התפתחויות בתחום ההנדסה דוחפים את אדריכלים לשאוף ולהגיע לגורד השחקים בגובה 1.6 ק"מ
בבוקר ה-11 בספטמבר, 2001, ישב ביל בייקר, מהנדס מבנים בחברת האדריכלות Skidmore, Owings and Merrill (ר"ת SOM) במשרדו, באזור המסחרי של שיקגו. SOM היא המובילה הבלתי מעורערת בתכנון גורדי שחקים, ולפחות בפן ההנדסי, בייקר הוא המלך הבלתי מעורער. בשלושים השנים האחרונות, הוא פיקח או עבד על שישה מבין 15 הבניינים הגבוהים בעולם. אבל ה-11 בספטמבר היה יום רע להיות מלך: כשבנייני התאומים קרסו ושמועות נפוצו על כך שמטוס חטוף נוסף טס לכיוון מגדלי ה-Sears, בייקר ועמיתיו התבוננו בעוד סמלי המקצוע שלהם הפכו לחפצי אימה.
כמה ימים לאחר מכן, נסעו בייקר וכמה מעמיתיו לניו-יורק. הקבלנים בגראונד זירו היו זקוקים למהנדסים מתנדבים כדי לסייע להם לפרק את המגדלים. "הם חילקו את האתר לארבעה אזורים", הוא אמר. "לכל אזור היו ארבעה צוותי מהנדסי מבנים, ואנחנו היינו צוות שיקגו". בעוד בייקר עבר בין השרידים, היה קשה לא להעלות בספק את עתידה של אדריכלות גורדי השחקים. מאמר אחד ב-Associated Press ציין שאדריכלים שואלים בצורה ישירה, "האם כדאי לנו אי פעם לבנות גורדי שחקים איקוניים שוב?".
בקושי 18 חודשים לאחר ה-11 בספטמבר, בייקר שב לניו-יורק - הפעם כדי לדבר על תכנון הבניין הגבוה בעולם. החברה זכתה בחוזה; שש שנים מאוחר יותר, הבורג' ח'ליפה בדובאי הגיע לשיא גובה של 828 מ', כמעט קילומטר.
| נקודת שיא ב-2010, כשהבורג' ח'ליפה שגובהו 828 מ' נפתח בדובאי, הוא היה גבוה מבניין ה-Taipei 101, אז הבניין הגבוה בעולם, ביותר מ-300 מ' |
במקום עידן של צניעות אדריכלית, העשור מאז ה-11 בספטמבר ראה את פריחתה של בניית גורדי שחקים. ב-70 השנים לפני ה-11 בספטמבר, השיא של הבניין הגבוה ביותר צמח ב-70 מ'. מאז, הוא טס 375 מ' למעלה. ובעשור הקרוב הוא עומד לעלות הרבה יותר גבוה. גורדי השחקים הגבוהים ביותר כיום הם חדשים בכל היבט: מבנים חדשים, חומרים חדשים שתוכננו ונבחנו באמצעות שיטות חדשות. התוצאה אינה רק בניינים גבוהים יותר, אלא קטגוריה חדשה לחלוטין של בנייה: גורד השחקים הסופר-גבוה.
טכנית, קטגוריית הסופר-גבוהים, כפי שהיא מוגדרת על ידי המועצה לבניינים וסביבות מחייה גבוהים, כוללת כל דבר גבוה מ-300 מ', או 984 רגל. זה כולל את בניין האמפייר סטייט שגובהו 381 מ', גורד שחקים סופר-גבוה שנבנה חצי מאה לפני המצאת המונח. מגדלי התאומים, אשר התחילו להיבנות ב-1966, הגיעו לגובה 417 ו-415 מ'. אבל רק במהלך 15 השנים האחרונות התחילו אדריכלים ומהנדסים לראות בסופר-גבוהים סדרת בנייה נפרדת, עם אתגרים והזדמנויות משלה. "כשאתה מגיע לגובה העולה על מגדלי התאומים, אתה צריך לשנות את תהליך החשיבה היסודי שלך", אומר בייקר.
בייקר הוא גבר גבוה ומקצועי שנוטה לאייר את ההערות שלו באמצעות שרטוטים על גב מפיות.
