Arranha-céu

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Antecedentes

Não há uma definição precisa de quantos andares ou que altura faz de um edifício um arranha-céu. "Não acho que seja o número de andares que você tem. Acho que é a atitude", disse o arquiteto T. J. Gottesdiener ao Christian Science Monitor. Gottesdiener, um sócio da empresa Skidmore, Owings &Merrill, projetistas de vários edifícios altos, incluindo a Sears Tower em Chicago, Illinois, continuou:"O que é um arranha-céu? É qualquer coisa que o faz parar, ficar de pé, esticar o pescoço e olhe para cima. "

Alguns observadores aplicam a palavra "arranha-céu" a edifícios de pelo menos 20 andares. Outros reservam o prazo para estruturas de pelo menos 50 andares. Mas é amplamente aceito que um arranha-céu se encaixa em edifícios com 100 ou mais andares. Com 102 andares, a altura ocupada do Empire State Building em Nova York chega a 1.224 pés (373 m), e sua torre, que é a parte cônica no topo do telhado de um edifício, se eleva outros 230 pés (70 m). Apenas 25 edifícios em todo o mundo têm mais de 1.000 pés (300 m), contando suas torres, mas não as antenas se elevam acima deles.

A estrutura independente mais alta do mundo é a CN Tower em Toronto, Canadá, que atinge uma altura de 1.815 pés (553 m); construída para suportar uma antena de televisão, a torre não foi projetada para ocupação humana, exceto para um restaurante e um deck de observação situado a 1.100 pés (335 m). A estrutura ocupada mais alta do mundo são as Petronas Twin Towers em Kuala Lumpur, Malásia, que atingem uma altura de 1.483 pés (452 ​​m), incluindo torres. A Sears Tower em Chicago ostenta o nível ocupado mais alto; o telhado de seu 110º andar tem 1.453 pés (443 m).

De certa forma, edifícios superaltos não são práticos. É mais barato construir dois edifícios de meia altura do que um muito alto. Os desenvolvedores devem encontrar inquilinos para grandes quantidades de espaço em um local; por exemplo, a Sears Tower abrange 4,5 milhões de pés quadrados (415.000 metros quadrados). Por outro lado, os incorporadores em cidades populosas devem fazer o uso mais completo possível das quantidades limitadas de terras disponíveis. No entanto, a decisão de construir um edifício muito alto geralmente não se baseia na economia, mas no desejo de atrair a atenção e ganhar prestígio.

História

Vários avanços tecnológicos ocorreram no final do século XIX que se combinaram para tornar possível o projeto e a construção de arranha-céus. Entre eles estavam a capacidade de produzir aço em massa, a invenção de elevadores seguros e eficientes e o desenvolvimento de técnicas aprimoradas para medir e analisar cargas e tensões estruturais. Durante as décadas de 1920 e 1930, o desenvolvimento dos arranha-céus foi estimulado pela invenção da soldagem a arco elétrico e lâmpadas fluorescentes (sua luz forte permitia que as pessoas trabalhassem mais longe das janelas e gerava menos calor do que as lâmpadas incandescentes).

Tradicionalmente, as paredes de um edifício sustentavam a estrutura; quanto mais alta a estrutura, mais grossas as paredes deveriam ser. Um edifício de 16 andares construído em Chicago em 1891 tinha paredes de 1,8 m de espessura na base. A necessidade de paredes muito grossas foi eliminada com a invenção da construção em estrutura de aço, na qual um esqueleto de aço rígido suporta o peso do edifício e as paredes externas são simplesmente penduradas na estrutura quase como cortinas. O primeiro edifício a usar este projeto foi o Edifício da Companhia de Seguros de Domicílios de 10 andares, construído em Chicago em 1885.

O Edifício Woolworth de 792 pés (242 m) de altura, erguido na cidade de Nova York em 1913, combinou pela primeira vez todos os componentes de um verdadeiro arranha-céu. Seu esqueleto de aço se erguia de uma fundação apoiada em pilares de concreto que se estendiam até a rocha (uma camada de rocha sólida forte o suficiente para suportar o edifício), sua estrutura era reforçada para resistir às forças esperadas do vento e seus elevadores de alta velocidade forneciam tanto local quanto serviço expresso para seus 60 andares.

Em 1931, o Empire State Building se ergueu na cidade de Nova York como um ponto de exclamação de 381 m. Ele permaneceria sendo o prédio de escritórios mais alto do mundo por 41 anos. Em 2000, apenas seis outros edifícios no mundo ultrapassariam sua altura.

