Observo que el Burj Kalifa en Dubai es un edificio de 829,8 metros o 2.722 pies de altura.

Se planea que la Torre de Jeddah, Jeddah, Arabia Saudita, sea aún más alta, al menos 1,000 metros, o un kilómetro, o 3,281 pies de altura, pero la construcción se detuvo en 2018 debido a una disputa, con aproximadamente 1/3 completo.

Lo que se llama la torre más alta del mundo es el Tokyo Skytree con 624 metros o 2,080 pies.

El mástil de celosía de acero arriostrado más alto es el mástil KVLY-TV en Banchard, Dakota del Norte, con 629 metros o 2063 pies de altura.

Y no usan ningún globo para ayudar a sostenerlos.

Por lo tanto, una estructura podría tener una sección inferior no sustentada por globos de cientos de metros o miles de pies de altura debajo de la sección superior sustentada por globos.

Aquí hay un enlace a una foto del zepelín USS Los Ángeles amarrado a un mástil y de pie casi en posición vertical cuando fue atrapado por una ráfaga de viento en 1927.

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

El Los Ángeles tenía 200,7 metros o 658,333 pies de largo. A juzgar por la foto, el mástil de amarre habría tenido unos 160 pies de altura y la cola del Los Ángeles habría estado a unos 840 pies sobre el suelo. El Los Ángeles usó helio, no hidrógeno, para la sustentación.

Así que puedo imaginar que la parte superior de la torre podría tener muchas secciones apiladas una encima de la otra, cada sección consistiendo en una aeronave vertical. Cada aeronave podría tener entre 200 y 300 metros (656 a 984 pies) o entre 500 y 1000 pies (152 a 304 metros) de largo o alto.

Cada aeronave podría volar al sitio horizontalmente, tener un tamaño similar a las aeronaves reales que volaron, y adjuntarse a la parte superior de la torre y moverse mediante motores a una posición vertical. Se levantaría un tramo de mástil del largo de la aeronave a lo largo del costado de la torre hasta que llegara a la parte superior de la nueva sección de la aeronave. El mástil se uniría a la sección inferior del mástil y la aeronave se uniría al mástil en varios lugares para evitar que se mueva mucho.

Cada aeronave podía conservar los motores que se habían utilizado para llevarla a un lado y posicionarla, y utilizarlos para compensar las ráfagas de viento. O posiblemente algunos o todos los motores podrían no ser necesarios y podrían quitarse para usarlos en otras aeronaves.

Quizás cada extremo de un pedazo de mástil del largo de una aeronave tendría una plataforma circular o un anillo hueco y los cables de sujeción podrían unirse en varios puntos alrededor del anillo e inclinarse hacia el suelo y unirse a bases muy pesadas e inmóviles.

Siempre que los cables de sujeción estuvieran apretados y no se rompieran, la torre no podía moverse horizontalmente hacia una de las bases de los cables porque se estaría alejando del cable opuesto, que ya estaba tenso. Por lo tanto, la torre no podía doblarse, torcerse o inclinarse mucho. Por supuesto, todavía podría caer hacia abajo, acercándose a cada una de las bases de alambre.

No sé cuánta ventaja de carga de peso daría construir las secciones superiores de la torre con aeronaves. Supongo que alguien debería ser capaz de calcularlo.

Un diseño alternativo sería construir una torre cilíndrica hueca con algunos mástiles verticales y vigas horizontales circulares a alturas regulares, tal vez con vigas diagonales que refuercen cada sección.

Algo así como un depósito de gas o gasómetro gigante, pero construido muy, muy alto.

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

Los globos esféricos o cilíndricos podrían transportarse al esqueleto cilíndrico e inflarse con helio o hidrógeno para llenar todo el diámetro. Cada uno estaría unido en varios puntos al marco circundante para ayudar a sostenerlo contra la gravedad.

