Drapacze i "przebijacze" chmur
Liczba budynków o wysokości powyżej 200 metrów szybko zbliża się na świecie do 1400 (tych powyżej 150 m są zaś grubo ponad 4 tysiące). W 2017 r. oddano do użytku więcej drapaczy chmur niż w roku poprzednim, przy czym według nowych badań branżowych najwyższe z nich osiągnęły 599 m. Z rocznego sprawozdania Rady ds. wysokich budynków i siedlisk miejskich (CTBUH) wynika, że w 2017 r. w 69 miastach w dwudziestu trzech różnych krajach (2) ukończono 144 wieżowce o wysokości 200 m lub większej.
Trzynaście z tych miast dostało swoją pierwszą konstrukcję "200-metrów-plus", zaś dwadzieścia osiem otrzymało w tej kategorii nowy wieżowiec. Dziesięć lat wcześniej, w 2007 r., tylko dwadzieścia miast na całym świecie miało na swoim obszarze budynki powyżej 200 m. Liczba miast reprezentowanych w omawianym raporcie wzrosła ponadtrzykrotnie.
Oznacza to, że rok 2017 był czwartym z rzędu rekordowym rokiem w budownictwie wysokościowców (3).
- Dane z ubiegłego roku wskazują na kontynuację trendu coraz większej globalnej proliferacji konstrukcji wieżowców - powiedział Antony Wood, dyrektor wykonawczy CTBUH. - Budownictwo wysokościowe to obecnie nie tylko centra finansowe i biznesowe. Staje się ono akceptowanym modelem mieszkalnym i urbanistycznym.
Dominującym krajem w lidze budownictwa drapaczy i "przebijaczy" chmur są od kilku lat Chiny. A w samym Kraju Środka wyróżnia się miasto Shenzhen (4), gdzie w 2017 r. oddano do użytku 599-metrowy ośrodek Ping An (projekt: biuro Kohn Pedersen Fox Associates). Wyścig w górę przeniósł się więc do Azji, a co dzieje się w przodujących kiedyś w tej kategorii Stanach Zjednoczonych? "W Ameryce Północnej, w której w XX wieku powstała większość znanych budynków mających powyżej 200 m, również zaczyna odradzać się wznoszenie takich obiektów", czytamy we wspomnianym raporcie. CTBUH oczekuje, że tendencja budowy najwyższych wieżowców będzie nadal rosła i przewiduje kolejne rekordy w 2018 r.
Azja wspina się w górę, Ameryka znów buduje wysokościowce, a co z Europą? Aby znaleźć budowle aspirujące do ligi superwysokościowców, trzeba udać się do Rosji. Zwłaszcza, że dotychczasowy najwyższy budynek Europy, zlokalizowany w Moskwie (Wieża Federacji, mająca 374 m; projekt: NPS Tchoban Voss, Thornton Tomasetti, Jean-Pierre Kocher), właśnie stracił swój tytuł na rzecz drapacza chmur z Sankt Petersburga. Tamtejszy wieżowiec Łachta Centr (główny projektant: Tony Kettle), wraz z zamontowaniem na jego dachu iglicy, osiągnął już swoją docelową wysokość 462 m, choć zostanie oddany do użytku dopiero na przełomie lat 2018 i 2019.
Nasze Varso (5), wznoszone na rogu ulicy Chmielnej i alei Jana Pawła II w Warszawie - zaprojektowane przez słynną pracownię Foster and Partners we współpracy z warszawskim biurem HRA Architekci, będzie zdecydowanie niższe, ale gdy sięgnie planowanych 310 m, stanie się najwyższym budynkiem Unii Europejskiej (!), wyprzedzając minimalnie londyński The Shard (o wysokości 309,6 m), autorstwa Renzo Piano.
Taras 600 m nad ziemią
Budowa wysokościowców "200-plus", "500-plus", a wkrótce już nawet "1000-plus", jest ekonomicznie uzasadniana przez rosnące ceny gruntów. Jednak sama ekonomia nie wystarczyłaby, a konstrukcje tak wysokie nie byłyby możliwe bez rewolucji technicznej, zarówno w sposobie projektowania i budowania, jak również jeśli chodzi o materiały.
