بخشی از مقاله
چکیده
الگوپذیری از طبیعت برای معماران چشم اندازی از تکامل نزدیکتر فرم و عملکرد میدهد. که روشهای جدیدی را ارائه دهد که به وسیله آنها سازه بسیار دقیقتر میتواند پاسخگو باشد.اگرچه محدودیتهائی چون پیچیدگیهای الزامات آئین نامهای طرح، خاصیت خطی مصالح ساختمانیای وجود دارد، روشی که صنعت ساختمان در توسعه اجزاء دارد،سازههای ایمن در مقابل شکست و طبیعت جزء به جزء آماده سازی و اجرای پروژههای پیچیده و کاهش ریسک مرتبط با همه گروهها هستند. این مقاله با در نظر گرفتن پایداری، خواص مصالح، پوششهای ساختمانی، مسائل زیست محیطی، حسگرها و نشانگرها و توانایی عملکرد را تشریح میکند.
مقدمه
توسعه پایدار به عنوان یک چارچوب با ایجاد تغییرات در حال رشد و تکامل است و نیازمند روشهایی میباشد که با مصرف انرژی و خسارتهای زیست محیطی مربوط می باشد. محدود کردن مواد و انرژی، یافتن راهکارهای مصرف بهینه در ساختمانها و افزایش بازیافت مواد و استفاده از فناوریهای پایدار، مواردی جهت رسیدن به پایداری هستند.
حرکت به سمت پایداری،تنها مدیریت بهتر اقتصاد و محیط زیست نیست، بلکه داشتن شرایط مطلوب اقتصادی-اجتماعی برای تضمین پایداری فعالیتهای کوتاه مدت و بلند مدت لازم است. مفهوم صحیح پایداری یک زندگی با کیفیت و مطمئن و رضایت بخش را به دنبال دارد.البته فقط کاهش میزان فعالیتهای آلوده کننده و جلوگیری از افزایش سطح مصرف کافی نیست بلکه ایجاد فعالیت با برنامه ریزی مناسب برای کاهش مصرف و موفقیت در رسیدن به مصرف صحیح نیز لازم میباشد.
ساخت و ساز پایدار
"توسعه پایدار به معنی ارایهی راه حلهایی در مقابل الگوهای سنتی کالبدی- اجتماعی و اقتصادی توسعه میباشد که بتواند از بروز مسایلی همچون نابودی منابع طبیعی- تخریب اکوسیستمها-آلودگی - افزایش بی رویه جمعیت - رواج بی عدالتی و پایین آمدن کیفیت زندگی انسانها جلوگیری میکند .[4]ساختمانهای پایدار میتواند به عنوان سازههایی تعریف شود که کمترین تأثیر منفی را روی محیط ساخته شده و طبیعت،به عبارت خود سازهها، محیط در تماس مستقیم با آنها و تنظیمات کلی و ناحیهای گسترده ترِ اطراف دارد.
ساختمان سازی پایدار میتواند به عنوان روش ساختی تعریف شود که با کیفیت کامل شدهای - شامل کارآیی اقتصادی، اجتماعی و محیطی - به طور وسیعی بقا مییابد.بنابراین استفاده منطقی از منابع طبیعی و مدیریت مناسب مصالح خام، به حفظ منابع کمک میکند، مصرف انرژی را کاهش میدهد و کیفیت محیطی را توسعه میدهد. اهدافی چون:کارآیی منابع،کارآیی انرژی - شامل کاهش انتشار گازهای گلخانهای - ، ممانعت از آلودگی - شامل کیفیت هوای داخل فضا و کاهش صداهای مزاحم - ،هماهنگی کامل با محیط و روشهای سیستماتیک و کامل شده ساخت،برای سازههای پایدار تعریف میشود.
ساخت و ساز پایدار در بردارنده همه عمر سازه ها است و کیفیت محیطی، کارآیی و ارزش آینده را نیز مورد توجه قرار میدهد. ساخت و ساز پایدار تکامل اندیشمندانه معماری با منابع مهندسی سازه، مکانیکی و الکتریکی است.علاوه بر بیان نگرانیها درباره زیباشناسی سنتی حجم فضا، جهت یابی و تعیین موقعیت، مقیاس اندازهها، بافت سایه و نور، تیم طراحی امکانات نیاز دارد تا به هزینههای دراز مدت محیطی، اقتصادی و انسانی نیز توجه کند. سازهها به کیفیت زندگی ما کمک میکنند.
