RT Affinity - шаблон joomla Новости

‌ ‌‌‌بـررسی‌ سیر تکامل‌ آسمان خراش‌های بتنی در جهان

بتن برخلاف دیگر مصالح ساخت به‌ معماران‌ و مهندسان‌ نه تنها امکان به کارگیری انواع فرم‌ها و شکل‌های قطعات‌ تولیدی،بلکه امکان اسـتفاده از ایـن محصولات با خواص‌ متنوع را نیز می‌دهد.هنگامی که معماران و مهندسان در صدد‌ به‌ کارگیری آن برمی‌آیندباید متغیرهای بسیاری‌ از قبیل استحکام،پایایی،خصوصیت‌گیرایی،محدوده‌ مسلح‌سازس بتن،زیبایی‌شناسی و تکنیک شکل‌پذیری را مد نظر قـرار دهـند.به همین علت زمینه ساخت ساختمان‌های‌ بلند بتنی‌ به‌ سرعت‌ رو به گسترش است و محدودیت‌های‌‌ آن‌ دائم‌ در معرض آزمایش و حل مسائل است.پایه‌های‌ تحول سازهای مرکب به ساختمان‌های بلند لولهـ‌ای کـه‌ اولیـن بار توسط«فزلورخان»4از SKidmore‌ṣOWings‌ ( Merrill‌(SOM در 0691 تبیین شـد مـسیر را بـرای‌‌ ساخت‌ ساختمان‌های مرکب بسیار بلند نظیر برج‌های‌ دوقلوی پتروناس و جین‌مائو هموار ساخت.

هنر توزین شن و ماسه و آب برای تولید بتن‌ اولین‌ بـار‌ تـوسط سـازندگان مصر و رم باستان به صورت ابتدایی به کار‌ گـرفته شـد.اما اغلی تحقیقات و پیشرفت‌ها در این رابطه در اواسط تا اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم‌ به‌ وسیله‌‌ اشخاصی چون مـونیر،هـنبیک،رانـسوم و تالبوت انجام شده‌ است.

با این‌ حال‌ تکنیک استفاده از بـتن برای طراحی و ساخت‌ ساختمان‌ها توسط معماران و مهندسانی چون فرانک لوید، رایت پیرلوییجی‌ نروی‌،رابرت‌ میلارت و اخیرا فزلورخان‌ گـسترش یـافته اسـت اما قطعا تاریخ به کارگیری این‌ ماده‌‌ در‌ ساختمان‌های بلند مربوط بـه چـند دهه اخیر است و هر کدام از این افراد نقشی‌ در‌ رشد‌ استفاده از بتن آن‌گونه که‌ هم‌اینک مرسوم اسـت ودر فـرم‌های گـوناگون به کار گرفته‌‌ می‌شود‌ داشته‌اند.

1-تاریخچه استفاده از بتن

ظهور ساختمان‌های بلند زمـان نـسبتا انـدکی است که‌ به‌‌ تاریخچه‌ شهرها اضافه شده است اما مسلما این تکنولوژی‌ قرن نـوزدهم بـود کـه پیشرفت آنها‌ را‌ میسر ساخت.فولاد،بتن‌ و مصالح بنایی برای زمان زیادی در فعالیت‌های عمرانی بـه‌ کـار‌ گرفته‌ می‌شدند اما نه در این مورد.مصالح بنایی قدیمی‌ترین‌ آنهاست و بتن آن‌گونه کـه هـم‌اکنون بـه‌ کار‌ می‌رود جوان‌ترین‌ این سه ماده است.تحقیقات نشان می‌دهد در اجتماعات‌ اولیه‌ همچون‌ فـینیقی‌ها‌ و یـونانی‌ها در قبرس و جزیره کرت‌ و مردمان مصر و بین النهرین،فرم‌های سازه‌ای از 0021 سال‌ قبل‌ از‌ میلاد‌ بـا بـتن آهـکی اندودمی‌شدند.حتی در زمانی قبل‌ از آن دوره نوسنگی‌ سازندگان‌ می‌دانستند پختن سنگ‌ آهک موجب ایجاد آهک شکفته مـی‌شود و بـا مخلوط کردن‌ آن با ملات به‌ نوعی‌ بتن دست می‌یافتند.

در قرون اولیه،زمـان،پول و تـوانایی سـازندگان عوامل‌ مهمی‌ در‌ انتخاب مصالح در ساخت بناها بوده‌اند و نیاز‌ به‌‌ مهارت‌ برای دستیابی به فرم‌های خـاص بـه کـارگیری‌ غلامان‌‌ کارگر در ساخت بنا را با چالش روبه‌رو می‌ساخته است.اما این آجـر‌ بـود‌ که در اغلب موارد ساخت‌ فرم‌های‌ بلندپروزانه‌ و معمارانه‌ رادر‌ آن‌ دوره‌ها اقتصادی و به صرفه می‌ساخت.با‌ افول‌ قـدرت امـپراطوری روم توانایی اجتماعات در به کارگیری‌ مصالح سیمانی در جزئیات‌ ساختمان‌ها‌ کاهش یافت و بدین‌ تـرتیب اسـتفاده از‌ بتن برای قرن‌ها به‌ فرموشی‌ سپرده شـد تـا بـار دیگر‌ در‌ قرن نوزدهم بازیابی شد و در ساخت آپارتـمان‌ها و کـارخانه‌ها به کار گرفته شد.بر‌ این‌ مبنا نقطه شروع تاریخ‌ ساخت‌ آسمان‌خراش‌ها‌ را‌ مـی‌توان در نـمایشگاه‌ فیلادلفیا‌ در سال 6781 میلادی‌ جست‌.در ایـن زمـان هیچ سـاختمان بـلند یـا سازه‌ای که به آن شباهت داشته بـاشد‌ سـاخته‌ نشده بود اما ایده‌هایی در این‌ نمایشگاه‌ عرضه شد‌ که‌ خود‌ انگیزه‌ای‌ نـیرومند بـرای گام‌ نهادن در مسیر ساخت ساختمان‌های بـتنی‌ بلند مرتبه را باعث شـد.سـیمان پرتلند در زمانی‌ که‌ شناخته‌ شـد در سـاخت ملات در‌ آجرکاری‌ها‌ در‌ انگلستان‌ به‌ کار رفت.با‌ این‌ حال به کارگیری آن در دیوارهای سـاختمان‌های‌ بـزرگ مشکل می‌نمود.نمونه به کـارگیری بـتن مـسلح زمانی‌‌ که‌ در‌ نـمایشگاه فـیلادلفیا در بخش امکانات ویژه عـرضه‌ شـد‌، برای‌ بازدیدکنندگان‌ بسیار‌ عجیب‌ بود و استفاده از آن در بسیاری زمینه‌ها ناشناخته بود اما با وجود ابـهام،سـازندگان‌ ماجراجو چشم‌انداز استفاده از آن را بسیار روشن تـرسیم‌ کـردند که مـنجر بـه‌ شـروع استفاده از آن در ساخت پل‌ها و نـه‌ در ساختمان‌های بلند شد.

