همه چیز درباره آسمان خراش ها

آسمان خراش‌ها به ساختمان‌های بسیار بلند که حداقل دارای 40 طبقه و 150 متر ارتفاع باشند، گفته می‌شود که معمولا این سازه‌های عظیم از بتن و اسکلت فلزی  ساخته شده‌اند. در واقع این سازه‌ها به گونه‌ای منحصر به فرد هستند که از لحاظ بلندی و ارتفاع و نیز فکر کردن به سقوط این سازه‌ها همگان را دچار حیرت و شگفتی می‌کنند. این ساختمان‌ها کاربری‌های گوناگونی می‌توانند داشته باشند که در ادامه بحث به آن می‌پردازیم.

برای ساخت ساختمان‌های بسیار بلند که از ارتفاعی بیش از 200 متر دارند، علاوه بر هزینه مربوط به مصالح و تاسیسات، هزینه‌های مربوط به نگهداری و نیز مسائل احتمالی در زمان اجرا هم، وجود دارد. به همین دلیل ساخت آسمان خراش هزینه بسیار زیادی را می‌طلبد. از همین رو، معمولا دولت‌ها ساخت این سازه‌ها را برعهده می‌گیرند که توان پرداخت این هزینه هنگفت را دارند.

تاریخچه آسمان ‌خراش‌ها

اختراع آسانسور در سال 1852 میلادی توسط یک مکانیک آمریکایی، اولین گام بزرگ در جهت ساخت آسمان‌ خراش‌ها بود. آسانسور به عنوان ابزاری ضروری در ساختمان‌های بلند عمل می‌کند و با معرفی سیستم ترمز ایمنی در صورت پاره شدن طناب‌های بالابرنده، موجب شد که ساختمان‌های بلندتر از قبل ساخته شوند. این اختراع به ‌ویژه در سازه‌های بلند مرتبه بسیار موثر واقع شد و امکان ساخت آسمان‌ خراش‌ها را فراهم آورد.

تاریخچه در دنیا

اولین آسمان‌ خراش دنیا با اسکلت فولادی و معماری سبک، در سال 1913 در نیویورک به ارتفاع 241 متر افتتاح شد. این ساختمان که با نام ساختمان وُلد شناخته می‌شود، آغازگر ساخت سازه‌های بلند در جهان بود. در سال 1930، آسمان ‌خراشی به ارتفاع 283 متر و 71 طبقه در نیویورک ساخته شد که لقب بلندترین ساختمان جهان را از آن خود کرد. این ساختمان امپایر استیت بیلدینگ نام دارد و برای مدت طولانی عنوان بلندترین ساختمان دنیا را حفظ کرد.

از دیگر آسمان‌ خراش‌های معروف دنیا می‌توان به برج خلیفه در دبی اشاره کرد که در حال حاضر بلندترین ساختمان جهان با ارتفاع 828 متر است. همچنین برج جده در عربستان سعودی با ارتفاع تقریبی 999 متر که هنوز تکمیل نشده، از جمله پروژه‌های بلندتر از برج خلیفه محسوب می‌شود.

تاریخچه در ایران

در ایران، ساختمان‌ها تا چندین دهه پیش از ارتفاعات زیادی برخوردار نبودند و بیشتر سازه‌ها دارای تعداد طبقات کمی بودند. اما با پیشرفت تکنولوژی و مهندسی، شاهد ساخت آسمان ‌خراش‌ها در ایران بوده‌ایم. برج میلاد تهران که به عنوان نماد پایتخت ایران شناخته می‌شود، مهم‌ترین و شناخته‌ شده‌ترین آسمان ‌خراش در ایران است. برج میلاد علاوه بر رفع نیازهای مخابراتی و تلویزیونی، با هدف جذب گردشگران و توسعه امکانات دیگر ساخته شد.

در کنار برج میلاد، آسمان‌ خراش‌های دیگری نیز در ایران به ویژه در تهران ساخته شده‌اند. از جمله این ساختمان‌ها می‌توان به برج بین‌ المللی تهران اشاره کرد که از نظر طراحی مقاوم در برابر زلزله است و به گفته مهندسان می‌تواند زلزله‌ای به قدرت 10 ریشتر را تحمل کند. دیگر پروژه‌های برجسته شامل مرکز تجارت جهانی تبریز مجهز به میراگرهای ویسکوز جاذب انرژی زلزله، برج سفید تهران و برج آسمان فرمانیه هستند که هرکدام با ویژگی‌های خاص خود در تلاش برای بالا بردن ظرفیت شهرسازی و افزایش ایمنی در برابر بلایای طبیعی مانند زلزله هستند

