fot. Wilz12345, wikimedia, CC 2.0

Studenci zapobiegli tragedii. Wieżowiec Citigroup Center w NYC mógł runąć

Biurowiec Citigroup Center miał być innowacją inżynieryjną na rynku wysokościowców. Wysoki na 279 m wieżowiec, jako jeden z pierwszych w mieście posiadał eliminator drgań zlokalizowany na dachu. Oparcie budynku na czterech słupach wywierało wrażenie na mieszkańcach. Niestety ich ułożenie i błąd w obliczeniach prawie doprowadziły do katastrofy. Tragedii udało się uniknąć dzięki czujności dwóch studentów architektury i inżynierii.

Kościelne negocjacje

Jeszcze na początku XX w. na działce przy Lexington Avenue stał kościół luterański pw. św. Piotra. W latach 60. wspólnota kościoła borykała się z problemami finansowymi, co skłoniło radę do sprzedania działki. Negocjacje w tej sprawie trwały kilka lat. Kościół domagał się utworzenia nowego, oddzielnego od wieżowca obiektu, w którym będzie mógł kontynuować działalność. Ten warunek został spełniony przez dewelopera, jednak obecny kościół w niczym nie przypomina dawnego.

Bank Citi zlecił zadanie zaprojektowania wieżowca firmie Hugh Stubbins & Associates. Z kolei kwestie inżynieryjne powierzono Williamowi LeMessurierowi. Projekt składa się z wieżowca, kościoła, ogólnodostępnej przestrzeni pod poziomem ulicy i małej architektury. Najważniejszym elementem jest oczywiście wieżowiec. 46 pięter budynku wyróżnia przede wszystkim polerowane i anodowane aluminium. Pomiędzy panelami znajdują się rzędy okien. Fasada nie jest skomplikowana. Tego samego nie można powiedzieć o dachu i podstawie budynku.

Kolos na glinianych nogach

Wizualnie konstrukcja opiera się na czterech słupach rozłożonych pośrodku każdego z boków kwadratu. Oznacza to, że przestrzeń na rogach jest pusta. Waga wieżowca została rozłożona na zewnętrzny szkielet. Konkretnie na schowaną pod elewacją siatkę ram w kształcie trójkąta. Co ciekawe, konstrukcja jest widoczna od wewnątrz. Elementy nie zostały w pełni zespawane, a jedynie przymocowane złączami śrubowymi. Tak zaprojektowany stalowy szkielet miał wytrzymać wiatry wiejące prostopadle. Według inżynierów inne typy wiatrów nie powinny stanowić zagrożenia. Zresztą regulacje miejskie nie wymagały uwzględniania innych podmuchów powietrza przy projektowaniu.

Górna część ściętego dachu przypomina trójkąt równoramienny. Pierwotny plan zakładał wybudowanie tarasów i apartamentów na dachu, jednak z czasem architekci zdecydowali się na zamontowanie dużych paneli solarnych. LeMessurier będący profesorem i absolwentem Massachusetts Institute of Technology przeprowadził serię testów sprawdzających wydajność paneli. Okazało się, że energia przetwarzana przez instalację jest niewystarczająca. Finalnie zrezygnowano z tej małej elektrowni słonecznej.

Ciekawy kształt dachu wyróżnia się na tle innych wieżowców. Wysoka na 49 metrów ściana aluminium skrywa istotny mechanizm. Citigroup Center posiada jeden z pierwszych strojnych tłumików masowych (ang. tuned mass damper). Jest to ważąca 360 ton betonowa kula, osadzona w oleju. W trakcie drgań podłoża lub wiatrów poruszających budynkiem mechanizm odchyla się w przeciwną stronę do przechylenia budynku. Równoważenie kołysań odbywa się przy użyciu hydraulicznych ramion, trzymających kulę. Dzięki temu rozwiązaniu wieżowiec jest w stanie „utrzymać równowagę”.

Na działce znalazło się miejsce dla niewielkiego kościoła św. Piotra i ogólnodostępnej przestrzeni z ławkami i zielenią. Kościół przypomina duży głaz ze szklaną wnęką. Za słupami skrywa się przestrzeń lobby. Wieżowiec połączony jest z kościołem poprzez szklany most.

Kryzys inżynieryjny

Nowy Jork jest stanem, w którym huragany, pokroju tych z Nowego Orleanu, są raczej rzadkim zjawiskiem. Co jednak gdyby raz na 55 lat wiatr w NYC wiałby z prędkością 110 km/h? Nie dość, że takie zjawisko zachodzi w przyrodzie, to jeszcze takie wiatry potrafią wiać z różnych kierunków. Citigroup Center otwarto w 1977 r., a już rok później okazało się, że wieżowiec może mieć poważną wadę konstrukcyjną.

