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Fig. 16 - John Hancock Building, Boston, 1973 Fig. 17 - Citicorp Buiding, New York, 1977 esterna, a pianta quadrata di 63,5 m di lato, re un aspetto formale che accomuna questi consta di 59 pilastri vuoti per facciata, di 45 grattacieli: l’embrione dell’allontanamento cm di lato, collegati rigidamente a flessione dalla scatola di vetro razionalista della quarta generazione verso forme diversificate. con traversi orizzontali di piano; l’insieme delle colonne e dei traversi crea una parete John Hancock Center pone in atto per la Vierendel. I solai, in struttura mista acciaiocalcestruzzo, poggiano all’interno sulle co- variabile con l’altezza in virtù della rastre- prima volta una sezione uniformemente lonne di acciaio del nucleo, verso l’esterno mazione tronco-piramidale. Sears Tower sulla gabbia tubolare di facciata; sono realizzati mediante travi reticolari metalliche della sezione attraverso l’arretramento a realizza lo stesso principio della variabilità alte 90 cm, con passo di 2,04 m. gradoni della facciata. World Trade Center Il World Trade Center è il primo edificio alto utilizza per la prima volta angoli smussati della storia progettato sulla scorta di prove in galleria del vento. Esse dimostrano spigolo vivo. Sono tre dettagli che, incon- a 45° che sovvertono la concezione dello che il progetto iniziale, quantunque sicuro sapevolmente, collaborano in termini aerodinamici al successo del sistema strutturale nei riguardi degli stati limite ultimi, avrebbe comportato livelli di accelerazione ai adottato. piani alti non compatibili con la tollerabilità fisiologica degli occupanti. A questo si e l’ingegnere perseverano nella realizza- Accade per contro che, quando l’architetto pone rimedio distribuendo nell’organismo zione di spigoli vivi e diritti per realizzare strutturale di ogni torre 10.000 dissipatori strutture di altezza e soprattutto snellezza visco-elastici, 100 per piano, posti all’estremità dei controventi reticolari di piano. Essi vibratori macroscopici che inficiano la fun- elevate, essi vadano incontro a fenomeni danno luogo a un incremento medio dello zionalità delle loro opere. smorzamento pari a circa il 2 %. Il caso più eclatante riguarda la realizzazione di John Hancock Building (fig. 16) a Orbene, quasi abbagliati dalla bellezza e dalle innovazioni strutturali introdotte da Boston nel 1973, una costruzione di 241 m John Hancock Center, Sears Tower e World di altezza dotata di una pianta trapezoidale Trade Center, si corre il rischio di non rileva- allungata. Nel 1976, nel corso di una tempesta di vento, l’edificio subisce vibrazioni tanto elevate da causare il panico degli abitanti degli ultimi piani. Le cronache, evidentemente suggestionate dall’entità di un fenomeno comunque clamoroso, narrano addirittura di porte spalancate e di acqua traboccante dai sanitari. La struttura è evacuata e chiusa per due anni nel corso dei quali è sacrificato il 58° piano dell’edificio per alloggiarvi un enorme congegno passivo (tuned mass damper, TMD) costituito da due masse accordate di piombo, ciascuna di 300 tonnellate. Grazie alla loro disposizione, esse sono in grado di mitigare tanto le vibrazioni ortogonali al lato lungo quanto quelle torsionali. E’ la prima volta che il controllo passivo è applicato a un grattacielo, e ciò avviene per sanare una carenza progettuale. Il costo dell’operazione è pari a 15 milioni di dollari, circa 1/10 del costo totale dell’opera. E’ molto grave, oltre al danno economico, la perdita di immagine. La situazione muta profondamente verso la fine degli anni ’70, quando i grattacieli simbolici della quinta generazione [16] rimpiazzano i grattacieli razionalisti della quarta generazione ispirandosi a due nuove tendenze: il formalismo geometrico, dove l’immagine del grattacielo è legata alla sua forma volumetrica, e il formalismo storico, dove si impone la citazione agli stili architettonici del passato, soprattutto quelli classici. Nel processo di transizione dalla quarta alla quinta generazione le scatole di vetro prismatiche sono quindi sostituite da simboli geometrici e storici di forma necessariamente irregolare (figg. 17-19). L’ingegnere affronta la transizione verso forme più complesse, avvalendosi degli strumenti resi disponibili dall’evoluzione tecnologica, primi fra tutti il calcolatore elettronico e la galleria del vento. Si consola inoltre con la circostanza che l’altezza di questa nuova generazione di grattacieli inevitabilmente diminuisce. Mentre un tempo i campanili e le scatole di vetro potevano affermarsi solo attraverso l’altezza, i grattacieli simbolici si 56 4 COSTRUZIONI METALLICHE LUG AGO 09
