Theo Hội đồng Nhà cao tầng và Môi trường sống Đô thị (CTBUH), cơ quan có thẩm quyền về các tòa nhà chọc trời, chúng ta đang bước vào kỷ nguyên của những tòa nhà “siêu cao”. Các tòa nhà Megatall là những tòa nhà cao hơn 1.968 feet. Hiện tại, chỉ có ba công trình như vậy: Burj Khalifa ở Dubai, ở độ cao 2.717 ft, là tòa nhà cao nhất thế giới và được hoàn thành vào năm 2010, Tháp Thượng Hải hoàn thành vào năm 2015 tại Thượng Hải, Trung Quốc cao 2.073 ft. và Đồng hồ Hoàng gia Makkah Tòa tháp cao 1.972 ft ở Mecca, Ả Rập Saudi được hoàn thành vào năm 2012.

Đến năm 2020, số lượng tòa nhà siêu lớn sẽ tăng hơn gấp đôi với việc hoàn thành Trung tâm Tài chính Ping An của Thâm Quyến ở Thâm Quyến, Trung tâm Greenland ở Vũ Hán, Merdeka PNB118 ở Kuala Lumpur và Tháp Kingdom ở Jeddah, Ả Rập Saudi, tất cả đều đang được xây dựng. Để xây dựng những công trình khổng lồ này, các kỹ sư phải tìm ra những cách thức mới và sáng tạo để thách thức trọng lực, gió xoáy, tải trọng ngang và tải trọng địa chấn.

Tòa nhà chọc trời đầu tiên trên thế giới, Tòa nhà Bảo hiểm Nhà ở Chicago, là tòa nhà cao tầng đầu tiên sử dụng kết cấu khung bằng thép kết cấu để hỗ trợ trọng lượng của tòa nhà. Nhiệm vụ xây dựng cao hơn đã bắt đầu và dường như chưa có hồi kết về việc chúng ta sẵn sàng xây dựng chiều cao bao nhiêu. Trong một vài năm nữa, chúng ta sẽ thấy tòa nhà đầu tiên đạt độ cao 3280 ft (1 km), trong khi vẫn đề xuất cao hơn. Một ngày nào đó chúng ta thậm chí có thể nhìn thấy một tòa nhà chọc trời cao hàng dặm. Frank Lloyd Wright đã hình dung ra một cái vào năm 1956 có tên là The Illinois, mà ông cho rằng về mặt kỹ thuật là có thể thực hiện được vào thời điểm đó.

Khung kết cấu thép chịu lực do kiến trúc sư William Le Baron Jenney tạo ra cho Tòa nhà Bảo hiểm Nhà đã dẫn đến sự phát triển của bộ khung Chicago. Cấu trúc ống được Fazlur Khan phát triển vào những năm 1960 bao gồm các cột dọc bên ngoài tòa nhà được kết nối với nhau và với lõi của tòa nhà. Điều này cho phép có nhiều không gian sàn hữu ích hơn trong tòa nhà vì cần ít cột bên trong hơn và được sử dụng rộng rãi cho các tòa nhà trên 40 tầng trong nhiều thập kỷ.

Nhiều dạng khác nhau dựa trên ống đã được phát triển trong nhiều năm như ống giàn và ống bó được sử dụng cho Tháp Willis (Sears). Một hạn chế đối với hệ thống ống là phần đế của tòa nhà phải phát triển tỷ lệ thuận với chiều cao, nghĩa là cần có diện tích lớn hơn nhiều đối với các tòa nhà siêu cao.

Các hệ thống kết cấu đã tiếp tục phát triển và được cải thiện. Đối với Burj Khalifa, hệ thống lõi tăng cường đã được phát triển, bao gồm lõi trung tâm hình lục giác với ba trụ đỡ hình tam giác để tạo sự ổn định. Tháp Vương quốc sẽ có sự phát triển tiếp theo của hệ thống kết cấu này với phần lõi được gia cố vững chắc.

Những tòa nhà cao tầng lắc lư trong gió, chúng được thiết kế để làm vậy. Để giảm thiểu mức độ rung lắc mà người sử dụng tòa nhà cảm thấy, một số tòa nhà chọc trời đã lắp đặt bộ giảm chấn khối gần đỉnh tòa nhà. Bộ giảm chấn về cơ bản là một con lắc khổng lồ hoạt động như một đối trọng và thường được làm bằng các tấm thép đồng tâm khổng lồ xếp chồng lên nhau và hàn lại với nhau. Khi gió thổi vào tòa nhà, van điều tiết sẽ xoay theo hướng ngược lại với cùng tần số để giảm chuyển động của tòa nhà.

Tháp Thượng Hải có một bộ giảm chấn khối lượng 1.200 tấn treo trên một bộ giảm chấn dòng xoáy. Bộ giảm chấn dòng điện xoáy được làm bằng một tấm đồng lớn được phủ nam châm. Điện tích điện từ được tạo ra khi bộ giảm chấn khối lượng đi qua nam châm sẽ khuếch đại hiệu ứng giảm chấn. Các phương pháp khác để giảm thiểu gió xoáy bao gồm giảm bớt thiết kế của tòa nhà khi nó cao lên, đặt các rãnh hoặc mặt cắt khác nhau để gây nhiễu gió hoặc mở các lỗ thông qua giữa tòa nhà để làm suy yếu các xoáy.

Một trở ngại khác mà các kỹ sư phải giải quyết là hệ thống giao thông của tòa nhà. Cáp thép nặng được sử dụng để nâng thang máy giới hạn độ cao mà thang máy có thể di chuyển an toàn ở mức khoảng 1.640 ft do trọng lượng của cáp. Bất kỳ chiều cao nào cao hơn và kích thước của động cơ cũng như sức mạnh cần thiết để nâng chúng cùng với cấu trúc cần thiết để hỗ trợ trọng lượng đều trở nên không khả thi.

