ناطحات السحاب ( انشائها – أسرارها )


ناطحات السحاب

ناطحات السحاب منذالقدم سعى الإنسان بشكلٍ غريزي للإرتفاع في الإنشاءات, فقام العديد من العمال فيأوروبا ببناء الكاتدرائيات, بالإضافة إلى عدد لا يحصى من الأبراج, وذلك من أجلإلهاب المخيلة الإنشائية.

وقد كان من الضروري على الإنسان أن يقوم بإنشاء ناطحاتالسحاب بشكل أساسي لتوفير المساحة التي يمكن أن نقوم ببناء عدد من المباني عليها.

كما حدث أن قامت الحضارات القديمة بشكلٍ غريزي بإنشاء مبانٍ شاهقة الارتفاع لتعظيمموتاهم لكن بدرجة محدودة. وحتى فترةٍ ليست بالبعيدة لم يكن بإمكاننا أن نبني إنشاءات لا يتوقف ارتفاعها عند حد معيّن.

فقد ظهرت في أواخر القرن التاسع عشرتقنية جديدة عارضت كل الحواجز التي تحول دون الارتفاع في الإنشاءات, وفجأة أصبحتفكرة إقامة أبراج شاهقة الارتفاع ممكنة, والتي قد يصل ارتفاعها إلى آلاف الأقدام فوق سطح الأرض.

وفي هذه المقالة, سنلقي نظرة على الإبداعات التي فعلت عمليةبناء هذه الإنشاءات الرائعة, كما سنقوم بفحص القضايا المعمارية الأساسية التي تدورحول إمكانية بقاء ارتفاع ناطحات السحاب قابلاً للزيادة, علاوةً على القضاياالتصميمية التي تعالج هذا الأمر, وفي النهاية سنحاول أن نتكهن بمستقبل ناطحاتالسحاب وارتفاعها.

برج التجارة العالمي: عندما تم تدمير برج التجارةالعالمي في الحادي عشر من أيلول من عام 2001 م, بدا أنّ البرجين سيصمدان لكن بعدأقل من ساعتين انهار كلاهما.

 

 

ناطحات السحاب

 

 

مقاومة الجاذبية الأرضية:

العقبة الرئيسية التي تواجه عملية الارتفاع في علو البناء هي مقاومة الجاذبية الأرضية.

تخيل أنكتريد حمل صديقاً لك على كتفيك, فإذا كان هذا الشخص خفيف الوزن ستبدو هذه العمليةممكنة, لكن لو أنّ شخصاً آخر تمّ وضعه على كتفي صديقك الذي تحمله فإنّ ثقل الوزنالملقى على كتفيك سيكون كبيراً عليك كي تحمله لوحدك.

فلإقامة برجٍ مرتفع من الناسستحتاج إلى عدد أكبر من الأشخاص في الأسفل (القاعدة) لدعم الأشخاص الموجودين فيالطبقات العليا.

وهذه هي طريقة بناء الأهرامات, حيث يتوجب توافر مواد مدعمةأكثر في الأسفل, وذلك لدعم قسم المواد المركبة في المنطقة العلوية.

وفي كل مرّةنضيف فيها طبقة فأن مجمل القوة الواقعة على كل نقطة في الأسفل تزيد الضغط عليها,وإذا ما استمررنا في زيادة قاعدة الهرم سيصبح ذلك غير قابل للتطبيق بسرعة كبيرة كونأنّ القاعدة السفلية ستتطلب مساحة واسعة من الأرض المتاحة.

أما بالنسبة للمبانيالتقليدية المصنوعة من القرميد والمورتار يمكننا زيادة سماكة الجدران السفلية إذاما أردنا بناء طوابق علوية جديدة وبعد أن تصل إلى ارتفاع محدد ستصبح هذه العمليةغير عملية, لكنّ السؤال يدور حول ما هي أهمية الارتفاع في البناء إذا خسرنا المساحةالموجودة في الطوابق السفلية؟

وباستخدام هذه التقنية لن يكن بمقدورنا تجاوزحد ارتفاع الـ10 طوابق كون أن عملية الارتفاع بأكثر من ذلك لكن تكون عملية.
لكنفي أواخر القرن التاسع عشر ظهرت تطورات وظروف ساعدت المهندسين على كسر هذا الحاجز.