באוקטובר האחרון נפגשנו לקפה מעבר לכביש ברוקרפלר פלאזה בניו-יורק. המגדל האייקוני שגובהו 259 מ' נפתח ב-1933, והביא לשיא עידן מוטרף של בניית גורדי שחקים אולטרה-גבוהים. אז נפסקה הצמיחה. במשך שלושים השנה שלאחר מכן, נראו בניינים עם שלדי פלדה כמו הרוקרפלר ובניין האמפייר סטייט נראו שיא הגובה אליו יכולים להגיע אדריכלים.
זה התחיל להשתנות באמצע שנות ה-60, כאשר מהנדס בשם פזלור קאהן, אחד מקודמיו של בייקר ב-SOM, הציג מבנה חדש בצורת שפופרת. קאהן החליף את שלד הפלדה הפנימי המסורתי בסדרה של עמודים הממוקמים במעלה הקירות החיצוניים של הבניין. העמודים מחוברים זה לזה ולליבת הבניין, אשר מאכלסת מעליות, מדרגות וחדרי שירות. בצורה הזאת, החלק החזק ביותר של הבניין נמצא בחלק החיצוני, שם הוא יכול לעמוד בצורה היעילה ביותר בפני רוחות - אשר בגובה העולה על כ-40 קומות, יכול להוות דאגה גדולה יותר מכוח המשיכה.
בשנות ה-60 וה-70, עם שילובה של השפופרת, החלה עלייה חדה בבניית בניינים גבוהים, כולל מרכז ג'ון האנקוק, מגדל ה-Sears ומרכז הסחר העולמי. אבל עד תחילת שנות ה-80, כשבייקר הגיע ל-SOM, נתקלו האדריכלים והמהנדסים בבעיות חדשות. לשפופרת הייתה מגבלה משמעותית: היא יכולה להגיע לכול גובה שהאדריכל ירצה, אבל רק אם הבסיס שלה גדל באופן פרופורציונלי. "אם אתה בונה את הבניין לגובה כפול, אתה צריך לבנות אותו רחב פי שניים ועמוק פי שניים, והנפח גדל בחזקת שמונה", אומר בייקר. זה לא יעבוד עבור בניין סופר- גבוה - 150 קומות פירושן כמה מאות אלפי מ"ר של שטחים משרדיים, מספיק כדי לגרום למשקיעים לשחרר בלחץ את הקשרים שלהם ולחפש את דלת היציאה הקרובה ביותר.
באמצע שנות ה-90, קרו שני דברים שסייעו לדחוף אדריכלים אל מעבר לבעיית שטח הקומה, ששניהם היו קריטיים להתרת הרסן של המהפכה הסופר-גבוהה. הראשונה הייתה כלכלית. גורדי השחקים הגבוהים ביותר הכילו בעבר בעיקר שטחים משרדיים. עכשיו מבנים סופר-גבוהים מאוכלסים על ידי בתי מלון, בתי דירות, מרכזי קניות ומסעדות. חללי מגורים וקמעונות דורשים שטחי קומות צרים יותר ממשרדים, ומאפשרים לבניינים לצמוח לגובה עם אותה כמות חומר בו בזמן שהם מספקים מגוון אפשרויות נדל"ן שמקלים על מילוי בניינים גבוהים מאוד. ב-2000 רק לחמישה מבין 20 הבניינים הגבוהים בעולם היה שימוש מעורב; עד 2020 רק לחמישה לא יהיה.
| משקל בינוני כשבנייתו תסתיים ב-2017, מרכז ווהאן גרינלנד, שגובהו יהיה 636 מ', יהיה הבניין השלישי בגובהו בעולם |
המעבר למגדלים לשימוש מעורב סייע למעבר הגדול השני בתכנון גורדי שחקים: היפטרות מהשפופרת עצמה. ב-1998פרסמו בייקר ואדריאן סמית' - אדריכל ב-SOM שתכנן רבים מהפרויקטים הגבוהים ביותר של המשרד, כולל הבורג' ח'ליפה, לפני שעזב כדי להקים חברה עצמאית משלו - את התכנית שלהם לבניין ה-7 South Dearborn בשיקגו. המגדל היה רזה כמו דוגמנית-על: הוא יכול היה להגיע לגובה 610 מ' על רבע בלוק עירוני בלבד. במקום שפופרת, הם השתמשו ב"תורן מיתרים", אשר אופיין על ידי ליבה מרכזית המוקפת מקרוב על ידי שמונה עמודים אדירים, שעליהם נתמכות 60 עד 108 הקומות העליונות של חלל לשימוש מעורב.