Główny architekt wciąż najwyższej na świecie wieży Burdż Chalifa (829,8 m) (6), Adrian Smith z biura SOM, rozpoczął kilka lat temu pracę nad innym superdrapaczem (tym razem wspólnie z biurem Gordon Gill Architecture). Budowa w Arabii Saudyjskiej (7) oszałamiającej Jeddah Tower (dawniej nazywanej Kingdom Tower - "wieża królestwa") rozpoczęła się w 2013 r. Gdy obiekt w 2020 r. zostanie ukończony, osiągnie wysokość nieco ponad 1000 m! Jest to mniej niż pierwotnie proponowane 1600 m (jedna mila), ale i tak wynik, który pobije wszelkie inżynieryjne rekordy.
Powstająca konstrukcja wykorzystuje ten sam co w Burdż Chalifa trójnożny układ podstawy, zainspirowany przez układ łodyg pustynnej rośliny o nazwie błonczatka. Jednak tym razem nie pojawią się charakterystyczne spiralne stopnie, a skrzydła budowli będą się zwężać ku górze, by kończyć się każde na innej wysokości. W projekcie konstrukcję wyposażono w aerodynamiczne kształty oraz tunele odbierające i przekierowujące wiatr. Według testów właśnie takie rozwiązanie świetnie sobie poradzi z siłami naporu wiatrów. Fundament wysokościowca został wkopany na 200 m w głąb ziemi.
Wieżę Jeddah oprócz rekordowej wysokości wyróżniać będzie ciekawy projekt najwyższego na świecie tarasu widokowego - usytuowanego 600 m nad ziemią. W budynku przewiduje się rozmieszczenie prawie sześćdziesięciu wind. Najszybsza będzie transportować gości z szybkością 10 m na sekundę. Mimo to cała podróż na najwyższe kondygnacje ma zająć nawet dwanaście minut. Na szczycie przewidziano instalacje wytwarzające energię ze źródeł odnawialnych (8). Konstrukcja wymaga użycia 80 tys. ton stali, a koszt budowy sięgnie 1,2 miliarda dolarów.
Architekci spierają się co do tego, jak wysoko można maksymalnie budować. Zdaniem niektórych, przy zastosowaniu takiego rodzaju rozwiązań, jak w Burdż Chalifa czy w Jeddah, hipotetycznie dałoby się nawet przekroczyć 8 tys. m. Praktycznymi ograniczeniami są jednak koszty tak wysokich budowli oraz możliwości wind - przy znanych dziś konstrukcjach wind podróż na szczyt zajęłaby zbyt wiele czasu. Ponadto wnętrza budynków musiałyby być tworzone z uwzględnieniem obniżonego ciśnienia atmosferycznego i braku tlenu na najwyższych piętrach.
W praktyce nie zawsze łatwo jest zbudować coś tak wysokiego, by pobić rekord. Przykładem historia sprzed kilku lat. Burdż Chalifa miała zostać przebita o 10 m przez wysokościowiec Sky City w chińskim mieście Changsha, przewidziany na 838 m. Zaprojektowano go z prefabrykatów, stawianych w dodatku w rekordowo szybkim tempie - dwa i pół piętra, czyli ponad 9 m, dziennie. Nie wszyscy eksperci w dziedzinie budownictwa i architektury uważali jednak, że konstrukcja z prefabrykatów zda egzamin w przypadku tak wysokiej budowli.
- Składanie wysokościowca z prefabrykatów, czyli prostych elementów, nie da konstrukcji odpowiedniej sztywności - opiniował Bart Leclercq, specjalista z firmy WSP, która zbudowała m.in. londyński wysokościowiec The Shard.
Chiński rząd podzielił wątpliwości specjalistów i nie wydał zezwolenia na inwestycję.
1. Wieża Jeddah (1000 m) - Jeddah, Arabia Saudyjska
2. Greenland Center Wuhan (636 m) - Wuhan, Chiny
3. Merdeka PNB 118 (630 m) - Kuala Lumpur, Malezja
4. Goldin Finance 117 (596,5 m) - Tiencin, Chiny
5. Baoneng Shenyang Global Financial Center (568 m) - Shenyang, Chiny
6. Tianjin CTF Finance Centre (530 m) - Tiencin, Chiny
7. China Zun Tower (528 m) - Pekin, Chiny
8. Skyfame Center Landmark Tower (528 m) - Nankin, Chiny
Zaczęło się od stalowych szkieletów
Zgodnie z ogólnymi zasadami drapacze chmur nie mogą być wznoszone metodą tradycyjną, ponieważ ściany w dolnych partiach musiałyby być bardzo grube, przez co pomieszczenia stałyby się niewielkie, przypominając bunkry a nie przestrzenie biurowe. Dlatego stosuje się konstrukcje szkieletowe - funkcje ścian nośnych przejmuje w nich stalowa struktura kratownicowa.
