آیا برای ارتفاع ساختمان ها محدودیتی وجود دارد؟

رقابت همیشه ادامه دارد. در طول تنها دو سال، سه بار بلندترین ساختمان جهان در شهر نیویورک ساخته شد. ساختمان بانک منهتن با ارتفاع ۲۸۲٫۵ متر در سال ۱۹۳۰، ساختمان کرایسلر با ارتفاع ۳۱۹ متر چند ماه بعد از آن، و در نهایت ۱۱ ماه بعد، ساختمان امپایر استیت با ارتفاع ۳۸۱ متر در سال ۱۹۳۱ ساخته شدند.
گویا آی تی – رقابت پرسرعت در عرصه معماری و افزایش ارتفاع ساختمان ها، در دهه های اخیر شدیدتر شده است. در سال ۲۰۰۳، ساختمان ۵۰۹ متری تایپه ۱۰۱، برج ۴۵۲ متری پتروناس شهر کوالالامپور را بعد از ۷ سال پادشاهی به عنوان بلندترین سازه جهان، از قدرت برکنار کرد و خودش بر تخت پادشاهی نشست. در سال ۲۰۱۰، برج خلیفه در دبی، با اختلاف زیادی از تایپه ۱۰۱ پیشی گرفت و به ارتفاع ۸۲۸ متر رسید. ساختمان سازهای برجسته چین قصد دارند در سال آینده با برج ۲۲۰ طبقه ای که با اسکلت پیش ساخته طراحی می شود، ۱۰ متر بالاتر از برج خلیفه بروند. ساخت این برج فقط ۹۰ روز طول می کشد. بعد از آن، یعنی در سال ۲۰۱۸، برج پادشاهی در جده عربستان سعودی ساخته می شود که ارتفاع بسیار بیشتری خواهد داشت و ارتفاع آن حداقل ۱۰۰۰ متر خواهد بود.

آیا زمانی می رسد که این رقابت متوقف شود؟ حداقل در آینده نزدیک شاهد توقف آن نخواهیم بود. البته شاید بتوان خط پایانی برای این رقابت متصور شد: بلندترین ارتفاعی که یک ساختمان می تواند به آن دست یابد. بالاخره زمانی می رسد که ساختمانی در جهان ساخته شود که بلندترین ساختمان جهان بوده و دیگر بی رقیب باشد. چون به هر حال یک حد بالا برای ساخت سازه های مرتفع وجود دارد. درست است؟
از یک متخصص ساختمان سازی یا ساخت آسمان خراش این سوال را بپرسید. آنها به شما خواهند گفت عوامل متعددی وجود دارند که می توانند روند افزایش ارتفاع سازه ها را متوقف کنند. مصالح ساختمانی، راحتی استفاده از سازه برای انسان، فناوری ساخت آسانسورها، و از همه مهم تر، پول صرف شده در ساخت آن سازه، همگی در تعیین بالاترین حد افزایش ارتفاع ساختمان ها نقش دارند.

اما قطعا برخی از محدودیت های فیزیکی هم وجود دارند که نمی گذارند یک ساختمان بیش از حد مرتفع شود. برای مثال، ما نمی توانیم ساختمانی بسازم که به ماه برسد! چون از لحاظ علمی، ماه با این ساختمان برخورد می کند و آن را تخریب می کند. آیا می توان ساختمانی ساخت که پنت هاوس آن در فضا ، و فراتر از جو زمین، باشد؟ یا می توان ساختمانی با ارتفاع ۱۰۰ مایل ساخت؟ یا حتی یک مایل؟
شورای ساختمانهای مرتفع و مسکن شهری، گروهی است که بر پدیده آسمان خراش ها تمرکز دارد. این شورا اخیرا از گروهی از طراحان و معماران برجسته آسمان خراش ها خواسته است عوامل محدودکننده ارتفاع ساختمانهای بلند را معرفی کنند. آنها با این سوال عجیب روبرو شدند که : “به نظر شما بزرگترین عامل محدود کننده ای که نمی گذارد انسان برجی با ارتفاع یک مایل یا بلند تر بسازد، چیست؟”. پاسخ آنها را در ویدئوی زیر می بینید. در پاسخ ها، بیشتر به اصطلاحات فنی و عملی مربوط به بودجه صرف شده در ساخت یک سازه، بازار املاک و مستغلات یا کمبود نور طبیعی در سازه هایی که پایه گسترده ای دارند، اشاره شده بود.