پس از این بحث استفاده از بتن مسلح در مجامع علمی‌ مطرح شد که ویلکینسون در انـگلیس،هـنبیک‌ در‌ فرانسه و تادوس هیات در آمریکا به عـنوان پیـشگامان ایـن امـر بـودند. در 4881 میلادی ابتکار رانـسوم در سـاخت میلگردهای به‌ هم پیچیده از پایه‌های ساخت میلگردهای آجدار و استفاده‌ از‌ آن‌ در زمان حاضر قلمداد می‌شود و در 4091 در اولین‌ بـولتن تـکنولوژیک بـا عنوان«آزمایش تیرهای بتن مسلح»که‌ بـه وسـیله رابـرت تـالبوت از‌ دانـشگاه‌ ایـلی‌نویز انتشار یافت وی‌ به‌ ذکر‌ نتایج بررسی خود روی بتن در آزمایشگاه‌های عمرانی‌ پرداخت.

همزمان با ادامه پیشرفت‌ها در آزمایش‌های فنی مصالح،

 

به کارگیری فرم‌هایی از سیستم بتن مسلح‌ کارخانه‌ها‌، واحـدهای مسکونی و ساختمان‌های با‌ ارتفاع‌ کم در اروپا و آمریکا پیگیری شد.در ابتدا استفاده از بتن در دیوارهای‌ خارجی و ستون‌ها برای کم کردن دو سیستم رایج چوبی‌ و فولادی به کار رفت.اما این تمام پتانسیل‌های‌ بتن‌ را شـامل نـمی‌شد.در میان سالهای 1091 تا 2091،رانسوم‌ سیستمی را اختراع کرد که برمبنای آن کمربندی خارجی‌ وظیفه نگه داشتن دیوار طبقات را به عهده داشت.او همچنین‌‌ اولین‌ سیستم دیوار‌ پیش‌ساخته را در این زمان اختراع کرد. دیـوارهای پیـش ساخته ه به منظور سهولت نصب به کار گرفته‌ شد کمک ویژه‌ای در برپایی سریع ساختمان‌ها و مقابله با هوای سرد‌ اطراف‌ در‌ زمان ساخت کرد.

ایـن دو اخـتراع دیوارهای خارجی را از جزئی که بـار خـود را تحمل می‌کرد ‌‌به‌ جزئی که بار دیگر اعضای سیستم را نیز تحمل می‌کرد تبدیل کرد.که‌ این‌ امر‌ خود قابی بتنی ایجاد کرد که بـه عـنوان روشی برای مقاومت در بـرابر نـیروهای خارجی‌‌ ساختمان مطرح شد.نوآوری دیگر توسط رابرت میلار انجام‌ شد که به واسطه‌ آن دال‌های کف طبقات‌ به‌ جای تیرهای‌ حمال برای مقاومت در برابر نیروها به کار گرفته‌می‌شد.این‌ پیـشرفت‌ها در کـنار توانایی بتن برای مقاومت در برابر آتش، حمل نیروهای بسیار زیاد و دفع صدا آن را به‌ عنوان گزینه‌ مناسبی در ساخت کارخانه‌ها و آپارتمان‌ها در میانه قرن‌ بیستم معرفی کرد.با این حال پدیدآورندگان این روشـ‌ها بـرای متقاعد کـردن جامعه در استفاده از این ماده همچون‌ فولاد راهی‌ بسیار‌ سخت پیش روی داشتند.

2-اولین آسمان‌خراش بتنی

تاریخ ساختماهای بـلند بتنی به قرن بیستم برمی‌گردد. سیستم‌های ابداعی توسط رانسوم از قبیل Square Casting ،مـیلگردهای بـه هـم پیچیده و بتن به عنوان‌ قاب‌ و دیوارهای بتنی خارجی اولین بار در ساختمان 51 طبقه‌ای‌ به نام Ingalls Bubding در سین سیناتی ایـالت ‌ ‌اوهـایو آمریکا در 2091 به کار گرفته شد.گزارش‌های رسانه‌ها و نظر بسیاری‌ از‌ شرکت‌های حرفه‌ای در زمینه سـاخت و سـاز بـر این بود که ساختمان در هنگام عمل‌آوری بتن یا در زمان‌ ساخت به‌وسیله فشار بارهای خود سـاختمان ترک برداشته‌ یا فرو خواهد‌ ریخت‌.یک‌ گزارشگر تمام شب را برای‌ مشاهده‌‌ و مـخابره‌ این خبر در انتظار نـشست تـا اولین کسی باشد که‌ شاهد پایان ماجرای این ساختمان است.با همگی آنان در اشتباه‌ بودند‌.زمانی‌ که اولین آتش‌سوزی عظیم شهری‌ ساختمان‌های ساخته‌شده از‌ فولاد‌ که به مانند روبانی در هم پیچیده اتـفاق افتاد،بتن اهمیت خود را به عنوان مصالحی‌ با قابلیت مقاومت‌ بسیار‌ بالا‌ در برابر آتش که موجب حفظ کارخانه‌ها و تجهیزات آنها می‌شد‌ به خوبی عیان ساخت.

3-نوآوری‌ها در تکنولوژی ساختمان

بسیاری از پیشرفت‌ها در زمـینه تـکنولوژی بتن در نیمه‌ نخست‌ قرن‌ بیستم‌ رخ داد.آغاز توسعه روش‌های قالب‌بندی‌ بتن،تکنیک‌های پمپاژ و زوش‌ها و مصالح‌ کمکی‌ در بتن‌ برای کاربری راحت‌تر آنها در ساختمان‌های بلند بتنی در این‌ زمان رخ داده است‌.

