Osnovna škola Čazma

Prvi neboder svih vremena imao je samo devet katova i jedva bi se i opazio među današnjim modernim gradskim zgradama. Današnji najviši neboderi imaju više od 150 katova dižući se i preko 800 metara u visinu. I prije mnogo stoljeća graditelji su gradili podnebesne katedrale, ali su se neboderi namijenjeni uredima i stanovanju pojavili tek koncem 19. stoljeća.

Iako je i prije postojala potreba za višim zgradama, kako bi se bolje iskoristilo zemljište u pretrpanim gradskim središtima, njih ipak nije bilo moguće izgraditi dok se nisu razvile dovoljno sigurne građevinske metode i nije pronašao način da se na visoke katove dođe bez korištenja stepenica.

Skeletna konstrukcija

Konvencionalne zgrade imaju zidove koji nose težinu stropova iznad njih pa im u slučaju su jako visoke zidovi u prizemlju moraju biti jako debeli. Dodatni stropovi te zidove samo podebljavaju, što povećava troškove i smanjuje korisni prostor u donjim katovima, čime se gubi dio prednosti koje donosi povišenje zgrade.

Na koncu je razvijena nova građevinska tehnika, to jest građenje primjenom skeletnih konstrukcija. Težinu zgrade nosio je okvirni skelet, pa su zidovi mogli ostati razmjerno tanki.

Dizala

Da bi neboderi dobili praktičnu namjenu trebalo je riješiti još jedan problem: kako smanjiti napor uspinjanja na više katove. Nije se moglo očekivati da će se ljudi pješice penjati na vrlo visoke zgrade te se smatralo da je šest katova praktična granica visine sve dok se ne pronađe neko sigurno sredstvo za prevoženje ljudi između katova.

Zamisao da se ljudi dižu pomoću dizala potječe još iz doba starih Grka. Razvoj građevinarstva doveo je do uvođenja dizala u zgrade već početkom 19. stoljeća, ali prva rješenja nisu bila dovoljno dobra. Neka su dizala bila nevjerojatno spora, a ona brža su znala biti i opasna, jer su im pucala užad, što je za putnike imalo pogibeljne posljedice. Zbog toga su prva instalirana dizala služila poglavito prevoženju stvari između katova.

Putnička su dizala uvedena u uporabu 1850-ih godina, nakon što je američki konstruktor Elisha Otis za njih izumio automatsku sigurnosnu napravu. Ona je priječila rušenje dizala u slučaju pucanja užadi, pa je tako bila zajamčena sigurnost putnika. Da bi pokazao povjerenje u svoj izum, Otis je ušao u dizalo i dao prerezati užad. Međutim, nije propao do dna: dizalo se uz trzaj zaustavilo, jer ga je zaglavio sigurnosni mehanizam.

Ta je demonstracija polučila velik uspjeh pa su se uskoro počela postavljati dizala za prijevoz putnika. Tako su dizala, zajedno s razvojem skeletne konstrukcije, omogućila da zgrade postanu više no ikada.

Prva zgrada koju smatramo pravim neboderom bila je Home Insurance Building u Chicagu. Ta je deseterokatnica sa željeznim skeletom dovršena 1885., a srušena 1931. Do tada je ta nekad vrlo visoka zgrada postala razmjerno niska. Iste je godine u New York Cityju otvoren Empire State Building sa 102 kata. Visok 381 metar do krova (čemu treba pribrojati i 67 metara visoku antenu), taj je neboder preko 40 godina ostao najvišom zgradom u svijetu. Kao i kod većine modernih nebodera, i njegov je skelet napravljen od čelika.

U gradovima poput Chicaga i New York Cityja neboderi se grade zbog cijena građevnog zemljišta koje su tako visoke da je jeftinije graditi visoke građevine na maloj površini nego niže na mnogo većoj. Chicago i New York dugo su se natjecali koji će od tih dvaju gradova sagraditi viši neboder, no u trku se uključio i Daleki istok, tako da danas prva dva mjesta zauzimaju Šangaj i Kuala Lumpur. Od drugih sjevernoameričkih gradova svojim se neboderima ističu Los Angeles, Houston, Seattle, Toronto i Dallas.

Ograničenja

Najveću praktičnu visinu nebodera ograničavaju mnogi razlozi. Tako bi, primjerice, pravu šumu visokih nebodera koji dominiraju kvartom Manhattan u New York Cityju zbog drukčijih svojstava tla bilo nemoguće stvoriti u Londonu. Otok Manhattan je golema gromada granita, dok London počiva na sloju meke gline koja ne može nositi zgrade mnogo više od 60 katova.

