A Fazlur Khan által kifejlesztett csőszerű szerkezeti rendszer

A magas épületek tervezésénél számos szerkezeti rendszert alkalmaztak, az egyik leghatékonyabb a csőszerű szerkezeti rendszerben. A technika és a gazdaság fejlődése világszerte egyre magasabb épületek építéséhez vezetett.

Ennek a rendszernek az „atyja” Fazlur Rahman Khan építész és szerkezetmérnök. Az 1960-as és 1970-es években chicagói projektjeivel vált ismertté: a John Hancock Center (egy 100 emeletes épület) és a Willis Tower (Sears), a világ akkori legmagasabb épülete.

Fazlur Khan rájött, hogy a magas épületek tervezésében és kivitelezésében addig meghatározó acélvázas szerkezet nem az egyetlen alkalmas rendszer felhőkarcolók építésére. „Egyedülálló képessége, hogy áthidalja az építészeti tervezés és a szerkezeti tervezés közötti szakadékot, az különböztette meg Khant a többi szerkezeti mérnöktől” – John Zil. Projektjei átalakították a városok látképét, a legtöbb 40 emeletes épületet az Egyesült Államokban. Az 1960-as évek után épültek, és az ő mérnöki elveiből származó csőtervet alkalmaztak.

A háromféle cső a csőszerű szerkezeti rendszerben

1. A keretes cső

Kahn a csőkialakítás három fő változatát fejlesztette ki. Ezeket a különböző szerkezeti igények kielégítésére használták:

A keret kis távolságra, a középpontok között 2-4 m-re elhelyezett oszlopokból áll, amelyeket alapgerendák kötnek össze. Ezt a rendszert egy hatalmas rugalmas gerincként képzelhetjük el, amely összefüggő keretekből áll.

Az első épület, amely ezt a rendszert alkalmazta, a Khan által tervezett és 1963-ban elkészült DeWitt-Chestnut bérház volt. Ez alapozta meg a World Trade Center építésénél használt keretes csőszerkezetet.

A „keretes cső” a legegyszerűbb rendszer, amely négyzetes, kör alakú és szabálytalan formákhoz is illeszthető.

2. A merevített cső (merevített cső, rácsos cső)

Ennek a koncepciónak az a célja, hogy csökkentse az épületre nehezedő oldalirányú terhelést a külső oszlopokra való áthelyezéssel. Ez nagy teret eredményez, mivel a belső oszlopok iránti igény csökken.

A John Hancock Center az első olyan épület, amely ezt a rendszert használja. Ellentétben a korábban használt fémszerkezetekkel, mint például az Empire State Building, a Hancock Center sokkal hatékonyabb volt. Mert mindössze 145 kilogramm acélra volt szükség négyzetméterenként, szemben a New York-i épületben használt 206 kilogrammal.

3. A moduláris cső (köteg cső)

A „kötegcsöves” rendszert úgy lehet megjeleníteni, mint olyan egyedi csövek összeállítását, amelyek több cellából álló csövet alkotnak. A rendszer a legmagasabb magasságot és a legnagyobb felületet teszi lehetővé. A moduláris cső gazdasági szempontból nagyon hatékony és innovatív is volt. Mert az épületeknek már nem kellett doboznak látszaniuk. A csövek változatos formájúak és csoportosíthatók, így szerkezeti szempontokkal rendelkező épületekké alakíthatók.

A „kötegcső” segítségével készült emblematikus épület a Willis-torony, amely kilenc különböző magasságú csőből áll, a jellegzetes megjelenés érdekében.

A látványos Burj Khalifa épületnél a „kötegcsöves” rendszert és a beton-acél kompozitot használták fel a 828 méteres magasság eléréséhez.

A csőszerű szerkezeti rendszer előnyei:

Egyértelmű előny az anyagi szempontból. A jól megtervezett, cső alakú formák hozzávetőleg a fele annyi anyagot használnak fel, mint amennyit egy hagyományosan készített szerkezethez felhasználtak volna.

Nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a belső tér tervezésében, mivel az összes oszlop a szerkezet kerületére koncentrálódik. A rendszer lehetővé teszi egy szabad tér kialakítását, pillérek nélkül.

Azon a koncepción alapul, hogy az épület külső héja önmagában is szerkezetként funkcionálhat. Fazlur Rahman Khan olyan szerkezeti rendszert tervezett, amely acél- és betonépületekhez egyaránt használható.