מיתון ההיי-טק ביטל את בניית 7 South Dearborn, אבל הגישה החדשנית שלו עוררה השראה בקרב אדריכלים ומהנדסים לתכנן עשרות גורדי שחקים "פוסט-שפופרת". בייקר וסמית' עבדו יחד שוב על הבורג' ח'ליפה ושוב הם חשבו על מבנה חדש לחלוטין, "הליבה הנתמכת". הוא משלב ליבת בטון מרכזית בצורת משושה, שעל שלושה מצדדיה הם מיקמו תומכות משולשות. דמיינו חללית עם שלושה סנפירי ייצוב ארוכים ודקים.
זה לא מספיק, כמובן, רק לתכנן בניין גבוה; אדריכלים ומהנדסים צריכים גם לחשב כיצד להניע אנשים דרכו. הם פנו לפתרונות כולל מבואות שמים, מעליות דו-קומתיות, ומעליות שיגור יעד. ובכל זאת, אפילו המעליות החכמות ביותר יכולות לעלות במהירות של כקילומטר בדקה בלבד ולרדת במהירות שני שליש מזה בלבד - אחרת אוזניהם של רוב הנוסעים לא יוכלו לעמוד בלחץ.
על מנת לבנות לגבוה רב יותר, תידרש חשיבה חדשה ורדיקלית על המעלית עצמה. "אם אתה הולך ממש גבוה, אז את חייב להיפטר מהכבלים", אומר לסלי רוברטסון, מהנדס המבנים הראשי של מרכז הסחר העולמי המקורי. הגבול הפרקטי של מעליות כבלים, הוא אמר, הוא כ-450 מ'. "אתה צריך, לדוגמה, תא מעלית שמונע על ידי אלקטרומגנטים. זה בהחלט גל העתיד".
בשנה שעברהחשפה חברה בשם MagneMotion מעלית ללא כבלים המונעת על ידי מנוע סינכרון לינארי, בדומה למנועי המגלב על סוגי רכבות מסוימים. המעלית של MagneMotion, שפותחה עבור הצי האמריקני, מתוכננת להעביר תחמושת ברחבי אנייה, אבל החברה אומרת שניתן יהיה בקלות להתאים את הטכנולוגיה להעברת נוסעים.
| ענק אבן מגדל אל האמרה של כוויית סיטי שגובהו 412.5 מ' הוא גורד השחקים הגבוה בעל חזיתות אבן מתמשכות |
הבניינים הסופר-גבוהים של היום שונים הן בתכנון והן בחומרים מהם הם בנויים. בעבר הייתה הפלדה החומר הנבחר לגורדי שחקים, אבל מהנדסים התחילו לנטוש את הפלדה לטובת בטון. ליאונרד ג'וזף, מהנדס מבנים בחברת Thornton Tomasetti אומר, "הבטון שאנחנו משתמשים בו היום הוא לא המלט, החצץ והמים של סבא שלך". הבטון כיום משלב מתכונים מורכבים של כימיקלים וחומרים מתקדמים, כולל מיקרו-סיבים שיכולים להחליף את מוטות הברזל המגושמים.
לפלדה מבנית יש כוח דחיסה של כ-250 מגה-פסקל; בשנות ה-50 הבטון החזק ביותר יכול היה לעמוד בפני 21 מגה-פסקל, והגביל את בניית מבני הבטון המלא לגובה של כ-20 קומות. הבטון החזק ביותר היום עולה על 130 מגה-פסקל, ותוספת המיקרו-סיבים עשויה כמעט להכפיל את המספר הזה. יתרון נוסף הוא שלמבני בטון יש מסה גבוהה יותר ממבני פלדה - כך שמגדל בטון יכול להיות צר יותר ממבנה פלדה ושעדיין תהיה לו עמידות לכוחות רוח. בטון, בשונה מפלדה, לא צריך לעבור תהליך להפיכתו לחסין אש.