Đưa người cư ngụ lên các tầng cao hơn mà không mất nhiều thời gian hoặc phải dừng lại ở nhiều hành lang trên tầng cao để chuyển thang máy là một thách thức. Thang máy hai tầng và điều khiển bằng máy tính được sử dụng để đưa hành khách đến các tầng mong muốn một cách hiệu quả đồng thời giảm thiểu thời gian chờ đợi. Những đột phá mới trong việc giảm độ rung và điều chỉnh áp suất đang giúp tốc độ di chuyển nhanh hơn trở nên thoải mái hơn và ít gây nôn hơn.

Vào năm 2013, KONE, công ty thang máy Phần Lan, đã giới thiệu UltraRope có lõi sợi carbon được bọc trong lớp phủ có độ ma sát cao. Cáp mới này nặng hơn 90% so với cáp thép tương đương, kéo dài gấp đôi, giảm 15% mức tiêu thụ năng lượng và cho phép thang máy di chuyển lên tới 3.281 ft, gấp đôi khoảng cách so với chiều cao hiệu quả tối đa hiện tại của cáp thép. UltraRope lần đầu tiên được lắp đặt tại khách sạn Marina Bay Sands ở Singapore.

Thang máy sử dụng công nghệ UltraRope đang được lắp đặt tại Kingdom Tower hiện đang được xây dựng ở Jeddah, Ả Rập Saudi. Tòa nhà chọc trời siêu lớn này dự kiến sẽ là tòa nhà cao nhất thế giới khi hoàn thành, đạt độ cao 3.281 ft. Tòa nhà sẽ sử dụng UltraRope để đạt được thang máy cao nhất thế giới ở độ cao 2.165 ft. và có ô tô hai tầng nhanh nhất thế giới sẽ di chuyển với tốc độ 22 mph.

Mặt khác, ThyssenKrupp đang giải quyết vấn đề cáp thép nặng bằng cách loại bỏ hoàn toàn chúng. Bằng cách loại bỏ hoàn toàn việc sử dụng dây cáp để nâng và hạ cabin thang máy, MULTI của ThyssenKrupp đồng nghĩa với việc thang máy sẽ có thể đạt tới độ cao vượt xa những độ cao được cho phép bởi công nghệ UltraRope của KONE. Ngoài việc giải phóng thang máy khỏi giới hạn chiều cao, nó sẽ loại bỏ hạn chế chỉ có thể di chuyển theo hai hướng lên và xuống. Công nghệ này sẽ cho phép các ô thang máy chạy theo chiều ngang cũng như chiều dọc và cho phép nhiều ô tô hoạt động đồng thời ở mỗi trục.

Năm ngoái ThyssenKrupp đã công bố mô hình hoạt động tỷ lệ 1:3 của hệ thống MULTI tại Trung tâm Đổi mới ở Gijón, Tây Ban Nha. Họ có kế hoạch chuẩn bị sẵn một mô hình quy mô đầy đủ để trình diễn công khai vào năm tới tại tháp thử nghiệm mới của họ ở Rottweil, Đức. Tháp thử nghiệm dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động thử nghiệm vào tháng 12.

MULTI sử dụng công nghệ động cơ tuyến tính nâng từ trường tương tự được sử dụng trong Tàu Maglev Transrapid Thượng Hải. Transrapid International là liên doanh giữa ThyssenKrupp và Siemens. Hệ thống điều khiển và tính năng an toàn cho MULTI sẽ dựa trên hệ thống thang máy TWIN của ThyssenKrupp cho phép hai cabin thang máy hoạt động độc lập với nhau trong cùng một trục thang máy. Các toa thang máy tự hành sẽ có hệ thống phanh đa cấp và truyền lực cảm ứng từ trục thang máy đến các toa riêng lẻ.

Công nghệ cũng đóng một vai trò trong việc thiết kế và xây dựng các tòa nhà cao hơn. Công nghệ in 3D đã cho phép các kỹ sư dễ dàng tạo nguyên mẫu cho nhiều bộ phận của tòa nhà và thử nghiệm chúng trong các đường hầm gió. Mô hình thông tin tòa nhà (BIM) và mô hình máy tính 3D cho phép kiến trúc sư và kỹ sư đánh giá chính xác cách thức hoạt động của tòa nhà trong môi trường thực tế, điều này có thể dẫn đến giảm các yếu tố cấu trúc dư thừa mà các tòa nhà chọc trời trước đây phải dựa vào.

Liệu xu hướng xây dựng các tòa nhà siêu lớn có tiếp tục hay không là điều ai cũng đoán được. Chi phí sẽ tiếp tục là một yếu tố để tăng chiều cao. Trong khi chỉ có bốn tòa nhà siêu lớn hiện đang được xây dựng, có hơn 140 tòa nhà chọc trời siêu cao, cao hơn 984 ft, hiện đang được xây dựng trên khắp thế giới.

Có thể một ngày nào đó CTBUH sẽ phải tạo ra một cách phân loại mới, như "hypertall" hay "gigatall". Cô dâu vùng Vịnh được đề xuất ở độ cao 3.780 ft ở Basra, Iraq sẽ vượt qua Tháp Vương quốc vẫn đang được xây dựng để trở thành tòa nhà cao nhất thế giới.

Đối với hầu hết các tòa nhà cao tầng, các chuyên gia đồng ý rằng vấn đề không phải là một cấu trúc có thể được xây dựng an toàn cao bao nhiêu mà vấn đề là ai đó sẵn sàng trả bao nhiêu tiền để đạt được điều đó.