Visina zgrada ne može se beskonačno povećavati i zbog djelovanja vjetra. Kad jak vjetar djeluje na neboder, u podnožju zgrade javljaju se velike sile. Što je zgrada viša, veće su i te sile. One rastu približno s kvadratom visine, pa na vrhu stokatnice djeluje oko četiri puta veća sila od one koja djeluje na vrhu pedeseterokatnice.

Arhitekti moraju zgrade projektirati tako da podnesu i najgore uvjete, a uragan može djelovati na zid visokog nebodera i silom od 150.000 KN. Zbog toga visoke zgrade moraju imati mnogo jače temelje. Najjači vjetar postavlja i granicu visini zgrade.

Iako je izum sigurnosnog dizala omogućio izgradnju nebodera, ipak potreba za prevoženjem ljudi između katova nameće granicu visine većine zgrada. To je tako stoga što u visokim zgradama u pravilu boravi više ljudi, a i putovanje je duže pa bi na dizalo trebalo dugo čekati. Da se to izbjegne, u visoke se zgrade ugrađuje veći broj dizala, no to smanjuje korisni prostor jer ona zauzimaju sve veću površinu katova.

Vibracije

Vjetrovi na neboderima ne izazivaju samo velike sile nego često mogu prouzročiti i štetne vibracije. To se često zbiva na mjestima gdje su ulice uske pa prostori među neboderima djeluju poput lijevka u koji se slijeva zračna struja. Kao i sve druge građevine, tako i zgrade imaju takozvanu „prirodnu rezonantnu frekvenciju“. To je učestalost titranja kojemu teže ako im ravnotežu poremeti neka sila, primjerice sila stvorena vjetrom. Baš kao i kad se zibamo na ljuljački, učestala primjena i razmjerno male sile mogu izazvati dramatičan rast vibracija. Zbog toga se na jakom vjetru neki neboderi toliko ljuljaju naprijed-natrag da se na gornjim katovima osjeća i pomicanje međukatne konstrukcije.

U krajnjim slučajevima takve vibracije mogu stvoriti prilično oštećenje na zgradama. Tako su se, primjerice, na 60-erokatnom John Hancock Toweru u Bostonu kad ga je uzbudio vjetar porazbijala i ispala mnoga stakla. Kad se zgrada savije na jednu stranu prozorski se okviri rastegnu, pa se stakla oslobode. Kad se zaljulja u suprotnom smjeru, okviri se stlače pa popucaju mnoga stakla koja nisu ispala. Zbog svega se toga poduzimaju mjere smanjenja vibracija koje stvara jak vjetar. Ponekad se na krov postavljaju masivni utezi koji služe kao protuteža. Kad se zgrada horizontalno pomakne na jednu stranu, utezi kreću po tračnicama i mijenjaju uporište da bi, kad zgrada krene u suprotnom smjeru, počeli kočiti i tako smanjili titranje. Time se vibracije zgrade obično ublažavaju toliko koliko je potrebno da ne dođe do oštećenja.

Vjetrovi često stvaraju nevolje i u neboderu i oko njega. Budući da su zgrade zauzele toliko mjesta, sila izazvana pritiskom vjetra koji se probija kroz prostor među njima ponekad je tolika da baca prolaznike s nogu. Takvi vjetrovi znaju prodrijeti u zgradu u prizemlju, uspeti se kroz okna dizala i uzrokovati velika oštećenja. Zbog toga se ta okna u mnogim neboderima ne protežu cijelom njihovom visinom. Umjesto toga, dizala se grade u parovima, pa jedno poslužuje donje, a drugo gornje katove. Zbog toga putnici na najviše katove moraju presjedati, ali je većina tih putovanja razmjerno kratka,pa to i nije tako nezgodno.

Barijere protiv vjetra

Oštećenje u neboderu može se spriječiti i ugradnjom okretnih vrata. Dok se obična vrata mogu zaboraviti zatvoriti, omogućavajući jakom vjetru da prodre u zgradu, okretna su vrata skoro nepropusna u svakom položaju pa vjetar ne može ući.

Prije nego što pristupe izgradnji nebodera, arhitekti provjeravaju projekt računalnom simulacijom. U računalo se pohranjuju podaci o čvrstoći materijala i detalji konstrukcije, te se nastoji izračunati kako će zgrada reagirati na jak vjetar i druge poremećaje, primjerice potresna podrhtavanja.