دلایل ایجاد آسمان خراش‌ها

آسمان‌ خراش‌ها به عنوان سازه‌های بلند و عظیم، به دلایل مختلفی در دنیای مدرن ساخته می‌شوند. این سازه‌ها علاوه بر جذابیت بصری و نمادین بودن، نقش‌های کلیدی در ساختار شهری و اقتصادی دارند. در ادامه به مهم‌ترین دلایل ایجاد آسمان‌ خراش‌ها اشاره خواهیم کرد:

• افزایش جمعیت و رشد شهرنشینی
  با افزایش روزافزون جمعیت و مهاجرت مردم به شهرها، نیاز به فضاهای مسکونی و تجاری بیشتر شده است. ساختمان‌های بلند مرتبه می‌توانند پاسخگوی این نیازها باشند و از نظر استفاده بهینه از فضا، ظرفیت بیشتری را در مناطق شهری فراهم کنند. این امر به ویژه در شهرهای بزرگ که با مشکلات کمبود زمین مواجه هستند، ضروری است.

• صرفه‌جویی در استفاده از زمین
  یکی از دلایل اصلی ساخت آسمان‌خراش‌ها در مناطق شهری با تراکم بالا، صرفه‌جویی در استفاده از زمین است. با ساخت ساختمان‌های بلند، می‌توان فضای کمتری را اشغال کرده و در عین حال نیاز به فضا برای مسکن، ادارات، یا تجارت را برآورده ساخت. این امر به ویژه در مناطقی که زمین‌های گران‌ قیمت وجود دارد، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

• جذب گردشگری
  آسمان ‌خراش‌ها می‌توانند به عنوان جاذبه‌های گردشگری عمل کنند. برج‌هایی مانند برج خلیفه در دبی یا برج پتروناس در مالزی، تنها ساختمان‌هایی بلند نیستند بلکه نمادهای فرهنگی و اقتصادی نیز به شمار می‌آیند که میلیون‌ها گردشگر را به سمت خود جذب می‌کنند. این امر برای کشورها و شهرهایی که به دنبال جذب گردشگر و افزایش درآمدهای ناشی از صنعت توریسم هستند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

• نیاز به فضاهای چندمنظوره
  آسمان‌ خراش‌ها به دلیل قابلیت استفاده از چندین نوع کاربری در یک ساختمان، مانند مسکونی، تجاری، اداری و حتی تفریحی، به یک گزینه مناسب برای توسعه شهری تبدیل شده‌اند. این ترکیب کاربری‌ها باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها و منابع می‌شود و در عین حال امکان بهره‌برداری از فضاهای متعدد را در یک مکان فراهم می‌آورد.

• پیشرفت‌های تکنولوژیکی و مهندسی
  با پیشرفت‌های چشمگیر در زمینه تکنولوژی‌های ساخت، مهندسی سازه و سیستم‌های ایمنی، ساخت آسمان‌ خراش‌ها به مراتب ایمن‌تر و ممکن‌تر از گذشته شده است. از جمله این پیشرفت‌ها می‌توان به تکنولوژی‌های جدید در زمینه ساخت آسانسورها، سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله و بادهای شدید و استفاده از مصالح سبک و مقاوم اشاره کرد.

• نمایش قدرت و اعتبار اقتصادی
  آسمان‌ خراش‌ها به عنوان نماد هایی از قدرت اقتصادی و پیشرفت شهری در نظر گرفته می‌شوند. بسیاری از شهرهای بزرگ برای نمایش وضعیت اقتصادی و پیشرفت خود از ساخت آسمان‌ خراش‌ها بهره می‌برند. این ساختمان‌ها به نوعی نشان‌ دهنده رقابت بین کشورهای مختلف و حتی شرکت‌های بزرگ در زمینه توانمندی‌های مالی و فنی هستند.

در مجموع، آسمان ‌خراش‌ها نه تنها به عنوان سازه‌هایی نمادین و جذاب بلکه به دلیل کاربردهای متعدد و نیازهای روزافزون جمعیتی، اقتصادی و شهری در دنیای مدرن ساخته می‌شوند و نقش مهمی در توسعه و پیشرفت جوامع شهری دارند.

کاربرد آسمان خراش ها

برای صرفه جویی در هزینه ها، می توان از آسمان خراش ها برای چند نوع کاربری استفاده کرد. بعضی از انواع کاربری آسمان خراش‌ها را در زیر می‌بینیم:

مسکونی: با مهاجرت بیشتر مردم به سمت شهرها، بلندمرتبه سازی ساختمان ها افزایش پیدا کرد و این نوع کاربری به وجود آمده است. زیرا با افزایش تراکم جمعیت، ساختمان‌های با ارتفاع کم نمی‌توانند پاسخگوی سیل عظیمی از جمعیت در شهرها باشند.

