Eld och stål fick husen att skjuta i höjden

En 828 meter hög fasad i stål och glas tornar upp sig över ökensanden i Dubai. Burj Khalifa, världens högsta byggnad, hade emellertid aldrig blivit byggd om det inte vore för fyra snillen och en katastrofal brand.

En 828 meter hög fasad i stål och glas tornar upp sig över ökensanden i Dubai. Burj Khalifa, världens högsta byggnad, hade emellertid aldrig blivit byggd om det inte vore för fyra snillen och en katastrofal brand.

Shutterstock

Kanske var det en ko som knuffade till en lykta eller en man som spelade kort. Ingen vet exakt vad det var som hände när det år 1871 började brinna i familjen O’Learys ladugård. Lågorna spreds emellertid snabbt bland Chicagos snustorra träbyggnader.

”Bitar av brinnande takpannor, plankor, takpapp och allt möjligt annat yrde som snö. Överallt syntes rök och gnistor och vinden fångade upp alltihop igen och bildade stora virvlar av glödande kol. Alla stadens tak och gator stod i lågor,” skrev ett ögonvittne.

Trehundra människor miste livet och 18 000 hus jämnades med marken, men ur askan uppstod nya typer av byggnader, den ena högre än den andra.

En tredjedel av Chicagos invånare, 90 000 människor, blev hemlösa i samband med den brand som kallas Stora Chicagobranden.

De moderna, himlasträvande skyskraporna – med det svindlande, 828 meter höga Burj Khalifa i Dubai som det främsta exemplet – har allihop sina rötter i 1800-talets Chicago och i fyra mäns oförtröttliga arbete.

Fågelbur gav idé till stålskelett

Efter det att Stora Chicagobranden släckts den 9 oktober 1871 införde stadens ledning snabbt en ny lag, enligt vilken nya byggnader måste konstrueras av brandsäkra material som tegel, marmor och kalksten – dyra råämnen som inte många privatpersoner hade råd med.

De tomma tomterna i centrala Chicago togs därför över av banker och stora företag. Ett av dem var försäkringsbolaget New York Home Insurance Company, som behövde ett nytt huvudkontor.

Försäkringsbolaget utmanade de lokala arkitekterna genom att efterlysa en byggnad där alla våningar badade i naturligt ljus.

Utmaningen stämde helt överens med William Le Baron Jenneys vision. I stället för att låta byggnaderna bäras upp av sten ville den 39-årige arkitekten använda några av den tidens senaste tekniker och bland annat konstruera ett skelett av metall.

Oberoende av varandra gjorde en mekaniker och tre ingenjörer uppfinningar som banade väg för väldiga skyskrapor.

© Chicago History Museum/Getty Images

1. Jenney gjorde sig av med bärande väggar

Den amerikanske byggnadsingenjören William Le Baron Jenney (1832–1907) fick en idé om att bygga runt ett inre, bärande metallskelett. Konstruktionen ersatte tjockare, tyngre väggar av sten och gjorde det möjligt att bygga högre.

© SPL/Ritzau Scanpix

2. Otis gjorde hissen säker

Utan hissar, inga skyskrapor. Tack vare en säkerhetsmekanism som uppfanns av den amerikanske mekanikern Elisha Graves Otis (1811–61) kunde hissen användas till persontransporter, så att byggnaderna kunde få fler våningar.

© Universal History Archives/Getty Images

3. Bessemer gjorde stål billigt

Den brittiske ingenjören Henry Bessemer (1813–98) utvecklade en snabb och billig metod för stålframställning. Metoden satte fart på stålindustrin, vilket var en förutsättning för att allt högre skyskrapor skulle kunna byggas.

© fazlurrkhan.com

4. Khan gjorde konstruktionen lättare

Byggnadsingenjören Fazlur Rahman Khan (1929–82) fick utvecklingen av skyskrapor att nå nya höjder när han uppfann en inre rörkonstruktion som både sparade byggmaterial och utnyttjade kvadratmeterna på ett bättre sätt.

Enligt en populär historia inspirerades Jenney av en fågelbur hemma i sitt vardagsrum, som höll formen trots att hans fru hade lagt en stor och tung bok på buren.

Vilken inspirationskällan än var insåg Jenney att en liknande stålkonstruktion skulle bli så lätt, stark och flexibel att han kunde bygga ända upp till tio våningar.

Samtidigt skulle byggnaden bli stark nog för att stora fönster skulle kunna läggas till på alla sidor och tillgodose försäkringsbolagets önskemål om dagsljus.

Jenney fick uppdraget och år 1885 stod världens första skyskrapa, Home Insurance Building, klar.

År 1891 fick världens första skyskrapa, Home Insurance Building i Chicago, ytterligare två våningar, så att dess totala höjd blev 54,9 meter.

