مقدمة عن ابنية ناطحات السحاب
استخدمت كلمة ناطحة السحاب في الأصل لوصف السارية العالية جدا في القوارب، أما اليوم فهي كلمة محصورة الاستخدام في المباني الأكثر ارتفاعا من المتوسط، أي أعلى من 152 مترا. ليس الارتفاع وحده ما يحدد التعريف فهناك عدة تعريفات أخرى موجودة
لكن سنركز على الارتفاع الإنشائي وهو الذي يؤخذ عموما كارتفاع رسمي ،وهو الذي يحدد النقطة الأكثر ارتفاعا في هيكل البناء. يختلف هذا الارتفاع عن الارتفاع الإجمالي (الذي تصل إليه البناية بعد إضافة ارتفاع الهوائيات التي توضع فوق المباني والتي تضيف حوالي مئة متراً إضافية) وتختلف أيضا عن ما يسمى بالارتفاع المنفتح أو ارتفاع البلوغ وهو أعلى نقطة يمكن أن يصعد إليها الناس.
كانت البنايات ذات الستة طوابق تعتبر نادرة حتى القرن التاسع عشر فلم يكن من الممكن التفكير يوما بالصعود إلى هذا العدد من الطوابق باستخدام الدروج. ومن جانب آخر فإن ضغط الماء الجاري لم يكن كافيا ليصعد لأكثر من 15 م. إلا إن تطور صناعة الفولاذ والخرسانة ومضخات الماء ومن ثم ظهور المصاعد كل ذلك أثر فيما بعد على إنشاء مبانٍ أعلى حتى تجاوز ارتفاعها 300 م.
أول ظهور لناطحات السحاب كان في مدينتي نيويورك وشيكاغو وذلك في أواخر القرن التاسع عشر.. أعطى حريق شيكاغو الكبير الذي دمر جزءا كبيرا من المدينة دفعة جديدة وكبيرة لهذا الأسلوب المعماري الذي يستطيع مواجهة ارتفاع أسعار الأراضي. كانت ناطحات السحاب في ذلك الوقت تبنى لأغراض نفعية في المقام الأول أما شكلها الخارجي فكان ثانويا.
بدأ الجانب الجمالي لناطحات السحاب بالتطور خلال القرن العشرين فقد أصبحت هذه الأبنية تمثل رؤية تحمل النفوذ والجاذبية والتأثير وهي أمور يبحث عنها المستثمرون والمعماريون في الحصول على شهرة امتلاك أعلى ناطحة سحاب في العالم بل ذهبوا إلى إنارة البناء بكامله ليلا. ومع ذلك تبقى ناطحات السحاب بنايات وظيفية ونفعية تضم في طوابقها مكاتب مستأجرة تعمل على تحقيق الجدوى الاقتصادية للبناء.
أما ارتفاع ناطحات السحاب فيبدو إنه ليس له حدود فمع اختراع كل مادة بناء جديدة يمكن أن تستخدم في تشييد بناية جديدة قادرة على أن تحطم الرقم القياسي لسابقاتها وأصبح ارتفاع الأربعين متراً للبنايات الأولى مضحكا اليوم فالعديد من الناطحات اليوم تجاوز ارتفاعها 400م بل وحتى 500م. ويبقى التجديد والإرادة الإنسانيان بلا توقف هما الطريقة لإنجاز بنايات هائلة قد يتجاوز ارتفاعها الكيلومتراً.
ناطحات السحاب في العالم
*****************
الولايات المتحدة هي الدولة الرائدة بلا منازع في بناء ناطحات السحاب وهي تمتلك اليوم عددا لا بأس به من أعلى المباني في العالم. فعلى سبيل المثال تمتلك مدينة نيويورك وحدها 5137 ناطحة سحاب (بارتفاع أكثر من 152م).
إلا إن هذا النفوذ والهيمنة انتقلا إلى قارة أخرى حيث نجد إن آسيا أصبحت حاليا هي المكان الأكثر نشاطا في بناء الناطحات الجديدة فهونغ كونغ في الصين هي من الآن فصاعدا المدينة الأولى في العالم ، بعدد ناطحات سحابها حيث يصل إلى 6943 بناية بارتفاع 152 م وأكثر وبذلك فإن نيويورك أصبحت تحتل المكان الثاني.
