البناء (تغطية-)
بناء (تغطيه)
Roofing -
رافع حقي
التغطيات والاستخدام
تغطية المباني roofing أساساً هي السطح أو مجموعة الأسطح الأخيرة التي تغلق أعلى المباني لتحمي داخلها من عوامل الطبيعة من مطر وريح وشمس وحرارة. وقد تأثر تطور العمارة على مدى العصور بعوامل عديدة كان الإنشاء واحداً من أهمها، وكان التحدي الدائم والأهم بالنسبة إلى المعماريّين والمهندسين الإنشائييِّن هو التغطية، وبصورة خاصة كيفية تغطية أكبر مساحة ممكنة من دون عناصر حاملة كي يمكن استخدام الفراغ الداخلي بحرية ومن دون عوائق. ثم توسعت وظائف التغطيات لتستخدم من الداخل لتثبيت تقنيات البناء المختلفة من إضاءة وتكييف وصوتيات. تستخدم الأسقف أيضاً بصفتها جزءاً من التركيبة البصرية للفراغ الداخلي بتغطيتها باللون أو الرسم أو الحلى المعمارية. وقد تأثر تطور إنشاء التغطيات بعوامل يمكن إجمالها تحت بنود ثلاثة هي مواد الإنشاء وتقنيات الإنشاء ووظيفة المنشأة. مرت هذه العوامل الثلاثة بدورها بسلسلة من التطورات على مدى القرون على نحوٍ مترابط ومتزامن في كثير من الأحيان؛ مما أدى إلى تطور الإنشاء باتجاهات واضحة تعكس تطور هذه العوامل.
تتألف التغطية من عنصرين أساسيَّين: الأول هو الهيكل الحامل والثاني هو المادة المغلفة؛ فالهيكل الحامل وظيفته حمل المادة المغلفة وهو عادة امتداد للهيكل الإنشائي العام للمبنى ونهايته. أما المادة المغلفة فهي ما يغلق الفراغ فعلياً، ويسعى المصمِّمون لجعلها خفيفة بقدر المستطاع لتخفيف الحمولة على المنشأة.
تختلف معالجة الهيكل والمادة المغلفة بحسب الاستخدام المتوقع للتغطية؛ فالتغطيات التي يفترض تحميلها بحمولات ما -كمعدات التكييف والمستودعات مثلاً- أو التي ستوظف لنشاطات كالجلوس واللعب؛ تكون ذات أنواع وتشكيلات تختلف عن تلك التي لاتكون معدة لتحمّل الحمولات. وفي بعض حالات النوع الأخير من الممكن أن يكون الهيكل الحامل للتغطية والمادة المغلفة عنصراً واحداً وليسا عنصرين مستقلين كما في بعض أنواع القباب والأسقف القشرية.
استخدمت في التغطيات جميع مواد الإنشاء التي عرفها الإنسان، وتطور هذا الاستخدام وفقاً لتطور التقنيات الخاصة بكل مادة. يمكن تقسيم مواد الإنشاء إلى مواد قديمة تقليدية ومواد حديثة مصنعة. أما التقليدية فمنها الطين والقرميد والحجر والخشب، وأما الحديثة فأهمها الفولاذ والخرسانة المسلحة والمواد المصنَّعة الخفيفة. كانت أغصان الأشجار على الأغلب أول مادة استخدمت في تشكيل التغطيات للأكواخ البدائية. ساعد شكل الأغصان الذي يغلب عليه الاعوجاج وعدم الاستقامة وكذلك مرونتها النسبية؛ على تقارب رؤوسها المصفوفة بشكل دائري أو بيضوي، الأمر الذي سهل عملية ربطها بعضها ببعض مشكلة التغطية الأولى التي عرفها الإنسان (الشكل 1). ارتبط حجم الفراغ المغلق ومن ثمَّ أبعاد التغطية بطول الأغصان المشكلة لهذا الفراغ؛ لذلك كان مجاز هذا النوع من التغطيات ذا أبعاد تراوح بين المترين والثلاثة أمتار على الأغلب.
