Отмечу, что Бурдж-Калифа в Дубае — это здание высотой 829,8 метра или 2722 фута.

Планируется, что башня Джидда в Джидде, Саудовская Аравия, будет еще выше, не менее 1000 метров, или один километр, или 3281 фут, но строительство было остановлено в 2018 году из-за спора, и оно завершено примерно на 1/3.

Самой высокой башней в мире называют Tokyo Skytree высотой 624 метра или 2080 футов.

Самая высокая стальная решетчатая мачта со стальными оттяжками - это мачта KVLY-TV в Банчарде, Северная Дакота, ее высота составляет 629 метров или 2063 фута.

И они не используют воздушные шары, чтобы держать их.

Таким образом, конструкция может иметь нижнюю часть, не поддерживаемую воздушными шарами, высотой в сотни метров или тысячи футов под верхней частью, поддерживаемой воздушными шарами.

Вот ссылка на фотографию дирижабля USS Los Angeles , пришвартованного к мачте и стоящего почти вертикально, когда его поймал порыв ветра в 1927 году.

https://en.wikipedia.org/wiki/USS_Los_Angeles_(ZR-3)#/media/File:Zr3nearvertical.jpg

Лос -Анджелес имел длину 200,7 метра или 658,333 фута. Судя по фото, причальная мачта должна была быть около 160 футов в высоту, а хвостовая часть « Лос-Анджелеса» должна была возвышаться над землей примерно на 840 футов. Лос -Анджелес использовал для подъема гелий, а не водород.

Так что я могу представить, что верхняя часть башни может состоять из множества секций, расположенных друг над другом, каждая из которых состоит из вертикального дирижабля. Каждый дирижабль может быть от 200 до 300 метров (от 656 до 984 футов) или от 500 до 1000 футов (от 152 до 304 метров) в длину или высоту.

Каждый дирижабль можно было доставить на площадку горизонтально, имея размеры, аналогичные реальным дирижаблям, которые летали, и прикрепить к вершине башни и с помощью двигателей переместить в вертикальное положение. Длина мачты, равная длине дирижабля, будет подниматься вдоль стороны башни, пока она не достигнет вершины новой секции дирижабля. Мачта будет прикреплена к нижней части мачты, а дирижабль будет прикреплен к мачте в нескольких местах, чтобы дирижабль не двигался сильно.

Каждый дирижабль мог оставить двигатели, которые использовались для его наклона в сторону и позиционирования, и использовать их для компенсации порывов ветра. Или, возможно, некоторые или все двигатели могут не понадобиться, и их можно будет снять для использования на других дирижаблях.

Возможно, каждый конец мачты длиной с дирижабль будет иметь круглую платформу или полое кольцо, а растяжки можно будет прикрепить в нескольких точках по всему кольцу, наклонить их к земле и прикрепить к очень тяжелым и неподвижным основаниям.

Пока растяжки были натянуты и не порвались, башня не могла двигаться горизонтально к одному из оснований проволоки, потому что это означало бы удаление от противоположной проволоки, которая уже была натянута. Таким образом, башня не могла сильно гнуться, скручиваться или наклоняться. Конечно, он еще мог упасть прямо вниз, приближаясь к каждой из проволочных баз.

Я не знаю, какое преимущество по несущей способности дало бы строительство верхних секций башни из дирижаблей. Я полагаю, что кто-то должен быть в состоянии вычислить это.

В качестве альтернативы можно было бы построить полую цилиндрическую башню с несколькими вертикальными мачтами и круглыми горизонтальными балками на одинаковой высоте, возможно, с диагональными балками, усиливающими каждую секцию.

Что-то вроде гигантского газгольдера или газометра, но построено очень и очень высоко.

https://en.wikipedia.org/wiki/Газ_держатель

Сферические или цилиндрические воздушные шары можно было занести в цилиндрический каркас и надуть гелием или водородом, чтобы заполнить весь диаметр. Каждая из них будет прикреплена в разных точках к окружающему каркасу, чтобы удерживать ее от силы тяжести.

Замечу, что высокое сооружение могло быть частично защищено от ветра более низкими зданиями вокруг него. Нижние конструкции могли защищать нижние части конструкции от ветра, поэтому ветру подвергались только те части конструкции, которые возвышались над нижними.

Таким образом, могут быть концентрические кольца структур с постепенно более высокими структурами во внутренних кольцах, причем каждое кольцо частично защищено от ветра более низкими структурами снаружи и частично защищает более высокое кольцо внутри него.

Снаружи группа построек будет выглядеть как цилиндр, состоящий из башен разной высоты, как центр города с небоскребами, но с башнями, расположенными по высоте, а не случайными высотами.

Я когда-то читал, что сферические формы хорошо рассеивают ветер, поэтому размещение башен из сферических шаров друг над другом может быть хорошим решением для уменьшения давления ветра на башни.

