ספירלות ואלכסונים: מה עומד מאחורי הצורות הייחודיות של המגדלים החדשים?

אורן הדר

קבוצת עזריאלי מקימה בימים אלה גורד שחקים מפואר חדש, ממזרח לדרך בגין ומרכז העסקים הצפוני של תל אביב; זה מבנה שיגיע לגובה של 350 מ' עם השלמתו, ויהיה בסיומו המגדל הגבוה בישראל . קוראים לו מגדל הספירלה, בגלל צורתו, שקל לחשוב שנבחרה מטעמי יופי. אבל כשמנתחים את השפעת הרוחות על מגדלים גבוהים במיוחד, מבינים כמה חכם העיצוב הספירלי הזה, ומדוע בעתיד נראה בארץ ובעולם עוד ועוד מגדלים עם צורות שמסתובבות סביב עצמן, ברגים אדירים שירכיבו את קו הרקיע העירוני.

השפעת עוצמת הרוח על גורדי השחקים: איך, כמה ולמה?

התמודדות עם רוח היא אלמנט קריטי בתכנון של כל מבנה גבוה. עד כדי כך, שההגדרה הרווחת של גורד שחקים היא בניין שגובהו מספיק כדי להפוך את השפעת הרוח לאתגר ההנדסי המרכזי בתכנון שלו. ככל שמתרחקים מפני השטח, נחשפים לרוחות יותר חזקות וממושכות, שכן יש פחות אלמנטים שמגבילים או מנתבים אותן – פני הקרקע, מבנים אחרים, הרים וטופוגרפיה באופן כללי. ועל כן, מי שמתכנן בניין שגובהו מאות מטרים, צריך להתחשב בהשפעות מזג אוויר וכוחות הרוח הקבועות, המתעצמות בזמן סופות.

מדוע גורד השחקים מושפע מהרוחות? כי גופו מפריע לתנועת האוויר ושובר את הזרימה. ככל ששטח הפנים שנמצא חשוף לרוח בתנועה ישירה יהיה יותר גדול ופחות אווירודינמי, כך תדחוף אותו הרוח יותר בקלות – במיוחד אם למבנה יש בסיס צר.

כמה עמידים גורדי שחקים לרוחות? בואו ניקח את האמפייר סטייט בניו יורק, מגורדי השחקים הוותיקים והמפורסמים בעולם. רוח של 150 קמ"ש שנושבת מעל 15 שניות ברציפות תוכל לגרום לו להתנדנד בשיעור של כ-20 ס"מ לכל צד. קצת יותר ממה שתוכנן עבורו, אך עדיין לא בטווח המסוכן. רוח של 250 קמ"ש כבר תוכל לטלטל ואף להפיל אותו. ואולם, זו רוח שמאפיינת סופות כמו הוריקן בקטגוריה 4, משהו שטרם נראה בניו יורק. וגם אם תחווה העיר סופה חזקה במיוחד, ריבוי גורדי השחקים בה ישפיע על זרימת האוויר ויצמצם את השפעת הרוחות.

בשנות השלושים של המאה הקודמת, מהתקופות היפות בתולדות גורדי השחקים, הבינו המהנדסים את השפעת כוחות הרוח, והתאימו את העיצובים. הפתרון שילב חומרים גמישים ובנייה מדורגת. החומרים האמורים הם בעיקר סוגי פלדה, שמשלבת חוזק לאורך זמן עם גמישות יחסית, מה שמאפשר לה להתכופף קצת ולאיין חלק מהכוח שמופעל על המגדל כולו.

בנייה מדורגת פירושה חלוקה למקטעים שהופכים צרים יותר ככל שעולים בגובה, ונתמכים באלמנטים תומכים. כך יצומצם שטח הפנים אל מול תנועת הרוח, ויתקבלו גמישות ועמידות. אם תהיתם, זו הסיבה שהאמפייר סטייט נראה כפי שהוא. מאז עברו מים רבים בהדסון, וכיום יש לנו גם חומרים מתקדמים יותר, ובעיקר ידע והבנה של השפעות מזג האוויר – אלו אפשרו לנו לבנות מבנים גבוהים מאי פעם, שעמידים גם בסערות חזקות.

למה דווקא ספירלות וקווים משופעים?

בגלל ששטח הפנים של הבניין משפיע משמעותית על היכולת של כוחות הרוח לדחוף אותו, פותחו תצורות בניה שחותכות את האוויר, בניינים בעלי עיצוב אווירודינמי שמייצרים פחות התנגדות אוויר ולכן פחות מושפעים מן המשב.

האתגר פה גדול: חרטום של מטוס נוסעים צריך להיות מחודד ועם חתך מעוגל כדי להקל על זרימת אוויר שמגיעה מלפניו, בעוד שטכנית, יכולות רוחות לנשוב אל בניין מכל כיוון. מהנדסים פתרו זאת דרך תכנון מבנים ספירליים, בתצורה של בורג. הפרופיל שלהם מטה את זרימת האוויר כך שהמגדל לא יהווה מחסום מוחלט בלי קשר לכיוון הרוח. כך ניתן להטות את הזרימה הלאה מהמבנה, או לפזר את אנרגיית כוחות הרוח על שטח גדול יותר, מה שיצמצם את האפקט שלה. כמו כן, יכולים המהנדסים להשתמש בחומרים החזקים ביותר רק היכן שמתרכזת ההשפעה, ולייעל את הבנייה.

גם גורדי שחקים בעלי דופן אווירודינמית אחת הם פתרון לבעיית הרוחות, אם מדובר באזור בו ניתן לחזות את כיווני הרוח הטיפוסיים. למשל, ערים שנמצאות בתוך בקעה או עמק – או מבנים שסביבם נמצאים כבר גורדי שחקים אחרים שמטים את הזרימה באופן שמצריך התמקדות בכיוון ספציפי. ומה לגבי מבנים אלכסוניים? קחו לדוגמה את מגדל עזריאלי שרונה – עד לאחרונה, הגבוה בארץ – שנראה כאילו פוצל באמצע לשתי יחידות, בעלות זווית שונה. גם זה עיצוב שמנתב זרימת אוויר לכיוון ספציפי ומשפר עמידות.

בניינים ספירליים ומשופעים נותנים יותר מחוויה לעיניים ונחת למהנדסי הבטיחות: כשהשפעת הרוח קטנה יותר, יש פחות נדנוד טבעי של הבניין ולכן בלאי נמוך יותר; מגדלים גבוהים מכילים קילומטרים שלמים של כבלים וצנרת, משאבות ומערכות ממסר, פירים ואלמנטים אחרים שנשחקים תחת התנועה הטבעית. כאשר מצמצים אותה, מקבלים בניין שאינו רק יפה ואף אייקוני, אלא גם זול יותר זול לתחזוקה.

לסיכום: יופי ופונקציונליות כטרנד עולמי

כל מגדלי העתיד צפויים לקבל פרופיל ספירלי או אווירודינמי ולא בכדי: אנחנו נמצאים בעידן של משבר אקלים עולמי, שהשפעותיו רק מתחילות להגיע לשטח ולא מן הנמנע שבאופק מחכות לנו סופות חזקות ממה שלמדנו להכיר, ולכן הבחירה בעיצוב ספירלי, מעוגל או אלכסוני מבטיחה עמידות לדורות קדימה.