طراحی پایدار سازه با بامبو

در جهانی که با چالش های زیست محیطی دست و پنجه نرم می کند، معماران و مهندسان آینده نگر به طور فزاینده ای به سمت راه حل های پایدارتر تمایل دارند. در حالی که فولاد و بتن برای مدت طولانی بر صنعت ساخت و ساز تسلط داشته اند، بامبو اکنون به عنوان یک جایگزین قانع کننده در کانون توجه قرار گرفته است. بامبو به لطف ترکیب قدرتمندی از استحکام، انعطاف‌پذیری و سازگاری با محیط زیست، به سرعت به ماده‌ای مناسب برای کسانی تبدیل می‌شود که مشتاق به پیش بردن مرزهای معماری پایدار هستند. استفاده از بامبو به عنوان یک ماده ساختاری به دور از یک پدیده جدید است. تاریخچه ای غنی دارد که به هزاران سال پیش می رسد. علیرغم ریشه های باستانی آن، بسیاری از این دانش سنتی دست کم گرفته شده است زیرا بخش ساخت و ساز مدرن بیش از حد بر مواد معدنی متمرکز شده است. با این حال، امروزه بامبو در حال تجدید حیات جهانی است و ترکیبی هماهنگ از حکمت باستانی با مهندسی مدرن را آشکار می کند. این ادغام نه تنها راه‌های جدیدی برای معماری پایدار ارائه می‌دهد، بلکه مانند یک تحول اجتناب‌ناپذیر و مورد انتظار صنعت ساخت‌وساز است.

معبد لووم: نمادی از طراحی پایدار

معبد لووم که در مناظر سرسبز تولوم، مکزیک قرار گرفته است، چیزی بیش از یک شگفتی معماری چشم نواز است. این یک نمونه پیشگام از آنچه اتفاق می افتد است که خرد سنتی با مهندسی مدرن روبرو می شود. این سازه که برای مقاومت در برابر بادهای طوفانی با سرعت 250 کیلومتر در ساعت و نیروهای لرزه ای قابل توجه طراحی شده است، مظهر امکانات قانع کننده ای است که وقتی از خواص منحصر به فرد بامبو به عنوان یک ماده ساختاری استفاده می کنیم، به وجود می آید.

چشم انداز معماری توسط دفتر طراحی CO-LAB مفهوم سازی شد و توسط Architectura Mixta زنده شد و از آثار نمادین معمار افسانه ای فلیکس کاندلا الهام گرفته شد. این مهندسی توسط استبان مورالس رهبری شد، که سیستم ساختاری را به عنوان پنج سهمی هذلولی متقاطع که از قوس های بامبو و پرتوهای بامبو تقسیم شده است، توصیف می کند.

نسبت استحکام کششی به وزن بامبو اغلب از فولاد فراتر می رود و آن را نه تنها قوی بلکه سبک وزن نیز می کند. انعطاف‌پذیری مزیت دیگری است. بامبو به‌ویژه هنگامی که به صورت تقسیم شده استفاده می‌شود، معماران را قادر می‌سازد تا اشکال ارگانیک و روانی را ایجاد کنند که محدودیت‌های هندسی سنتی را به چالش می‌کشند، و اتخاذ رویکردهای ساختاری نوآورانه را تسهیل می‌کند که بر سفتی شکل و شبیه‌سازی زیستی تکیه دارند. رشد سریع بامبو و توانایی جداسازی کربن آن را به عنوان جایگزینی برتر از نظر محیطی برای مصالح ساختمانی سنتی، از جمله چوب، قرار می دهد

از طرفی کار با بامبو نیز از جنبه های خاصی نیازمند دقت خاصی است. به دلیل ماهیت سبک وزن آن، باید توجه ویژه ای به پایه ها، مهاربندی متقاطع و سختی سازه شود که برای متعادل کردن آسیب پذیری آن در برابر نیروهای باد ضروری است. اگرچه استحکام برشی کم بامبو یک چالش است، اما درک کافی از خواص آن به سیستم‌های خلاق اجازه می‌دهد تا این را جبران کنند و تمرکز حیاتی بر روی درمان نیز غیرقابل مذاکره است. این ماده همچنین می‌تواند مستعد حملات حشرات باشد و طول عمر محدودی دارد، بنابراین شامل رویکردهای پیشگیرانه «حفاظت با طراحی» به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از هر ساخت و ساز مبتنی بر بامبو مهم است.

معبد لووم تعادلی بین این مزایا و چالش ها برقرار می کند. به عنوان مثال، دیافراگم سقف متصل به هم، از لایه های متقاطع تشک بامبو ساخته شده است - یک اشاره مدرن به تکنیک های تجربی گذشته که به سازه مقاومت چشمگیری در برابر بارهای جانبی می دهد. برای در نظر گرفتن انعطاف و حرکت طبیعی بامبو، ساختار پایه های مفصلی و یک حلقه فشرده سازی مرکزی را در خود جای داده است. این رویکرد نه تنها نقاط قوت ذاتی بامبو را به تصویر می‌کشد، بلکه محدودیت‌های آن را نیز دور می‌زند و یک روش مدل برای ساخت پایدار و نوآورانه را نشان می‌دهد.