בעוד חלק מהמהנדסים עוברים לשימוש בבטון, אחרים כבר חושבים מעבר לכך, לתרכובות סיב פחם, אותו חומר קל וסופר-חזק שמספק את המבנה באופנועי מירוצים ובמטוסי סילון. אבל קודם לכן יצטרכו המדענים לפתור כמה אתגרים משמעותיים. לא רק שסיב פחם יקר מאוד, אלא גם שהיתרון שלו - הקלות שלו - יפריע לכל אדם הנמצא בתוך הבניין. אנשים רגילים למוצקות של בטון ופלדה מתחת לכפות רגליהם; בבניין עשוי סיב פחם, הם היו מרגישים כאילו הם הולכים על ממברנה של תוף, תחושה מטרידה בגובה 450 מ'.
בעוד בניינים צומחים לגובה, הם עומדים בפני סדרת כוחות מורכבים בצורה מתגברת. בגובה פני השטח, קשה אפילו להרגיש בריזה. בגובה 100 קומות, היא יכולה להגיע למשבים של 65 קמ"ש. מדאיג במיוחד למהנדסים הוא משהו שנקרא vortex shedding: כאשר רוח חולפת על פני הקצוות החדים של הבניינים, היא יוצרת אדוות, אשר מושכות את המבנים בצורה בלתי צפויה.
היכולת של מהנדסים למדל כוחות חיצוניים אפשרה אף היא את צמיחתם של בניינים לגובה. עד שנות ה-70 היו המהנדסים צריכים לתכנן בניינים בחוזק יתר מאחר שלא הייתה דרך לבחון בניין עד שהוא נבנה. בסביבות אותו זמן, החלו המהנדסים לבחון דגמים של בניינים במנהרות רוח. אבל זה לא היה מספק עד שכוח מחשוב מהיר וזול ומדפסות תלת ממד הופיעו, ואפשרו לחברות תכנון לבחון תרחישים רבים במהירות.
בימים אלה חברות הנדסת רוח יכולות ליצור דגמים מרובים של מבנים בתלת ממד בתוך שעות ואז לבחון אותם במהירות במנהרת רוח מותאמת למשימה. "הם יכולים לעבוד על 18 וריאציות ביום", אומר בייקר. "זה יום ארוך, אבל בכל זאת". מאות חיישנים מכסים כל דגם, מודדים מאות מדידות לחץ בשנייה שהמהנדסים מזינים לאחר מכן אל תוך סימולציית מחשב שמציגה היכן נקודות החולשה של הבניין. לקראת סוף התהליך, הם אפילו יוצרים מחדש גרסה מוקטנת של הסביבה של הבניין: גבעות, בניינים אחרים, אפילו הולכי רגל, שכולם יוצרים תבניות רוח מורכבות.
ניתוחי מנהרות רוח סייעו למהנדסים לפתח פתרונות ל-vortex shedding, כמו קצוות מעוגלים וחריצים בפינות הבניין ומדכאים - הדומים לבולמי זעזועים - שמפחיתים את הנטייה של בניין לנוע ברוח. בלעדיהם, בניינים סופר-גבוהים רבים היו מתנדנדים בצורה משוגעת; אפילו אם הם לא היו מתפרקים, לא היה ניתן לעבוד בתוכם. "אתה נמצא על ראש אטרייה רטובה, ואתה מקבל תחושת בחילה קשה", אומר ג'וזף.
ב-1906, זמן קצר לפני שחר עידן גורדי השחקים, קרא אדריכל הנוף ה. א. קפארן לסוג הבניין החדש "מרד נגד חוקי הכלכלה". ההצדקה היחידה לבנייה לגובה כה רב, הוא אמר, הייתה אגו וכסף. יותר ממאה שנים לאחר מכן, מבקרים עדיין משתמשים בטיעון הזה. זה לא מקרי, הם אומרים, שבניינים סופר-גבוהים מרוכזים במקומות כמו המפרץ הפרסי וסין. הם כמו פרחי חממה ארכיטקטוניים, שצומחים במזג האוויר המלאכותי של כסף והיגיון רע.
