Ehituskonstruktor Paavo Pikand: pilvelõhkujate kõrguse määravad reaalsed ehitustehnilised võimalused

Arhitektid ja arendajad kiikavad uljalt pilvede poole, ambitsioonikaimad neist julgevad mõelda maagilist tuhande meetri piiri ületavatele hoonetele. Teoreetiliselt võiks ilmselt Kuuni välja ehitada, praktikas see nii lihtne pole ja ei tea, kas selleks ka kunagi vajadus tekib. Kirjutas Inseneeria tegevtoimetaja Mari Kamps.

Projekteerimisbüroo Civen juhi ja peakonstruktori Paavo Pikandi arvates võib hooneid sõltuvalt olemasolevate materjalide omadustest ehitada nii kõrgeks kui kasutusel leiduvate materjalide ja kõrvade vahel oleva tarkusega on võimalik. Teine küsimus on aga muidugi see, mis on taolise ehitise eesmärk. „Kas selleks on äriprojekt või on see eraldivõetuna rekordipüstitus ehk naabritele ärategemine stiilis – mul on kõige ilusam, kõrgem, kallim. Ka võib olla põhjuseks maa vähesus ajal, mil majanduskeskkond nõuab uusi pindu. Lisaks on asukoht pool äri prestiižist,“ märkis ta.

Eestis tõeliste pilvelõhkujate projekteerimise ja ehitamise kogemust pole. Meil on kõrgeimaks ehitiseks Tallinna teletorn (312 meetrit), Tallinna City piirkonnas ulatuvad Tornimäe kaksiktornid 115 meetrini. Nii pompoosseid ärihooneid, nagu on ette näidata Aasias, Araabia riikidel ja Ameerikas, Eestis pole.

Pilvelõhkuja eeldab ülisoodsat majanduskeskkonda

Pikandi sõnul muutub kõrghoone planeerimise teema aktuaalseks, kui majanduskeskkond on mingis piirkonnas ülisoodne, kuna kõrghoone ehitamisel kerkib hind kõrguse kasvuga kiiremini kui lihtsalt korruste arv. „Ei saa võtta, et 10-korruseline maja maksab kaks korda nii palju kui 5-korruseline ühiku kohta, vaid seal on teatud astmed,“ selgitas ta.

Lisaks soodsale majanduskeskkonnale on vaja ka tõsist motivatsiooni, raha ning soovi seda juurde teenida ja muidugi ärilist edevust. Tegelikult võiks ka Läänemere äärde ehitada tõelisi pilvelõhkujaid. Peab leiduma inimeste kooslus, kes selle asja ette võtavad – insenere ja arhitekte saab palgata üle maailma. Enamasti on määravaks kasutatav finantsmudel. „Ehitamine toimub üks kord, kuid ülalpidamine koos kulude ja amortisatsiooniga on püsiartikkel. Kuna raha toodab raha, siis majanduslikus mõttes peab taoline äriprojekt toimima nii, et investorid jääksid plussi,“ rääkis Pikand. „Kliendid peaksid tahtma hoones olla ja soovima maksta seda raha, mida nende käest küsitakse.“

Tehnilises mõttes on lahendamist vajavate probleemide pakett suur. Meie piirkonnas on talvel tähtsaks kütte teema, Araabia maades aga jahutus. „Kõrghoonete puhul on oluline, et see peab olema 100 protsenti kontrollitud sisekliimaga süsteem – see on justkui pisike kosmoselaev. Kvalitatiivselt keerukaim süsteem on kõrghoonete puhul tulekindluse ja inimeste ohutuse tagamine,“ ütles Pikand.

Võitlus tuulega ja vundamendi ankurdamine

Cheopsi püramiid on kaasaegses mõistes kõrghoone (ligi 138 m), aga kuna ta on nii lai, siis keegi sellesse niimoodi ei suhtu. „See on üks ehe näide, et kui tuul puhub ja tahab maja ümber lükata ning kogu vundamendi alune pinnas on surutud, siis maja seisab oma kaaluga püsti nii nagu jonnipunngi,“ rääkis ta. „Selles mõttes võiks minna maja kõrgusega suhteliselt suurte numbriteni juhul, kui teeme maja alt pidevalt laiemaks.“

Kõrgustesse kerkides jõutakse ühel hetkel punkti, kus tuule puhudes võiks maja ümber minna. Ehk piltlikult öeldes – maja üks serv hakkab üles kerkima. „Sellisel juhul ankurdatakse suur massiivne vundament tõmbeankrutega (need on raudbetoonvaiad või sügavale pinnasesse aetud terasvaierid ehk tõmmid) nii, et kui torm puhkeb (tuule kiirus näiteks 30–40 m/s), siis need hoiavad maja teist serva kinni, tõmbavad teda justkui alla. See on üks kvalitatiivne punkt, millest tekib maja ruutmeetri oluline kallinemine,“ selgitas Pikand. Tallinnas on näiteks Tornimäe kaksiktornid selliselt ehitatud.

Üheks piiriks on kriteerium, kus maja karkassi tehnilise ülesehituse loogika muutub ehk kui jõuame nii kõrgele, et tuule dünaamika hakkab maja reaalselt kõigutama. „Pilliroog on mere ääres igavesti kõrge, peenike ja kena. Usun, et keegi ei suuda reaalselt tuule käes õõtsuvas majas kaua vastu pidada. Konstruktsioonide töötamine ja sõlmede pikaealisuse oleks eraldi probleemiks,“ arutles ehituskonstruktor.

