Liggande skyskrapor intar storstäderna
I storstäder är det ont om plats, så därför ska ingenjörerna nu utnyttja de högre luftlagren. I stället för att bara bygga högt ska dessutom bygga brett och skapa liggande jättekonstruktioner, som ska hysa minisamhällen och flera miljoner invånare.
Vi en första anblick ser kinesiska Chongqings stadssilhuett ut som alla andra storstäder. Men uppe på fyra 250 meter höga skyskrapor ligger en femte på längden.
Kolossen av stål och glas kallas The Crystal och är den mest iögonfallande delen av skyskrapekomplexet Raffles City.
Den 300 meter långa, liggande skyskrapan är ett exempel på en ny trend inom ingenjörskonsten: I jakten på sätt att bättre utnyttja utrymmet i storstäderna ska det nu inte bara byggas på höjden, utan även på tvären.
The Crystal är långt ifrån den enda liggande jätten och under kommande år ska vågräta skyskrapor inte bara hysa hotellrum och utkiksposter, utan hela samhällen.
Först ska ingenjörerna dock lösa de tekniska utmaningar som uppstår när tusentals ton glas och stål ska balanseras på flera hundra meters höjd.
Idén är 100 år gammal
The Crystal är ett modernt exempel på en cirka 100 år gammal vision som tänktes ut av den ryske konstnären och arkitekten El Lisitskij i 1924. Lisitskij kallade de liggande skyskraporna Wolkenbügel, som kan översättas till "molnvågor".
Under ett årtionde, då skyskrapor sköt upp som svampar ur jorden i städer som New York City och Chicago under den ekonomiska uppgången, tänkte Lisitskij bokstavligt talat på tvären.
Idén med den horisontella skyskrapor var enligt Lisitskij att människor trivs och anpassar sig bäst på bredden i stället för höjden.
Den ryske arkitekten El Lisitskij ansåg att människor trivs och anpassar sig bättre på bredden än på höjden. Med de så kallade Wolkenbügel ville han göra en ny sorts skyskrapor.
En av de största utmaningarna med att bygga på höjden är vinden. När det blåser runt en skyskrapa uppstår tryckskillnader mellan vindsidan och läsidan, eftersom skyskrapor inte är aerodynamiskt utformade som en flygplansvinge, utan står i vägen för vinden som hög kloss.
På läsidan slås vinden i bitar av skyskrapans utformning. Det skapar turbulens, som börjar vagga skyskrapan fram och tillbaka.
Står skyskrapan i ett område med hög jordbävningsaktivitet kan skakningarna också få de höga byggnaderna att svaja.
Dessa utmaningar gäller alla skyskrapor, men de blir extra krävande när ingenjörerna väljer att låta fyra höga byggnader balansera en femte, som i Raffles City.
Skyskrapor är extra smala
Byggnadskomplexet invigdes 2020 och är i dag kännetecken för Chongqing, som hyser omkring 30 miljoner invånare och ligger där de två floderna Yangtze och Jialing möts. Staden är en knutpunkt för fartygstrafiken och som en hälsning till dess maritima historia bugar Raffles Citys totalt åtta vågräta skyskrapor sig som fartygssegel genom luften.
Just de lodräta skyskrapornas form utgör den första utmaningen för ingenjörerna i Raffles City. De två nordligaste tornen, som båda mäter 350 meter, är nämligen smalare än normalt.
300 meter lång är den tvärliggande skyskrapan The Crystal i den kinesiska staden Chongqing.
Skyskraporna har relativt smala fundament och därmed mindre "fötter" att stå på än vanliga skyskrapor. För att använda ett ingenjörsuttryck ligger deras så kallade slankhetsförhållande på 9,4, medan andra skyskrapor med samma höjd vanligtvis ligger på högst 8.
Bergen omkring Chongqing skapar extra utmanande vindförhållanden och eftersom det samtidigt finns risk för jordbävningar, har ingenjörerna byggt de smala skyskraporna med en förstärkt betongkärna och våningsdäck i kompositbetong och stål för att göra dem tillräckligt robusta för att motstå elementens påverkan.
De båda nordliga tornen är förbundna med vågräta The Crystal via två övertäckta gångbroar. Broarna är kopplade till byggnaderna med 50 centimeter långa, antiseismiska leder, som ska säkra dem mot att trilla ned under en jordbävning.
Flera ton tunga segment hissas upp
De lodräta skyskraporna i Raffles City rymmer lägenheter och kontor, medan The Crystal är ett 300 meter långt upplevelsecentrum med bland annat två simbassänger, utkiksdäck, ett grönområde med över nio meter höga träd, en hotellobby och flera restauranger.
Det inre stålskelettet väger 12 000 ton – lika mycket som Eiffeltornet. Därtill kommer en beklädnad med 3 000 fönsterglas och 5 000 aluminiumpaneler.
The Crystal är uppbyggt av nio segment. Tre av dem hänger fritt i mellanrummen mellan de fyra bärande skyskraporna och måste byggas på marken, varpå de hissades upp på 250 meter höjd.
Arbetet gjordes med 16 hydrauliska vinschverk, som långsamt och synkront lyfte upp var och en av de cirka 1 100 ton tunga segmenten i luften.
3 tekniker skapar den liggande skyskrapan
1. Vinschverk lyfter tunga segment
The Crystal vilar på fyra 250 meter höga skyskrapor och består av nio segment, som väger 1 100 ton var. För att underlätta konstruktionsarbetet har tre av segmenten byggts på marken. Därefter har de lyfts upp av 16 hydrauliska hissar.