אך במקום להתמרד נגד הכלכלה, בניינים סופר-גבוהים יוכלו להיות הביטוי הטהור ביותר שלה. דובאי ושנחאי אינן מצרים העתיקה או צרפת של המאה ה-17, שם שליט יכול היה לדרוש פירמידה או ארמון. השוק, לא האדם, קובע אם בניין סופר-גבוה יבנה.
קחו, לדוגמה, את הבורג' ח'ליפה. לבדו, הבניין מייצג נדל"ן בעל ערך גבוה. אבל החברה המפתחת שלו, Emaar Properties, הפכה אותו גם למבנה המרכזי של אזור עסקים ומגורים חדש, והיא גובה פרמיות על נדל"ן שיש לו נוף ברור של גורד השחקים. אפילו אם הבורג' ח'ליפה לא יהיה רווחי, Emaar שמה כסף על זה שהנוכחות שלו תעלה את ערך הנדל"ן המקיף אותו בצורה שתספיק כדי להשלים את ההבדל.
הימורי נדל"ן בצד; משהו בסיסי יותר מניע את התרבות הבניינים הסופר-גבוהים: דמוגרפיה. עד 2050 תצמח אוכלוסיית העולם לתשעה מיליארד בני אדם, מכשבעה מיליארד היום. כ-70 אחוז מהאוכלוסייה הזאת תחיה באזורים עירוניים.
במשך רוב המאה ה-20 היה התכנון העירוני בעולם המפותח והמתפתח אנטי-עירוני; האנכיות הצפופה של העיר התעשייתית הייתה אמורה להיות נחלת העבר. בניינים סופר-גבוהים מייצגים לא רק את הדחייה של החזון הזה אלא גם חובקים מיזוג חדש: עירוניות אנכית.
| גובה רב מגדל הקינגדום שגובהו 1,000 מ', שבנייתו אמורה להסתיים ב-2017 בג'דה, ערב הסעודית, הוא הבניין הגבוה בעולם הנמצא בתכנון |
בניינים כמו הבורג' ח'ליפה ומגדל שנחאי נקראים פעמים רבות ערים אנכיות, אבל אין להן את החיוניות המבולגנת של לונדון של המאה ה-19 או הלואר איסט סייד של ניו-יורק. בהונג קונג, למרכז המסחר הבין-לאומי שגובהו 484 מ' יש תחנת רכבת משלו לשדה התעופה; זה, בשילוב עם מרכז קניות יוקרתי, חללים משרדיים ומלון בתוך המגדל, פירושם שמבקרים יכולים לנחות בעיר, לבלות שבועות בתוך המרכז - ולא לנשום נשימה אחת של הסביבה המקומית.
בין אם אנחנו אוהבים את זה או לא, זאת ההבטחה של גורדי שחקים סופר-גבוהים. ב-2017 יפתח מגדל קינגדום בג'דה, ערב הסעודית, שתוכנן על ידי אדריאן סמית', בגובה מוערך של 1,000 מ' ויחליף את הבורג' ח'ליפה בתור הבניין הגבוה בעולם. כשישבתי בבית הקפה במרכז רוקרפלר עם בייקר, שאלתי אותו אם מגדל הקינגדום, עשוי לייצג את הגבולות הקיצוניים של מה שאדם יכול לתכנן. האם הוא יכול לתכנן, נאמר, בניין בגובה מייל? הוא חשב על זה לרגע. "בטח", הוא אמר. כל מה שהוא צריך הוא את הלקוח הנכון.
כיצד לבנות גורד שחקים בגובה 632 מטרים
כשהוא יפתח ב-2014, מגדל שנחאי לא יהיה רק הבניין השני בגובהו בעולם. גורד השחקים שגובהו 632 מ', שתוכנן על ידי חברת האדריכלות Gensler מסן פרנסיסקו, יהווה תצוגת ראווה להנדסת המאה ה-21, ויציג את החידושים שעשויים להפוך לסטנדרטיים בדור הבא של המגדלים הסופר-גבוהים.
