Rascacielos

La estructura más alta en la antigüedad fue la Gran Pirámide de Giza, de 146 m (479 pies), en el antiguo Egipto , construida en el siglo XXVI a. C. No fue superada en altura durante miles de años, siendo la Catedral de Lincoln, de 160 m (520 pies), la que la superó entre 1311 y 1549, antes de que su aguja central colapsara. ^{[ 13 ]} Esta última, a su vez, no fue superada hasta el Monumento a Washington , de 169 m (555 pies ) , en 1884, que fue superado por la Torre Eiffel en 1889, la primera estructura superalta de la historia. Sin embargo, al estar deshabitadas, ninguna de estas estructuras cumple con la definición moderna de rascacielos. En 1930, el Edificio Chrysler superó a la Torre Eiffel en altura de pináculo, convirtiéndose en la estructura más alta construida hasta entonces y el primer rascacielos superalto en altura de pináculo, solo para ser superado un año después en todos los aspectos por el Empire State Building como el primer rascacielos superalto también en altura de techo.     

Los apartamentos de gran altura florecieron en la antigüedad clásica . Las antiguas insulae romanas en las ciudades imperiales alcanzaban los 10 pisos o más. ^{[ 14 ]} A partir de Augusto (r. 30 a. C.-14 d. C.), varios emperadores intentaron establecer límites de 20 a 25 m (66 a 82 pies) para edificios de varios pisos, pero tuvieron un éxito limitado. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Los pisos inferiores solían estar ocupados por tiendas o familias adineradas, mientras que los superiores se alquilaban a las clases bajas. ^{[ 14 ]} Los papiros de Oxirrinco que se conservan indican que existían edificios de siete pisos en ciudades provinciales como en Hermópolis en el Egipto romano del siglo III d . C. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}    

Los horizontes de muchas ciudades medievales importantes presentaban una gran cantidad de torres urbanas de gran altura, construidas por los ricos con fines defensivos y de prestigio. Las torres residenciales de Bolonia en el siglo XII llegaban a ser entre 80 y 100 a la vez, siendo la más alta la Torre Asinelli, de 97,2 m (319 pies) de altura. Una ley florentina de 1251 decretó que todos los edificios urbanos debían reducirse inmediatamente a menos de 26 m (85 pies) . ^{[ 20 ]} Incluso las ciudades medianas de la época se caracterizaban por la proliferación de torres, como las 72 torres que alcanzaban hasta 51 m (167 pies) de altura en San Gimignano . ^{[ 20 ]}      

La ciudad medieval egipcia de Fustat albergaba numerosos edificios residenciales de gran altura, que Al-Muqaddasi describió en el siglo X como semejantes a minaretes . Nasir Khusraw, a principios del siglo XI, describió algunos de ellos que alcanzaban hasta 14 pisos, con jardines en la azotea del último piso equipados con norias tiradas por bueyes para su riego. ^{[ 21 ]} El Cairo, en el siglo XVI, contaba con edificios de apartamentos de gran altura donde los dos pisos inferiores se destinaban a fines comerciales y de almacenamiento, y los pisos superiores se alquilaban a inquilinos . ^{[ 22 ]} Un ejemplo temprano de una ciudad compuesta enteramente de viviendas de gran altura es la ciudad de Shibam, en Yemen, del siglo XVI. Shibam estaba formada por más de 500 casas-torre, ^{[ 23 ]} cada una de entre 5 y 11 pisos de altura, ^{[ 24 ]} siendo cada piso un apartamento ocupado por una sola familia. La ciudad se construyó de esta manera para protegerla de los ataques beduinos . ^{[ 23 ]} Shibam todavía tiene los edificios de adobe más altos del mundo, muchos de ellos de más de 30 m (98 pies) de altura. ^{[ 25 ]}  

Un ejemplo temprano de vivienda de gran altura en la época moderna se encuentra en Edimburgo, Escocia, en el siglo XVII , donde una muralla defensiva delimitaba los límites de la ciudad. Debido a la limitada superficie de terreno disponible para la construcción, las casas aumentaron en altura. Eran comunes los edificios de 11 pisos, y existen registros de edificios de hasta 14 pisos. Muchas de las estructuras de piedra aún se pueden ver hoy en el casco antiguo de Edimburgo. El edificio con estructura de hierro más antiguo del mundo, aunque solo parcialmente, es The Flaxmill en Shrewsbury , Inglaterra. Construido en 1797, se considera el "precursor de los rascacielos", ya que su combinación ignífuga de columnas y vigas de hierro fundido dio origen a la moderna estructura de acero que hizo posible los rascacielos modernos. En 2013 se confirmó la financiación para convertir el edificio abandonado en oficinas. ^{[ 26 ]}

Los primeros rascacielos

Edificio Wainwright (1891) en San Luis

Edificio Flatiron (1902), en la ciudad de Nueva York.

