К 2020 году количество мегавысотных зданий увеличится более чем вдвое после завершения строительства Шэньчжэньского финансового центра Ping An в Шэньчжэне, Greenland Center в Ухане, Merdeka PNB118 в Куала-Лумпуре и Kingdom Tower в Джидде, Саудовская Аравия, которые в настоящее время находятся в стадии строительства. Чтобы построить этих гигантов, инженерам придется найти новые и инновационные способы противостоять гравитации, ветровым вихрям, боковым и сейсмическим нагрузкам.

Первый в мире небоскреб, Home Insurance Building в Чикаго, был первым высотным зданием, в котором использовалась каркасная конструкция с использованием конструкционной стали для выдерживания веса здания. Стремление к строительству выше началось, и, похоже, не видно конца тому, насколько высоким мы готовы строить. Через несколько лет мы увидим первое здание на высоте 3280 футов (1 км), хотя предлагались еще более высокие здания. Однажды мы, возможно, даже увидим небоскреб высотой в милю. Фрэнк Ллойд Райт представил проект под названием «Иллинойс» еще в 1956 году, что, по его словам, было технически возможно в то время.

Несущая стальная конструкция, созданная архитектором Уильямом Ле Бароном Дженни для здания Home Insurance Building, привела к разработке каркаса Чикаго. Трубчатая конструкция, разработанная Фазлуром Ханом в 1960-х годах, включала колонны вдоль внешней части здания, которые соединялись друг с другом и ядром здания. Это позволило увеличить полезную площадь здания, поскольку требовалось меньше внутренних колонн, и они широко использовались в зданиях высотой более 40 этажей на протяжении десятилетий.

На протяжении многих лет были разработаны различные воплощения на основе этой трубы, такие как ферменная труба и связанная труба, которая использовалась для башни Уиллис (Сирс). Одним из ограничений системы труб является то, что основание здания должно расти пропорционально высоте, а это означает, что для сверхвысоких зданий требуется гораздо большая площадь основания.

Структурные системы продолжают развиваться и совершенствоваться. Для Бурдж-Халифа была разработана опорная система с шестиугольным центральным ядром и тремя треугольными контрфорсами для обеспечения устойчивости. Башня Королевства представляет собой следующую эволюцию этой структурной системы с поддерживающим ядром.

Высокие здания раскачиваются на ветру, они так и созданы. Чтобы смягчить раскачивание, которое ощущают жильцы зданий, в некоторых небоскребах в верхней части здания установлены массовые демпферы. Демпфер представляет собой, по сути, гигантский маятник, который действует как противовес и часто состоит из гигантских концентрических стальных пластин, сложенных сверху каждой и сваренных вместе. Когда ветер ударяет в здание, заслонка будет качаться в противоположном направлении с той же частотой, чтобы уменьшить движение здания.

Шанхайская башня оснащена демпфером массой 1200 тонн, подвешенным над вихретоковым демпфером. Гаситель вихревых токов состоит из большой медной пластины, покрытой магнитами. Электромагнитный заряд, создаваемый при прохождении демпфера массы над магнитами, усиливает эффект демпфирования. Другие методы смягчения ветровых вихрей включают сужение конструкции здания по мере его подъема, установку выемок или изменение поперечного сечения, чтобы сбить с толку ветер, или наличие отверстий в середине здания для ослабления вихрей.

Еще одно препятствие, с которым приходится сталкиваться инженерам, — это транспортная система здания. Тяжелые стальные тросы, используемые для подъема лифтов, ограничивают высоту, на которой лифт может безопасно перемещаться, примерно до 1640 футов из-за веса тросов. Если они будут выше, размер двигателя и мощность, необходимая для их подъема, а также конструкция, необходимая для выдерживания веса, станут невозможными.

Доставить жильцов на верхние этажи без необходимости вечно останавливаться в нескольких вестибюлях для переключения лифта – сложная задача. Двухэтажные лифты и компьютеризированное управление используются для эффективной доставки пассажиров на нужные этажи, сводя к минимуму время ожидания. Новые достижения в области снижения вибрации и регулирования давления делают более высокие скорости движения более комфортными и менее вызывающими рвоту.

