تصميم ناطحات السحاب: الأهمية والتحديات
ناطحات السحاب هي مبانى طويلة جدًا ومتعددة الطوابق، وقد تم استخدام الاسم لأول مرة خلال ثمانينيات القرن التاسع عشر، وبعد وقت قصير من بناء ناطحات السحاب الأولى في الولايات المتحدة.
وقد جاء تطور ناطحات السحاب نتيجة تزامن عدة تطورات تكنولوجية واجتماعية.
بينما تم تطبيق مصطلح ناطحة سحاب في الأصل على المباني المكونة من 10 إلى 20 طابقًا،
ولكن بحلول أواخر القرن العشرين، تم استخدام المصطلح لوصف المباني الشاهقة ذات الارتفاع غير العادي، بشكل عام أكبر من 40 أو 50 طابقًا.
بينما أدت الزيادة في التجارة الحضرية في الولايات المتحدة في النصف الثاني من القرن التاسع عشر إلى زيادة الحاجة إلى مساحات تجارية في المدينة.
وفي عام 1857 جعل تشييد المباني التي يزيد ارتفاعها عن أربعة أو خمسة طوابق أمرًا عمليًا.
على الرغم من أن ناطحات السحاب الأولى كانت ترتكز على جدران حجرية سميكة للغاية عند مستوى سطح الأرض،
إلا أن المهندسين المعماريين سرعان ما تحولوا إلى استخدام القوالب المصبوبة.
بالإضافة إلى إطار من الحديد والحديد المطاوع لدعم وزن الطوابق العليا، مما يسمح بمساحة أرضية أكبر في الطوابق السفلية.
كما قام جيمس بوجاردوس ببناء مبنى من الحديد الزهر 1848، بمدينة نيويورك، بإطار صلب من الحديد يوفر الدعم الرئيسي لأحمال الطابق العلوي والسقف .
وقد استخدمت ناطحات السحاب في جيني لأول مرة الحائط الساتر،
غطاء خارجي من مواد البناء أو غيرها من المواد التي تتحمل وزنها فقط ويتم لصقها ودعمها بالهيكل الفولاذي.
ومن الناحية الهيكلية، تتكون ناطحات السحاب من بنية أساسية أرصفة تحت الأرض،
والبنية الفوقية أعمدة وعوارض فوق الأرض، وجدار ستارة معلقة على العوارض.
ومع زيادة الكثافة السكانية في المناطق الحضرية، زادت الحاجة إلى المباني التي ترتفع بدلاً من أن تنتشر.
ناطحة السحاب، التي كانت في الأصل شكلاً من أشكال الهندسة المعمارية التجارية،
تم استخدامها بشكل متزايد للأغراض السكنية أيضًا.
مراحل تطور تصميم ناطحات السحاب
مر تصميم وزخرفة ناطحات السحاب بعدة مراحل، فبدأ باستخدام أعمدة محددة ترتفع من القاعدة إلى الكورنيش، لإبراز العمودية
مع مراعاة بعض الاحتفاظ بالأنماط السابقة، وكجزء من النهضة الكلاسيكية الجديدة، تعمل على تحويل أفق المدن وتوفر مناظر خلابة ووسائل راحة.
ومع ذلك، فإن تصميم ناطحة سحاب ليس بالمهمة السهلة، لأنه ينطوي على التغلب على العديد من التحديات التقنية والبيئية والجمالية.
تحديات تصميم ناطحة سحاب
الاستقرار الهيكلي
أحد تحديات التصميم الرئيسية عند تصميم ناطحة سحاب هو ضمان استقرارها الهيكلي وسلامتها.
فيجب أن تتحمل ناطحة السحاب الأحمال والقوى المختلفة، مثل الجاذبية والرياح والزلازل والحرائق، دون أن تنهار أو تتشوه.
ولتحقيق ذلك، يستخدم المهندسون المعماريون أساليب التحليل والتصميم الهيكلي المتقدمة،
مثل تحليل العناصر المحدودة، والتصميم القائم على الأداء، واختبار نفق الرياح.