Edificio Real del Hígado (1911), en Liverpool

En 1857, Elisha Otis introdujo el ascensor de seguridad en el edificio EV Haughwout de Nueva York, lo que permitió un transporte cómodo y seguro a los pisos superiores. Posteriormente, en 1870, Otis instaló los primeros ascensores comerciales para pasajeros en el edificio Equitable Life , considerado por algunos historiadores de la arquitectura como el primer rascacielos. Otro avance crucial fue el uso de una estructura de acero en lugar de piedra o ladrillo, ya que de lo contrario las paredes de los pisos inferiores de un edificio alto serían demasiado gruesas para ser prácticas. Un ejemplo temprano de este tipo de desarrollo fue Oriel Chambers en Liverpool , Inglaterra, construido en 1864. Tenía solo cinco pisos de altura. ^{[ 27 ] [ 28 ]} La Real Academia de las Artes afirma: «Los críticos de la época se horrorizaron por sus "grandes aglomeraciones de burbujas de vidrio plano sobresalientes". De hecho, fue un precursor de la arquitectura modernista, al ser el primer edificio del mundo en presentar un muro cortina de vidrio con estructura metálica , un elemento de diseño que crea interiores luminosos y espaciosos y que desde entonces se ha utilizado en todo el mundo como un rasgo distintivo de los rascacielos». ^{[ 29 ]}

Los avances posteriores dieron lugar a lo que muchos individuos y organizaciones consideran el primer rascacielos del mundo, el Home Insurance Building de diez pisos en Chicago, construido entre 1884 y 1885. ^{[ 30 ]} Si bien su altura original de 42,1  m (138  pies) no califica como rascacielos en la actualidad, fue un récord para la época. La construcción de edificios altos en la década de 1880 dio origen al primer movimiento arquitectónico del rascacielos, conocido como la Escuela de Chicago , que desarrolló lo que se ha denominado el Estilo Comercial. ^{[ 31 ]}

El arquitecto, el mayor William Le Baron Jenney , creó una estructura portante. En este edificio, una estructura de acero soportaba todo el peso de las paredes, en lugar de que las paredes portantes soportaran el peso del edificio. Posteriormente, se revistió con una cortina de piedra con fines estéticos. Este desarrollo dio origen al estilo arquitectónico conocido como "esqueleto de Chicago". Además de la estructura de acero, el Home Insurance Building también incorporaba protección contra incendios, ascensores y cableado eléctrico, elementos clave en la mayoría de los rascacielos actuales. ^{[ 32 ]}

El edificio Rand McNally de Burnham y Root , de 45 m (148 pies) en Chicago, 1889, fue el primer rascacielos con estructura totalmente de acero, ^{[ 33 ]} mientras que el edificio Wainwright de Louis Sullivan , de 41 m (135 pies) en St. Louis, Missouri, 1891, fue el primer edificio con estructura de acero con bandas verticales que se elevaban para enfatizar la altura del edificio y, por lo tanto, se considera el primer rascacielos temprano. En 1889, la Mole Antonelliana en Italia tenía 197 m (549 pies) de altura.      

La mayoría de los primeros rascacielos surgieron en las zonas con escasez de terreno de la ciudad de Nueva York y Chicago hacia finales del siglo XIX. Un auge inmobiliario en Melbourne , Australia, entre 1888 y 1891 impulsó la creación de un número significativo de rascacielos, aunque ninguno de ellos estaba reforzado con acero y pocos se conservan hoy en día. Posteriormente se introdujeron límites de altura y restricciones contra incendios. A finales del siglo XIX, los constructores londinenses se encontraron con limitaciones en la altura de los edificios debido a problemas con los edificios existentes. La construcción de rascacielos en Londres está restringida en ciertos sitios si obstruye las vistas protegidas de la Catedral de San Pablo y otros edificios históricos. ^{[ 34 ]} Esta política, «St Paul's Heights», ha estado oficialmente en funcionamiento desde 1927. ^{[ 35 ]}

rascacielos del período de entreguerras

El Empire State Building (1931), en la ciudad de Nueva York , es un referente mundial en cuanto a la altura y la longitud de otras megaestructuras.

Boerentoren (1932), en Amberes

Edificio Kavanagh (1934), en Buenos Aires

Las preocupaciones sobre la estética y la seguridad contra incendios también obstaculizaron el desarrollo de rascacielos en toda Europa continental durante la primera mitad del siglo XX. Para 1940, había alrededor de 100 edificios de gran altura en Europa ( Lista de los primeros rascacielos ). Algunos ejemplos de estos son la Witte Huis (Casa Blanca) de 1898 en Rotterdam , de 43 m (141 pies) de altura ; el PAST Building (1906-1908), de 51,5 m (169 pies) de altura , en Varsovia ; el Royal Liver Building en Liverpool, terminado en 1911 y de 90 m (300 pies) de altura; ^{[ 36 ]} la Casa Marx de 57 m (187 pies) de altura en Düsseldorf , construida en 1924; la Torre Borsigturm de 65 m (213 pies) de altura en Berlín , construida en 1924; la Casa Hansahochhaus de 65 m (213 pies) de altura en Colonia , Alemania, construida en 1925; las Torres Kungstornen (Torres de los Reyes) de 61 m (200 pies) en Estocolmo , Suecia, que fueron construidas entre 1924 y 1925; ^{[ 37 ]} la Casa Ullsteinhaus de 77 m (253 pies) en Berlín, Alemania, construida en 1927; el Edificio Telefónica de 89 m (292 pies) en Madrid , España, construido en 1929; el Boerentoren de 87,5 m (287 pies) en Amberes, Bélgica, construido en 1932; el edificio Prudential de 66 m (217 pies) en Varsovia , Polonia, construido en 1934; y la Torre Piacentini de 108 m (354 pies) en Génova , Italia, construida en 1940.                        

Tras una temprana rivalidad entre Nueva York y Chicago por el título del edificio más alto del mundo, Nueva York se impuso en 1895 con la finalización del American Surety Building , de 103 metros (338 pies) de altura , ostentando así el título de edificio más alto del mundo durante muchos años. Estados Unidos fue, con diferencia, el país que construyó más rascacielos en este periodo.  