Właśnie w czerwcu 1978 r. studentka inżynierii na prestiżowym Princeton University badała konstrukcję Citigroup Center na potrzebę swojej pracy dyplomowej. Diane Hartley dokonała pewnych obliczeń obciążenia budynku podczas wiatru. Następnie zestawiła je z obliczeniami firmy LeMessuriera i okazało się, że dane inżynierów budynku są błędne. Studentka poprosiła o przesłanie dokładnych obliczeń dotyczących obciążeń przy różnych typach wiatru. Otrzymała jedynie dane związane z wiatrami prostopadłymi. Mimo dalszych zapytań, Hartley spotkała się tylko z zapewnieniami firmy o solidności konstrukcji.

Naszkicowany szkielet wieżowca, fot. Andrew Moore, wikimedia, CC 2.0

Jeszcze w tym samym miesiącu do LeMessuriera zadzwonił inny student, tym razem z wydziału architektury na New Jersey Institute of Technology w Newark. Lee DeCarolis przekonał LeMessuriera do przeprowadzenia ponownych obliczeń. Dosyć szybko okazało się, że przy wiatrach wiejących na ukos, maksymalne obciążenie stalowych trójkątów zostaje przekroczone o 40 proc. W przypadku śrub łączących konstrukcje można mówić o jeszcze większym przeciążeniu. Kolejne testy przeprowadzone na jednej z uczelni w kanadyjskim Ontario wykazały, że ukośny wiatr może spowodować jeszcze większe przeciążenia niż zakładano. Dodatkowo strojony tłumik masowy nie byłby w stanie kontrować tak dużej siły. Tym bardziej że do jego pełnego działania potrzebne było stałe zasilanie prądem. Przerażony inżynier wrócił do domu i pogrążył się w depresji.

„Rutynowe naprawy”

Po dłuższej chwili LeMessurier otrząsnął się z ciemnych myśli i zaczął działać. Skontaktował się z prawnikami i innymi specjalistami, w celu uzgodnienia procesu naprawy swojej pomyłki. Już w sierpniu robotnicy przystąpili do spawania. Zadanie polegało na przyspawaniu grubych na 5.1 cm stalowych płytek, które przykryłyby śruby. Stale sprawdzano integralność słupów i całego szkieletu. Dodatkowo betonowa kula na dachu została zabezpieczona w kwestii dostępu do źródeł energii.

Pracownicy biur mogli nawet nie wiedzieć o zagrożeniu. Prace przeprowadzano wieczorem, w ramach „rutynowych napraw”. Co prawda, miasto przygotowało plan ewakuacji tej części Manhattanu w razie zagrożenia zawalenia, ale nie został on ogłoszony. W środku prac do miasta zaczął zbliżać się huragan Ella. Burza ominęła miasto, a naprawa budynku została ukończona w październiku.

O całym zajściu nie napisano w prasie. Nie chodzi tu jednak o intrygę LeMessuriera, a strajk dziennikarzy z trzech największych redakcji Nowego Jorku. Dopiero w 1995 r. artykuł dla „The New Yorker” nakreślił sprawę sprzed prawie dwudziestu lat. Architekci i inżynierowie Citigroup Center nie ponieśli jednak konsekwencji prawnych ze względu na naprawienie swoich błędów. Koszt przeprowadzonych zmian wyniósł kilka milionów dolarów. Tę kwotę pokryto z ubezpieczenia firmowego. Według nowych wyliczeń wiatr mogący poważnie zaszkodzić budynkowi występuje co 700 lat.

Bohater czy lekkoduch?

Dopiero w 2011 r. ujawniono tożsamość dwójki studentów, którzy wyrazili swoje wątpliwości względem projektu. LeMessurier uważany jest za bohatera, który przyznał się do błędu i przeszedł do jego naprawienia. Z drugiej strony niedopatrzenia inżyniera wynikały z jego przesadnej pewności siebie. Tak innowacyjna i ryzykowna konstrukcja nie została dokładnie sprawdzona pod każdym kątem. Z jednej strony utajnienie planów ewakuacji okolicy pomogło zniwelować panikę mieszkańców. Z drugiej zaś tajność ograniczyła możliwość realizacji planu. Ta historia to istotny przykład niewybaczalnych praw fizyki i natury, które nie tolerują ludzkiej nieuwagi.

Źródło: Dlubal

Czytaj też: Architektura | Biurowiec | Wieżowiec | Miasto | Stany Zjednoczone | Nowy Jork | Ciekawostki | whiteMAD na Instagramie

Najpopularniejsze

najczęściej czytane artykuły