У Хорхе Луиса Борхеса есть рассказ «Письмена Бога» о маге пирамиды Кахолома, который сидя в тюрьме рассуждает о том, что «даже в человеческих наречиях нет предложения, которое не отражало бы всю вселенную целиком; сказать "тигр" — значит вспомнить о тиграх, его породивших, об оленях, которых он пожирал, о траве, которой питались олени, о земле, что была матерью травы, о небе, произведшем на свет землю».

Интересно развить эту тему взяв, например, небоскреб и попробовать разобрать его на части. Почему небоскребы появились только в ХХ веке и без каких открытий и изобретений их строительство было бы невозможно?


Начнем со стального каркаса. Это было революционное изобретение. До этого здания строились с несущими стенами — чем выше здание, тем толще должны быть стены внизу. Стальной каркас позволил распределить нагрузку на внутреннюю металлическую структуру и сделать стены лишь "навесными" оболочками. Это позволило строить значительно выше без чудовищного утолщения стен. Без стальных балок невозможен был бы ни каркас, ни лифтовые шахты.

Но до изобретения бессемеровского процесса производства стали (1856 год) никому бы даже в голову не пришло строить здания из стали, настолько дорогой она была — во много раз дороже обычного железа (напомню, что даже XIX веке старые деревянные дома сжигали только для того, чтобы потом достать из пепла железные гвозди). Процесс производства стали был крайне трудоемким — железо многократно нагревали и проковывали. Это требовало огромного количества древесного угля и высококвалифицированного труда кузнецов. В Англии середины XVIII века чугун стоил около 7-8 фунтов стерлингов, кованое железо до 20 фунтов, а сталь до 200 фунтов за тонну. Для сравнения — годовой заработок квалифицированного рабочего составлял тогда около 30-50 фунтов.

Уже была изобретена обычная заклепка — быстрое, дешевое и надежное механическое соединение. А с 1930-х годов начали применять электросварку — более прочную технологию соединения металлических конструкций.

Изобретение железобетона (конец XIX века). Комбинация бетона и стальной арматуры создала очень прочный материал, который был устойчив к огню, дешев и технологичен. Сочетание железа с бетоном оказалось исключительно удачным потому, что у них одинаков коэффициент теплового расширения — на нагревание и охлаждение материалы реагируют одинаково. В противном случае бетон начинал бы крошиться изнутри. Бетон с железом дополняют друг друга своими основными качествами — бетон выдерживает огромные нагрузки на сжатие, а сталь — на растяжение.

В 1854 году Элиша Отис придумал безопасный пассажирский лифт с системой аварийных тормозов, которая останавливала кабину при обрыве троса. Это сделало лифты безопасными и практичными для высотных зданий. Без лифта небоскребы бессмысленны — никто не будет подниматься пешком на шестидесятый этаж.

Произошла революция в производстве листового стекла. Ранее стеклодув выдувал стекло на трубке. Потом появилось цилиндрическое стекло — выдували цилиндр, разрезали вдоль и расплющивали. Это давало стекло только небольшого размера. В середине XIX века расплавленное стекло выливали на металлический стол и прокатывали валиками. Но поверхность была неровной и мутной и требовалась дорогая шлифовка и полировка. И только в начале ХХ века научились быстро и дешево производить листовое стекло стандартизированных размеров и толщин. Плюс к этому было изобретено закаленное стекло в несколько раз прочнее обычного.

Очень кстати подоспело и электричество, которое невероятно упростило работу лифтов и освещение внутренних помещений (особенно удаленных от окон). Без электричества были бы серьезные проблемы с коммуникацией и с противопожарными устройствами (спринклерные системы).

Особо отмечу кондиционер. Технологий по охлаждению воздуха за тысячелетия человеческой истории было придумано множество. Но современный кондиционер (1902 год) был придуман из-за того, что людям нравились цветные картинки в книгах. А цветные картинки в типографиях печатали в несколько прогонов — каждый раз с новой краской. При этом возникала серьезная проблема — даже при небольшом изменении влажности бумага немного растягивалась и печатники все время «не попадали в цвет». И кондиционер был сделан не для создания приятной прохлады работникам, а для борьбы с влажностью. Без кондиционеров здание с огромными окнами превратилось бы летом в душегубку. Добавлю, что кондиционеры полностью отменили необходимость в климатически-адаптивной архитектуре (жаркий климат = жалюзи, навесы или маленькие окошки) и сделали возможным массовое заселение жарких стран.

Для небоскребов нужны были принципиально иные системы водоснабжения. Нужны были мощные насосы для подъема воды на большую высоту и системы канализации, работающие в высотных условиях (гравитационные системы на больших высотах неэффективны). Напомню, что изначально паровые машины предназначались для откачки воды из шахт.

Было придумано и механизированное строительное оборудование. Бетононасосы для подачи бетона наверх и строительные подъемники для рабочих и материалов. А также башенные краны для подъема материалов на большую высоту. Потом их стали ставить внутри здания, которое само поднимало себя. А «дырку» под кран оставляли для будущих лифтов.

Произошла настоящая революция в производстве фундаментов. Например, Пизанская башня начала крениться еще при строительстве (XII век) — она стоит на слабом глинистом грунте. А небоскреб весом в сотни тысяч тонн создает колоссальное давление на грунт. Например, Empire State Building весит около 365 000 тонн. Но Нью-Йорку повезло — Манхэттен построен на гранитной скале (в том числе и поэтому там так много небоскребов). А например Burj Khalifa весит около 500 000 тонн (это вес пяти атомных авианосцев США) и под него забили на глубину в 50 метров две сотни свай диаметром 1,5 метра каждая.

А есть очень остроумное решение — компенсированный фундамент. Вырыть котлован настолько глубокий, чтобы вес вынутого грунта был бы равен весу здания. Тогда "с точки зрения грунта" здание ничего не весит. В Мехико-сити (город стоит на осушенном озере, очень слабые грунты) — многие небоскребы используют этот метод

p.s.
Строительство небоскребов было бы невыгодно без перегретого рынка недвижимости — земля должна быть очень дорогой, чтобы оправдать само строительство. И есть весьма убедительная теория, которая гласит, что завершение строительства рекордно высоких небоскребов часто совпадает с началом экономических кризисов или рецессий. Небоскребы строятся, когда кредиты дешевы и доступны — это признак перегрева экономики. На пике экономического цикла компании и застройщики чрезмерно оптимистичны, они строят грандиозные здания, переоценивая будущий спрос. Проект задумывается на пике экономики, но строительство идет 5-10 лет и к моменту завершения экономический цикл разворачивается и здание открывается как раз в начале спада

Empire State Building (1931) — Великая депрессия
Sears Tower/Willis Tower (1974) — Рецессия
Petronas Towers в Куала-Лумпуре (1998) — Азиатский финансовый кризис
Burj Khalifa в Дубае (2010) — Долговой кризис
Китайский строительный бум (2015-2016) — Проблемы на фондовых рынках
Сегодня строительство Jeddah Tower (Саудовская Аравия) заморожено — проект совпал с проблемами в саудовской экономике и падением цен на нефть