В строительном проектировании труба представляет собой систему, в которой для противодействия боковым нагрузкам (ветровым, сейсмическим, ударным) здание спроектировано так, чтобы действовать как полый цилиндр, консольный перпендикулярно земле. Эту систему представил Фазлур Рахман Хан в архитектурной фирме Skidmore, Owings & Merrill (SOM) в их офисе в Чикаго. [1] Первым примером использования трубки является 43-этажный жилой дом ДеВитт-Честнат, спроектированный Ханом и впоследствии переименованный в Plaza on DeWitt в Чикаго , штат Иллинойс , строительство которого было завершено в 1966 году. [2]
Система может быть построена с использованием стали , бетона или композитных конструкций (дискретное использование как стали, так и бетона). Его можно использовать для офисных , многоквартирных и многофункциональных зданий. Большинство зданий высотой более 40 этажей, построенных с 1960-х годов, относятся к этому конструктивному типу.
Концепция системы труб основана на идее, что здание можно спроектировать так, чтобы оно выдерживало боковые нагрузки, если спроектировать его в виде полой консоли , перпендикулярной земле. В простейшем исполнении трубы внешний периметр состоит из близко расположенных колонн, которые связаны между собой глубокими перемычками посредством моментных связей. Эта совокупность колонн и балок образует жесткий каркас, который представляет собой плотную и прочную структурную стену снаружи здания. [3]
Этот внешний каркас спроектирован достаточно прочным, чтобы противостоять всем боковым нагрузкам на здание, что позволяет легко создать внутреннюю часть здания, выдерживающую гравитационные нагрузки. Внутренние колонны сравнительно немногочисленны и расположены в центре. Расстояние между внешним и основным каркасом перекрыто балками или фермами и может быть без колонн. Это максимизирует эффективность трубы по периметру за счет передачи на нее части гравитационных нагрузок внутри конструкции и увеличивает ее способность противостоять опрокидыванию за счет боковых нагрузок.
К 1963 году в проектировании и строительстве небоскребов появилась новая конструктивная система из каркасных труб . Фазлур Рахман Хан , инженер-строитель из Бангладеш (тогда называвшийся Восточным Пакистаном ), работавший в Skidmore, Owings & Merrill , определил рамную трубчатую конструкцию как «трехмерную пространственную конструкцию, состоящую из трех, четырех или, возможно, большего количества рам, скрепленных рам, или стены, работающие на сдвиг, соединенные по краям или рядом с ними, образуя вертикальную трубчатую структурную систему, способную противостоять боковым силам в любом направлении путем консольного от фундамента». [4] Близко расположенные соединенные между собой внешние колонны образуют трубу. Боковые или горизонтальные нагрузки (ветровые, сейсмические, ударные) воспринимаются конструкцией в целом. Около половины внешней поверхности отведено под окна. Каркасные трубы требуют меньше внутренних колонн и, таким образом, обеспечивают больше полезной площади. Там, где необходимы проемы большего размера, такие как гаражные ворота, трубчатая рама должна быть прервана с использованием передаточных балок для сохранения структурной целостности.
Концепция трубки Хана была вдохновлена его родным городом в Дакке , Бангладеш. В его родном городе не было зданий выше трех этажей. Он также не видел свой первый небоскреб лично до тех пор, пока ему не исполнился 21 год, и он не заходил в среднеэтажное здание, пока не переехал в Соединенные Штаты для учебы в аспирантуре. Несмотря на это, окружающая среда его родного города в Дакке позже повлияла на его концепцию строительства труб, вдохновленную бамбуком , выросшим вокруг Дакки. Он обнаружил, что полая трубка, подобная бамбуку в Дакке, придает высотным зданиям вертикальную прочность. [5]
Первым зданием, в котором была применена конструкция трубчатого каркаса, был жилой дом ДеВитт-Честнат, который спроектировал Хан и который был завершен в Чикаго к 1963 году . Хэнкок-центр и Сирс-Тауэр , а также строительство Всемирного торгового центра , башен Петронас , здания Цзинь Мао и большинства других высоких небоскребов с 1960-х годов, включая самое высокое здание в мире по состоянию на 2020 год [обновлять]— Бурдж-Халифа . [7]
С самого начала труба менялась в соответствии с различными структурными потребностями.
Это самое простое воплощение трубки. Он может иметь различные формы плана этажа, включая квадратную, прямоугольную, круглую и произвольную форму. Этот дизайн был впервые использован в жилом доме ДеВитт-Каштан в Чикаго, спроектированном Ханом и завершенном в 1965 году, но наиболее яркими примерами являются Центр Аон и оригинальные башни Всемирного торгового центра .
Ферменная труба, также называемая связанной трубой , похожа на простую трубу, но со сравнительно меньшим количеством внешних колонн и более удаленными друг от друга. Стальные связи или бетонные стены, работающие на сдвиг, устанавливаются вдоль наружных стен, чтобы компенсировать меньшее количество колонн путем их связывания. Наиболее яркими примерами использования стальных распорок являются Центр Джона Хэнкока , Центр Citigroup и Башня Банка Китая .
Эти конструкции имеют внутреннюю трубу внутри конструкции, удерживающую лифт и другие службы, а также другую трубу снаружи. Большую часть гравитационных и боковых нагрузок обычно воспринимает внешняя труба из-за ее большей прочности. В 50-этажном офисном здании с бетонным каркасом на Третьей авеню, 780 на Манхэттене в качестве связей используются бетонные стены, работающие на сдвиг, и смещенное от центра ядро, позволяющее создать интерьер без колонн. [8]
Вместо одной трубы здание состоит из нескольких труб, связанных вместе для сопротивления боковым силам. Такие здания имеют внутренние колонны по периметру труб, когда они попадают в ограждающую конструкцию здания. Известные примеры включают Уиллис-Тауэр , Одна великолепная миля и Ньюпорт-Тауэр .
Помимо того, что объединенные трубы были эффективны с конструктивной и экономической точки зрения, они были «новаторскими в своем потенциале для универсального оформления архитектурного пространства. Эффективные башни больше не должны были быть коробчатыми; трубчатые блоки могли принимать различные формы и соединяться вместе в различных виды группировок». [9] Конструкция из связанных труб означала, что «[здания] могли стать скульптурой». [10]
Гибриды включают в себя различные категории конструкций, в которых используется основная концепция трубки и дополняется другими структурными опорами. Этот метод используется, когда здание настолько тонкое, что одна система не может обеспечить достаточную прочность или жесткость.
Последними крупными зданиями, спроектированными Ханом, были «Одна великолепная миля» и «Центр Онтери» в Чикаго, в которых использовались его конструкции системы связок труб и ферменных труб соответственно. В отличие от его более ранних зданий, которые были в основном стальными, два последних здания были бетонными. Его более раннее здание DeWitt-Chestnut Apartments , построенное в 1963 году в Чикаго, также представляло собой бетонное здание трубчатой конструкции. [7] Башня Трампа в Нью-Йорке также является еще одним примером адаптации этой системы. [11]
Некоторые решетчатые башни имеют элементы из стальных труб, например, мачта Варшавской радиосвязи с оттяжками или отдельно стоящие башни 3803 км .
