همه چیز درباره آسمانخراشها – قسمت اول

آنچه باید راجع به آسمانخراشها بدانید

در طول تاریخ معماری, همیشه رقابت برای ساختن سازه های بلندتر وجود داشته است. از اهرام باستانی مصر گرفته تا کلیساهای بزرگ اروپایی و دیگر برجهای تاریخی.

این تمایل برای ساخت “بلندترین” همیشه وجود داشته اما با توجه به محدودیت مصالح و تکنولوژی های ساخت, تا اواخر قرن ۱۹ام میلادی سازه ها میتوانستند ارتفاع بسیار محدودی داشته باشند و فراتر از این ارتفاع محدود برای بشر قابل دسترسی نبود. اما در اواخر قرن ۱۹ام با پیشرفت علم و بدست آمدن تکنولوژی های مدرن سقف این محدودیت ارتفاع افزایش فراوانی یافت.

مبارزه با جاذبه:

بزرگترین مانع برای ساختن ساختمانها به سمت بالا, کشش رو به پایین جاذبه است. فرض کنید شما دوستتان را بر روی دوشتان قرار داده اید. احتمالا شما به راحتی میتوانید وزن وی را تحمل کنید. حال اگر نفر سومی بخواهد بر روی دوش دوست شما برود (ارتفاع ساختمان بیشتر شود) آنگاه به احتمال زیاد شما توانایی تحمل هر دوی آنها را ندارید. به همین دلیل برای ساختن برج انسانی که ارتفاعش بیشتر از ۲ انسان باشد شما نیازمند افراد بیشتری در پایین (بر روی زمین) هستید تا بتوانید وزن این افراد را تحمل کنید. این دقیقا همان روشی است که در هرم انسانی برای حرکات نمایشی استفاده میشود. که البته عملکرد آن درست مثل عملکرد هرم واقعی است. یعنی در پایین مصالح بسیار زیادی قرار دارد و هر چه بالا تر میرود مصاح کمتر میشود. هر چه ارتفاع هرم بیشتر بخواهد بشود باید قاعده آن بزرگتر شود. با این روش شما میتوانید تا ارتفاع بسیار زیادی برسید اما لازمه آن این است که قاعده شما بسیار بزرگ شود که یعنی فضای زیادی را بروی زمین بگیرد. ساختمانهای قدیمی نیز از همین روش برای بدست آوردن ارتفاع استفاده میکردند. در واقع به همین دلیل بود که دیوارهای خانه های قدیمی چند طبقه بسیار زخیم میشدند. و البته به دلیل فضای زیاد مورد نیاز بر روی زمین تا قبل از بدست آمدن تکنولوژی ساخت آسمانخراشها ساختمانها حداکثر ۱۰ طبقه بوده اند.

اولین ساختمانی که از تکنولوژی آسمانخراشها برای انتقال بار خود استفاده کرد, ساختمانی در شیکاگو بود. هر چند این ساختمان تنها ۱۰ طبقه داشت اما چون از سیستم باربری سنتی برای ساخت آن استفاده نشده بود به عنوان اولین آسمانخراش جهان معرفی شد. برای اطلاعات بیشتر راجع به آن اینجا کلیک کنید.

دلیل اصلی ساخت آسمانخراشها این است که مردم زیادی تمایل دارند در مرکز شهرها زندگی و کار کنند اما مطمئنا در مراکز شهرها محدودیت فضا و زمین امری است جدی. پس نمیتوان ساختمانهایی با زیربنای بسیار بزرگ طراحی کرد بلکه باید به جای بزرگ کردن ساختمانها در جهت افقی, آنها را در جهت عمودی بزرگ کنیم.

تاثیر فولاد بر صنعت ساختمانسازی

یکی از مهمترین تکنولوژی هایی که باعث شد بشر بتواند آسمانخراشها را بسازد. صنعتی شدن فولاد و آهن بود. با صنعتی شدن فولاد امکان استفاده آن در ساختمانسازی فراهم شد و این دستاورد به قدری فراگیر شد که امروزه هیچ ساختمانی را نمیتوانید پیدا کنید که در آن از فولاد استفاده نشده است.

