نیروی باد در اسمان خراش ها

نیروی باد
آسمان خراشهای اولیه به علت وزن زیاد ساختمان با دیوارهای باربر ساخته شده از مصالح بنایی چنان بودند نیروی باد قادر نبود به جاذبه زمین غلبه کند . با افزایش ارتفاع سرعت باد افزایش می یابد ، سرعت متوسط باد استاتیکی یعنی ثابت است ولی سرعت وزش های ناگهانی دینامیکی است ، بنابراین در طراحی ساختمان ها علاوه بر این با خمش یک طرفه (ناشی ازبرخورد باد به یک طرف ساختمان) و خمش دو طرفه که تنش های برشی و پیچشی اضافی روی اعضای سازه وارد می کند و در نهایت تغییر مکان دوطرفه ایجاد می کند، روبرو هستیم  .

تقسیم بندی سیستم لوله قابی :

سیستم های لوله ای با توجه با فاصله بین ستون های خارجی به چند دسته تقسیم می شوند که به چند مورد اشاره می شود .

1)      قاب لوله ای با فاصله 10 تا 15 فوت (3 تا 4.58 متر) . به این ترتیب که در پلان های مستطیلی در جهت کوتاه فاصله 3 متر و در جهت بلند 4.58 متر .که البته این نوع فاصله گذاری برای پلان های غیر فشرده مناسب می باشد و در بسیاری از

ساختمان های بلند یافت می شود . اندازه ستون ها 38×40 اینچ و یا در بعضی طرح ها 27 ×40 اینچ . در ساختمان های فلزی این اندازه ها مقداری کوچکتر شده به میزانی که ستونها 20 ×36 اینچ می باشند که البته شرایط ضد آتش آنها را به اندازه ستون های مرکب میرساند .

2)      قابهای لوله ای با فاصله 10 فوت (3 متر) ستون ، که این فاصله برای همه ستون های اطراف محیطی استفاده می شود و در بعضی از ساختمان ها ممکن است برخی از طراحان و مالکان تصمیم بگیرند که این فاصله کمتر نیز بشود که اندازه ستون ها 27 ×48 اینچ برای ستون های ترکیبی و 20×36 اینچ برای ستونهای فلزی بکار رود .

اولین ساختمانی که از این سیستم استفاده کرده ، ساختمان 43 طبقه  دویت چیست نات در سال 1964 در شیکاگو است که این سیستم به خاطر مشکلاتی که دارد اصلاح شده است ؛ در ادامه به آن  خواهیم پرداخت ، چنین به نظر می رسد که روش لوله قابی برای ساختمان های فولادی تا هشتاد طبقه و برای ساختمان های بتنی تا شصت طبقه اقتصادی است .

ساختمان های ساخته شده با سیستم لوله قابی :

آپارتمان دویت چست نات

اولین ساختمان ساخته شده با سیستم لوله قابی در سال1965 با 43 طبقه .

The Plaza on Dewitt

با ارتفاع 120 متر در سال 1966 و با 43 طبقه ارتفاع ، در مرکز تجاری شهر شیکاگو ساخته شد و این ساختمان نمونه دیگری از سیستم لوله ای است کهچهارچوبهای صلب خارجی که از ستونهای پیرامونی تشکیل شده اند ، سازه را مهاربندی کرده و اجازه ایجاد طبقاتی با فضای باز را می دهند .

از نظر مهندسی؛ سازه بلند به سازه ای اطلاق می شود که نسبت ارتفاع به ابعاد دیگر آن باعث شود نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله ، بر طراحی آن تاثیر قابل توجهی بگذارد و یا از دیدگاهی دیگر ساختمان های بالای ده  طبقه و زیر صد طبقه را ساختمان بلند و بالای صد طبقه را آسمان خراش می نامند .

