ليس فقط بسبب الرياح - على ناطحات السحاب

تعتبر الرياح أكبر تحدي هندسي في تصميم ناطحة سحاب - وهو التحدي الذي يشتد كلما زاد ارتفاع المبنى، لأن قوة الرياح تزداد تدريجيا كلما ابتعدت عن الأرض

كما تعلمون، "طويل القامة" هو مسألة ذاتية. عندما تم افتتاح مجدال شالوم عام 1965، كان ارتفاعها 120 مترًا مصدرًا للفخر الوطني: أطول ناطحة سحاب في الشرق الأوسط بأكمله. واليوم، لا يظهر برج شالوم حتى ضمن قائمة أطول عشر ناطحات سحاب في إسرائيل، وإذا وضعناه بجوار برج 'موشيه أبيب' في رمات غان (المعروف أيضًا باسمه السابق برج بوابة المدينة ) من المحتمل أن يكون قزمًا تمامًا: يبلغ ارتفاع برج موشيه أبيب ضعف ارتفاعه تقريبًا - 235 مترًا. ولو قمنا بنسخ برج موشيه أبيب، أطول ناطحة سحاب في إسرائيل، إلى مانهاتن على سبيل المثال - فلن يلقيه أحد نظرة ثانية...

كيف إذن تحدد ما هي "ناطحة السحاب"؟ ما هو الارتفاع الذي يجب أن يكون عليه المبنى، أو كم عدد الطوابق التي يجب أن يتكون منها، ليتم اعتباره ناطحة سحاب، بدلاً من مجرد مبنى متعدد الطوابق؟

هناك عدة تعريفات مختلفة، اعتمادًا على من تسأل، ولكن هناك تعريفًا واحدًا محبوبًا بشكل خاص من قبل مهندسي البناء، الأشخاص الذين يتعين عليهم تنفيذ تخيلات المهندسين المعماريين: ناطحة السحاب، وفقًا للتعريف الهندسي، هي هيكل طويل بما فيه الكفاية أن الرياح التي تهب عليها، وليس الثقل الذاتي للهيكل، سيكون التحدي الأكبر الذي يجب مواجهته أثناء التخطيط.
في المباني منخفضة الارتفاع، يحتاج المهندس إلى التأكد من أن الهيكل مستقر وقوي بما يكفي لتحمل وزنه ووزن الأشخاص والمعدات التي ستشغله. بمعنى آخر، القوى المؤثرة على المبنى تقع في المستوى الرأسي، من الأعلى إلى الأسفل. أما الرياح فتؤثر على المبنى بقوى أفقية، أو بمعنى آخر: تدفع المبنى من الجانب مثل الرياح التي تهب على شراع القارب. وتهدد هذه القوى بكسر البناء من أساسه واقتلاعه كما يحاول رجل قلع شجرة من الأرض.

تمثل الرياح إذن التحدي الهندسي الأكبر في تصميم ناطحة سحاب - وهو التحدي الذي يشتد كلما زاد ارتفاع المبنى، لأن قوة الرياح تزداد تدريجيا كلما ابتعدنا عن الأرض.

تمثل الرياح والوزن والزلازل تحديات كبيرة، لكن المهندس المعماري الذي يقف أمام لوحة رسم ناعمة - حسنًا، شاشة كمبيوتر عمليًا - يواجه سلسلة أخرى من التحديات الإضافية غير الواضحة. الأشخاص الذين سيعيشون في المبنى هم المسؤولون عن معظم التحديات، والتي تعتبر، من حيث المبدأ، مصدر إزعاج خطير.
فالبنى التحتية الأساسية مثل الكهرباء والمياه وأنابيب الصرف الصحي على سبيل المثال، يجب أن تصل إلى كل ركن من أركان الهيكل الضخم، وهذا يعني آلاف الكيلومترات من الكابلات والأنابيب. لا تمثل هذه البنية التحتية كابوسًا للصيانة على المدى الطويل فحسب، بل تشغل أيضًا مساحة كبيرة: يجب إنشاء مركز ميكانيكي كل بضعة طوابق لتجميع المضخات واللوحات الكهربائية المركزية ومكيفات الهواء المركزية وما إلى ذلك. كل متر مربع من البنية التحتية هو متر مربع لا يمكن تحصيل الإيجار عليه.

