Progettare lo spazio verticale
Sfide e opportunità dei grattacieli
Progettare un grattacielo significa concepire uno spazio verticale come un sistema complesso in cui struttura, aerodinamica, involucro, impianti e mobilità devono integrarsi in un unico organismo.
La verticalità non è la semplice reiterazione di un modulo orizzontale, ma un equilibrio sofisticato tra resistenza ai carichi orizzontali, comfort ambientale, efficienza energetica e razionalizzazione dei percorsi e degli spazi tecnici.
Le torri contemporanee rappresentano oggi la sintesi più avanzata tra tecnologia, forma e sostenibilità: ogni decisione progettuale – dalla geometria al sistema costruttivo – nasce come risposta ingegneristica al vento, alle scosse sismiche, alla densità urbana e all’esigenza di ottimizzare l’impiego dei materiali.
In tale prospettiva, la progettazione in verticale non è solo una sfida strutturale, ma una nuova logica di costruzione dello spazio urbano.
Struttura dello spazio verticale: dal “tube” agli outrigger
Il vero salto evolutivo nella progettazione dei grattacieli è avvenuto con il passaggio dai tradizionali telai intelaiati ai sistemi strutturali “a tubo”, sviluppati a partire dagli anni ’60.
Questo concetto, introdotto dall’ingegnere Fazlur Khan e applicato magistralmente nella Willis Tower (ex Sears Tower) di Chicago, si basa su una logica semplice ma rivoluzionaria: spostare la resistenza principale del grattacielo verso l’esterno.
In questo schema, le colonne di facciata e i solai formano un involucro rigido che lavora come una grande trave a cassone, capace di resistere ai carichi del vento con un uso molto più efficiente dei materiali.
Con l’aumentare delle altezze si è affermato poi l’outrigger system, secondo cui travi orizzontali o piani tecnici collegano il core alle colonne esterne, riducendo oscillazioni e deformazioni. Le versioni più recenti – dissipative o virtuali – migliorano il comfort e la durabilità senza incrementare le sollecitazioni interne.
In ogni caso, la progettazione dello spazio verticale richiede che forma e struttura siano concepite insieme: l’uso integrato di acciaio e calcestruzzo, unito all’ottimizzazione geometrica, permette di ottenere edifici più snelli, stabili ed efficienti dal punto di vista materiale ed energetico.
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Aerodinamica e controllo: “confondere” il vento
Quando un edificio raggiunge elevate proporzioni di snellezza, il vento diventa il principale vincolo progettuale, che influenza sia la stabilità che il comfort degli occupanti.
Le soluzioni aerodinamiche più efficaci consistono nel modellare la forma dell’edificio – attraverso smussature, torsioni o arretramenti progressivi (set-back) – per interrompere la formazione dei vortici d’aria (vortex shedding) e ridurre le forze laterali.
Un esempio emblematico è il grattacielo più alto del mondo, ovvero il Burj Khalifa a Dubai, dove la geometria a spirale e gli arretramenti successivi sono stati ottimizzati in galleria del vento per “disorientare” i flussi e limitare le oscillazioni.
Quando la sola forma non basta, però, si punta ad impiegare sistemi di smorzamento dinamico, come il tuned mass damper (TMD) del Taipei 101 di Taiwan, una massa sospesa di circa 660 tonnellate che riduce fino al 40% gli spostamenti percepiti.
La progettazione aerodinamica dello spazio verticale deve quindi integrare fin dall’inizio test in galleria del vento, dispositivi di smorzamento e criteri di comfort strutturale e ambientale.
Involucro e prestazioni: doppia pelle e carichi ridotti
In un grattacielo, la facciata non è solo l’immagine architettonica dell’edificio, ma una vera e propria macchina ambientale. Oltre a garantire protezione e comfort, infatti, l’involucro partecipa attivamente al controllo del microclima interno e alla riduzione dei carichi energetici, e rappresenta un sistema aerodinamico capace di influenzare il comportamento della struttura nei confronti del vento.
Un esempio che possiamo prendere in considerazione è la Shanghai Tower – grattacielo più alto della Cina ed il terzo più alto di tutto il mondo – dove la torsione di 120° del corpo principale e la doppia pelle ventilata hanno permesso di ridurre i carichi del vento di circa il 24%, migliorando al contempo l’isolamento termico.
Lo spazio tra le due pelli funziona come una camera d’aria temperata che limita dispersioni e consente il controllo stagionale del calore, contribuendo a ridurre il consumo energetico e l’uso di acciaio strutturale.
Per ottenere risultati analoghi, è fondamentale integrare involucro e impianti fin dalle prime fasi del progetto, e prevedere facciate a doppia pelle, frangisole mobili e vetri ad alte prestazioni. La progettazione dello spazio verticale deve inoltre considerare la suddivisione in zone funzionali e l’inserimento di piani tecnici regolari per garantire manutenzione, efficienza e comfort duraturo.
Mobilità verticale: sky-lobby, double-deck e “destination control”
La mobilità verticale è un elemento determinante per garantire l’efficienza e la vivibilità complessiva nei grattacieli.
Oltre i 50-60 piani, infatti, la sola presenza di ascensori tradizionali non è sufficiente: i sistemi più efficaci combinano sky-lobby (piani intermedi di smistamento) con ascensori shuttle veloci e gruppi locali che servono le zone superiori.
Nelle Petronas Twin Towers di Kuala Lumpur, ad esempio, l’efficienza dei flussi verticali è stata ottimizzata prevedendo lo scambio tra ascensori shuttle e locali ai piani 41 e 42.
Un’evoluzione tecnologica significativa è rappresentata inoltre dagli ascensori double-deck, con due cabine sovrapposte che servono simultaneamente due piani, riducendo il numero di vani e aumentando la capacità di trasporto.
Se integrati con sistemi di controllo di destinazione (destination control systems), gli ascensori possono anche gestire in modo intelligente i flussi degli utenti, assegnando la cabina in base al piano richiesto e ottimizzando così la distribuzione dei passeggeri.
Un approccio che consente di ridurre sensibilmente i tempi di attesa, limitare le fermate intermedie e contenere i consumi energetici complessivi.
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Carbonio incorporato, materiali e “design for change”
Essendo realizzati nello spazio verticale, i grattacieli ottimizzano l’uso del suolo e delle risorse, ma la loro impronta ambientale deriva in gran parte dal carbonio incorporato nei materiali da costruzione.
Secondo il CTBUH (Council on Tall Buildings and Urban Habitat), oggi Council on Vertical Urbanism, l’embodied carbon rappresenterà entro il 2050 circa la metà delle emissioni dei nuovi edifici, pertanto si rende necessario ridurne l’impiego fin dalle prime fasi di progetto.
Una visione sostenibile prevede forme strutturalmente efficienti – come torsioni e set-back – che diminuiscono i carichi del vento e quindi la quantità di acciaio e calcestruzzo.
L’ibridazione dei materiali (colonne composite, nuclei in c.a. ad alta resistenza, giunti a secco) consente strutture più leggere e smontabili, mentre la prefabbricazione riduce tempi, scarti e impatti di cantiere.
Anche le facciate manutenibili e riciclabili rientrano nel principio del design for change, poiché contribuiscono a prolungare la vita utile dell’edificio.
Per progettare uno spazio verticale dunque è necessario considerare l’intero ciclo di vita, puntando soprattutto su efficienza, durabilità e riduzione delle emissioni incorporate.
L’autore della foto di copertina è Elnur Amikishiyev su Depositphotos.com