Los rascacielos modernos se construyen con estructuras de acero o hormigón armado y fachadas de vidrio o piedra pulida . Utilizan equipos mecánicos como bombas de agua y ascensores . Desde la década de 1960, según el CTBUH (Consejo de Edificios Altos y Hábitat Urbano), el rascacielos ha dejado de ser un símbolo del poder corporativo norteamericano para, en cambio, comunicar el lugar de una ciudad o nación en el mundo. ^{[ 38 ]}

rascacielos estalinistas

Edificio principal de la Universidad Estatal de Moscú (1953), en Moscú.

Palacio de la Cultura y la Ciencia (1955), en Varsovia.

Grand Hotel International (1956), en Praga

La construcción de rascacielos muy altos entró en una era de estancamiento de tres décadas en 1930 debido a la Gran Depresión y luego a la Segunda Guerra Mundial . Poco después de terminar la guerra, Rusia comenzó la construcción de una serie de rascacielos en Moscú . Siete, conocidos como las " Siete Hermanas ", se construyeron entre 1947 y 1953; y uno de ellos, el Edificio Principal de la Universidad Estatal de Moscú , fue el edificio más alto de Europa durante casi cuatro décadas (1953-1990). Otros rascacielos de estilo clasicismo socialista se erigieron en Alemania Oriental ( Frankfurter Tor ), Polonia ( PKiN ), Ucrania ( Hotel Moscú ), Letonia ( Academia de Ciencias ) y otros países del Bloque del Este . Los países de Europa Occidental también comenzaron a permitir rascacielos más altos durante los años inmediatamente posteriores a la Segunda Guerra Mundial. Algunos ejemplos tempranos incluyen el Edificio España (España) y la Torre Breda (Italia).

A partir de la década de 1930, comenzaron a aparecer rascacielos en diversas ciudades del este y sureste de Asia, así como en América Latina . Finalmente, a partir de finales de la década de 1950, también se empezaron a construir en ciudades de África, Oriente Medio, el sur de Asia y Oceanía.

Los proyectos de rascacielos posteriores a la Segunda Guerra Mundial generalmente rechazaron los diseños clásicos de los primeros rascacielos , adoptando en cambio el estilo internacional uniforme ; muchos rascacielos antiguos fueron rediseñados para adaptarse a los gustos contemporáneos o incluso demolidos, como el edificio Singer de Nueva York , que alguna vez fue el rascacielos más alto del mundo.

El arquitecto germano-estadounidense Ludwig Mies van der Rohe se convirtió en uno de los arquitectos más renombrados del mundo en la segunda mitad del siglo XX. Concibió el rascacielos con fachada de vidrio ^{[ 39 ]} y, junto con el noruego Fred Severud , ^{[ 40 ]} diseñó el Edificio Seagram en 1958, un rascacielos que a menudo se considera la cúspide de la arquitectura modernista de gran altura. ^{[ 41 ]}

Rascacielos modernistas de la posguerra

Edificio de la Secretaría de las Naciones Unidas (1952), en la ciudad de Nueva York.

Edificio Seagram (1958), en la ciudad de Nueva York.

Chałubińskiego 8 (1978), en Varsovia

La construcción de rascacielos experimentó un auge durante la década de 1960. El impulso detrás de este auge fue una serie de innovaciones transformadoras ^{[ 42 ]} que hicieron posible que las personas vivieran y trabajaran en "ciudades en el cielo". ^{[ 43 ]}

A principios de la década de 1960, el ingeniero estructural bangladesí-estadounidense Fazlur Rahman Khan , considerado el "padre de los diseños tubulares " para rascacielos, ^{[ 45 ]} descubrió que la estructura de acero rígida dominante no era el único sistema adecuado para edificios altos, marcando una nueva era en la construcción de rascacielos en términos de sistemas estructurales múltiples . ^{[ 46 ]} Su innovación central en el diseño y la construcción de rascacielos fue el concepto del sistema estructural "tubo" , que incluye el "tubo enmarcado", el "tubo enrejado" y el "tubo agrupado". ^{[ 47 ]} Su "concepto de tubo", que utiliza toda la estructura perimetral de la pared exterior de un edificio para simular un tubo de pared delgada, revolucionó el diseño de edificios altos. ^{[ 48 ]} Estos sistemas permiten una mayor eficiencia económica, ^{[ 49 ]} y también permiten que los rascacielos adopten diversas formas, ya no necesitan ser rectangulares y en forma de caja. ^{[ 50 ]} El primer edificio en emplear la estructura de tubo fue el edificio de apartamentos Chestnut De-Witt , ^{[ 42 ]} considerado un desarrollo importante en la arquitectura moderna. ^{[ 42 ]} Estos nuevos diseños abrieron una puerta económica para contratistas, ingenieros, arquitectos e inversores, proporcionando grandes cantidades de espacio inmobiliario en parcelas mínimas de terreno. ^{[ 43 ]} Durante los siguientes quince años, Fazlur Rahman Khan y la " Segunda Escuela de Chicago " construyeron muchas torres, ^{[ 51 ]} incluyendo el John Hancock Center de cien pisos y la enorme Willis Tower de 442 m (1450 pies) . ^{[ 52 ]} Otros pioneros en este campo incluyen a Hal Iyengar , William LeMessurier y Minoru Yamasaki , el arquitecto del World Trade Center .  