Observo que una estructura alta podría estar parcialmente protegida contra las fuerzas del viento por edificios más bajos a su alrededor. Las estructuras inferiores podrían proteger las partes inferiores de la estructura contra el viento, por lo que solo las partes de la estructura que se elevaban por encima de las inferiores estarían expuestas al viento.

Por lo tanto, podría haber anillos concéntricos de estructuras, con estructuras progresivamente más altas en los anillos internos, con cada anillo parcialmente protegido del viento por las estructuras más bajas en el exterior y protegiendo parcialmente el anillo más alto en su interior.

Desde el exterior, el grupo de estructuras se vería como un cilindro hecho de torres de varias alturas, muy parecido al centro de una ciudad con rascacielos, pero con todas las torres dispuestas por altura en lugar de tener alturas aleatorias.

Una vez leí que las formas esféricas rompen bien el viento, por lo que tener torres de globos esféricos uno encima del otro podría ser un buen diseño para reducir la presión del viento sobre las torres.

Las turbinas eólicas que usan el viento para hacer girar las aspas que giran los ejes que generan electricidad y, por lo tanto, toman la energía del viento, podrían rodear la torre y reducir las fuerzas del viento sobre la torre.

Un tipo común de aerogenerador tiene un eje horizontal como un molino de viento clásico, que a menudo gira para enfrentar el viento.

Otro tipo de turbina eólica tiene un eje vertical que gira con el viento para generar electricidad.

Observo que hay una torre donde los diferentes niveles son girados por motores de manera diferente, la Suite Vollard en Brasil.

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

Y posiblemente se podría construir una torre donde cada nivel pueda girar libremente bajo fuerzas externas como el viento. Si la torre no tuviera una sección transversal rectangular o circular, sino más aerodinámica, cada nivel podría girar para minimizar la sección transversal de cara al viento. Entonces, posiblemente, la torre podría tener una sección transversal similar a una lágrima o un ala de avión que podría girar con el viento para presentar la superficie más pequeña al viento y reducir la presión del viento. Y varios niveles de la torre podrían girar por separado para responder a diferentes direcciones de viento a diferentes alturas.

He visto ejemplos de globos con forma de animales y personas y de edificios. Y algunos globos con forma de edificio se pueden colorear para que parezcan construidos con tablas o piedras individuales en lugar de plástico delgado.

Por lo tanto, una hipotética torre sostenida por un globo o un zepelín podría parecer que está hecha de materiales más sólidos.

Los globos no son una opción viable

Los globos tienen una relación elevación-peso bastante patética, por lo que tendrían que ser enormes para tener la elevación necesaria para aliviar la carga del edificio. El costo de probar, diseñar y construir un globo de este tipo sería ridículo y el costo de mantenimiento sería una locura.

La realidad de la situación es que construir en altura simplemente no es rentable, cuanto más se sube, más costoso se vuelve, así que después de alcanzar cierta altura simplemente no vale la pena subir más. Dónde está exactamente esa línea depende del país que realiza la construcción y el nivel de vida, cuanto mejor sea el nivel, más alto se puede llegar, pero no mucho.

Lo que es más importante, unir un globo tan grande sería tan perjudicial como desplegar un gran juego de velas para proporcionar más área de superficie contra la que empujar el viento, aumentando la tensión lateral que el edificio tiene que soportar.

En aras de la discusión, si ignoramos el costo y aplicamos el concepto futurista, los globos aún no valen la pena. Si el costo no es el problema, ¿por qué molestarse con globos tambaleantes y correr el riesgo de verse afectado incluso por la más mínima oleada de viento cuando podría ir al extremo y lanzar un contrapeso a la atmósfera superior, unirle una cuerda y cree efectivamente un segundo ancla para mantener el edificio en su lugar. Más concretamente, podrías construir un ascensor aéreo para que sirviera como base sobre la que podrías construir todo un complejo de rascacielos.

¡ Deberías buscar fuentes espaciales !