تغییراتی در محیط اطراف وجود دارد که طرح سازه را احاطه کرده و روش کامل دیگری را پیش رو میگذارد. از آنجائیکه پایداری به طور فزایندهای بر روی زندگی اشخاص حقیقی و حقوقی و جامعه گستردهتر،اثر میگذارد، موقعیتهای تفکر مسئول و کلی گرا را نیز افزایش داده است. چهار هدف اصلی برای کاربرد علم تقلید از طبیعت برای پایداری ساختمانی وجود دارد: کارآیی مستقیم انرژی و منابع،حذف و محدود کردن مواد خطرناک،استفاده مواد زیستی و قابل تجدید و کارآیی افزایش یافته مصالح و سازهها.
مصالح طبیعی
مصالح ساختمانی باید پاسخگوی کارآیی مطلوب، پس از نصب و هم در طول زمان مصرف باشند. عمر خدمت رسانی ممکن است همه عمر سازه باشد یا در مواردی مثل رنگ فقط برای سال های کمی قبل از بازسازی باشد. اگرچه دوام یا عمر مفید یک ماده در محل به ترکیب مشخص عوامل محیطی که ماده تابع آن باشد، مربوط میشود بنابراین دوام یا عمر سرویس دهی باید همیشه به شرایط خواسته شده مشخص مربوط شود.دیدگاه نوین نسبت به انرژی در ساختمانو خصوصاً در ابنیهی مسکونی منحصر به مصرف سوخت برای گرمایش و سرمایش نیست.
در این دیدگاه تمامی موارد مصرف انرژی که به انحاء گوناگون در طراحی، ساخت و ساز و بهره برداری از
ساختمان دخالت دارد، مورد توجه قرار میگیرد.انرژی مصرف - یا متراکم - در مصالح، حمل و نقل، فناوری و تولید، بازیابی و اتلاف، سازش با محیط، عادات و هنجارهای فردی و اجتماعی، زیبایی و سلیقه و بالاخره الگوی زندگی- بویژه د رمسکن گزینی- نقش اساسی و بسیار مهم در اقتصاد ملی ایفا میکند .[5] بیشتر مصالح ساختمانی طبیعت فیزیکی و شیمیایی پیچیدهای دارند.
طبیعت شیمیایی مصالح به ندرت برای کاربر یا فرد تعیین کننده با معنی است. زیرا آنها ارتباط نزدیک مصالح را نمیفهمند. اگرچه طبیعت شیمیایی آنها واکنش دهی یک ماده با سایر مواد و بعضی المانهای محیط را مشخص میکند. به عنوان مثال، ترکیبات آلی فرار توسط بعضی از مواد منتشر میشود و روی کیفیت فضای داخل تأثیر میگذارد.
طراحی به یک شناخت از شیمی نیاز دارد تا تفاوتهای اساسی در گونها و انواع مصالح را احساس کند. مخصوصاً قابل توجه است که تغییرات کوچک در ترکیب - حتی محدود کردن بعضی مواد مانند آنچه در آلیاژهای آهن است - میتواند اثر عمیقی روی خواص منتج داشته باشد. مثلاً، اثر اشعه ماوراء بنفش روی مواد آلی زمانی درک میشود که بدانیم مولکولهای آلی قیدهایی دارند که میتواند بشکند و تغییرات دیگری را تحت عمل اشعه خورشیدی القا کند. این امر در فلزات یا مصالح سیمانی اتفاق نمیافتد.
در طرح سازهها معمول است که یک ماده را بر حسب واحد کاربری در کل سازه، چه تیر باشد، چه ستون یا دال، مورد توجه قرار میدهند. خواص مهندسی بر حسب توده مصالح، داده میشود، با این فرض که در مقیاس مورد توجه د رطرح، مصالح همگن و همسان هستند. این روش تفکر درباره مصالح، درک درستی از رفتار مصالح نمیدهد چون در این مقیاس عوامل مشخص کننده پاسخ مصالح درک نمی شوند. این مانند بررسی یک پل فلزی در برابر بار وارده است بدون اینکه توانایی آنالیز تنشها در هر یک از اعضا وجود داشته باشد.