فالظروف الاجتماعية التي قادت إلى إنشاء ناطحات السحاب كانت تتمثل في نموالمراكز الحضرية الأمريكية خصوصاً في شيكاغو, إضافةً إلى الحاجة إلى تواجد مركزالعمل في أماكن قريبة من المدن, دفعت المهندسين للتفكير بشكل جدّي في إيجاد حللبناء إنشاءات ولمخاطر سقوط المباني التي يمكن العمل على إنشائها بشكل مرتفع.

والتقدم التقني الأساسي الذي جعل إمكانية بناء ناطحات السحاب واردة تمثل فيتطور إنتاج الحديد والفولاذ, وذلك من خلال إنتاج القضبان الحديدة والصلبة التي منحتالمهندسين مجموعة كاملة جديدة من البلوكات الإنشائية للعمل, كما قدم لنا التطورالتقني القضبان الحديدة ذات الوزن الخفيف التي تستطيع أن تدعم وزن أكبر بطريقة أفضلمن الجدران القرميدية الصلبة التي كانت مستخدمة في عمليات إنشاء المباني القديمة,كما أن هذه القضبان قادرة على تقليص الحاجة إلى مساحة أكبر خلال الإنشاءات.

أضف إلىذلك أن الإمكانيات الفولاذية البسمرية ساعدت المهندسين المعماريين في التخلي عنالحديد في الإنشاءات كونها هي الطريقة المثالية في إنتاج صناعة الفولاذ, الأمر الذيمهد لنا الطريق لبناء إنشاءات أكثر ارتفاعاً مما كان في السابق.

شبكة ضخمة منالعوارض:

التدعيم الذي تتلقاه ناطحات السحاب يكمن في الهيكل الفولاذي.

فالقضبانالمعدنية تعمل على تثبيت المبنى من كلا الجانبين, كما يتم وصل القضبان العموديةبالقضبان الأفقية في كل طابق من المبنى, وفي العديد من المباني تتواجد القضبانالقطرية داخل العوارض للحصول على قدرة تدعيم إنشائية أكبر, وعن طريق هذه الشبكة ذاتالأبعاد الثلاثية يتم نقل ثقل المبنى إلى القضبان العمودية, ومن ثم تقم هذه الأعمدةبنقل الثقل إلى قاعدة البناء التي تقم بدورها بنشر هذه القوة الضاغطة على التركيباتالثانوية تحت المبنى.

وعندما نقوم بإنشاء ناطحة سحابٍ مثالية يتوجب علينا وضعالقضبان العمودية على الأرضية المنتشرة حيث تلقي بوزنها على طبقة القالب الحديديالتي تتوضع على شبيكة العوارض الأساسية. وهذه بدورها تتألف من مجموعة من الطبقاتالفولاذية الأفقية مرتبة بشكل دوري على شكل طبقتين أو أكثر.

ويتم وضع هذه الشبيكة على طبقة سميكة من البيتون يتمصبها مباشرة على المادة الطينية الصلبة الموجودة كأرضية للبناء. أما في كل المبانيالثقيلة تتركز قاعدة الأرضية على الأرصفة البيتونية الضخمة التي تمتد بشكل كاملباتجاه الأسفل لتصل إلى أرض حجر الأساس.

وتعد الجدران الخارجية الستائرية إحدىأهم الميزات التي يمنحنا إياها الهيكل الفولاذي, وهي بحاجة إلى دعم وزنها, الأمرالذي سمح للمهندسين المعماريين ببناء ما يريدون بشكل عكسي بالكامل للجدران السميكةالموجودة في الإنشاءات التقليدية.

يذكر أنّه في العديد من ناطحات السحاب التيتمّ بناؤها في خمسينات وستينات القرن الماضي كانت الجدران الستائرية مبنية تقريباًبالكامل من الزجاج لمنح ساكنيها رؤية مدهشة لمدينتهم.

