به نام خدا
سازه در معماری
تالیف: ماریو سالوادوری- 1963 میلادی............................................. ترجمه: محمود گلابچی- 1374 شمسی
مباحثه و گفتگو بین معمار و مهندس در واقع غیر ممکن بنظر میرسد چرا که آنها فاقد زبانی مشترک هستند. از آنجا که این گفتگو ضروری است در ابتدا فرد مردد است ،که مهندس محاسب باید بیشتر به معمار نزدیک شود یا بلعکس. با اندکی دقت برای درک این موضوع میتوان دریافت که این معمار است که اساسا باید در رفع این مشکل تلاش کند ،معمار باید تیم ساختمان سازی را رهبری کند و مهندس محاسب فقط یکی از اعضای آن بشمار میرود. مسئولیت و نیز افتخار نصیب معمار میشود ،اما مهندس محاسب فقط باید خدمتی را انجام دهد ،حتی اگر آن خدمت نوآوری و ابتکار باشد.
پروفسور ماریو سالوادوری نویسنده کتاب سازه در معماری در ابتدا به اهمیت و نقش معمار اشاره کرده و او را رهبر تیم ساختمان سازی میداند .وی در ادامه اهداف سازه را هدف قرار داده و معتقد است هدف اصلی یک سازه محصور کردن و مشخص کردن یک فضاست هر چند گاهی یک سازه برای اتصال دو نقطه ساخته میشود ، مانند پل ها و آسانسورها و گاهی برای تحمل نیروهای طبیعی مانند سدها و دیوارهای حائل.
بارهای زنده و مرده از دیگر مباحثی است که ماریوسالوادوری در مورد آن بحث کرده او تعیین تاثیر بارها بر روی یک سازه را مسئله پیچیده ای میداندو میگوید :طبیعت بارها ، اساسا با توجه به: طراحی معماری ، جنس مصالح و موقعیت قرارگیری سازه تغییر میکند .
نیروی اجتناب ناپذیر وزن سازه و سنگینی کلیه بارهای ثابت و دائمی ساختمان تشکیل دهنده بار مرده ساختمان هستند.و سایر بارها غیر از بارهای مرده ساختمان را بار زنده می نامند. بارهای زنده شامل تمامی وزنهای منقول میباشد، انسان حیوانات ماشینها برف یخ و...
بارهای ناشی از تغییر درجه حرارت و نشست ساختمان .همه سازه ها در معرض تغیرات درجه حرارت قرار دارند تاثیرات تغییر ابعاد ناشی از انبساط و انقباظ حرارتی معمولا معادل تاثیرات بارهای بزرگ و بحرانی میباشد به ویژه که ممکن است به علت نامرئی بودن خطرناک نیز باشد.
الزامات سازه ای :پیشرفتهای اخیر درزمینه تولید مواد ،تکنیکهای اجرای ساختمان و روشهای محاسبه سازه ها آزادی های نوینی را در طراحی معماری بوجود آورده اند و دامنه آن را به طور قابل ملاحظه ای گسترش داده اند . این آزادیهای جدید ،سازه های مدرن را از تامین اصول اساسی ، و لازمی که همیشه پایه و اساس یک معماری خوب بوده اند، معاف نمیکند.
این اصول عبارتند از: تعادل ،پایداری ، مقاومت، عملکرد ، اقتصاد و زیبایی.
ماریو سالوادوری در فصلی از کتاب خود به وضعیت اساسی تنش اشاره کرده است.سازه ها هرگاه تحت تاثیر نیرو قرار بگیرند تغییر شکل میدهند ، اگرچه این تغییر شکل ها بندرت توسط چشم غیر مسلح دیده می شوند اما تنشهای متناظر آنها قابل اندازه گیری هستند. نوع و کیفیت تنشها میتواند کاملا پیچیده باشد با وجود این اغلب شامل بر دو وضعیت اساسی میباشند :کشش و فشار.