impongono attraverso il ruolo prorompente della forma. Peraltro va detto che la riduzione dell’altezza non necessariamente comporta vantaggi nei riguardi della concezione e della realizzazione dell’organismo resistente. L’evoluzione dei grattacieli verso opere in alcuni casi dotate di elevata snellezza compensa e talvolta ribalta la situazione dando luogo a problemi strutturali anche molti complessi. Citicorp Building (fig. 17), realizzato a New York nel 1977, presenta una gamma quasi completa degli aspetti peculiari di questo periodo. Da un punto di vista architettonico introduce tre novità che lo collocano fra i precursori delle opere della quinta generazione: il coronamento ha il carattere del simbolo e, attraverso una sagoma autonoma, ripropone la cuspide come protagonista dello skyline cittadino; grazie agli angoli svuotati il basamento dà origine a un ampio spazio pubblico dove il tessuto cittadino si compenetra con il volume del grattacielo; il fusto è rivestito di alluminio brillante in sostituzione del modello per anni intoccabile della pelle di vetro. Da un punto di vista strutturale Citicorp Building possiede un’altezza contenuta, 278 m, controbilanciata da una snellezza molto pronunciata. Essa dà luogo a una nuova svolta epocale: per la prima volta il progetto di un grattacielo si avvale, sino dalla sua genesi, di un sistema di controllo passivo, o meglio semi-attivo, delle vibrazioni. Esso consiste in un gigantesco TMD realizzato mediante un blocco in cemento armato di 400 tonnellate, sorretto da 12 appoggi idrostatici ad attrito ridotto. L’accordo è realizzato mediante molle pneumatiche caricate ad azoto; la rigidezza e la frequenza sono regolabili meccanicamente. 4. FORMA STRUTTURALE E CONTROLLO AERODINAMICO L’avvento di forme strutturali tanto complesse e articolate crea una sorta di disagio nell’ingegnere strutturale ma suggerisce al ricercatore di ingegneria del Fig. 18 - Allied Bank Tower, Dallas, 1986 Fig. 20 - Schemi di modifica della forma degli spigoli degli edifici vento, nell’ultimo decennio del secondo millennio, un quesito che spalanca nuove prospettive dapprima allo studio poi alla realizzazione dei grattacieli: “è possibile che la forma degli edifici non abbia fini puramente estetici ma sia usata per mitigare le azioni aerodinamiche del vento” Nei riguardi di questo quesito si sviluppano dieci linee di ricerca in gran parte indipendenti che riguardano: a) la forma planimetrica; b) la forma degli spigoli; c) la forma della sommità; d) la variazione della sezione in elevazione; e) l’introduzione di porosità e aperture; f ) l’applicazione di eliche e costole; g) l’accoppiamento di edifici affiancati; h) il controllo attivo della forma; i) la protezione della pelle strutturale; l) la progettazione sostenibile e la produzione di energie rinnovabili. I primi otto temi si distinguono dagli ultimi due in quanto sono strettamente legati a problemi strutturali. Fig. 19 - Hong Kong and Shanghai Banking Corporation Headquarter, Hong Kong, 1986 a) Forma planimetrica All’inizio degli anni ’90 è ormai evidente che l’azione aerodinamica prevalente sugli edifici alti è la forza indotta dalla scia vorticosa ortogonalmente alla direzione del vento. In prima approssimazione essa può essere espressa mediante una legge armonica la cui ampiezza e la cui frequenza dipendono dalla forma planimetrica dell’edificio. Le prove in galleria del vento evidenziano una complessa correlazione fra i parametri di forma e i parametri meccanici. Si osserva ad esempio che nell’ambito delle strutture dotate di elevata rigidezza, quindi in regime di comportamento quasi-statico, le costruzioni a pianta quadrata subiscono cimenti maggiori di quelli propri degli edifici a pianta circolare. La situazione tende a rovesciarsi nel campo delle strutture flessibili, a causa della componente risonante della risposta. Simili considerazioni non bastano però a indirizzare la scelta architettonica della forma; 4 COSTRUZIONI METALLICHE LUG AGO 09 57
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