Las fuentes espaciales son superestructuras teóricas sostenidas por un sistema activo de pesos que se mueven a lo largo de una pista. Los pesos (pueden ser gránulos individuales o un cable continuo) suben por la torre y se redirigen en la parte superior para volver a bajar. Esta redirección da como resultado una fuerza hacia arriba en la parte superior de la torre, colocando la estructura, al menos parcialmente, en tensión, tal como su idea con los globos.

Hay muchos problemas. Al ser una estructura activa, requiere un suministro continuo de energía, para que no se derrumbe, aunque la inercia en los pesos mismos le daría cierto margen de maniobra.

No simplemente no. Un edificio no debe tener partes que sean necesarias para su integridad estructural y que tampoco quieran ser parte de la estructura. Si los globos se desprenden y se alejan flotando (o si revientan o gotean), todo el edificio se convierte en un peligro para sus ocupantes y el resto del vecindario. Por supuesto, todos los edificios necesitan mantenimiento, pero no querrás que los edificios sin mantenimiento se derrumben .

La idea es tan sensata como hacer los cimientos con elefantes vivos. Asegurarse de que puedan soportar el peso de la estructura no es realmente el problema; el problema es que se pueden mover. (Discworld tiene mucha suerte de que eso no haya sucedido todavía. Eso solo demuestra que si quieres escribir una historia con edificios como este, hazlo, no todos los mundos ficticios tienen que ser realistas).

No por mucho tiempo

Como se indica en los comentarios, el tamaño requerido de los globos es enorme para soportar incluso un simple cable. Dada una limitación de las tecnologías actuales o del futuro cercano, existen numerosos problemas con este concepto:

1. Las moléculas de hidrógeno son realmente difíciles de contener. Es muy difícil construir contenedores que no tengan fugas. Por lo tanto, el uso de hidrógeno también requeriría construir una infraestructura pesada en el cable para recargar constantemente el hidrógeno en todos los globos. Desafortunadamente, el uso de cualquier alternativa (helio, aire caliente, etc.) hará que los enormes globos sean aún más grandes, lo que empeorará aún más los problemas que se encuentran debajo. La construcción de globos de hidrógeno que no tengan fugas no es factible dadas las tecnologías previsibles, lo que se ve agravado por...
2. Fallo material. Este diseño es muy inestable: el "cable" central se flexiona constantemente con el viento, los globos se agitan con el viento y se frotan contra el cable de manera impredecible mientras se mueven alrededor de sus puntos de conexión, etc. Algo, o más probablemente mucho de cosas, se romperá en poco tiempo; no hay material conocido o proyectado que pueda usarse para este proyecto. Un diseño modular realmente no ayuda: ¿cómo se reemplaza un globo de 50 m de diámetro con un agujero desgastado cuando está a cientos de metros en el aire en un cable que se agita con el viento? Si una sección del cable está fallando, ¿cómo se reemplaza cuando está rodeada de enormes globos que no puede perforar sin que la sección de arriba flote hacia el azul salvaje de allá? (Imagine una cadena de bicicleta, una estructura modular que está diseñada para reemplazar los enlaces, utilizada como cable de anclaje para un globo. Tratar de reemplazar un enlace en el medio sin una superestructura verdaderamente masiva (es decir, demasiado pesada) a su alrededor simplemente no es posible).
3. Vientos fuertes 1. Como se indica en la pregunta, el viento empujará la estructura hacia un lado. Si la estructura en general tiene solo una ligera flotabilidad positiva, entonces, con vientos fuertes, volará de modo que los globos golpeen el suelo y, tarde o temprano, fallarán catastróficamente. Si la estructura está construida con enormes globos que dan una enorme flotabilidad positiva, entonces habrá enormes fuerzas tirando del cable constantemente, incluso más con vientos fuertes. Consulte este xkcd What If relevante para ver una ilustración del principio: reemplace el automóvil de alta velocidad con vientos fuertes. (Tenga en cuenta que construir dentro de una montaña para evitar fuertes vientos anula por completo el propósito declarado de construir una estructura alta, en realidad es una estructura subterránea muy costosa).
4. Vientos fuertes 2. La velocidad del viento generalmente aumenta a medida que aumenta la altitud debido a la reducción de la obstrucción del suelo. Cuando esto es profundo con un pequeño cambio de altitud, se trata de una cizalladura vertical del viento , que tiene el potencial de desgarrar la estructura a la altura en que se encuentra con este fenómeno.

