どのくらいの高さまで建てることができますか? 未来の超高層ビルの建設材料と工法

多くの都市計画立案者は、2050 年までに 60 億人以上が都市に住むことになると予測しており、外側に建物を建てることができない場所では、人口密度の増加に追いつく唯一の方法は建物を建てることだけです。 より高い建物を建てるには常に多くの課題が伴い、また、建築会社が最大の建物に名を連ねるためのそれほど微妙な競争も伴います。 ある建物が世界で最も高い建物の一つに選ばれるのとほぼ同じ速さで、別の建物が設計段階に進み、数年後にはその称号を獲得します。 空には限界がありますが、これはプロジェクトの建設可能性にどのような影響を与えるのでしょうか?また、建設方法と材料のどのような偉業によって雲の中に構築することが可能になったのでしょうか?

まず、高層ビルを技術的に定義する方法を理解することが重要です。 高層建築物および都市居住環境評議会 (CTBUH) は、かなりの高さを達成する建築物の 2 つのサブグループを定義しています。 「超高層」の建物は高さが 300 メートル (984 フィート) 以上であると定義され、「超高層」の建物は少なくとも 600 メートル (1,968 フィート) の高さに達します。 現在のペースで、毎年少なくとも 1 棟の超高層ビルが完成しており、2020 年 6 月時点で 132 棟の超高層ビルが建設を完了しています。ブルジュ・ハリファは依然として世界で最も高い超高層ビルであり、高さは 2,722 フィート、つまり 0.5 マイル強です。 最近、マレーシアのムルデカ 118 が 8 年間の建設を経て完成しましたが、その寸法はブルジュ・ハリファよりわずか 500 フィート低いだけでした。 世界初の高さ1マイルの建物が今後30年以内に完成すると予測されており、高さ3,200フィートを超える建物という新たなトレンドももたらしている。

高層ビルには、あらゆる種類の機械的および構造的な問題が伴います。 ロビーから 200 階まで移動するとき、人々はエレベーターをどれくらい待ちますか? 巨大高層ビルは、予測できる自然力と予測できない自然力にどのように耐えられるのでしょうか? これらの問題の多くは、私たちがすでに慣れ親しんでいる最新の材料やシステムをハッキングし、革新的な建設業界をサポートするものを作成することで解決されます。

高層構造物を建設する際の主な問題の 1 つは、特に都市部では建物の設置面積とその周囲の面積が通常小さいため、建設資材を敷地の近くに配置できるかどうかです。 プレキャストパネルは保管できないため、終了した状態で現場に持ち込まれることが多いため、これによりフレーム部材の構築に問題が生じます。 しかし、多くの請負業者は現在、傾斜壁建設プロセスを使用しており、現場でパネルを注入して組み立て、クレーンを使用して所定の位置に持ち上げることができます。

超高層ビルも鋼鉄代替品に注目していますが、建物の高さが増すにつれて、その重量が重大な問題になります。 アルミニウムは、簡単な押し出し加工により軽量な代替品を提供し、ほぼすべてのファサード デザインのさまざまな形状に適合させることができます。 また、内部の構造要素からの応力や、急激な温度変化や地震による地震の混乱などの外力にもよく反応します。 カーボンファイバーもまた新しい素材で、これも軽量ですが、長いストランドが絡み合って織物のような構造を形成しているのが特徴です。 その結果、鋼鉄よりも大幅に強度が高く、衝撃荷重を受ける建物への導入が可能になります。 炭素繊維はすでにプレキャストコンクリート要素に導入されています。 従来のスチールメッシュの代わりにメッシュをコンクリート混合物に配置することにより、構造ユニットの総重量が減少し、安全に所定の位置に持ち上げて固定できるため、重要な構造的完全性が維持されます。

さらに将来を見据えたアイデアは、コンクリートの未来がどのようなものになるかということです。 コンクリートは何百年もの間、ほとんど変化せずに残っ​​ています。 耐久性は非常に高いものの、依然として主要な CO2 排出源であるため、多くの人が新しい代替品を求めています。 一部の研究者は、コンクリートの寿命を最大 200 年延ばすことができる石灰岩バクテリアを添加することで、亀裂を自ら修復する能力を持つバイオコンクリートを研究しています。 巨大な構造物の主要な構造要素として使用される可能性は低いように思われる木材ですら、鋼鉄に匹敵する強度を与える直交積層木材構造に新たな命を吹き込みつつあります。 木材の能力を実証するために、日本の設計会社である住友林業は最近、東京に高さ350メートルの木造建築物を建設する計画を明らかにした。 より高層の建物が目前に迫っており、建設資材と工法はこれらの高さ 1 マイルの夢を現実のものにできるよう急速に追いついています。

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編集者注:この記事はもともと 2022 年 8 月 9 日に公開されました。