Muchos edificios diseñados en la década de 1970 carecían de un estilo particular y evocaban la ornamentación de edificios anteriores a la década de 1950. Estos planos de diseño ignoraban el medio ambiente y sobrecargaban las estructuras con elementos decorativos y acabados extravagantes. ^{[ 53 ]} Este enfoque de diseño fue rechazado por Fazlur Khan, quien consideraba que los diseños eran caprichosos en lugar de racionales. Además, consideraba que el trabajo era un desperdicio de valiosos recursos naturales. ^{[ 54 ]} El trabajo de Khan promovía estructuras integradas con la arquitectura y el mínimo uso de materiales, lo que resultaba en el menor impacto en el medio ambiente. ^{[ 55 ]} La próxima era de rascacielos se centrará en el medio ambiente, incluyendo el rendimiento de las estructuras, los tipos de materiales, las prácticas de construcción, el uso mínimo absoluto de materiales/recursos naturales, la energía incorporada dentro de las estructuras y, más importante, un enfoque de sistemas de construcción integrados de manera holística. ^{[ 53 ]}

rascacielos posmodernos

Messeturm (1990), en Frankfurt

Torres Petronas (1998), en Kuala Lumpur

Torre Jin Mao (1999), en Shanghai

Las prácticas de construcción modernas en lo que respecta a las estructuras superaltas han llevado al estudio de la "altura de vanidad". ^{[ 56 ] [ 57 ]} La altura de vanidad, según el CTBUH, es la distancia entre el piso más alto y su parte superior arquitectónica (excluyendo antenas, mástiles u otras extensiones funcionales). La altura de vanidad apareció por primera vez en los rascacielos de la ciudad de Nueva York ya en las décadas de 1920 y 1930, pero los edificios superaltos han dependido de dichas extensiones no habitables para un promedio del 30% de su altura, lo que plantea posibles problemas de definición y sostenibilidad. ^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]} La era actual de los rascacielos se centra en la sostenibilidad , sus entornos construidos y naturales, incluyendo el rendimiento de las estructuras, los tipos de materiales, las prácticas de construcción, el uso mínimo absoluto de materiales y recursos naturales, la energía dentro de la estructura y un enfoque de sistemas de construcción integrados de manera holística. LEED es un estándar actual de construcción verde . ^{[ 61 ]}

Arquitectónicamente, con los movimientos del posmodernismo , el nuevo urbanismo y la nueva arquitectura clásica , establecidos desde la década de 1980, un enfoque más clásico volvió al diseño global de rascacielos, que sigue siendo popular hoy en día. ^{[ 62 ]} Ejemplos son el Wells Fargo Center , la NBC Tower , Parkview Square , 30 Park Place , la Messeturm , las emblemáticas Torres Petronas y la Jin Mao Tower .

rascacielos contemporáneos

El Shard (2012), en Londres

One World Trade Center (2013), en la ciudad de Nueva York.

Torre de Shanghái (2014), en Shanghái

Otros estilos y movimientos contemporáneos en el diseño de rascacielos incluyen orgánico , sostenible , neofuturista , estructuralista , de alta tecnología , deconstructivista , blob , digital , aerodinámico , novedoso , regionalista crítico , vernáculo , Neo Art Deco y neohistorista , también conocido como revivalista .

El 3 de septiembre es el día conmemorativo mundial de los rascacielos, llamado "Día del Rascacielos". ^{[ 63 ]}

Los promotores inmobiliarios de la ciudad de Nueva York compitieron entre sí, y en las décadas de 1920 y principios de 1930, edificios cada vez más altos se disputaron el título de "el más alto del mundo". Este logro culminó con la finalización del Edificio Chrysler, de 318,9 m (1046 pies), en 1930, y el Edificio Empire State, de 443,2 m (1454 pies) , en 1931, que ostentó el título de edificio más alto del mundo durante cuarenta años. La primera torre del World Trade Center , de 417 m (1368 pies), se convirtió en el edificio más alto del mundo en 1972. Sin embargo, fue superada por la Torre Sears (ahora Torre Willis ) en Chicago en menos de dos años. La Torre Sears, de 442 m (1450 pies) de altura, fue el edificio más alto del mundo durante 24 años, desde 1974 hasta 1998, hasta que fue superada por las Torres Gemelas Petronas de Kuala Lumpur, de 452 m (1483 pies) , que mantuvieron el título durante seis años.          

Un buen diseño estructural es fundamental en la mayoría de los proyectos de construcción, pero especialmente en los rascacielos, ya que incluso una pequeña probabilidad de fallo catastrófico resulta inaceptable debido al tremendo daño que tal fallo causaría. Esto plantea una paradoja para los ingenieros civiles : la única manera de garantizar la ausencia de fallos es probar todos los modos de fallo, tanto en el laboratorio como en condiciones reales. Pero la única manera de conocer todos los modos de fallo es aprender de fallos anteriores. Por lo tanto, ningún ingeniero puede estar absolutamente seguro de que una estructura determinada resistirá todas las cargas que podrían provocar un fallo; en cambio, solo se pueden establecer márgenes de seguridad suficientemente amplios para que un fallo sea aceptablemente improbable. Cuando los edificios fallan, los ingenieros se preguntan si el fallo se debió a alguna falta de previsión o a algún factor desconocido.