اداری، تجاری، مسکونی: این نوع کاربری به دلیل همین صرفه‌جویی در هزینه‌ها ایجاد شده است. چون همانطور که بیان شد، استفاده همزمان از یک آسمان خراش برای چند نوع کاربری، صرفه جویی زیادی در هزینه‌ها را به همراه دارد.

مخابراتی: یکی دیگر از کاربری‌های آسمان خراش‌ها که کسب درآمد زیادی هم در پی دارد، در زمینه مخابرات است. به جای صرف هزینه زیاد برای ساخت و استفاده از این نوع کاربری، می‌توان سازه‌های دیگری مثل دکل و ... ایجاد کرد که هزینه کمتری را می‌طلبد و می‌توان همان کارایی را از آن کسب کرد.

ویژگی‌ها آسمان خراش ها

سازه های بلندمرتبه (آسمان خراش‌ها) باید ویژگی‌هایی را داشته باشند. اولین ویژگی آن‌ها مقاوم بودن و استحکام داشتن است. به عنوان مثال باید بتوانند در برابر طوفان‌های خیلی شدید مقاوم باشند. باید بتوانند وزن سنگین را تحمل کنند. به همین دلیل این نوع ساختمان‌ها باید از تیرهای فولادی و بتن مسلح ساخته شوند.

برای جلوگیری از ریزش این ساختمان‌ها باید زیرسازی اصولی انجام گیرد. ستون‌های فلزی و بتنی باید تا عمق زیادی در زمین فرو رفته باشند. به عنوان مثال آسمان خراش وست مینستر در لندن، که پایه‌های آن تا بیش از 24 متر در زمین فرو رفته‌اند.

تکنولوژی‌های مهم در ساخت آسمان خراش‌ها

ساخت آسمان‌ خراش‌ها نیازمند استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته و هماهنگ بین چندین رشته مهندسی، معماری و مصالح ساختمانی است. در ادامه چند تا از مهم‌ترین تکنولوژی‌هایی که در ساخت آسمان‌ خراش‌ها نقش کلیدی دارند رو معرفی می‌کنیم:

• سازه‌های اسکلت فلزی  (Steel Frame Structures)
  یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در ساخت آسمان ‌خراش‌ها، استفاده از اسکلت فلزی به‌ جای دیوارهای باربر سنتی است. این تکنولوژی باعث میشود وزن ساختمان بهتر تقسیم شود و امکان ساخت طبقات بلندتر فراهم شود.
  مزایا:
  مقاومت بالا در برابر زلزله و باد
  ساخت سریع‌تر
  انعطاف‌ پذیری در طراحی

• سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله و باد
  آسمان ‌خراش‌ها باید در برابر نیروهای جانبی (مثل باد و زلزله) مقاوم باشند. برای این منظور از سیستم‌هایی مثل:
  بادبندها (Bracings)
  هسته‌های بتنی تقویتی  (Reinforced Concrete Core)
  دمپرها (Dampers) – سیستم‌هایی که انرژی زلزله یا باد رو جذب می‌کنن، مثل دمپرهای اصطکاکی، ویسکوز و جرمی  (Tuned Mass Dampers)
  مثلاً برج تایپه 101 از یک دمپر جرمی بزرگ بین طبقات استفاده می‌کند.

• نمای دوپوسته  (Double-Skin Facade)
  برای کاهش مصرف انرژی، آسمان‌ خراش‌های مدرن از نمای دوپوسته استفاده می‌کنند. این سیستم شامل دو لایه شیشه‌ای است که بین آن‌ها هوا جریان داره و به تنظیم دما کمک می‌کند

• مصالح سبک و مقاوم
  استفاده از بتن‌های سبک با مقاومت بالا (High-Performance Concrete) و آلیاژهای جدید فلزی به کاهش وزن سازه و افزایش مقاومت کمک می‌کند.

• تکنولوژی ساخت سریع  (Modular & Prefabricated Construction)
  در این روش، بخش‌هایی از ساختمان در کارخانه ساخته شده و در محل پروژه فقط مونتاژ می‌شوند. این روش سرعت ساخت رو بالا برده و خطا رو کم می‌کند.

• آیرودینامیک طراحی
  طراحی فرم ساختمان بر اساس آیرودینامیک کمک می‌کند که نیروهای باد بهتر مدیریت می‌شوند. برخی آسمان ‌خراش‌ها مثل برج‌های مارپیچی یا منحنی، به ‌صورت خاص برای شکستن جریان باد طراحی می‌شوند.