Matérias-primas

O concreto armado é um componente importante dos arranha-céus. Consiste em concreto (uma mistura de água, pó de cimento e agregado composto de cascalho ou areia) despejado em torno de uma grade de barras de aço (chamada vergalhão) que fortalecerá o concreto seco contra o movimento de flexão causado pelo vento. O concreto é inerentemente forte sob forças de compressão; no entanto, o enorme peso projetado das Torres Petronas levou os projetistas a especificar um novo tipo de concreto que era mais de duas vezes mais resistente do que o normal. Este material de alta resistência foi obtido pela adição de partículas muito finas aos ingredientes de concreto usuais; o aumento da área de superfície dessas minúsculas partículas produziu uma ligação mais forte.

A outra matéria-prima primária para a construção de arranha-céus é o aço, que é uma liga de ferro e carbono. Os edifícios próximos muitas vezes limitam a quantidade de espaço disponível para a atividade de construção e armazenamento de suprimentos, portanto, vigas de aço de tamanhos e formatos específicos são entregues no local exatamente quando são necessárias para a colocação. Antes da entrega, as vigas são revestidas com uma mistura de gesso e vermiculita (mica que foi expandida pelo calor para formar partículas semelhantes a esponjas) para protegê-los da corrosão e do calor. Depois que cada viga é soldada no lugar, as novas juntas são pulverizadas com o mesmo material de revestimento. Uma camada adicional de isolamento, como manta de fibra de vidro coberta com folha de alumínio, pode então ser envolvida em torno das vigas.

Para maximizar as melhores qualidades de concreto e aço, eles são freqüentemente usados ​​juntos na construção de arranha-céus. Por exemplo, uma coluna de suporte pode ser formada despejando concreto em torno de uma viga de aço.

Uma variedade de materiais são usados ​​para cobrir a estrutura do arranha-céu. Conhecidas como "revestimento", as folhas que formam as paredes externas podem ser constituídas por vidro, metais, como alumínio ou aço inoxidável, ou materiais de alvenaria, como granito, mármore ou calcário.

Design

Os engenheiros de projeto traduzem a visão do arquiteto do edifício em um plano detalhado que será estruturalmente sólido e possível de construir.

Projetar um edifício baixo envolve a criação de uma estrutura que suporte seu próprio peso (chamada de carga morta) e o peso das pessoas e móveis que ela conterá (a carga viva). Para um arranha-céu, a força lateral do vento afeta a estrutura mais do que o peso do edifício e seu conteúdo. O projetista deve garantir que o edifício não seja derrubado por um vento forte e também que não oscile o suficiente para causar desconforto físico ou emocional aos ocupantes.

Cada projeto de arranha-céu é único. Os principais elementos estruturais que podem ser usados ​​sozinhos ou em combinação incluem um esqueleto de aço escondido atrás de paredes de cortina não resistentes, um esqueleto de concreto armado que é preenchido com painéis de revestimento para formar as paredes externas, um núcleo de concreto central (coluna aberta ) grande o suficiente para conter poços de elevador e outros componentes mecânicos, e uma série de colunas de suporte em torno do perímetro do edifício que são conectadas por vigas horizontais umas às outras e ao núcleo.

Como cada projeto é inovador, os modelos de edifícios super altos propostos são testados em túneis de vento para determinar o efeito do vento forte sobre eles e também o efeito dos padrões de vento causados ​​pelo novo edifício nos edifícios circundantes. Se os testes mostrarem que o prédio vai balançar excessivamente com ventos fortes, Um exemplo de projeto de piso térreo de arranha-céu e 6 estrutura de construção. os designers podem adicionar dispositivos mecânicos que neutralizam ou restringem o movimento.

Além da superestrutura, os projetistas também devem planejar sistemas mecânicos apropriados, como elevadores que movem as pessoas de forma rápida e confortável, sistemas de circulação de ar e encanamento.

O processo de construção

Cada arranha-céu é uma estrutura única projetada para obedecer às restrições físicas impostas por fatores como geologia e clima, atender às necessidades dos inquilinos e satisfazer os objetivos estéticos do proprietário e do arquiteto. O processo de construção de cada edifício também é único. As etapas a seguir fornecem uma ideia geral das técnicas de construção mais comuns.