العمل على جعل ناطحاتالسحاب عملية:

في الفقرة السابقة رأينا أنّ عملية صناعة الحديد والفولاذ فتحت الباب لإمكانية بناء الأبراج, لكن ذلك لم يكن هو السبب الوحيد الذي جعل حلم بناءناطحات السحاب حقيقة, بل يضاف إلى ذلك أنّه كان من الضروري على المهندسين المعماريين العمل على جعل هذه الإنشاءات عملية.

فعندما تقوم ببناء إنشاءيتلف من أكثر من ستة طوابق, ستبدو عملية إنشاء الأدراج تقنية لا يمكن استخدامها,ولهذا السبب لم تكن عملية تحول حلم إنشاء ناطحات السحاب إلى حقيقة أمراً وارداًبدون ظهور تقنية المصاعد والتي أتت عن طريق المصادفة. فمنذ تركيب المصعد في متجرهاو أوت الكبير في مدينة نيويورك في عام 1857 م أصبحت المصاعد العمودية جزءاً لايتجزأ من تصميم ناطحات السحاب.

فمن البديهي عندما نقوم بإنشاء المصاعد بشكليمنع تكتل الناس في طوابير من أجل الوصول إلى بيوتهم, لكن المشكلة تكمن في تطلّبالمصاعد العمودية عدد كبير من غرف المبنى, وبالتالي سنخسر مساحة كبيرة من الإنشاء,ومن هنا كانت مسألة من أهم المسائل الواجب مراعاتها في أي تصميم ناطحة سحاب.

كما نّ مسألة أمان المبنى تعتبر من أهم المسائل الواجب أخذها بعين الاعتبار,فناطحات السحاب الحالية لم تكن لتصبح بهذه الجودة بدون اكتشاف المواد المضادةللحرائق في الأبنية في القرن التاسع عشر, وقد تمّ تجهيز ناطحات السحاب بجهازٍ رشاشمعقد قادرٌ على إطفاء معظم الحرائق قبل أن تنتشر على نطاق واسع, وذلك لحماية مئاتالساكنين والعاملين في بناء يرتفع إلى آلاف الأقدام وبدون مخرج أمان.

يذكر أنالمهندسين المعماريين أولوا اهتماماً خاصاً براحة قاطني الأبنية. ففي بناء إمبايرستايت, على سبيل المثال, تم تصميمه بالشكل الذي يسمح بوجود نافذة في كل 30 قدم.

كما أنّ بناء البنك التجاري في مدينة فرانكفورت في ألمانيا يتضمن على مناطقحدائقية هادئة داخل المبنى على قبالة مناطق مكاتب العمل وبشكل متسلّق لولبي.

وبهذانلاحظ أنّ أي تصميم بناء ناجح لا يعتمد على السلامة الإنشائية فقط بل على جودةاستخداميته ورضا الساكنين به.

مقاومة الرياح:

يتوجب على ناطحات السحابأن تتعامل مع القوة الأفقية للرياح إضافة إلى مواجهة ضغط الجاذبية الأرضية.

فمعظمناطحات السحاب يمكن أن تتحرك بضعة أقدام كشجرة تهتز أمام الرياح بدون تعريض سلامةالبناء إلى أي خطر, لكن المشكلة تكمن في شعور الناس الساكنين في هذا البناء بهذهالحركة الأفقية.

وهنا يجدر بنا التنويه إلى أنّ طريقة تثبيت البناء ببساطةهي الطريقة الأساسية للسيطرة على التأرجح الأفقي. ففي كل عقدة تلتقي فيها العوارضمع القضبان العمودية سيقوم الإنشاء بربطها وتثبيتها من الأعلى إلى الأسفل لتكونككلٍّ واحد مرن, كما سيتم تسليح منطقة المصاعد الموجودة في منتصف البناء بالجمالون الفولاذي القوي التي سيتم تثبيته بالقضبان العمودية, الشيء الذي يفسّر وجود أكثر منحشوة بيتونية في منتصف معظم المباني الحديثة, كما أنّ ذلك سيساهم في تحمّل هذهالإنشاءات لأضرار الهزات الأرضية, كونها تتحرك بشكل أساسي لاهتزازات الأرض الأفقية,وبهذا سنحول دون إجهاد الهيكل الفولاذي والتوائه.

