تكنولوجيا البناء

وفقاً لمجلس المباني الشاهقة والموائل الحضرية (CTBUH)، الهيئة المعنية بناطحات السحاب، فإننا ندخل عصر المباني "الضخمة". المباني الضخمة هي تلك التي يزيد ارتفاعها عن 1968 قدمًا. حاليًا، لا يوجد سوى ثلاثة مباني من هذا القبيل: برج خليفة في دبي، الذي يبلغ ارتفاعه 2717 قدمًا، وهو أطول مبنى في العالم وتم الانتهاء منه في عام 2010، وبرج شنغهاي الذي تم الانتهاء منه في عام 2015 في شنغهاي، الصين، ويبلغ ارتفاعه 2073 قدمًا، وساعة مكة الملكية. تم الانتهاء من البرج الذي يبلغ ارتفاعه 1972 قدمًا في مكة بالمملكة العربية السعودية في عام 2012.

بحلول عام 2020، سيتضاعف عدد المباني الشاهقة مع اكتمال مركز بينج آن المالي في شنتشن، ومركز جرينلاند في ووهان، ومرديكا بي إن بي 118 في كوالالمبور، وبرج المملكة في جدة بالمملكة العربية السعودية، وجميعها قيد الإنشاء حاليًا. ومن أجل بناء هذه العمالقة، يتعين على المهندسين إيجاد طرق جديدة ومبتكرة لتحدي الجاذبية ودوامات الرياح والأحمال الجانبية والزلازل.

أول ناطحة سحاب في العالم، مبنى التأمين على المنازل في شيكاغو، كان أول مبنى طويل يستخدم البناء الهيكلي باستخدام الفولاذ الهيكلي لدعم وزن المبنى. لقد بدأ السعي لبناء أطول، ويبدو أنه لا توجد نهاية في الأفق لمدى ارتفاعنا الذي نرغب في بناءه. في غضون سنوات قليلة، سنرى أول مبنى يصل ارتفاعه إلى 3280 قدمًا (1 كم)، في حين لا يزال من المقترح بناء مبنى أطول. وفي يوم من الأيام قد نرى ناطحة سحاب يبلغ ارتفاعها ميلاً. تصور فرانك لويد رايت واحدة في عام 1956 تسمى إلينوي، والتي قال إنها كانت ممكنة من الناحية الفنية في ذلك الوقت.

أدى الإطار الفولاذي الإنشائي الحامل الذي أنشأه المهندس المعماري William Le Baron Jenney لمبنى التأمين على المنزل إلى تطوير الهيكل العظمي في شيكاغو. يشتمل الهيكل الأنبوبي الذي طوره فضلور خان في الستينيات على أعمدة على طول الجزء الخارجي من المبنى وهي متصلة ببعضها البعض وبقلب المبنى. سمح ذلك بمساحة أرضية أكثر قابلية للاستخدام في المبنى حيث كانت هناك حاجة إلى عدد أقل من الأعمدة الداخلية وتم استخدامها على نطاق واسع للمباني التي يزيد ارتفاعها عن 40 طابقًا لعقود من الزمن.

تم تطوير تجسيدات مختلفة تعتمد على الأنبوب على مر السنين مثل الأنبوب المربوط والأنبوب المجمع الذي تم استخدامه لبرج ويليس (سيرز). أحد القيود على نظام الأنابيب هو أن قاعدة المبنى يجب أن تنمو بشكل متناسب مع الارتفاع مما يعني أن هناك حاجة إلى مساحة أكبر بكثير للمباني الشاهقة.

استمرت الأنظمة الهيكلية في التطور والتحسين. بالنسبة لبرج خليفة، تم تطوير النظام الأساسي المدعم، والذي يتميز بنواة مركزية سداسية الشكل مع ثلاث دعامات مثلثة لتحقيق الاستقرار. سيحتوي برج المملكة على التطور التالي لهذا النظام الهيكلي بقلب مدعوم.

