بخشی از مقاله
معرفي طرح معماري و سيستم سازه اي شبکه خارجي (Exoskeleton) در برج بلند ١٤-O دبي
چکيده
در ميان مجموعه سازه هاي خليج دبي، برج بلند ١٤-O داراي ترکيب معماري بي همتايي است . اين برج ٢٢ طبقه داراي پوسته خارجي بتني و سوراخ داري مي باشد که با مشخصه ي محافظ بودن در برابر نور خورشيد و همچنين انتقال نور و هوا، چشم انداز زيبايي را براي ساکنين برج ايجاد کرده است . اين برج شامل ٢٧٩٠٠ متر مربع (٣٠٠٠٠٠ فوت مربع ) فضاي اداري مي باشد و در منطقه تجاري خليج دبي قرار گرفته است و منطقه اي معروف در اسکله تفريحي را به خود اختصاص داده است . ساخت اين برج بلند در فوريه سال ٢٠٠٧ آغاز گرديد و در بهار سال ٢٠١٠ اين برج به بهره برداري رسيد. نماي بي نظير به کار رفته در اين ساختمان ، ترکيب معماري نيرومندي را به همراه سيستم سازه اي به وجود آورده است . پوسته خارجي در اين برج ، داراي ١٣٢٦ بازشو مي باشد که با توزيعي تصادفي و در اندازه هاي مختلف در سرتاسر نماي خارجي ساختمان قرار گرفته است . ارتفاع کلي پوسته خارجي ١٠٥.٧ متر مي باشد و ضخامت آن از طبقه همکف تا تراز سومين طبقه ٦٠ سانتي متر و از تراز طبقه سوم تا طبقه بام ٤٠ سانتي متر مي باشد.
پوسته يک المان سازه اي اصلي است که نياز به همکاري نزديک بين مهندسي سازه و مهندسي معماري دارد تا نماي خارجي کاملي را به وجود آورد. اندازه ها و محل هاي بازشوها به دقت تناسب بندي شده است تا ديوار موثري براي انتقال بارهاي ثقلي و جانبي به پايه ساختمان فراهم آورد. نحوه قرارگيري و چيدمان بازشوها در پوسته خارجي، شبکه قطري مقاومي در برابر بارهاي ثقلي و جانبي ايجاد کرده است که اين نوع سيستم سازه اي به نام شبکه خارجي (Exoskeleton) معروف مي باشد. سيستم مقاوم جانبي در خطوط بيروني ساختمان دور از اسکلت اصلي ساختمان قرار گرفته است و همانند يک لوله کامل در پيرامون ساختمان عمل مي کند؛ از طرفي به کارگيري اين سيستم نوين ، سبب شده ستون ها در فاصله بين هسته و سيستم خارجي حذف شوند که از نظر معماري اثر مطلوبي داشته و باعث انعطاف پذيري طبقات مي شود.
تمرکز اين مقاله بر روي طرح معماري، روش ساخت و طراحي سازه اي برج ١٤-O مي باشد. همچنين شرح سيستم سازه اي شبکه خارجي (Exoskeleton) و چگونگي اتصالات آن به سازه داخلي به طور جامع بررسي مي گردد.
واژه هاي کليدي: برج ١٤-O دبي، طرح معماري، سيستم سازه اي، شبکه خارجي (Exoskeleton)، بتن آرمه
مقدمه
از ديدگاه مهندسي سازه ، ساختمان بلند ساختماني است که سيستم سازه اي آن به نحوي مشخص گردد که علاوه بر مقاومت کافي در مقابل نيروهاي جانبي از قبيل باد و زلزله و تغييرمکان جانبي، داراي توجيه اقتصادي نيز باشد. در طول قرون گذشته ، سيستم هاي متعددي براي سازه هاي بلند طراحي و بر مبناي آن ها ساختمان هاي متعددي اجرا شده اند. با توجه به اهميت و ارتباط خصوصيات معماري با سيستم سازه اي در ايفاي عملکرد لرزه اي مطلوب ساختمان ، انتخاب طرح معماري و سيستم سازه اي سازگار با آن در ساختمان هاي بلند اهميت ويژه اي دارد [١]. به طور کلي رفتار ساختمان ها در طول زلزله به شکل ، اندازه و فرم کلي و همچنين نحوه انتقال نيروهاي لرزه اي به زمين بستگي دارد. با توجه به مطالعه انجام گرفته بر روي آسيب پذيري ساختمان ها با فرم هاي متفاوت در پلان و ارتفاع ، مشخص مي شود که هر چه پيکربندي سازه ، ساده تر و متقارن تر باشد؛ در اثر زلزله عملکرد مطلوب تري داشته و در نتيجه آسيب پذيري کمتري خواهد داشت [٢].