 |
| الشكل (1) تغطية بأغصان الأشجار. |
يستخدم الطين أيضاً لتغطية الأكواخ البسيطة التي تنتشر في أماكن كثيرة في العالم. تُشكَّل وحدات البناء من الطين الذي يجفف تحت أشعة الشمس ثم تبنى منه المداميك بشكل دائري بعضها فوق بعض مع زاوية ميل بسيطة لكل مدماك تزداد مع الارتفاع كي تغلق الفراغ تماماً فيتشكل بذلك ما يدعى بالقبة. يمكن لهذه القبب أن تغطي فراغات دائرية أو مربعة أو مستطيلة ولا تزيد مجازاتها على بضعة أمتار. يستخدم التبن بشكل مشابه؛ إذ تُشكِّل بخلطه بالقش والتراب والماء لبنات تستخدم لبناء القُبَب المشهورة في قرى حماة وحلب (الشكل 2).
 |
| الشكل (2) تغطية بقبب من الطين |
تطور أسلوب بناء القُبب على نحو كبير عندما بدأ الإنسان باستخدام القرميد والحجر، فهاتان المادتان أصلب وأقوى وأدوم من اللِّبن والطين، لذلك صار من الممكن بواسطتهما بناء قُبب أكبر وأكثر تعقيداً. بعد أن اكتشفت القوس ثم القبوة والقبوة المتصالبة والقبة (الأشكال 3، 4، 5، 6)؛ تطور البناء بالقُبب على مدى القرون لتصل أقطار القبب العثمانية وقبب عصر النهضة المبنية من الحجر إلى نحو خمسين متراً.
 |
 |
| الشكل (3) قوس | الشكل (4) قبوة |
 |
 |
| الشكل (5) قبوة متصالبة | الشكل (6) قبة |
أما الخشب فهو من المواد المتميزة لأنه قابل للتصنيف ضمن المواد التقليدية ومع المواد الحديثة أيضاً. تطور استخدامه حيث شُذبت الجذوع الطويلة والمستقيمة -كشجر الحور في دمشق- ليحصل على أعمدة خشبية طويلة دائرية المقطع. استخدمت هذه الأعمدة الخشبية في سقف الغرف التي صار من الممكن أن تأخذ شكلاً مستطيلاً، وصار مجاز الغرفة مرتبطاً بطول الأعمدة الذي غالباً ما يراوح بين خمسة وستة أمتار. تُترك الأعمدة ظاهرة أو تُغطى بألواح رقيقة من الخشب لتشكل ما يشبه السقف المستعار في الوقت الحالي، ويسمى في دمشق «طواناً» وغالباً ما كان يزين بنقوش ورسومات مختلفة (الشكل 7).
 |
| الشكل (7) سقف من الخشب المزيَّن. |
تطور إنشاء التغطيات الخشبية بصورة كبيرة عند اكتشاف طريقة الإنشاء باستخدام ما يسمى الجملون truss وهو جائز يتألف على نحو أساسي من ثلاث قطع خشبية مثبتة على هيئة مثلث يكون أطولها عادة أفقياً. يُدعم المثلث بقطع خشبية إضافية تقسمه إلى مثلثات أصغر بطريقة تساعد على نقل الأحمال بانسيابية نحو نقاط الارتكاز (الشكل 8).
 |
| الشكل (8) جملون خشبي. |
على صعيد آخر قدمت المواد الحديثة وبصورة خاصة الخرسانة المسلحة والفولاذ احتمالات لانهائية أيضاً من أشكال التغطيات لتمتُّع كلتا المادتين بمرونة عالية تساعد على تشكيلها المتنوع. وقد استفاد المعماريون من هذه الخاصية؛ فصمم المعماريّ الأمريكي سيرانين Saarinen -على سبيل المثال- تغطية مطار شركة تي دبليو أي TWA في نيويورك في بدايات ستينيات القرن العشرين بخطوط انسيابية حرة ممتلئة بالحركة وكأنها طائر عملاق (الشكل 9). يشتهر في الوقت الراهن المعماريّ الإسباني كالاترافا Calatrava بمبانيه ذات الأشكال والتغطيات الممتلئة بالخطوط الانسيابية مستخدماً الخرسانة والفولاذ أيضاً (الشكل 10).
