مهندسان چطور ساختمان‌هایی به‌ظاهر غیرممکن را می‌سازند؟

استفان دسیمون، مدیر شرکت مهندسان مشاور دسیمون در نیویورک در حال مهندسی یک نوع جدید آسمان‌خراش است. او در حال کار روی سازه‌هایی است که مشابه هیچ‌چیز دیگری در این دنیا نیستند: ساختمان‌هایی فوق بلند و معمولاً با سطح زیربنای بسیار کم!

یک رشد انفجاری ساختمان‌ها در یک سری از بلوک‌های شهری مرکز منهتن در پیش است. یک موج عالی از شرایط اقتصادی مساعد در حال نزدیک شدن است و منجر به ساختمان‌های بسیار بلند و البته بسیار باریک خواهد شد. امسال یک حالت رقابت بین آسمان‌خراش‌های گران‌قیمت فوق بلند وجود داشت، رقابتی برای فروش گران‌ترین پنت هاوس. دسیمون یکی از تعداد مؤسسات انگشت‌شمار درزمینهٔ مهندسی این ساختمان‌های عجیب است و هرکدام حاصل مجموعه‌ای پیچیده از مذاکرات شامل قوانین پس‌روی، حقوق هوایی و نیروهای بازار هستند.

هم‌اکنون، این موسسه روی ساختمانی متمرکز است که توسط آرشیتکت رابرت ای.ام. استرن طراحی‌شده است و ساختمان 220 جنوب سنترال پارک نام دارد. پنت‌هاوس این آسمان‌خراش می‌تواند با قیمت 175 میلیون دلار تبدیل به گران‌ترین پنت‌هاوسی شود که تاکنون در نیویورک فروش رفته است. در حال حاضر نیز در ساختمان تکمیل‌نشده، واحدهای آپارتمانی با مجموع ارزش 1.1 میلیارد دلار پیش‌فروش شده‌اند.

برای دسیمون، شگفت‌انگیز بودن ساختمان 220 ربطی به اقتصاد مضحک نیروهای بازار ندارد که منجر به خلق آن شده‌اند. اما اگر به زیربنای ساختمان نگاهی بیندازید، متوجه می‌شوید که این ساختمان 950 فوتی (290 متری) روی زیربنایی به عرض 53 فوت (16.2 متر) بنا شده است! یعنی نسبت ارتفاع به عرض 18 به 1 که واقعاً چالش مهندسی بی‌سابقه‌ای است و تنها در این منطقه ممکن شده است.

ساختمان در یک تونل باد

در ساختمان‌هایی بلند و باریک مانند این ساختمان، تعامل سازه و جریان‌ هوا به‌اندازه سایر عوامل اهمیت دارد. دسیمون در این مورد گفته: “چیزی که مردم درک نمی‌کنند این است که ساختمان‌ها نمی‌خواهند ایرودینامیکی باشند.” اغلب ما وقتی به ساختمان‌های بلند فکر می‌کنیم، تصور می‌کنیم که جریان هوا از کنار قصر‌های باریک و براق و صیقلی شیشه‌ای می‌گذرد. اما ساختمان‌هایی که ظاهری شبیه بال یا بادبان دارند، تمایل دارند که رفتاری مانند آن‌ها نیز داشته باشند و نیروی لیفت و نیروهای سازه‌ای خطرناکی ایجاد می‌کنند. در ساختمان‌های بلند و باریک مانند ساختمان 220، هدف این است که جریان هوا شکسته شود و توسط گوشه‌ها و شکاف‌ها و تزئینات ساختمان از سرعت جریان هوا کاسته شود.

این بدان معناست که دسیمون و گروهش واقعاً قطعات پیش‌نمونه‌ای از ساختمان را در مقیاس کوچک‌تر ساخته و در تونل باد آزمایش می‌کنند. داخل تونل و در معرض جریان‌ تند هوا مهندسان عمران می‌توانند نیروهایی را که هرروز سازه‌هایشان را تحت تنش قرار می‌دهد، شبیه‌سازی کنند. دسیمون در این مورد می‌گوید: “ما قبلاً هم پروژه‌هایی مشابه انجام داده‌ایم. داخل تونل باد با آرشیتکت‌های دیگر با یک چسب تفنگی در دست، می‌نشستیم.” اینجا جایی است طراحی‌های معماری واقعاً به واقعیت بدل می‌شوند و مهندسان در این نقطه باید پیشگام شوند. دسیمون دراین‌باره می‌گوید: “مسئله لزوماً آن چیزی نیست که آرشیتکت می‌خواهد، بلکه باید ببینم کار چطور درست پیش می‌رود.”

وقتی به قصر سیمانی نوکلاسیک 220 نگاه کنید، تونل‌های باد اولین چیزی نیستند که به ذهن خطور می‌کنند، اما جایی هستند که این ساختمان‌های عظیم زندگی خود را آغاز کرده‌اند. به گفته دسیمون، این فرآیند آزمایش تونل باد، حتی قبل از اینکه طرحی روی کاغذ کشیده شود، انجام شد.

همه‌چیز یک پیش‌نمونه است

آرشیتکت‌هایی که دسیمون با آن‌ها کار می‌کند، اغلب با عنوان تحقیرآمیز “استارشیتیکت” شناخته می‌شوند. کار دسیمون این است که تصاویر و ایده‌های باشکوه آن‌ها را گرفته و روی آن کار محاسباتی انجام دهد. سختی کار این است که هر ساختمان منحصربه‌فرد است. دسیمون می‌گوید: “در حرفه ما، هر کاری که به سرانجام می‌سازیم، اولین و آخرین پیش نمونه است. بسیاری از کارهایی که این آرشیتکت‌ها انجام می‌دهند قبلاً انجام نداده‌اند و موادی استفاده می‌کنند که قبلاً استفاده نشده است.”