لكن المشكلة تتلخص في شعور ساكنيالبناء بهذه الحركة, إضافة إلى أنّ العملية ستؤدي إلى إلحاق الضرر بالأجهزة والأثاث, الأمر الذي دفع العديد من الشركات للعمل على تطوير تقنية جديدة تقوم بصدالحركة الأفقية عن طريق إضعاف قوّة الاهتزازات, ولهذا تمّ استخدام أجهزة ترطيبيةللرياح في بعض المباني, كما هو الحال في مركز سيتي كورب في مدينة نيويورك.

وخلال هذه العملية المعقّدة تقوم الأنظمة الزيتية الهيدروليكية بدفع 400 طن منالبيتون إلى الخلف والأمام في الطوابق العلوية لنقل ثقل المبنى من جانبٍ إلى آخر.ولمعرفة كيف تقوم الرياح بتحريك المبنى ونقل الثقل من مكان إلى آخر, فقد تمّاستخدام نظام كمبيوتري معقّد يرصد هذه الحركة كما توجد أنظمة أُخرى تعمل على توزيعثقل المبنى عن طريق شواقيل كبيرة.

تاريخ ناطحات السحاب:

كما لاحظنا فيالفقرات السابقة, نجد أنّ ناطحات السحاب يتم إنشاؤها بمختلف الأشكال والأحجام محتوى الهيكل الفولاذي يجعلها إنشاءات مرنة جدّاً, لكن المشكلة تكمن في مخيلة المهندسين والمصممين المعماريين الذين يقومون بجمع القضبان والعوارض.

فناطحات السحابالتي تمّ إنشاؤها في أواخر القرن التاسع عشر كانت على شكل العلب المصممة من الحجارةوالجدران الزجاجية الستائرية.

لكن في بدايات القرن العشرين بدأت العمليةالجمالية تتغير بإضافة المؤثرات القوطية المبالغ فيها لإخفاء شكل الإنشاء الصندوقي الفولاذي.

وفي الفترة الممتدة بين عشرينات القرن العشرين وأربعينياته عملت الحركة الفنية الديكورية هذه المسألة لإنشاء المباني كي تبدو على شكل الصروح الفنية كناطحة سحاب إمباير ستايت وكريسلر.

ثم حدث تحول في خمسينيات القرن الماضي عندما بدأيظهر الأسلوب العالمي بحيث تبدو ناطحات السحاب بدون زخارف أو بمقدار بسيط منالزخارف, الأمر الذي يفسر إنشاؤها بالمجمل من الزجاج والفولاذ والبيتون.

ومنذستينات القرن العشرين أخذ العديد من المصممين المعماريين ناطحات السحاب إلى آفاقجديدة غير متوقعة. فواحدة من هذه التنوعات المدهشة كانت تتمثل في جمع مقاطع هيكليةعمودية متنوعة أو أنابيب ضمن مبنى واحد.

وبرج سيرز في شيكاغو يعتبر مثالاً حيّاًعلى هذه النظرة الإبداعية في الإنشاءات, فهو يتألف من تسعة أنابيب مصطفة بارتفاعاتمختلفة, الأمر الذي جعل المبنى يبدو كالشخص المترنح السكر.

ناطحة السحاب الأعلى في العالم:

منذ أن بدأت عملية بناء ناطحات السحاب في أواخر القرن التاسععشر, تنافست المدن والشركات لإنشاء البرج الأكثر ارتفاعاً في العالم. لكن حتى الآنما زال هذا الموضوع مثيراً للجدل, حيث لم يتفق كل الناس على بناء واحد.

بشكلتقليدي تعرّف المبنى على أنه إنشاء غايته السكن فيه, وهذا ما يستثني العديد منالإنشاءات الطليقة المرتفعة مثل بناء سي إن الموجود في مدينة تورنتو الذي يصلارتفاعه إلى 1815 قدم.

وعلى أيّة حال ما زال يدور الجدل حول المباني التقليدية.

فعلى سبيل المثال, إذا قمنا بحساب لوامس السطح ضمن الارتفاع سيصل ارتفاع برج سيرزإلى 1730 قدم وبدون هذا اللامس سيكون على ارتفاع 1450 قدم فقط, لكن بشكل تقليديفإنّ هذه الإنشاءات الديكورية يتم سحبها بدون اللوامس العليا.