1-3:قالب‌بندی‌

یکی‌ از مزیت‌های قـابل تـوجه استفاده از بتن در ساخت‌ ساختمان‌های بلند،قابلیت‌ برنامه‌ریزی‌ برای‌ استفاده از قالب‌ها به صورت مجدد است.به صورت سنتی قالب‌ها از چوب ساخته‌ می‌شدنداما‌ با‌ پیشرفت تکنولوژی،این قالب‌ها با ترکیب چـوب،فـولاد و آلومینیوم یا فایبر گلاس و پلاستیک‌ ساخته‌ شدند‌.هر مجموعه قالب ممکن بود به صورت‌ خودنگه‌دار به خارج ساختمان متصل می‌شد‌ یا‌ نیاز‌ به‌ شمع‌بندی در مکان‌های مورد نیاز در داخل سـاختمان بـرای‌ نـگه‌داشتن آنها لازم می‌بود‌.در‌ ادامه طبقه‌بندی جـدیدی‌ شـامل فـرم‌های قالب‌های پرنده،قالب‌های لغزان و قالب‌های‌ جهشی به تکنیک‌ قالب‌بندی‌ افزوده‌ شد.فرم‌های پرنده‌5به‌ جای‌آنکه نیاز به استفاده مجدد از قالب در کـارهای مـختلف‌ بـاشد‌ که‌ با مونتاژ قطعاتی چون تشک‌های فایبر گـلاس،پرلیـن‌ها و تخته‌هایی ساخته می‌شوند طول‌ دهانه‌ را‌ می‌پوشانند.بعد از جاگیری بتن در قالب و زمانی که گیرایی بتن به حد لازم‌ رسید‌ قـالب‌ها‌ بـیرون‌ آورده شـده و پس از شست‌وشو توسط جرثقیل برای استفاده مجدد به طبقه‌ بعد‌ مـنتقل می‌شود.

فرم‌های لغزان‌6یکی دیگر از گونه‌های قابل جداسازی‌ قالب‌ها هستند.در ساخت این‌گونه‌ها از‌ جک‌های‌ پیچی‌ و جک‌های هیدرولیک استفاده شـده کـه قـابلیت ساخت‌ دیوارهای برشی در طبقات‌ بالا‌ را در سراسر دنیا بهبود بخشیده است‌.جـک‌های‌ پیـچی‌ در بسیاری از نقاط دنیا به‌ صورت‌ دستی‌ استفاده می‌شوند و استفاده مکانیزه آنها بسیار محدود است.جک‌های هـیدرولیک تـمام خـودکار بوده‌ و به‌‌ طور مستمر به مکان‌هایی که‌ بتن‌ به آنها‌ پمپاژ‌ مـی‌شود‌ مـنتقل‌ مـی‌شوند.فرم‌های پرشی‌7گونه دیگری‌ از‌ قالب‌بندی هستند که به دلایل قابلیت استفاده مجدد به صـرفه و اقـتصادی‌تر هـستند‌.این‌گونه‌ همچون قالب‌های لغزان قابلیت جابه‌جایی‌ دارند‌ اما با مکانیزمی متفاوت‌.این‌ قالب‌ها بـرای دور زدن در‌

 

اطـراف‌ سازه همچون باز کردن در طراحی شده‌اند.

2-3:سیستم‌های قابل جابه‌جایی‌8

هرچه تاریخ استفاده‌ از‌ بـتن طـولانی اسـت استفاده از‌ بتن‌ در‌ ساختمان‌های بلند به‌ دلیل‌ مشکل سیستم انتقال آن‌ به‌ بالا دارای تاریخ کـوتاهی اسـت.در ساختمان اینگلاس اجزاء بتن‌ به سایت آورده می‌شد‌ و در‌ طبقه اول انبار می‌شد.مخلوط کردن‌ مـصالح‌ بـتن در‌ مـیکسرهای‌ درون‌ سایت که در 0881‌ پیشرفت خود را آغاز کرده بودند انجام می‌شد.در 3191 با توسعه حمل و نقل جـابه‌جایی‌ بـتن‌ به وسیله کامیون‌های رو باز نیز‌ انجام‌ می‌شد‌.اما‌ این‌ باعث تفکیک اجـزای‌ بـتن‌ مـی‌شد که نیاز به اختلاط دوباره داشت تا اینکه از سال 0291 تراک‌ میکسرها به کار‌ گرفته‌ شـدند‌ و رونـد تـوسعه آنها تا 7491 ادامه یافت‌.

اما‌ حمل‌ بتن‌ در‌ ارتفاع‌ با وزن زیاد موضوعی بـود کـه ذهن‌ سازندگان ساختمان‌های بلند را به خود مشغول ساخته بود. تکنولوژی تا سال 0691 در این زمینه هیچ تـغییری نـکرد تا‌ زمانی که پمپ‌های هیدرولیک در این زمان برای اولین بار نصب و بـه کـار گرفته شدند.

این تا جایی ادامه یـافت کـه هـم‌اکنون در کارهای کوچک‌ نیز انتقال بتن از این‌ طـریق‌ انـجام می‌گیرد و در سال‌های‌ اخیر پمپاژ بتن به جایگاه مناسبی دست یافته است و سازندگان سـاختمان جـین مائو در شانگهای موفق به انـتقال‌ بـتن پرمقاومت تـا ارتـفاع 663 مـتر شده‌اند‌.پمپاژ‌ بتن به علت‌ خـاصیت پلاسـتیک آن محدود است و به سیستم لوله‌کشی‌ پیشرفته برای انتقال به طبقات بسیار بـالا نـیاز دارد و برای‌ چنین ارتفاع‌هایی‌ سیستم‌های‌ فشار قـوی مورد نیاز است‌. بـنابراین‌ خـواص بتنی و غلبه برعکس العمل‌های مـتفاوت آنـ‌ در برابر فشار در لوله‌ها،پیشرفت و نوآوری را در تکنولوژی‌ بتن طلب می‌کند.