أما أوربا فلم تصبها حمى ناطحات السحاب فهي تمتلك عددا قليلا من البنايات العالية الموزعة في المدن الكبيرة ، فقط حيث لا يظهر اسم أي بناية أوربية في الخمسين أعلى بناية في العالم. أعلى بناية في أوربا موجودة في ألمانيا حيث يبلغ ارتفاعها 259م وهي بناية "كوميرز بانك تاور" الموجودة في فرانكفورت وتم افتتاحها في 1997.
أما فرنسا فأعلى بناية فيها هي برج "مونبرناس" في باريس والذي يبلغ ارتفاعه 210م وأنجز عام 1973. أما أغلب أبنية المكاتب فتقع ضمن إطار "لاديفنس" الذي يمثل حي الأعمال.
تنفيذ ناطحات السحاب
كيفية تصميمها و بناءها /////
****************
عندما يتخذ قرار ببناء ناطحة سحاب وبعد التعريفات الأولى في قائمة الشروط يقوم صاحب المشروع بدعوة المعماريين في العالم بأسره لتقديم العروض. ومن المعروف إن المشروع ذو حجم هائل بحيث لا يتقدم إليه سوى ندرة من المعماريين ذوي الكفاءة. حينها يختار صاحب المشروع من بين العروض المقدمة ما يناسبه أكثر وهكذا فقد تم اختيار بناية "الأمباير ستيت" من بين 17 مشروعاً مختلفاً مقدماً.
أما أهم المستلزمات الرئيسية المطلوبة من المهندس المعماري فهي دمج مشروعه مع البيئة وتحقيق أكبر حد من الفضاء الداخلي. كما إنه يجب أن يضمن سهولة الحركة داخل البناية والالتزام بقواعد الأمان. فعلى سبيل المثال يجب أن تمتلك العمارة خاصية جمالية وأن تسمح بالربح الأقصى وأن تكون مريحة بما فيه الكفاية وأن تقاوم الرياح الشديدة والحرائق والزلازل.
يبلغ وزن ناطحة السحاب مئات الآلاف من الأطنان موزعة على مساحة صغيرة وهكذا فأن أسس مثل هذه الأبنية يجب أن تكون قادرة على تحملها وأن تسمح لها بمقاومة الرياح والهزات الأرضية. لذا فإن نوع التربة التي يقام عليها البناء يلعب دورا أساسيا في العمل فالبناية يجب أن تتثبت على نقطة صلبة. واستنادا إلى طبيعة الأرض يصبح من الضروري البحث في العمق عن الطبقات المؤهلة لتحمل البناية ويصل عمق الأسس أحيانا إلى 100م في العمق.
تتشكل تربة الأرض في مانهاتن بشكل رئيسي من أرض صخرية وهي مثالية للبناء وتسمح بتحمل كل الأبنية المشيدة عليها. وبالنسبة لبرجي التجارة العالمية فإن الأسس الصخرية التي تتحمل ثقل البناء كانت واقعة على عمق 20م.
إلا إنه من المؤسف أحيانا أن تتم إساءة تقدير طبيعة الأرض وهكذا فإن نمو عدد المباني في بعض المدن يؤدي إلى خلق العديد من المشاكل. وهذا هو الحال بالنسبة لمدينة شنغهاي في الصين حين هبطت التربة تحت تأثير كل المباني التي شيدت عليها. هناك 3000 مبنى ذات 17 طابقاً أو أكثر وهذه المباني أدت إلى هبوط التربة بمعدل 1.5سم سنويا وأحيانا تصل إلى 3سم سنويا في الحي المالي للمدينة. ويصل النزول إلى 6.3سم سنويا وذلك في المنطقة المحيطة بناطحة السحاب "جين ماو" التي يبلغ ارتفاعها 421م.
وتأثر بناء متراًو الأنفاق وبعض المباني بهذه الظاهرة كما إن ذلك أثر أيضا على البناء والمخططات الحالية التي من المفترض أن تشتمل على 3000 بناية أخرى وأيضا على المركز المالي العالمي الذي يفترض أن يبلغ ارتفاعه 492م ويحتوي على 101 طابق.