Początkowo jednak zarówno forma, jak i konstrukcja wysokich budynków były właśnie tradycyjne, bo i osiągane wysokości - patrząc oczywiście z dzisiejszego punktu widzenia - nie oszałamiały. Logika wskazywała na używanie konstrukcji murowych, przy czym coraz to wyższe obiekty musiały mieć coraz grubsze ściany fundamentowe.
W drugiej połowie XIX w. pojawiły się ramy żeliwne, potem stalowe. W pierwszych "niebotykach" z tego okresu - takich jak Western Union Building z 1875 r. (70 m) czy Pulitzer Building (New York World Building) z 1890 r. (106 m; projekt obu budynków: George Post) - stosowano konstrukcję mieszaną. Pulitzer Building, mając rdzeń wsparty na żeliwnych słupach, zawierał murowane ściany dochodzące w parterze do szerokości 2,7 m.
Stalowy szkielet umożliwił przenoszenie obciążeń pionowych bez strat powierzchni. Łączone na sztywno konstrukcje ramowe ze stali zapewniały budynkom odpowiednią sztywność. Pierwszym z takich wieżowców był Home Insurance Building w Chicago, ukończony w 1885 r. według projektu Williama Jenney’ego (55 m). Jednak najbardziej efektowną realizacją tamtego czasu był Flatiron Building, nazywany początkowo Fuller Building (projekt: Daniel Burnham, Frederick P. Dinkelberg), zlokalizowany w Nowym Jorku, u zbiegu Broadwayu i Piątej Alei. Gdy został oddany do użytku w 1902 r., wysokość dwudziestu dwóch kondygnacji, czyli 87 m, sytuowała go wśród najwyższych wieżowców.
Wraz ze wzrostem wysokości zwiększały się obciążenia, jakie musiała przenieść konstrukcja. Obciążenie pionowe jest proporcjonalne do wysokości. Natomiast obciążenia wiatrem (poziome), potencjalnie grożące przewróceniem budynku, rosną wraz z kwadratem wysokości.
Jedną z najczęściej stosowanych technologii wznoszenia wysokich obiektów jest technika trzonowa. Zgodnie z nią wieżowiec wspiera się na centralnym rdzeniu z żelazobetonu, niekiedy stalowym, skonstruowanym w formie wysokiej i grubościennej rury o prawie dowolnym przekroju. Wewnątrz niej umieszcza się zwykle szyby wind.
Fundament stanowi przeważnie masywna żelazobetonowa płyta. Na niej sytuuje się żelbetowy rdzeń, będący podporą dla stalowych bądź żelbetowych kratownic wspierających kolejne kondygnacje. W konstrukcjach tych używa się prawie wyłącznie stali w postaci kształtowników zwanych dwuteownikami, zbliżonych w przekroju do litery H. Kształt ten zapewnia im znaczną wytrzymałość, przy masie wielokrotnie mniejszej niż masa porównywalnych dźwigarów o pełnym przekroju.
Podstawą nowego podejścia do konstrukcji budynku wysokiego było założenie, że sprowadzanie obciążeń do gruntu i przeciwdziałanie wpływowi wiatru powinno stanowić zadania dwóch oddzielnych systemów konstrukcji. Trzon - pierwszy z nich - musiał charakteryzować się sztywnością. Obciążenia boczne w trzonie znosi ramowa konstrukcja stalowa, o ile uzupełniona jest dużą liczbą wzmocnień poprzecznych. Te poprzeczne elementy transformują siły boczne ze zginania w ściskanie i rozciąganie. To one gwarantują sztywność trzonu.
Wzmocnienia te można zastąpić innym materiałem, np. ścianami betonowymi, które, pracując jak tarcze, także wykazują się bardzo dużą sztywnością, zaś koszt ich zastosowania jest znacznie mniejszy niż w przypadku konstrukcji stalowej.
