آسمان خراش

ساختمانهای بلند از هر جهت به شهر مربوط هستند آنهابرای تجمع انبوه جمعیت، کمیابی و هزینه سنگین زمین جوابی طبیعی می باشندتوده ساختمان بلند از توجیه مفهوم محیط طرح و جواب او به هدف ساختمان نتیجه می شود.
یک ساختمان بلند ممکن است آزاد قرارگرفته یعنی قائم و باریک یا افقی و حجیم باشد و یا ممکن است مستقیماً در مجاورت ساختمان های بلند دیگر واقع شود در هر دو روش ساختمان اساساً یک جسم مجزا می باشد ولی ساختمان بلند آینده ممکن است جزء مکمل یک ساختمان بزرگ شهر باشد که در آن ساختمان ها یا خانه های فعالیت بوسیله سیستم های تغییر مکان چند ترازی با یکدیگر ارتباط دارند.
از لحاظ ارتفاع ساختمان های کمتر از 10 طبقه تا بیشتر از 100 طبقه جزء ساختمانهای بلند به شمار می آیند برای تعیین ارتفاع یا حجم ساختمان برنامه ریزی نسبتاً پیچیده ای لازم است بعضی از عواملی که باید در نظرگرفته شود عبارتند از احتیاجات مشتری در مقابل زمین موجود و موقعیت زمین در ارتباط باجنبه های محیطی برای مثال خدمات لازم برای نگهداری ساختمان و رفاه ساکنان آن یا اثر بوم شناسی ساختمان یا خصوصیت منظره ای چشم انداز اطراف آن.
ساختمان بلند در زمینه شهری:
توسعه ساختمانهای بلند از هر جهت دنبالگر رشد شهری باشد تحول شهر سازی که عصر صنعتی کردن شهر ها شروع شد مردم از مناطق روستایی به مناطق شهری کوچ کردند و بدین وسیله باعث افزایش تراکم جمعیت در شهرها گردیدند انقلاب تکنولوژیک با ارائه سازه فولادی سبک وزن آسانسورو سیستم های تهیه انرژی لازم برای شهر قائم با تراکم زیاد به این فشار عکس العمل نشان داد.
در ابتدای قرن اخیر بلوک های ساختمان به ارتفاع حدود 20طبقه در مقابل یکدیگر قرارمی گرفتند که فقط بوسیله خیابانهای تنگ و تاریک از یکدیگر جدا می شدند و دره های شهری تشکیل می دادندهدف عمده جادادن حداکثر اشخاص در حداقل سطح زمین بود تراکم جمعیت حاصله و اثر آن برروی مردم و شهر به عنوان سیستم متشکلی که در آن فعالیتهای گوناگون روی یکدیگر تاثیرمی گذارند به ندرت در طرح مورد توجه بود احتیاج به نور هوا و سطح زمین باز برای فعالیتهای عمومی منجر به تکامل تدریجی آسمانخراشهای آزاد ایستاده گردید این نوع ساختمان ها ارتفاع خیلی بیشتری دارند زیرا باید تراکمی حداقل معادل تراکم بلوک ساختمانی راکه جانشین آن می شوند ایجاد نمایند انقلاب تکنولوژیک کنونی به آن اندازه پیشرفت کرده است که بتوان آسمان خراشهای منفرد باهزینه ای بنانمود که از لحاظ اقتصادی امکانپذیر باشد.
طرح ساختمان های بلند از لحاظ انقلاب تکنولوژیک یا فضای ماده ای نسبتاً خوب درک شده است ولی بررسی فضای رفتاری یعنی تشخیص نیازهای انسانی و قابلیت سازگاری بامحیط هنوز در مرحله اولیه پیشرفت می باشد جدایی و عدم ارتباط بین مردم در ساختمان و نبودن تماس بازندگی خیابانی بعضی از مسائلی هستند که طراحان کوشش دارند بر آنها غلبه کنند.