تتشكل الطبقات السفلى من التربة في شنغهاي من أرض رخوة يبلغ سمكها 3000م وتتكون من الرمل والطين الغرين المتجمع من نهر يانغتسه من الآف السنين. هذا الهبوط غير المتجانس للتربة سبب انهيار العديد من المباني. وبهذا المعدل الحالي للنزول فستصبح شنغهاي تحت مستوى سطح البحر بعد خمسين عاما. ويتم التحضير حاليا لاتخاذ بعض الإجراءات المحددة لبناء ناطحات السحاب والتي تهدف إلى تحديد معدل النزول السنوي للبناء ب0.5سم فقط.
الهيكل العام لناطحات السحاب********
******************
يختلف هيكل ناطحات السحاب بشكل كبير عن هياكل المباني العادية. فالمباني التي تتكون من 4 طوابق لا تسندها سوى جدرانها في حين إن ناطحات السحاب تحتاج إلى إقامة درع هيكلي تقام الجدران فوقه. كما إن البنايات ذات الأربعين طابقا أو أكثر يجب أن تتبنى شكلا خارجيا يسمح لها بمقاومة الريح التي تؤثر بقوة كبيرة على البناية.
لا تتشابه ناطحات السحاب حيث تختلف هياكلها تماما. يتم اختيار مواد بنائها حسب ما هو متوفر في بلد البناء. ومع الزمن تطورت طرق تصنيع هذه المواد فهناك اكتشاف لمواد جديدة ولتقنيات جديدة تسمح بالبناء أعلى فأعلى.
سمح تحسين الربط بين المواد بالارتفاع من خمسة عشر طابقاً في نهاية القرن التاسع عشر إلى حدود الأربعين طابقاً في أعوام الثلاثينيات. استخدم الهيكل الفولاذي حتى سنوات الخمسينيات وظهرت عندها الخرسانة التي هيئت لبناء هياكل ذات نواة مركزية.
النواة المركزية هي العنصر الذي يضمن صلابة البناء ويمتد على طول البناية بأكمله ويتضمن عادة المصاعد. يتم نقل الجهد الذي تمارسه الرياح إلى النواة المركزية وذلك بواسطة عناصر أفقية مثبتة في أرضية الطوابق. تستطيع ناطحات السحاب ذات النواة المركزية أن تصل إلى ارتفاع خمسين طابقاً مع تقليل تأثير الأرض. وقد سمحت مضاعفة الهيكل المركزي بل وأحيانا جعله ثلاثة أضعاف إلى زيادة الارتفاع والوصول إلى حوالي 70م.
أما ناطحات السحاب الأكثر ارتفاعا فتوجد أنواع مختلفة أخرى من الهياكل.
فعلى سبيل المثال كان برجاً التجارة العالمية مبنيين على أساس النواة المركزية ومضافاً إليهما هيكل معدني خارجي. يغلف الهيكل الخارجي المبنى بأكمله ومربوط بالعناصر الأفقية للأرضيات عن طريق واقيات الصدمات المصنوعة من المطاط اللزج والتي تسمح بامتصاص تأثير الرياح. هذا الهيكل الخارجي يكون مصنعاً مسبقا ثم يربط بمسامير كبس كبيرة ذات مقاومة عالية. وهكذا فإن البناء تم تصميمه ليقاوم الرياح التي تحقق قوة جهد على الواجهات بمقدار 200كغم/م² وبذلك فإن حركة الطابق الأخير في مثل هذه الحالة لا تتجاوز 28سم.
هناك نظام آخر يسمح بتجاوز المئة طابق ألا وهو البناء بهيكل خارجي ثلاثي ومركز "جون هانكوك" في شيكاغو مبني وفق هذا النمط من الهياكل حيث تضاف دعامات مثلثة إلى الهيكل الخارجي وتؤدي الى تعزيز استقرار المبنى بأكمله.
الواجهات *********
///////////////////////////////////
واجهات أي مبنى هي انعكاس لنموذجه. في بداية القرن العشرين كان المعماريون يفضلون أن يتركوا الدعائم أو أي هيكل وظيفي واضحة للعيان معبرين بذلك عن مدى قوة التقنيات المستخدمة. فعلى سبيل المثال توضح الدعائم القوية والمتباعدة تحمل جهود كبيرة ؛ كما إن استخدام اللون أيضا كان لإبراز جزء من البناء على حساب الباقي منه.
