La principale force agissant sur les gratte-ciel est le vent. Pour un immeuble ne dépassant pas plus de 30 mètres de hauteur la pression du vent sur la structure est négligeable. Cependant  pour des bâtiments d’une centaine de mètre de hauteur le vent exerce une forte pression sur la structure.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il y a donc plusieurs principes et lois liés aux vents agissant sur les gratte ciels tels que le principe de la voile de bateau, les conditions atmosphériques ainsi que la « règle du 1/7 ».

Tout d’abord le principe de la voile de bateau : plus la surface totale de la toile sera grande, plus la surface sur laquelle la force du vent va exercée une pression va être grande: l'intensité de cette force augmente donc proportionnellement en fonction de la surface de contact.

La force du vent notée F est donc égale à :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 La seconde loi concerne les conditions atmosphériques. Dans les conditions normales de température et de pression (CNTP) de la basse atmosphère, la force exercée par le vent varie en proportion géométrique de l’augmentation des hauteurs. Autrement dit, l’intensité de la force exercée par le vent est bien plus forte à cinq cents mètres d’altitude qu’à une altitude zéro. Ainsi les avions utilisent les courants aériens (à des altitudes plus importantes : 9 km généralement), pour augmenter leur vitesse et économiser du kérosène.

 

 Ces deux phénomènes physiques ont donc imposé une très grosse contrainte sur les gratte-ciel, que certains nomment « règle du 1/7 ». En effet, à cause des contraintes évoquées ci-dessus, la structure d’un gratte-ciel est considérée comme stable si la hauteur ne fait pas plus de sept fois sa largeur à sa base. Un immeuble de 70 mètres de haut devra au minimum être large de dix mètres. Ainsi, les limites de hauteur des gratte-ciel ont été atteintes aux alentours de 400 mètres : il n’est pas imaginable de construire un immeuble d’une largeur de 300 mètres car les bureaux ne recevraient plus aucune lumière.

 

Pour diminuer au maximum l'effet de la force du vent les gratte-ciel emploient différentes techniques telles que les damper. Il existe différents types de damper:  

 

 Un damper agissant mécaniquement : il s'agit d'une grosse boule attachée au bout d'un câble et possédant une masse très importante. Le principe est simple, lorsque la tour s’incline, le damper, avec un temps de retard sur l'oscillation, se balance et permet donc à la tour de garder sa stabilité.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Un damper agissant par l’intermédiaire de capteurs de mouvements : les mouvements de la tour,captés par un détecteur lui même relié à un ordinateur, les données des mouvements sont ensuite transmis à un moteur. Ce dernier actionne un vérin déplaçant une importante masse de béton dans le sens inverse aux mouvements de la tour. La masse de béton nécessaire varie en fonction des besoins de la tour ( l'actuel plus grand damper est situé sur la tour Taipei 100 dans la ville de Taiwan et pèse 660 tonnes).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il existe aussi un damper hydraulique : ce type damper réside alors sur l'existence comme pour la tour de Taipei 100 des capteur de mouvements des oscillations de la tour. Les tours possédant ces dampers sont équipées de deux énormes réservoirs d'eau qui une fois les mouvements captés, les réservoirs vont transvaser de l'eau dans l'autre réservoir en fonction du sens de l'oscillation.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La forme du bâtiment peut aussi diminuer la pression du vent sur la surface de la structure. En effet, les gratte-ciel adoptent désormais et de plus en plus des formes aérodynamiques permettant ainsi de réduire le coefficient de trainée qui pour les structures de formes parallélépipèdes son très élevées.

Par exemple, les ailes d'avions possèdent un coefficient entre 0,005 à 0,010 alors que pour une structure à forme basique ce coefficient est de 1.