با ورود فولاد به صنعت ساختمانسازی, مهندسین توانستند برای همان باری که در قبل توسط دیوارهای ضخیم آجری تحمل میشدند, از تیرهای نسبتا باریک ولی پرمقاومت فولادی استفاده کنند. این یعنی استفاده بهینه از فضا و کاهش فضای پرت ساختمانی.

شبکه های پشتبند غولپیکر:

تکیه گاه و پشتیبان مرکزی یک آسمانخراش, اسکلت فولادی آن است. تیرهای فولادی به هم متصل شده ستونهای آنرا تشکیل میدهند که در هر طبقه این ستونها به شاهتیرهای افقی متصل میشوند. بار طبقات توسط تیرهای فرعی به شاهتیرها انتقال یافته و بار وارد شده به شاهتیرها به ستونها و نهایت بار کل ساختمان به پی (فونداسیون ساختمان) و از آنجا به زمین وارد میشود.

در طول فرآیند انتقال بار که در بالا توضیح داده شد, بار طبقات که گسترده هستند به تدریج متمرکز شده تا به ستونها برسد. سپس برای اینکه این بار به زمین وارد شود نیاز است که این بار متمرکز شده را مجددا پخش کنیم تا باعث نشست نشود. برای اینکه بتوانیم این بار را پخش کنیم از سیستمی همانند سیستم زیر استفاده میشود.

شبکه توزیع کننده نیرو در زیر ستونها

در صورتی که وزن آسمانخراش زیاد باشد سیستم بالا بر روی شمعهای بتنی عمیق که قرار میگیرند که این شمعها بار ساختمان را به سنگ بستر منتقل میکند.

یک مزیت سازه های اسکلت فولادی مرکزی این است که دیوارهای خارجی (که دیوار پرده ای نامیده میشوند) تنها باید وزن خود را تحمل کنند. به همین دلیل علاوه بر نازک شدن این دیوارها, برای تعبیه بازشوها دست طراح بسیار بازتر خواهد بود. به همین دلیل معمولا در آسمانخراشهای این دیوارهای پرده ای را تماما از شیشه میسازند تا نمای خارق العاده برای ساکنین مهیا کنند.

اما اسکلت آسمانخراشها میتوانند بجای اینکه بصورت هسته مرکزی باشند به صورت تیوبی باشند. نمونه ای از آسمانخراشهایی که با اسکلت تیوبی ساخته شده است ساختمان Sears در شیکاگو است. در چنین سیستم سازه ای, مقاطع تیوبی بر روی یکدیگر قرار گرفته و اسکلت ساختمان را میسازند.

در قبل اشاره شد که تکنولوژی استفاده از فولاد در ساختمان باعث فراهم شدن امکان ساخت آسمانخراشها شد. اما علاوه بر این موضوع, برای اینکه بتوان آسمانخراشها را ساخت باید آنها قابلیت استفاده داشته باشند. مثلا هیچ آسمانخراشی نمیتواند بدون آسانسور مورد بهره برداری قرار گیرد. پس تکنولوژی های مدرن دیگری همچون ساخت آسانسور برای پیشرفت آسمانخراشها حیاتی بودند.

رعایت مسائل امنیتی و حفظ جان ساکنین در زمان وقوع حوادثی همچون آتشسوزی, از دیگر مسائلی است که باید مورد توجه قرار گیرد. امروزه تقریبا همه آسمانخراشها از مصالح مقاوم در برابر آتشسوزی ساخته شده اند و همچنین سیستم اتفاء حریق مرکزی نیز برای آنها در نظرگرفته شده است تا از پخش شدن آتش جلوگیری شود.

فراموش نکنیم پروژه یک آسمانخراش زمانی موفق است که نه تنها به پایداری سازه ای بلکه به راحتی و رضایت ساکنین نیز توجه شود.

در قسمت بعدی این مقاله راجع به نیروهای وارد بر آسمانخراشها و تاثیرات آنها بحث خواهیم کرد.

 برای مطالعه قسمت دوم این مقاله اینجا کلیک نمایید.

محقق: علیرضا راحت