La carga que experimenta un rascacielos proviene en gran medida de la fuerza del propio material de construcción. En la mayoría de los diseños de edificios, el peso de la estructura es mucho mayor que el peso del material que soportará además de su propio peso. En términos técnicos, la carga muerta , es decir, la carga de la estructura, es mayor que la carga viva , es decir, el peso de los elementos dentro de la estructura (personas, muebles, vehículos, etc.). Por lo tanto, la cantidad de material estructural requerida en los niveles inferiores de un rascacielos será mucho mayor que la requerida en los niveles superiores. Esto no siempre es visualmente evidente. Los retranqueos del Empire State Building son, de hecho, resultado del código de construcción vigente en ese momento ( Resolución de Zonificación de 1916 ) y no eran un requisito estructural. Por otro lado, la forma del John Hancock Center es el resultado único de cómo soporta las cargas. Los soportes verticales pueden ser de varios tipos, entre los cuales los más comunes para rascacielos se pueden clasificar como marcos de acero, núcleos de hormigón, diseño de tubo dentro de tubo y muros de corte.

La carga de viento sobre un rascacielos también es considerable. De hecho, la carga lateral de viento sobre estructuras muy altas suele ser el factor determinante en el diseño estructural. La presión del viento aumenta con la altura, por lo que en edificios muy altos, las cargas asociadas al viento son mayores que las cargas permanentes o variables.

Otros factores de carga vertical y horizontal provienen de fuentes variadas e impredecibles, como los terremotos.

Para 1895, el acero había reemplazado al hierro fundido como material estructural de los rascacielos. Su maleabilidad permitía darle diversas formas y, al poder remacharse, garantizaba conexiones fuertes. ^{[ 66 ]} La simplicidad de una estructura de acero eliminaba la parte ineficiente de un muro de corte, la porción central, y consolidaba los elementos de soporte de forma mucho más resistente al permitir soportes tanto horizontales como verticales en toda la estructura. Entre las desventajas del acero se encuentra el hecho de que, a medida que aumenta la altura, se debe soportar más material, lo que reduce la distancia entre los elementos de soporte y, por consiguiente, la cantidad de material a soportar. Esto resulta ineficiente y antieconómico para edificios de más de 40 pisos, ya que se reduce el espacio útil de los pisos para soportar columnas y debido al mayor uso de acero. ^{[ 64 ]}

En 1963, Fazlur Rahman Khan desarrolló un nuevo sistema estructural de tubos con estructura de madera. Esta estructura se define como "una estructura espacial tridimensional compuesta por tres, cuatro o más marcos, marcos arriostrados o muros de corte, unidos en sus bordes o cerca de ellos para formar un sistema estructural vertical en forma de tubo, capaz de resistir fuerzas laterales en cualquier dirección mediante un voladizo desde la cimentación". ^{[ 67 ] [ 68 ]} Columnas exteriores interconectadas y muy próximas entre sí forman el tubo. Las cargas horizontales (principalmente de viento) son soportadas por la estructura en su conjunto. Los tubos con estructura de madera permiten menos columnas interiores, lo que crea un mayor espacio útil en el piso, y aproximadamente la mitad de la superficie exterior está disponible para ventanas. Cuando se requieren aberturas más grandes, como puertas de garaje, la estructura de tubos debe interrumpirse, utilizando vigas de transferencia para mantener la integridad estructural. Las estructuras de tubos reducen los costos y, al mismo tiempo, permiten que los edificios alcancen mayores alturas. La construcción con estructura de tubos de hormigón ^{[ 47 ]} se utilizó por primera vez en el edificio de apartamentos DeWitt-Chestnut , terminado en Chicago en 1963, ^{[ 69 ]} y poco después en el John Hancock Center y el World Trade Center .

Los sistemas tubulares son fundamentales para el diseño de edificios altos. La mayoría de los edificios de más de 40 pisos construidos desde la década de 1960 utilizan ahora un diseño tubular derivado de los principios de ingeniería estructural de Khan, ^{[ 64 ] [ 70 ]} ejemplos que incluyen la construcción del World Trade Center , el Aon Center , las Torres Petronas , el Edificio Jin Mao y la mayoría de los demás rascacielos superaltos desde la década de 1960. ^{[ 47 ]} La fuerte influencia del diseño de estructura tubular también es evidente en la construcción del rascacielos más alto actual, el Burj Khalifa , ^{[ 50 ]} que utiliza un núcleo con contrafuertes . ^{[ 71 ]}

Estructura de tubo reticulado y arriostramiento en X:

Khan fue pionero en varias otras variaciones del diseño de estructura tubular. Una de ellas fue el concepto de arriostramiento en X , o tubo reticulado , empleado por primera vez en el John Hancock Center . Este concepto redujo la carga lateral del edificio al transferirla a las columnas exteriores. Esto permite una menor necesidad de columnas interiores, creando así más espacio útil. Este concepto se puede apreciar en el John Hancock Center, diseñado en 1965 y finalizado en 1969. Uno de los edificios más famosos del estilo expresionista estructural , el distintivo exterior de arriostramiento en X del rascacielos sugiere que la piel de la estructura forma parte de su "sistema tubular". Esta idea es una de las técnicas arquitectónicas que el edificio utilizó para alcanzar alturas récord (el sistema tubular es esencialmente la columna vertebral que ayuda al edificio a mantenerse erguido ante cargas de viento y terremotos ). Este arriostramiento en X permite un mayor rendimiento de las estructuras altas y la posibilidad de abrir la planta interior (y el espacio útil) si el arquitecto lo desea.

