مقاله ای درباره طراحی نمای ساختمان

نمای هر ساختمان در شکل‌دهی به مجموعه شهری که در آن حضور دارد، موثر است. اگر به نمای یک ساختمان بدون در نظر گرفتن نمای دیگر ساختمان‌های شهر توجه شود، همگونی نمای شهری در مجموع از بین می‌رود . 
به نقل از پایگاه اطلاع رسانی شهرسازی و معماری، بررسی آماری نشان دهنده این موضوع است که در هر سال 50 میلیون نفر به جمعیت شهر نشین کشورهای در حال توسعه اضافه می‌شود. در ایران نیز شهر نشینی طی دهه‌های گذشته با شتاب فزاینده ای گسترش یافته و همچنان این روند ادامه دارد. 

رشد سریع جمعیت و گرایش مردم به شهر نشینی، تقاضای فزاینده‌ای را برای تهیه مسکن به دنبال داشته که این موضوع در پی خود مشکلات عدیده ای در زمینه توسعه شهری بوجود آورده است. ناتوانی در پاسخگویی مطلوب و مناسب به این مساله، وضعیت نا مطلوبی را به صورت بی مسکنی، بد مسکنی و تنگ مسکنی برای بسیاری از اقشار جامعه به همراه آورده است.

مسکن به عنوان یکی از نیازهای نخستین بشر، ابتدایی ترین سوالی بوده که انسان سعی در یافتن پاسخی مناسب و معقول برای آن بوده است، اما همیشه در برنامه ریزی‌های ملی به مسکن نه به عنوان محلی برای آسایش ساکنان در ابعاد عینی و ذهنی، بلکه به عنوان یک مشکل اقتصادی و فقط از این بعد بر خورد شده است.

سازندگان و تولیدکنندگان مسکن آزاد به‌دلیل اینکه به‌دنبال فروش سریع و بازگشت سرمایه خود هستند، سعی در هر چه بیشتر مطرح کردن خود در محله مسکونی و نمایشی متمایز از بنای خود دارند و به همین دلیل یکی از دلایل عمده ناهماهنگی نمای ساختمان‌ها در سطح شهر هستند.

در رابطه با مسکن تعاونی شرایط بدتری وجود دارد. به دلیل وضعیت مالی ضعیف سازندگان و اینکه ساکنان و مالکان به‌دنبال فروش ساختمان نیستند، بدون انجام عملیات پایانی نظیر نماسازی مورد استفاده قرار می گیرند و یا با کمترین هزینه و بدون طراحی نما، حجم و کالبد ساختمان رها می‌شود. البته در سال‌های اخیر در شهر تهران هیچ ساختمانی بدون نماسازی نبوده است، لیکن این مساله در شهرستان‌ها همچنان انجام می‌شود.

چگونه به موضوع نما در معماری بیندیشیم؟

نما در لغت نامه دهخدا به معنای صورت ظاهری هر چیزی، آنچه که در معرض دید و برابر 

چشم است، آنچه از بیرون سوی دیده می شود، منظره خارجی بنا و عمارت،‌ قسمت خارجی ساختمان و نماسازی، فن روسازی ساختمان و ساختن نمای عمارت است.

در سال‌های اخیر پس از مطرح شدن دوباره اهمیت فضاهای عمومی و ارزش زندگی شهری، نما اهمیت دوباره ای یافته است. نما در عمل درون ساختمان را از بیرون و فضای خصوصی را از فضای عمومی جدا می کند. نما حاکی از موقعیت فرهنگی سازندگان ساختمان است و نشانگر میزان نظم طرح ساختمان، امکانات و ذوق تزیین و خانه آرایی طراح و مالک است. یک نما به مثابه معرفی وضعیت ساکنان ساختمان در بین عموم است. نما در واقع صورت ساختمان و بهترین بیان حالتی است که فرد طراح یا مالک از خود در برابر بیرون دارد. نماهای داخل ساختمان بیشتر جنبه خصوصی دارند، لیکن نماهایی که به سمت کوچه و بافت شهر باز می‌شوند، جنبه عمومی تر دارند. 

