درک سیستم‌های نما در فناوری مدرن ساختمان
مقدمه
در دنیای در حال تحول معماری، «سیستم‌های نما» (Façade Systems) نقشی اساسی در تعریف زیبایی‌شناسی، کارایی و بهره‌وری محیطی ساختمان‌ها ایفا می‌کنند. این مقاله با الهام از کتاب «طراحی اجرایی سیستم‌های نما» نوشته I. Paoletti و M. Nastri، به بررسی جامعیت ترکیب و پیشرفت‌های فناوری سیستم‌های نما می‌پردازد.
تعریف تیپ‌شناختی عملکردی و اجرایی سیستم‌های نما
سیستم‌های نما، دیوارهای خارجی سبک و پیش‌ساخته‌ای هستند که پوسته بیرونی ساختمان را تشکیل می‌دهند. این سیستم‌ها به عنوان «پوسته‌های عمودی غیر باربر» (Envelope Systems) طراحی شده‌اند که از مصالحی مانند فلز، چوب یا پلاستیک ساخته می‌شوند. کارکردهای اصلی آنها شامل «تحدید و محافظت» (Delimitation and Protection) از فضاهای داخلی و در عین حال تنظیم عوامل محیطی مانند تابش حرارتی، نور طبیعی و تهویه است.
نکات کلیدی:
- سیستم‌های پوسته (Envelope Systems):
- مفهومی به عنوان دیوارهای خارجی پیش‌ساخته سبک که در محل مونتاژ می‌شوند.
- شامل پوسته‌های عمودی غیر باربر ساخته شده از مصالحی مانند فلز، چوب یا پلاستیک است که به سازه‌های اصلی باربر ساختمان متصل می‌شوند.
- عملکردها:
- تحدید و محافظت از فضاهای داخلی
- کنترل تابش حرارتی، نور طبیعی و تهویه
- مقاومت در برابر تنش‌های مکانیکی، حرارتی، رطوبتی، باد و صوتی
- اجزا و طراحی:
- شامل قاب‌های سازه‌ای از عناصر عمودی و افقی که از طریق وسایل اتصال به سازه‌های اصلی متصل می‌شوند.
- از تولید ماژولار برای پیش‌ساخته‌سازی و مونتاژ در محل استفاده می‌کنند.
- هدف آنها جداسازی فضای داخلی از محیط خارجی با استفاده از دیوارهای غیر باربر است.
- سیستم‌های نمای معاصر:
- به عنوان کرتین وال (Curtain Walls) تکامل یافته‌اند، که غیر باربر هستند و از شیشه یا سایر پنل‌هایی که به یک قاب نگهدارنده متصل شده‌اند، ساخته می‌شوند.
- با در نظر گرفتن مقاومت در برابر آب‌وهوا، ایمنی و کنترل محیطی بدون کمک به استحکام سازه‌ای ساختمان.
نمونه‌ای از سیستم‌های نما به عنوان واحدهای محصورکننده خارجی (معماران ماریو کوچی‌نلا، SIEEB، پکن)
اجرای تولید و اتصال سیستم‌های نما
معماری مدرن از انواع مختلف سیستم‌های نما استفاده می‌کند که هر کدام متناسب با الزامات خاص سازه‌ای و محیطی طراحی شده‌اند. این موارد شامل «کرتین وال‌ها» (Curtain Walls)، «کرتین وال‌های سلولی» (Cellular Curtain Walls)، «کرتین‌وال با پوسته دولایه» (Double Skin Curtain Walls)، «کرتین وال سازه‌ای» (Structural Curtain Walls) و موارد دیگر می‌شود.
نکات کلیدی:
- انواع سیستم‌های نما:
- کرتین وال (Curtain Walls)، کرتین وال سلولی، کرتین وال با پوسته دولایه، کرتین وال سازه‌ای، کرتین وال معلق و کرتین وال با اتصال نقطه‌ای
- استفاده از هر دو نوع عناصر شفاف ثابت و بازشو به همراه اسپندرال مات
- ملاحظات سازه‌ای:
- سیستم‌های نمای طراحی‌شده برای تحمل بارهای استاتیکی و دینامیکی، مانند فشار باد
- قابلیت انطباق با حرکات ناشی از نشست‌های تفاضلی و انبساط و انقباض حرارتی
- الزامات عملکردی:
- مقاومت حرارتی برای جلوگیری از هدایت گرما و اجتناب از پل‌های حرارتی
- خواص رطوبتی برای مدیریت رطوبت و تغییرات رطوبت نسبی
- استحکام سازه‌ای برای پشتیبانی و تثبیت عناصر پوسته
معماران ماریو کوچی‌نلا، CSET (مرکز فناوری‌های انرژی پایدار)، نینگبو (چین). عملکرد «مکانیزم‌های محیطی» (Environmental Mechanisms) (فرآیندهای گرمایش): این سیستم ترکیبی از هوای خارجی ورودی به برج و هوای خروجی از مجاری زمین‌گرمایی است.