 |
 |
| الشكل (9) تغطية مطار شركة تي دبليو أي TWA في نيويورك. | الشكل (10) تغطية مليئة بالخطوط الانسيابية. |
تسعى صناعة الإنشاء إلى جعل التغطيات خفيفة الوزن وواسعة المجازات. وانطلاقاً من هذين الهدفين تطورت تقنيات للإنشاء خاصة بكل مادة للاستفادة من إمكاناتها القصوى. فقد طور الإنسان من أغصان الخشب قطعاً منتظمة المقاطع شكلاً (غالباً إما مربع وإما مستطيل). والتطور المهم الآخر كان تصنيع هذه القطع بأبعاد قياسية. كان هذا مع تطور الفكر الصناعي بعد الثورة الصناعية وانطلاق فكرة المقاييس standards التي وحدت أبعاد الكثير من مواد البناء ضمن مقاييس محددة؛ الأمر الذي ضمن توافقية هذه المواد وإمكان استخدامها بعضها مع بعض وإن كانت مصنعة في أماكن مختلفة. أما التطور الثالث المهم فقد كان تصنيع الخشب لتتوفر للمعماريّ والمهندس أنواع أكثر صلابة وأقدر على تحمل الظروف المناخية وأطول بكثير من الخشب الطبيعي. من هذه الأنواع الخشب المضغوط الذي تطورت صناعته مؤخراً على نحو كبير، والخشب المعاكس وسواهما. وصار من الممكن حالياً تصنيع جوائز خشبية عن طريق اللصق الحراري يصل طولها إلى أكثر من ستين متراً (الشكل 11). وصار من الممكن أيضاً تطويع الجوائز الخشبية لتأخذ أشكالاً منحنية؛ مما سمح بتشكيل تغطيات خشبية خفيفة ومتنوعة الأشكال ومتحررة تماماً من الأشكال الهندسية البسيطة التي كان الإنشاء بالخشب مقيداً فيها (الشكل 12).
 |
| الشكل (11) جائز خشبي عن طريق اللصق الحراري. |
 |
| الشكل (12) جوائز خشبية منحنية. |
أما اللَّبِن فتطور ليصبح القرميد الذي يشوى في أفران خاصة ترتفع فيها الحرارة إلى بضعة آلاف من الدرجات المئوية مشكلة مادة في غاية القوة. إلا أن التقدم الإنشائي المهم بالنسبة إلى القرميد والحجر فقد كان في العمارة القوطية Gothic architecture حين ابتكر معماريّو تلك الفترة (القرنين الثالث عشر والرابع عشر الميلاديين) طريقة مطورة في نقل الأحمال عن طريق العمود الذي ينبثق منه مجموعة من الأضلاع ribs تنتهي بتلاقيها أضلاع العمود المقابل في نقاط مشتركة مشكلة ما يسمى بالقوس المدببة pointed arch (الشكل 13). كما طور المعماريّ القوطي الدعامات الطائرة flying buttresses التي تسند الأقواس الرئيسة وتمتص قوة الرفس (النَّتر) التي طالما كانت سبباً في انهيار المنشآت القوسية (الشكل 14). أدى هذا النظام الإنشائي الجديد إلى تغيير شكل المنشآت لتصبح أكثر ارتفاعاً وخفة وشاقولية على نقيض المنشآت الحجرية أو القرميدية التقليدية والكلاسيكية التي كانت تتصف دوماً بالأفقية وبثقل الوزن.
 |
 |
| الشكل (13) القوس المدببة. | الشكل (14) الدعامات الطائرة. |
قدمت الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر مفهومَين مهمَّين أثَّرا في تطور الإنشاء والتغطيات، هما التوحيد القياسي standardization والإنتاج بالجملة mass production. كان لهذين المفهومين فائدتهما في المنشآت المعدنية بصورة خاصة في تلك الفترة، إلا أنهما صارا عامَّين في تصنيع أيِّ مادةٍ من مواد الإنشاء الأخرى كالخشب مثلاً. كما تطورت التغطيات المعدنية بتطور الهندسة المدنية فظهرت الجوائز المعدنية ثنائية الأبعاد التي تقوم على اقتطاع المساحات غير المفيدة إنشائياً؛ مما يخفف من وزن الجائز ويزيد رشاقته (الشكل 15). وظهرت الجوائز الفراغية أيضاً المبنية من عناصر معدنية خفيفة على شكل مثلثات فراغية يمكن معها الوصول إلى تغطيات تزيد مجازاتها على ستين متراً. يمتاز هذا النوع من التغطيات بخفته وسهولة تركيبه ونظافة العمل فيه وإمكان فكِّه وإعادة تركيبه، كما يمكن أن يأخذ أشكالاً عديدة (الشكل 16).