المصاعد هي أيضا مشكلة. كل طابق يضاف إلى المبنى يعني أيضًا طابقًا آخر يحتاج إلى نقل الركاب إليه. إذا لم يكن هناك ما يكفي من المصاعد، فخلال ساعات الذروة، في الصباح وفي فترة ما بعد الظهر، ستكون هناك طوابير لا تطاق من الأشخاص الذين ينتظرون المصعد. ومن ناحية أخرى، فإن كل عمود وكل غرفة ماكينة ذات محرك كبير، مرة أخرى، يمثل مساحة قيمة لن يتم استخدامها لإعادة الاستثمار المالي الكبير في البناء والصيانة.

علاوة على ذلك، فإن التوقف في كل طابق لاصطحاب الركاب وإنزالهم أمر غير عملي: فالتوقف المتكرر سيطيل وقت السفر من دقائق إلى ساعات، خاصة خلال ساعات الذروة. الحل المقبول اليوم هو ما يسمى بـ "الردهة السماوية": الطوابق التي تمثل نوعًا من "المحطات المركزية" للمصاعد. فمن يريد الوصول إلى الطابق الـ100 مثلاً، عليه تغيير المصاعد في الطابق الـ50 وهكذا. وحتى مع ذلك، فإن السفر بسرعة كبيرة في المصعد يمثل مشكلة في حد ذاته: يمكن أن يكون ضغط الهواء في الطوابق العليا أقل بنسبة 700 بالمائة من الضغط في الطابق السفلي، وسيعاني الركاب من آلام شديدة في الأذن نتيجة لتغيرات الضغط. هذه الحقيقة تحد من سرعة المصعد بحوالي XNUMX متر في الدقيقة، وفي المباني الشاهقة بشكل خاص ليس هناك خيار سوى تجهيز المصاعد بآلية تحافظ على ضغط الهواء المستمر في جميع الأنحاء.

عند التعامل مع قوة الرياح، تعتبر المرونة الطبيعية للفولاذ ميزة: يمكن للهيكل أن يتقوس وينحني قليلاً، مثل شجرة أثناء العاصفة. المشكلة هي أن لا أحد منا يحب العيش في الأشجار أثناء العاصفة. البشر حساسون للغاية عندما يتعلق الأمر بالتوازن، وفي الطوابق العليا من ناطحات السحاب، يمكن للرياح أن تسبب حركة عشرات السنتيمترات من جانب إلى آخر. بالإضافة إلى الانزعاج الأساسي، يمكن أن تؤدي مثل هذه الحركة إلى ضغوط وانفجارات في الأنابيب، وسوف تنغلق الأبواب بشكل لا يمكن السيطرة عليه وقد يتم تمزيق إطارات النوافذ من مكانها.

يتعامل المهندسون المعماريون مع مثل هذه المشاكل عن طريق تعزيزات الخرسانة المسلحة في قلب المبنى، عادة، ولكن في الحالات التي تكون فيها التعزيزات غير كافية، تكون هناك حاجة إلى حلول أكثر فعالية. ففي "تايبيه 101" التايوانية، على سبيل المثال، تم وضع كرة فولاذية تزن 730 طناً في منطقة الطابق 92، معلقة في الهواء على أربعة كابلات قوية وأربعة نوابض هيدروليكية تربطها بالأرضية. تشكل الكرة والينابيع نظامًا يقيد حركة المبنى. عندما تهز رياح أو زلزال المبنى، تبقى الكرة الثقيلة في مكانها، بشكل أو بآخر، لأنها معلقة في الهواء. وتمتد النوابض الموجودة بينها وبين الأرضية المتحركة وتتقلص بالتناوب، ويتحول بعض طاقة الاهتزازات إلى احتكاك وحرارة، وتقل حركة المبنى بشكل كبير.