از نظر مهندسی؛ سازه بلند به سازه ای اطلاق می شود که نسبت ارتفاع به ابعاد دیگر آن باعث شود نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله ، بر طراحی آن تاثیر قابل توجهی بگذارد و یا از دیدگاهی دیگر ساختمان های بالای ده  طبقه و زیر صد طبقه را ساختمان بلند و بالای صد طبقه را آسمان خراش می نامند . در سال 1891 ساختمان آجری مونادوک با ارتفاع هفده طبقه و دیوارهای باربری به ضخامت بیش از دو متر ساخته شد . بنابر این در این ساختمان ها وزن ساختمان فوق العاده زیاد می شد . این روند با ساختن  ساختمان های دیگر ادامه یافت ،که از جمله بلند ترین آنها ساختمان امپایر استایت درسال 1930 در مدت یک سال و چهل و پنج روز ساخته شد که تا مدتها (چهل و یک سال) بلند ترین ساختمان دنیا بود. دلیل ساخته نشدن ساختمان های بلند تر را می توان به این صورت بیان کرد که با بیشتر شدن ارتفاع ، اثرات باد به طور قابل ملاحظه ای افزایش پیدا می کند و در پی آن هزینه ها به شدت افزایش می یابد ، بنابراین توسعه دهنده ها از ساختن ساختمان های بالای سی طبقه دلسرد شدند، آنها به جای ساختن ساختمانهای بلند و حجیم به سوی ساختن عمارت های زمینی آمدند .که به تدریج با کمبود زمین در مناطق شهری و افزایش تقاضا برای شغل ها و فضاهای مسکونی و رشد اقتصادی و پیشرفت تکنولوژی  و ازدحام در ساختمان  اوضاع  محدوده مراکز تجاری وخیم تر شد .انقلاب صنعتی مهندسان شروع به استفاده از آهن و فولاد کردند ، از جمله ساختمان های فلزی بلند دیگر در قرن نوزدهم می توان به برج ایفل در پاریس(1889) و ساختمان بیمه(1885) درشیکاگو اشاره کرد . ساختمان بیمه با 10 طبقه ارتفاع در شیکاگو ساخته شد ؛ ولی با وجود پنجره های کوچک و فاصله کم ستون ها و تیر های عمیق ، اتاق ها تنگ و تاریک بودند . این ساختمان در سال 1931 تخریب شد .

ساختمان بیمه در شیکاگو

نکته جالب در مورد این ساختمان اینست که در حین ساخت مردم شهر پیوسته از خطر خراب شدن ساختمان در هراس به سر می بردند . برج ایفل با ارتفاع 353 متر (986 فوت) در شهر پاریس در سال    1889  با هزینه ای بالغ بر یک و نیم ملیون دلار ساخته و در سالگرد انقلاب فرانسه افتتاح شد .

مدت ساخت این برج 21 ماه بوده و هجده هزار قطعه آهن در ساخت آن بکار رفته است .نکته جالب در مورد این برج اینست که هزینه ساخت در زمان یک سال با فروش بلیت آسانسور آن بدست آمد . این برج اگرچه مسکونی نبود ، ولی گامی در جهت غلبه بر ناامیدی حاکم بر جامعه مهندسی در جهت افزایش ارتفاع ساختمان ها به شمار می آید. این سازه ها از ساختمان های پیشتاز در عرصه ساختمان های بلند به شمار می آیند . در حقیقت ساختمان بیمه را می توان پدر آسمان خراش های امروزی دانست . در سال 1891 ساختمان آجری مونادوک با ارتفاع هفده طبقه و دیوارهای باربری به ضخامت بیش از دو متر ساخته شد . بنابر این ، در این ساختمان ها وزن ساختمان فوق العاده زیاد می شد ، این روند با ساختن  ساختمان های دیگر ادامه یافت که از جمله بلند ترین آنها ساختمان امپایر استایت درسال 1930 در مدت یک سال و چهل و پنج روز ساخته شد که تا مدتها (چهل و یک سال) بلند ترین ساختمان دنیا بود.

امپایراستایت

دلیل ساخته نشدن ساختمان های بلند تر را می توان به این صورت بیان کرد که با بیشتر شدن ارتفاع ، اثرات باد به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد و در پی آن هزینه ها به شدت زیاد می شود . مهندس ایفل یکی از اولین کسانی است که به اهمیت نیروی باد پی برد . شاید تا قبل از ساخته شدن سازه های بلند اهمیت نیروی باد به درستی شناخته نشده بود . مثلا ساختمان هایی که 500 متر ارتفاع دارند باید 50 برابر قوی تر از ساختمان های همنوع با ارتفاع 60 متر که در سال 1940 ساخته می شد باشند ، بنابراین توسعه دهنده ها از ساختن ساختمان های بالای سی طبقه دلسرد شدند، آنها به جای ساختن ساختمانهای بلند و حجیم به سوی ساختن عمارت های زمینی آمدندکه به تدریج با کمبود زمین در مناطق شهری و افزایش تقاضا برای شغلها و فضاهای مسکونی و رشد اقتصادی و پیشرفت تکنولوژی  و ازدحام در ساختمان  اوضاع  محدوده مراکز تجاری وخیم تر شد .