هر چند که اکنون تا حدودی تراکم ساختمان های بلند در شهرهابوسیله مقررات منطقه بندی کنترل می شود این طرح بر اساس مفهوم دینامیکی ترکیب تمام شهر نمی باشد اثر تجمع نزدیک به هم ساختمان های بلند روی محیط شهر بیشترین اهمیت را دارد تاثیر شدید بعضی از آسمان خراشهای بزرگ همچون برج 109 طبقه سیرزدر شیکاگوبه ارتفاع بیش از یک چهارم مایل روی شهر واضح است سیستم برق این ساختمان می تواند احتیاجات یک شهر 147000 نفره را تامین کند و دستگاه های تهویه مطبوع آن قادر به خنک کردن 6000 خانه یک خانواری می باشد جمعاً 102 آسانسور لازم است که 16500 نفر استفاده کننده را در روز به قسمت های مختلف ساختمان برساند در ذهن خود آسانسورهای متعدد راهمچون خیابانهای بن بست و سرسراهای ساختمان را همچون میدانهایی مجسم سازیدکه در آنها مردم بوسیله آسانسورهای دوطبقه سریع السیر که از یک سرسرا به سرسرای بعدی می روند و یا آسانسورهای محلی کم سرعت که از یک نقطه ساختمان به نقطه دیگر آن عبور می کنند از آنجایی که ساختمان شامل همه خدمات و تفریحگاههای لازم می باشد به طور نظری افراد هرگز مجبور به ترک آن نمی باشند امکانات رفاهی ساختمان از قبیل فروشگاه، تفریح گاه ،محلهای نمایش فیلم و تئاتر و غیره و خدمات بهداشتی فرهنگی ایمنی حمل نقل پارکینگ آب برق و گاز و تلفن و فاضلاب معادل امکانات رفاهی لازم برای یک شهر کوچک می باشد.
ساختمانی با این مقیاس شهری در داخل شهر تشکیل می دهد طرح چنین سیستم پیچیده ای به یک برنامه ریزی اصولی مسائل اجتماعی بوم شناسی، اقتصادی و سیاسی ایجاد شده نه فقط در زمینه شهری اطراف ساختمان بلکه همچنین در محیط خود ساختمان نیاز دارد.
برای بسیاری از شهرهای بزرگ، ساختمان بلند تنها جواب رشد مداوم تراکم جمعیت می باشد آن را نباید به دلیل اثرات غیر انسانی کننده اش رد کرد یا به عنوان سمبل موفقیت انقلاب تکنولوژیک کنار گذاشت بر عکس موسسات آموزشی و تحقیقی باید برای تحقیق اصولی روی محیط ساختمان بلند و اطرافش برای بهبود شرایط زندگی در آن ابتکار عمل خیلی بیشتری را بدست بگیرد.
توسعه و تکامل ساختمانهای بلند
تاریخچه اولین ساختمانهای بلند روزگار باستانی بر می گردد. سازهای ساخته شده با دیوارهای باربر به ارتفاع 15 طبقه قبلا در شهرهای رومیان مورد استفاده بود. شهرها ی ممالک غربی در قرن 19 به سرعت توسعه پیدا کرد و تراکم شدید جمعیت باعث شد ساختمانهای بلند که با سقوط امپراطوری روم ناپدید شده بود دوباره احیاء گردد. استفاده از دیوارهای باربر ساخته شده از مصالح بنایی درسازه ها مجدد رایج گردید. ولی اشکال این سازه ها این است که با افزایش ارتفاع بر ضخامت دیوار ( یعنی وزن ساختمان ) باید اضافه شود تا مستقیما جوابگوی طبیعت جریان نیروی وزن باشد.
محدودیت این نوع سازةها با ساختن ساختمان 16 طبقه مونادنوک در سال 1891 در شیکاگو که ضخامت لازم دیوارهای طبقه پائین آن از 6 فوت تجاوز می کرد آشکار گشت.
از زمانیکه قاب آهنی و بعدا فولادی موجب رسیدن به ارتفاعات بلندتر و بازشدگی های (مانند پنجره و غیره ) بیشتر و بزرگتر گردید استفاده از سیستم های قابی سبک وزن راه حل طبیعی به نظر می رسید. تکامل اسکلت فولادی متجاوز از 100 سال طول کشید. نه تنها آهن می بایست به عنوان مصالح ساختمانی به رسمیت شناخته شود، روشهای تولید نیز می بایست توسعه و تکامل پیدا می کرد.