كما يختارون أيضًا المواد المناسبة، مثل الفولاذ أو الخرسانة أو المواد المركبة، والأنظمة الهيكلية،
مثل الإطارات أو النوى أو الركائز أو شبكات القطر، لتحسين قوة وصلابة وكفاءة ناطحة السحاب.
الأساس والتربة
يعد التعامل مع ظروف الأساس والتربة تحديًا آخر عند تصميم ناطحة سحاب هو.
إذ تحتاج ناطحة السحاب إلى أساس قوي ومستقر يدعم وزنها ويمنع استقرارها أو ميلها.
ومع ذلك، يعتمد الأساس أيضًا على نوع التربة وجودتها، والتي يمكن أن تختلف بشكل كبير من موقع إلى آخر.
فقد تكون بعض أنواع التربة ناعمة جدًا أو فضفاضة أو قابلة للانضغاط بحيث لا يمكنها دعم ناطحة سحاب،
بينما تكون أنواع أخرى صلبة أو صخرية أو غير متجانسة بحيث لا يمكن حفرها أو التنقيب فيها.
وللتغلب على هذا التحدي، يستخدم المهندسون المعماريون التحقيقات الجيوتقنية وتقنيات تحسين التربة،
مثل التراكم أو الحشو أو الضغط، لتحديد وتعزيز قدرة تحمل واستقرار التربة.
كفاءة الطاقة والاستدامة
التحدي الثالث في تصميم ناطحة سحاب هو تحقيق كفاءة الطاقة والاستدامة،
إذ تستهلك ناطحة السحاب الكثير من الطاقة للإضاءة والتدفئة والتبريد والتهوية والمصاعد،
مما يساهم في انبعاثات الغازات الدفيئة وتغير المناخ.
وعلاوة على ذلك، تؤثر ناطحة السحاب أيضًا على البيئة الطبيعية والمناخ المحلي الحضري،
مثل ضوء الشمس وجودة الهواء ومستويات الضوضاء.
ولمواجهة هذا التحدي، يستخدم المهندسون المعماريون استراتيجيات وتقنيات البناء الأخضر،
مثل التصميم السلبي، ومصادر الطاقة المتجددة، والأنظمة الذكية، والأسطح أو الجدران الخضراء، لتقليل الطلب على الطاقة والبصمة البيئية لناطحات السحاب.
النقل والتداول العمودي
تتطلب ناطحة السحاب عددًا كبيرًا من المصاعد والسلالم لنقل الأشخاص والبضائع بين الطوابق والوظائف المختلفة، مثل المكاتب أو المساكن أو الفنادق أو متاجر البيع بالتجزئة.
ومع ذلك، فإن المصاعد والسلالم تشغل أيضًا مساحة أرضية كبيرة وتؤثر على تصميم ناطحة السحاب وكفاءتها.
ولحل هذا التحدي، يستخدم المهندسون المعماريون تصميمات وتقنيات مبتكرة للمصاعد والسلالم،
مثل الطابق المزدوج، أو الردهة المعلقة، أو التحكم في الوجهة، أو الحلزوني، لزيادة سعة وسرعة وراحة النقل العمودي والتدوير.
الجوانب الاجتماعية والاقتصادية
ناطحة السحاب ليست مجرد مسعى تقني وفني، ولكنها أيضًا مسعى اجتماعي واقتصادي يؤثر على نوعية الحياة ورفاهية الأشخاص الذين يعيشون أو يعملون أو يزورونها.
لذلك، يجب أن تلبي ناطحة السحاب احتياجات وتوقعات المستخدمين وأصحاب المصلحة، مثل العملاء أو المستثمرين أو المستأجرين أو العملاء أو المنظمين، الذين لديهم اهتمامات وتفضيلات مختلفة.
ولمعالجة هذه المشكلة، يستخدم المهندسون المعماريون عمليات وأساليب التصميم التشاركية والتعاونية، مثل الدراسات الاستقصائية أو ورش العمل أو المحاكاة، لإشراك الجوانب الاجتماعية والاقتصادية للمشروع وتلبيتها.
