Рома Агравал - Built. Неизвестные истории известных зданий

Благодаря гравитации на все объекты, находящиеся на поверхности земли, действует предсказуемая сила растяжения. Инженер понимает ее природу и может спроектировать колонны, балки и фермы так, чтобы ей противостоять. Но есть и другие, не менее разрушительные, силы, которые не так просто свести к уравнению. Одной из них является ветер. Ветер случаен, изменчив, непредсказуем и на протяжении веков бросает вызов инженерам разных эпох, по-прежнему ставя им задачи, которые необходимо решать, если они хотят, чтобы их конструкции не развалились.

Большинство ферм состоят из небольших треугольников, но иногда в них есть и квадраты

Когда я была в Афинах, самым впечатляющим памятником для меня стала огромная белая мраморная восьмиугольная башня на Римской агоре к северу от Акрополя. Ее построил Андроник Киррский, македонский астроном, около 50 года до н. э. Башня ветров, или часы Андроника Киррского, служила часами с восемью солнечными циферблатами, водяными часами и флюгером. Прогуливаясь вокруг башни, я увидела, что на каждой из ее восьми граней наверху расположен рельеф, изображающий одного из восьми богов ветра, – крылатые фигуры, устремленные вперед с благосклонным либо суровым выражением лица, а иногда с амфорой или гирляндой цветов в руках. Первоначально на верхушке башни располагалась бронзовая статуя Тритона и выполняла функцию флюгера, указывая в сторону того бога, чей ветер дул в данный момент.

Эта башня – дань уважения римлян богам ветров, а также свидетельство их потенциально разрушительной силы. Римский мастер-строитель Марк Витрувий Поллион (р. в 80 г. до н. э.), которого иногда называют «первым архитектором», подробно рассказывает о важности учета ветра в строительстве в труде под названием «Об архитектуре» – фундаментальном десятитомном трактате о проектировании сооружений. В книге первой он называет четыре основных направления: Соланус (восток), Аустер (юг), Фавоний (запад), Септентрио (север) – и других четырех, расположенных между четырьмя основными ветрами.

Меня изумляет то, насколько глубоко римские инженеры понимали, как ветер по-разному воздействует на строения с разных направлений. Несмотря на то что тот способ, которым современные инженеры рассчитывают эти силы, гораздо сложнее, основы нашей работы высечены в скульптурах той восьмиугольной башни еще 2000 лет назад.

Ветер воздействует на строения по всей планете. Когда я работаю над конструкцией ниже 100 метров, я, как правило, пользуюсь картой ветров. В целом это погодная карта, на которой указана основная скорость ветра по всем направлениям в том или ином месте и которая формировалась за десятилетия измерений. Я беру основную скорость ветра и учитываю ее в ряду других измерений, которые показывают, например, как далеко это место расположено от моря, на какой высоте находится, а также рельеф окружающей местности (сколько вокруг холмов и других строений). Формулы объединяют все эти факторы, и я узнаю, по каким из 12 направлений (каждые 30 градусов окружности) и с какой силой ветер будет воздействовать на конструкцию – а это почти то же, что и восемь направлений, названных Витрувием и запечатленных в рельефах Башни ветров.

Но когда я проектирую более высокое здание, такое как небоскреб, – числовые значения силы ветра уже не действуют. Ветер не линеен: он не изменяется предсказуемым способом по мере набора высоты. Если попытаться экстраполировать имеющиеся данные для 100-метровых башен или использовать математические хитрости, чтобы подогнать цифры под башни высотой 300 метров, результаты будут нереалистичными. Вместо этого строение нужно испытать в аэродинамической трубе.

Часы Андроника Киррского (Башня ветров), построенные во II–I вв. до н. э. в Афинах, Греция

Когда я работала над проектом 40-этажной башни рядом с каналом Риджентс в Лондоне, я посетила один из таких объектов. Миниатюрный мир в аэродинамической трубе уже сам по себе настоящее чудо. В Милтон-Кинсе моделисты создали уменьшенную копию моего здания в масштабе 1 к 200. Кроме того, они создали уменьшенные копии всех остальных строений в этой местности, и весь макет расположился на поворотной платформе. Здания, окружающие мой проект, были очень важны для получения достоверных данных. Если бы моя башня располагалась посередине поля, то ветер воздействовал бы на нее напрямую и не встречал на пути никаких препятствий. Но в центре мегаполиса плотная застройка различными зданиями влияет на направление ветра и турбулентность, так что силы воздействуют на башню совершенно по-другому.

Я стояла за макетом своего здания и смотрела в «туннель» – длинную квадратную трубу с гладкими стенками – на огромный вентилятор по ту сторону. Вентилятор установили на ту скорость, с какой будет дуть ветер на здание в определенном направлении. Как только проверили кабели, подключенные к аппарату, и оперативники были готовы, вентилятор включили. Я вся сжалась, когда лопасти зажужжали, а на миниатюрный город передо мной обрушился вихрь холодного ветра и ударил мне прямо в лицо. Внутри модели моего здания были установлены тысячи сенсоров, которые определяли, какие силы сжатия и растяжения на них воздействуют, и эти данные передавались на компьютер. Платформу повернули на 15 градусов и весь процесс повторили снова. Таким образом система считала данные о ветрах с 24 разных направлений. За следующие несколько недель инженеры, работающие над проектом, структурировали эти данные и подготовили отчет. Я ввела полученные данные в компьютерную модель своего здания и протестировала его. Моя конструкция безоговорочно выдержала силы ветров, воздействующие на нее по всем направлениям.

Ветер может повредить строение в трех случаях. Во-первых, если над землей постройка слишком легкая, она может перевернуться, как дорожные конусы в грозу. Во-вторых, если почва слишком слабая, то из-за ветра здание может подвинуться и потонуть. Представьте яхту в ветреный день. Сила ветра толкает яхту по воде, и, если вы плывете под парусами, то это как раз то, что нужно. Но вы вряд ли захотите, чтобы из-за ветра подвинулось какое-нибудь здание или мост. Конечно, почва не настолько жидкая, как вода, так что во время грозы вряд ли вы увидите, как к вам плывет какой-нибудь дом (а если это все же произойдет, послушайте совет профессионала: бегите в другую сторону). Тем не менее почва продавливается и движется, и потому инженерам необходимо бросать якорь, то есть укладывать фундамент, чтобы здание осталось на своем месте.