در مرحله طراحي ، مهندسين معمار و سازه براي اجتناب از عملکرد نامطلوب و ايجاد يک پيکربندي مناسب براي ساختمان ، بايد همکاري تنگاتنگي داشته باشند. تمايل به خلق يک سازه مناسب از لحاظ زيبايي و عملکردي، معماران را به سمت طراحي سازه هاي جالب و مبتکرانه هدايت مي کند. بعضي اوقات شکل ساختمان توجه بازديد کننده را جلب مي کند و در بعضي مواقع سيستم سازه اي جلب توجه مي نمايد؛ اما در ساختمان هاي نوين هم فرم و هم سيستم سازه اي در تحسين بر انگيز بودن ساختمان نقش دارند. با اين وجود، هر کدام از موارد فوق در عملکرد سازه اي نقش مهمي را ايفا مي نمايند [٣].
امروزه ساختمان هاي بلند جايگاه ويژه اي پيدا کرده اند و براي موفقيت يک سازه بلند، بايد از سيستم هاي سازه اي و مصالح متناسب با ارتفاع و شکل آن سازه استفاده شود. با نفوذ مصالح بتن آرمه در ساخت و ساز، استفاده از آن در سازه هاي بلند مرتبه به طور وسيعي گسترش يافته است ؛ اگرچه تا قبل از جنگ جهاني اول بيشتر ساختمان هاي بلند داراي اسکلت فولادي بودند و تنها فونداسيون ها و دال هاي کف آنها بتني بوده ؛ اما بعد از جنگ جهاني اول ساختمان هاي بلند مرتبه بتن آرمه به صورت پراکنده به وجود آمدند. در ابتدا سيستم هاي سازه اي در ساختمان هاي بتن آرمه به تقليد از سازه هاي فولادي گسترش يافتند و شامل ستون ها، شاه تيرها، تيرها و دال ها بودند. به مرور زمان يک انقلاب عظيم در ساختمان 3 هاي بتن آرمه در حال شکل گيري بود و سيستم هاي نويني همچون سيستم هاي لوله اي ١، لوله هاي مهاربندي شده ٢، لوله هاي دسته شده ، سيستم هاي شبکه اي ٤ و شبکه خارجي ٥ تحولي در ساختمان هاي بلند هم از نظر معماري و هم از نظر سازه اي به وجود آورده است [٤].
در اين مقاله علاوه بر معرفي برج بلند ١٤-O دبي، طرح معماري، روش ساخت و طراحي سازه اي آن بيان گرديده است . همچنين شرح سيستم سازه اي نوين شبکه خارجي، چگونگي اتصالات آن به سازه داخلي و اثرات مطلوب آن بر روي معماري برج به طور جامع بررسي مي گردد.
معرفي برج ١٤-O دبي
برج ١٤-O در خليج تجاري دبي واقع شده و يک برج اداري با ٢٢ طبقه و مساحت کل ٢٧٩٠٠ متر مربع (٣٠٠٠٠٠ فوت مربع ) مي باشد. در نماي خارجي اين برج ١٣٢٦ بازشو وجود دارد که بازشوها به طور تصادفي و با سايز هاي مختلف در سرتاسر نماي خارجي ساختمان قرار گرفته اند (شکل ١). ساخت اين برج بلند در فوريه سال ٢٠٠٧ آغاز گرديد و سازه ي آن که به صورت بتن آرمه مي باشد؛ در ماه مي سال ٢٠٠٩ کامل شد و ساختمان تا بالا پيش رفت . سرانجام اين برج در بهار سال ٢٠١٠ بهره برداري شد. برج ١٤-O دبي با طراحي نوين ، تحولي در سازه و معماري ايجاد کرده است . نحوه قرارگيري و چيدمان بازشوها در نماي خارجي اين برج که يک پوسته ي بتن آرمه است ؛ شبکه قطري مقاومي در برابر بارهاي ثقلي و جانبي ايجاد کرده که اين نوع سيستم سازه اي به نام شبکه خارجي سوراخدار٦ معروف مي باشد. اين سيستم در خطوط بيروني ساختمان و دور از اسکلت اصلي آن قرار گرفته است که همانند يک لوله کامل در پيرامون ساختمان عمل مي کند [٥].
