Tubos emoldurados

Desde 1963, o novo sistema estrutural de tubos emoldurados tornou-se muito influente no projeto e construção de arranha-céus. Khan definiu a estrutura de tubo emoldurado como "uma estrutura espacial tridimensional composta por três, quatro ou possivelmente mais pórticos, pórticos contraventados ou paredes de cisalhamento, unidos em ou perto de suas bordas para formar um sistema estrutural em forma de tubo vertical capaz de resistir a forças laterais em qualquer direção por meio de balanço a partir da base." As cargas horizontais, por exemplo eólica e sísmica, são suportadas pela estrutura como um todo. Aproximadamente metade da superfície externa está disponível para janelas. Os tubos emoldurados permitem menos colunas internas e, portanto, criam mais espaço útil. A estrutura de tubos agrupados é mais eficiente para edifícios altos, reduzindo a penalidade de altura. O sistema estrutural também permite que colunas internas menores e o núcleo do edifício fiquem livres de estruturas contraventadas ou paredes de cisalhamento que ocupam espaço valioso. Onde forem necessárias aberturas maiores, como portas de garagem, a estrutura tubular deve ser interrompida e vigas de transferência usadas para manter a integridade estrutural.

O primeiro edifício a usar a construção de tubos emoldurados foi o DeWitt-Chestnut Apartment Building, que foi renomeado como DeWitt Plaza, um edifício que Bruce Graham projetou e projetou por Khan, que foi concluído em Chicago em 1963. Isso lançou as bases para a estrutura de tubos emoldurados usada na construção do World Trade Center (1973-2001).

Tubo com reforço e contraventamento em X

Khan foi o pioneiro em várias outras variantes do projeto da estrutura tubular. Um deles foi o conceito de aplicar contraventamento em X na parte externa do tubo para formar um tubo reforçado. O contraventamento em X reduz a carga lateral em um edifício, transferindo a carga para colunas externas, e a necessidade reduzida de colunas internas proporciona maior espaço útil. Khan empregou pela primeira vez o reforço externo em X em sua engenharia do John Hancock Center em 1965, e isso pode ser visto claramente no exterior do edifício, tornando-o um ícone arquitetônico.

Em contraste com estruturas de aço anteriores, como o Empire State Building (1931), que exigia cerca de 206 quilogramas de aço por metro quadrado, e o One Chase Manhattan Plaza (1961), que exigia cerca de 275 quilogramas de aço por metro quadrado, o John Hancock Center era muito mais eficiente, exigindo apenas 145 quilogramas de aço por metro quadrado. O conceito de estrutura tubular foi aplicado a muitos arranha-céus posteriores, incluindo o Onterie Center, o Citigroup Center, o Hotel Arts e a Bank of China Tower.[18]​.

Tubos agrupados

Uma das variantes mais importantes do conceito de estrutura tubular de Khan foram os tubos agrupados, que foram usados ​​​​para a Willis Tower e a One Magnificent Mile. O projeto de tubos agrupados não era apenas o mais economicamente eficiente, mas também era "inovador em seu potencial para a formulação versátil do espaço arquitetônico. As torres eficientes não precisavam mais ser em forma de caixa; as unidades de tubos podiam assumir vários formatos e podiam ser agrupadas em diferentes tipos de grupos".

tubo em tubo

O sistema tubo em tubo aproveita os tubos da parede de cisalhamento do núcleo, além dos tubos externos. O tubo interno e o tubo externo trabalham juntos para resistir às cargas gravitacionais e laterais e para fornecer rigidez adicional à estrutura para evitar deflexões significativas no topo. Este projeto foi usado pela primeira vez no One Shell Plaza. Edifícios posteriores que utilizaram este sistema estrutural incluem as Torres Petronas.[20]

Estruturas de estabilizadores e correias

O sistema de vigas e treliças é um sistema resistente à carga lateral no qual a estrutura tubular é conectada à parede central do núcleo com estabilizadores muito rígidos e treliças de correias em um ou mais níveis. A BHP House foi o primeiro edifício a utilizar este sistema estrutural, seguido pelo First Wisconsin Center, desde então renomeado US Bank Center "U.S. Bank Center (Milwaukee)"), em Milwaukee. O centro se eleva a 601 pés, com três treliças na parte inferior, central e superior do edifício. As treliças de correia expostas servem a propósitos estéticos e estruturais.[21] Os edifícios posteriores incluem o Shanghai World Financial Center.[22]

Estruturas tubulares de concreto

Os últimos grandes edifícios projetados por Khan foram One Magnificent Mile e o Onterie Center em Chicago, que empregaram seus projetos de tubos agrupados e sistemas de tubos treliçados, respectivamente. Em contraste com os seus edifícios anteriores, que eram principalmente de aço, os seus dois últimos edifícios eram de betão. O edifício DeWitt-Chestnut Apartments, construído em 1963 em Chicago, também era um edifício de concreto com estrutura tubular.[16]​ A Trump Tower em Nova York também é outro exemplo que adotou esse sistema.[23]​.

Sistema de interação de estrutura de parede de cisalhamento

Khan desenvolveu o sistema de interação de estrutura de parede de cisalhamento para edifícios de altura média. Este sistema estrutural utiliza combinações de paredes de cisalhamento e pórticos projetados para resistir a forças laterais. O primeiro edifício a usar este sistema estrutural foi o Edifício Brunswick, de 35 andares, que foi concluído em 1965 e se tornou a estrutura de concreto armado mais alta de seu tempo. O sistema estrutural do Edifício Brunswick consiste em um núcleo de parede de concreto cercado por uma estrutura externa de pilares de concreto.[24]​ Prédios de apartamentos de até 70 andares de altura utilizaram esse conceito com sucesso.[25]​.