Sposób, w którym sztywny trzon przenosi obciążenia wiatrem, a przegubowa rama - obciążenia pionowe, został wykorzystany przy budowie słynnego Empire State Building (1931 r.), zaprojektowanego przez pracownię Shreve, Lamb and Harmon. Mając 102 piętra, osiągnął wysokość 443,2 m, przy czym na poziomie 85 m odchyla się od pionu jedynie o 6 mm. Innym przykładem budynku trzonowego są ukończone w 1998 r. malezyjskie Petronas Towers (452 m; projekt: César Pelli), w których to właśnie betonowe kręgi spełniają funkcje, które gdzie indziej przynależą do ram stalowych (stal w Malezji jest trudniej dostępna i znacznie droższa niż beton). Dla ścisłości trzeba jednak dodać, że w amerykańskich laboratoriach opracowano dla wież Petronas superbeton o specjalnej recepturze.
Kolejnym krokiem było umieszczenie stalowych wzmocnień wiatrowych na zewnątrz budynku. Olbrzymie krzyże na amerykańskim John Hancock Center (457 m; projekt: Fazlur Khan) nie tyle zdobią, ile właśnie przenoszą obciążenia wiatrem. Warto wspomnieć, że oszczędności w zużyciu materiału na ukończony w 1969 r. Hancock Center w stosunku do Empire State Building wyniosły aż ok. 30%.
Ostatnio technologia trzonowa idzie przy wznoszeniu niektórych najwyższych budynków w parze z tzw. systemem megakolumn. U podłoża takiej konstrukcji znajdują się znacznej wielkości kolumny, dochodzące nawet do rozmiarów 5×6 m - najczęściej stalowe skrzynie zalane betonem, umieszczone w obrysie elewacji i połączone w dwóch albo więcej miejscach z trzonem konstrukcji przy pomocy dużych dźwigarów kratowych, usytuowanych w kondygnacjach technicznych. Przykładem zastosowania tej techniki jest budynek Jin Mao Tower w Shanghaju (421 m; projekt: Adrian Smith), oddany do użytku w 1999 r.
Od samego początku historii drapaczy chmur rozwiązania wymagała kwestia bezpieczeństwa pożarowego. Wysokie kondygnacje są poza zasięgiem konwencjonalnej straży pożarnej. System antypożarowy musiał być więc projektowany w obrębie samego obiektu.
Niektóre ze strategii opracowanych dla drapaczy chmur przewidywały podział na przedziały (zapobiegające rozprzestrzenianiu się ognia), zabezpieczone klatki schodowe dla ewakuacji i dostępu strażaków, strategię defend-in-place oraz koncepcję stopniowej, a nie jednoczesnej, ewakuacji budynku.
Powłoki w najwyższych konstrukcjach
Idea budynków powłokowych narodziła się w USA w latach 50. XX wieku. Za twórcę systemu powłokowego uznaje się Fazlura Khana. W technologii tej, głównej obok trzonowej, wykorzystywanej do budowy najwyższych budynków, chodzi o użycie zewnętrznych ścian jako układów nośnych usytuowanych na obrzeżu wieżowca. Mają one naśladować zachowanie cienkościennej rury. Konstrukcja taka ma oprzeć się poziomym obciążeniom zwłaszcza w wysokich obiektach, w których trzon wewnętrzny jest zbyt wiotki, aby mógł przenosić w całości obciążenia poziome. Dlatego też system powłokowy musi mieć znaczną sztywność i być głównym układem nośnym, zwalniając z tej funkcji trzon.
Najprostszym przykładem takiej koncepcji jest powłoka ramowa, zakładająca połączenie przynajmniej w trzech narożach ram, które tworzą sztywny układ, pozwalając na to, aby wnętrze budynku było obciążone jedynie siłami grawitacyjnymi, co ma również miejsce w innych typach tych konstrukcji. Największą zaletą systemu powłokowego jest uwolnienie wnętrza budynku od podpór słupowych lub ograniczenie ich do niewielkiej liczby, w pobliżu trzonu. Daje to możliwość bardziej efektywnego wykorzystania wnętrza oraz jego swobodnego kształtowania.
