في عام 1956، اقترح المهندس المعماري فرانك لويد رايت ناطحة سحاب يبلغ طولها ميلًا. كانت ستكون أطول بناية في العالم، بفرق كبير... بطول يفوق خمس مرات طول برج إيفل. ولكن العديد من الانتقادات سخرت من المعماري، مدعية أنه سيتعين على الناس انتظار المصعد لساعات، أو أسوأ من ذلك، أن البرج سينهار بسبب كتلته. وقد أجمع معظم المهندسين على ذلك، ورغم الدعاية التي رافقت الاقتراح، إلا أن البرج العظيم لم يبنَ قط.
In 1956, architect Frank Lloyd Wright proposed a mile-high skyscraper. It was going to be the world’s tallest building, by a lot — five times as high as the Eiffel Tower. But many critics laughed at the architect, arguing that people would have to wait hours for an elevator, or worse, that the tower would collapse under its own weight. Most engineers agreed, and despite the publicity around the proposal, the titanic tower was never built.
ولكن اليوم، تُشيد حول العالم مبان أكبر وأكبر. حتى الشركات تصمم ناطحات سحاب بطول يفوق الكيلومتر الواحد، مثل برج جدة في السعودية، الذي يفوق طول برج إيفيل بثلاثة أضعاف. عما قريب، ربما ستصبح معجزة رايت التي بعلو الميل حقيقة.
But today, bigger and bigger buildings are going up around the world. Firms are even planning skyscrapers more than a kilometer tall, like the Jeddah Tower in Saudi Arabia, three times the size of the Eiffel Tower. Very soon, Wright’s mile-high miracle may be a reality.
إذن ما الذي كان يحجمنا بالضبط عن بناء تلك المباني الضخمة قبل سبعين عامًا، وكيف يمكننا بناء شيء بعلو ميل في يومنا هذا؟
So what exactly was stopping us from building these megastructures 70 years ago, and how do we build something a mile high today?
في أي مشروع بناء، يجب أن يكون كل طابق من البناية قادرًا على تحمل الطوابق التي فوقه. كلما ازداد علو البناية، زاد ضغط جاذبية طابقها العلوي على الطوابق السفلية. حَكَم هذا المبدأ لمدة طويلة هندسة بناياتنا، ودفع بالمعماريين القدماء إلى تفضيل الأهرامات عريضة القواعد التي تدعم مستويات علوية أخف. لكن هذا الحل لا يسري بالضبط على ناطحة السحاب... إذ أن هرمًا بذلك الطول سيبلغ عرضه تقريبًا ميلًا ونصف، ولن يكون من السهل إدماجه داخل مركز تجاري.
In any construction project, each story of the structure needs to be able to support the stories on top of it. The higher we build, the higher the gravitational pressure from the upper stories on the lower ones. This principle has long dictated the shape of our buildings, leading ancient architects to favor pyramids with wide foundations that support lighter upper levels. But this solution doesn’t quite translate to a city skyline– a pyramid that tall would be roughly one-and-a-half miles wide, tough to squeeze into a city center.
لحسن الحظ، يمكن لمواد قوية مثل الإسمنت تفادي هذا الحجم غير العملي. وتُعزَّز أمزجة الإسمنت الحديث بألياف الفولاذ لتصبح أكثر صلابة بالإضافة للماء المُقلِّص لنسبة البوليمر للحد من التصدع. الإسمنت المكوِّن لأطول برج في العالم، برج خليفة في دبي، يمكنه تحمل حوالي 8000 طن من الضغط وذلك للمتر المربع الواحد... وهذا يعادل كتلة أكثر من 1200 فيل أفريقي!
Fortunately, strong materials like concrete can avoid this impractical shape. And modern concrete blends are reinforced with steel-fibers for strength and water-reducing polymers to prevent cracking. The concrete in the world’s tallest tower, Dubai’s Burj Khalifa, can withstand about 8,000 tons of pressure per square meter– the weight of over 1,200 African elephants!
بالطبع، حتى ولو كانت البناية تدعم نفسها، فهي تظل في حاجة لدعم من الأرضية. بلا دعامة، يصبح مآل بنايات بهذا الثقل هو السقوط والانهيار أو الميلان. لتفادي انهيار البرج الذي تبلغ كتلته حوالي نصف طن، دُفنت 192 دعامة من الفولاذ، والتي تسمى بالأعمدة، بعمق يفوق 50 مترًا. الاحتكاك بين الأعمدة والأرض يحافظ على ثبات البناية.
Of course, even if a building supports itself, it still needs support from the ground. Without a foundation, buildings this heavy would sink, fall, or lean over. To prevent the roughly half a million ton tower from sinking, 192 concrete and steel supports called piles were buried over 50 meters deep. The friction between the piles and the ground keeps this sizable structure standing.