 |
 |
| الشكل (15) جوائز شبكية ثنائية الأبعاد | الشكل (16) جوائز شبكية فراغية |
وتطورت تقنيات الإنشاء بالخرسانة أيضاً بصورة كبيرة خلال القرن العشرين، ومن أهم هذه التطورات اكتشاف الخرسانة المسلحة reinforced concrete. التطور الثاني المهم للخرسانة هو الإجهاد المسبّق للتسليح عن طريق شده في أثناء عملية تصنيع الجوائز الخرسانية أو بعدها لينتج ما يسمى بالخرسانة مسبّقة الإجهاد prestressed concrete التي سمحت بالوصول إلى مجازات واسعة تصل إلى عشرات الأمتار. كما ظهرت الخرسانة مسبّقة الصنع precast concrete (الشكل 17). تطورت التغطيات الخرسانية بتطور أساليب معالجة البلاطات الخرسانية التي تتلخص بفكرة زيادة تسليح البلاطة عن طريق تزويدها بأعصاب تعمل بوصفها جوائز إضافية، فظهرت البلاطات المعصبة بأبعادها وأشكالها المختلفة. كما ظهرت المنشآت القشرية shell structures، وهي بلاطات خفيفة تحمل نفسها فقط، ولكنها تمتاز بمجازاتها الكبيرة وإمكانات تشكيلها غير المحدودة. يُعدّ مبنى أوبرا سدني Sydney Opera House من أشهر أمثلة المنشآت القشرية (الشكل 18).
 |
 |
| الشكل (17) خرسانة مسبّقة الصنع | الشكل (18) المنشآت القشرية- مبنى أوبرا سدني |
تطورت تقنيات الإنشاء باتجاه آخر أيضاً هو إنشاء التغطيات المتحركة، وقد كان الأمر في البداية مقتصراً على إمكان تحريك قسم من الأسقف المعدنية للسماح بتهوية الفراغ. تفيد هذه الآلية في تكييف الهواء في الأفنية المفتوحة التي تغلق في الشتاء اتقاءً للبرد، وتفتح صيفاً للاستفادة من التهوية الطبيعية. توسع استخدام فكرة تحريك التغطيات؛ ليشمل في بعض الحالات التغطية بالكامل، وليس جزءاً منها. من الأمثلة على مثل هذه التغطيات الأسقف المتحركة في الحرم النبوي الشريف في المدينة المنورة (الشكل 19) ومسجد الملك الحسن الثاني في الرباط. كما تطور استخدام التغطيات كأسطح خضراء تفيد في عزل الأسقف؛ مما يساعد على تخفيض استهلاك الطاقة لتكييف الهواء.
 |
| الشكل (19) سقف متحرك- الحرم النبوي الشريف في المدينة المنورة |
يرتبط نوع التغطيات بالاستخدام المطلوب تغطيته، وكان للاستخدامات التي تحتاج إلى فراغات كبيرة الأثر الأكبر في تطوير التغطيات خصوصاً عندما كان سعي المعماريّ موجهاً إلى إيجاد فراغات خالية من الأعمدة. كانت دور العبادة من أهم الاستخدامات التي تطلبت هذا النوع، فقد سعى معماريّو عصر النهضة وفترة الباروك في الغرب مثلاً، وكذلك المعماري العثماني؛ إلى بناء أكبر قبة تغطي أكبر مساحة من دون عوائق بصرية في الفراغ. كان الحجر مادة البناء الأساسية في تلك الفترات، ولذلك انحصر شكل التغطيات بالقبب على نحو رئيس. ويذكر أن شكل القبة الذي يمثل معنوياً قبة السماء كان ذا بعد رمزي استغله المعماريُّون لتأكيد البعد الروحي في دور العبادة. ومع تطور الاستخدامات العامة وتنوعها صار الاحتياج إلى فراغات كبيرة أكثر؛ إذ ظهرت خلال القرنين الماضيَين بصورة رئيسة استخدامات كثيرة لم تكن معروفة كالمعارض ومحطات القطارات والملاعب والمطارات وسواها. سمحت هذه الوظائف بتشكيلات متنوعة للتغطيات؛ لأنها لم تكن محصورة في البعد الروحي كما كان الحال سابقاً. وفتحت مواد الإنشاء الجديدة كالفولاذ والخرسانة المسلحة بصورة خاصة؛ المجال واسعاً لتصميم تغطيات ذات تنوع تشكيلي غير محدود. قدم الفولاذ عموماً أشكالاً هندسية؛ في حين سمحت الخرسانة بتشكليلات ممتلئة بالمنحنيات والخطوط المرنة.