4-نوآوری در تکنولوژی بتن‌

عـلاوه‌ بـر توسعه روش‌های حمل‌ونقل‌ بتن‌ بـه درون سـایت، پیـشرفت روش‌های قالب‌بندی و انـتقال بـتن به طبقات بسیار بـلند خـواص شیمیایی و فیزیکی بتن نیز در قرن بیستم‌ دستخوش تحول‌های مثبت بسیاری شد.

1-4-بتن سبک‌وزن‌9

ایـن نـوع بتن‌ از‌ مصالح گوناگونی چون ماسه و شـن،روبـاره‌ آهن‌گدازی،سـنگ آهـک،پرلیـت،ورمیکولیت و هرکولیت به‌ هـمراه دانه‌های پلی استایرن ساخته می‌شود.استفاده از مصالح‌ بسیار سبک چون پرلیت،دانه‌های پلی استایرن و ورمیکولیت‌‌ به‌ جـهت کـاهش‌ چگالی و تولید بتنی با وزن 008 مطرح‌ شـد.تـاب فـشردگی ایـن مـصالح بین 0/96 تا 6/09 مـگاپاسکال‌‌ مـتغیر است و استفاده از آنها به بتن خواص عایق مناسبی‌ را‌ می‌افزاید‌.این‌ بتن بیشترین توان فشردگی نیرو در مـیان‌ سـه گـونه بتن موجود را با توان 71/2 مگاپاسکال تا ‌‌14‌/4 مـگاپاسکال داراسـت.

بـتن سـبک‌وزن بـه مـثابه مصالح سازه‌ای کاربردهای فراوانی‌ دارد که به‌ عنوان‌ نمونه‌ می‌توان از استفاده آن در قالب‌های‌ ساختمان‌های بلند،پوشش سقف‌ها،صفحات تاخورده، اجزای پیش‌ساخته،لوله‌هاو‌ کشتی‌های اقیانوس‌پیما نام برد، اما استفاده عـمده آن در ساختمان‌های بلند با طبقات‌ زیاد است که با‌ تقلیل‌ وزن ساختمان می‌تواند منجر به افزایش‌ مقاومت پی و ستون‌ها با افزایش وزن آنها شود.ساختمان 25 طبقه شل‌پلازا در 1791 در هیوستون ایالت تگزاس نمونه‌ای‌ از کاربرد این مـاده اسـت که‌ از آن به عنوان بلندترین سازه که‌ در تمام جزئیات آن از این بتن استفاده شده یاد می‌شود.

2-4-بتن پر مقاومت‌01

این ماده هم‌اینک به عنوان بتن میکروسیلیکا یا بتن‌ فوم‌‌ سیلیکایی فشرده‌11شـناخته مـی‌شود.فوم سیلیکا ماده‌ای‌ است که در فرآیند تولید سیلیکون و آلیاژهای فروسیلیس‌ در کوره قوس الکتریکی ایجاد می‌شود.علاوه بر این،این‌ ماده همچنین از سیمان‌ پرتـلند‌،آب،شـن شسته،گرانیت یا سنگ آهـک،مـاسه ریز و مواد پلاستیکی برای بهبود خواص‌ تشکیل شده است که همگی برای رسیدن به بتنی با یکدیگر مخلوط می‌شوند.هنگامی که‌ Csf‌ با آب مخلوط مـی‌شود فـرآیند شیمیایی رخ می‌دهد که خـلل و فـرج بتن را پر می‌کند.

بدین سبب ماده‌ای با خواص ضدآب و پرمقاومت ایجاد می‌شود.بتن پر مقاومت از بتن‌ معمولی‌ بسیار‌ تردتر است و باید با احتیاط‌ مخلوط‌ و جادهی‌ شود.

استفاده از این بتن بسیار متداول شـده اسـت و روش رایج‌ آن با استفاده از تجهیزات جدیدی امکان پمپاژ آن به‌ ارتفاعات‌‌ بالا‌ بدون تفکیک اجزا را می‌دهد که منجر به‌ حفظ‌ مقاومت‌ آن می‌شود.این نوع بتن در آسمانخراش‌های مالزی و چین و آمریکا به کار رفـته اسـت.اگر اسـتفاده از این‌ بتن‌ افزایش‌ یابد باید امیدوار باشیم در آینده ستون‌ها با حجم کمتری‌ ساخته‌ شوند که منجر بـه افزایش فضای قابل استفاده ساختمان‌ها خواهد شد.



3-4-بتن با عملکرد بـالا21

اسـتفاده‌ از‌ ایـن‌ بتن در سال 7291 برای اولین بار در ساخت‌ تونلی در‌ میان‌ کوه‌های راکی در نزدیکی دنور آمریکا به کار گرفته شـد.‌ ‌مـهندسان می‌خواستند راه سریعی برای مقاومت‌‌ در‌ برابر‌ بارهای وارد بر تونل بیابند که استفاده از این بـتن کـه‌ هـنوز‌ در‌ مرحله‌ تحقیقات بود،پیشنهاد شد و مورد توجه قرار گرفت و تونل با این مصالح ساخته شـد‌.اما‌ چرا‌ سازندگان تا این حد به این مصالح علاقه نشان دادند؟دلیل عمده آنـ‌ گیرایی در مدت‌ زمان‌ 42 سـاعت بـود که بسیار سریع‌تر از زمان مورد نیاز هفت روزه برای‌ گیرایی‌ بتن‌ معمولی بود. بدین‌جهت این نوع بتن بسیار با دیگر انواع بتن متفاوت است‌ حتی‌ اگر‌ از مواد افزودنی در ساختمان خودبهره برند.ایـن‌ بتن با نسبت آب به‌ سیمان‌ پایین‌ خود مقاومت را از 42/1 به 4/14 مگاپاسکال در 42 ساعت می‌رساند که خود موجب‌‌ کاهش‌ زمان ساخت پروژه و استفاده بهینه از منابع خواهد شد.مقاومت‌های بالاتری از‌ این‌ بتن‌ مورد انتظار است کـه در آیـنده محقق خواهد شد.