وبهذا نصل إلىالسؤال الذي يطرح نفسه: من هو البناء الأكثر ارتفاعاً؟

إنّه برج تايبيه 101 فيتايوان, فعلى الرغم من أنه يحتوي على تسع طوابق أقل من برج سيرز, لكن ارتفاع هذاالبناء أكثر بـ220 قدم من برج سيرز وبـ187 أكثر من برج بتروناس الموجود في ماليزياوالذي كان الأكثر ارتفاعاً قبل إتمام إنشاء برج تايبيه 101.

للأمام والخلف:

إنّ لقب البناء الأعلى في العالم ينتقل بشكل منتظم من ناطحة سحاب إلى أُخرى, إذأنّ هذه القضية تعد واحدة من أثر المسابقات تنافسية في عالم الإنشائيات.

فالمهندسون والمصممون المعماريون يحملون في قلوبهم بشكلٍ دائم تحديات بناءإنشاءات أكثر ارتفاعاً, كما أنّ الشركات والمدن تنجذب بشكل دائم إلى مجد بناءالإنشاء الأعلى في العالم فيها.

وكما هو معروف فإنّ برج تايبيه 101 هو البناءالأكثر ارتفاعاً, لكن التنافس لن يتوقف أبداً, حيث يوجد أثر من 50 مشروع يمكن أنيحطم الرقم القياسي, كما يتم العمل على بعض ناطحات السحاب القديمة لتحطّم الرقمالقياسي, لكن السؤال يكمن في التالي: هل هذه الإنشاءات قابلة للبناء أو قادرة علىتحطيم الرقم القياسي؟

وفقاً لبعض الخبراء الهندسيين يعد المال هو العائق الوحيدلذلك وليس التقنية, لأن المبني ذات الارتفاع الشاهق تتطلب مواد مدعمة متينة وعميقةوأرضيات صلبة غالية الثمن, إضافةً إلى احتياج الطواقم الإنشائية إلى رافعات متقنة ونظام أنبوبي لإيصال البيتون والمواد المدعمة إلى الطوابق العليا, أي ما يكلّف عشرات المليارات من الدولارات لإنشاء ناطحة سحاب واحدة.

كما يمكن إضافة المشاكلاللوجستية التي تتعرض لها المصاعد. فلجعل الطوابق العلوية من إحدى ناطحات السحاب التي تتألف من 200 طابق يمكن الوصول إليها بسهولة فإننا سنحتاج إلى مساحة كبيرة منالمنطقة الوسطى من البناء, ولحل هذه المشكلة يمكن تنظيم المصاعد بحيث يتم تقسيمهابشكل يسمح لمصعد بالوصول إلى منتصف المبنى ويقوم بعد ذلك مصعد آخر بالوصول إلىالقسم العلوي من البناء.

أمّا بالنسبة لتصور ما هو المطلوب في ناطحات السحاب فيالمرحلة القادمة, انقسم الخبراء إلى قسمين:

قسم يرى أنّ البناء يتميز بالتقنياتالمذهلة ليصل إلى ارتفاع الميل (1609 م- 5280 قدم),

وقسم يرى أننا بحاجة إلى تطويرمواد أكثر قوّة وأكثر خفّة, بالإضافة إلى مصاعد أسرع وآلات مضعفة لتأرجح المبانيقبل أنّ تصبح هذه المباني هشة وضعيفة.

نظريّاً, لا يجد المهندسين أي حاجز فيوجه أحلامهم, كون أنّ التطور التقني المستقبلي قد يقود إلى مدن ممتلئة بناطحاتالسحاب كما يقول بعض الخبراء, بالإضافة إلى ظهور فكرة إسكان مليون شخص أو أكثر فيبناءٍ واحد كأمر وارد الحدوث.

وعلى أيّة حال, يتوجب علينا أنّ نعمل في المستقبلعلى تقليص المساحة التي نريد إنشاء المباني فوقها, وذلك لتركيز التطوير في منطقةواحدة عوضاً عن نشره في مناطق غير مستغلة.

فمدن ناطحات السحاب ستكون أكثرملائمة للأعمال التي يمكن تجميعها في مدينة واحدة لتخفيض الوقت المستهلك في السفروالمواصلات.