منذ أن استطاع الإنسان تجاوز الشكل البسيط للتغطيات المتمثل بالسطح الأفقي؛ فُتحت أبواب واسعة من الاحتمالات التشكيلية التي سمحت بها إمكانات كل مادة. فالأسقف الجملونية تتألف بصورتها البسيطة من سطحين مائلين يتلاقيان في أعلاهما. تطور هذا النوع من التغطيات ليصبح كل سطح من الاثنين ذا ميل ومساحة مختلفين، ثم شكلت الأسقف الجملونية من عدة أسطح مائلة وليس اثنين فقط، وتوضعت هذه الأسطح بزوايا متنوعة أيضاً. أدى هذا التنويع في المساحات والعدد والتوجيه والتحميل إلى غنى هائل في التشكيل المعماري.
تمتعت التغطيات القرميدية والحجرية بدرجة عالية أيضاً من الإمكانات التشكيلية وإن كانت محصورة بالأشكال الناتجة من القوس. وذلك عن طريق التلاعب بحجم القبب والقبوات والأقواس وعددها وشكلها (نصف دائري، ثنائي المركز، ثلاثي المركز، رباعي المركز) والتركيبة التشكيلية المؤلفة من مجموعة القبب المشكلة للتغطية. وأعطت التغطيات المعدنية أشكالاً متميزة أيضاً بسبب تنوع أشكال جوائزها وأساليب تركيبها بعضها مع بعض. أما الخرسانة فيبدو أنها أكثر المواد غنى من حيث قدرتها التشكيلية، وذلك لطبيعتها الخاصة بصفتها عجينة قابلة للتشكيل كيفما شاء المصمِّم. سمحت هذه الطبيعة مع التطور التقني المستمر في صناعة الخرسانة بتصميمات لا يمكن حصر أشكالها. وأخيراً تقدِّم المواد المصنعة الخفيفة كاللدائن أيضاً إمكانات لا تقل عن إمكانات الخرسانة المسلحة، بل قد تتعداها لخفة هذه المواد وإمكانات تركيبها غير المحدودة.
لا يبدو أن هناك تغيراً مهماً في الفكر الإنشائي المتعلق بالتغطيات؛ فستبقى القضية الأساسية هي تغطية أكبر مساحة ممكنة من دون أعمدة. لذلك فإن تطور التغطيات مرهون في المستقبل -كما كان في الماضي- بقضيتين هما نوع مادة التغطية وقدراتها الإنشائية من جهة والتوجهات التشكيلية الخاصة بكل فترة من جهة أخرى. يغلب في الوقت الراهن التوجه إلى التغطيات ذات التشكيلات الحرة الممتلئة بالخطوط الحيوية والمرنة التي تشكل مع بقية كتلة المبنى استمرارية بصرية واضحة تختفي فيها الحدود الفاصلة بين الجدران والتغطيات. يعطي هذا التوجه تشكيلات نحتية تتصف بالخفة والحركية والانطلاق. إلى متى سيبقى هذا التوجه؟ وما هو التوجه التشكيلي التالي في عالم الإنشاء والعمارة؟ هما سؤالان مثيران للجدل، ولا يمكن التنبؤ بإجابة مقبولة عنهما بسهولة
|
مراجع للاستزادة: -R. Chudley, R. Greeno, Advanced Construction Technology, Pearson Education Limited, 2012. - M. Fazio, M. Moffett, L.Wodehouse, A World History of Architecture, Laurence King Publishing, 2009. -M. Melta, W. Scarborough, D. Armpriest, Building Construction: Principles, Materials, and Systems, Prentice Hall, 2011 |
- التصنيف : العلوم الهندسية وتقاناتها - النوع : العلوم الهندسية وتقاناتها - المجلد : المجلد الخامس مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