پل ممکن است بار مشخصی را حمل کند،در صورتی که یک عضو که بیش از حد بارگذاری شود، دچار شکست شود. در دنیای صنعتی،»تبدیل مجدد به ماده« به بازیافت شیمیایی اشاره دارد که به ارزش مصالح میافزاید و به آنها اجازه میدهد که بارها و بارها با کیفیت بالا تولید شوند. این رویه یک استراتژی طراحی پیشنهاد میکند که هدف آن بیشتر کردن اثرات مثبت مصاح و انرژی و شرکت در چرخههای فراوانِ جریان مواد در زمین است.نایلون یک مثال خوب از »تبدیل مجدد به ماده« است.
این پلیمر بسیار پر مصرف میتواند به صورت شیمیایی بازیافت شود و ماده خام کاپرولاکتوم را بدهد، که میتوان از آن برای تهیه الیاف با کیفیت بالا د رطی چرخههای بسیار زیاد استفاده کرد. این رویه واقعاً ضایعات را کاهش میدهد. اینکه همه مصالح تحمل کننده بار د رطبیعت ترکیب الیافی از چند یا یک نوع هستند، یک حقیقت هستی است. استفاده از الیاف برای درست کردن مصالح ساختمانی مجال و انعطاف پذیری زیادی را در طرح ایجاد میکند، اما کمی هم مشکل ساز میشوند.
یک مشکل اصلی الیاف این است که آنها وقتی بارهای کششی خالص را تحمل میکنند بسیار کارا هستند؛چه به صورت سازههایی از نوع خودشان - طناب، کابل، تاندون، نخهای ابریشمی، تار عنکبوت - چه به صورت مسلح سازی در مصالح ترکیبی که در سازههای پوستهای در کشش دو محوره استفاده میشود. این مشکل برای هر دو نوع ترکیبات ساخت بشر و ترکیبات زیستی وجود دارد، چهار راه حل برای این مشکل در طبیعت موجود است: پیش تنیده کردن الیاف در کشش به طوری که به ندرت فشاری بیشتر از آن در طول عمر خود تحمل کند، اتصال فاز معدنی با مدول بالا به صورت نزدیک به الیاف برای کمک در تحمل فشار، اتصال شبکهای قوی الیاف برای افزایش پایداری جانبی، و تغییر دادن جهت الیاف به طوری که بارهای فشاری در طول الیاف اثر نکنند.
یک جنبه مهم سیستم الیافی این است که آنها فرصتهای بیشتری برای افزودن کارآیی ایجاد میکنند زیرا خط جدایی واضحی بین مصالح و سازه وجود ندارد. تجربه با مصالح سنتی در طول سالیان، اجازه پیش گویی کارایی مصالح مشابه تحت شرایط مشابه را میدهد. چنین آزمونهایی به این سؤال که چگونه مصالح این واکنشها را نشان میدهند پاسخ میدهد ولی غالباً به چرایی این واکنشها پاسخ نمیدهد.
وقتی مصالح جدید در حال توسعه است یا مورد توجه قرار میگیرد، و یا وقتی مصالح سنتی در موقعیت آزمایش نشده قرار میگیرند، توانایی پیشگویی به شدت محدود میشوند، مگر اینکه »چرایی« تجربه قبلی مشخص باشد و بنا برآن عوامل پایهای تعیین کننده درک شده باشد. این کار پایه آزمودن قضاوت در طرح است که خود ترکیبی از تجربه و آنالیز است.چنین روشی در توسعه و تفسیر روشهای جدیدی که برای افزایش کارآیی مصالح جدید طرح شده نیز ضروری است.
درک کاملی از خواصب مصالح، رویه درگیر در عملکرد متقابل مصالح و محیط و عوامل محیطی که تحت تأثیر آنها قرار میگیرد و برای پیش گوئی دقیق کار لازم است. گزینش محتاطانه از مصالح ساختمانی پایدار، ساده ترین راه برای معماران برای شروع ترکیب اصول طراحی پایدار در ساختمانها است. مصالح طبیعی عمدتاً سطح پایینتری از انرژی و سمیّتر را نسبت به مصالح ساخت بشر در خود دارند. آنها عمل آوری کمتری نیاز دارند و کمتر به محیط زیست آسیب میرسانند. زمانی که مصالح طبیعی با انرژی توده کمتر به شکل مصالح ساختمانی به هم میپیوندند، حاصل پایدار خواهد بود.