El John Hancock Center fue mucho más eficiente que las estructuras de acero anteriores . Mientras que el Empire State Building (1931) requirió aproximadamente 206 kilogramos de acero por metro cuadrado y el 28 Liberty Street (1961) requirió 275, el John Hancock Center solo requirió 145. ^{[ 49 ]} El concepto de tubo reticulado se aplicó a muchos rascacielos posteriores, incluidos el Onterie Center , el Citigroup Center y la Bank of China Tower . ^{[ 72 ]}

Tubos agrupados: Una variante importante de la estructura tubular es el tubo agrupado , que utiliza varias estructuras tubulares interconectadas. La Torre Willis de Chicago empleó este diseño, utilizando nueve tubos de diferentes alturas para lograr su aspecto distintivo. La estructura de tubos agrupados significó que «los edificios ya no tenían por qué tener una apariencia cúbica: podían convertirse en esculturas». ^{[ 50 ]}

Tubo dentro de tubo: El sistema de tubo dentro de tubo aprovecha los tubos de pared de corte del núcleo, además de los tubos exteriores. El tubo interior y el exterior trabajan juntos para resistir las cargas gravitatorias y laterales, y para proporcionar rigidez adicional a la estructura y evitar deflexiones significativas en la parte superior. Este diseño se utilizó por primera vez en One Shell Plaza . ^{[ 73 ]} Otros edificios que emplearon este sistema estructural posteriormente fueron las Torres Petronas . ^{[ 74 ]}

Estructura de arriostramiento y cercha de cinturón: El sistema de arriostramiento y cercha de cinturón es un sistema de resistencia a cargas laterales en el que la estructura tubular se conecta al muro central mediante arriostramientos y cerchas de cinturón muy rígidos en uno o más niveles. ^{[ 75 ]} BHP House fue el primer edificio en utilizar este sistema estructural, seguido por el First Wisconsin Center, posteriormente renombrado US Bank Center , en Milwaukee. El centro se eleva 601 pies, con tres cerchas de cinturón en la parte inferior, media y superior del edificio. Las cerchas de cinturón expuestas cumplen funciones estéticas y estructurales. ^{[ 76 ]} Otros edificios que utilizaron este sistema posteriormente incluyen el Shanghai World Financial Center . ^{[ 75 ]}

Estructuras de tubos de hormigón: Los últimos edificios importantes diseñados por Khan fueron One Magnificent Mile y Onterie Center en Chicago, que emplearon sus diseños de sistemas de tubos agrupados y tubos enrejados, respectivamente. A diferencia de sus edificios anteriores, que eran principalmente de acero, sus dos últimos edificios fueron de hormigón. Su edificio anterior, DeWitt-Chestnut Apartments , construido en 1963 en Chicago, también era un edificio de hormigón con una estructura de tubos. ^{[ 47 ]} La Trump Tower en la ciudad de Nueva York es otro ejemplo que adaptó este sistema. ^{[ 77 ]}

Sistema de interacción del marco del muro de corte:

Khan desarrolló el sistema de interacción de muros de corte y pórticos para edificios de mediana altura. Este sistema estructural utiliza combinaciones de muros de corte y pórticos diseñados para resistir fuerzas laterales. ^{[ 78 ]} El primer edificio en utilizar este sistema estructural fue el Edificio Brunswick de 35 pisos. ^{[ 76 ]} El Edificio Brunswick (hoy conocido como el " Edificio de la Administración del Condado de Cook ") se completó en 1965 y se convirtió en la estructura de hormigón armado más alta de su época. El sistema estructural del Edificio Brunswick consiste en un núcleo de muros de corte de hormigón rodeado por un pórtico exterior de hormigón con columnas y dinteles. ^{[ 79 ]} Edificios de apartamentos de hasta 70 pisos de altura han utilizado con éxito este concepto. ^{[ 80 ]}

La invención del ascensor fue un requisito previo para la invención de los rascacielos, dado que la mayoría de las personas no podían (o no querían) subir más de unos pocos tramos de escaleras a la vez. Los ascensores en un rascacielos no son simplemente un servicio básico, como el agua corriente y la electricidad, sino que están estrechamente relacionados con el diseño de toda la estructura: un edificio más alto requiere más ascensores para dar servicio a los pisos adicionales, pero los huecos de los ascensores consumen un valioso espacio. Si el núcleo de servicios, que contiene los huecos de los ascensores, se vuelve demasiado grande, puede reducir la rentabilidad del edificio. Por lo tanto, los arquitectos deben equilibrar el valor ganado al añadir altura con el valor perdido debido a la expansión del núcleo de servicios. ^{[ 81 ]}

Muchos edificios altos utilizan ascensores con una configuración no estándar para reducir su superficie ocupada. Edificios como las antiguas Torres Gemelas del World Trade Center y el Centro John Hancock de Chicago emplean vestíbulos elevados , donde ascensores exprés llevan a los pasajeros a los pisos superiores, que sirven de base para los ascensores locales. Esto permite a arquitectos e ingenieros colocar los huecos de los ascensores uno encima del otro, ahorrando espacio. Sin embargo, los vestíbulos elevados y los ascensores exprés ocupan una cantidad considerable de espacio y aumentan el tiempo de desplazamiento entre pisos.

Otros edificios, como las Torres Petronas , utilizan ascensores de doble cabina , lo que permite que más personas viajen en un solo ascensor y que cada parada llegue a dos pisos. Si bien es posible utilizar más de dos niveles en un ascensor, esto nunca se ha hecho. El principal problema de los ascensores de doble cabina es que provocan que todos los ocupantes se detengan cuando solo una persona necesita bajar en un piso determinado.