A subestrutura

• 1 A construção geralmente começa com a escavação de um fosso que conterá a fundação. A profundidade do poço depende da profundidade da rocha e de quantos níveis de subsolo o edifício terá. Para evitar o movimento do solo ao redor e vedar a entrada de água ao redor do local da fundação, uma parede de diafragma pode ser construída antes que a fossa seja cavada. Isso é feito cavando uma trincheira profunda e estreita ao redor do perímetro da cava planejada; conforme a trincheira é cavada, ela é preenchida com lama (argila aquosa) para evitar que suas paredes desmoronem. Quando uma seção da trincheira atinge a profundidade desejada, uma gaiola de aço de reforço é baixada para dentro dela. O concreto é então bombeado para a trincheira, deslocando a lama mais leve. A lama é recuperada e usada novamente em outras seções da trincheira.
• 2 Em alguns casos, os alicerces ficam próximos à superfície. O solo no topo da rocha é removido, e o suficiente da superfície da rocha é removida para formar uma plataforma plana e nivelada sobre a qual construir a fundação do edifício. As sapatas (orifícios nos quais as colunas de suporte do edifício podem ser ancoradas) são explodidas ou perfuradas na rocha. Colunas de aço ou concreto armado são colocadas nas sapatas.
• 3 Se o alicerce for muito profundo, as estacas (vigas verticais) são enterradas no solo até que fiquem embutidas no alicerce. Uma técnica envolve cravar estacas de aço no lugar, largando repetidamente um peso pesado em seu topo. Outra técnica envolve a perfuração de poços através do solo e na rocha, inserindo hastes de reforço de aço e, em seguida, preenchendo os poços com concreto.
  A. Parede de diafragma. B. Pé. C. Um tipo de fundação para um arranha-céu usa estacas de aço para fixar a fundação ao solo. D. O método de deslizamento para despejar concreto.
  
• 4 Uma plataforma de fundação de concreto armado é colocada no topo das colunas de suporte.

A superestrutura e núcleo

Uma vez que a construção de um arranha-céu está em andamento, o trabalho em várias fases da estrutura prossegue simultaneamente. Por exemplo, quando as colunas de suporte atingem vários andares de altura, os trabalhadores começam a construir andares para os andares mais baixos. À medida que as colunas ficam mais altas, as equipes de piso se movem para andares mais altos, e as equipes de acabamento começam a trabalhar nos níveis mais baixos. A sobreposição dessas fases não apenas torna o uso mais eficiente do tempo, mas também garante que a estrutura permaneça estável durante a construção.

• 5 Se colunas de aço e contraventamento forem usados ​​na construção, cada viga será içada até o lugar por um guindaste. Inicialmente, o guindaste fica no solo; mais tarde, ele pode ser posicionado no nível mais alto existente do próprio esqueleto de aço. Trabalhadores qualificados aparafusam ou soldam a extremidade da viga no lugar (rebites não são usados ​​desde os anos 1950). A viga é então envolvida com uma camisa isolante para evitar que sobreaqueça e seja enfraquecida em caso de incêndio. Como medida alternativa de proteção contra o calor em alguns edifícios, as vigas de aço consistem em tubos ocos; quando a superestrutura é concluída, os tubos são preenchidos com água, que circula continuamente durante toda a vida útil do edifício.
• 6 O concreto é frequentemente usado para construir o núcleo de um edifício e também pode ser usado para construir colunas de suporte. Uma técnica chamada "formação de deslizamento" é comumente usada. Formas de madeira com a forma desejada são fixadas a uma estrutura de aço, que é conectada a um macaco de escalada que agarra uma haste vertical. Os trabalhadores preparam uma seção de reforço de aço mais alta do que as formas de madeira. Em seguida, eles começam a derramar concreto nas formas. À medida que o concreto é despejado, o macaco trepante levanta lenta e continuamente a fôrma. A composição da mistura de concreto e a taxa de escalada são coordenadas de modo que o concreto na faixa inferior da forma tenha endurecido antes que a forma se eleve acima dele. Conforme o processo continua, os trabalhadores estendem a grade de aço de reforço que se estende acima da fôrma e adicionam extensões à haste vertical que o macaco de escalada agarra. Desta forma, todo o pilar de concreto é construído como um elemento vertical contínuo sem juntas.
• 7 Em um edifício de esqueleto de aço, os pisos são construídos nas camadas de contraventamento horizontal. Em outros projetos de construção, os pisos são suportados por vigas de aço horizontais fixadas ao núcleo do edifício e / ou colunas de suporte. Decks de aço (painéis de aço fino e corrugado) são colocados nas vigas e soldados no lugar. Uma camada de concreto, com cerca de 5-10 cm de espessura, é colocada no deck para completar o piso.

O Empire State Building.

O Empire State Building tinha como objetivo encerrar a competição pelo prédio mais alto. Era uma torre de 102 andares, 1.250 pés (381 m) acima das ruas de Manhattan. Seus desenvolvedores, John J. Raskob e Pierre Samuel Du Pont, junto com o ex-governador de Nova York Alfred E. Smith, anunciaram em agosto de 1929 sua intenção de construir o edifício mais alto do mundo. Eles escolheram a firma de construção Starrett Brothers and Eken, e a firma de arquitetura Shreve, Lamb e Harmon para o projeto com William F. Lamb como designer-chefe. Ele está afastado da rua acima do quinto andar e, em seguida, sobe sem interrupções por mais de 1.000 pés (305 m) até o 86º andar. O exterior é de calcário e granito e colunas verticais de liga de cromo-níquel-aço estendem-se do sexto andar ao topo. O prédio continha 67 elevadores e 6.500 janelas de vidro, encimados por um mastro de atracação de 200 pés (61 m) para dirigíveis.