Ветряные турбины, которые используют ветер для вращения лопастей, которые вращают оси, вырабатывающие электричество и, таким образом, получающие энергию от ветра, могут окружать башню и уменьшать силу ветра на башне.

Распространенный тип ветряной турбины имеет горизонтальную ось, как у классической ветряной мельницы, которая часто поворачивается лицом к ветру.

Другой тип ветряной турбины имеет вертикальную ось, которая вращается на ветру для выработки электроэнергии.

Отмечу, что есть башня, где разные уровни вращаются моторами по-разному, Suite Vollard в Бразилии.

https://en.wikipedia.org/wiki/Suite_Vollard

И, возможно, можно построить башню, где каждый уровень может свободно вращаться под действием внешних сил, таких как ветер. Если бы башня имела не прямоугольное или круглое поперечное сечение, а более аэродинамическое, каждый уровень мог бы поворачиваться, чтобы минимизировать поперечное сечение, обращенное к ветру. Таким образом, возможно, башня может иметь поперечное сечение, похожее на каплевидное или крыло самолета, которое может поворачиваться на ветру, чтобы предоставить ветру наименьшую поверхность и уменьшить давление ветра. А разные уровни башни могли поворачиваться отдельно, реагируя на разные направления ветра на разной высоте.

Я видел примеры воздушных шаров в форме животных, людей и зданий. А некоторые воздушные шары в форме зданий могут быть окрашены так, чтобы они выглядели так, как будто они построены из отдельных досок или камней, а не из тонкого пластика.

Таким образом, гипотетическая башня, поддерживаемая воздушным шаром или дирижаблем, может выглядеть так, как будто она сделана из более твердых материалов.

Воздушные шары не вариант

Воздушные шары имеют довольно жалкое отношение подъемной силы к весу, поэтому они должны быть огромными, чтобы иметь необходимую подъемную силу, чтобы облегчить нагрузку на здание. Стоимость испытаний, проектирования и изготовления такого воздушного шара была бы смехотворной, а стоимость обслуживания — безумной.

Реальность ситуации такова, что строить в высоту просто невыгодно, чем выше вы поднимаетесь, тем дороже это становится, поэтому после достижения определенной высоты просто не стоит подниматься выше. Где именно находится эта линия, зависит от страны, в которой ведется строительство, и уровня жизни, чем выше уровень, тем выше вы можете подняться, но ненамного.

Самое главное, прикрепление такого большого воздушного шара было бы столь же пагубным, как и развертывание большого набора парусов, чтобы обеспечить все большую площадь поверхности для движения ветра, увеличивая боковую нагрузку, с которой приходится мириться зданию.

Ради обсуждения, если мы проигнорируем стоимость и применим футуристическую концепцию, воздушные шары все равно того не стоят. Если стоимость не имеет значения, зачем вам возиться с шаткими воздушными шарами и рисковать быть затронутым даже малейшим порывом ветра, когда вы можете пойти на крайние меры и бросить противовес в верхние слои атмосферы, привязать к нему трос и эффективно создать второй якорь, чтобы удерживать здание на месте. Более того, вы можете построить небесный лифт, который послужит основой, вокруг которой вы сможете построить целый комплекс небоскребов.

Вы должны искать космические фонтаны !

Космические фонтаны — это теоретические надстройки, поддерживаемые активной системой грузов, движущихся по рельсам. Грузы (это могут быть отдельные гранулы или непрерывная проволока) мчатся вверх по башне и перенаправляются наверху, чтобы двигаться обратно вниз. Это перенаправление приводит к восходящей силе на вершине башни, в результате чего конструкция — по крайней мере частично — натягивается, как в вашей идее с воздушными шарами.

Есть много проблем. Будучи активной структурой, она требует непрерывной подачи энергии, чтобы не рухнуть, хотя инерция самих весов дает некоторую свободу действий.

Нет, просто нет. В здании не должно быть частей, которые необходимы для его структурной целостности и которые также не должны быть частью конструкции. Если воздушные шары отрываются и улетают (или если они лопаются или протекают), то все здание становится опасным для его обитателей и остальных жителей района. Конечно, все здания нуждаются в обслуживании, но вы же не хотите, чтобы необслуживаемые здания действительно рухнули .

Идея такая же разумная, как создание фундамента из живых слонов. Убедиться, что они могут выдержать вес конструкции, на самом деле не проблема; проблема в том, что они могут двигаться. (Плоскому миру очень повезло, что этого еще не произошло. Это просто показывает, что если вы хотите написать историю с такими зданиями, дерзайте, не все вымышленные миры должны быть реалистичными.)