به منظور ایجاد بهترین شکل برای اعضاء سازه و سوار کردن آنها و همچنین توسعه روشهای دقیق برای جزئیات ساختمانی لازم بود که در رفتار ماده جدید تحقیق گردد.
مهندس قرن نوزدهم معمار را وارد کرد تا توانایی عنصر قاب را تشخیص دهد. او استفاده از قاب را در پلها، کارخانه ها، انبارها، و نمایشگاه ها رواج داد. نفوذ این امر را می توان در گذشته حتی در سال 1801 در یک کارخانه نخ ریسی هفت طبقه ساخته شده از قاب های آهنی در منچستر مشاهده کرد که در آن ستونها و تیرهای آهنی به عنوان اسکلت داخلی ساختمان به کار رفتند . در این ساختمان تیرهایI شکل، احتمالا برای اولین بار به کار برده شد. طراح ساختمان بر اساس مهندسی خود به موثر بودن این شکل برای تحمل خمش پی برد. این کارخانه در واقع پایه پیشرفت قاب فولادی را گذاشت که سرانجام در شیکاگو در حدود سال 1890 ظاهر گردید.
قصر کریستال که برای نمایشگاه بین المللی 1851 لندن ساخته شد اولین قاب آهنی مستقل را آشکارساخت. استخوان بندی چوب و آهن و صفحات شیشه با دیوارهای وزنی حجیم که اساس استانداردهای معماری در آن زمان بود به رقابت برخاست. این ساختمان نشان دهنده اولین روش تولید انبوه در مقیاس بزرگ می باشد. تقسیم بندی فضای ساختمان بر مبنای بزرگترین ورق شیشه استاندارد موجود انجام گرفت و روش اجرای ساختمان به صورت جزئی از طرح آن در آمد.
برج فانوس دریایی در بلک هاربور واقع در ایالت لانگ آیلند که در سال 1843 بنا گردید اولین سازة قابی ساختة شده از آهن نرم (آهن خمیری) در ایالات متحده آمریکا می باشد . در حدود 10 سال بعد اسکلت داخلی همراه با دیوارهای باربر نمایی ساخته شده از مصالح بنایی در چندین ساختمان به کار رفت. قاب داخلی شامل ستونهای چدنی بود که تیرهای ساخته شده از آهن نرم را نگهداری می کرد.
قبل از اینکه ساختمانهای بلند قادر باشند به توانایی جدید قاب فلزی پاسخ دهند، وسائل حمل و نقل قائم می بایست توسعه پیدا می کرد. اولین آسانسور در 1851 در هتلی واقع در خیابان پنجم نیویورک به کار رفت. این سیستم راه آهن قائم در 1866 به صورت معلق اصلاح شد، ولی امکانات آسانسور در ساختمانهای بلند برای اولین بار در ساختمان شرکت بیمه اکویتبل لایف در نیویورک در 1870 جامه عمل پوشید. ویلیام جنی سیستم های قابی را با ساختمان 11 طبقه شرکت بیمه خانه خود در شیکاگو در 1883 پیشرفت داد. اولین نمونه ساختمان بلند بود که تماما با اسکلت فلزی نگهداری می شد، درصورتیکه دیوارهای نمای ساخته شده از مصالح بنایی فقط خودشان را تحمل می کردند.ساختمان جنی همچنین اولین ساختمانی بود که در قسمت بالای آن تیرهای فولادی به کار رفته بود. در 1889 ساختمان دوم جنی، ساختمان لایتر، اولین ساختمان با اسکلت واقعی گردید که در آن هیچ دیوار برخود متکی به کار نرفته بود.
در ساختمان دوم راندمک نالی(شیکاگو، 1889)،ساختمان و طبقه ای که بوسیله برن هام و روت ساخته شده، برای اولین بار قالب تمام فولادی به کار رفت. همین معمارها ایده دیوار برشی قائم را در ساختمان 20 طبقه ماسنیک تمیل(شیکاگو، 1891) رواج دادند. در چنان ارتفاعی،نیروهای ناشی از باد به صورت یکی از ملاحظات مهم طرح در آمد. برای افزایش سختی جانبی اسکلت فولادی،معمار ها مهار بندی های قطری را در قالب نما وارد کرده وبدین ترتیب اساس خر پای قائم یا دیوار برشی را بوجود آوردند.