2. Pendellager motverkar jordbävningar
Som en jordbävningssäkring vilar The Crystal på 26 så kallade friktionslager, som kan flyttas i förhållande till varandra. Samtidigt hjälper dämpare i form av tunga lod till att absorbera energin från de övriga skyskrapornas rörelser.
3. Stål är lätt och motståndskraftigt
Ingenjörerna har byggt det inre skelettet i stål, eftersom det väger mindre och är mer motståndskraftigt mot exempelvis jordbävningar och betong. Det yttre lagret består av bland annat 5 000 plattor av aluminium som också hjälper till att minska vikten.
Även om skyskrapor med sina tusentals ton stål, betong och glas verkar vara orubbliga, så får turbulens skapad av vindförhållanden och skakningar orsakade av jordbävningar dem att svaja som en flaggstång i vinden. I en del fall kan de röra sig flera meter från sida till sida.
Därför var det av största vikt att ingenjörerna hittade en metod som både stadigt fäster The Crystal vid toppen av de fyra skyskraporna under den och ser till att den inte bryts av om skyskraporna nedanför börjar svaja.
Pendellager står emot jordbävningar
En av möjligheterna var att placera The Crystal på flexibla leder, så att den skulle följa med i de bärande skyskrapornas rörelser. Den lösningen valdes exempelvis till den liggande skyskrapan Marina Bay Sands i Singapore.
Men beräkningar visade att de 250 meter höga skyskraporna i Raffles City under jordbävningar kan svaja upp till tre meter, vilket skulle vrida The Crystal, och därför valde ingenjörerna bort den lösningen.
Den liggande skyskrapan Marina Bay Sands i Singapore vilar på flexibla leder, så att den kan följa de bärande skyskrapornas rörelser i kraftig vind eller mindre jordbävningar.
I stället valde ingenjörerna en kombination av dämpare och kullager, som kopplar loss The Crystal från skyskraporna under den på ett sätt så att den vågräta skyskrapan inte bara blint följer de lodräta skyskrapornas rörelser, utan tvärtom motstår och till och med dämpar dem.
Under The Crystal finns det alltså 26 pendellager som två meter i diameter. Dessa kullager kallas också "friction pendulum bearings" (FPB). Under normala vindförhållanden och mindre seismiska skakningar reagerar pendellagren inte, utan The Crystal följer lugnt med i skyskrapornas rörelser.
Uppstår det måttliga till kraftiga jordbävningar så börjar pendellagren att röra sig oberoende av byggnaderna nedanför och håller på sätt The Crystal stabilt. Dämparna ser samtidigt till att ta upp en del av energin från skakningarna.
Lösningen valdes efter nästan 27 000 timmars datorberäkningar, samt ett test av en 1:25-skalig modell av byggnaderna på ett skakbord, som imiterade förhållandena under en kraftig jordbävning.
Skyskrapor skär sig genom öken
Raffles City och The Crystal ger i dag besökare möjlighet att beundra resultatet av ingenjörernas huvudbry, samt få en spektakulär åsyn av den kinesiska miljonstaden.
Men redan nu är nya projekt på väg, vilka får The Crystal att blekna.
Saudiarabien har planer på att bygga en 200 meter bred, 500 meter hög och 170 kilometer lång horisontell skyskrapa, kallad The Line.
Idén har lagts fram av den saudiska kungafamiljen i ett försök att bygga ett högteknologiskt och hållbart samhälle utan vägar och bilar.
The Line ska bestå av två parallella, horisontella skyskrapor klädda med en yttre fasad av spegelglas. I mellanrummen ska det finnas grönområden, sjöar, parker och förbindelser mellan de båda skyskraporna.
Framtidens megastad ligger ned
I oktober 2022 gjordes det första spadtaget till det enorma saudiarabiska projektet The Line. Den horisontella skyskrapan ska enligt planen bli 170 kilometer lång, men bara 200 meter bred.
1. Staden har varken vägar eller bilar
The Line består av två parallella, 500 meter höga skyskrapor. Bilar och vägar är bannlysta eftersom målet är att ingen har längre än fem minuters gång till exempelvis läkare eller affärer. För längre resor används ett internt höghastighetståg.
2. Spegelglas släpper in ljuset
Den yttre fasaden är klädd med spegelglas, som låter lite ljus passera. Området mellan de båda skyskraporna har enligt formgivarna tänkts ut så att det kommer in så mycket solljus som möjligt under både sommar- och vinterhalvåren.
3. Nio miljoner invånare flyttar in
Invånarna bor i moduler med upp till 80 000 invånare – vilket motsvarar ett självständigt stadskvarter. Målet är att The Line ska hysa upp emot nio miljoner invånare totalt när den liggande megastaden enligt planen står klar 2045.
Trots att det första spadtaget togs i oktober 2022 är The Line än så länge bara en vision i form av 3D-ritningar. Men planen är att alla invånarnas behov, exempelvis att gå till stormarknaden eller träna, ska finnas inom fem minuters gång från bostaden.
200 meter är bredden på The Line som ska bestå av två parallella skyskrapor.
Ett höghastighetståg ombesörjer att invånarna kan ta sig från den ena änden av den 170 kilometer långa staden till den andra på cirka 20 minuter, och invånarna i The Line har därför inte behov av att äga en bil. Det har utlovats 100 procent hållbarhet, som förutom den uppenbara avsaknaden av bilar ska säkerställas med massvis av grön el från solceller integrerade i ytan på fasaden som vänder sig mot syd.
Om The Line blir verklighet kommer den att bli ett bevis för att horisontella skyskrapor inte bara kan ingå som futuristiska inslag i befintliga storstäder som The Crystal i Chongqing, utan till och med utgöra hela ramen runt framtidens hållbara storstäder.