Tenga en cuenta que la construcción de un grupo de torres verticales conectadas horizontalmente en realidad hace que la estructura tenga más probabilidades de fallar en lugar de menos: las torres contra el viento volarán hacia las torres contra el viento y, en lugar de distribuir las fuerzas, aumentarán las tensiones máximas en un cable en cualquier momento. tiempo.

En resumen, si se eleva en un día tranquilo, la estructura puede, brevemente, alcanzar una altura considerable. Sin embargo, su vida útil probablemente se mediría en días en lugar de semanas.

Piernas

Necesitas diseñar los edificios como una estructura de enormes patas que se desplazan y mueven con tensiones cambiantes, caminando interminablemente por debajo de la infraestructura del zepelín que vuela virtualmente a merced de los vientos. En el mar se sostienen sobre inmensos pontones. En tierra, eligen su camino con cuidado. Solo en la escala más pequeña, una manzana más o menos, pueden elegir con malicia calculada qué autobús escolar u obra de arte aplastar con su poderoso peso mientras golpean el desventurado planeta hasta el olvido.

• Lo admito, estoy descuidando una cosa llamada "cizalladura del viento". ¿Tal vez es un planeta sin cizalladura del viento? :)

El problema es que el aire tiene una densidad de poco más de 1 kg/m3. Entonces, con hidrógeno o helio como gas de sustentación (no hay mucha diferencia, ambos son varias veces más livianos que el aire), necesita 1 m3 de globo para generar 1 kg de sustentación.

La solución es un planeta con una atmósfera más densa. Como Venus, solo que más fresco. Venus tiene una presión atmosférica 100 veces superior a la de la Tierra. Además, su atmósfera está compuesta de dióxido de carbono, cuyo peso molecular es aproximadamente 1,5 veces mayor que el del aire. Entonces, en un planeta con condiciones atmosféricas venusianas pero con temperaturas similares a las de la Tierra, podrías levantar 150 kg con un globo de 1 m3.

Aún mejor sería un mundo submarino en el que puedas levantar 1000 kg con un globo de 1 m3.

No, no es factible. Aquí hay una demostración simple de por qué.

Tengamos una masa de 2 kg que queremos mantener a 10 centímetros del suelo. Una regla general es que la fuerza de elevación del hidrógeno es que se necesita un metro cúbico para levantar un kilogramo de masa. Entonces, digamos que queremos reducir la masa efectiva a, digamos, el 50%, de modo que el soporte que sostiene esa masa solo tenga que lidiar con 1 kg de fuerza hacia abajo, con el resto sostenido por el globo. Así que necesitamos un globo que tenga 1 metro cúbico. Si es una esfera, tiene 1,2 metros de diámetro. Y el hidrógeno que contiene tendrá una masa de 82 gramos.

Entonces, ¿qué pasa con el soporte? Digamos que estamos usando una barra de acero cuadrada hecha de acero estructural A36. A36 tiene un límite elástico a la compresión de 152 MPa (1550 kilogramos de fuerza por centímetro cuadrado) y una densidad de 7,86 gramos por centímetro cúbico. Una barra de 10 centímetros de largo y 1 cm de espesor pesaría por sí sola 78,6 gramos. Esa barra de 1 cm debería, en teoría, aguantar más de una tonelada y media . Con esos números, la masa del acero en sí es irrelevante en este caso.