بالإضافة للتغلب على الجاذبية، التي تدفع بالبناية نحو الأسفل، فناطحة السحاب عليها أيضًا أن تتغلب على الرياح العاتية، التي تدفعها من الجانب. في الأيام العادية، يمكن للرياح تطبيق قوة قد تصل إلى 8 كغم للمتر المربع الواحد في ناطحة سحاب... وهذا يعادل شدة قوة اندفاع مفاجئ لمجموعة من كرات البولينج. إن تصميم بنايات تتميز بمقاومة شدة قوة الرياح، مثل برج شانغهاي بالصين الذي يتميز بشكل انسيابي، يمكنه تقليص شدة تلك القوة إلى الربع. والهياكل المقاومة للرياح خارج وداخل المبنى يمكنها امتصاص ما تبقى من قوة الرياح، كما هو الشأن في برج لوتي في سيؤول.
Besides defeating gravity, which pushes the building down, a skyscraper also needs to overcome the blowing wind, which pushes from the side. On average days, wind can exert up to 17 pounds of force per square meter on a high-rise building– as heavy as a gust of bowling balls. Designing structures to be aerodynamic, like China’s sleek Shanghai Tower, can reduce that force by up to a quarter. And wind-bearing frames inside or outside the building can absorb the remaining wind force, such as in Seoul’s Lotte Tower.
لكن حتى وبعد اتخاذ كل هذه التدابير، ما زال احتمال تأرجحك داخل البناية واردًا خلال إعصار ما، إذا ما كنت تسكن أحد الطوابق العلوية التي تفوق المتر الواحد لتفادي أرجحة الرياح للطوابق العلوية للأبراج، تستخدم عدة ناطحات سحاب كتلة مضادة تصل إلى مئات الأطنان تسمى "المخمِّد الثقلي المتناغم". برج تايبيه 101، على سبيل المثال، توجد به كرة من الحديد الصلب، معلقة فوق الطابق 87. حين تحرك الرياح المبنى، تتأرجح هذه الكرة، ممتصة الطاقة الحركية للمبنى. باستشعارها لحركات البرج، تُحوّل أسطوانات هيدروليكية متموضعة بين الكرة والمبنى تلك الطاقة الحركية لحرارة، وتُسهم بذلك في اتّزان البناية المتمايلة.
But even after all these measures, you could still find yourself swaying back and forth more than a meter on top floors during a hurricane. To prevent the wind from rocking tower tops, many skyscrapers employ a counterweight weighing hundreds of tons called a “tuned mass damper.” The Taipei 101, for instance, has suspended a giant metal orb above the 87th floor. When wind moves the building, this orb sways into action, absorbing the building’s kinetic energy. As its movements trail the tower’s, hydraulic cylinders between the ball and the building convert that kinetic energy into heat, and stabilize the swaying structure.
بتفعيل كل هذه التقنيات، يمكن لبناياتنا الضخمة الحفاظ على اتزانها وثباتها. لكن التنقل بسرعة داخل بنايات بهذا الحجم يُشكّل تحديًّا في حد ذاته. في عهد رايت، كان أسرع مصعد بالكاد يتحرك بحوالي 22 كيلومتر في الساعة. لحسن الحظ، مصاعد اليوم أسرع بكثير، بسرعة تفوق 70 كيلومترًا في الساعة وهناك احتمال كبير لاستعمال مقصورات المصاعد لسكك توجيه مغناطيسية عديمة الاحتكاك مستقبلًا، وذلك لسرعة أكبر. وتجمع خوارزميات إدارة الحركة داخل المصعد الركاب حسب الوجهة لحمل الركاب والمقصورات الفارغة إلى حيث يجب أن تكون.
With all these technologies in place, our mega-structures can stay standing and stable. But quickly traveling through buildings this large is a challenge in itself. In Wright’s age, the fastest elevators moved a mere 22 kilometers per hour. Thankfully, today’s elevators are much faster, traveling over 70 km per hour with future cabins potentially using frictionless magnetic rails for even higher speeds. And traffic management algorithms group riders by destination to get passengers and empty cabins where they need to be.
لقد قطعت ناطحات السحاب شوطًا طويلًا منذ اقتراح رايت بُرجه الذي بعلو الميل. ما كان يعتبر في أحد الأيام مستحيلًا أصبح الآن يُمثّل فرصًا معمارية. هي إذن مسألة وقت فقط قبل تشييد تلك البناية التي بعلو الميل.
Skyscrapers have come a long way since Wright proposed his mile-high tower. What were once considered impossible ideas have become architectural opportunities. Today it may just be a matter of time until one building goes the extra mile.