6-پیشرفت سیستم‌های سازه

یک سازه برای‌ رفع‌ نیروی‌ جاذبه،باد،تجهیزات درون‌ آن و برف و مقاومت در برابر دماهای بالا یا‌ پایین‌ یا لرزه‌ها و نیز محافظت در برابر انفجارها و جذب صـداها طـراحی شود به‌ علاوه مسائل زیبایی‌شناختی،صرفه‌ اقتصادی‌،ایمنی و راحتی‌ مدنظر است.بر این اساس برنامه‌ای دقیق برای رسیدن به‌‌ این‌ امر ضروری است.در تاریخ ساختمان‌های بلند‌ تکنولوژی‌‌ نقش‌ غـیرقابل‌انکاری در جـمع این دو مقوله متناقض‌ داشته‌‌ است.در اولین سال‌های ظهور آسمانخراش‌ها،مراکز شهری‌ در طبقات میانی جای گرفته‌ و طبقات‌ بالاتر مختص‌ واحدهای مسکونی بوده‌ است‌.در این‌گونه‌ ساختمان‌ها‌،به‌‌ دفاتر اداری با فضای بـاز زیـاد‌ و بـافاصله‌ از تجهیزات الکتریکی‌ و مکانیکی احتیاج داشـتند،سـاکنین خـانه‌ها به فضایی‌ صمیمی با‌ دریچه‌های‌ کم احتیاج داشته و فضای کف تا‌ کف‌ هر واحد با‌ واحد‌ بالایی به فضایی برای عـبور‌ سـیستم‌های‌‌ تـهویه و الکتریکی نیاز داشتند.

با نگاه ویژه به سـازه درمـی‌یابیم دو فاکتور اصلی‌ مقاومت‌‌ در برابر نیروهای جانبی و نیروی‌ ثقل‌ در‌ طراحی سازه‌های‌ بلند‌ تأثیرگذار‌ هستند و مقاومت در برابر‌ نیروی‌ باد نیز بـسیار مـهم اسـت.هنگامی که بتن مسلح برای اولین بار به عنوان‌‌ بـک‌ مصالح سازه‌ای معرفی شد محدودیت‌هایی در‌ کاربرد‌ آن‌ دیده‌ می‌شد‌ که‌ به تدریج مهندسان با‌ شناخت خواص این‌ مـاده درصـدد رفـع آن برآمدند در این میان فزلورخان،انقلابی‌ در طراحی‌ این‌ ساختمان‌ها چه بتنی و چـه فـولادی انجام‌‌ داد‌.هنگامی‌ که‌ سیستم‌ بهینه خود را‌ برای‌ ساختمان‌های‌ بلند معرفی کرد.سیستم‌های بتنی که برای رنـج‌های مـختلف‌ سـاختمان‌ها از لحاظ تعداد طبقات پیشنهاد‌ شد‌ در‌ نمودار شماره 1 نمایش داده شده است.

دیوارهای‌ بـرشی‌ بـرای‌ اولیـن‌ بار‌ در‌ سال 0491 به عنوان‌ تیرهای مهارکننده عمودی و برای جلوگیری از بارهای‌ جانبی چون زلزله و باد کـه از طـریق دیـافراگم طبقات به‌ ساختمان سرایت می‌کرد به کار گرفته‌ شد.بسیاری از اوقات‌ (به تصویر صـفحه مـراجعه شود) نمودار شماره 1

 

(به تصویر صفحه مراجعه شود) 3-The Onterie Center

دیوار برشی به عنوان دیـوارهای هـسته مـرکزی امکانات داخلی‌ همچون آسانسورها‌،حفره‌ پله،فضای انبار و اتاقک سرایدار را نگه‌داری می‌کند.

گاهی آنان عـملکرد قـطری دارند و گاهی این اجزاء به عنوان‌ پارتیشن در سازه نقش مقاومت در بارهای جانبی را ایـفا مـی‌کنند‌.کـیفیت‌ جذب صدا توسط بتن آن را برای استفاده‌ در هتل‌ها و اماکن مسکونی برای کاهش صدای هر واحد بـه‌ واحـد دیگر نیز مناسب می‌کند‌.

سیستم‌ مرکبی که از آن به‌ عنوان‌ قاب دیوار بـرشی یـاد مـی‌شود اولین بار توسط فزلورخان شناخته شد و نقطه عطفی‌ در توسعه ساختمان‌های بتنی بلند بود.در این سـیستم یـک‌ هـسته‌ مرکزی‌ و دیوارهای برشی جداگانه به‌ وسیله‌ قاب‌های‌ تیرستون یا دال و ستون در ساختمان تـأثیر مـتقابلی را بر عملکرد یکدیگر می‌گذارند.

سازه لوله قابی یکی دیگر از سیستم‌های سازه‌ای بود که به‌ وسیله فزلورخان در سـال 0691‌ اخـتراع‌ شد.وی در معرفی‌ این سازه بیان می‌دارد:سازه با فضای سه بعدی مـرکب از سـه،چهار یا بیشتر از آن،دیوار برشی که لولهـ‌ای عـمودی‌ را مـی‌سازند که توانایی‌ مقاومت‌ در برابر‌ بارهای جانبی در هـر جـهت و رساندن آن به پی همچون عملکرد یک تیره‌ طره‌ای را داراست.سازه‌ لوله‌ای هنگامی که تـمام سـاختمان‌ L(به تصویر صفحه مراجعه شـود) 2-DeWitt‌-Chestnut‌

در‌ بـرابر واژگونی مـقاومت مـی‌کند هـمچون یک اسکلت صلب‌ عمل می‌کند.لولهـ‌ها مـی‌توانند دیوارهای برشی تیر و ستون‌ها را ‌‌احاطه‌ کرده و همگی به صورت کلیت واحد عـمل کـنند. پنجره‌ها حدودا 05 درصد از‌ سطح‌ دیوارهای‌ خـارجی را در این سیستم اشغال مـی‌کند.ایـده سازه لوله اولین بار از دو جهت‌ سـازه و مـعماری در ساختمان بتنی در ساختمان‌ آپارتمانی 34 طبقه دویت چست نت‌(عکس 2)در شیکاگو که‌ در‌ سال 5691 تـکمیل شـد توسط فزلورخان ساخته شد. گـونه‌های مـختلفی از سـیستم لوله‌ای موجود اسـت:لوله قـابی، لوله در لوله،لوله دسته شده.