پوشش ساختمان
پوششهای ساختمان شامل همه اجزای ساختمانی میشود که داخل و خارج را از هم جدا میکنند. پوشش ساختمان شامل دیوارهای خارجی، سقف، کف، پنجرهها و درها است. علاوه بر دادن ظاهر دلخواه به دیوارها، پوششها باید در برابر نیروهایی که در معرض آنها قرار میگیرند مقاومت کنند و باید فضای محصور داخل را در برابر آب و هوای محلی محافظت کنند. همچنین به عنوان معتدل کننده آب وهوا رفتار میکند. طراحی برای دیوارهای خارجی ساختمان، به ندرت به صورت منطقی و سیستماتیک صورت میگیرد. این کار به صورت تدریجی همگام با تغییرات اجتماعی و اقتصادی طرحها و نیازهای محیطی تکامل مییابد.
با معماری پویا و مصالح جدید فراوان، اجزا و تکنیکهای ساخت موجود، تعداد زیادی از طرحها ممکن شده است متأسفانه تعدادی از آنها بدون توجهات کافی پذیرفته شدهاند و ارزیابی با آزمونهای کند با استفاده از روشهای گذشته دیگر کافی نیست. سیستمی که قسمتهایی از جدارههای پوسته خارجی را تشکیل میدهد باید به گونهای طراحی شود که با یک مکانیسم غیرفعال، انرژی خورشیدی را در خود جمع آوری و ذخیره مینماید تا در زمان مناسب به فضای داخلی ساختمان منتقل گردد. - مانند فضای گلخانه -
امروزه با کمک دانش ساختمان، شخیص عوامل وابسته که روی کارآیی دیوارها تأثیر و آنالیز دارند دیوارها با روش معین مربوط به کارآیی محتمل آنها تناسب الزامات متغیر، ممکن شده است. با این توانایی فرد میتواند بین طرحهای گوناگون برای مصارف خاص تفاوت قائل شود و حتی مهم است که مأخذی برای توسعه طرحهای پیشرفته فراهم کند. در وهله اول مهم است که درک کنیم عملکرد نهایی یک دیوار خارجی یا سقف در هماهنگی با کفها، متعادل کردن اشعههای خورشیدی، حدود دما، رطوبت - بخار یا مایع - ، گرد و غبار و باد میباشد.
دیوار همچنین سد یا فیلتری برای سروصدا، آتش، مواد ریز، حشرات، حیوانات و حتی ورود ناخوانده انسانها است. دیوار ممکن است برای انتقال نور - پنجره - استفاده شود، در عین اینکه عموماً به اجبار به طور شایستهای به فرم و زیبایی شناختی ساختمان کمک میکند، و در نهایت باید نیازهای کم اهمیتتری را مثل رنگ، بافت و خلل و فرج را ارضا کند. همه اینها باید با هزینه عمر مفید قابل قبولی حاصل شود. تعیین محیط خارجی و بنا کردن محیط داخلی دلخواه اولین گام ضروری در طراحی دیوارهای خارجی است. تنها زمانی که این عوامل شناخته میشوند، این امکان هست که ملزومات کارآیی کلی یک دیوار جدا کننده ارزیابی شود.
در این مرحله به ناچار، بعضی از جنبههای کارهای ساختمانی درگیر هستند، بعضی مشخصههای محیط داخلی در سطوح مطلوبی توسط آنها هماهنگ میشود. مشخصات روشنائی روزِ قسمتهای شفاف دیوارها باید در ارتباط با روشنائی مورد توجه قرار گیرد و گرمایش و ملزومات خنک کنندگی باید طبیعتِ محافظت کننده دیوار در برابر اشعههای خورشیدی، گرما، رطوبت، و هوا در طول زمستان و تابستان را لحاظ کند. سایز
نیازهای محافظتی از قبیل آنهایی که مربوط به گرد و غبار و دود است ممکن است بر نیازهای مورد نظر در سرویس دهی نیز دلالت کند. تنظیم رطوبت نسبی داخل در اثر تراکم رطوبت در محیط داخل و طراحی دیوارهای خارجی برای شرایط هوای سرد، توجه ویژهای را میطلبد. دستیابی به دیوارهای بادوام، با انتخاب صحیح مصالح مناسب محیط، یا تعریف محیط برای تناسب با مصالح موجود یا ترکیب هر دو ممکن خواهد شد. اگرچه چنین تدبیری نیاز به درک مشخصات وابسته مصالح و عوارضی دارد که در دیوار اتفاق میافتد.