© Chicago History Museum/Getty Images

I New York sneglade man avundsjukt på den sensationellt höga och lätta byggnaden. Mellan åren 1840 och 1870 hade invånarantalet tredubblats, och ett sätt att lösa bostadsbristen var att bygga högre.

År 1889 godkände New Yorks byggnadsmyndigheter Jenneys metallram och strax därefter invigdes elvavåningsbyggnaden Tower Building.

En regelrätt kapplöpning mellan framför allt Chicago och New York tog nu sin början. Vid sekelskiftet stod de första byggnaderna med 25–30 våningar klara – och sedan gick det bara åt ett håll: uppåt.

Stål sprutade ut ur jätteugnar

Grunden för skyskrapornas framgångar lades i och med uppfinningen av stålet. När råjärn tillfördes rätt mängd kol uppstod en så kallad legering som var oerhört stark och flexibel.

Före industrialiseringen var framställning av stål en både omständlig och tidskrävande process, som skedde på manuell väg. Därför tillverkades den första järnvägsrälsen och de första järnvägsbroarna av gjutjärn. Gjutjärnet innehöll emellertid för stora mängder kol, vilket gjorde att det sprack och orsakade olyckor.

För att lättare kunna kontrollera mängden kol i järnet sökte den brittiske ingenjören och uppfinnaren Henry Bessemer år 1855 patent på en ny metod för stålframställning.

Bessemerprocessen krävde en enorm ugn, en så kallad konverter, där råjärnet tillfördes en stark luftström. Under hög värme reagerade syret i luften med råjärnets innehåll av kisel, mangan och kol, så att fem till tio meter höga lågor av koloxid kastades upp ur ugnens topp.

När järnet var helt rent tillsattes rätt mängd av bland annat kol, beroende på hur starkt stålet behövde vara.

På 1800-talet innebar industrialiseringen startskottet för massproduktion av stål. När trappor samtidigt blev överflödiga och ett flexibelt stålskelett uppfanns kunde man sätta kurs mot nya höjder.

© AKG/Ritzau Scanpix

1. Stål massproducerades med hög värme

Stålproduktionen satte fart år 1855, då den så kallade konvertern uppfanns. Mycket hög värme renade först råjärnet, varefter kol tillsattes så att stål bildades. De starkaste ståltyperna innehåller 0,99 procent kol.

© Archive Photos/Getty Images

2. Hissar började transportera människor

Hissar var till en början livsfarliga och lämpade sig enbart för varutransporter, men när man uppfann en säkerhetsmekanism där en metallstång stacks in i kuggar på vardera sidan av hissen ifall kabeln brast, möjliggjordes persontransporter.

© Chicago Archive

3. Stålskelett fördelade vikten

De höga byggnaderna var tunga, eftersom de krävde ett stort fundament och tjocka murar. Med ett inre, betydligt lättare stålskelett kunde belastningen på de många balkarna och stolparna fördelas, så att byggnader kunde bli över tio våningar höga.

I och med bessemerprocessen kunde 15 ton stål produceras på en timme, något som tidigare tagit 14 dagar. Därmed formligen sprutade järnvägsräls, stålskivor, balkar och annat byggmaterial ut ur fabrikerna.

År 1860 uppgick den globala produktionen av stål till 50 000 ton. År 1870 hade produktionen tiodubblats till 500 000 ton och år 1899 var man uppe i hela 28 miljoner ton.

Trapporna utgjorde en begränsning

Förutom stål använde sig William Le Baron Jenney även av en annan ny uppfinning: Han installerade en tryckluftsdriven hiss i Home Insurance Building.

I mitten av 1850-talet hade byggnader maximalt sju våningar, eftersom antalet trappor som folk orkade gå uppför satte en naturlig gräns för hur höga byggnaderna kunde bli.

Varuhissar var vanliga, men de gick inte att använda för persontransporter, för om kabeln gick av riskerade människorna i hissen att dö. Det förändrades när mekanikern Elisha Graves Otis från Vermont år 1853 uppfann en automatisk nödbroms.

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

Otis hiss var monterad i en metallram med invändiga kuggar. Ovanpå hissen satt en metallstång som utlöstes och hakade fast i ramen om kabeln gick av.

Elisha Graves Otis grundade Otis Elevator Company, som bland annat leverade hissar till Eiffeltornet och Empire State Building. Namnet Otis står också på de 57 hissar som i dag rör sig ljudlöst i 36 kilometer i timmen upp och ner i Burj Khalifas 19 hisschakt.

Yngling revolutionerade byggnadskonsten

På 1960-talet hade skyskrapor med William Le Baron Jenneys inre metallskelett skjutit upp över större delen av planeten, men eftersom stålskelettets rör och balkar krävde en stor del av utrymmet inne i byggnaderna var kvadratmeterpriserna höga och det lönade sig inte att bygga högre än 300 meter. Det skulle dock en ung man från Bangladesh ändra på.