Jednym z najbardziej rozpoznawalnych przykładów powłokowego układu ramowego były nieistniejące już wieże Twin Towers, wzniesione w ramach kompleksu World Trade Center (1973 r.; wysokość wież: 526,3 oraz 415 m; główny projektant: Minoru Yamasaki), w których powłokę ramową stanowiły słupy w rozstawie co 1,02 m, połączone na wysokości każdego piętra sztywnymi belkami. U podstawy budynków rozrzedzono tę siatkę, zwiększając możliwości kształtowania stref wejścia.
Wariantów rozwiązań konstrukcyjnych w technologii powłokowej jest znacznie więcej. Ponieważ to z jej wykorzystaniem buduje się najwyższe drapacze chmur, stale jest rozwijana i doskonalona. Na jej podstawie powstała np. koncepcja megastruktur, tworzonych przez wiązki powłok modularnych.
Dają one możliwość całkowitej rezygnacji z trzonów wewnętrznych, co pozwala zwiększać rozpiętość budynków, a także zapewnia swobodę w kreowaniu bryły wieżowca. Przykład tego rozwiązania stanowi chicagowska Sears Tower (obecnie Willis Tower; 527 m; 1973 r.; projekt: Bruce Graham i Fazlur Khan), składająca się z dziewięciu wiązek megastruktur.
Najnowocześniejsze konstrukcje wysokościowców w Zjednoczonych Emiratach Arabskich to kolejne etapy rozwoju technologii trzonowych, powłokowych i ich hybryd. Prawie każda wielka inwestycja otwiera nowy rozdział w historii architektury i inżynierii.
Współczesny architektoniczny wyścig w górę rozwija zresztą nie tylko architekturę. To również rewolucja w dziedzinie materiałów. Wspomnieliśmy o nowych rodzajach betonu dla Petronas Towers, o przejściu od żeliwa do stali, ale również łączenie tych podstawowych materiałów wygląda inaczej niż kiedyś. Obecnie stal łączy się z betonem nie tylko w postaci prętów wzmacniających w żelazobetonie. Betonem zalewa się przekroje zamknięte, co daje zwiększoną wytrzymałość ogniową, wypełnia się nim także dwuteowniki.
W efekcie spośród stu najwyższych budynków świata tylko niespełna połowę wzniesiono jako konstrukcje całkowicie stalowe i zauważyć można, że zainteresowanie betonem w tego typu konstrukcjach rośnie. Spowodowane jest to cenami stali na świecie, zaostrzaniem wymogów przeciwpożarowych oraz postępami w technologii wytwarzania coraz lepszej jakości betonu.
Wielka kula stabilizuje
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat nastąpił w dziedzinie wznoszenia wysokościowców niezwykły postęp technologiczny. Obejmuje on rozwój systemów konstrukcyjnych, wysokowytrzymałego betonu i stali, systemów transportu pionowego oraz wyrafinowanych fasad szklanych i stalowych - w połączeniu z metodami obliczeniowymi i inteligentnymi technologiami.
Oprogramowanie i moc obliczeniowa umożliwiły dokładniejszą analizę struktur i analizę statystyczną, a także lepszą koordynację różnych systemów, które służą budynkom i jego mieszkańcom.
Stalowe liny dotychczas stosowanych wind ograniczają ich zasięg do ok. 500 m. Dłuższa lina staje się zbyt ciężka i grozi pęknięciem pod własnym ciężarem. Wjeżdżanie na najwyższe budynki świata wymaga więc przesiadek. Okazuje się jednak, że dzięki nowej technologii, wykorzystującej włókna węglowe zamiast stali, mogą powstać lżejsze konstrukcje wind. Właśnie takie modele mają być instalowane w wieży w Jeddah.
Przez pierwsze sto lat historii drapaczy chmur panowała opinia, że nie buduje się ich w miejscach, gdzie wieją silne wiatry, albo istnieją silne zagrożenia sejsmiczne. Ten drugi warunek od dawna jest jednak podważany przez budowniczych w Japonii. Z kolei dobitnym dowodem na to, że zagrożenie wstrząsami i wiatrami to tylko problem technologii a nie bariera nie do przekroczenia, jest najwyższy do stycznia 2010 r. budynek świata - Taipei 101, wzniesiony w 2004 r. na jak najbardziej niepewnym sejsmicznie Tajwanie (509 m; projekt: biuro C.Y. Lee & partners).