آدریان اسمیت، معمار بلندترین برج فعلی جهان و برجی که به زودی این برج فعلی را نیز در رده بندی ها پشت سر خواهد گذاشت، یعنی برج پادشاهی در جده که یک کیلومتر ارتفاع دارد، است. او می گوید “مشکل اصلی، سیستم های آسانسور و حمل و نقل هستند”.
اما اگر بخواهیم محدودیت های ساختاری را بیان کنیم، شاید کارشناسی که بهترین نظر را بیان کرد، ویلیام بیکر باشد. او مهندس سازه ارشد در شرکت اسکیدمور، اوینگز و مریل است و در پروژه برج خلیفه با اسمیت همکاری کرد. بیکر سیستمی طراحی کرده بود که به این سازه اجازه داد تا این اندازه مرتفع شود. این سیستم، که با عنوان هسته تقویت شده شناخته می شود، نوعی نیزه (اسپیر) دارای سه بال است که فضایی با ثبات ایجاد می کند (چرا که به شکل عمیق و تاریکی در داخل یک ساختمان گسترده و عظیم وارد خاک نشده است) و اتلاف فضای برای اجزای ساختاری ساختمان را کاهش می دهد.

بیکر می گوید طرح هسته تقویت شده ، می تواند برای ساخت سازه هایی بلند تر از برج خلیفه هم به کار رود. “می توانیم ساختمانی با ارتفاع دو برابر آن یا حتی بیشتر بسازیم”.
هر چند او طراحی آسمان خراش ها را “یک تعهد نسبتا جدی” می داند، اما معتقد است قطعا می توان سازه هایی بسیار بلند تر از برج پادشاهی ساخت. “ما به راحتی می توانیم سازه ای به ارتفاع ۱ کیلومتر بسازیم. می توانیم خیلی راحت ساختمانی به ارتفاع ۱ مایل بسازیم. می توانیم سازه ای طراحی کنیم که حداقل یک مایل و شاید کمی بیشتر از آن ارتفاع دارد”.
احتمالا طرح هسته تقویت شده باید اصلاح گردد تا بتوان ساختمانهایی با ارتفاع بیش از یک مایل ساخت. اما بیکر می گوید سیستم های دیگری می توانند طراحی شوند. در واقع، او در حال حاضر روی یکی از این طرح ها کار می کند.

یکی از ایده ها برای طراحی سیستم جدید می تواند آن باشد که سازه ای با پایه های توخالی بسازیم. تیم جانسون با اشاره به برج ایفل این جمله را بیان کرد. او رئیس شورای ساختمانهای مرتفع و مسکن شهری است و یکی از اعضای شرکت معماری NBBJ می باشد. جانسون می گوید هر ساختمان واقعا بلندی باید مانند شبیه برج ایفل پاریس ساخته شود، در غیر این صورت، طبقات پایین تر باید گسترده تر باشند و هر چه بالاتر می رویم سازه به تدریج باریکتر شود.
جانسون در اواخر دهه ۲۰۰۰ روی پروژه ای کار می کرد که در آن موظف بود یک سازه با ارتفاع یک مایل و نیم و ۵۰۰ طبقه طراحی کند. تیم جانسون در طراحی ۸ تا ۱۰ ساختمان مرتفعی که تاکنون ساخته شده، ابتکاراتی به خرج داده است. جانسون این اقدامات مبتکرانه را نوآوری نمی نامد، بلکه آنها را ابتکار و اختراع می داند؛ چرا که از فناوری ها و مصالح کاملا نویی در آنها استفاده شده است. او می گوید “یکی از نیازهای مشتری آن بود که ابتکار و خلاقیت انسان در این سازه کاملا مشهود باشد”.
جانسون می گوید با این ابتکارات و پایه ای توخالی شبیه پایه برج ایفل، طراحی تیم او حتما کارآمد خواهد بود. اما در نتیجه سقوط بازار املاک و مستغلات در اواخر دهه ۲۰۰۰ ، این پروژه هم تعطیل شد. به گفته جانسون اما اگر همه چیز تغییر می کرد، آن ساختمان ساخته می شد.