شکل ١- نماي برج ١٤-O دبي [٥]
طرح معماري برج ١٤-O دبي
طراحي معماري برج ١٤-O دبي توسط آقاي جسي ريزر٧ و خانم ناناکو آمه موتو٨ (معماري RUR واقع در کشور نيويورک) انجام شد. معماران اين برج به دنبال طرح نويني بوده اند که توجه بازديد کننده را به خود جلب نمايد. به علاوه برج ١٤-O دبي رقابتي با ساير ساختمان هاي بلند واقع در کشور دبي است . در اين بخش پلان هاي معماري و نکات مطرح شده در طرح معماري اين برج بررسي مي گردد.
١- پلان برج ١٤-O دبي
با توجه به آن که ساختمان ١٤-O دبي، يک ساختمان بلند مي باشد و نيروهاي لرزه اي در طراحي آن تاثير بسياري دارد؛ طراحان برج از همان ابتدا به دنبال کاهش نيروهاي لرزه اي بر روي ساختمان بوده اند. از آن جايي که رفتار ساختمان ها در طول زلزله به شکل ، اندازه و فرم کلي ساختمان وابسته مي باشد؛ هر چه پلان متقارن تر در نظر گرفته شود؛ ساختمان در اثر زلزله عملکرد مطلوب تري خواهد داشت . در نتيجه پلان برج به صورت يک مستطيل با گوشه هاي خم شده و اضلاع مقعر طراحي شده است . اين پلان علاوه بر آن که داراي تقارن است ؛ نماي بي نظيري به برج مي دهد.
با توجه به کاربري اين ساختمان که اداري است ؛ به حداکثر فضاي مفيد و فضاهايي همچون دفاتر اداري، اتاق جلسات و ... احتياج مي باشد؛ به همين علت بخش هاي مختلف ساختمان به منظور استفاده از فضاي کنج ها و گوشه هاي برج ، طبق برنامه ريزي از پيش تعيين شده ؛ طراحي مي شوند. در شکل ٢ نمونه اي از پلان طبقات به همراه کاربري قسمت هاي مختلف آن نشان داده شده است . در طرح معماري اين برج يک هسته مرکزي مستطيل شکل در نظر گرفته شده است که شامل فضاهايي همچون راه پله ها، ٤ آسانسور، سرويس هاي بهداشتي، قسمت هاي تاسيساتي و داکت ها مي باشد (شکل ٣) [٦].
شکل ٣- پلان هسته ي مرکزي برج ١٤-O دبي [٦]
به طور معمول در ساختمان هاي بلند در طبقات پايين فضايي عمومي و بالکن مانندي ٩ به ارتفاع چند طبقه در نظر گرفته مي شود که به عنوان فضاي دسترسي در بين قسمت هاي مختلف برج به کار مي رود. در اين ساختمان نيز بالکني به ارتفاع ٣ طبقه در قسمت پايين برج منظور شده است که داراي رستوران و ساير امکانات رفاهي و تفريحي مي باشد. نکته ي مهم در طراحي چنين فضايي، وجود راهروهاي ارتباطي بين قسمت اصلي برج و بالکن آن مي باشد. به همين منظور طراحان از پنج پل اتصال دهنده به عنوان راهروهاي ارتباطي استفاده کرده اند. اين پل ها از ميان بازشوهاي ديواره ي برج عبور مي کنند و سازه ي آنها به صورت دال هاي بتن آرمه اجرا شده است (شکل ٤) [٥]. موقعيت برج ١٤-O دبي به گونه اي است که قسمت جنوبي آن به طور مستقيم در مسير خيابان قرار گرفته است ؛ در نتيجه بالکن طبقات پايني برج در سه سمت آن (به استثناي قسمت جنوبي) در نظر گرفته شده است . در شکل ٥ نماي ايزومتريک طبقات پايين برج به همراه موقعيت قرارگيري پل هاي ارتباطي و همچنين کاربري قسمت هاي مختلف نشان داده شده است .