Projekt se prema potrebi prilagođuje kako bi se popravilo ponašanje zgrade, a zatim se provode daljnja istraživanja na modelima u smanjenom mjerilu. Ti pokusi ponekad otkriju neočekivane probleme nastale zbog nekog neobičnog aspekta proračuna. Kad je, primjerice, neki arhitekt stavio 1,4 metra visok model jako visoke zgrade u zračni tunel, vrh modela je počeo divlje vibrirati. Mjerenjima je utvrđeno da bi se vrh stvarne građevine svake minute naginjao naprijed-natrag za više od 20 metara. Takve vibracije ne samo što bi oštetile zgradu, nego bi bile i nepodnošljive za njene stanare.

Na svu sreću, računalne simulacije i pokusi u zračnim tunelima obično uklanjaju glavne konstrukcijske pogreške još prije nego što se zgrada sagradi. Osim toga, ti pokusi omogućuju arhitektima da smanje preobilnu ili prekomjernu čvrstoću konstrukcije, pa se tako smanjuju i troškovi za čelik. Bolje razumijevanje ponašanja građevina pod najjačim olujnim vjetrom, kao i razvijanje čelika i betona visoke čvrstoće, omogućili su arhitektima da projektiraju građevine i dvaput više od današnjih.

Život u visinama

Neke su višekatnice sumorna mjesta gdje se ljudi osjećaju lišenima mnogih životnih zadovoljstava. Ipak, dobro projektirani neboderi mogu svojim stanarima pružiti mnogo udobnosti. Mnogi na ulazu imaju osiguranje koje pazi tko ulazi u zgradu, što dovodi do pada kriminala.

Osim toga, u mnogim zgradama postoje tako mnogobrojne službe da je čovjeku pri ruci skoro sve što mu treba. U njima se može otići dizalom u kino ili knjižnicu, zaputiti se stepenicama do samoposluživanja na susjednom katu, ili vježbati u bazenu i gimnastičkoj dvorani. Mnogi ljudi na posao putuju samo dizalom, jer se u istoj zgradi ponekad nalaze i uredi i stanovi. Gdjekad se za kratke vožnje dizalom može promijeniti čak i vrijeme: dok su vrhovi vrlo visokih zgrada obasjani suncem, dolje mogu biti oblaci i kiša.

Opasnost od požara

Nevolja kod vrlo visokih zgrada je što u slučaju izbijanja požara nije moguće evakuirati sve ljude. Zbog toga u nebodere moraju biti ugrađeni protupožarni sustavi koji počinju djelovati čim se pojavi vatra.

Na njihove se vrhove postavljaju golemi spremnici s vodom koji napajaju uređaje za orošavanje na svim katovima. Detektori postavljeni u zgradi automatski otvaraju tuševe na stropovima ako utvrde abnormalno visoku koncentraciju dima ili previsoku temperaturu.

Protupožarni sustav može i zatvarati protupožarna vrata te tako izolirati požarišta, kako bi spriječio širenje vatre na druge dijelove zgrade. Kad izbije požar, okna dizala se mogu pretvoriti u prave dimnjake, pa se kroz njih na druge katove može širiti vrući dim, a s njim i požar. Zbog te opasnosti, u slučaju požara zaustavljaju se svi liftovi.

Računalno upravljanje

Danas se za upravljanje sustavima orošavanja i alarmnom signalizacijom sve više upotrebljavaju računala koja reagiraju na signale koji dolaze od senzora dima i topline. Računala povezana s drugim senzorima mogu upravljati rasvjetom, grijanjem i sigurnosnim sustavima nebodera. Tako organizirane zgrade zovemo „inteligentnima“, zato što one same upravljaju svojim okolišem i funkcijama, bez potrebe za ljudima koji bi uključivali i isključivali sustave i svakodnevno ih pomalo regulirali.

Mnogi su neboderi izgrađeni skoro isključivo kao uredske zgrade. To donekle olakšava upravljanje nekim uređajima jer radnici svakog dana dolaze i odlaze u isto vrijeme. Tako je, primjerice, u njih moguće ugraditi jednostavne tempirane sustave centralnog grijanja, tako da se zgrade zimi zagrijavaju za radnog vremena, a noću se grijanje isključuje.

Dizala, protupožarna oprema, sustavi za grijanje i rasvjetu, kao i mnogi drugi uređaji, napajaju se energijom iz električne mreže. Ako bi struje najednom nestalo, ljudi bi morali izaći iz nebodera zamračenim stubama. Da se izbjegnu takve nevolje, svaki neboder ima i vlastiti generator koji pokreće ako zakaže glavni izvor napajanja.
 

Članak je izvorno objavljen u 14. broju časopisa Drvo znanja