فرآیند مهندسی

یکی از ویژگی‌های بارز پروژه معبد لووم، ادغام موفقیت‌آمیز مفاهیم به‌روز مهندسی بامبو با چارچوب معماری جاودانه بود. به جای اینکه صرفاً رویه‌های استاندارد را دنبال کنند، تیم مهندسی با توسعه روش‌های سفارشی وارد قلمرو جدیدی شد، همه اینها در حالی که استانداردهای بین‌المللی شناخته شده را رعایت کردند. این رویکرد مبتکرانه به طرز ماهرانه ای از طریق چارچوب نظارتی پیچیده مکزیک پیرامون ساخت و ساز بامبو عبور کرد و همچنین سابقه ای محکم برای پروژه های بامبوی آینده ایجاد کرد.

گردش کار فنی پروژه توسط یک جعبه ابزار نرم افزاری قوی تسهیل شد. فرآیند طراحی سازه با AutoCAD 3D آغاز شد، جایی که هندسه سازه مدل سازی شد و برای مراحل بعدی سازگار شد. در ادامه تحلیل سازه با استفاده از نرم افزار تخصصی تحلیل سازه SAP2000 v.14 انجام شد.

ساختار به سه نوع عنصر اصلی برای جهت دهی به فرآیند طراحی تقسیم شد:

1- قوس هایی که در لبه های سازه و به صورت شعاعی از مرکز پوشیده شده اند.

2- تیرچه ها که در لایه ها پوشانده می شوند و قوس های اصلی را در چندین لایه به هم وصل می کنند.

3- دیافراگم سقف، که توسط سطح صلب ناشی از چندین لایه مثلثی تیرچه و دوشاخه بافی در زیر سقف ایجاد شده است.

از آنجایی که این پروژه در منطقه ای مستعد بادهای طوفانی و فعالیت های لرزه ای واقع شده است، استراتژی مهندسی بر سفتی شکل، مثلث بندی و دیافراگم قوی تاکید داشت. این عناصر به طور خاص برای خنثی کردن نیروهای جانبی که می توانند ساختار را به خطر بیندازند، انتخاب شدند. در نتیجه، هر جزء در سازه به هم پیوسته و طراحی شده بود تا عملکرد منسجمی داشته باشد و از انعطاف پذیری در برابر برخی از شدیدترین نیروهای طبیعت اطمینان حاصل کند.

از نظر بزرگی بار، بارهای لرزه ای قابل توجه و بارهای باد طوفانی با سرعت 250 کیلومتر در ساعت بر طراحی حاکم بود. اینها با بارهای مرده (وزن سازه و سقف) و بارهای زنده برای بدست آوردن نیروهای داخلی طراحی برای هر عنصر سازه ترکیب شدند. برای این منظور از روش تنش مجاز با رعایت مناسب ترین رویکرد برای طراحی سازه بامبو استفاده شد. سپس بارها در ضریب بار تعیین شده برای هر یک از ترکیبات بار مورد نیاز طبق کدهای ساختاری خاص بامبو ضرب شدند. در نهایت، حداکثر نیروهای داخلی یافت شده در بیشترین تنش قوس، تیرچه و عناصر دیافراگم سقف برای طراحی نهایی عناصر سازه در نظر گرفته شد.

مجهز به بینش های سازه ای، مانند نیروهای داخلی وارد بر سازه برای هر ترکیب بار، اجزای سازه بر اساس کدهای ساختمانی خاص بامبو، مانندNSR-10 (کلمبیا) و ISO 22156 (بین المللی) طراحی شدند. سپس از نرم افزارهای تخصصی مانند WoodWorks® Connections SFS Timber Work, , APF Wood Joint برای طراحی عناصر اتصال بین اجزای سازه استفاده شد.

در بالاترین قسمت سازه، قوس های اولیه همگرا می شوند که توسط یک حلقه فشاری فولادی مرکزی به هم متصل می شوند. این ویژگی طراحی تضمین می کند که هر نوک قوس به سمت یک نقطه متمرکز همگرا می شود که یادآور بازوهای تابشی ستاره است. ساختارهای بامبو با ترسیم موازی با بال‌های هواپیما، که در طول پرواز تا حدی خم می‌شوند و می‌پرند تا از شکست ساختاری جلوگیری کنند، از یک اصل مهندسی مشابه استفاده می‌کنند. برای اطمینان از اینکه اجزای بامبو می توانند در هنگام رویدادهای نامطلوب مانند طوفان یا زلزله بدون شکستگی منعطف و سازگار شوند، حلقه فشرده سازی مرکزی از اتصالات لولایی قوی، همانطور که در تصاویر بعدی نشان داده شده است، استفاده می کند.

در این پروژه، تجزیه و تحلیل دقیق برای تعیین اتصالات مکانیکی در پایه انجام شد. طراحی شده به صورت لولایی، شبیه به حلقه فشرده سازی مرکزی، اتصالات بین قوس های بامبو و فونداسیون امکان حرکت چرخشی را فراهم می کند. این استراتژی طراحی تضمین می کند که عناصر بامبو از نیروهای برشی و خمشی اضافی که نقاط قوت آنها نیست در امان باشند. در عوض، بامبو در درجه اول نیروهای کششی و فشاری را به موازات الیاف خود تجربه می کند.همانطور که دیدیم، بامبو فقط یک منبع به سرعت تجدیدپذیر نیست، بلکه یک ماده ساختاری با پتانسیل تغییر چشم انداز معماری پایدار در دهه های آینده است. بامبو از ریشه های تاریخی تا کاربردهای امروزی اش ثابت می کند که وقتی سنت با نوآوری روبرو می شود، جادو اتفاق می افتد.