كان المعدن والحجر هما المواد الأساسية السائدة في ذلك الوقت لبناء الواجهات ثم جاء دور السيراميك ذي الألوان الفاتحة وممزوج بالبرونز (المستخدم في بناية سيغرام التي شيدت عام 1958 في نيويورك) ويسمح استخدام هذين العنصرين باعطاء تأثيرات لمعان وبريق للبناء. بعد ذلك بدأت عملية إخفاء العناصر الهيكلية وبدأت عملية تغطية الواجهات بمواد صقيلة أكثر وموحدة ومكونة في الغالب من الزجاج والألمنيوم المصمم بعدة طبقات كي يكون عازلاً جيداً ويصل إلى حد إعطاء تأثيرات إضاءة وذلك بحسب موقع الشمس.
عملية بناء ناطحة سحاب يخرج عن المعهود فتقنيات البناء ليست هي ذاتها المستخدمة في البنايات الأكثر تواضعا. يتم تثبيت المواد مع البناية ويرتفع البناء في الوقت نفسه. وهكذا يتم تثبيت الرافعات أما على النواة المركزية أو في الخارج حيث تنصب الإسقالات. إضافة إلى ذلك يتم رفع مواد البناء إلى الأعلى مع ارتفاع البناء. وفي حالة البنايات ذات النواة الخرسانية يتم نصب هيكل ساند متحرك ويتم إسناده بالتتابع مع تقدم العمل على ما تم إنجازه منه أما الخرسانة فيتم تسريبها إلى داخل القالب بعد الانتهاء من العمل. أما سرعة العمل فهي بناء طابق واحد في اليوم كحد أقصى.
حمايتها ضد المخاطر المختلفة ////////
************************
لا تحتوي ناطحات السحاب الأكثر ارتفاعا على نواة مركزية من الخرسانة والسبب في ذلك هو افتقار هذا النوع من المواد لليونة حيث إنه من الضروري الحصول على حد أدنى من المطاطية التي تسمح لبناء بهذه الابعاد بأن يمتص الذبذبات المستمرة, تتحقق هذه المطاطية من خلال أمور كثيرة من بينها استخدام المواد المعدنية. كما إن هناك اختبارات زلازل تجرى أثناء البناء وذلك للتصديق على اختيار الهيكل. أحد هذه الاختبارات الرئيسية هو تصميم ماكيت يصل إلى ارتفاع 10م وتجرى عليه كل أنواع الزلازل المفتعلة.
أما أكثر أنواع الأنظمة المضادة للزلازل إثارة للدهشة حاليا فهو بالتأكيد النظام المنصوب على برج "تيبي 101" في تايوان الذي يبلغ ارتفاعه 508 وموزع على 101 طابق. يتعلق الأمر هنا بوضع كرة من الفولاذ ذات قطر 6م ووزن 800 طن معلقة بين الطابق 88 والطابق 92. كتلتها وسعتها القصوى هي 105م وتسمح بموازنة تأثيرات الاهتزازات الناجمة عن الرياح العنيفة للإعصارات وكذلك الهزات الأرضية حيث تبلغ قيمة الصد مابين 30 إلى 40%. تم نصب هذه المنظومة بطريقة تجعل الزوار قادرين على مشاهدتها حيث سيكون بالإمكان مراقبة حركة الكرة الذهبية اللون عبر نوافذ زجاجية.
الحماية ضد الحرائق أمر جوهري بالنسبة لهذه الأبنية كما هو الحال بالنسبة لغيرها إلا إنه هنا يأخذ بعدا آخر. حيث يتم أخذ رأي رجال الإطفاء أثناء تصميم البناء ويعتبر رأيهم أساسيا في تهيئة المشروع. كما ان البناية يجب أن لا تبعد بأكثر من 3كم عن مركز إطفاء. وكذلك فإن الطوابق السفلى من البناية يجب أن تبقى سهلة البلوغ من الخارج أما الطوابق الموجودة على ارتفاع 50م عن الأرض أو أكثر فيتم نصب نظام أعمدة رطبة فيها.