معماران ماریو کوچی‌نلا، CSET (مرکز فناوری‌های انرژی پایدار)، نینگبو (چین). عملکرد «مکانیزم‌های محیطی» (Environmental Mechanisms) (فرآیندهای سرمایش): «سیستم یکپارچه» (Integrated System) سرمایش مکانیکی هوای ورودی به اتاق‌ها را تأمین می‌کند.
- استراتژی‌های طراحی:
- ماژولار بودن برای قابلیت تعویض و استانداردسازی
- انعطاف‌پذیری برای تطبیق‌پذیری و قابل تبدیل بودن اجزا
- استفاده از مصالح با عملکرد بالا و تکنیک‌های مونتاژ نوآورانه برای بهینه‌سازی سازه‌ای و محیطی
ماکسیمیلیانو فوکساس، مای زیل، فرانکفورت، به نمایش گذاشتن مفهوم شفافیت و عدم مادی‌گرایی در طراحی نما.
تجزیه و تحلیل دقیق اجزای سیستم نما
سیستم‌های نما از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام به استحکام و عملکرد کلی سیستم کمک می‌کنند. «ساخت و ساز لایه‌ای» (Layered Construction) لایه‌های عملکردی و متریالی را برای رسیدن به استانداردهای عملکرد خاص ادغام می‌کند.
ترکیب لایه‌ای و ماژولار بودن
ساخت و ساز لایه‌ای
- ادغام لایه‌های عملکردی و متریالی برای رسیدن به استانداردهای عملکرد: این فرآیند شامل ترکیب لایه‌های مختلف با عملکردها و مصالح گوناگون برای دستیابی به الزامات عملکردی خاص مانند عایق‌بندی حرارتی، کنترل نور، تهویه و مقاومت در برابر عوامل محیطی است. این امر، با در نظر گرفتن الزامات عملکردی و ترجمه آنها به راه‌حل‌های فنی و مصالح مناسب، به منظور دستیابی به کارایی و تطبیق‌پذیری مطلوب در طراحی و ساخت سیستم‌های نما انجام می‌شود.
کریستوف اینگهوفن و یورگن اووردیك، بانک در اشتات‌اسپاركاسه، دوسلدورف. بررسی «سیستم‌های پوسته» (Envelope Systems) مرتبط با نیاز به مهار مصرف انرژی و کاهش آلاینده‌ها، و همچنین برقراری راه‌حل‌هایی برای ایجاد تعادل بین شرایط آب و هوایی و آسایش در فضاهای ساخته‌شده. ترکیب «اجزای نما» (Façade Components) به صورت «پرده‌های اسمزی» (Osmotic Screens) با هدف:(۱) «تله‌گیری جریان‌های همرفتی» (Capture of Convective Flows) از طریق «لوورها» (Louvers) و «تهویه طبیعی غیرفعال» (Passive Natural Ventilation) فضاهای داخلی؛ (۲) «خارج کردن هوای داخلی» (Expulsion of Internal Air) مطابق با «دفlectorهای با هندسه آیرودینامیکی» (Aerodynamic Geometry Deflectors).
- تبدیل ملزومات به بسته‌های فناورانه برای ساخت‌و‌ساز: این فرآیند شامل تبدیل الزامات عملکردی و طراحی به راه‌حل‌های فنی و مصالحی خاص است که می‌توان آنها را به طور کارآمد در فرآیند ساخت و ساز اجرا کرد. این امر با استفاده از ابزارها و روش‌های طراحی، مانند شبیه‌سازی و مدل‌سازی، برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم نما و کاهش هزینه‌ها انجام می‌شود.
ماژولار بودن
- طراحی بر اساس عناصر فنی قابل تعویض: سیستم‌های نمای ماژولار از اجزای پیش‌ساخته استاندارد تشکیل شده‌اند که می‌توان آنها را به راحتی در محل مونتاژ و جایگزین کرد. این امر انعطاف‌پذیری و قابلیت تعمیر و نگهداری آسان را برای سیستم نما فراهم می‌کند و به طور کلی، فرآیند طراحی و ساخت را ساده‌تر و کارآمدتر می‌کند.