المملكة برج المملكة/ مصدر الصورة: شركة جدة الاقتصادية

المباني الشاهقة تتمايل في مهب الريح، فهي مصممة لذلك. للتخفيف من مقدار التأثير الذي يشعر به شاغلو المبنى، تحتوي بعض ناطحات السحاب على مخمدات جماعية مثبتة بالقرب من الجزء العلوي من المبنى. المخمد هو في الأساس بندول عملاق يعمل كثقل موازن وغالبًا ما يكون مصنوعًا من ألواح فولاذية عملاقة متحدة المركز مكدسة فوق كل منها وملحومة معًا. عندما تضرب الرياح المبنى، سوف يتأرجح المخمد في الاتجاه المعاكس بنفس التردد لتقليل حركة المبنى.

يحتوي برج شنغهاي على مخمد كتلة يبلغ وزنه 1200 طن معلق فوق مخمد التيار الدوامي. يتكون مخمد التيار الدوامي من لوحة نحاسية كبيرة مغطاة بالمغناطيس. الشحنة الكهرومغناطيسية التي تنشأ عندما يمر المخمد الكتلي فوق المغناطيس تعمل على تضخيم تأثير التخميد. تشمل الطرق الأخرى لتخفيف دوامات الرياح تضييق تصميم المبنى أثناء ارتفاعه، أو وضع شقوق أو مقاطع عرضية مختلفة للتشويش على الرياح أو وجود فتحات في منتصف المبنى لإضعاف الدوامات.

هناك عقبة أخرى يتعين على المهندسين معالجتها وهي نظام النقل في المبنى. الكابلات الفولاذية الثقيلة المستخدمة لرفع المصاعد تحد من الارتفاع الذي يمكن للمصعد أن ينتقل بأمان إلى حوالي 1640 قدمًا بسبب وزن الكابلات. أي ارتفاع وحجم المحرك والطاقة اللازمة لرفعها إلى جانب الهيكل اللازم لدعم الوزن يصبح غير ممكن.

يعد نقل السكان إلى الطوابق العليا دون أن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً أو الاضطرار إلى التوقف عند ردهات السماء المتعددة لتبديل المصاعد أمرًا صعبًا. تُستخدم سيارات المصاعد ذات الطابقين وأجهزة التحكم المحوسبة لنقل الركاب بكفاءة إلى الطوابق المطلوبة مع تقليل أوقات الانتظار. إن الإنجازات الجديدة في تقليل الاهتزاز وتنظيم الضغط تجعل سرعات السفر الأسرع أكثر راحة وأقل إثارة للقيء.

في عام 2013، قدمت شركة المصاعد الفنلندية KONE، UltraRope الذي يتميز بنواة من ألياف الكربون مغطاة بطبقة عالية الاحتكاك. يزن هذا الكابل الجديد 90% أقل من الكابلات الفولاذية المماثلة، ويدوم مرتين، ومن شأنه أن يقلل من الطاقة

الاستهلاك بنسبة 15% وسيسمح لعربات المصاعد بالسفر لمسافة تصل إلى 3,281 قدمًا، أي ضعف المسافة القصوى للارتفاع الفعال الحالي للكابلات الفولاذية. تم تركيب UltraRope لأول مرة في فندق Marina Bay Sands في سنغافورة.

يتم تركيب المصاعد التي تستخدم تقنية UltraRope في برج المملكة قيد الإنشاء حالياً في مدينة جدة بالمملكة العربية السعودية. من المتوقع أن تكون ناطحة السحاب الضخمة هذه أطول مبنى في العالم عند اكتمالها، حيث يصل ارتفاعها إلى 3281 قدمًا. وسيستخدم المبنى UltraRope لتحقيق أطول مصعد في العالم على ارتفاع 2165 قدمًا، كما سيضم أسرع سيارة ذات طابقين في العالم والتي ستصل إلى ارتفاع 2165 قدمًا. السفر بسرعة 22 ميلا في الساعة.

