تكنولوجيا الخرسانة



أندرو واتس، الرئيس التنفيذي لشركة نيوتكنيك* يكشف تفاصيل التكنولوجيا المتطورة التي تعزز الشكل الجمالي للواجهات في محطة قطار مركز الملك عبدالله المالي.

أندرو واتس، الرئيس التنفيذي لشركة نيوتكنيك* يكشف تفاصيل التكنولوجيا المتطورة التي تعزز الشكل الجمالي للواجهات في محطة قطار مركز الملك عبدالله المالي.

المُركبات الخرسانية في الطليعة

16/09/2018

أندرو واتس، الرئيس التنفيذي لشركة نيوتكنيك* يكشف تفاصيل التكنولوجيا المتطورة التي تعزز الشكل الجمالي للواجهات في محطة قطار مركز الملك عبدالله المالي.

تم تصميم مشروع قطار الرياض لاستيعاب النمو المتوقع بنسبة 50 بالمائة للعاصمة السعودية على مدى السنوات القادمة، وتعد شبكة نقل جديدة في أنحاء المدينة تتكون من ستة مسارات، و85 محطة، و176 كم من السكك الحديدية. وتعد محطة مركز الملك عبدالله المالي إحدى المحطات جذبًا للأنظار ضمن هذا المشروع العملاق. 
تعكس الواجهة الخارجية المتشابكة للمحطة الأنماط الناشئة عن حركة رياح الصحراء، وقد تمت هندسة التصميم على يد شركة نيوتكنيك لخفض امتصاص أشعة الشمس وخلق تيارات الهواء التي تساعد على تبريد المبنى. وقد قام فريق الأبحاث في الشركة بتطوير قواعد رياضية جديدة لتحقيق هذا المستوى من الأداء. 
يبرز التطور والتعقيد من استمرارية الجدران والأسقف الخرسانية المركبة ذاتية الدعم، عالية الأداء، والممتدة بطول 200 متر. ولخلق الهيكل، تم ابتكار مكونات بناء قابلة للتعديل، وطرق تركيب جديدة وتطويرها واختبارها من قبل نيوتكنيك بالشراكة مع القسم الهندسي في جامعة كامبريدج. 
من خلال العودة إلى المبادئ الأولى، تم استبعاد كافة الفوائض والمواد المهدرة حتى يمكن خفض التكلفة الكلية للمبنى. وهذا يضمن واجهات مبهرة تعيش ضعف البناء المعتاد.
تصميم غلاف المبنى
تم استلهام التصميم الخارجي لمحطة قطار مركز الملك عبدالله المالي من الحاجة إلى توفير غلاف حول هيكل المبنى محكم ضد الظروف المناخية ومعزول حراريًا. ولم تكن الكفاءة الإنشائية هي الهدف الوحيد، بل أيضًا الحاجة إلى تغليف المساحة الداخلية بحجم هواء داخلي مكيف كافٍ يتبع الشكل الخارجي. وعليه كان المطلوب الحد من مناطق العمق في الواجهة والهيكل المساند للمساهمة في هذا المفهوم. 
وتطلب نظام الغلاف الخارجي الحد من وقت التركيب من خلال التصنيع الجاهز مع ضمان عمليات تجميع متينة للواجهة. 
ركزت أعمال الأبحاث في محطة مركز الملك عبدالله المالي على تكنولوجيا التجميع وتم تحديد بعض الإجراءات لمواجهة أولويتين في التصميم: 
? سرعة تركيب أنظمة الواجهات بالنظر إلى الوقت الضيق لبناء شبكة النقل التي ستكون محطة مركز الملك عبدالله المالي جزءًا منها. 
? متانة مواد المواجهة بالنظر إلى الظروف المناخية القاسية في الرياض التي سيتعرض لها المبنى. 
نظام الكاسيت 
تم اتخاذ مركز حيدر علييف في باكو، أذربيجيان كنقطة مرجعية لاستخدام نظام الكاسيت عالي الأداء للمركبات الخرسانية المكونة من نموذج بإطار حديدي معزول لبناء الجدار الداعم المعزول الذي يتم إحاطته بأغشية متواصلة محكمة ضد المناخ. 
ويشتمل نظام الكاسيت أيضًا على فتحات زجاجية مدمجة داخل المناطق الواسعة من الألواح المثقوبة، مرتكزة على وحدات رأسية للواجهة. ويتم حماية النظام من تأثير الشمس والأضرار العرضية من خلال ألواح خرسانية واقية ضخمة تم وضعها لتحقيق التطور الهندسي للسطح المعماري الخارجي. وقد تم اختيار هذا الحل المتميز بمستوياته الأعلى من التصنيع بدلا من المنهج الأكثر استهلاكًا للوقت لاستخدام أسطح معدنية لدعم الطبقات الحرارية والطبقات المانعة لتسرب المياه. 
