برج

Tower -

البرج

رافع حقي

وظائف الأبراج	مواد إنشاء الأبراج
تطور الأبراج تاريخياً	النواحي الإنشائية في الأبراج
أشكال الأبراج	أعلى الأبراج في العالم وأشهرها

البرج tower لغوياً هو الركن أو الحصن، والأصل فيه أن يكون منشأة قوية ومرتفعة بذاتها ومتميزة في موقعها. ذلك لأنه كان للبرج دوماً هدفان: الأول رمزي يرتبط غالباً بتمثيل فكرة ما كالسيطرة أو القوة أو العظمة، والثاني وظيفي يدور حول فكرة الدفاع والحماية والمراقبة. ولكن مع الزمن وتغير أحوال الحياة توسع هدفه الوظيفي القديم ليشمل وظائف متنوعة.

فالبرج منشأة يزيد ارتفاعها على امتدادها الأفقي بوضوح. ويُعرَّف البرج هندسياً على أنه: «منشأة مبنية طولها يزيد على عرضها يمكن الصعود إليها؛ ولكنها غير مصمَّمة للعيش أو العمل فيها، وهي إنشائياً مستقلة وحاملة لذاتها». أما معمارياً فيمكن تمييز نوعين من المنشآت المرتفعة، الأول هو كل مبنى مرتفع يُستخدم للسكن أو للعمل؛ ويسمى ناطحة سحاب. والثاني هو أي منشأة مرتفعة لا يعيش فيها الناس، ذات وظيفة محددة. غير أنه يوجد في الواقع بعض التجاوزات في التمييز بينهما أحياناً؛ فتسمى بعض ناطحات السحاب أبراجاً، مثل برج سيرز Sears Tower في شيكاغو الذي صار اسمه برج ويليس Willis Tower وبرج خليفة وبرج العرب في دبي. وتعود هذه التجاوزات في التسمية الخاصة بهذه المباني إلى التشديد على تميز ارتفاعها، ومن ثم أهميتها المعنوية.

وظائف الأبراج

إن سعي الإنسان إلى بناء منشآت مرتفعة قديم قدم تجمعاته الحضرية، ويعتقد أن أحد أهم أسباب بناء الأبراج كان دينياً في محاولة «لربط الأرض بالسماء للتقرب من الآلهة»؛ ولهذا يعدّ بعض المؤرخين، العمارة الزيقورة الرافدية والأهرامات المصرية نوعين من الأبراج الدينية التي تحتفي بالإله أو ممثله في الأرض. وتنتمي إلى النوع نفسه أهرامات تيكال Tilal towers في غواتيمالا التي بنيت في القرن السابع الميلادي. أما السبب التاريخي الثاني لبناء الأبراج فكان للحماية والمراقبة؛ إذ أضيفت إلى أسوار المدن و القلاع والقصور، كتلك التي كانت موجودة في جرش في الأردن نحو حوالي 8000 سنة قبل الميلاد، مروراً بأبراج سور الصين الذي بني في نحو القرن الثالث قبل الميلاد؛ ووصولاً إلى أسوار المدن والقلاع في العصور الوسطى. يأتي مع هذا النوع من الأبراج المنارات البحرية التي استخدمت منذ القدم لهداية السفن. من أشهرها منارة الإسكندرية (الشكل 1) التي بنيت بعد فترة قصيرة من وفاة الإسكندر الأكبر بارتفاع يقدر بنحو مئة وعشرة أمتار، وبقيت أعلى منشأة في العالم لقرون عدة، ولذلك كانت تُعدّ واحدة من عجائب الدنيا السبع.

الشكل (1) منارة الإسكندرية.

برز استخدام الأبراج في الكنائس بدءاً من العصور الوسطى حين صارت عنصراً أساسياً من عناصر تكوينها. كذلك انفرد البرج بذاته في بعض الأحيان، كبرج بيزا Pisa المشهور الذي بني في القرن الحادي عشر، واستخدم المسلمون الأبراج مآذن في مساجدهم، ويسمونها المنارة أحياناً، وقد تطورت المئذنة أكثر من البرج في عمارة المساجد، وإن كان من الممكن عدّها نوعاً من الأبراج الرشيقة. من الأبراج الشهيرة الملحقة بالمساجد المئذنة الملوية في سامراء المشيدة في عهد المتوكل في القرن الثالث الهجري منتصف القرن التاسع الميلادي، ومنارة جامع جام في غربيّ أفغانستان المبني في القرن السادس الهجري الثاني عشر الميلادي، ومنارة جامع قطب الدين في دلهي الذي بني في القرن السابع الهجري الثالث عشر الميلادي (الشكل 2).