به بیان سادهتر دیوارهای با مصالح بنایی به 65 تا 100 میلیمتر و سقف به 200 تا 260 میلیمتر عایق بندی نیاز دارد، در حالیکه کفها نوعاً حدود 100 میلیمتر عایق بندی نیاز دارند. قوانین ساختمان روی عایق بندی تمرکز میکند، اما در مورد مقدار جرم حرارتی سازه بحثی ندارد. عایق بندی سطح بالا در ترکیب با جرم حرارتی نقش مهمی در کم کردن هزینههای بهره برداری و دمای داخلی مطلوب دارد.
سطوح اطراف یک اتاق، بسته به ششرایط دمایی، حرارت را جذب و یا در اتاق آزاد میکند. همچنین هدایت گرمایی، با چگالی افزایش مییابد، مصالح چگالتر،گرما را سریعتر هدایت میکنند. مصالح ساختمانی سنگین وزن مانند بلوکهای بتنی، آجر کاری یا سنگ میتواند مقادیر زیادی گرما جذب کند، مصالح سبک وزن مانند چوب، عایق یا صفحات گچی قادر به جذب حرارت زیادی نیستند.
تاثیرات محیطی
درک فزآیندهای از اینکه یک ساختمان نمیتواند بدون ملاحظه بر اثرات اجتماعی روی محیط خود ساخته شود، وجود دارد. در جنگ انسان با طبیعت که از انقلاب صنعتی شروع شد، انسان در یکه تازی پیروزمندانه خود در صحنههای نبرد، از حربههای کارآمدی بهره گرفت. نمونه آن استفاده از تولیدات شیمیایی جنگی است که طبیعت را دیوانه وار از بین میبرد. در این گونه جنگها، تیر خلاص به یکباره زده نمیشود، بلکه طبیعت، به صورت تدریجی از پا درمیآید
محیط میتواند به عنوان سرجمع تأثیرات تعدادی از عواملی که با ساختمان اثر متقابل دارند، از جمله دما، رطوبت، تابش خورشیدی و مواد خارجی تعریف شود. در حقیقت محیط با اجزای مصالح مختلف ساختمان، داخلی و خارجی، اثر متقابل دارد. اگرچه اینها میتواند به تنهایی اندازه گیری شود. و از لحاظ مقدار در برابر مقادیر پایه استاندارد ثبت شود، ولی مقصود از کارآیی مصالح، در درجه عملکرد متقابل آنها با مصالح دیگر نهفته است. مصالح به دما و تغییرات آن درداخل خود پاسخ میدهد.
این موضوع به خاطر تأخیر حرارتی و کسب یا از دست دادن گرمای تابش ممکن است از دمای هوای اطراف مصالح متفاوت باشد. ساختمانها سدی برابر عبور نور، هوا، صدا و انرژی بین محیط داخل و خارج هستند. آنها همچنین گذشت زمان را با مناظر و سایههای فراهم شده برای افراد داخل متداعی میکنند. تضاد بین محیط داخل و خارج در ساختمانها توسط پنجرهها پیوند می یابد. نیاز به پنجره به دلیل نیاز به نور طبیعی، جذابیت، و ارتباط با دنیای بیرون است. برای افرادی که در یک اداره کار میکنند، تضاد رنگ ایجاد میکند. محیط داخل ساختمان به محیط بیرون ساختمان توسط ورودیها - یا خروجیها - ، پنجرهها و دودکشها وابسته شده است. محیط داخل ساختمان به جنبههای بسیاری دارد.
یک سیستم پشتیبانی وجود دارد که توسط امکانات و مطلوبیتهای گوناگون ایجاد شده همراه با سیستمهای اطلاعات و ارتباطات برای کمک به اتصال بین گروههای کاری داخل و بیرون شکل گرفته است. یک محیط اجتماعی وجود دارد که توسط خود مردم شکل گرفته و یک محیط فیزیکی که توسط چیزهایی که میبینیم، میشنویم، لمس میکنیم، احساس میکنیم و میبوئیم شکل گرفته است
