pahoinvointia.

Kilpailu on siirtynyt Lähi-itään

Burj Khalifa on pitänyt korkeusennätystä hallussaan vuodesta 2010, mutta Saudi-Arabiaan ollaan rakentamassa sitä korkeampaa Kingdom Toweria, jonka on määrä saavuttaa maaginen kilometrin raja.

Myös Dubaissa on vireillä hanke, joka tähtää Burj Khalifaa korkeamman rakennuksen, 1 400 metriä korkean Dubai Creek Towerin, pystyttämiseen.

Chicagon ja New Yorkin 1800-luvulla aloittamaa kilpailua käydään nyt Arabian niemimaalla. Joidenkin tutkijoiden mukaan teoriassa on mahdollista rakentaa vaikka Mount Everestin korkuinen talo, kunhan perustukset vain kestävät.

Maan tasalle palaneesta Chicagosta alkanut kehitys voi siis vielä johtaa yhdeksän kilometrin korkeuteen.

🎬Näin Burj Khalifa rakentuu metri metriltä