Не долго

Как указано в комментариях, необходимый размер воздушных шаров огромен, чтобы выдержать даже простой кабель. Учитывая ограничения текущих или технологий ближайшего будущего, с этой концепцией связано множество проблем:

1. Молекулы водорода очень трудно удержать. Очень трудно сконструировать контейнеры, в которых не будет утечек. Следовательно, использование водорода также потребует встраивания тяжелой кабельной инфраструктуры для постоянного пополнения запасов водорода во всех воздушных шарах. К сожалению, использование любой альтернативы (гелий, горячий воздух и т. д.) сделает огромные воздушные шары еще больше, что усугубит дальнейшие проблемы, описанные ниже. Создание водородных шаров, которые не будут протекать, невозможно с учетом обозримых технологий, что усугубляется...
2. Материальный провал. Эта конструкция очень шатается-шатается - центральный "кабель" постоянно изгибается на ветру, шарики качаются на ветру и непредсказуемым образом трутся о трос при перемещении по местам крепления и т.д. Что-то, а скорее много вещей, сломается в ближайшее время - нет ни известного, ни предполагаемого материала, который можно было бы использовать для этого проекта. Модульная конструкция не особо помогает - чем заменить шар диаметром 50 м с протертым в нем отверстием, когда он в сотнях метров в воздухе на мотающемся на ветру тросе? Если часть кабеля вышла из строя, как заменить ее, когда она окружена огромными воздушными шарами, которые вы не можете позволить себе проколоть, не унеся в дикую синеву вон там? (Представьте велосипедную цепь, модульная конструкция, предназначенная для замены звеньев, используемых в качестве анкерного троса для воздушного шара. Попытка заменить звено в середине без действительно массивной (то есть слишком тяжелой) надстройки вокруг него просто невозможна.)
3. Сильный ветер 1. Как было отмечено в вопросе, ветер сносит конструкцию в сторону. Если конструкция в целом имеет лишь небольшую положительную плавучесть, то при сильном ветре ее перевернет так, что воздушные шары ударятся о землю и рано или поздно катастрофически потерпят неудачу. Если конструкция построена из огромных воздушных шаров, которые обеспечивают огромную положительную плавучесть, то на кабель будут постоянно тянуться огромные силы, особенно при сильном ветре. См. этот соответствующий xkcd What If для иллюстрации принципа - замените высокоскоростную машину сильным ветром. (Обратите внимание, что строительство внутри горы, чтобы избежать сильных ветров, полностью противоречит заявленной цели строительства высокого сооружения, на самом деле это действительно дорогое подземное сооружение.)
4. Сильный ветер 2. Скорость ветра обычно увеличивается с увеличением высоты из-за уменьшения препятствий со стороны земли. Когда это велико при небольшом изменении высоты, это вертикальный сдвиг ветра , который может разорвать конструкцию на части на той высоте, на которой он сталкивается с этим явлением.

Обратите внимание, что строительство группы горизонтально соединенных вертикальных опор на самом деле увеличивает вероятность отказа конструкции, а не уменьшает ее — опоры с наветренной стороны будут взорваны на опоры с подветренной стороны, и вместо распределения сил это увеличит пиковые нагрузки на один кабель в любой заданный момент времени. время.

Короче говоря, если отправить его в безветренный день, конструкция может ненадолго достичь значительной высоты. Однако продолжительность его жизни, вероятно, будет измеряться днями, а не неделями.

Ноги

Вам нужно спроектировать здания как структуру массивных ног, которые перемещаются и двигаются с изменяющимся напряжением, бесконечно идя под инфраструктурой дирижабля, которая дует практически на милость ветров. В море они держатся на огромных понтонах. На суше они тщательно пробираются. Только в самом маленьком масштабе, в квартале или около того, они могут с расчетливой злобой выбрать, какой школьный автобус или произведение искусства сокрушить своим могучим весом, когда они загоняют несчастную планету в забвение.

• Признаюсь, я пренебрегаю такой вещью, как "сдвиг ветра". Может быть, это планета без сдвига ветра? :)

Проблема в том, что воздух имеет плотность чуть более 1 кг/м3. Таким образом, с водородом или гелием в качестве подъемного газа (это не имеет большого значения, они оба в несколько раз легче воздуха), вам понадобится 1 м3 воздушного шара, чтобы создать 1 кг подъемной силы.

Решение — планета с более плотной атмосферой. Как Венера, только круче. На Венере атмосферное давление в 100 раз выше, чем на Земле. Также его атмосфера состоит из углекислого газа, молекулярная масса которого примерно в 1,5 раза больше, чем у воздуха. Таким образом, на планете с венерианскими атмосферными условиями, но с температурой, близкой к Земле, вы можете поднять 150 кг с помощью воздушного шара объемом 1 м3.

Еще лучше был бы подводный мир, где можно поднять 1000 кг на воздушном шаре объемом 1 м3.

Нет, это неосуществимо. Вот простая демонстрация того, почему.

