ساختمان های بلند آینده از چه مواد و چگونه ساخته می شوند؟

بسیاری از برنامه ریزان شهری پیش بینی می کنند که تا سال 2050، بیش از 6 میلیارد نفر در شهرها زندگی خواهند کرد و در مکان هایی که ساخت و ساز در عرض امکان پذیر نیست، تنها راه برای همگام شدن با تراکم رو به رشد، ساخت و ساز در ارتفاع و ساختن ساختمان های بلند است.

به گزارش تک ناک، بلندتر شدن ساختمان همیشه با چالش های متعدد و همچنین رقابتی نه چندان ظریف برای شرکت های معماری همراه است تا نام خود را به بزرگترین ساختمان ها گره بزنند.

تقریباً به همان سرعتی که ساختمانی به عنوان یکی از بلندترین های جهان نامگذاری می شود، ساختمانی دیگر به تابلوی نقاشی راه پیدا می کند و چند سال بعد این عنوان را به خود اختصاص می دهد. ارتفاع محدودیت ندارد . این نامحدود بودن چگونه بر قابلیت ساخت پروژه ها تأثیر می گذارد، و چه شاهکارهایی از روش های ساخت و ساز و مصالح ما را قادر می سازد تا ارتفاع ساختمان ها را به ابرها برسانیم.

اول، مهم است که بدانیم چگونه ساختمان های بلند را از نظر فنی تعریف کنیم. شورای ساختمان های بلند و زیستگاه شهری (CTBUH) دو زیر گروه ساختمان ها را تعریف می کند که به ارتفاعات قابل توجهی دست می یابند. یک ساختمان «سوپرتال» به این صورت تعریف می‌شود که ارتفاع آن ۳۰۰ متر یا بلندتر باشد و یک سازه «مگاتال» حداقل به ارتفاع ۶۰۰ متر می‌رسد. با سرعت امروزی، سالانه حداقل یک آسمان‌خراش فوق‌العاده تکمیل می‌شود.

۱۳۲ آسمان‌خراش فوق‌العاده تا ژوئن ۲۰۲۰ به پایان رسیده است اما برج خلیفه هنوز هم بلندترین آسمان‌خراش جهان است که اندازه آن ۲۷۲۲ فوت یا حدود 830 متراست. اخیرا پس از 8 سال ساخت، Merdeka 118 در مالزی را به پایان رسیده و تنها 500 فوت کوتاه تر از برج خلیفه بود. پیش‌بینی می‌شود که اولین ساختمان با ارتفاع 1500 متر در جهان ظرف 30 سال آینده تکمیل شود و همچنین روند جدیدی از ساختمان‌هایی با ارتفاع بیش از 950 متر را به همراه خواهد داشت.

ساختمان (building : structure, typically with a roof and walls, standing more or less permanently in one place) های بلند با انواع مشکلات مکانیکی و سازه ای همراه هستند. مردم وقتی از لابی به طبقه 200 می روند چقدر منتظر آسانسور خواهند بود؟ چگونه ساختمان‌ های مگاتال در برابر نیروهای طبیعی که می‌توانیم پیش‌بینی کنیم و آنهایی که غیرقابل پیش بینی هستند مقاومت می‌کنند؟ بسیاری از این مسائل با نوآوری در مصالح و مواد و سیستم‌های مدرنی که قبلا جود داشته و ایجاد مواردی که از صنعت ساخت‌وساز نوآورانه پشتیبانی می‌کنند، حل می‌شوند.

یکی از مسائل اصلی هنگام ساخت سازه های بلند، توانایی نگه داشتن مصالح ساختمانی نزدیک به سایت است، زیرا زیربنای ساختمان و محوطه اطراف آن به ویژه در مناطق شهری معمولاً کوچک است. این امر مشکلاتی را برای ساخت قاب سازه ایجاد می‌کند، زیرا پانل‌های پیش‌ساخته اغلب به دلیل ناتوانی در ذخیره‌سازی به سایت آورده می‌شوند. با این حال، بسیاری از پیمانکاران در حال حاضر از فرآیند ساخت دیوار شیب دار استفاده می کنند که به آنها امکان می دهد پانل ها را در محل بریزند و مونتاژ کنند و از جرثقیل برای بلند کردن آنها در محل استفاده کنند.

آسمان خراش ها نیز به دنبال جایگزین های فولادی هستند، اما با افزایش ارتفاع ساختمان، وزن آن به یک مسئله مهم تبدیل می شود. آلومینیوم یک جایگزین سبک وزن با فرآیند اکستروژن آسان است که آن را قادر می سازد تا تقریباً برای هر طراحی نما با اشکال مختلف قابلیت استفاده داشته باشد.همچنین به تنش های ناشی از عناصر ساختاری داخلی و نیروهای بیرونی مانند تغییرات سریع دما و اختلالات لرزه ای ناشی از زلزله واکنش خوبی نشان می دهد. فیبر کربن یکی دیگر از مواد نوظهور است که وزن آن نیز سبک است، اما دارای رشته‌های بلندی است که در هم تنیده شده و ساختاری مانند پارچه را تشکیل می‌دهند. در نتیجه، به طور قابل توجهی از فولاد قوی‌تر است و این امکان را می‌دهد تا در ساختمان‌ هایی که بارهای ضربه‌ای بالا دریافت می‌کنند، اجرا شود. الیاف کربن در حال حاضر راه خود را به عناصر بتنی پیش ساخته باز کرده اند. با قرار دادن مش در مخلوط بتن به جای شبکه های فولادی سنتی، وزن کلی واحد سازه کاهش می یابد و به آن اجازه می دهد تا به طور ایمن در جای خود قرار گیرد و با دانستن اینکه یکپارچگی ساختاری قابل توجهی را حفظ می کند، ایمن تر هم می شود.

بتن برای صدها سال تا حد زیادی بدون تغییر باقی مانده است در حالی که بسیار بادوام است، بسیاری از مردم به دنبال جایگزین های جدید هستند زیرا همچنان منبع اصلی انتشار CO2 است. برخی از محققان در حال بررسی بتن‌های زیستی هستند که توانایی بهبود ترک‌های خود را با افزودن باکتری‌های سنگ آهک دارند که می‌توانند عمر بتن را تا دویست سال افزایش دهند.

حتی چوب که بعید به نظر می رسد هرگز به عنوان یک عنصر ساختاری اصلی در سازه های مگاتال مورد استفاده قرار گیرد، امکان جدیدی در سازه های چوبی چند لایه پیدا می کند که به آن استحکام قابل مقایسه با فولاد می دهد. برای نشان دادن توانایی های الوار، Sumitomo Forestry، یک شرکت طراحی مستقر در ژاپن، اخیراً برنامه های خود را برای ساخت یک سازه چوبی با ارتفاع 350 متر در توکیو فاش کرده است. ساختمان‌ های بلند در افق هستند و مصالح و روش‌های ساخت و ساز به سرعت در حال افزایش هستند تا بتوان این رویاهای یک کیلومتری را به واقعیت تبدیل کرد.