پیشرفت در روشهای طرح اسکلت فولادی موجب رشد مداوم ارتفاع ساختمانها گردید. در سال 1905 ساختمان 50 طبقه برج متر و پولتین و به دنبال آن در 1931 ساختمان 102 طبقه امپایراستیت در نیویورک ساخته شد. اصلاحات بعدی روی توسعه طرح های جدید برای قاب ها،بهبود کیفیت مصالح،و روشهای اجرائی بهتر متمرکز گردیده است تا روی افزایش قابل توجه ارتفاع.
درسال های 1890 بتن به عنوان یکی از مصالح سازه ای رایج شروع به کار کرد.بعضی از طراحان ماننند آگوست پره،فرانسو هنبیک،وتونی گارنیه در فرانسه،و ربرت مه یار در سویس از جمله طراحانی بودند که درباره توانایی بتن مسلح به تحقیق پرداختند.پره اولین کسی بود که اسکلت بتن مسلح را در سازه های بلند در ساختمان آپارتمانی خود واقع در خیابان فرانکلین پاریس(درسال 1909) به کار برد و بتن را از لحاظ معماری نمایان کرد.در همین زمان ساختمان 16 طبقه انیگال در سن سناتی اولین آسمان خراش قابی بتن مسلح دنیا بود.اما در نیمه اول قرن اخیر ساختمانهای بتنی فقط به صورت پراکنده ظاهر گشتند. برای تعیین هویت واقعی این ماده ساختمانی پژوهش واقعی وجود نداشت.سیستم های بتنی به طور کلی روشهای اسکلت فولادی را تقلید می کردند. ولی این وضع بعد از جنگ جهانی دوم تغییر کرد.تکنیک های اجرایی پیشرفته همراه با تکامل مصالح با کیفیت عالی باعث ظهور چنین ایده های جدیدی در طرح همچون دال مسطح و دیوارهای نمایی مشبک باربر گردید. هردو سیستم به رقابت با دال یک طرفه و دیوار پیرامونی که در سازه های قاب صلب رواج داشتند برخاستند. آسمانخراشهایی مانند برج های 65 طبقه ما رینا سیتی(شیکاگو1963)طبیعت یک پارچه کالبدوار ماده بتن را به طور واقعی نمایان می کنند.
ساختمان بلند و سازه نگهدارنده آن :
طرح ساختمان بلند چه برای استفاده های واحدی مانند آپارتمان ها، ادارات ،مدارس، بیمارستانها یا برای استفاده های گوناگون با مقیاس بزرگتر نیاز به تشریک مساعی بین گروهها ی مختلف طرح سازنده مصالح و اجرای ساختمان دارد. معمار کوششهای گروه های مختلف راهماهنگ می کند تا اجزاء مختلف مصالح خدمات و فعالیتها به طور یک جا عمل کنند.
معمار دیگر نمی تواند از آزادی طرح صحبت کند او نه تنها بوسیله فرم به طور کلی بسته آسمانخراش و ضرورت استفاده موثر از مصالح محدود است ،بلکه او همچنین باید مشخصات خیلی بیشتری را که مربوط به مقررات ایمنی آتش سوزی و بهداشتی می باشند رعایت کند.