الشكل (2) منارة جامع قطب الدين.

تطور الأبراج تاريخياً

تطورت الأبراج تطوراً واضحاً بدءاً من الثورة الصناعية بسبب ثلاثة أمور مرافقة مهمة: الأول استخدام مادتي إنشاء جديدتين، والثاني تنوع استخدامات الأبراج لوظائف غير تلك التقليدية، والثالث تطوير المصاعد الآمنة. أما مادتا الإنشاء الجديدتان؛ فهما الفولاذ والخرسانة المسلحة. فقد نجح المهندس الإنشائي الفرنسي غوستاف إيفل Gustave Eiffel في تشييد أعلى منشأة في عصرها من الفولاذ، عرفت باسمه برج إيفل (الشكل 3) بلغ ارتفاعه 324م، وصار رمزاً من رموز باريس لرشاقته وعلوّه. وتطور مع بدايات القرن العشرين استخدام الخرسانة المسلحة؛ ففتح مجالات جديدة في الإنشاء، من أهمها إمكان البناء الطابقي الشاهق. ومن أشهر الأبراج الخرسانية الحديثة برج سي إن للاتصالات CN Tower الذي بني في منتصف السبعينيات من القرن العشرين في مركز مدينة تورنتو الكندية (الشكل 4). وقد سمح الفولاذ والخرسانة بالوصول إلى ارتفاعات أعلى بكثير من الارتفاعات المألوفة للأبراج التاريخية؛ وتطوير أشكال جديدة رشيقة للأبراج.

الشكل (3) برج إيفل في باريس.

على صعيد آخر تنوعت استخدامات الأبراج النفعية ـ إضافة إلى استخداماتها القديمة ـ فجعل بناءها أمراً احتياجياً مسوّغاً. مثال ذلك الأبراج الخاصة بحمل أجهزة الاتصالات، وأبراج المطارات، وأبراج الهوائيات، وأبراج التبريد، وأبراج الساعات، والأبراج الحاملة للجسور المعلقة، وأبراج إطلاق الصواريخ، وأبراج القياس المناخي، وأبراج المراقبة السياحية، وأبراج تخزين الماء، وغيرها من الأبراج المتخصصة. يحتاج كل من هذه الوظائف إلى متطلبات وظيفية وإنشائية خاصة، فأبراج المطارات تحتاج إلى فراغ معيشي علوي مزود بخدمات تقنية خاصة، في حين يتميز برج المراقبة السياحية بفراغ معيشي علوي أكبر لاستقبال أعداد ضخمة من السياح، وبالمقابل لا يتطلب برج الاتصالات ـ مثلاًـ هذا الفراغ الكبير؛ إلا أنه يفترض فيه القدرة على استيعاب الأجهزة الخاصة بالاستقبال والإرسال الهاتفي أو الإذاعي أو الساتلي. أدى هذا التنوع الكبير في الاستخدامات إلى تطور أشكال الأبراج ليس من منطلق تشكيلي فحسب؛ وإنما من منطلق وظيفي أعطاها مصداقية أكبر بصفتها نوعاً مستقلاً من أنواع المباني.

الشكل(4) برج سي إن CN في تورنتو.

كذلك كان لتطوير المصاعد الآمنة أثر في تطور الأبراج؛ وزيادة ارتفاعها خاصة، فقد كانت المصاعد معروفة منذ زمن بعيد؛ ولكن ما أخرّ استخدامها ـ على نطاق واسع وللعموم ـ هو عدم توفّر وسيلة لإنقاذ الركاب في حال سقوط المصعد لأسباب تقنية. وبقيت المشكلة قائمة إلى أن تمكن إليشا غريفز أوتيس Elisha Graves Otis نحو عام 1852 من ابتكار مكابح تعمل ذاتياً حين تعطل المصعد. سمح هذا الابتكار ـ الذي استخدم في برج إيفل عام 1889 ـ ببناء منشآت طابقية مرتفعة. ويُعدّ استخدام هذا المصعد مهماً جداً في ناطحات السحاب، وله دور كبير أيضاً في انتشار الأبراج المخصصة للاستخدامات السياحية.