شکل ٤- پل اتصال دهنده بين فضاي عمومي در قسمت پايين برج و فضاي اصلي برج ١٤-O دبي [٥]
٢- نماي خارجي برج ١٤-O دبي
نماي خارجي برج ١٤-O دبي همانند يک پوسته بتني سوراخدار طراحي شده است و داراي بازشوهاي بي شماري مي باشد. اين بازشوها به طور پيوسته تغيير مي کنند و داراي هندسه منظمي نيستند (شکل ٦). البته اين روزنه ها به صورت واضح و با مقياس مناسب به کار رفته اند و الگوي طراحي آنها، مطابق با ايجاد تغييرات مناسب در ديد ناظر و همچنين تامين نور کافي و ... بوده است [٥]. به طور کلي معماران اين برج با در نظر گرفتن موارد بسياري چنين نمايي را براي برج انتخاب نموده اند از جمله :
١. شرايط اقليمي منطقه ي دبي که منطقه اي با آب و هواي گرم و شرجي مي باشد. همين امر سبب شده استفاده از روزنه ها در نماي خارجي برج به ذهن مهندسين طراح خطور کند. اين روزنه ها باعث کوران باد و سيرکولاسيون هوا شده و در خنک سازي ساختمان بسيار موثر است .
٢. کاهش مصرف مصالح و در نتيجه کاهش هزينه هاي ساخت
٣. کاهش مصرف انرژي
٤. تامين نور کافي
٥. ايجاد چشم اندازي مناسب از دورن برج براي ساکنين
٦. استفاده از يک پوسته ي خارجي به عنوان لايه اي محافظ در برابر نور خورشيد
٧. کاهش يکنواختي در نماي برج به منظور جلب توجه بازديدکنندگان و در عين حال حفظ عظمت و بلندي آن به عنوان يک برج بلند
شکل ٦- پوسته خارجي برج ١٤-O دبي [٥]
به طور کلي در نماي خارجي اين برج ، ١٣٢٦ بازشو در اندازه هاي مختلف به کار رفته است که با چيدماني تصادفي و پراکنده شکل گرفته اند.
چيدمان بازشو ها در نماي خارجي برج همانند يک شبکه ١٠ سازماندهي شده مي باشد. از طرفي پوسته بتن آرمه در نماي برج ، يک سيستم سازه اي کارآمد و موثر را به نام شبکه خارجي توليد کرده که اين سيستم نخستين سيستم مقاوم جانبي و قائم است که اجازه داده دال ها بدون ستون در فاصله بين هسته و سيستم خارجي اجرا شوند. به کارگيري اين سيستم سازه اي در ساختمان ها، از نظر معماري اثر مطلوبي داشته و باعث انعطاف پذيري طبقات مي شود؛ در نتيجه مالکين برج مي توانند در آينده بر اساس نياز فردي خود، فضاي داخلي طبقات را سازماندهي کنند. از طرفي با حذف ستون ها، معماري بسيار مناسبي براي فضاي داخلي ساختمان ايجاد شده است (شکل ٧).
اندازه ها و مکان هاي بازشوها از چندين آناليز مکرر حاصل شده که شامل تغيير در اندازه ي بازشوها و محل آنها بوده است . در هر مرحله از آناليز، اندازه ي بازشوها به دقت تناسب بندي شده اند تا ديوار موثري براي انتقال بارهاي ثقلي و جانبي به پايه ساختمان فراهم آيد. علاوه بر مسائل سازه اي، مواردي همچون ايجاد ديدي مناسب براي ساکنين برج در تعيين اندازه بازشوها تاثير گذار بوده است .
در طراحي ديواره ي خارجي، بازشوها به پنج دسته مختلف بر اساس سايز آنها، طبقه بندي شده اند. قطر بزرگترين بازشو ٨.٣٠ متر (٢٧ فوت و ٣ اينچ ) است که در امتداد ارتفاع دو طبقه گسترش يافته است و قطر کوچکترين بازشو ١.٤٠ متر (٤ فوت و ٧ اينچ ) مي باشد. نسبت فضاي خالي که توسط بازشوها ايجاد شده است تقريبا برابر با ٤٥ درصد کل سطح پوسته خارجي است [٥]. هر چهار نماي برج ١٤-O دبي در شکل ٨ نشان داده شده است .