Entre los edificios con vestíbulos panorámicos se encuentran el World Trade Center , las Torres Gemelas Petronas , la Torre Willis y el Taipei 101. El vestíbulo panorámico del piso 44 del John Hancock Center también albergaba la primera piscina cubierta en un rascacielos , que sigue siendo la más alta de Estados Unidos. ^{[ 82 ]}

El sector de la construcción representa aproximadamente el 50% de las emisiones de gases de efecto invernadero, y la energía operativa representa entre el 80 y el 90% del consumo energético relacionado con los edificios. ^{[ 86 ]} El consumo energético operativo se ve afectado por la magnitud de la conducción entre el interior y el exterior, la convección del aire que se infiltra y la radiación a través del acristalamiento . El grado en que estos factores afectan la energía operativa varía según el microclima del rascacielos, con velocidades del viento que aumentan a medida que aumenta la altura del rascacielos y una disminución de la temperatura de bulbo seco a medida que aumenta la altitud. ^{[ 86 ]} Por ejemplo, al pasar de 1,5 metros a 284 metros, la temperatura de bulbo seco disminuyó en 1,85  °C mientras que las velocidades del viento aumentaron de 2,46 metros por segundo a 7,75 metros por segundo, lo que provocó una disminución del 2,4% en la refrigeración de verano en referencia a la Freedom Tower en la ciudad de Nueva York. Sin embargo, para el mismo edificio se encontró que la intensidad del uso anual de energía era un 9,26 % mayor debido a la falta de sombra en altitudes elevadas, lo que aumentó las cargas de refrigeración durante el resto del año, mientras que una combinación de temperatura, viento, sombra y los efectos de las reflexiones dieron lugar a un aumento combinado del 13,13 % en la intensidad del uso anual de energía. ^{[ 87 ]}

En un estudio realizado por Leung y Ray en 2013, se encontró que la intensidad de uso de energía promedio de una estructura con entre 0 y 9 pisos era aproximadamente 80 kBtu/ft/año, mientras que la intensidad de uso de energía de una estructura con más de 50 pisos era alrededor de 117 kBtu/ft/año. La ligera disminución en la intensidad de uso de energía por encima de los 30-39 pisos puede atribuirse al hecho de que el aumento de presión dentro de los sistemas de calefacción, refrigeración y distribución de agua se estabiliza en un punto entre los pisos 40 y 49 y se pueden observar los ahorros de energía debido al microclima de los pisos más altos. ^{[ 88 ]} Hay una brecha en los datos en la que se necesita otro estudio que examine la misma información pero para edificios más altos.

La energía incorporada asociada a la construcción de rascacielos varía según los materiales utilizados. La energía incorporada se cuantifica por unidad de material. Los rascacielos tienen inherentemente mayor energía incorporada que los edificios de baja altura debido al aumento de material utilizado a medida que se construyen más pisos. Para todos los tipos de pisos, excepto los de acero y hormigón, se observó que después de 60 pisos, la energía incorporada por unidad disminuía; sin embargo, al considerar todos los pisos, se produjo un crecimiento exponencial debido a una doble dependencia de la altura. La primera es la relación entre un aumento de la altura y un aumento en la cantidad de materiales utilizados, y la segunda es el aumento de la altura y el aumento del tamaño de los elementos para incrementar la capacidad estructural del edificio. Una cuidadosa selección de los materiales de construcción puede reducir la energía incorporada sin disminuir el número de pisos construidos dentro de los límites presentados. ^{[ 90 ]}

Al igual que la energía incorporada, el carbono incorporado de un edificio depende de los materiales elegidos para su construcción. Ambos métodos de medición del carbono incorporado muestran que existe un punto donde este es mínimo antes de volver a aumentar con la altura. El carbono incorporado total depende del tipo de estructura, pero se sitúa alrededor de los 40 pisos o aproximadamente los 60. En cuanto al metro cuadrado de superficie bruta construida, el menor carbono incorporado se encontró a los 40 pisos o aproximadamente a los 70. ^{[ 91 ]}

En las zonas urbanas, la configuración de los edificios puede provocar patrones de viento exacerbados y una dispersión desigual de contaminantes . Al aumentar la altura de los edificios que rodean una fuente de contaminación atmosférica , se incrementaron el tamaño y la frecuencia de las «zonas muertas» y los «puntos calientes» en áreas con escasa y alta concentración de contaminantes, respectivamente. Esta progresión muestra cómo, a medida que aumenta la altura del Edificio F, disminuye la dispersión de contaminantes, pero aumenta la concentración dentro del conjunto de edificios. La variación de los campos de velocidad también puede verse afectada por la construcción de nuevos edificios, y no solo por el aumento de altura. ^{[ 92 ]}

A medida que los centros urbanos continúan expandiéndose hacia arriba y hacia afuera, los campos de velocidad actuales seguirán atrapando el aire contaminado cerca de los edificios altos dentro de la ciudad. Específicamente en las grandes ciudades, la mayor parte de la contaminación del aire proviene del transporte, ya sean automóviles, trenes, aviones o barcos. A medida que la expansión urbana continúa y los contaminantes continúan emitiéndose, los contaminantes del aire continuarán atrapados dentro de estos centros urbanos. ^{[ 93 ]} Diferentes contaminantes pueden ser perjudiciales para la salud humana de diferentes maneras. Por ejemplo, las partículas provenientes de los gases de escape de los vehículos y la generación de energía pueden causar asma, bronquitis y cáncer, mientras que el dióxido de nitrógeno de los procesos de combustión de los motores puede causar disfunción neurológica y asfixia. ^{[ 94 ]}