Tubos emoldurados

Desde 1963, o novo sistema estrutural de tubos emoldurados tornou-se muito influente no projeto e construção de arranha-céus. Khan definiu a estrutura de tubo emoldurado como "uma estrutura espacial tridimensional composta por três, quatro ou possivelmente mais pórticos, pórticos contraventados ou paredes de cisalhamento, unidos em ou perto de suas bordas para formar um sistema estrutural em forma de tubo vertical capaz de resistir a forças laterais em qualquer direção por meio de balanço a partir da base." As cargas horizontais, por exemplo eólica e sísmica, são suportadas pela estrutura como um todo. Aproximadamente metade da superfície externa está disponível para janelas. Os tubos emoldurados permitem menos colunas internas e, portanto, criam mais espaço útil. A estrutura de tubos agrupados é mais eficiente para edifícios altos, reduzindo a penalidade de altura. O sistema estrutural também permite que colunas internas menores e o núcleo do edifício fiquem livres de estruturas contraventadas ou paredes de cisalhamento que ocupam espaço valioso. Onde forem necessárias aberturas maiores, como portas de garagem, a estrutura tubular deve ser interrompida e vigas de transferência usadas para manter a integridade estrutural.

O primeiro edifício a usar a construção de tubos emoldurados foi o DeWitt-Chestnut Apartment Building, que foi renomeado como DeWitt Plaza, um edifício que Bruce Graham projetou e projetou por Khan, que foi concluído em Chicago em 1963. Isso lançou as bases para a estrutura de tubos emoldurados usada na construção do World Trade Center (1973-2001).

Tubo com reforço e contraventamento em X

Khan foi o pioneiro em várias outras variantes do projeto da estrutura tubular. Um deles foi o conceito de aplicar contraventamento em X na parte externa do tubo para formar um tubo reforçado. O contraventamento em X reduz a carga lateral em um edifício, transferindo a carga para colunas externas, e a necessidade reduzida de colunas internas proporciona maior espaço útil. Khan empregou pela primeira vez o reforço externo em X em sua engenharia do John Hancock Center em 1965, e isso pode ser visto claramente no exterior do edifício, tornando-o um ícone arquitetônico.

Em contraste com estruturas de aço anteriores, como o Empire State Building (1931), que exigia cerca de 206 quilogramas de aço por metro quadrado, e o One Chase Manhattan Plaza (1961), que exigia cerca de 275 quilogramas de aço por metro quadrado, o John Hancock Center era muito mais eficiente, exigindo apenas 145 quilogramas de aço por metro quadrado. O conceito de estrutura tubular foi aplicado a muitos arranha-céus posteriores, incluindo o Onterie Center, o Citigroup Center, o Hotel Arts e a Bank of China Tower.[18]​.

Tubos agrupados

Uma das variantes mais importantes do conceito de estrutura tubular de Khan foram os tubos agrupados, que foram usados ​​​​para a Willis Tower e a One Magnificent Mile. O projeto de tubos agrupados não era apenas o mais economicamente eficiente, mas também era "inovador em seu potencial para a formulação versátil do espaço arquitetônico. As torres eficientes não precisavam mais ser em forma de caixa; as unidades de tubos podiam assumir vários formatos e podiam ser agrupadas em diferentes tipos de grupos".

tubo em tubo

O sistema tubo em tubo aproveita os tubos da parede de cisalhamento do núcleo, além dos tubos externos. O tubo interno e o tubo externo trabalham juntos para resistir às cargas gravitacionais e laterais e para fornecer rigidez adicional à estrutura para evitar deflexões significativas no topo. Este projeto foi usado pela primeira vez no One Shell Plaza. Edifícios posteriores que utilizaram este sistema estrutural incluem as Torres Petronas.[20]

Estruturas de estabilizadores e correias

O sistema de vigas e treliças é um sistema resistente à carga lateral no qual a estrutura tubular é conectada à parede central do núcleo com estabilizadores muito rígidos e treliças de correias em um ou mais níveis. A BHP House foi o primeiro edifício a utilizar este sistema estrutural, seguido pelo First Wisconsin Center, desde então renomeado US Bank Center "U.S. Bank Center (Milwaukee)"), em Milwaukee. O centro se eleva a 601 pés, com três treliças na parte inferior, central e superior do edifício. As treliças de correia expostas servem a propósitos estéticos e estruturais.[21] Os edifícios posteriores incluem o Shanghai World Financial Center.[22]

Estruturas tubulares de concreto

Os últimos grandes edifícios projetados por Khan foram One Magnificent Mile e o Onterie Center em Chicago, que empregaram seus projetos de tubos agrupados e sistemas de tubos treliçados, respectivamente. Em contraste com os seus edifícios anteriores, que eram principalmente de aço, os seus dois últimos edifícios eram de betão. O edifício DeWitt-Chestnut Apartments, construído em 1963 em Chicago, também era um edifício de concreto com estrutura tubular.[16]​ A Trump Tower em Nova York também é outro exemplo que adotou esse sistema.[23]​.

Sistema de interação de estrutura de parede de cisalhamento

Khan desenvolveu o sistema de interação de estrutura de parede de cisalhamento para edifícios de altura média. Este sistema estrutural utiliza combinações de paredes de cisalhamento e pórticos projetados para resistir a forças laterais. O primeiro edifício a usar este sistema estrutural foi o Edifício Brunswick, de 35 andares, que foi concluído em 1965 e se tornou a estrutura de concreto armado mais alta de seu tempo. O sistema estrutural do Edifício Brunswick consiste em um núcleo de parede de concreto cercado por uma estrutura externa de pilares de concreto.[24]​ Prédios de apartamentos de até 70 andares de altura utilizaram esse conceito com sucesso.[25]​.