وهناك تحدٍ آخر، لا يتعلق بقوة البناء أو شكل هيكله العظمي، ومع ذلك يجعل بناء ناطحة سحاب رهانًا محفوفًا بالمخاطر.

ويعد "برج خليفة" في دبي حاليا أطول ناطحة سحاب في العالم، بفارق كبير عن "تايبيه 101" الذي كان يحمل الرقم القياسي قبله. يرتفع برج خليفة إلى ارتفاع 828 متراً، أي أكثر من برج تيبي 300 بنحو 101 متر: أي أن الفرق بينهما يشبه برجين أزريلي فوق بعضهما البعض. إنها بلا شك تحفة هندسية مذهلة: 35 ألف شخص، أي ما يعادل عدد سكان مدينة صغيرة، يمكنهم العيش فيها بشكل مريح نسبيًا. يفخر سكان دبي ببنيانهم المذهل، وهم محقون في ذلك، لكنهم مع ذلك غيروا اسم الهيكل من "برج دبي" اسم بلادهم إلى برج خليفة - نسبة إلى خليفة بن زياد رئيس الدولة. الدولة المجاورة، دولة الإمارات العربية المتحدة. لماذا ؟

في عام 1991، نشر الاقتصادي أندرو لورانس مقالاً بعنوان "ناطحات السحاب: أبراج بوليتي"، والذي وصف فيه النتيجة المثيرة للاهتمام التالية.

في عام 1907، تم الانتهاء من بناء أطول ناطحات سحاب في ذلك الوقت: مبنى سينجر ومبنى متروبوليتان في نيويورك، وفي نفس العام انهارت بورصة وول ستريت. بدأ بناء مبنى إمباير ستيت في عام 1929. حتى افتتاحها في عام 1931، شهدت الولايات المتحدة أخطر الأزمات الاقتصادية في تاريخها - الكساد الكبير. لعدة سنوات بعد اكتماله، كان المبنى الجديد يسمى مبنى الدولة الفارغة، لأنه لم يكن لدى أحد المال لاستئجار شقة أو مكتب فيه. تم افتتاح البرجين التوأمين الراحلين في عام 1973، قبل أزمة النفط العالمية مباشرة. والنمط الناشئ واضح تماما: إن بناء ناطحة سحاب تحطم الأرقام القياسية يصاحبه - في نسبة عالية إلى حد ما من الحالات - أزمة اقتصادية.

لاحظ أندرو لورانس هذا النمط الدوري الغريب، واعتبره فضولًا مسليًا. وكتب مقالته بنبرة فكاهية: "أبراج فولتي" المذكورة في عنوان المقال مسلسل كوميدي ناجح من بطولة جون كليز. لكن "مؤشر ناطحة السحاب"، كما يطلق على العلاقة غير المتوقعة بين قمم الارتفاع وقمم الأزمات الاقتصادية، أثار فضول العديد من الاقتصاديين. وقد أظهرت دراسات إضافية أنه على الرغم من أن العلاقة ليست من طرف واحد - أي أن هناك أزمات اقتصادية لا يصاحبها بناء ناطحات سحاب قياسية - إلا أن العلاقة قوية بالفعل وموجودة بدرجة أو بأخرى.

ما هو سبب هذه الظاهرة؟ وترى النظرية المقبولة أن الاقتصاد العالمي والمحلي يتحرك في دورات من المد والجزر. في وقت المد العالي، تكون أسعار الفائدة منخفضة ويبحث الرأسماليون عن سبل جديدة للاستثمار - على سبيل المثال بناء ناطحة سحاب كبيرة ومثيرة للإعجاب. يستغرق هذا البناء وقتًا، وعندما يتم الانتهاء منه ويصبح المبنى جاهزًا للسكن، يتحول المد إلى مد منخفض، ويصبح الاقتصاد في ورطة. بمعنى آخر، أحد أكبر المخاطر في بناء ناطحة سحاب جديدة هو الاحتمال المحتمل أنه سيكون من الصعب أو حتى من المستحيل تغطية الاستثمار فيها في وقت معقول.