بنابراین وجوه پشت و جلوی ساختمان از یک طرف دارای نمود اجتماعی و از طرف دیگر نمود مشخص ساکنان خود است بنابراین نمای هر ساختمان باید هم با فضای عمومی همبستگی داشته باشد و هم بتواند حجم داخلی ساختمان را بیان نماید.

نمای هر ساختمان موثر در مجموعه شهری است که در آن حضور دارد و این تاثیر را در بدنه خیابان‌ها یا میدان‌ها که در آن قرار گرفته است می گذارد. اگر به نمای ساختمان واحدی، بدون در نظر گرفتن نمای دیگر ساختمانها فکر شود، همگونی نمای شهری در کلیت از بین می‌رود. 

تناقض بین جنبه شهری و بیان فردی نما در صورتی می‌تواند از بین رود که ساختمان جزیی از شهر در نظر گرفته شود و ارتباطات آن با محیط اطراف چند جانبه باشد. نمای رو به کوچه و خیابان باید تابع عوامل همبستگی بین نماهای اطراف باشد. اما در عین حال بر اساس ترکیبی از اجزا مختلف بر حسب عملکرد، ابعاد و مصالحشان شخصیت خاص خود را دارد. 

نما در واقع یک سطح صاف و تخت نیست بلکه آن سطح انتقالی بین فضای داخل و خارج است که با عقب نشستگی و پیش آمدگی، تراس و غیره با فضای داخل مسکن ارتباط پیدا می‌کند. 

برای اینکه نمای ساختمان حریم خصوصی ساکنان خود را حفظ کند باید نسبت به خیابان بسته‌تر و محفوظتر باشد.

نمای ساختمان باید به‌دنبال خلق یک کلیت هماهنگ به‌وسیله تناسب خوب پنجره ها، بازشوهای در، سایبان و محدوده سقف‌ها،‌ سازه عمودی و افقی، مصالح، رنگ، عناصر تزیینی و... باشد. پنجره‌ها همواره با دیگر عناصر دیوار، ‌سطوح باز و بسته، تیره وروشن، صاف و ناهموار را بوجود می آورند. به علت تکرار دوره ای پنجره ها، در ساختمان‌های چند طبقه، نظم کاملی به چشم می‌خورد. اما گاه به‌علت افزایش نور در طبقات بالاتر کاهش داده می‌شود و این نظم آهنگ خود را از دست می‌دهد.

جداسازی عناصر افقی و عمودی تاثیر کلی در نما دارد. تناسبات عناصر ساختمان لازم است با کل ابعاد ساختمان مطابقت داشته باشد. برای مثال در ساختمان‌های کوتاه عریض، ابعاد عرضی غالب خواهد بود. در ساختمان‌های بلند عناصر باریک برتری خود رانشان می‌دهند. در و پنجره و نعل درگاه‌ها تاثیر خاصی در نما می‌گذارند. ناودان‌ها، سایه بانها، پیش آمدگی‌های سقف و بالکن‌ها ایجاد سایه های خاصی بر روی نما می‌کنند.

تفاوت سطح ها باید در نما مشخص باشد. برای مثال بین طبقه همکف، سایر طبقات و طبقه انتهایی باید یک تفاوت اساسی وجود داشته باشد. ترکیب کلی نما در واقع نظم در این تفاوت‌ها است. 

عناصر اصلی نما مثل پنجره، در، سطوح و محدوده پایانی سقف و غیره در شکل، رنگ، و مصالحشان با یکدیگر اختلاف دارند. این عناصر معناهای متفاوتی دارند. مثلا نمی‌توان بالا و پایین پنجره و در را با هم هم‌ردیف کرد. اگر ارتفاع این بازشوها یکسان نباشد می توان از ضرایب مشترک و یا رنگهای یکسان استفاده نمود. نسبت‌های هندسی نقش تعیین کننده ای در هماهنگ سازی ظاهر نما دارند. می‌توان پنجره ها را در گروه‌های کوچکتر ترکیب شده که شکل مشخصی را ایجاد می‌کنند دسته بندی کرد. نماها می توانند از نظر مصالح نیز با یکدیگر متفاوت باشند.

مصالح نما در رنگ، شکل، زبری و خشنی نما تاثیر می گذارد. مصالح بومی نشان می‌دهد که نما مربوط به چه منطقه ای است.