ساختمان IAC فرانک گری در ضلع شرقی منهتن را در نظر بگیرید، ساختمانی که تک‌تک ستون‌های آن دارای زاویه هستند. این طراحی مدرن عملاً ساختمان را تنومندتر کرده است. دسیمون در این مورد گفته: “ما به‌سرعت یاد گرفتیم که با کج کردن تمام این ستون‌ها مقدار هنگفتی نیروی افقی ایجاد می‌شود.” مثال دیگر، ساختمان HL23 نیل دناری است که یک برج مسکونی است و عملاً کنار پارک های لاین (یک پارک معروف در منهتن که تبدیل‌شده‌ی یک خط آهن متروک است) سر برافراشته است. برای عملی شدن این ساختمان، گروه دسیمون مجبور شدند یک اسکلت فولادی دوک وار دارای تیرک‌های ضربدری طراحی کردند و عملاً بخشی از ساختمان روی پارک معلق شده است.

یک مشتری دیگر این شرکت، بنام زها حدید در حال ساخت یک برج 62 طبقه در میامی بنام برج 1000 موزه است. طراحی سازه این برج دو سال طول کشید. اصالتاً، خطوط خمیده سینوسی فلزی که دور ساختمان پیچیده است، صرفاً جنبه زیبایی دارند. ساختمان نسبتاً عادی است، اما به‌ظاهر شبیه یک موجود زنده بیگانه با اسکلت خارجی است.

دسیمون راهی پیدا کرد که این اسکلت خارجی تزئینی ساختمان را واقعاً به بخشی از مهندسی سازه این ساختمان تبدیل کند. این اسکلت از پانل‌های توخالی پیش‌ساخته (تولیدشده در دبی) ساخته‌شده‌اند و هنگام نصب با سیمان پرشده‌اند. این سازه واقعاً یک اسکلت خارجی است، دقیقاً همان‌طور که طراحی زها حدید از ابتدا پیشنهاد می‌کرد.

بااینکه هر ساختمان منحصربه‌فرد است و از هرکدام یکی ساخته می‌شود، دانش ساخت آن‌ها مرتباً تکمیل می‌شود. می‌توانید این تکامل را در طرح‌های ساختمان‌های پیچ‌خورده ببینید. روندی که از ساختمان IAC گری آغاز شد که در آن هر ستون دارای کجی و زاویه است، به برج‌های پیچان شهر ابوظبی بنام Regent Emirates Pearl راه پیدا کرد.

کاری که دسیمون در این پروژه‌ها انجام داد، اکنون به او کمک می‌کند که یک جفت برج پیچان در میامی بسازد که توسط آرشیتکت دانمارکی، بجارکه اینگلس طراحی‌شده است. هرکدام از این دو ساختمان از پی به‌صورت یک مربع آغازشده و رو به بالا پیچ‌خورده و مقطع آن به مربع‌های بزرگ‌تر تبدیل می‌شود. اثری که دسیمون به آن Shapeshifting می‌گوید. این افزایش مساحت در طبقات بالاتر یک دلیل بسیار ساده دارد: واحد‌های بالای ساختمان بهتر فروش می‌روند. چرا فضای ساختمان در طبقات پایین تلف شود درحالی‌که همه دوست دارند صاحب یک پنت‌هاوس (یا چیزی شبیه آن) باشند. در این میان، پیچ خوردن پیکره ساختمان، به هر واحد دید منحصربه‌فردی می‌دهد.

ازلحاظ معماری باورنکردنی به نظر می‌رسد، اما همچنین رویای یک توسعه‌دهنده بی‌باک است و دسیمون راهی برای داغ‌تر کردن ماجرا پیدا کرده است. اغلب ساختمان‌های بلند در میامی با بتن محکم ساخته‌شده‌اند که در ساختمان‌های بلند، بخشی از فضای باارزش طبقات را هدر می‌دهد. با ساختن دیوارهای فولادی کامپوزیتی مهندسان موفق به کاهش عرض دیوارهای حامل به نصف شدند. در کوتاه‌مدت این روش باعث بالا رفتن هزینه‌ها می‌شود، اما فضای اضافی در هر طبقه این افزایش هزینه را جبران می‌کند.

وقتی آرشیتکت‌ها در کمیسیون‌ها برنده می‌شوند، موفقیت کارشان فقط به طراحانشان بستگی ندارد و به شرکایشان هم مربوط می‌شود؛ از مؤسسات محلی که خدمات زمینی را در شهرهای خارجی فراهم می‌کنند، تا مهندسان مشاوری مانند دسیمون که باید فیزیک پشت این معماری‌ها را بررسی کنند. روی‌هم‌رفته کاری است که نادیده گرفته می‌شود (نمی‌توان با آن مشهور شد) و به‌ندرت نام مهندس عمران را در یک پروژه ساختمانی می‌شنوید.

دسیمون گفته: “آرشیتکت‌ها چهره‌های معروف هستند و کار ما پشت‌صحنه انجام می‌شود و در راستای تحقق رویاهای آن‌ها است.” البته دسیمون با این مسئله مشکلی ندارد، تنها پاداش کار، جلب اعتبار و معروف شدن نیست و هیجان یک چالش مهندسی نیز جذاب است. به گفته دسیمون: “امروزه مهم نیست ساختمانی که روی آن کار می‌کنید چقدر بلند هست، همیشه یک ساختمان بلندتر درراه است.”