کشش وضعیتی از تنش است که در آن ذرات مواد تمایل به کشیدگی و جدایی دارند ذرات مواد کابل های فولادی که یک آسانسور را بالا و پایین میبرند بوسیله وزنه آسانسور کشیده میشوند .تحت کشش حاصل از وزن ،کابل ها طویلتر میشوند .افزایش طول از آثار و نتایج کشش میباشد .افزایش طول یک واحد طول را کرنش کششی می نامند . در صورتی که مصالح در محدوده رفتار ارتجاعی خود تحت تنش قرار گیرند ، افزایش طول کابل بستگی به سطح مقطع ،طول آن و مقدار بار وارده دارد . هرچه قطر کابل بزرگتر باشد ،افزایش طول واحد طول کابل کوچکتر خواهد بود در محدوده رفتار ارتجاعی خطی ،کرنش کششی نسبت مستقیم با بار وارد بر واحد سطح مقطع کابل دارد که به آن تنش کششی میگویند.
سالوادوری کشش ساده ، فشار ساده ، برش ساده ، خمش ساده ، را نیز برسی کرده و در باره سازه های کششی و فشاری و تیرها ،قابها و قوسها نیز مباحثی را بیان میکند .نعل درگاه یک تیر ساده است که به وسیله دو ستون نگهداری میشود و بار سقف را تحمل میکند .ستونها اعضای فشاری عمودی هستند که توسط نعل درگاه تحت فشارند ستونها نیز باید در برابر بعضی از بارهای افقی مانند نیروی باد مقاومت کنند.این مقاومت در ستونهای چوبی و فلزی بدلیل توان خمشی آنها در پایه های سنگی یا ساخته شده از مصالح بنایی به خاطر وزن آنهاست . اتصالاتی باید بین تیر و ستونها ایجاد شود تا اینکه باد سقف را از جای خود بلند نکند.
هر چه ساختمان عریض تر و بلندتر شود افزایش تعداد دهانه ها عملی تر محسوب میشود در این صورت سازه موجود به صورت قابی با اعضای مستطیل شکل در می اید که امکان ارتباط آزاد و راحت را در ساختمان فراهم میکند و قادر به تحمل بارهای افقی و عمودی میباشد . تعدادی از اینگونه قابها که به موازات هم قرار گرفته اند و توسط نیروهای افقی به هم متصل شده باشند، سازه های صندوقه ای را تشکیل میدهند که امروز در اکثر سازه های فولادی و بتنی به کار میروند. این قابهای سه بعدی به طور یکپارچه در مقابل کلیه بارهای افقی که از جهات مختلف وارد میشوند مقاومت میکنند ،زیرا ستونها در این سازه میتوانند عضوی از هر دو سیستم قاب که نسبت به هم عمودند ،در نظر گرفته شوند.
آسمانخراش یکی از پیشرفتهای بزرگ در طراحی سازه های جدید به شمار می آید که ساخت آن بوسیله قاب چند طبقه با استفاده از مقاومت زیاد بتن و فولاد میسر شده است. ساختمان امپراستیت در نیویورک که در سال 1930ساخته شد ، دارای 102طبقه و 320متر بلندی است.البته اگر برج 60متری که برای لنگر بالکن ها طراحی شده بود و آنتن تلویزیون 68 متری آن را در نظر نگیریم . ساختمان شرکت بیمه جان هنکاک در شیکاگو ،برجهای مرکز تجارت جهانی در نیویورک و برجهای سیزر در شیکاگو ساخته شدند و ارتفاع آنها بین 366 تا 422 متر است. این ساختمانها دارای سازه های فولادی یا قابهای با دهانه کم در قسمت بیرونی ساختمان هستند .این سازه ها اساسا مانند لوله های فولادی طره شده با مقطع مستطیل شکل عمل میکنند.ساختمانهای بلند لوله ای نیز با به کار گرفتن تعداد قابهای لوله ای شکل ساخته شده اند.
آسمانخراشهای بتنی نمیتوانند به بلندی آسمانخراشهای فولادی برسند،ولی تا ارتفاع بیش از 245 متر رسیده اند .بلندترین آسمانخراش بتنی تا سال 1986 ساختمان واتر تاور در شیکاگو به ارتفاع 273متر بود. این آسمانخراشها معمولا شامل قابهای خارجی و هسته مرکزی ساخته شده از دیوارهای بتنی هستند . سختی جانبی هسته مرکزی نسبت به سختی جانبی قابهای خارجی به اندازه ای زیاد است که مقاومت در برابر نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله در اکثر موارد بوسیله دیوارهای برشی هسته انجام میگیرد .(این دیوارها در برابر بارهای افقی مانند تیر های طره ای در خمش عمل میکنند. نام اشتباه آنها این معنی را میرساند که این دیوارها در برابر برش باد مقاومت میکنند ).