اما لوله قـابی بـیشترین نزدیکی را به تعریف‌ بالا دارد. مشخصه بی‌نظیر این سیستم این بود که اعضای آن بدون‌ پیـچ‌دار شـدن در یک محور قرار می‌گرفتند.ساختمان مـرکز اونـتاری در شیکاگو(شـکل 3)نـمونه‌ای از ایـن سیستم با استفاده‌ از‌ مـصالح بتنی است و ساختمان مرکز جان هانکوک‌ مثالی از استفاده از این سیستم با مصالح فولاد است.

لوله بـا دیـوارهای هسته نیز می‌تواند تمام بارهای جـانبی‌ را بـا تـاثیر مـتقابل‌ اجـزاء‌ بر هم بـه وسـیله قاب‌ها تحمل کند. ساختمان برانپیک در شیکاگو(شکل 4)مثالی است از این‌ سیستم.دیوارهای هسته‌ای این ساختمان بـا قـاب‌های‌ خـارجی در مقاومت در برابر نیروها‌ نقشی‌ اساسی دارند کـه‌

 

این در‌ ساختمان‌ به‌ سیستم لوله در لوله معروف است.لوله در لوله سیستمی است با قاب لوله‌ای و دیوارهای برشی هسته‌ در داخل و خارج سـاختمانی‌ که‌ تشکیل‌ لوله‌های داخلی و خارجی می‌دهند و به همراه سازه کف‌ که‌ این دو را به هم‌ متصل می‌کند همگی در مقابل نیروهای جانبی به صورت‌ واحد و مشترک عمل می‌کنند.ساختمان‌ شماره‌ 1 میدان‌‌ شـل‌پلازا(شـکل 5)نیز چنین سیستمی دارد.

سیستم لوله‌ای دسته شده‌ نیز در ساختمان‌های گوناگونی‌ به کار رفته است و برای کاهش سطح بسیار وسیع طبقات‌ برای مقاومت موثرتر در‌ برابر‌ نیروی‌ باد و نیز ایجاد فـضای‌ صـمیمی در فضای مسکونی بسیار مناسب است‌.

اما‌ برج‌های سیرز معروف‌ترین ساختمانی است که این‌ سیستم در آن به کار رفته و طراحی آن و دیگر‌ ساختمان‌های‌‌ بلند‌ بتنی تـوسط فـزلورخان بوده است.امروز انتخاب یـک‌ سـیستم سازه‌ای بسیار پیچیده‌ است‌.در‌ سالن‌های ساختمان‌ ابنگالس یک سیستم تیر و ستون وجودداشت اما فقط قالب‌بندی بتن پیچیده بود‌.توسعه‌ جهان‌ بتن از سال‌ 0691 همواره در ابـداع سـیستم‌های جدید همچون لوله‌ها و سـیستم‌های مـرکب بوده‌ است‌.چالش مهندسان و معماران‌ امروزه استفاده از تمامی ظرفیت‌های این سیستم‌ها برای‌ خلق محیطهای‌ قابل‌ سکونت‌ برای مردم است.

6-گرایش‌ها در ساختمان‌های بلند

اولین ساختمان بلند بتنی مسلح،ساختمان اینگالس‌‌ اسـت‌ کـه پیش‌تر در مورد آن بحث شده است.این ساختمان‌ 51 طبقه یک‌ سیستم‌ تیر‌ و ستون داشت و در طراحی آن‌ هر پیشرفتی که در زمینه بتن تا آن زمان انجام‌ شده‌ بود به کار گرفته شد.ایـن سـاختمان از یک سـیستم یکپارچه تیر‌ و ستون‌ بهره‌ جست و در دال طبقات از دو سیستم مسلح‌ استفاده کرده بود.تیرها با استفاده از‌ میلگردهای‌ خرک‌ در نـزدیک تکیه‌گاه مسلح بودند و تسمه‌های حلقه‌ای و فنرهای‌ یکپارچه در ستون‌ها برای‌ بتن‌ عـمودی آرمـاتوربندی‌ها بـه کار گرفته شد.ساختمان‌های بسیاری از آن زمان ساخته شده‌ است اما تعداد‌ کمی‌ از آنها را در زیر می‌آوریم.

برج‌های دوقـلوی ‌ ‌هـارینا در سال 2691‌ ساخته‌ شد. معمار برتراند گولدبرگ می‌دانست در آنجا‌ افرادی‌ هستند‌ که به سـرویس‌های 42 سـاعته،تـجهیزات،پارکینگ‌ و دفاتر‌ نزدیک ساختمان نیاز دارند.مارینا شامل یک سینما،تئاتر، باشگاه بولینگ،مغازه‌ها،دفـاتر‌ اداری‌،رستوران‌ها،اتاق‌های‌ ملاقات،سالن ژیمناستیک‌ و پیست‌ اسکیت و پارکینگ‌ برای‌‌ ماشین‌ها‌ و قایق‌ها ودر نـهایت آپارتمان‌هایی برای زوج‌های‌‌ جـوان‌ بـدون فرزند بود.برج‌ها،اولین سازه چند منظوره در جنوب شیکاگو بودند‌ و بلندترین‌ ساختمان بتن مسلح در

 

آن زمان‌ با 971 متر بودند‌.پلان‌‌ گولدبرگ در این ساختمان‌ دایره‌ای‌ بود‌ که در آن زمان بسیار بدیع می‌نمود و براساس بـازدهی‌ سیستم‌های تهویه و برای کاهش‌‌ فضای‌ هسته سازه مناسب بود. نوآوری‌ بعدی‌ احداث‌ پارکینگ‌ 02 طبقه‌ درست‌ زیر 009 واحد آپارتمانی‌ بود‌.او دیوارهای هسته‌ را به صورت دایره‌ای انتخاب کرد برای این‌که تمام نیروی جـانبی‌‌ را‌ بـه ستون‌ها منتقل کند.با این‌‌ اصلاح‌ هسته دایره‌ای‌ 07‌ درصد‌ از بارهای جانبی را‌ جذب می‌کند. هسته که به صورت یک دیوار برشی بتنی عمل می‌کرد.به دقت‌ با‌ بازشوهای‌ شطرنجی با انـدازه‌ کـم طراحی شده‌ بود‌ تا‌ صلبیت‌‌ آن‌ حفظ شود.