מבנה בשכבות
הבניין נשען על שלוש מערכות משולבות מייצבות. הראשונה היא ליבת בטון ופלדה בגודל 27.5 על 27.5 מ', אשר מספקת חוזק אנכי. טבעת של "סופר-עמודים" מפלדה [למעלה, משמאל] מקיפה את הליבה, המחוברת אליה באמצעות מצמדי פלדה. העמודים תומכים בבניין כנגד כוחות צדדיים. בכל 14 קומות, חובקת חגורה בגובה שתי קומות את הקף הבניין; כל אחת מהן מסמנת את תחילתו של אזור חדש. "המבנה פועל כמו עוגת חתונה בתשעה מקטעים", אומר דניס סי.קיי. פון, מהנדס בחברת Thornton Tomasetti, אשר עבדה על הבניין.
תכנית קומות רב-שימושיות
כמו רוב גורדי השחקים הסופר-גבוהים המודרניים, מגדל שנחאי יאוכלס על ידי יותר ממשרדים בלבד. "מגדל בכזה גודל יכול להיות בעל מיקוד משל עצמו", אומר בנדיקט טראנל, מנהל טכני בחברת Gensler. לכל אחד מתשעת האזורים יש מבואה משלו ואטריום הממוקם בין קירות הזכוכית הפנימיים והחיצוניים, האזור הראשון יהיה לחנויות, השני עד השישי יהיו חללים משרדיים והאזורים השביעי עד התשיעי יכילו מלון ומרפסת תצפית. לכל קומת מבואה יהיו חנויות ומסעדות משלה, אשר יהפכו אותה למעין שכונה אנכית.
שתי חזיתות
למגדל יש שתי חזיתות זכוכית, אחת בתוך השנייה - למעשה, צינור בתוך צינור. החלל שביניהם, אשר נע בטווח שבין 90 ס"מ ל-9 מ', מספק חלל למבואות הגבוהות מלאות האור, אבל הוא פועל גם כמבודד דמוי תרמוס, כך שהבניין צריך פחות חימום וקירור פעילים. שימוש מופחת באנרגיה בבניין סופר-גבוה הוא טוב לסביבה והופך את הבניין לאפשרי מבחינה כלכלית. Gensler מעריכה שחידושי יעילות האנרגיה שלה יחסכו 2.5 מיליון דולר בשנה.
מעליות מהירות
מעליות האקספרס של המגדל, שתוכננו על ידי מיצובישי, אשר יטיסו נוסעים אל המבואות הגבוהות, יאופיינו על ידי תאים עם לחץ אוויר מווסת וממירים שמחדשים אנרגיה חשמלית ומפחיתים את צריכת החשמל ב-30 אחוז. הן יהיו המהירות בעולם, עם מהירות שיא של יותר מ-65 קמ"ש - הגבוהה פי שניים מבדרך כלל. שבע מבין 106 המעליות יהיו מעליות קומותיים.
יסודות עמוקים
"לא כל מגדל סופר-גבוה דורש יסודות עמוקים", אומר ליאונרד ג'וזף מ-Thornton Tomasetti. "אבל סלע קשה בעומק נמוך כמו זה שנמצא במנהטן הוא היוצא מהכלל, לא הכלל, בערים ברחבי העולם". שנחאי נמצאת באזור מועד לרעשי אדמה, והאתר (הממוקם על דלתא של נהר) נמצא על קרקע רכה ועשירה בחימר. לכן לפני שהם הרימו קורת פלדה אחת, קדחו המהנדסים 980 כלונסאות יסוד אל תוך הקרקע לעומק של 86 מ'. אז הם יצקו 60,880 מטר קוב של בטון מזויין כדי ליצור משטח יסוד בעובי של שישה מ'.
צורה מתפתלת
המגדל, אשר מלמעלה נראה כמו מפרט גיטרה, מתפתל בכמעלה אחת לכל קומה לגובה. העיצוב המתפתל מאט זרמי רוח בעודם מקיפים את הבניין, ומפר את ה-vortex shedding שיכולה לגרום לגורד שחקים לרעוד ברוח אלימה (באותה צורה שעלה דשא רוטט כשמחזיקים אותו בין האצבעות ונושפים). מבחני מנהרות רוח על דגמים מוקטנים חוזים שהצורה המתעקלת תפחית את הכוחות הצדדיים שפועלים על הבניין ב-24 אחוז - וזה יהיה חיוני כשהטייפון הבא יכה בשנחאי.
עוד על חידושים בגליון אפריל של popular science ישראל - למבצע היכרות מיוחד לגולשי HWzone.co.il
