Ild og stål sendte husene til himmels

828 meter stål- og glassfasade troner opp over Dubais ørkensand. Men verdens høyeste bygning, Burj Khalifa, ville aldri ha blitt bygget hvis ikke det hadde vært for fire kvikke hoder og en destruktiv brann.

828 meter stål- og glassfasade troner opp over Dubais ørkensand. Men verdens høyeste bygning, Burj Khalifa, ville aldri ha blitt bygget hvis ikke det hadde vært for fire kvikke hoder og en destruktiv brann.

Shutterstock

Kanskje var det kua som veltet lanternen, kanskje en av mennene som spilte kort. Ingen vet akkurat hva som skjedde da et ildhelvete i 1871 brøt løs i låven hos O’Learys og raskt spredte seg blant Chicagos knusktørre trebygninger.

«Stykker av brennende takplater, planker, takpapp og alt mulig annet kom susende gjennom luften som snø. Alt var røyk og gnister, og vinden samlet det hele tiden opp igjen og dannet store virvler av glødende kull. Alle byens tak og gater sto i flammer», skrev et øyenvitne.

300 menneskeliv gikk tapt, og 18 000 hus ble jevnet med jorden. Men opp av asken oppsto nye typer av bygninger – den ene høyere enn den andre.

En tredjedel av Chicagos innbyggere, noe som svarer til 90 000 mennesker, ble hjemløse under «Great Chicago Fire».

De moderne skyskraperne, med det svimlende 828 meter høye Burj Khalifa i Dubai som den ypperste representanten, har alle sine røtter i 1800-tallets Chicago – og i det utrettelige arbeidet til fire menn.

Fuglebur ga idé til stålskjelett

Da «Great Chicago Fire» døde ut 9. oktober 1871, vedtok bystyret i Chicago en hastelov: Nye bygninger skulle konstrueres av brannsikre materialer som murstein, marmor og kalkstein – dyre råvarer som de færreste private hadde råd til.

De tomme tomtene i Chicagos sentrum ble derfor overtatt av banker og store firmaer. Et av dem var forsikringsselskapet New York Home Insurance Company, som var ute etter et nytt hovedkvarter.

Selskapet utfordret de lokale arkitektene til å utvikle løsninger der hver etasje av bygningen ble badet i naturlig lys.

Utfordringen passet perfekt inn i William Le Baron Jenneys visjon. I stedet for å la stein bære bygningene ville den 39 år gamle arkitekten utnytte noen av tidens nyeste teknologi og blant annet reise et skjelett av metall.

Uavhengig av hverandre gjorde en mekaniker og tre ingeniører oppfinnelser som banet vei for gigantiske skyskrapere.

© Chicago History Museum/Getty Images

1. Jenney droppet bærende vegger

Den amerikanske bygningsingeniøren William Le Baron Jenney (1832–1907) fikk ideen til å bygge rundt et indre, bærende metallskjelett. Konstruksjonen erstattet tykkere og tyngre steinmurer og gjorde det mulig å bygge høyere.

© SPL/Ritzau Scanpix

2. Otis utviklet heisen

Uten heiser, ingen skyskrapere. Takket være en sikkerhetsmekanisme funnet opp av den amerikanske mekanikeren Elisha Graves Otis (1811–1861), ble heisen egnet til persontransport, slik at bygningene kunne få flere etasjer.

© Universal History Archives/Getty Images

3. Bessemer gjorde stål billig

Den britiske ingeniøren Henry Bessemer (1813–1898) utviklet en rask og billig metode til produksjon av stål. Metoden satte i gang stålindustrien, som var en forutsetning for at stadig høyere skyskrapere kunne skyte opp.

© fazlurrkhan.com

4. Khan lettet konstruksjonen

Bygningsingeniør Fazlur Rahman Khan (1929–1982) sendte utviklingen av skyskrapere opp i helt nye høyder da han fant opp en indre rørkonstruksjon som sparte på bygningsmaterialene og utnyttet kvadratmeterne enda bedre.

Ifølge en populær overlevering ble Jenney inspirert av et fuglebur hjemme i dagligstuen, som holdt formen til tross for at hans kone hadde plassert en tung bok på det.

Uansett inspirasjonskilde innså Jenney at en lignende konstruksjon av stål ville være så lett, sterk og fleksibel at han kunne bygge helt opp til tiende etasje.

Samtidig ville bygningen bli sterk nok til at store vinduer kunne legges til på alle sider og imøtekomme forsikringsselskapets ønske om dagslys.

Jenney vant anbudet, og verdens første skyskraper, Home Insurance Building, sto ferdig i 1885.

I 1891 fikk verdens første skyskraper, Home Insurance Building i Chicago, to ekstra etasjer, så den totale høyden ble 54,9 meter.

