Per molto tempo, ingegneri e architetti hanno speculato su quanto potrebbe essere alto in teoria un grattacielo. Frank Lloyd Wright, considerato il più grande architetto americano di tutti i tempi, progettò una torre alta 1 miglio (1.73 km), The Illinois. Questa torre doveva essere costruita a Chicago e aveva 528 piani. È stato progettato nel 1956 e probabilmente avrebbe potuto essere costruito in quel momento, ma con grandi spese.
I materiali strutturali non sono il principale fattore limitante dell’altezza dell’edificio. Gli edifici molto alti sono spesso sorprendentemente leggeri per le loro dimensioni; dopotutto, sono per lo più spazi vuoti. L’acciaio è abbastanza forte da supportare strutture di 6.2 miglia (10 km) o più alte, mentre i compositi avanzati potrebbero supportare edifici che raggiungono 62 miglia (100 km) o più.
Le tre limitazioni principali sull’altezza del grattacielo sono vento, ascensori e budget.
Una tabella dell’altitudine rispetto alla velocità massima del vento sembra vicina a quanto segue, per una giornata tranquilla in una zona temperata:
altitudine
Velocità massima del vento
2 km (1.24 mi)
Mph 22
4 km (2.28 mi)
Mph 56
6 km (4.52 mi)
Mph 90
8 km (4.97 mi)
Mph 134
10 km (6.21 mi)
Mph 179
12 km (7.46 mi)
Mph 200
Sopra un’altitudine di circa 7.45 miglia (12 km), il vento si calma. Degno di nota è anche che l’aria si assottiglia con l’aumentare della quota, diminuendo leggermente il carico dei venti intensi. In cima al Monte. L’Everest, a poco meno di 5.5 miglia (~9 km di altitudine), l’aria è circa quattro volte più rarefatta rispetto al livello del mare.
Per contrastare la forza del vento sui grattacieli di altezza superiore a circa 500 piedi (195 m) sono necessarie particolari caratteristiche di progettazione. Questi possono includere grandi contrappesi interni, realizzati in metallo o addirittura vasche d’acqua, che si spostano per ridistribuire il peso verso il centro dell’edificio. Anche gli edifici costituiti da più steli, come l’Empire State Building a New York e il Burj Khalifa negli Emirati Arabi Uniti, sono bravi a dissipare il vento.
I miglioramenti nella capacità portante del calcestruzzo hanno recentemente consentito l’uso di questa sostanza rigida come materiale da costruzione per edifici molto alti, offrendo lussi antivento non disponibili con il solo acciaio. Il Ryugyong Hotel in Corea del Nord, sebbene non sia mai stato terminato, sarebbe un esempio di utilizzo del cemento come materiale da costruzione per questo tipo di struttura. I problemi con il vento saranno certamente impegnativi, ma non irrisolvibili.
Il fattore ascensore è un’altra limitazione principale dell’altezza. Più l’edificio è alto, più persone ci vivono e lavorano e più spazio al piano terra deve essere utilizzato per gli ascensori. Questa sfida è stata affrontata con due strategie: utilizzare ascensori a due piani e utilizzare gli sky lobby come punti intermedi per i viaggiatori dell’ascensore. Utilizzando gli sky lobby e gli ascensori locali per piccole sezioni dell’edificio, una dozzina o più di ascensori potrebbero condividere un singolo vano, migliorando notevolmente l’efficienza. Per edifici molto alti di dimensioni superiori a 6,500 piedi (2 km) o giù di lì, potrebbe essere necessario utilizzare ascensori a più livelli, come gli ascensori a 5 piani. Altrimenti, l’intero piano terra è dominato da ascensori.
L’ultima limitazione principale alla dimensione del grattacielo è, ovviamente, il budget. Burj Khalifa, l’attuale edificio più alto del mondo con un’altezza di 2,717 piedi (828 m), costa circa $ 4 miliardi di dollari USA (USD). Supponendo che i costi si ridimensionano linearmente con l’aumento dell’altezza (un’ipotesi generosa), la costruzione di una struttura alta 6,500 piedi (2 km) potrebbe costare $ 10 miliardi di dollari. Questo è probabilmente intorno ai limiti di ciò che gli sviluppatori sarebbero disposti a spendere per un singolo progetto, anche se solo il tempo potrà dirlo.