جانسون می گوید “ما ثابت کردیم که ساخت یک ساختمان با ارتفاع یک مایل و نیم، از لحاظ فیزیکی و حتی برنامه نویسی امکان پذیر است. اگر کسی می گفت ارتفاع ساختمان را به ۲ مایل برسانید، احتمالا می توانستیم این کار را انجام دهید. البته مشکل اصلی پول است. چه کسی این همه سرمایه دارد؟” .
تا زمانی که موضوع ساختار این سازه مطرح می شد، همه می گفتند ساخت آن امکان پذیر است. همکارم من جان متکالف اخیرا به یکی از پروژه های دهه ۱۹۹۰ اشاره کرده است. یعنی ساخت ابر برج دو و نیم مایلی با نمای یک آتشفشان که قرار بود در توکیو ساخته شود و طراحی آن از برج ایفل الهام گرفته شده بود. این ابربرج را X-Seed 4000 می نامیدند.
همان طور که متکالف اشاره می کند، این آسمان خراش ۴۰۰۰ متری به چند دلیل هرگز ساخته نشد. اما بارزترین دلیلش آن بود که “املاک و مستغلات در ژاپن ارزان نیست. پایه این برج غیرطبیعی به حدی گسترده است که به اندازه چند بلوک مسکونی زمین می خورد”. در واقع پایه این سازه، طبق نقشه های مفهومی، چندین مایل گسترده می شود. چیزی شبیه پایه کوه فوجی. این کوه حدود ۲۲۵ متر کوتاه تر از X-Seed 4000 است.

ساختن ساختمانی که بلندتر از کوه است، مضحک به نظر می رسد. اما به گفته بیکر، ساخت آن کاملا امکان پذیر است.
بیکر می گوید “تا زمانی که پایه را گسترده و گسترده تر کنید، می توانید به ارتفاعی بلند تر از بلندترین کوه هم دست یابید”.
به این ترتیب، از لحاظ نظری می توان ساختمانی ساخت که حداقل ۸۸۴۹ متر ارتفاع داشته باشد؛ یعنی یک متر بلندتر از کوه اورست. پایه این کوه، طبق محاسبات نظری، حدود ۴۱۰۰ کیلومتر مربع است؛ این مساحت برای رد پای یک ساختمان غول پیکر خیلی بزرگ است! حتی ساختمانی که هسته توخالی داشته باشد. اما با توجه به سیستم های ساختاری مانند هسته تقویت شده، احتمالا ساخت ساختمانی با آن ارتفاع، به پایه ای به گستردگی پایه یک کوه نیاز ندارد.

بیکر می گوید ساختمانی که از لحاظ نظری به عنوان بلندترین ساختمان جهان متصور شده ایم، احتمالا می تواند از ۸۸۴۹ متر هم مرتفع تر باشد، زیرا ساختمانها بسیار سبک تر از کوه های سخت هستند. او تخمین می زند برج خلیفه، از ۱۵ درصد سازه و ۸۵ درصد هوا ساخته شده باشد. براساس اصول ساده ریاضیاتی، اگر ساختمانی فقط به اندازه ۱۵ درصد از جسم سختی با همان ابعاد جرم داشته باشد، آن ساختمان می تواند ۶٫۶۶۶۷ متر بلندتر از آن جسم سخت باشد و به اندازه همان جسم سخت وزن داشته باشد. پس به طور فرضی، می توان سازه ای ساخت که بدون اینکه وزنش از کوه اورست فراتر رود، و بدون آنکه نیاز به حفاری عمیق زمین باشد، تقریبا ۵۹۰۰۰ متر ارتفاع داشته باشد. درست است؟
بیکر می گوید “باید سنجیده در مورد چنین ساختمانی نظر بدهیم”

اگر بخواهیم نسنجیده نظر بدهیم چطور؟
بیکر می خندد و می گوید “من از شما می ترسم. و نمی توانم به شما عدد مشخصی بدهم. تمایل دارم با یک دانشجو در مورد آن صحبت کنم. اگر قبول کنید هزینه تحصیل یک ترم یک دانشجوی تحصیلات تکمیلی را پرداخت کنید، می توانم عددی که می خواهید را بگویم”.
پس می توان گفت ما واقعا نمی دانیم بلندترین سازه جهان که همیشه بلندترین باقی بماند، چه مشخصاتی خواهد داشت. شاید این سازه یک متر بلند تر از اورست باشد. اما همان طور که تاج بلندترین ساختمان جهان مدام در نقاط مختلف جهان و از سر ساختمانی به ساختمان دیگر منتقل می شود، ارتفاع تخمین زده شده برای بلندترین ساختمان همیشه تاریخ نیز می تواند با کمی تحقیق تغییر کند. اگر دانشجوی تحصیلات تکمیلی روی آن کار کند، آیا دیگر می تواند به اندازه یک ترم فراغت از تحصیل داشته باشد؟