بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به کمبود زمین در شهرهای بزرگ و افزایش روز افزون جمعیت، ساختمانهای بلند جایگاه ویژهای پیدا کردهاند. از طرفی، همانطور که ما بیشتر در مورد محیط و حفظ و نگهداری انرژی صحبت میکنیم طراحی ساختمانها به شیوهای کارآمدتر که منجر به صرفهجویی انرژی شود؛ حائز اهمیت است. در سازههای بلند با توجه به پر هزینه بودن ساخت آنها، استفاده از راهکارهایی که منجر به بهینهسازی انرژی و تقابل بین طرح سازهای و معماری گردد؛ همواره مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. در این مقاله، مثالهایی از سازههای بلند مرتبهی پایدار که تقابل بین فرم معماری و کارآیی سازهای و همچنین صرفهجویی در مصرف انرژی را بدنبال دارد بررسی میگردد و راهکارهای مناسبی در این زمینه مطرح میگردد.
-1 مقدمه
امروزه نیاز انسان به فضاهای مناسب و کافی برای زندگی و کار از یک سو و تراکم جمعیت و افزایش قیمت زمین و ارائه خدمات شهری از قبیل آب، برق و تلفن، از سوی دیگر استفاده از ساختمانهای عمودی عظیمالجثه را مطرح نموده است. در طراحی ساختمانهای بلند، مهندسین با الزاماتی روبرو میشوند که مشابه با ساخت سازههای معمولی نمیباشد. هدف از این مقاله بررسی سازهها و فرمهای معماری پایدار در ساختمانهای بلند است به گونهای که منجر به طراحی ایمن و کارآمد با در نظر گرفتن یک راهحل اقتصادی برای کاهش مصرف انرژی باشد .[1]
همانگونه که ما سعی میکنیم تا محیط در حال تغییر را حفظ کنیم و باقی نگه داریم، حفظ انرژی نیز باید مورد توجه قرار گیرد. از آنجایی که ساختمانها بخش عظیمی از مصرف انرژی را به خود اختصاص میدهند، معماران و مهندسین سازه بیشتر بر روی طراحی که بهینهسازی انرژی را به همراه دارد؛ تأکید و تمرکز مینمایند. در نتیجه طراحی سازههای کارآمد و فرمهای معماری پایدار حائز اهمیت میباشد. تلفیق استرادژی موثر برای انرژی با سازههای پایدار منجر به طراحی بهینهی سازهها میشود.
استفاده از سازههای ترکیبی که از حداقل مقدار مصالح استفاده میکند تا ساختمانهای سالم و مساعد محیط را ایجاد کنند؛ از جمله این طرحها میباشد. یک چنین ساختاری فقط با همکاری نزدیک مهندسین سازه و معمار امکانپذیر میباشد. امروزه یکی از مشکلات در این زمینه، نداشتن علم و آگاهی کافی میباشد که چگونه به یک ساختار اساسی و واقعی دست پیدا کنیم. بنابراین در این مقاله تلاش نویسندگان بر آن بوده است که نمونههایی مناسب از ساختمانهای بلند مرتبه دنیا که علاوه بر طرح معماری پایدار و سیستم سازهای مناسب؛ دارای طراحی ویژهای به منظور صرفهجویی در مصرف انرژی بوده اند؛ مطرح گردد.
-2 ساختارهای اساسی و پایدار در ساختمانهای بلند مرتبه
در حالی که غالباً تقابل بین فرمهای معماری و سازهای و کارآیی انرژی وجود دارد؛ اما یک سیستم مقاوم سازهای 30 درصد از کل هزینه ساختمان را در بر میگیرد و یک رکن اساسی در طراحی ساختمانها میباشد. در این بخش نمونههایی از بلندترین ساختمانهای دنیا که دارای سیستمهای سازهای نوین میباشند و از راهکارهایی مناسب برای پایداری معماری و صرفهجویی در مصرف انرژی در آنها استفاده شده است؛ مطرح شده و مورد بحث و بررسی قرار میگیرند.
-1-2 استفاده از فرمهای معماری پیچشی
یکی از بهترین نمونهها در این زمینه، برج شیکاگو یک برج 150 طبقه است که توسط معماری به نام سانتیگو کالاتراوا 1 طراحی شده است. این برج دارای نمای خارجی غیرمعمولی میباشد که توسط چرخش پلان طبقات به اندازه 360 درجه از پایه برج تا رأس برج شکل گرفته است - شکل . - 1 در این برج پوسته خارجی، سیستم سازهای این ساختمان را تشکیل نمیدهد زیرا با توجه به نمای پیچ خوردهی برج، این امر مشکل بوده است. به طور کلی ساختمانها تمایل دارند تا سختیشان را حفظ نمایند و در زمانی که خیلی زیاد پیچ و تاب برمیدارند، بتوانند ظرفیتی را تحمل نمایند. بنابراین یک سیستم مقاوم سازهای با هسته مرکزی برای این برج طراحی گردید.
از نکات قابل توجه در طراحی این برج، نمای خارجی آن و شکل پیچ خوردهی آن میباشد که باعث حرکت نیروهای جانبی باد از طرفین برج میشود. در سازههای بلند مرتبه نیروهای جانبی باد همواره در طراحی غالب میگردند بنابراین انتخاب یک طرح معماری مناسب که به سیستم سازهای در کاهش نیروهای جانبی باد کمک کند حائز اهمیت است. این امر در یک مطالعه تحقیقاتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتیجه این امر در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که مشاهده میگردد در سازهها با پلان مربعی نیروهای جانبی باد در گوشههای ساختمان به صورت مستیم بر ساختمان اثر میکند اما در سازه هایی با پلان چند وجهی و دایرهای اثرات نیروهای جانبی باد کاهش مییابد.
سیستمهای مقاوم سازهای پایدار غالباً بستگی به فرمهای معماری ساختمان دارند. یکی از راهکارها جهت کاهش میزان مصالح مصرفی ترکیب سیستم مقاوم سازهای و فرمهای معماری در ساختمانهای بلند است. به عنوان مثال فرمهای معماری با سختی مناسب دارای عملکرد سازهای خیلی خوبی خواهند بود. این ایده در یک پروژه تحقیقاتی در دانشگاه معماری مؤسسه تکنولوژی ایلینویز مورد مطالعه قرار گرفت - شکل . - 3 اهمیت این شکل خاص، از به حداکثر رساندن نیروی اینرسی در پایه ساختمانی ناشی میشود. در این پروژه فنی علاوه بر عملکرد ساختمانی مناسب، این شکل معماری توانست برای بالا بردن عملکرد انرژی ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد. بسیاری از ایدها بعداً در این مقاله پیشنهاد میشوند .[2]