أشكال الأبراج

أخذت الأبراج أشكالاً كثيرة على مدى العصور؛ ولكن ضمن أطر عامة تتعلق بطبيعة البرج كمنشأة عمودية ضيقة من جهة، والإمكانات الخاصة بكل مادة من مواد الإنشاء من جهة أخرى؛ إضافة إلى وظيفة البرج. فعلى صعيد المسقط الأفقي العام للبرج اشتهرت تاريخياً أربعة أشكال أساسية، هي: الأبراج الدائرية والمربعة وحدوة الحصان والمضلعة. يمتاز البرج الدائري بقوته الإنشائية لعدم وجود زوايا فيه، كما أنه يسمح برؤية متكاملة للمحيط. أما المربع، أو المستطيل فإنه يعاني ضعفاً إنشائياً عند زواياه؛ ولكنه يسمح بمساحة استخدام أفضل من الدائري. لذلك استخدم القدماء الأبراج ذات الشكل المشابه لحدوة الحصان كحل وسط بين الدائري والمربع؛ لأنه يتألف من دمج الاثنين معاً، ويتمتع بميزاتهما معاً. يوجه القسم الدائري منه عادة نحو العدو للاستفادة من إمكانات الدائرة الدفاعية، فيكون القسم المربع داخلياً ليسمح بفراغ خدمي أكبر. استخدمت الأشكال المضلعة أيضاً، وبصورة خاصة المثمن؛ لأنه يجمع بين خصائص المربع والدائري إلى حد ما. أما في العصور الحديثة فقد طغى الشكل الدائري على مساقط الأبراج لسببين: الأول إنشائي؛ لأن الشكل الدائري يسمح بانسياب حركة الرياح حوله انسياباً أكبر؛ الأمر الذي يخفف من القوى الأفقية المطبقة على المنشأة. والسبب الثاني تشكيلي يتعلق بتفضيل الذوق العام المعاصر للأشكال الانسيابية والطبيعية ذات الخطوط المنحنية الخالية من الزوايا بجميع أشكالها.

تنوع الشكل الخارجي للبرج تنوعاً كبيراً أيضاً؛ ولكنه بقي خاضعاًـ بصورة عامةـ إلى مبدأ التقسيم المتبع في الأعمدة المدرسية «الكلاسيكية» في الثقافة الغربية، كما هو في العمارات الشرق أوسطية والشرقية. ويقوم هذا المبدأ على فكرة تقسيم العمود إلى ثلاثة أقسام رئيسة: هي القاعدة وجسم العمود والتاج. تبنى مصممو المباني المرتفعة - ومن ذلك الأبراج - هذا التقسيم أيضاً، فلكل برج قاعدة تضم المدخل، ويرتفع فوقها جسم البرج الذي لا بد أن ينتهي بعنصر تشكيلي مميز ينهي على الأقل بصرياً الامتداد نحو الأعلى الذي يفرضه الشكل العام للبرج. كان هذا الشكل الختامي في الأبراج القديمة مثلاً السور العلوي لسقف البرج أو السقف المائل. أما في التصاميم الحديثة فقد يكون العنصر الختامي شكلاً هندسياً متميزاً كالكرة مثلاً، أو قد يكون الهوائي أو مانعة الصواعق.

مواد إنشاء الأبراج

ساهم في إعطاء الأبراج أشكالها المختلفة نوع مادة الإنشاء المستخدمة. وقد استخدمت في بناء الأبراج تقريباً جميع مواد الإنشاء المعروفة؛ ولكن طغى استخدام بعضها لقدراتها الإنشائية الأكثر ملاءمة لبناء منشآت مرتفعة. من المواد التي استخدمت لبناء الأبراج على صعيد ضيق الخشب والقرميد. وقد يكون برج روميو وجولييت Romeo and Juliet tower للمعمار الأمريكي المشهور فرانك لويد رايت Frank Lloyd Wright أشهر برج خشبي معروف (الشكل 5). بنى رايت البرج عام 1896 في مزرعة في ويسكونسون (الولايات المتحدة) بارتفاع نحو عشرين متراً حاملاً مروحة هوائية، وكان من المتوقع أن يعيش البرج خمساً وعشرين سنة فقط إلا أنه بقي على نحو مقبول حتى عام 1990، ثم أعيد بناؤه بالكامل تقريباً. أما أشهر الأبراج القرميدية؛ فهي منارة جامع قطب الدين أيبك (الشكل 2) التي ما تزال إلى اليوم أطول منارة مبنية بالقرميد؛ إذ يبلغ ارتفاعها 72 متراً. استخدم القرميد على نحو كبير في العمارة الإسلامية خاصة في بلاد الرافدين والأقاليم إلى شرقها كإيران وأفغانستان وباكستان والهند. كما استخدم القرميد في بناء الكثير من المنارات البحرية.