Допустим, у нас есть масса в 2 кг, которую мы хотим держать на расстоянии 10 см от пола. Эмпирическое правило гласит, что подъемная сила водорода такова, что для подъема одного килограмма массы требуется один кубический метр. Итак, скажем, мы хотим уменьшить эффективную массу, скажем, до 50%, чтобы опора, удерживающая эту массу, должна была иметь дело только с 1 кг нисходящей силы, а остальная часть удерживалась воздушным шаром. Итак, нам нужен воздушный шар, вмещающий 1 кубический метр. Если это сфера, то она 1,2 метра в диаметре. А водород в нем будет массой 82 грамма.

Так что с поддержкой? Допустим, мы используем квадратный стальной стержень из конструкционной стали A36. А36 имеет предел текучести при сжатии 152 МПа (1550 кг силы на квадратный сантиметр) и плотность 7,86 грамма на кубический сантиметр. Брусок длиной 10 см и толщиной 1 см сам по себе будет весить 78,6 грамма. Этот стержень толщиной 1 см теоретически должен выдерживать более полутора тонн . Таким образом, с этими числами масса самой стали в данном случае не имеет значения.

Обрежьте стержень до толщины 1 миллиметр . Теперь он теоретически может удерживать 15,5 кг сам по себе при массе 7,86 грамма. Ради безопасности мы разрезаем стержень на четыре стержня толщиной 0,5 мм, чтобы мы могли разместить по одному в каждом углу груза для устойчивости. Они будут удерживать одинаковую общую массу.

Вы уже должны были кое-что заметить: масса водорода, необходимая для удержания 1 кг массы, сама по себе тяжелее , чем масса стали, которая могла бы удержать 1500 кг и занимает в 100 000 раз больше объема.

Это означает, что подъемная сила и, следовательно, эффективное снижение веса, предлагаемое воздушным шаром, не имеет смысла. Количество стали, необходимое для того же, легче и намного меньше, чем собственный размер воздушного шара.

Ладно, хватит о теоретических примерах. Давайте посмотрим на настоящую, и я буду использовать старые башни Всемирного торгового центра. Для строительства каждой башни было использовано около 90 000 тонн (90 миллионов килограммов) стали. Допустим, мы хотим уменьшить эффективную массу, ну, скажем, на 10 процентов, поэтому нам нужно поднять эквивалент 9 миллионов килограммов с помощью наших водородных аэростатов поддержки. Используя эмпирическое правило 1 кубический метр на килограмм, нам нужен объем 9 миллионов кубических метров водорода. Башня ВТЦ 1 представляла собой блок шириной 63,4 метра и высотой 417 метров, общим объемом около 1,68 миллиона кубометров.

О, Боже. Чтобы обеспечить достаточную подъемную силу, чтобы уменьшить эффективную массу только конструкционной стали всего на 10%, вам потребуется общий объем воздушного шара, более чем в 5 раз превышающий объем самого здания . Это... не кажется очень эффективным решением.

Если вы начинаете с земного типа, кажется, что силы плавучести не на вашей стороне. Возможно, если бы вы жили в более плотном воздухе или подводном биоме, такая структура имела бы гораздо больше смысла, поскольку легкость создания больших сил плавучести довольно очевидна из всего веса, который мы плаваем поверх океанов на кораблях.

Это напоминает что-то более странное из Integral Trees Нивена. Конструкции, плавающие в невесомости с атмосферой и имеющие баланс сил ветра между центростремительными и центробежными концами деревьев.

Это было давно, кажется, я читал это в 80-х, но просто странная концепция.

Воздушные шары - своего рода.

Во-первых, огромный отказ от ответственности: я не являюсь и не претендую на звание инженера-строителя или архитектора; то, что последует, может быть совершенно нелепым и невыполнимым. Вы были предупреждены.

Вы говорите, что технический уровень «слегка футуристичен», так почему бы не поиграть с материалами? Предположим, что будущее решило проблему создания очень жестких структур из чего-то чрезвычайно тонкого и легкого, например графена. Создавайте большие ячейки графена и заполняйте их буквально ничем — вакуумом. Теоретически это дало бы им отрицательный вес. Затем ваши строительные материалы представляют собой графеновые ячейки, покрытые очень тонким шпоном из того, что вы хотите, чтобы ваше здание выглядело (мрамор, сталь, дерево и т. атмосферу), и пока они должным образом соединены друг с другом и все это прочно закреплено на земле (например, тяжелый бетонный фундамент), вес вашего здания не будет проблемой.

Сдвиг ветра на такой легкой конструкции потребует дальнейшего обдумывания, желательно тем, кто разбирается в этих вещах, но, учитывая жесткость материала, это может быть не слишком большой головной болью для начала, и вы можете настроить вес здания. регулируя толщину шпона, чтобы придать ему объем, если это необходимо.