© Chicago History Museum/Getty Images

I New York var folk misunnelige på den sensasjonelt høye og lette bygningen. Fra 1840 til 1870 ble innbyggertallet tredoblet, og en måte å løse plassproblemene på, var å bygge høyere.

I 1889 godkjente myndighetene i New York Jenneys metallramme, og like etter ble den elleve etasjer høye Tower Building innviet.

En regulær kappestrid mellom særlig Chicago og New York tok fart. Ved århundreskiftet sto de første bygningene med 25–30 etasjer ferdige. Og derfra gikk det bare én vei: opp.

Stål strømmet ut av kjempeovner

Selve grunnlaget for skyskrapernes suksess ble skapt med nye metoder for å utvinne stål. Når råjern ble tilført de rette mengdene karbon, oppstår en legering som er uhyre sterk og fleksibel.

Før industrialiseringen var stålproduksjon en omstendelig prosess. Derfor var de første togskinnene og jernbanebroene bygget i støpejern. Men jernet inneholdt for mye karbon, slo sprekker og forårsaket ulykker.

For få bedre kontroll med mengden karbon i jernet søkte den britiske ingeniøren og oppfinneren Henry Bessemer i 1855 patent på en ny metode til produksjon av stål.

Bessemerprosessen foregikk i en kjempestor ovn som ble kalt en konverter, der råjernet fikk tilført en kraftig luftstrøm. Under høy varme reagerte oksygenet i luften med råjernets innhold av silisium, mangan og karbon, så femti meter høye stikkflammer av kullos brølte ut av toppen.

Når jernet var helt renset for urenheter, ble de rette mengdene av blant annet karbon tilsatt, alt etter hvor sterkt stålet skulle være.

I løpet av 1800-tallet satte industrialiseringen fart på masseproduksjonen av stål. Da trapper samtidig ble gjort overflødige, og et fleksibelt stålskjelett ble funnet opp, var kursen satt mot nye høyder.

© AKG/Ritzau Scanpix

1. Høy varme masseproduserte stål

Stålproduksjonen skjøt fart i 1855 da den såkalte konverteren ble funnet opp. Voldsom varme renset først råjernet for urenheter, før det ble tilsatt karbon, slik at stål oppsto. De sterkeste ståltypene inneholder 0,99 prosent karbon.

© Archive Photos/Getty Images

2. Heiser sendte folk i været

Heiser var livsfarlige og bare egnet til transport av varer. En ny sikkerhetsmekanisme – en metallstang som grep inn i hakk på hver side av heisen hvis kabelen røk – ble grunnlaget for persontransport.

© Chicago Archive

3. Stålskjelett fordelte vekten

Høye bygninger var tunge, for de krevde et stort fundament og stadig tykkere murer. Med et indre, lettere stålskjelett ble belastningen fordelt ut på bjelkene og pilarene, slik at bygninger kunne bli over ti etasjer høye.

Med Bessemer-prosessen kunne 15 tonn stål produseres på en time – tidligere tok det 14 dager – og jernbaneskinner, stålplater, bjelker og andre bygningsmaterialer strømmet ut av fabrikkene.

I 1860 var den globale produksjonen av stål 50 000 tonn, i 1870 var den tidoblet til 500 000 tonn – og i 1899 nådde tallet opp i 28 millioner tonn.

Ingen gidder å gå i trapper

I tillegg til stål utnyttet William Le Baron Jenney også en annen ny oppfinnelse og installerte en heis drevet av trykkluft i Home Insurance Building.

På midten av 1850-tallet hadde eiendommer maksimalt sju etasjer, ettersom antallet trapper folk måtte slepe seg opp, satte en naturlig grense for hvor høye bygningene kunne bli.

Vareheiser var velkjente, men uegnet til persontransport, for hvis kabelen røy, ville passasjerene falle rett i døden. Det endret seg da mekanikeren Elisha Graves Otis fra Vermont i 1853 fant opp en automatisk nødbremse.

Elisha Graves Otis teki hissistä turvallisen keksimällään automaattisella hätäjarrulla. Hän esitteli turvamekanismin New Yorkin maailmannäyttelyssä 1853.

Heisen til Otis var montert i en metallramme med innvendige tagger som på et tannhjul. På toppen av heisen satt en metallstang som ble utløst og satte seg på taggene i rammen hvis kabelen røk.

Elisha Graves Otis grunnla Otis Elevator Company, som blant annet leverte heiser til Eiffeltårnet og Empire State Building. Navnet står også på de 57 heisene som i dag suser lydløst opp og ned i Burj Khalifas 19 heissjakter med 36 kilometer i timen.

Ung mann vrengte bygninger

På 1960-tallet hadde skyskrapere med William Le Baron Jenneys indre metallskjelett skutt opp over det meste av kloden, men fordi stålskjelettets indre rør og bjelker tok opp en stor del av plassen, var kvadratmeterne dyre, og det var ikke lønnsomt å bygge høyere enn 300 meter. Det skulle en ung mann fra Bangladesh endre på.