يجب أن يكون الأشخاص الموجودون داخل البناية متعرضين لأقل درجة من الاتصال مع الأماكن التي تتجمع فيها الأبخرة الخانقة والتي تمثل السبب الرئيسي في أغلب حالات الوفاة عند تعرض البنايات إلى الحرائق.لذا يتم نصب أنظمة تفريغ للأبخرة خصوصا على مستوى صناديق الدروج بالإضافة إلى ذلك يتم تخصيص ملاجئ تحمي بشكل موقعي الأشخاص الذين لا يمكن إخلاؤهم.
تسمح الخراطيم والخراطيم الأوتوماتيكية الموضوعة في السقوف باحاطة الحريق.
كما إن اختيار مواد بناء السقوف يتم على أساس مدى مقاومتها للحرائق والحرارة ؛ والقاعدة المعروفة عموما هي أن تكون المقاومة بمقدار 2 ساعة لدرجة حرارة بمقدار 400 مئوي. وبشكل عام فإن العناصر الحاملة في البناء يجب أن تكون غير قابلة للاحتراق أما العناصر غير الحاملة فيجب أن تكون قادرة على مقاومة وزنها. وبالنسبة للمواد المستخدمة للواجهات فيتم اختيارها بحيث تمنع صعود النيران الى الطوابق العليا.
أحدى أهم المواد الفعالة في مقاومة النار هي الفولاذ فهو لا يحترق ويبقى محتفظا بخواصه الحاملة حتى درجة حرارة من 600 إلى 800 مئوي. بالإضافة إلى ذلك فهو حتى عندما يصل درجة الحرارة الحرجة هذه فهو لا يتكسر إنما يتغير شكله ببطء كما ان الأضرار التي تسببها النيران على الهياكل المعدنية ليست صعبة التصليح.
هناك خطوات حماية إضافية موجودة للوقاية من الحرائق ومنها على سبيل المثال الطلاء المنتفخ والذي يشكل فلم حماية مقدار سمكه مابين 0.5 إلى 3ملم حيث يتوسع تحت تأثير الحرارة ويصل سمكه حتى 1سم حاميا بذلك السطح الذي يغلفه لمدة 3 ساعات.
ناطحات السحاب و الشركات الرسمية
************************
قليلة هي الشركات التي تستطيع أن توفر لنفسها ناطحة سحاب خاصة بها لذا فهي تفضل أن تتجمع مع غيرها من الشركات لتمويل البناية. والشركات الوحيدة التي تمتلك ناطحة سحاب خاصة بها هي البنوك نفسها. البناية المتوسطة تكلف في حدود 350 مليون دولار وعلى سبيل المثال فإن برج "جن ماو" الذي بني عام 2002 في شنغهاي والذي يبلغ ارتفاعه 421م كلف أكثر من 625 مليون دولار. أما برجا "بتروناس" في كوالا لامبور فقد بلغت كلفة بنائهما 1.6 مليار دولار. لم تكن ناطحات السحاب لتبنى من دون العودة للاستثمار وهذا يؤكد جدواها الاقتصادية. وهكذا نرى إن بناية "ليفر بلدنغ" (94م موزعة على 21 طابقاً) المبنية عام 1952 في نيويورك شيدت مع مصدات صدمات محسوب عمرها لخمسة وعشرين عاما.
بعد البناء تكون للبناية كلفة عمل مرتفعة نسبيا وذلك لأنها مرتبطة بالصيانة وبنفقات الخدمات حيث تكون أكبر بكثير من قيمتها في البنايات العادية. فالتبريد مثلا يكلف أكثر لأن الفرق في درجات الحرارة يكون أكبر. كما إنه من الضروري أن تتوجه النفايات إلى الأسفل والماء إلى الأعلى وهذا ما تنجزه دوائر الخدمات العامة في المدن العادية.
في أيامنا هذه فإن ناطحة السحاب ذات المواصفات الصحيحة والتي تتم صيانتها بشكل منتظم لا تفقد قيمتها بل على العكس تزداد خصوصا إن كان موقعها الجغرافي ستراتيجيا. وهكذا فإن زيادة قيمة المحيط البيئي ينعكس على زيادة إيجار المكاتب فيها.
مع تحياتي و السلام عليكم
الإثنين يونيو 23, 2008 6:14 pm