معمار باید به طرح ساختمان به صورت یک سیستم کلی که در آن سازه نگهدارنده همچون یک جزء اساسی با طرح ساختمان رشد می کند نزدیک شود سازه را نمی توان به طور جداگانه به عنوان یک قسمت اضافی نامربوط در نظر گرفت که بعداً بوسیله مهندس در فضای رسمی ساختمان گذاشته شود اگر چه این روش طرح کلی را در مورد هر نوع ساختمانی باید به کار برد استفاده از آن در مورد یک ساختمان بلند که سیستم سازه نگهدارنده نسبتا پیچیده ای دارد و در آن نیروهای فیزیکی و محیطی از تعیین کننده های اساسی طرح می باشند ،بویژه ضرورت دارد. ساختمان باید در مقابل نیروهای قائم ثقل و نیروهای افقی باد در بالای سطح زمین و زلزله در زیر سطح زمین مقاومت کند. پوشش ساختمان باید اختلاف درجه حرارت، فشار هوا، و رطوبت بین محیط خارج و داخل را تحمل کند. عناصر سازه ای ساختمان باید جوابگوی همه این نیروها باشند این عناصر باید چنان قراربگیرند و به یکدیگر متصل باشند که این نیروها را جذب و با کمترین تقلایی آنها را با اطمینان به زمین هدایت کنند.
معماری که نسبت به این نیروها ومنابع آن حساس و از نحوه باربری اعضا سازه ای مطلع باشد، در همان مراحل اولیه می تواند طرح معقولی را ارائه دهد او می تواند با مهندس سازه ای ارتباط برقرار کند زیرا به زبان خودش صحبت می کند. یعنی معماری که از اصول مهندسی درک اساسی داشته باشد می تواند با متخصص سازه واقعاً تشریک مساعی کند تا به راه حل مطلوبی نائل گردد.
عناصر سازه ای استخوانهای لازم برای بدنه ساختمان می باشند و این معماراست که می تواند از این عناصر سازه ای ماهرانه استفاده و آنها را نمایان کند تاروح ساختمان آشکارا نشان داده شود و بدین ترتیب هدف ساختمان به عنوان محوطه ای برای سیستم های فعالیت گوناگون که رون یکدیگر تاثیر دارند مشخص و منعکس گردد.
بارگذاری ساختمان
بارهایی که روی ساختمان وارد می شوند یا مستقیمآ به وسیله طبیعت و یا به وسیله انسان ایجاد می گردند. به عبارت دیگر برای بار روی ساختمانها دو منبع اصلی وجود دارد، یکی ژئوفیزیکی و دیگری مصنوعی.
نیروهای ژئوفیزیکی را که نتیجه تغییرات مداوم در طبیعت هستند ممکن است به نیروهای جاذبه زمین، وزن ساختمان خودش ایجاد نیروهایی در سازه می کند که موسوم به بار مرده است واین بار در تمام طول عمر ساختمان ثابت باقی می ماند.
اشکال همیشه در حال تغییر ساختمان نیز تایع اثرات جاذبه زمین است که ایجاد تغییراتی در بارها در طول زمان می کند.بارهای ناشی از تغییرات جوی با زمان و مکان تغییر می کنند و به شکل باد، حرارت، رطوبت، باران، برف، و یخ ظاهر می شوند. نیروهای زلزله از حرکت نا منظم زمین یعنی زمین لرزه ایجاد مشوند.
منابع بارگذاری مصنوعی ممکن است تکان ناشی از حرکت اتومبیل ها، آسانسورها، ماشینهای مکانیکی و غیره و یا ممکن است تغییر مکان افراد، وسایل و یا نتیجه ضربه و انفجار باشند. به علاوه ممکن است نیروهایی در زمان تولید و اجرا در سازه به وجود آبد. پایداری ساختمان ممکن است ایجاب پیش تنیدگی کند که باعث ایجاد نیرو در ساختمان می شود.
منابع بارهای ژئوفیزیکی و مصنوعی در ساختمان غالبآ به یکدیگر بستگی دارند. جرم، اندازه، شکل و مصالح یک ساختمان در روی نیروهای ژئوفیزیکی اثر می گذارند. برای مثال اگر عناصر ساختمان در مقابل تغییرات درجه حرارت و رطوبت نتوانند به آزادی واکنش نشان دهند و گیردار باشند نیروهایی در ساختمان ایجاد می شود.
برای اینکه اطمینان حاصل شود که مشکلات آتی از بین رفته و بازده سازه ای حاصل شده باشد لازم است که مطالعات دقیق جواب تئوری ساختمان به اثرها انجام گیرد. طراح باید نیروها و اثر بارگذاری مربوطه را درک کند تا ساختمان بی خطر و قابل استفاده باشد.