برج‌ واتر‌(شکل 7)یک نمونه‌ دیگر از ساختمان بلند در جنوب‌ شیکاگو است که در سال 5791 به‌ وسیله‌ لوبل‌،اشلوس من‌ دارت و هاکل در 262 متر‌ سـاخته‌ شـد‌ که‌ یک‌ ساختمان‌‌ چند منظوره دیگر با تفرجگاهی در داخل،ادارات و آپارتمان‌ها در بالا بود.مقاومت بتن به کار رفته در این ساختمان به‌ 26/1 مگاپاسکال در ستون‌ها و 02/7 مگاپاسکال‌ در دال‌ها می‌رسید.این ساختمان با تـوانایی تـکنولوژی بـتنی خود می‌توانست با بلندترین سـاختمان فـولادی کـه 1/5 برابر آن‌ ارتفاع داشت هماوردی کند.سیستم سازه‌ای برج واتر مرکب‌ بود از بتن‌ مسلح‌،لوله قابی،ستون‌های فولادی داخلی و سیستم دال کامپوزیت.

سـاختمان مـگنیفیشت در شـیکاگو نیز که در سال 3891 به اتمام رسید به وسـیله«سـام»31ساخته شد و یکی از ساختمان‌های‌ بلند‌ طراحی شده توسط فزلورخان بود.این‌ ساختمان 461 متری با ایده برج‌های سیرز و به صـورت‌ لولهـ‌های دسـته شده اما این بار به صورت‌ بتنی‌ ساخته شده. سـام تصمیم گرفت‌ لوله‌های‌ دسته شده را به صورت بتنی‌ مسلح سازد که ساختار آن از سه لوله هشت ضلعی تشکیل‌ شده بـود(شـکل 6)لولهـ‌های بسته شده به‌ ساختمان‌ صلبیت‌ را می‌افزود و همچون‌ برج‌های‌ سیرز این لولهـ‌ها بـرای کاهش‌ نیروی ثقل در ارتفاعات مختلفی به اتمام می‌رسید.

  8-311 South Wacker Driver

  7-The Water Tower‌ Place‌ (به تصویر صفحه مراجعه شود) 9-Petronas Towers مرکز اونتاری در سال 5891 در شیکاگو ساختمان دیگری‌ بـود کـه تـوسط سام ساخته شد و به عنوان آخرین طراحی‌


 10-The‌ Jin Mao Building

فزلورخان لقـب گـرفت.سـیستم سازه این ساختمان لوله‌ خرپایی بتنی بود.یکبار دیگر سام‌ با موفقیت سازه‌ای را کـه‌ بـرای ساختمان هاکلوگ به صورت فلزی‌ ساخته‌ شده‌ بود به‌ بتن مسلح در این سـاختمان تـبدیل کـرد.این سازه لوله بتنی‌ که تیرهای تقویت عرضی ‌‌قابل‌ رویتی به صورت خرپا در خارج آن رویـت مـی‌شود در شکل(3)دیده می‌شود‌.

مهاربندی‌ قطری‌ ساختمان جان هاکوگ اعضاء فلزی‌ قطری‌ای را شامل مـی‌شد کـه بـه آسانی در بتن قابل‌ دستیابی‌ نبودند.به جای آن مهاربندی قطری به وسیله داخل بردن‌ پنجره‌ها در‌ طـول مـوردنظر در نما‌ به‌ دست آمده است.

ساختمان واکر درایو که در 0991 ساخته شده یـک‌ سـاختمان بـلند مرتبه بتنی در شیکاگو است(شکل 8) این ساختمان به ارتفاع 592 متر با بتنی به مقاومت 28‌ مـگاپاسکال بـه عـنوان ساختمانی است که در آن از بالاترین‌ مقاومت بتنی بهره گرفته شده است.سیستم سـازه‌ای ایـن‌ ساختمان به صورت لوله اصلاح شده با قاب محیطی بتن‌ مسلح،ستون‌های‌ فلزی‌ داخلی و دال کامپوزیت کف اسـت. ایـن سازه به عنوان یک نمونه خوب از برهم کنش قاب و دیوار برشی مـعرفی شـده است.این ساختمان به گونه‌ای ساخته‌ شـده اسـت کـه صلبیت‌ اجزاء‌ داخلی و خارجی آن به‌طور یکسان حـفظ شـود.دال پیش تنیده کف،مصرف فولاد را کاهش داد و دو مجموعه از قالب‌های پرنده برای 5 روز برای‌ ساخت آنـها بـه کاررفت.

ساختمان‌ شماره‌ 1 مرکز پیـچ‌تری کـه در سال 1991 در جـورجیای آتـلانتا نـیز با 46 طبقه ساخته شد 752 متر از دیـگر سـاختمان‌های بتنی است که با سیستم لوله‌های دسته شده‌ با‌ به‌ کارگیری‌ سـه مـقاومت مختلف بتن در‌ دیوارهای‌ برشی‌‌ و ستون‌ها(85/6،86/9 و 28/8 مـگاپاسکال)طراحی شد. سازندگان بـا اسـتفاده از تکنولوژی توسعه یافته از سال 0691 در شـرکت‌های ارائه خـدمات‌ مصالح‌ در‌ شیکاگو این ساختمان‌ را ساختند.نیازهای معماران این‌ بنا‌ ستون‌های آزاد داخلی‌ را طلب مـی‌کرد و بـدین سبب دهنه‌هایی با طول 51/2 مـتر بـا بـتن پرمقاومت و پیش تـنبیده سـاخته‌ شد‌.

سیلیکون‌ و گرانیت بـرای دسـتیابی به مقاومت لازم در این‌ بتن به‌ کار رفته بود.با توجه به نکات ویژه مـدنظر صـاحبان این‌ ساختمان هر طبقه 63 اداره اجاره‌ای داشـت‌.ایـن‌ ساختمان‌ بـه‌ ایـن سـبب مورد توجه است کـه طراحی آن اجازه استفاده‌ چند‌ منظوره کاربران از فضاهای موردنظر را با توجه به طراحی‌ مناسب سازه و اسـتفاده از بـتن پرمقاومت‌ فراهم‌ ساخته‌ بود. دو ساختمان دیـگری کـه در سـال‌های اخـیر از بـتن به عنوان‌‌ مـصالح‌ پایـه‌ در کنار فولاد استفاده کردند.برج‌های پتروناس‌ در مالزی(شکل 9)و جین مائو در شانگهای‌ چینی‌ هستند‌. (شکل 01)این دو،مـثال‌های مـناسبی هـستند که نشان‌ می‌دهند بتن چه توانایی شـگرفی‌ از‌ زمـان آغـاز اسـتفاده آن در ایـن‌گونه سـاختمان‌ها به دست آورده است.