Konstruktorzy tego wysokościowca musieli zmierzyć się nie z jednym, a z całą serią poważnych problemów. Nie dość, że w regionie często trzęsie się ziemia i przechodzą tajfuny, to podczas badań geologicznych niedaleko od działki przeznaczonej na te inwestycję odkryto szeroki na 10 m uskok tektoniczny.
Architekci postanowili więc posadowić przyszłą konstrukcję na skale znajdującej się 80 m pod poziomem gruntu. Wykorzystano do tego 382 betonowe słupy. Przez rok podstawy Taipei 101 były "przybijane" tymi słupami do skalnego podłoża, dzięki czemu oparciem budowli stała się lita skała, a nie miękka ziemia. Konstrukcję drapacza oparto na ośmiu wielkich kolumnach, których zadaniem jest odbieranie energii wstrząsów sejsmicznych od konstrukcyjnie niezależnych od siebie elementów budowli.
Na spodziewane silne wiatry Taipei 101 został przygotowany przez zaokrąglenie krawędzi. Jak się oblicza, drgania wywołane wiatrem są w nim dzięki temu mniejsze o 30 do 40%. Jednak wciąż nie niwelowało to zbyt dużych przechyłów w budynku, dlatego zastosowano kolejny mechanizm stabilizujący - wielką 660-tonową kulę o średnicy 5,5 m (9), składającą się z nakładanych na siebie stalowych okręgów. Zawieszona między 88 a 92 piętrem stabilizuje wieżowiec, zmniejszając drgania. Co więcej, wcale nie ukryto jej gdzieś w pomieszczeniach zaplecza technicznego. Stała się miejscową atrakcją turystyczną.
Z kolei Japończycy wpadli na pomysł stosowania w konstrukcjach budynków wielkich i ciężkich wahadeł, które mają redukować drgania przez ich nakładanie. To nic innego, jak wykorzystanie znanych od dawna praw fizyki, zgodnie z którymi nakładanie się fal z różnych źródeł prowadzi w określonych warunkach do ich wygaszania. Ogromne wahadło, ważące 300 ton, zostało na próbę zainstalowane w 55-piętrowym tokijskim wieżowcu w dzielnicy Shinjuku.
Wertykalne ogrody
Nurt innowacji kieruje się powoli także w stronę szukania rozwiązań przyjaznych dla środowiska i samowystarczalności.
Elewacje superwysokich budynków oferują np. wielką powierzchnię dla wytwarzania energii słonecznej do lokalnego użytku. Podobną energetyczną funkcję może pełnić wiatr.
Uważany jest wprawdzie za głównego wroga tych konstrukcji, ale budynki mogą być projektowane w taki sposób, aby mógł przez nie "przewiewać". Otwór w wieżowcu Światowego Centrum Finansowego w Szanghaju - Shanghai World Financial Center z 2008 r. (492 m; projekt: biuro Kohn Pedersen Fox Associates), dzięki któremu konstrukcja jest nazywana "otwieraczem do butelek", powstał właśnie w celu zmniejszenia skutków groźnej siły wiatru.
Plany budowy w zanieczyszczonych miastach wertykalnych budynków-ogrodów czy nawet lasów nie są czymś specjalnie nowym. Do tej pory jednak chodziło głównie o atrakcyjne wizje przyszłości. W świecie realnym tych śmiałych projektów raczej nikt nie realizował. Chińczycy postanowili to zmienić. Przedstawiono tam niedawno plany budowy pierwszych dwóch eksperymentalnych wieżowców o charakterze wertykalnych lasów. Obiekty mają powstać w Nankinie. Zielone drapacze chmur Nanjing Green Towers zaprojektował włoski architekt Stefano Boeri, a ich oddanie do użytku zaplanowano na koniec 2018 r.
Budowa już trwa. Na wieżowcach zostanie zasadzonych ponad 3,5 tys. drzew i krzewów, co wystarczy, by pochłaniać 25 ton dwutlenku węgla rocznie i produkować w tym czasie prawie 22 tony tlenu (60 kg dziennie). Oczywiście budynki, które muszą utrzymać na sobie tak ogromne ilości zieleni, trzeba wyposażyć w specjalny system nawadniania.