الشكل (5) برج روميو وجولييت.

أما أكثر مادة استخداماً في بناء الأبراج تاريخياً؛ فهي الحجر لصلابته وديمومته. وكان الحجر يجلب من مقالعه من مسافات بعيدة، ويقطع وينقل بأدوات وآليات مختلفة. فكان المصريون القدماء مثلاً ينقلون الحجر مئات الكيلومترات على وسائط نقل برية ومائية لبناء الأهرام والمعابد والمدافن. ولأن الصخر ثقيل الوزن وجب تقطيعه إلى حجارة قابلة للنقل والرفع إلى ارتفاعات عالية. يعمل الحجر على الضغط، ولا يعمل على الشد، وغالباً ما يجب البناء به وفق مبدأ الجدران الحاملة. ومن ثم تكون مقاطع الجدران المبنية من الحجر عريضة جداً قد تصل إلى عدة أمتار في المباني المرتفعة. لذلك كانت الأبراج الحجرية ضخمة وثقيلة وقليلة الفتحات لأسباب إنشائية إضافة إلى الأسباب الدفاعية.

ومع شيوع استخدام الخرسانة المسلحة والفولاذ صارت الأبراج أكثر رشاقة وارتفاعاً. واستقل الهيكل الإنشائي الحامل عن العنصر المغلف للبرج، فصار معظم الهيكل الحامل مركزياً، وتحرر المحيط الخارجي، فصار من الممكن إكساؤه بمواد خفيفة كالزجاج واللدائن والمواد المصنعة الأخرى التي تتصف بالخفة. ومن هنا زاد مظهر الرشاقة في الأبراج بسبب الشعور البصري الذي توحيه هذه المواد الجديدة. تعتمد الدراسات الإنشائية المعاصرة في كثير من الأحيان على استخدام الفولاذ والخرسانة معاً للوصول إلى أفضل الحلول من حيث المتانة والخفة والقدرة على مقاومة العوامل الطبيعية القاسية.

النواحي الإنشائية في الأبراج

هناك مجموعة من القضايا الإنشائية والتقنية التي تؤخذ في الحسبان عند تصميم الأبراج، أولها الأساسات التي يجب أن تصل إلى أعماق كبيرة لتوفير ثبات المبنى واستقراره. تُعتمد طريقة الأوتاد pile أسلوباً لتثبيت البرج، حيث يصل طول الوتد إلى عشرات الأمتار وفقاً لارتفاع البرج وحجمه، وتكرر الأوتاد وفقاً لشبكة ناظمة تستند إليها بلاطة خرسانية مسلحة تحمل البرج.

تؤثر الرياح الشديدة في التصميم الإنشائي للأبراج؛ ومن ثم في الشكل المعماري. ومع أن الدراسات الإنشائية تسمح بحركة أفقية لا بأس بها للأبراج بسبب الرياح؛ فإن الحد من هذه الحركة هو التوجه المتبع لتخفيف الإزعاج النفسي للمستخدمين، ولإقلال الضرر الذي قد يلحق بالأدوات والمعدات الموجودة في الجزء العلوي من البرج. هناك مجموعة من الأساليب للسيطرة على الحركة الأفقية للأبراج ولناطحات السحاب، منها استخدام كتلة خرسانية ضخمة في مركز البرج يمكن التحكم فيها حاسوبياً بحيث تتحرك إلى جهة تعاكس حركة المبنى التي تسببها الرياح؛ فتخفف من حركته (الشكل 6).

الشكل (6) الكتلة الضخمة في مركز برج تايبي Tai pei

كما يمكن معالجة مشكلة الرياح بالسماح لها باختراق جسم البرج، فتضعف بذلك القوى الأفقية المطبقة على البرج. وقد تعتمد أيضاً الأشكال المنحنية عوضاً عن الأشكال المربعة أو المستطيلة في تصميم الأبراج الحديثة؛ لأنها تجبر الرياح على الانسياب حول جسم البرج، فتخفف من حدة الصدمة أيضاً (الشكل 7). وقد توصلت الدراسات الحديثة المتعلقة بحركة الرياح وعلاقتها بالأبنية المرتفعة إلى القول بأن يكون تشكيل المبنى المرتفع من مجموعة من الكتل المختلفة الاتجاهات؛ إضافة إلى جعل حافاته منحنية وغير حادة بحيث تخفف من الدوامات الهوائية التي تتشكل خلف المبنى.