وهذا بالضبط ما حدث لبرج دبي. بدأ تشييد أطول مبنى في العالم عام 2004، في ظل مناخ اقتصادي مزدهر ومزدهر حيث لم تكن هناك مشكلة في الحصول على المليار ونصف دولار اللازمة للمشروع. وفي عام 2008، عندما كان المبنى جاهزاً تقريباً، انفجرت فقاعة الرهن العقاري في الولايات المتحدة ودفعتها، فضلاً عن أجزاء كبيرة من العالم، إلى أزمة اقتصادية حادة. دبي كادت أن تنهار تحت وطأة الديون.. والإمارات ضخت الأموال المطلوبة وأنقذت الاقتصاد المتعثر. تم تغيير اسم برج دبي إلى برج خليفة نسبة إلى رئيس الاتحاد. ظلت الشقق الفاخرة في برج خليفة فارغة منذ أشهر عديدة، وانخفضت الإيجارات في المبنى إلى نصف التقديرات الأولية.

الرياح والزلازل والتخطيط المعقد والبنية التحتية المتضخمة والمخاطر الاقتصادية الكبيرة... المنطق البسيط يعني أن بناء ناطحة سحاب تحطم الأرقام القياسية هو فكرة سيئة، إلا في حالات معزولة واستثنائية.

ومع ذلك، طوال القرن العشرين وحتى يومنا هذا، يجري تصميم وبناء ناطحات السحاب الجديدة والمرتفعة. السعوديون، على سبيل المثال، يقومون بالفعل بوضع خطط لـ "برج المملكة" الخاص بهم: وهو ناطحة سحاب يبلغ ارتفاعها حوالي كيلومتر واحد. المملكة العربية السعودية، لتذكيرك، هي صحراء شاسعة وخالية - لذلك ربما لا يكون ضيق المساحة هو السبب وراء تخطيط السعوديين لاستثمار عشرين مليار دولار في برجهم. وفي بلدان أخرى يتحدثون عن أبراج يبلغ ارتفاعها كيلومترًا ونصف. ما الذي يجذبنا إلى البناء أعلى وأعلى، حتى لو لم يكن هناك سبب عملي لذلك؟

يبدو لي أن الإجابة يمكن العثور عليها في الاسم نفسه الذي أُطلق على هذه المباني الشاهقة في نهاية القرن التاسع عشر، في الأيام التي كانت قد بدأت للتو في النمو من الأرض: ناطحات السحاب. الرغبة في فعل ما يبدو مستحيلاً، والجرأة على ما لا يجرؤ عليه أي شخص آخر، ولمس السماء... هذا هو الدافع الحقيقي. دبي وماليزيا وتايوان وجميع البلدان النامية الأخرى تزين أفقها بالمباني الشاهقة لتظهر لنفسها ولبقية العالم أنها موجودة أيضًا على الخريطة: أنها قوية ومتطورة ومتنامية. التنافس على لقب «أطول ناطحة سحاب في العالم» لا يقاس بالأمتار أو الأرضيات، بل بالسنتيمترات.. سنتيمترات من محيط الصدر، عندما يرفع كل مواطن في دولة متنامية رأسه إلى برجه الشاهق، منتفخاً صدره بكل فخر

أعتقد أنه يمكن القول بدرجة عالية من اليقين أنه طالما أن قوانين الفيزياء تسمح بذلك، فإن القوى الحالية والمستقبلية ستستمر في محاولة إثبات "من يملك القوة الأكبر" لبعضها البعض. بالنسبة لناطحات السحاب، السماء هي الحد.

(ران ليفي كاتب ومحاضر في العلوم والتكنولوجيا، ويستضيف البودكاست "صناعة التاريخ!"- برنامج إذاعي عن العلوم والتكنولوجيا والتاريخ :)