Będą to pierwsze tak wysokie zielone wieżowce na świecie (mierzące 200 i 108 m). Nie pierwsze jednak projekty budynków o takim charakterze. Jednym z najbardziej znanych przykładów jest hotel PARKROYAL on Pickering w Singapurze, którego fasadę stanowi w sumie 15 tys. m2 ogrodów, tarasów i wodospadów. Są plany, aby wprowadzić wręcz modę na ekologiczne wysokościowce - nie tylko do kolejnych miast chińskich, ale także na inne kontynenty.
Pięknym przykładem budowli zielonej - i w dodatku inspirującej się krajobrazami tarasowych upraw na stokach azjatyckich wzgórz - jest Marina One, autorstwa niemieckiego studia Ingenhoven Architects i fi rmy A61. Tę "górę pokrytą roślinnością" ukończono pod koniec 2017 r. i obecnie trwa proces jej oddawania do użytku. Znajduje się w rejonie zatoki Marina w Singapurze - 360-hektarowej powierzchni zrekultywowanego terenu na nabrzeżu, na którym usytuowano również wieżę Marina Bay Sands (projekt: Moshe Safdie zespołem), a także ogromny park tropikalny Ogród nad Zatoką.
W Marina One mieszczą się biura, mieszkania i przestrzenie handlowe zaaranżowane wokół przestrzeni zewnętrznej, zwanej "zielonym sercem". Kolejne kondygnacje schodzą do niego tarasami (10) porośniętymi przez 350 gatunków drzew i roślin.
"Byliśmy zainspirowani azjatyckimi tarasami pól ryżowych", głoszą w komunikacie architekci. Zespół projektowy informuje również, że architektura krajobrazu naśladuje naturalne ukształtowanie doliny lasu deszczowego, a zmiany klimatu na różnych poziomach odzwierciedlają się w modyfikacjach nasadzeń.
Strzeliste farmy
Można budować "zielone wysokościowce" po to, aby oczyszczały powietrze i cieszyły oko. Można jednak pójść dalej i projektować wysokościową farmę do regularnej, a nawet komercyjnej, uprawy roślin w mieście.
Modelowy wieżowiec - farma wertykalna - miałby na dachu instalacje do pozyskiwania wody z opadów lub nawet z wilgotnego powietrza, a także ogniwa słoneczne lub/i turbiny wiatrowe.
Schodząc niżej, ale wciąż na wyższych kondygnacjach, spotykamy uprawy aeroponiczne. W systemach tego rodzaju rośliny umieszczone są w płytach z tworzyw sztucznych, przez co ich korzenie znajdują się w powietrzu.
Woda i sole mineralne są rozpylane bezpośrednio na korzenie w postaci aerozolu. Optymalnie wytworzone sztuczne siedlisko pozwala na uzyskiwanie szybkiego wzrostu i rozwoju roślin. Wadą aeroponiki są wysokie koszty i konieczność instalacji skomplikowanej elektronicznej aparatury, dlatego stosowana jest ona tylko w produkcji roślin unikatowych. Metoda aeroponiczna wprowadzona została w 1970 r. przez Franco Massantiniego.
Na niższych kondygnacjach instalacje aeroponiczne przechodzą w hydroponiczne i akwaponiczne. Akwaponika to system produkcji żywności, łączący konwencjonalną akwakulturę (hodowlę wodnej fauny w zbiornikach) z hydroponiką (uprawa roślin w wodzie), w wytworzonym symbiotycznym środowisku.
W systemie akwaponicznym woda z akwakultury zasila system hydroponiczny, gdzie bakterie rozkładają produkty uboczne na azotany i azotyny, które następnie wchłaniane są przez rośliny jako produkty odżywcze. Oczyszczona w ten sposób woda wraca do akwakultury.
W dolnych partiach zielonego wysokościowca może funkcjonować np. restauracja serwująca dary wertykalnej farmy lub sklep je sprzedający, albo też jedno i drugie, plus rampy transportowe do odbioru płodów.
W dolnych partiach lokowane są też instalacje do produkcji biodiesla oraz recykling wody, która pompowana jest w wyższe partie gmachu, aby nawadniać uprawy kropelkowo. Szacuje się, że hydroponika pozwala zaoszczędzić 70% wody potrzebnej do upraw.