ولتركيب نماذج الكاسيت على الهيكل الحديدي المساند، تم استخدام مبادئ تكنولوجيا التركيب «العنكبوتية» لضمان أعلى مستويات المرونة والقدرة على الضبط، مع تجنب استخدام السبك بسبب ارتفاع تكلفته من خلال استخدام عنصرين مستقلين يتم ربطهما إل قضيب بسلك أحادي. 
يتم اشتقاق هذه التكنولوجيا مباشرة من تثبيت الألواح الزجاجية والتي يتم دعمها على كابلات أو هياكل حديدية خفيفة الوزن. تستخدم هذه التركيبات «العنكبوتية» لاستيعاب الحركة العالية للهياكل الداعمة بدون خلق تركيز للشد على نقاط الدعم. ويتم تحقيق الحركات وإمكانيات الضبط مع الحد من الدوران من خلال وصلة دائرية تقع في نهاية كل رجل للعنكبوت. 
إن الهدف الأساسي لاستخدام التثبيت العنكبوتي لتركيب نظام الكاسيت على الهيكل الداعم هو أن كل عنكبوت قادر على دعم أربعة ألواح مسطحة تتقاطع عند الزوايا مع وضع كل لوح مسطح عند زاوية مختلفة. ويتيح التثبيت العنكبوتي تركيب الألواح المسطحة عبر هندسة منحنية، حيث تلتقي الألواح عند نقاط معينة مع انحناءات مختلفة. ويمكن ضبط كل رجل عنكبوت بشكل منفصل من حيث الطول مع استيعاب زوايا دوران مختلفة. 
ويساعد التثبيت العنكبوتي أيضًا على خفض عدد الدعمات من خلال الغلاف الحراري ويستوعب حجم أكبر من الحركة من الهيكل الأساسي بسبب انخفاض الدوران المسموح به لكل دعامة. 
ويتم تركيب الألواح الخرسانية عالية الأداء أعلى ألواح الكاسيت المسطحة. وتوفر الألواح الخرسانية الحماية للأغشية المانعة لتسرب المياه من تأثير الشمس.
نقاط المرجعية 
تعد محطة مركز الملك عبدالله المالي تطويرًا للمشروع السابق وهو مشروع مركز حيدر علييف والذي احتاج للتخلص من الأغشية الإنشائية للهياكل الحديدية الداعمة إلى هيكل مساند من الأنابيب ليكون بمثابة رابط بين تركيبات الألواح الخارجية والهيكل الداعم تحتها. 
ولكن في مبنى المحطة تم تجنب الحاجة إلى هيكل مساند من خلال دمج غلاف الواجهة مع الهيكل الأساسي بإتباع نفس الشكل وتركيب نماذج الكاسيت مباشرة على الهيكل. المشروع عبــــارة عن مبنــى معتـــم يتيــح استخــــدام نظامين رئيسيين للواجهات الخارجية (واقي الأمطار والألواح الزجاجية عند مستوى الطابق الأرضي) معًا بدون الحاجة إلى عناصر بينية معقدة. 
وتم إخفاء الهيكل الحديدي الأساسي الداعم كوحدة ذاتية الدعم بحيث يناسب سلوكها الإنشائي مع نظام الغلاف الخارجي الذي تم تركيبه عليه مباشرة. 
من ناحية أخرى، تم التحقق من حركات الهيكل الجديدة من خلال نمذجة العناصر مع نظام الواجهة، بما يتيح تحديد عرض مشترك بين ألواح الكاسيت مع دقة بالغة. وقد تميزت هذه الوصلات المحكمة ضد المياه والمصممة لتحمل نطاق حركات خلال عمر المبنى، بما في ذلك الحركات الحرارية والجانبية للهيكل بسبب الرياح. 
ويتم خلق الوصلات من خلال العزل المضغوط والأغشية المتشابكة المانعة لتسرب المياه، واستخدام الطبقات المزدوجة للحماية ضد كل من التكثيف وهجمات الماء من خلال وضع حاجز بخاري تحتها. 
وتم اختيار الاستخدامات الهندسية من خلال دراسات عميقة في المرحلة الأولى تضمنت دمج إنحناء في الأجزاء المثقوبة من الغلاف بهدف خفض العمق الإنشائي. هذا أتاح تحقيق خفض ملموس في حجم الأغشية الحديدية الأساسية في هذه المناطق، بدون تغيير الشكل المعماري. وقد تم إجراء هذه الدراسات من خلال تطبيق نتائج اختبار نفق الرياض على غلاف الواجهة بالكامل. وقد أتاحت النتائج المتحققة من ضغوط التكسية على تعزيز الاستفادة من عمق الألواح بهدف خفض أوزانها. 
وقد اشتمل النظام الفردي المصمم عبر الغلاف الخارجي على ألواح زجاجية في نظام الكاسيت مع المناطق المثقوبة من الغلاف الخارجي، حيث تم ترتيب الألواح ذات الشكل الماسي في تصميم قُطري.
اختيار المواد 