När den ingenjörsutbildade Fazlur Rahman Khan kom till Chicago som 21-åring för att studera byggnadskonstruktion hade han aldrig sett en skyskrapa. Khan genomförde emellertid sin utbildning på rekordtid och blev känd för sin stora uppfinningsrikedom.

Khan vände ut och in på Jenneys stålkonstruktion och uppfann ”rörstrukturen”, där det massiva inre stålskelett ersattes av en utvändig struktur som bar upp byggnaden i kombination med tvärsgående stålbalkar, som fördelade vikten.

John Hancock Center i Chicago var den första skyskrapan som byggdes med den nya metoden. När den stod färdig år 1969 var höjden 344 meter, fördelad på 100 våningar.

Fazlur Rahman Khan fortsatte med sitt arbete och utvecklade flera varianter av den rörformiga utformningen. Mest känd är den så kallade hopbuntade rörstrukturen, som han använde till det 447 meter höga Willis Tower, även känt som Sears Tower, från år 1973.

Willis Tower, som inspirerades av hopbuntade bambupinnar, är uppbyggt av nio stolpar som fördelar belastningen mellan sig. Byggnaden var världens högsta på 25 år.

© SOM.com

Inspirerad av ett knippe bambupinnar kombinerade Khan flera separata strukturer för att på så vis fördela vind- och viktbelastningen på flera element. Willis Tower består exempelvis av nio olika långa kvadratiska stolpar, som sinsemellan fördelar de olika krafterna (”laster” på fackspråk).

Rekordhållare har katedralstöd

Världens högsta byggnad Burj Khalifa, som bygger på Khans idéer, består av flera rörformiga delar som kombinerats. Byggnaden representerar emellertid också en ny utveckling. Historiens uppfinningar kan nämligen inte överföras direkt till nya, högre byggnader, eftersom utmaningarna växer för varje våning som läggs till.

Därför har ingenjörerna bakom Burj Khalifa utvecklat en sexkantig kärnstruktur, som stöttas av byggnadens speciella Y-form. Principen påminner om de medeltida katedralernas utformning, där byggnadselement på utsidan bidrar till att ge stöd åt inre valv och fönster.

Strävpelare på katedralernas utsida ger stöd åt väggarna och bidrar till att fördela valvens vikt.

© Shutterstock

Förhållandena i Dubai utgjorde en alldeles särskild utmaning under konstruktionen av Burj Khalifa, i synnerhet höjden. Det tog 40 minuter och krävdes ett enormt högt tryck av 206 kilo per kvadratcentimeter för att pumpa upp betong till 600 meters höjd – och på grund av ökenvärmen måste ingenjörerna blanda is i betongen för att motverka kemiska reaktioner som riskerade att försämra hållbarheten.

Vinden är den stora utmaningen

Förutom värmen utgör vinden en stor utmaning för Burj Khalifa. Redan de första skyskraporna visade att det är viktigt att ta med vinden i beräkningen när man bygger på höjden.

Om vinden träffar stora, släta ytor får den fart och rör sig både uppåt och nedåt längs byggnaden. Runt byggnadernas skarpa hörn bildar vinden kraftiga virvlar, som små tornador.

I städer med fler höga byggnader, smala gator och en kvadratisk stadsplan förstärks vindarna och bildar vindtunnlar på gatorna med så höga styrkor att de kan få människor att falla omkull. Det har hänt i bland annat London och New York.

En byggnad kan visserligen svaja ganska mycket utan att det är någon risk för ras, men människor som vistas i byggnaden mår illa av att befinna sig på gungande golv. Därför försöker ingenjörerna begränsa skyskrapornas rörelser.

Till syvende och sist handlar det om att bryta vinden. Burj Khalifas asymmetriska form med förskjutna byggnadselement, rundade hörn och olika höjd på byggnadselementen bidrar till att bryta vinden och därmed försvaga den.

Utformningen gör att byggnadens maximala svajning av 1,5 meter vid toppen känns långsam och inte orsakar sjösjuka.

Kapplöpning har flyttat till Mellanöstern

Burj Khalifa har innehaft höjdrekordet sedan år 2010, men Saudiarabien är redan i full färd med att bygga nästa rekordhållare, Kingdom Tower, som närmar sig den magiska gränsen 1 000 meter.

Även i Dubai har man planer på att bygga en ännu högre skyskrapa än Burj Khalifa, i form av det 1 400 meter höga Dubai Creek Tower.

Artonhundratalets kapplöpning mellan Chicago och New York har i dag flyttat till Arabiska halvön. Enligt vissa forskare är det i princip möjligt att bygga lika högt som Mount Everest, bara fundamentet är tillräckligt starkt.

Vad som började med en rykande brandtomt i Chicago kan alltså sluta med en byggnad som tornar upp sig nio kilometer mot himlen.

🎬 Se Burj Khalifa byggas, meter för meter