Al igual que con cualquier otro edificio, si se adoptan medidas especiales para incorporar métodos de diseño sostenible desde las primeras etapas del proceso de diseño, es posible obtener una certificación de edificio verde, como la certificación LEED (Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental) . Un enfoque de diseño integrado es crucial para asegurar que las decisiones de diseño que impactan positivamente en todo el edificio se tomen al inicio del proceso. Debido a la enorme escala de los rascacielos, las decisiones del equipo de diseño deben tener en cuenta todos los factores, incluyendo el impacto del edificio en la comunidad circundante, el efecto del edificio en la dirección del flujo de aire y agua, y el impacto del proceso de construcción. Existen varios métodos de diseño que podrían emplearse en la construcción de un rascacielos para aprovechar la altura del edificio. ^{[ 95 ]}

Los microclimas que existen a medida que aumenta la altura del edificio pueden aprovecharse para aumentar la ventilación natural , disminuir la carga de refrigeración y aumentar la iluminación natural. La ventilación natural puede aumentarse utilizando el efecto chimenea , en el que el aire caliente se mueve hacia arriba y aumenta el movimiento del aire dentro del edificio. Si se utiliza el efecto chimenea, los edificios deben tener especial cuidado en diseñar técnicas de separación contra incendios, ya que el efecto chimenea también puede exacerbar la gravedad de un incendio. ^{[ 96 ]} Los rascacielos se consideran edificios dominados internamente debido a su tamaño, así como al hecho de que la mayoría se utilizan como algún tipo de edificio de oficinas con altas cargas de refrigeración. Debido al microclima creado en los pisos superiores con el aumento de la velocidad del viento y la disminución de las temperaturas de bulbo seco, la carga de refrigeración se reducirá naturalmente debido a la infiltración a través de la envolvente térmica. Al aprovechar las temperaturas naturalmente más frías en altitudes más elevadas, los rascacielos pueden reducir sus cargas de refrigeración de forma pasiva. Por otro lado, está la falta de sombra en las zonas más elevadas debido a la presencia de otros edificios, por lo que la ganancia de calor solar será mayor en los pisos superiores que en los inferiores. Se deben tomar medidas especiales para proteger los pisos superiores de la luz solar durante el período de calor intenso y así garantizar el confort térmico sin aumentar la carga de refrigeración. ^{[ 88 ]}

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  El Empire State Building fue el edificio más alto desde 1931 hasta 1971. Fue el primer rascacielos en tener más de 100 pisos.
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  El edificio original del 1 World Trade Center (Torre Norte) fue el más alto del mundo desde 1971 hasta 1973.
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  La Torre Willis en Chicago, anteriormente conocida como Torre Sears, fue el edificio más alto del mundo desde 1973 hasta 1998.
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  Las Torres Petronas en Kuala Lumpur fueron las más altas entre 1998 y 2003.
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  El Taipei 101 en Taipéi, el rascacielos más alto del mundo entre 2003 y 2009, fue el primero en superar la marca de los 500 m (1600 pies) .  
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  El Burj Khalifa es actualmente el edificio más alto del mundo. Los retranqueos a diferentes alturas son una característica típica de los rascacielos.

Se han diseñado y construido varios rascacielos de madera. Un proyecto de viviendas de 14 pisos en Bergen, Noruega, conocido como «Treet» o «El Árbol», se convirtió en el bloque de apartamentos de madera más alto del mundo cuando se completó a finales de 2015. ^{[ 114 ]} El récord de «El Árbol» fue superado por Brock Commons , una residencia estudiantil de madera de 18 pisos en la Universidad de Columbia Británica en Canadá, cuando se completó en septiembre de 2016. ^{[ 115 ]}

El arquitecto Anders Berensson propuso la construcción de un edificio residencial de 40 pisos, 'Trätoppen', en Estocolmo, Suecia . ^{[ 116 ]} Trätoppen sería el edificio más alto de Estocolmo, aunque no hay planes inmediatos para comenzar la construcción. ^{[ 117 ]} El rascacielos de madera más alto actualmente planificado es el Proyecto W350 de 70 pisos en Tokio, que será construido por la empresa japonesa de productos de madera Sumitomo Forestry Co. para celebrar su 350 aniversario en 2041. ^{[ 118 ]} Un equipo que incluye a los arquitectos Perkins + Will y la Universidad de Cambridge propuso un rascacielos de madera de 80 pisos, la Torre River Beech . La Torre River Beech, en las orillas del río Chicago en Chicago, Illinois , sería 348 pies más baja que el Proyecto W350 a pesar de tener 10 pisos más. ^{[ 119 ] [ 118 ]}

Se estima que los rascacielos de madera pesan aproximadamente una cuarta parte de lo que pesa una estructura equivalente de hormigón armado , además de reducir la huella de carbono del edificio entre un 60 y un 75 %. Los edificios se han diseñado utilizando madera laminada cruzada (CLT), que proporciona mayor rigidez y resistencia a las estructuras de madera. ^{[ 120 ]} Los paneles de CLT son prefabricados y, por lo tanto, pueden ahorrar tiempo de construcción. ^{[ 121 ]}