ترکیب پنجره ها، ایوان‌ها، درها و به‌طور کلی بازشوها، همچنین بافت و جنس نما و کمپوزسیون آن در هر عصر متفاوت است و در عین حال در یک تداوم شهری تغییر می‌کند. طراح می‌تواند نما را به عالیترین حد ترکیب معماری برساند و یا آنرا تا حد یک سطح بدون طراحی و فکر رها کند. 

در اعصار مختلف بازشوها به شکل مشابهی در سطح نما قرار می‌گیرند و تنوع در قرار گیری آنها تابع عوامل داخلی چون بزرگی ساختمان، عریض بودن آن و یا عوامل اقلیمی چون جهت قرارگیری و محل قرارگیری است. در پهنای دیوار نما تعبیه پنجره دو جداره، آفتاب‌شکن، سایبان و ... نقش تنظیم کننده شرایط آب و هوایی فضاهای داخلی را خواهد داشت. 

در دیوارهای باریک معاصر این عمل با جلو و عقب آمدن ساختمان انجام می‌شود. یکی از عوامل ضروری درهویت نما تعیین محدوده نما است. نمایی می تواند در طرح خود موفق باشد که به این سوال‌ها پاسخ گوید. محدوده عمودی جانبی ساختمان کجاست؟ خط پایانی افقی ساختمانی چگونه است و مرز ساختمان در آسمان به چه شکل است؟ انتهای ساختمان چگونه به پایان می‌رسد؟ گوشه‌های ساختمان چه وضعی دارد؟ اگر ساختمان همسایه ای دارد ارتباط نمای ساختمان فعلی با نمای همسایه چگونه به پایان می رسد؟ گوشه های ساختمان چه وضعی دارد؟ اگر ساختمان همسایه دارد ارتباط نمای همسایه چگونه است و اگر در فضا قطع می شود این ارتباط چگونه است.

محدوده های افقی ساختمان عبارتند از نقطه اتصال به آسمان ( محدوده پایانی ساختمان) نقطه اتصال به زمین (محل نشستن ساختمان بر زمین) و پوشش ساختمان مثل بام و شیروانی. محدوده پایانی ساختمان باید معنای اتمام ساختمان را با خود داشته باشد و طبقه همکف ساختمان را با خود داشته باشد و طبقه همکف ساختمان باید مفهوم نشستن ساختمان بر زمین را برساند. طبقه همکف باید در محدوده قد افراد کشش لازم را بر عابر پیاده و بیننده ایجاد کند.

کنج یا گوشه نما در واقع محل برخورد دو نمای عمود بر هم است. کنج می‌تواند حالت عمود 90 درجه، نیم دایره یا سه وجهی را داشته باشد و هر کدام می تواند تاثیرات متفاوتی را در نما بگذارد. در یک میدان یا چهارراه هماهنگی کنجهای ساختمان هایی که در چهار طرف آن قرار گرفته است می تواند در نمای شهری تاثیر زیبایی داشته باشد.

نمای ساختمان خالق نمای شهری است

نمای شهری از مجموعه نماهای مشرف به فضای عمومی به‌دست می آید. این نماها از جهتی همگن و از جهتی ناهمگن هستند. می‌توانند همگن باشند چون با استفاده از زبانی مشترک روی بدنه اجزا شهر اجرا می شوند و اما از آنجا که هر کدام از این فضاها به کمک این زبان، مقاصد و نیازهای خود را بیان می‌کند، ناهمگن هستند. در شهرهای ما زبان مشترکی بین نماها وجود ندارد. نه فرهنگ مشترکی برای بیان دارند، نه مصالح یکسانی به‌کار گرفته اند و نه سبک مشخصی را دنبال می‌کنند.

در واقع هر یک از نماها در شهر نشانه وضعیت اقتصادی و اجتماعی سازنده و نحوه تفکر و نگرش او به مسایل مختلف است.

نمای شهری در واقع ترکیبی از اجزا متفاوت است که بر اساس اتفاقاتی که در خیابان‌ها ومعابر می‌افتد شکل می گیرد.

این اجزا در صورت رعایت مسایلی که پیش از این نیز به آن پرداخته شد می‌توانند با یکدیگر نقاط اشتراک جالبی داشته باشند که نمی توان وجود آنها را نفی کرد. 