Kuidas siis tuule mõju vähendada? „Kõige lihtsam oleks kuhjata karkassi piisavalt massi, mis peaks tegema maja võimalikult jäigaks, et see tuule käes tuntavalt ei kõiguks.“

Näiteks Ostankino (ligi 540 m) telemasti tipp teeb tuulega 5-meetriseid ringe, Pikandi kinnitusel ongi see nii rehkendatud. „Masti kuju on ideaalne kõrghoone kuju, mis läheb alt eksponentfunktsioonina laiaks, aga hoonete ehitusel pole see eriti realistlik, kuna seal on ruumi- ja pinnakasutus ning väljaehitamine omaette eesmärk.“

Maja reaalne kõikumine pole eriti suur probleem, kui hoone kõrgus on sadakond meetrit. „Kui see ulatub aga 300–400 meetrini, on võnkumiste vastu võimalik teha tasakaalustavaid masse, mis on kas arvutiga juhitavad või on seal mingid muud süsteemid, millega kogutakse välisandmeid tuulekiiruse ja -iilide sageduse kohta ja siis liigutatakse vastavalt sellele massi hoone sees (nt Singapuri Petronase kaksiktornid, kõrgus 452 m).“

Hinnahüpe ja teraskonstruktsioonid

Kuna süsteem on massiivne ja keeruline, siis kutsub see Pikandi sõnul esile järgmise hinnahüppe. „Jutt käib kõrgustest, kus on vaja dünaamilisi kompensatsioonisüsteeme, et maja võnkumist vähendada. Eesmärk on minimeerida reaalselt tajutavat õõtsumist. Sealt hakkavad ka ehitusmaterjalide omadused olulist mängu mängima – massid on suured, kaalude kontsentratsioonid võimsad, mis kõikidelt korrustelt kokku kogutakse ja mis maapinnale mõju avaldavad.“

Konstruktsioonide kujundamisel on olulised ja määravad ka seismika ning tuulekoormus. „Pole ju mõeldav teha maja, mille esimesel korrusel võtavad kolmandiku pinnast enda alla postid. Seal tulevad kõne alla ainult teraskonstruktsioonid – mida kõvem teras, seda parem. Terase puhul hakkavad mängima dünaamikaparameetrid, sest terase elastsusmoodul on konstant.“ Seal ristuvad aga majanduslik mõistlikkus ja tehnilised võimalused, kuigi põhimõtteliselt võiks ehitada lõpmatult kõrge maja, kui ka raha hulk on lõpmatult suur.

Kui hoonete kõrgused lähenevad tuhandele meetrile, siis konstruktsiooni puhul lisanduvad stabiliseerimissüsteemid. Teatud kõrguse juures ei saa konstruktsiooni enda muutmisega dünaamikat enam maha ja tuleb teha spetssüsteem. „Tähtsad on ainult kõrgtugevad materjalid, kuna ruumi pole majas raisata, sest konstruktsioon võtab ju ruutmeetreid vähemaks. Ja muidugi ehitamise tehnoloogia, mis määrab ära näiteks kraanade kasutamise. Kraanad pole ju sugugi nii kõrged kui ehitatav maja, vaid need ronivad mööda hoone külge ülesse.“

Kõrghoonete puhul on eriti huvitavad fassaadisüsteemid ja nende ehitamise metoodika. Need alluvad päikese, vihma, tuule, vee ja temperatuuri mõjudele. Lisaks maja enda deformatsioonid. „Kui maja liigutab end temperatuuri või tuule mõjul, siis fassaad peab purunemise vältimiseks olema piltlikult öeldes lahti nagu nahk koera seljas. Ehk sõlmedel peab olema deformatsioonitolerants tagamaks konstruktsiooni normaalne töö.“

Kõrghoonetel on tavaliselt üks jäik südamik, mis hoiab süsteemi püsti ja mis on ankurdatud suure vundamendi külge. Püsivundamendiga tornkraanasid 500 meetri kõrguste majade juures kindlasti ei kasutata, vaid ikka ronivaid kraanasid, mille kinnitumist maja jäiga südamiku külge saab lahendada mitmel viisil.

Neljakandiline või ümar pilvelõhkuja

Kõrghoonete kujudest on levinuim neljakandiline, kuna seal on ruumikasutus kõige efektiivsem (ka mööbel on peamiselt neljakandiline). Ehitamine on odavam, kuna sõlmede ja detailide puhul saab kasutada tavapäraseid lahendusi. Ringikujulise põhjapinnaga hooned on kindlasti arhitektuuriliselt efektsed, kuid kumera pinna katmisel muutuvad sõlmed kapriissemaks.
„Näiteks Londonis asub sigarikujuline hoone (The Gherkin ehk kurk, kõrgus 180 m), kus on suitsu ärastuseks fassaadis lahtikäivaid osi, ja milles kuuldavasti on läbijooksude ja fassaadiga probleeme olnud kogu aeg. Seal on kahes suunas murtud sõlmed, ilmselt ei osatud tollal kõiki probleeme ette näha,“ arutles Pikand.

Kõrghoonete puhul moodustub selgroog kommunikatsioonišahtidest, liftidest ja liftide vahele jäävatest aladest. Liftid muutuvad oluliseks ka evakuatsiooni korral. Näiteks Tallinnas Järvel asuva Delta Plaza südamikus on neli sümmeetriliselt paiknevat lifti.

Kõrghooned on ja jäävad riigi või regiooni jõukuse ning edukuse sümboliteks. Neid ehitatakse üha paremaid vastavalt ühisosale, mille majandusliku mõistlikkuse ruumis moodustavad inseneritarkus, materjalid ja tehniline võimekus.

Eesti pilvelõhkujate TOP10 ja näiteid maailmast tutvustasime detsembrikuu Inseneerias.