Sistemul structural tubular dezvoltat de Fazlur Khan

Multe sisteme structurale au fost adoptate in proiectarea cladirilor inalte, unul dintre cele mai eficiente fiind sistemul structural tubular. Avansarea tehnologiei si dezvoltarea economiei, in intreaga lume, au dus la constructia de cladiri din ce in ce mai inalte.

”Parintele” acestui sistem este arhitectul si inginerul structural Fazlur Rahman Khan. In anii 1960 – 1970, el a devenit cunoscut pentru proiectele sale din Chicago:  John Hancock Center (o cladire cu 100 de etaje ) si Turnul Willis (Sears), cea mai inalta cladire din lume, la momentul respectiv.

Fazlur Khan a realizat ca structura cadru din otel, dominanta in proiectarea si constructia cladirilor inalte pana atunci, nu este singurul sistem potrivit pentru realizarea zagrie-norilor. „Abilitatea sa unica de a reduce decalajul intre design-ul arhitectural si ingineria structurala a fost cea care l-a detasat pe Khan de alti ingineri structurali” – John Zil. Proiectele sale au transformat orizontul oraselor, majoritatea cladirilor de peste 40 etaje, din SUA. Au fost construite dupa anii 1960 au fost utilizat un design tub derivat din principiile sale de inginerie.

Cele trei tipuri de tuburi din sistemul structural tubular

1. Tubul in cadre (framed tube)

Kahn a dezvoltat trei variante principale de proiectare tip tub. Acestea au fost folosite pentru a se potrivi cu cerinte structurale diferite:

Cadrul consta din coloane aflate la distante mici, 2-4 m intre centrele unite prin grinzi de fundare. Ne putem imagina acest sistem ca o imensa coloana vertebrala flexibila, formata din cadre conectate.

Prima cladire care a utilizat acest  sistem a fost cladirea de apartamente DeWitt-Chestnut, proiectata de Khan si finalizata in 1963. Aceasta pus bazele structurii tubului in cadre (framed tube) utilizata in constructia World Trade Center.

„Framed tube” este cel mai simplu sistem si poate fi adaptat pentru forme patrate, circulare si neregulate.

2. Tubul contravantuit (braced tube, trussed tube)

Scopul acestui concept este de a reduce sarcina laterala aplicata pe cladire prin transferarea ei pe coloanele exterioare. Acest lucru duce la realizarea unui  spatiu mare din cauza necesitatii reduse de coloane interioare.

John Hancock Center este prima constructie care a folosit acest sistem. Spre deosebire de structurile metalice folosite anterior, cum ar fi cea de la Empire State Building, Centrul Hancock a fost mult mai eficient. Deoarece a necesitat numai 145 de kilograme de otel pe metru patrat, fata de 206 kilograme utilizate la cladirea din New York.

3. Tubul modular (bundled tube)

Sistemul „bundled tube” poate fi vizualizat ca un ansamblu de tuburi individuale care formeaza un tub din mai multe celule. Sistemul permite cea mai mare inaltime si cea mai mare suprafata. Tubul modular a fost foarte eficient din punct de vedere economic, precum si inovator. Deoarece, cladirile nu mai trebuiau sa aiba aspect de cutie. Tuburile pot lua diverse forme si sa fie grupate in moduri diferite realizandu-se cladiri cu aspecte structurale.

O  cladire emblematica realizata cu ajutorul „bundled tube” este Turnul Willis, compus din noua tuburi de inaltimi diferite pentru a atinge un aspect distinctiv.

Pentru spectaculoasa cladire Burj Khalifa s-a utilizat sistemul „bundled tube” si un compozit de beton si otel pentru a atinge inaltimea de 828 m.

Avantajele sistemului structural tubular:

Un avantaj clar este din punct de vedere material. Proiectate bine, formele tubulare utilizeaza aproximativ jumatate din cantitate de material care ar fi fost utilizata pentru o structura realizata in mod conventional.

Permite o mai mare flexibilitate in planificarea spatiului interior deoarece toate coloanele sunt concentrate pe perimetrul structurii. Sistemul permite realizarea unui spatiu liber, fara stalpi in interior.

Bazat pe conceptul ca invelisul extern al cladirii poate functiona ca o structura in sine. Fazlur Rahman Khan a proiectat un sistem structural care poate fi utilizat atat pentru cladirile din otel, cat si pentru cele din beton.