Cortar la barra a 1 milímetro de espesor. Ahora, en teoría, puede soportar 15,5 kilos por sí mismo, mientras pesa 7,86 gramos. Por razones de seguridad, cortaremos la varilla en cuatro barras de 0,5 mm de espesor para que podamos colocar una en cada esquina de la carga para mayor estabilidad. Sostendrán la misma masa total.

Ya deberías haber notado algo: la masa del hidrógeno, necesaria para sostener 1 kilo de masa, es más pesada por sí misma que la masa de un acero que podría sostener 1500 kilos y ocupa 100.000 veces el volumen.

Lo que significa que la cantidad de elevación y, por lo tanto, la reducción de peso efectiva que ofrece el globo no tiene sentido. La cantidad de acero requerida para hacer lo mismo es más liviana y mucho más pequeña que el tamaño del globo.

Bien, basta de ejemplos teóricos. Miremos uno real, y usaré las viejas torres del World Trade Center. Cada torre utilizó aproximadamente 90.000 toneladas (90 millones de kilogramos) de acero para su construcción. Digamos que queremos reducir la masa efectiva en, digamos, un 10 por ciento, por lo que necesitamos levantar el equivalente a 9 millones de kilogramos con nuestros globos de apoyo de hidrógeno. Usando la regla general de 1 metro cúbico por kilo, necesitamos un volumen de 9 millones de metros cúbicos de hidrógeno. La Torre 1 del WTC era un bloque de 63,4 metros de ancho y 417 metros de alto, con un volumen total de alrededor de 1,68 millones de metros cúbicos.

Oh querido. Para proporcionar suficiente sustentación para reducir la masa efectiva del acero estructural en solo un 10 %, necesitaría un volumen total de globo de más de 5 veces el volumen del edificio en sí . Eso... no parece ser una solución muy efectiva.

Si estás empezando con algo parecido a la tierra, parece que las fuerzas de flotabilidad no están de tu lado. Tal vez si vivieras en un aire más denso o en un bioma subacuático, este tipo de estructura tiene mucho más sentido, ya que la facilidad para generar grandes fuerzas de flotabilidad es bastante obvia por todo el peso que flotamos sobre los océanos en los barcos.

Recuerda a algo más extraño, de los árboles integrales de Niven. Estructuras que flotan en gravedad cero con la atmósfera y que tienen fuerzas de viento que se equilibran entre los extremos centrípeto y centrífugo de los árboles.

Ha pasado mucho tiempo, creo que lo leí en los años 80, pero solo un concepto extraño.

Globos - de una especie.

Primero, un gran descargo de responsabilidad: no soy, y no pretendo ser, ingeniero civil o arquitecto; lo que sigue puede ser completamente ridículo e inviable. Usted ha sido advertido.

Dices que el nivel tecnológico es "ligeramente futurista", así que ¿por qué no jugar con los materiales? Supongamos que el futuro ha resuelto el problema de hacer estructuras muy rígidas a partir de algo extremadamente delgado y liviano, como el grafeno. Cree grandes celdas de grafeno y llénelas literalmente con nada: vacío. Eso, en teoría, les daría un peso negativo. Tus materiales de construcción son células de grafeno cubiertas con una capa muy delgada de lo que quieras que luzca tu edificio (mármol, acero, madera, etc.) - puedes apilarlos tan alto como quieras (hasta que te quedes sin atmósfera) y siempre que estén debidamente unidas entre sí y todo esté firmemente anclado al suelo (por ejemplo, cimientos de hormigón pesado), el peso de su edificio se convierte en un problema.

Sería necesario pensar más en la cizalladura del viento en una construcción tan liviana, preferiblemente por parte de alguien que sepa sobre estas cosas, pero dada la rigidez del material, para empezar, puede que no sea un gran dolor de cabeza y puede ajustar el peso del edificio. ajustando el grosor de la chapa para darle algo de volumen si es necesario.