دیوارهای بتنی هسته مرکزی به علت سختی جانبی شان در ساختمانهای بلند با قابهای خارجی فلزی نیز بکار میروند . به این ترتیب مزایای ستونهای فولادی مقاوم در برابر بارهای صرفا عمودی با مزایای دیوارهای بتنی مقاوم در برابر بارهای جانبی ، ترکیب شده اند قاب فولادی هسته مرکزی یک ساختمان فولادی ممکن است با استفاده از عناصر مورب فولادی یا صفحات پیش ساخته بتنی که در دهانه قابها قرار گیرند نیز سخت گردد.
پروفسور سالوادوری در ادامه کتاب خود به قابهای جناغی و قوسهای اشاره میکند و در ادامه شبکه ها ورقهای تا شده خرپا ها را مورد برسی قرار داده و به سقف پرداخته.و بعد از توضیحاتی در مورد انواع سقف ها مینویسد در ایالات متحده کف ساختمانهای فولادی معمولا با ریختن دال بتن بر روی کف فولادی ساخته میشود کف فولادی بر روی تیر های فولادی قرار دارد و به عنوان قالب و نیز تقویت کششی دال بتنی عمل میکند.کف فولادی از ورق نازک گالوانیزه ساخته شده است و به علت مقطع موجدارش تیرهای یکطرفه در دال بتنی ایجاد میکند.سقفهایی نظیر دال وافل تیرچه بلوک و قابهای فضایی و خرپاهای تاکناکا نیز مورد بحث قرار گرفته و بعد از برسی غشا ها و گنبدهای مشبک و انواع گنبد های ژئودزیک گنبد شودلر و گنبد زایس و ...گسیختگی سازه ها را بیان کرده و میگوید:در آخرین تجزیه و تحلیل ،تمام گسیختگی های سازه ای ناشی از اشتباهات انسان هستند،یعنی ناشی از کمبود دانش یا قضاوت صحیح میباشند. اما به منظور دسته بندی میتوان دلایل گسیختگی را به طور کلی ناشی از عوامل زیر دانست:نقص طراحی، نقص ساخت و اجرا ، و یا نقص مصالح.
ماریو سالوادوری در دو فصل پایانی کتاب 370صفحه ای خود به زیباگرایی سازه ای و نتیجه گیری وحس شناخت ، شناخت کمی و کیفی پرداخته و درمورد زیبایی گرایی و درستی سازه ای میگوید: تحسین زیبایی بندرت احتیاج به درک رفتار سازه ای دارد.یک نمونه مشخص این عدم اهمیت ،تحسین عمومی از شکل سقفی است که به ندرت از نظر سازه ای درک میشود.شکل سهموی هذلولی وقتی بدرستی توسط تکیه گاهها تحمل گردد،بشکل زین اسبی مشخص میشودکه معمولا در طبیعت و هنر با آن روبرو میشویم.چه وقتی این سقف بصورت افقی و صحیح قرار گیرد و چه هنگامی که بصورت عمودی و نا درست قرار گرفته باشد، همواره پیام آن پیام زیبایی است.
ماریو سالوادوری در انتها کتاب خود را اینگونه به پایان میرساند:
در نظر مهندسین و معماران تردیدی وجود ندارد که تنها وقتی فرم های سازه ای مدرن بطور صحیح استفاده میشود که معمار درکی قوی از مسایل سازه ای داشته باشد . البته تحقق این امر مستلزم آن نیست که تمام معماران ریاضیدان باشند،بلکه ضروری است تمامی افرادی که میل دارند مقصود خود را در بنا از طریق اشکال سازه ای بیان کنند ابتدا استفاده از ابزار تجزیه و تحلیل کمی را بخوبی فرا گیرند .آنها بعدها تعجب خواهند کرد که چگونه شناخت حسی تربیت یافته آنها غالبا بدون بکارگیری مهارتهای ریاضی متعدد به راه حل های صحیح منجر میگردد.
رشته سازه بسرعت تحت فشار نیازهای در حال رشد جامعه پیشرفت میکند .مهندسین محاسب و معماران باید در جهت درک متقابل و همکاری پر ثمر هرچه بیشتر تلاش نمایند .باشد که با همکاری متخصص فنی و طراح هنری شکوه بیشتری برای معماری حاصل آید و به این ترتیب خدمات بزرگتری به بشریت صورت گیرد......
3/9/1393
مهندس خسرو زارع