В 2013 году финская компания по производству лифтов KONE представила UltraRope, в котором сердечник из углеродного волокна заключен в покрытие с высоким коэффициентом трения. Этот новый кабель весит на 90% меньше, чем аналогичные стальные тросы, служит в два раза дольше, снизит потребление энергии на 15% и позволит кабинам лифтов преодолевать расстояние до 3281 фута, что вдвое превышает текущую максимальную эффективную высоту стальных тросов. Впервые UltraRope был установлен в отеле Marina Bay Sands в Сингапуре.

Лифты с использованием технологии UltraRope устанавливаются в строящейся в настоящее время башне Kingdom Tower в Джидде, Саудовская Аравия. Ожидается, что этот мегавысокий небоскреб после завершения строительства станет самым высоким зданием в мире, достигнув высоты 3281 фут. В здании будет использоваться UltraRope, чтобы достичь самого высокого в мире лифта на высоте 2165 футов, а также будет установлен самый быстрый в мире двухэтажный автомобиль, который будет ехать со скоростью 22 мили в час.

ThyssenKrupp, с другой стороны, решает проблему тяжелых стальных тросов, полностью избавляясь от них. Полностью исключая использование тросов для подъема и опускания кабин лифтов, система MULTI от ThyssenKrupp будет означать, что лифты смогут достигать высоты, намного превышающей ту, которую позволяет технология KONE UltraRope. Помимо освобождения лифтов от ограничений по высоте, это снимет ограничение на возможность передвижения только в двух направлениях: вверх и вниз. Эта технология позволит кабинам лифта двигаться как горизонтально, так и вертикально, а также нескольким кабинам одновременно работать в каждой шахте.

В прошлом году компания ThyssenKrupp представила рабочую модель своей системы MULTI в масштабе 1:3 в своем инновационном центре в Хихоне, Испания. Они планируют подготовить полномасштабную модель для публичной демонстрации в следующем году на своей новой испытательной башне в Ротвайле, Германия. Ожидается, что испытательная башня начнет опытную эксплуатацию в декабре.

В MULTI используется та же технология линейного двигателя на магнитной левитации, что и в поезде Transrapid Shanghai Maglev. Transrapid International — совместное предприятие ThyssenKrupp и Siemens. Системы управления и функции безопасности MULTI будут основаны на лифтовой системе TWIN компании ThyssenKrupp, которая позволяет двум кабинам лифта работать независимо друг от друга в одной и той же шахте лифта. Кабины самоходных лифтов будут оснащены многоуровневой тормозной системой и индуктивной передачей мощности от шахты лифта к отдельным кабинам.

Технологии также играют роль в проектировании и строительстве более высоких зданий. Технология 3D-печати позволила инженерам легко создавать прототипы нескольких компонентов здания и тестировать их в аэродинамических трубах. Информационное моделирование зданий (BIM) и компьютерное 3D-моделирование позволяют архитекторам и инженерам точно оценить, как здание будет работать в реальных условиях, что может привести к сокращению избыточных структурных элементов, на которые приходилось полагаться небоскребам прошлого.

Остается только догадываться, сохранится ли тенденция строительства мегавысотных зданий. Стоимость по-прежнему будет фактором роста. Хотя в настоящее время строятся только четыре мегавысотных здания, в настоящее время по всему миру строится более 140 сверхвысоких небоскребов высотой более 984 футов.

Возможно, однажды CTBUH придется создать новую классификацию, например, «сверхвысокие» или «гигавысотные». Предлагаемая «Невеста Персидского залива» на высоте 3780 футов в Басре, Ирак, превзойдет Башню Королевства, которая все еще находится в стадии строительства, как самую высокую в мире.

Эксперты сходятся во мнении, что для большинства высотных зданий вопрос не столько в том, насколько высоко можно безопасно построить конструкцию, сколько в том, сколько денег кто-то готов заплатить, чтобы туда добраться.