O Empire State Building foi concluído em 11 de abril de 1931, 12 dias antes do previsto e inaugurado oficialmente em 1º de maio de 1931. O edifício ganhou seu lugar na história como o edifício mais alto já construído, mantendo este título por mais de 40 anos. Somente em 1972, quando as torres gêmeas de 411 m de altura do World Trade Center foram concluídas, que o Empire State Building foi ultrapassado em altura. O World Trade Center, por sua vez, foi superado em 1974 pela Sears Tower em Chicago, que com 1.453 pés (443 mj) se tornou o edifício mais alto do mundo.

O exterior

• 8 Na maioria dos edifícios altos, o peso da estrutura e seu conteúdo é suportado pelas colunas de suporte e pelo núcleo do edifício. As próprias paredes externas apenas encerram a estrutura. Eles são construídos anexando painéis de materiais como vidro, metal e pedra à estrutura do edifício. Uma técnica comum é aparafusá-los a suportes angulares presos a lajes de piso ou colunas de suporte.

Acabamento

• 9 Quando uma história do edifício foi cercada por paredes externas, ela está pronta para o acabamento interno. Isso inclui a instalação de elementos como fios elétricos, fios telefônicos, encanamentos, paredes internas, painéis de teto, louças sanitárias, luminárias e sistemas de sprinklers para controle de incêndio. Também inclui a instalação de componentes mecânicos como elevadores e sistemas de circulação de ar, resfriamento e aquecimento.
• 10 Quando toda a superestrutura estiver concluída, o topo do edifício é terminado com a instalação de um telhado. Ele pode ser construído como um piso e, em seguida, impermeabilizado com uma camada de borracha ou plástico antes de ser coberto com uma atraente camada de ladrilhos ou metal resistente às intempéries.

Controle de qualidade

Vários fatores são levados em consideração ao garantir o controle de qualidade. Devido à grande escala dos arranha-céus, um pequeno erro de posicionamento na base será ampliado quando estendido até o telhado. Além dos instrumentos de levantamento normais, dispositivos incomuns como sensores de sistema de posicionamento global (GPS) e miras de bomba de aeronaves podem ser usados ​​para verificar a colocação e alinhamento de membros estruturais.

Sensores de solo ao redor do canteiro de obras são usados ​​para detectar qualquer movimento inesperado de terra causado pela atividade de construção.

Subprodutos / resíduos

A escavação do poço da fundação e dos níveis do subsolo exige a remoção de enormes quantidades de sujeira. Quando as torres do World Trade Center de 110 andares foram construídas em Nova York no início dos anos 1970, mais de 1 milhão de jardas cúbicas (765.000 metros cúbicos) de solo e rocha foram removidos e despejados no rio Hudson para criar 23,5 acres (95.100 metros quadrados) ) de um novo terreno, no qual outro arranha-céu foi posteriormente construído.

O Futuro

Planos foram desenvolvidos para vários novos arranha-céus que quebrariam os recordes de altura existentes. Por exemplo, um edifício de 108 andares na 7 South Dearborn Street em Chicago, com previsão de conclusão em 2004, terá 1.550 pés (473 m) de altura. Ele fornecerá 43 acres (174.000 metros quadrados) de espaço fechado em um lote de apenas 61 metros quadrados.

Em 1956, o arquiteto americano Frank Lloyd Wright anunciou planos para um arranha-céu com 1,6 km de altura, no qual 100.000 pessoas poderiam trabalhar. Em 1991, outro arquiteto americano, Dr. Eugene Tsui, projetou um edifício de 3.220 m de altura que proporcionaria espaço para morar, trabalhar e recreação para 1.000.000 de pessoas. Embora tais edifícios possam ser teoricamente construídos, eles são atualmente impraticáveis. Por exemplo, os níveis de conforto humano limitam as velocidades do elevador a não mais do que 3.000 pés / min (915 m / min). Para acomodar as 100.000 pessoas que trabalham na estrutura proposta de Wright, o número de poços de elevador teria ocupado uma parte muito grande da área do edifício.

Melhorias na tecnologia de elevadores serão importantes para projetos de arranha-céus futuros. Carros elevadores autopropelidos e sem cabos que se movem horizontalmente, bem como verticalmente, foram propostos, mas ainda estão em desenvolvimento. Os sistemas computadorizados de despacho de automóveis usando lógica difusa podem ser refinados para transportar pessoas com mais eficiência agrupando passageiros cujos destinos estão próximos uns dos outros.