• سیستم‌های هوشمند  (Smart Systems)
  آسمان ‌خراش‌های مدرن مجهز به سیستم‌های هوشمندی هستن که مصرف انرژی، تهویه، امنیت و روشنایی را مدیریت می‌کنند:

• سیستم  BMS (Building Management System)

• حسگرهای کیفیت هوا و نور

• پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی

نمونه‌هایی از آسمان خراش‌ها معروف

برج خلیفه (Burj Khalifa) دبی، امارات

• ارتفاع: 828 متر (بلندترین ساختمان دنیا)
• تعداد طبقات: 163 طبقه + 2 طبقه زیرزمین
• سال افتتاح: 2010
• ویژگی خاص:
  • طراحی بر اساس فرم گل صحرایی
  • سیستم سازه‌ای "یال‌دار" (Buttressed Core)
  • استفاده از بتن مقاوم در دمای بالا
• معمار: شرکت  SOM (Skidmore, Owings & Merrill)

مرکز تجارت جهانی یک (One World Trade Center) نیویورک، آمریکا

• ارتفاع: 541 متر (با آنتن)
• طبقات: 104 طبقه
• سال افتتاح:  2014
• ویژگی خاص:
• طراحی مقاوم در برابر تروریسم
• نمای شیشه‌ای با کنترل نور
• دارای سیستم مقاوم‌سازی لرزه‌ای پیشرفته

 تایپه 101 (Taipei 101) تایوان

• ارتفاع: 508 متر
• سال افتتاح: 2004
• ویژگی خاص:
• دارای دمپر جرمی بزرگ (Tuned Mass Damper) با وزن 660 تن برای مقاومت در برابر باد و زلزله
• طراحی با الهام از بامبو

برج شارد (The Shard) لندن، انگلستان

• ارتفاع: 310 متر
• سال افتتاح: 2012
• ویژگی خاص:
• طراحی شیشه‌ای چندوجهی
• تمرکز بر نور طبیعی و تهویه هوای طبیعی
• استفاده از فناوری‌های پایدار

برج شانگهای (Shanghai Tower) چین

• ارتفاع: 632 متر (دومین برج بلند جهان)
• سال افتتاح: 2015
• ویژگی خاص:
• نمای مارپیچی برای کاهش نیروی باد
• نمای دوپوسته (Double-Skin)
• سیستم مدیریت هوشمند انرژی

برج لوت ورلد (Lotte World Tower) سئول، کره جنوبی

• ارتفاع 555: متر
• سال افتتاح 2017:
• ویژگی خاص:
• نمای خمیده با الهام از سفال کره‌ای
• ترکیب سازه فلزی و بتنی با مقاومت بالا

نتیجه گیری

آسمان‌ خراش‌ها نه‌ تنها نمادی از پیشرفت تکنولوژی و معماری در جهان مدرن هستند، بلکه پاسخگوی بسیاری از نیازهای امروزی بشر مانند افزایش جمعیت، کمبود زمین در شهرهای بزرگ، توسعه اقتصادی و جذب گردشگر نیز به شمار می‌روند. از گذشته‌ای که اختراع آسانسور نخستین جرقه برای ساخت این سازه‌ها بود، تا به امروز که آسمان ‌خراش‌هایی با ارتفاع‌های شگفت‌انگیز و تکنولوژی‌های هوشمند در سراسر جهان ساخته می‌شوند، این ساختمان‌ها نقش مهمی در شکل دهی به چهره شهرها ایفا کرده‌اند.

از برج خلیفه در دبی گرفته تا تایپه 101 در تایوان و برج شانگهای در چین، هر کدام نمایانگر اوج خلاقیت، مهندسی پیشرفته و نگرش چند منظوره به فضا و عملکرد ساختمان‌ها هستند. همچنین، در ایران نیز با پیشرفت مهندسی و تکنولوژی، ساخت آسمان‌ خراش‌هایی مانند برج میلاد و برج بین‌المللی تهران نشان از ورود کشور به دنیای ساختمان‌های بلند دارد.

در نهایت، ساخت آسمان ‌خراش‌ها ترکیبی از هنر، مهندسی، نیاز اقتصادی و تفکر استراتژیک است. این سازه‌ها نه‌ تنها نیازهای امروز را پاسخ می‌دهند، بلکه نگاه ما به آینده شهرسازی، پایداری محیط‌ زیست و فناوری را نیز شکل می‌دهند.

نویسنده: سایه صفاییان، کارشناسی مهندسی مواد