- استانداردسازی و هماهنگی ماژولار برای ابعاد ثابت و سازگاری با بازار: استفاده از ابعاد استاندارد برای اجزای ماژولار، سازگاری و هماهنگی بین آنها را تضمین می‌کند و به نوبه خود، فرآیند تولید و مونتاژ را ساده‌تر و کارآمدتر می‌کند. این امر همچنین به ایجاد تنوع در محصولات و ارائه گزینه‌های مختلف طراحی برای معماران و سازندگان کمک می‌کند.
سیستم انرژی: «واسطه‌های تعامل، میانجی‌گری و تبادل با عملکردهای اقلیمی» به شکل «پیچیدگی (Elaboration) تخصصی و تنظیم‌شده پوسته» نسبت به «تنظیم دقیق دستگاه‌های ارگانیک» یکپارچه با «تنش‌های خارجی» و «تجهیزات مهندسی تأسیسات» پوسته ساختمان (Envelope) به گونه‌ای خاص طراحی و تنظیم شده است تا با دستگاه‌های ارگانیک (احتمالا منظور تجهیزات تهویه مطبوع و کنترل انرژی) یکپارچه عمل کند. این پوسته با عوامل خارجی مانند باد، باران و نور خورشید در ارتباط است. هدف نهایی این سیستم، تعامل، میانجی‌گری و تبادل با شرایط آب و هوایی برای ایجاد یک محیط داخلی راحت است.
سیستم‌های سازه‌ای و وسایل اتصال
انواع سیستم‌های سازه‌ای
- عناصر عمودی (مولین) و افقی (ترانزوم) که قاب نگهدارنده را تشکیل می‌دهند: مولین‌ها و ترانزوم‌ها، ستون‌ها و تیرهای اصلی قاب سازه‌ای سیستم نما را تشکیل می‌دهند و وظیفه‌ی تحمل بارهای اعمال شده به نما، مانند وزن خود نما، باد و بارهای برف را بر عهده دارند. این عناصر معمولاً از فلز، بتن یا چوب ساخته می‌شوند و باید دارای استحکام و سختی کافی برای مقاومت در برابر این بارها باشند.
- اجزایی مانند شیشه‌های دوجداره، اسپرندل‌ها و عناصر نما که در محل مونتاژ می‌شوند: علاوه بر قاب سازه‌ای، سیستم‌های نما شامل اجزای مختلفی مانند شیشه‌های دوجداره، اسپرندل‌ها و پنل‌های نما هستند که در محل مونتاژ می‌شوند. این اجزا وظایف مختلفی مانند عایق‌بندی حرارتی، کنترل نور، تهویه و زیبایی را بر عهده دارند.
وسایل اتصال
- سیستم‌هایی مانند درزگیر شیشه‌ای ساختاری، پنجره‌های نواری و نماهای یونیتایز برای مونتاژ کارآمد و کنترل محیطی: سیستم‌های نمای مدرن از روش‌های مختلفی برای اتصال اجزای مختلف به یکدیگر و به قاب سازه‌ای استفاده می‌کنند. برخی از رایج‌ترین روش‌ها شامل درزگیر شیشه‌ای ساختاری، پنجره‌های نواری و نماهای یونیتایز است. این روش‌ها باید به گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که از نفوذ آب و هوا به داخل ساختمان جلوگیری کرده و عملکرد مطلوب سیستم نما را از نظر عایق‌بندی حرارتی، صوتی و تهویه تضمین کنند.
والنتینا بوناتو، داریو کاگول و حلموت نیدرمایر، برج آلپریا، بولزانو. معیارهای بیانی خاص معماری «میان‌خلاء» (Interstice) که هدف آنها دو مورد زیر است: از بین بردن تقابل بین جهان فیزیکی و غیرمادی برقراری «تعامل دگردیسی‌گونه» (Metamorphic Interaction) با فضا
نتیجه‌گیری
بررسی سیستم‌های نما نقش اساسی آنها را در فناوری ساختمان مدرن برجسته می‌کند. این سیستم‌ها با تمرکز بر ماژولار بودن، استحکام سازه‌ای و عملکرد محیطی، نه تنها بر جذابیت بصری ساختمان‌ها می‌افزایند، بلکه به شیوه‌های معماری پایدار نیز کمک می‌کنند. همانطور که معماری به تکامل خود ادامه می‌دهد، پیشرفت‌های صورت گرفته در سیستم‌های نما بدون شک آینده طراحی ساختمان را شکل خواهد داد.