متعدد متعدد/حقوق الصورة: ThyssenKrupp

ومن ناحية أخرى، تعمل شركة ThyssenKrupp على معالجة مشكلة الكابلات الفولاذية الثقيلة من خلال التخلص منها تمامًا. ومن خلال التخلص تمامًا من استخدام الكابلات لرفع وخفض عربات المصاعد، فإن نظام MULTI من ThyssenKrupp سيعني أن المصاعد ستكون قادرة على الوصول إلى ارتفاعات تتجاوز بكثير تلك التي تسمح بها تقنية UltraRope من KONE. بالإضافة إلى تحرير المصاعد من حدود الارتفاع، فإنها ستزيل القيود المفروضة على القدرة على السفر في اتجاهين فقط، لأعلى ولأسفل. ستسمح هذه التقنية لعربات المصاعد بالعمل أفقيًا وعموديًا ولتشغيل سيارات متعددة في كل عمود في وقت واحد.

في العام الماضي، كشفت شركة ThyssenKrupp عن نموذج عمل بمقياس 1:3 لنظام MULTI الخاص بها في مركز الابتكار التابع لها في خيخون بإسبانيا. ويخططون للحصول على نموذج واسع النطاق جاهز للعرض العام في العام المقبل في برج الاختبار الجديد في روتويل بألمانيا. ومن المتوقع أن يبدأ برج الاختبار عملياته التجريبية في ديسمبر.

يستخدم MULTI نفس تقنية المحرك الخطي للرفع المغناطيسي المستخدمة في قطار Transrapid Shanghai Maglev. Transrapid International هي مشروع مشترك بين ThyssenKrupp وSiemens. ستعتمد أنظمة التحكم وميزات السلامة في MULTI على نظام المصعد TWIN الخاص بشركة ThyssenKrupp والذي يسمح لعربتي مصعد بالعمل بشكل مستقل عن بعضهما البعض في نفس عمود المصعد. ستحتوي عربات المصعد ذاتية الدفع على نظام فرامل متعدد المستويات وعمليات نقل الطاقة الاستقرائية من عمود المصعد إلى السيارات الفردية.

تلعب التكنولوجيا أيضًا دورًا في تصميم وبناء المباني الشاهقة. أتاحت تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد للمهندسين إمكانية إنشاء نماذج أولية لمكونات بناء متعددة بسهولة واختبارها في أنفاق الرياح. تتيح نمذجة معلومات البناء (BIM) والنمذجة الحاسوبية ثلاثية الأبعاد للمهندسين المعماريين والمهندسين إجراء تقييم دقيق لكيفية أداء المبنى في بيئات العالم الحقيقي، مما قد يؤدي إلى تقليل العناصر الهيكلية الزائدة عن الحاجة التي كان على ناطحات السحاب في الماضي الاعتماد عليها.

ولا أحد يستطيع أن يخمن ما إذا كان اتجاه المباني الشاهقة سيستمر أم لا. ستظل التكلفة عاملاً في الارتفاع. في حين أنه لا يوجد سوى أربعة مباني شاهقة قيد الإنشاء حاليًا، هناك أكثر من 140 ناطحة سحاب فائقة الارتفاع، تلك التي يزيد ارتفاعها عن 984 قدمًا، يجري بناؤها حاليًا في جميع أنحاء العالم.

ربما سيتعين على CTBUH في يوم من الأيام إنشاء تصنيف جديد، مثل "فوق الطول" أو "جيجاتال". من المتوقع أن يتجاوز ارتفاع عروس الخليج المقترح في البصرة، العراق، برج المملكة، الذي لا يزال قيد الإنشاء، كأطول برج في العالم.

بالنسبة لمعظم المباني الشاهقة، يتفق الخبراء على أن الأمر لا يتعلق إلى حد كبير بمدى ارتفاع الهيكل الذي يمكن بناؤه بأمان، بل هو سؤال حول مقدار المال الذي يرغب شخص ما في دفعه للوصول إلى هناك..