Da den ingeniørutdannete Fazlur Rahman Khan ankom Chicago som 21-åring for å studere bygningskonstruksjon, hadde han aldri sett en skyskraper, men på rekordtid gjennomførte Khan utdannelsen og ble kjent for sin store oppfinnsomhet.

Khan vrengte Jenneys stålkonstruksjon og fant opp «rørstrukturen», der det massive, indre stålskjelett ble erstattet av en utvendig struktur som bar bygningen, kombinert med tverrgående stålbjelker som fordelte vekten.

John Hancock Center i Chicago var den første skyskraperen bygget etter den nye metoden. Da bygningen sto ferdig i 1969, var høyden 344 meter fordelt på 100 etasjer.

Khan fortsatte arbeidet og utviklet flere variasjoner over det rørformede designet. Den mest kjente er «bundet rørstruktur», som han brukte i det 447 meter høye Willis Tower, også kjent som Sears Tower, fra 1973.

Willis Tower er inspirert av sammenbuntede bambusrør og bygget opp av ni stolper som fordeler belastningen mellom seg. Bygningen var verdens høyeste i 25 år.

© SOM.com

Inspirert av en bunt bambusrør bygget Khan flere separate delstrukturer sammen for på den måten å fordele vind- og vektbelastningen på flere elementer. Willis Tower består for eksempel av ni firkantede stolper i ulik lengde, som deler de ulike kreftene – på fagspråket kaldt belastningen – mellom seg.

Rekordholder har katedralstøtte

Verdens høyeste bygning, Burj Khalifa, bygger på Khans ideer og består av flere rørformede deler som er forbundet. Men bygningen representerer også en ny utvikling. Fortidens oppfinnelser kan nemlig ikke overføres direkte til nye, høyere bygninger, for utfordringene vokser for hver etasje som legges til.

Derfor har ingeniørene som står bak Burj Khalifa utviklet en sekskantet kjernestruktur som bygningens egne Y-form støtter opp om. Prinsippet er litt det samme som i middelalderkatedralene, der strukturer på utsiden er med på å støtte indre hvelvinger og vinduer.

Strebebuer på utsiden av katedralene støtter opp om murene og er med på å fordele vekten av hvelvingene.

© Shutterstock

Forholdene i Dubai utgjorde også en helt spesiell utfordring under konstruksjonen av Burj Khalifa – særlig i høyden. Det tok 40 minutter og et voldsomt trykk, 206 kilo per kvadratcentimeter, å pumpe opp betong i 600 meters høyde, og på grunn av ørkenvarmen måtte ingeniørene blande is i betongen for å forhindre kjemiske reaksjoner som ville gjøre den svakere.

Vinden er den store utfordringen

I tillegg til varme er vinden en stor utfordring for Burj Khalifa. Allerede de første skyskraperne viste at det er viktig å ta høyde for vind når man bygger høyt.

Hvis vinden treffer store flater, beveger den seg både oppover og nedover langs bygningen. Rundt bygningenes skarpe hjørner danner den kraftige virvler som små tornadoer.

I byer med andre høye bygninger, smale gater og en kvadratisk byplan forsterkes vinden og danner vindtunneler i gatene med voldsomme vindhastigheter som kan kaste mennesker over ende. Det har skjedd i både London og New York.

Selv om en bygning kan svaie ganske mye uten at det er fare for at de raser sammen, blir folk inne i bygningen kvalme av å oppholde seg på gyngende gulv. Derfor arbeider ingeniørene for å begrense skyskrapernes bevegelser.

Grunnleggende handler det om å bryte og forvirre vinden. Burj Khalifas asymmetriske form, avrundede hjørner og ulike høyder på de ulike elementene er med på hele tiden at bryte vindens baner og dermed svekke den.

Designet gjør at bygningens maksimale svai på 1,5 meter ved toppen av spiret føles langsom og ikke resulterer i sjøsyke.

Kappløp er flyttet til Midtøsten

Burj Khalifa har holdt høyderekorden siden 2010, men Saudi-Arabia holder allerede på å bygge den neste rekordholderen, Kingdom Tower, som vil nærme seg den magiske grensen på 1000 meter.

Dubai har også planer om å bygge en enda høyere skyskraper enn Burj Khalifa med det 1400 meter høye Dubai Creek Tower.

1800-tallets kappløp mellom Chicago og New York har i dag flyttet seg til Den arabiske halvøy, og ifølge noen forskere er det i prinsippet mulig å bygge like høyt som Mount Everest, så lenge fundamentet er sterkt nok.

Det som begynte med en branntomt i Chicago, kan derfor ende med å kneise ni kilometer mot himmelen.

🎬 Se Burj Khalifa bli bygget meter for meter