Na razie jednak wertykalne farmy składają się z szeregu przeznaczanych pod uprawy "wież" o wysokości kilku metrów. Najbardziej znane funkcjonujące obecnie to Sky Greens w Singapurze, FarmedHere w Chicago, Mirai Corp w Japonii czy Aerofarms w Newark w USA.
Zamiast stali i betonu - drewno
Innym ekologicznym nurtem w budownictwie wysokościowców jest wykorzystanie jako głównego materiału… drewna. W 2019 r. w norweskiej miejscowości Brumunddal ma zostać ukończony Mjøstårnet, reklamowany jako najwyższy drewniany wieżowiec na świecie (projekt: biuro Voll Arkitekter). Sięgnie 81 m, a po oddaniu do użytku będzie służył jako duży hotel.
Z prymatem w dziedzinie drewnianych wieżowców był dotąd pewien problem, bo brakowało jednoznacznych definicji, jakiego rodzaju obiekty zaliczyć do tej kategorii. Niedawno jednak międzynarodowy zespół ekspertów uznał, że Mjøstårnet będzie definiowany jako budynek drewniany, natomiast obiekty z rdzeniem betonowym - takie jak HoHo w Wiedniu (wyższy niż norweski - 84 m; projekt: biuro Rüdiger Lainer and Partner) oraz Brock Commons w Vancouver (53 m; projekt: biuro Acton Ostry Architects) - to hybrydowe budynki drewniano-betonowe lub zespolone.
Norwedzy mogą ze swojego prymatu w dziedzinie drewnianych drapaczy cieszyć się niedługo. Na terenie położonym nad rzeką Chicago architekci z pracowni Perkins+Will projektują już bowiem River Beech Tower. Ta stworzona w całości z drewna konstrukcja dojdzie do 80 pięter (wysokość w metrach nie jest jeszcze podawana). A to nie jedyny śmiały projekt z tego materiału. W Londynie pojawił się pomysł wysokiej Oakwood Tower (projekt: biuro PLP Architecture), a w Sztokholmie mówi się o wysokim drewnianym budynku mieszkalnym.
Fantazja nie zna limitów wysokości
Czy istnieje górna granica wysokości budynków? Na dzień dzisiejszy tak. Tworzy ją przede wszystkim wspominany już wiatr. Na wysokości kilku kilometrów wieje z prędkością przekraczającą 100 km/godz., która wyżej sięga 300 km/godz. Co prawda jeszcze wyżej uspokaja się, ale z kolei tam nie ma już czym oddychać. Współczesna technologia z tym wszystkim sobie nie radzi, ale co będzie jutro?
Fantastycznych pomysłów nie brakuje. Wyobraźnia nie zna limitów wysokości, a narysować można wszystko. W mediach i w Internecie znajdziemy np. takie wizje jak nowojorski Times Squared 3015, o zakładanej wysokości 1733 m, projektowany dla Kuwejtu Millennium Challenge Tower (1852 m), tokijski Shimizu Mega-City Pyramid (2004 m), Dubai City Tower (2400 m), Ultima Tower w San Francisco (3218 m) czy wreszcie tokijski X-Seed 4000 (4000 m) (12).
Oprócz zwykłego wyścigu "kto wyżej" trwa również rywalizacja w dziedzinie innowacji. Wśród projektowanych, planowanych lub choćby tylko rozważanych konstrukcji są m.in.: chińska wizja Nexus Tower, składająca się z trzech rotujących niezależnie ogromnych modułów; container skyscrapers, czyli intrygujący pomysł wznoszenia z kontenerów wysokościowców zastępujących slumsy; wreszcie, mające podobny cel, projektowane w nigeryjskim Lagos shanty megastructures, czyli wielkie budowle z wszystkiego tego, z czego kleci się "domy" w slumsach.
Obdarzeni talentem rysowniczym i bujną fantazją projektanci-wizjonerzy proponują kolejne wielkie i wysokie wieżowce o rozmaitych funkcjach, np. wertykalne dokowiska dla dronów, lotniska na gigantycznych filarach nad miastem, drapacze chmur będące gigantycznymi centrami przetwarzania danych, wielkie zielone biokonstrukcje, łuki "skrzydła ważek" służące do pochłaniania miejskich zanieczyszczeń, a nawet wysokie konstrukcje unoszone przez balony z helem. Wszystko to łatwo znaleźć, buszując w zasobach sieci.
Trudniej zbudować.
Mirosław Usidus