الشكل (7) البرج الطلقة في لندن Bullet tower

يفترض في الأبراج أيضاً أن تقاوم الزلازل بشدة حتى سبع درجات على مقياس ريختر. ويمكن التغلب على هذه القضية الإنشائية بجعل الروابط بين البرج وأساساته مرنة في الاتجاه الأفقي باستخدام العزل الزلزالي seismic isolation؛ وهذا يسمح للبرج بالتحرك أفقياً بالكامل ككتلة صلبة تماماً محدودة الاهتزاز حين حدوث أي زلزال.

يراعى كذلك تجهيز عمود منع الصواعق lightning rod الذي يفرغ الصواعق بامتصاصها وتسييرها بمسار آمن إلى الأرض، كما يراعى درء حوادث الاصطدام الجوي في الحسابات الإنشائية للمباني المرتفعة، ومنها الأبراج.

أعلى الأبراج في العالم وأشهرها:

زاد ارتفاع الأبراج في العقود الأخيرة نتيجة تطور أساليب الإنشاء الحديثة، فبعد أن كان برج إيفل أطول الأبراج حتى الثلاثينيات من القرن العشرين؛ وصل ارتفاع أعلى برج في السنوات الأولى من العقد الثاني من القرن الواحد والعشرين إلى ضعف ارتفاع ذلك البرج تقريباً. ويتضمن الجدول (1) قائمة بأسماء أعلى عشرة أبراج عالمياً. وقد شيّد برج شجرة طوكيو وبرج زونغيان من الفولاذ في حين شُيدت بقية الأبراج من الخرسانة المسلحة.

الجدول (1) أعلى عشرة أبراج في العالم.

الترتيب الاسم المكان تاريخ البناء الارتفاع (متر) 1 طوكيو سكاي تري Tokyo Skytree طوكيو، اليابان 2012 634 2 كانتون Canton Tower كانغزو، الصين 2010 600 3 سي إن CN Tower تورنتو، كندا 1976 553,3 4 أوستانكينوOstankino Tower موسكو، روسيا 1967 540,1 5 اللؤلؤة الشرقية Oriental Pearl Tower شانغهاي، الصين 1994 468 6 ميلاد Milad Tower طهران، إيران 2007 435 7 كي إل KL Tower كوالا لامبور، ماليزيا 1994 421 8 تيانجين Tianjin Radio & TV Tower تيانجين، الصين 1991 415,2 9 البرج المركزي للمذياع والرائي بكين، الصين 1992 405 10 زونغيان Zhongyuan Tower زينغزو، الصين 2011 388

تختلف تصنيفات أشهر الأبراج في العالم بحسب معايير التقييم؛ ولكن يمكن الاتفاق على أن برج إيفل أشهرها على الإطلاق، وتتضمن أي قائمة لأسماء الأبراج الشهيرة كلاً من برج سي إن في تورنتو وبرج بيزا المائل Leaning Tower of Pisa في إيطاليا (الشكل 8) وبرج بيغ بن Beg Ben Tower في لندن الذي بني عام 1858، وصار اسمه رسمياً منذ عام 2009 برج إليزابيث Elizabeth Tower.

الشكل (8) برج بيزا.

أما في الوطن العربي فيشتهر برج القاهرة الذي انتهى بناؤه عام 1961، وبلغ ارتفاعه 186 متراً (الشكل 9)، وأبراج خزانات الماء في الكويت التي انتهى تشييدها عام 1976، وهي واحد وثلاثون برجاً يراوح ارتفاعها بين خمسة وثلاثين متراً وأربعين متراً (الشكل 10).

الشكل (9) برج القاهرة

الشكل (10) أبراج خزانات الماء في الكويت.

مراجع للاستزادة: - M. Fazio, M. Moffett, L. Wodehouse, A World History of Architecture, Laurence King Publishing, 2008. - L. Herve, The Eiffel Tower, Princeton Architectural Press, 2003. - G. Roza, The Incredible Story of Skyscrapers, The Rosen Publishing Group, 2005. - F. Von Borries, M. Bottger, F. Heilmeyer, TV Towers: 8559 Meters, Politics and Architecture, JOVIS Verlag, 2010. - D. Watkin, A History of Western Architecture, Laurence King Publishing, 2011. - M. Wells, Skyscrapers. Structure and Design, Laurence King Publishing, 2005.

---

- التصنيف : العلوم الهندسية وتقاناتها - النوع : العلوم الهندسية وتقاناتها - المجلد : المجلد الرابع مشاركة :