ساختمان 124‌ متری‌ جین‌ مائو ساخته شده در سال‌ 9991 نیز از یک سیستم شامل تیرهای تقویتی فولادی‌‌ که‌ هسته بتنی ساختمان را به ستون‌های بی‌شمار خارجی‌ ساختمان مـتصل می‌کند تشکیل شده‌ است‌.

نتیجه‌گیری‌

دانش و تحقیقات در نیمه اول قرن بیستم نمونه‌ بسیاری را برای تکنولوژی امروز به همراه‌ داشته‌ است.این‌ مقاله خلاصه‌ای از سیر توسعه ساختمان‌های بلند بتنی ارائه‌ کرده‌ اسـت‌.بـه‌طور‌ خلاصه،اولین استفاده‌کنندگان بتن در 0021 پیش از میلاد جوامعی همچون فینیقی‌ها و مصری‌ها بوده‌اند.در‌ سال‌های‌ بین‌ 0071 تا 0081 میلادی کشفیات‌ جدیدی در استفاده از بتن مسلح در‌ ساختمان‌ها‌ انجام شد. آمریکایی‌ها و اروپایی‌ها آن را در ساخت انبارها،کارخانه‌ها و آپارتـمان‌ها اسـتفاده می‌کردند.در سال 8981‌ فرانک‌ هبیک‌ که پدر بتن مسلح خوانده می‌شود اولین استفاده از میل‌ گردهای‌ دایره‌ای‌ با آهن سنگین را معرفی کرد.در‌ سال‌‌

 

4881‌ رانسوم یک سـیستم چـهارگوشی از میل‌گردهای‌ فولادی‌ به‌ هم‌پیچیده را بـرای افـزایش مقاومت و چسبندگی بتن اختراع کرد.در سال 3091 النزر‌ اولین‌‌ آسمان‌خراش بتن مسلح را که‌ از‌ سیستم رانسوم‌ سود‌ می‌جست‌ تکمیل کرد.در فاصله 05 سال‌ اول‌ قرن بیستم‌ تحقیقات و پیـشرفت‌ها ادامـه یافت.سیستم‌های حمل‌ و نـقل جـدید،تغییرات در‌ شیوه‌ قالب‌بندی و استفاده از مواد مخلوطشونده جدید‌ به بتن قابلیت و مقاومت‌ بتن‌ را افزایش داد.سیستم‌های سازه‌ای‌ که‌ نسبت به سیستم تیر و ستون به‌کار رفته در ساختمان اینگالس برتر بودند به‌‌ وجود‌ آمـدند کـه همگی اینها توانایی‌ به‌ بتن‌ بخشیدند که‌ در‌ نهایت‌ منجر به ساخت پتروناس‌ و جین‌مائو‌ شد.چیزی‌ که در رویای النزر و رانسوم نیز نمی‌گنجید.

کمی بیشتر از یک قرن‌ از‌ اختراع بتن مسلح می‌گذرد. در ایـن‌ زمـان‌ کوتاه بـتن‌ مسلح‌ از‌ یک مصالح محدود به‌‌ عنصری تطبیق‌پذیر و همه‌کاره در ساختمان تبدیل‌ شد.اولین ساختمان بتن مسلح بسیار حـجیم و سنگین‌ بود‌.فضاهای‌ باارزش طبقات با حجم سیستم‌های بتن‌‌ اشغال‌ مـی‌شد‌.امـروزه‌ بـه‌ سبب افزایش دانش‌ و آگاهی‌ها‌ و پیشرفت تکنولوژی،ساختمان‌های بتن مسلح قادر هستند بسیار ظریف و بلند باشند.این تـا ‌ ‌انـدازه‌ای به‌خاطر استفاده‌‌ از‌ دیوارهای‌ برشی،سیستم‌های سازه ابداعی و طراحی‌ براساس مقاومت‌ نهایی‌ است‌ کـه‌ ایـنک‌ حـجم‌ بسیار اندکی‌ از فضا توسط سازه اشغال می‌شود.

به سبب سرعت پیشرفت‌های بتن هم‌اینک استفاده از بـتن در ساختمان‌های بلند واقعیت پذیرفته‌شده‌ای است. قابلیت فرم‌یابی بتن فاکتور‌ اساسی در ایجاد ساختمان‌های‌ بـا فرم‌های چشم‌نواز و زیباست.فـزلورخان زودتـر از سال‌ 2791 پیش‌بینی کرد که بتن مصالح ساختمان‌های‌ بلند آینده است.ساختمان 66 طبقه‌ای در برج اداری در شانگهای‌ به‌ صورت تمام بتن ساخته شده است.ساختمانی‌ که برای مقابله توفان طراحی شده است.جوزف کـالاکو طراح آزمایشی را رهبری می‌کرد که امکان عملی شدن‌ پیشنهاد فرانک لوید رایت‌ برای‌ ساخت ساختمان یک‌ مایلی را با امکانات سال 0591 بررسی می‌کرد.وی بتن‌ را به علت خاصیت ضد آتش آن و جذب اثرات تـغییرات‌‌ حـرارتی‌،جمع‌شدگی و...اولین مصالح انتخاب کرد‌.در‌ مقایسه با فولاد،ساختمان‌های بلند بتنی حجم زیادی‌ دارند و سازه بتن سنگین‌تر و در مواجهه با واژگونی مقاومت‌ بهتری نشان می‌دهد.کالاکو نشان داد که‌ کدام‌ یک از سـیستم‌های مـرکب‌ سازه‌ برای آسمان‌خراش‌های تمام‌ بتنی موثرتر است.سیستم‌های سازه‌ای مرکب جدید امکان ساخت سازه‌های بلندتر را در این رابطه در 4 دهه‌ اخیر فراهم کرده است.اگرچه فولاد همچنان به‌عنوان‌ مصالح سازه‌ای‌ بـرای‌ بـیشتر ساختمان‌ها کاربرد دارد اما ما انتظار داریم ساختمان‌های بیشتری از بتن و سیستم‌های‌ مرکب از بتن و فولاد در آینده نزدیک ساخته شود.