Wielkie X na John Hancock Center są główną konstrukcją, a nie dekoracją
Charakterystyczne krzyże na elewacji dawnego John Hancock Center w Chicago nie zostały dodane dla efektu wizualnego. Tworzą zewnętrzny diagonalized tube — układ, w którym kolumny, rygle i ogromne przekątne działają razem jak sztywna rura ustawiona pionowo. Dzięki temu obciążenia od wiatru są rozprowadzane po całym obwodzie, a wewnątrz budynku można ograniczyć liczbę elementów potrzebnych wyłącznie do usztywniania. SOM podaje, że system pozwolił osiągnąć zużycie stali porównywalne z dużo niższymi konwencjonalnymi wieżami. To jeden z najbardziej czytelnych przykładów konstrukcyjnego ekspresjonizmu: wzór, który definiuje wygląd wieżowca, jest jednocześnie jego głównym narzędziem walki z wiatrem.
Dlaczego samo szkieletyzowanie wnętrza przestaje wystarczać
Wraz ze wzrostem wysokości wieżowca rośnie znaczenie obciążeń bocznych. Gdyby opierać się wyłącznie na tradycyjnych ramach wewnętrznych, duża część stali musiałaby służyć tylko ograniczaniu przemieszczeń i momentów od wiatru. Fazlur Khan rozwijał koncepcję, w której zewnętrzny obwód budynku zachowuje się jak cienkościenna rura wspornikowa. Im większy jest wymiar tej „rury”, tym większe ramię mają przeciwstawiające się sobie siły po stronie nawietrznej i zawietrznej, co poprawia efektywność konstrukcji.
Przekątne zamieniają fasadę w gigantyczną kratownicę
John Hancock Center był pierwszym zastosowaniem zewnętrznego diagonalized tube na taką skalę. Wielkie X biegnące przez około dwadzieścia kondygnacji nie są niezależnymi ozdobami. Łączą kolumny obwodowe i pozwalają rozprowadzać siły między nimi, tworząc przestrzenny układ kratownicowy. Dzięki temu kolumny mogą być rozstawione szerzej niż w klasycznej framed tube, co daje większe otwory okienne. Podczas działania wiatru część przekątnych pracuje intensywnie na rozciąganie, inne na ściskanie, a cały obwód przeciwstawia się przechyłowi wieży.
Efektywność materiałowa była częścią pomysłu
SOM podaje, że zużycie stali wyniosło około 30 funtów na stopę kwadratową powierzchni — poziom porównywalny z konwencjonalną wieżą około 50-kondygnacyjną, mimo że Hancock jest znacznie wyższy. Nie oznacza to, że sam krzyż automatycznie oszczędza stal. Efekt wynika z pracy całego systemu: przekątnych, kolumn i belek tworzących zewnętrzną rurę. Najważniejsza lekcja brzmi więc nie „dodaj X”, lecz „spraw, aby możliwie duża część budynku wspólnie przenosiła obciążenia boczne”.
Konstrukcja stała się architekturą
W wielu budynkach system nośny jest ukryty za elewacją. Tutaj najważniejsze elementy są widoczne na zewnątrz i tworzą tożsamość całego obiektu. To wyjątkowo konsekwentne połączenie architektury i mechaniki: gdyby usunąć charakterystyczne X, nie zniknęłaby tylko dekoracja, lecz zasadnicza część systemu odpornego na wiatr. Sukces rozwiązania wpłynął na późniejsze projekty wysokich budynków i rozwój braced tubes oraz diagridów. John Hancock Center pokazuje, że forma wieżowca może być bezpośrednim rezultatem przepływu sił zamiast maską nałożoną na ukryty szkielet.
Duże X ograniczają także zjawisko shear lag
W idealnej cienkościennej rurze wszystkie kolumny po stronie nawietrznej i zawietrznej pracowałyby bardzo równomiernie. W rzeczywistym wieżowcu odkształcenia belek i połączeń powodują nierówny rozkład sił, nazywany shear lag. Wielkie przekątne Hancock Center pomagają rozprowadzać obciążenia między szeroko rozstawionymi kolumnami i sprawiają, że obwód zachowuje się bardziej jak jedna całość. To jeden z powodów, dla których system braced tube był tak efektywny: nie tylko zwiększał sztywność, ale poprawiał współpracę elementów znajdujących się daleko od siebie na fasadzie.
Rozstaw kolumn stał się większy
Jedną z praktycznych zalet diagonalized tube był większy rozstaw słupów na elewacji niż w starszych systemach rurowych z gęstymi kolumnami. Pozwalało to uzyskać większe okna i bardziej elastyczne wnętrza. Efektywność konstrukcyjna nie była więc wyłącznie oszczędnością stali; przekładała się również na jakość przestrzeni użytkowej.