استلزم المشروع استخدام مجموعة من التكنولوجيات الحالية للإحكام ضد الظروف المناخية للمبنى والتنسيق اقتصاديًا مع الهيكل الحديدي المساند. وقد أتاح استخدام المكونات المعروفة تحقيق مستويات أعلى من التركيب لتلبية متطلبات المتانة للواجهة. 
وقد أسفرت الأبحاث التي أجريت لاختيار المواد إلى استخدام مادة مركب الألياف-الخرسانة لتكون المادة الأساسية للتكسية الواقية من الأمطار. 
وتضمنت تكنولوجيا التكسية الواقية من الأمطار متانة الأغشية المانعة لتسرب المياه من خلال توفير الحماية ضد الأضرار العرضية والأشعة فوق البنفسجية من الشمس. وساعد مساواة الضغط على خفض الحمولات على الأغشية وحمايتها من الأمطار الناتجة عن الرياح. كما استخدمت أشرطة الألمنيوم لضمان الحماية ضد الأشعة فوق البنفسجية بامتداد الوصلات المفتوحة بين الألواح المتقاربة، مع السماح لتهوية النظام في نفس الوقت. 
وقد تركزت عملية اختيار المواد القائمة على الأبحاث على خلق مقارنة واضحة بين مختلف المواد المركبة واللازمة لتلبية الاحتياجات الأساسية للوصول إلى الشكل المنحني على نحو مضاعف مع امتدادات الألواح الكبير داخل منطقة الواجهة. 
تم تطوير تصميم عملية التركيب باعتبارها عملية مستقلة من نظام وتكنولوجيا المواد. وقد صممت لاستيعاب المواد الخرسانية المقواة بالالياف وحتى البوليمر المقوى بالألياف الأخف من خلال اختلاف الأحجام الإنشائية ضمن عملية التركيب بدون تغيير المكونات أو الوصلات بين المكونات. 
تم دعم ألواح التكسية مباشرة من الإطار المعدنـــــــي لنظـــام الكاســيت، مــما أتــــاح التسرب عبر الغلاف الحراري لفصله عن الوصلات المــــانعة لتســـــــرب الميــاه بين نمـــــــــاذج الكاســــيت. وقـــد أتـــاح هــــذا التوجه تطـــويــــر تصميـــم تـــركـيـــب نظام الكاسيت بشكل منفصل من تكنولوجيا المواد ونوع الوصلة المختارة.
نجاح هندسي
تعد المركبات المقواة بالألياف من المواد التي يتم هندستها، ويعتمد أداؤها على الخلطة الخاصة وتقنيات التصنيع المستخدمة لدى كل مصنع. وقد اشتملت أعمال الأبحاث الخاصة باختيار المواد على زيارات لمصانع بعض المصنعين المحددين، وعقد مقارنات في النتائج من الاختبار المادي للخلطات المختلفة، وتوثيق عمليات التصنيع وتشطيبات الأسطح التي يحققها كل مصنّع. 
ومن أهم العناصر الأساسية لأبحاث المواد هو وضع قيم مقارنة لاستخدام كل مادة في المشروع، وهو ما كان بمثابة إثبات للمفهوم من ناحية، وفي نفس الوقت التعرف على القيود الخاصة باستخدام كل مادة. 
لقد امتدت محطة قطار مركز الملك عبدالله المالي لما وراء الشكل البسيط للمحطات مؤكدة على أهمية المبنى كمساحة عامة ديناميكية متعددة الوظائف. وتعد كفاءة طرق المشاة والوصلات هي أساس التصميم الداخلي، وقد امتد هذا المفهوم المعماري إلى الغلاف الخارجي للمبنى. 
وفي أعقاب التصميم طويل الأجل والمدخلات الهندسية، تم تعيين نيوتكنيك للإشراف على مرحلة بناء الواجهة. وهذا يعني أن الرؤية الجريئة والجميلة والفنية التي ساعدت في التفوق في مراحل المنافسة والتصميم، يمكن تحويلها إلى حقيقة واقعية مع الحفاظ على التصميم الأصلي. 
تعد نيوتكنيك شركة رائدة عالميًا في التصميمات الهندسية لمشاريع البناء المعقدة وأنظمة أغلفة المباني المتطورة. وتتولى الشركة أعمال التصميم الهندسي للهياكل، والواجهات، وتركيبات الأعمال الميكانيكية والكهربائية والصحية بالشراكة مع كبرى شركات التطوير والمعماريين والمقاولين الدوليين. 
تأسست نيوتكنيك في عام 2003 وتملك مكاتب في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة والسعودية. يملك الشركة ويتولى إدارتها وتوجييها نخبة من المهندسين والمعماريين من ذوي الكفاءة العالية والخبرة الواسعة. نيوتكنيك حاصلة على شهادة اعتماد الآيزو 9001: 2015 مع المعهد البريطاني للمعايير.




المزيد من الأخبار



مواضيع ذات صلة