عناصر پراهمیت درنما

ورودی یکی از عناصر حایز اهمیت نما در ساختمان است که محل و اهمیت طراحی آن به شکل مستقیم نمایانگر نقش و عملکرد ساختمان است. در ورودی نشانه گذر از فضای عمومی خارجی به فضای خصوصی داخلی و یکی از مهم ترین عناصری است که می‌توان به عنوان نشانه ساختمان از آن نام برد.

لیکن به‌دلیل اهمیت اقتصادی که سطوح ساخته شده داخلی برای سازندگان دارند، اغلب ورودی‌ها به فضاهای کم اهمیتی تنزل یافته اند. سرمایه گذاران ساختمانی هم فقط به رعایت ضوابط ضروری طراحی ساختمان بسنده می‌کنند. 

بیشترین مشکل زمانی است که ورودی وسایل نقلیه به حیاط پارکینگ با ورودی خود ساختمان یکی شود. در این حالت فرد وارد شونده به ساختمان فقط یک راه باریک کنار دیوار برایش باقی می‌ماند. گاه نیز ورودی یک ساختمان مسکونی بیش از حد پرتجمل است، به‌نحوی که عملکرد ساختمان را دگرگون می‌سازد. زمانی هم ورودی به یک بنای بزرگ تنها با روزنه‌ای امکان پذیر می‌شود. تناسب ورودی و حجم ساختمان می تواند نقش مهمی در توجیه عملکرد و شکل ساختمان داشته باشد.

از آنجا که طبقه همکف ساختمان قسمت اتصال به زمین یا کف پیاده رو است، به صورت قابل توجهی در معرض دید قرار می‌گیرد. طبقه همکف اهمیت ویژه ای در زندگی شهری دارد، به این علت که عابران پیاده این قسمت را به‌طور مستقیم می‌بینند. از این رو نمای این قسمت پر اهمیت است و مصالح مورد استفاده در این قسمت باید نسبت به بقیه ساختمان با دوامتر و مستحکم تر باشد تا عابر در نگاه به نمای ساختمان احساس ثبات کند. ساختمان‌هایی که طبقه همکف آنها عملکرد تجاری دارد، به‌دلیل تغییر دکوراسیون واحدهای تجاری دایما دستخوش دگرگونی می‌شوند. همین موضوع موجب می‌شود که ساختمان مذکور شخصیت ثابت خود را از دست داده و دارای نمای شناخته شده ثابتی نباشد.

تراس‌ها چشم اندازهای جدیدی نسبت به فضاهای بیرون برای ساختمان فراهم می‌آورند. بالکن‌ها نباید حالت موقت و ناپایداری که در بیننده تصور به‌راحتی جدا شدن از بدنه ساختمان القا شود را داشته باشند.

لبه بام حد و مرز ساختمان و آسمان است و از نظر بصری بام انتهای نماست. بام پوسته‌ای است که بر سر ساختمان قرار دارد. بنابراین لبه بام نمی‌‌تواند بدون تفاوت با دیگر قسمت ها در آسمان رها شود. 

صورت ظاهر ساختمان و آنچه که در برابر دید عموم قرار دارد، در واقع پر اهمیت ترین قسمت ساختمان در برابر عابران و سایر افراد غیر استفاده کننده از ساختمان است. همان‌طور که عنوان شد نمای ساختمان‌ها، نمای شهری را ایجاد می کند، اما به‌دلیل ضعف قوانین موظف کننده طراح و سازنده در این ارتباط، نمای ساختمان در کمترین اهمیت قرار گرفته است. 

در بسیاری از شهر های بزرگ جهان، ضوابط و مقررات ویژه‌ای در ارتباط با سیما و کالبد شهر وجود دارد و گروهی از برجسته‌ترین افراد با تخصص‌‌های مرتبط هنر زیبا سازی و زیبایی شناسی به کنترل طرح های بزرگ و کوچک معماری و شهری از نقطه نظر هماهنگی نمای بیرونی ساختمان‌ها و محیط شهری یعنی از جنبه های رنگ، حجم، مصالح مناسب، فضای پر و خالی نما، رعایت اصول هماهنگی و تناسبات و... می پردازند. 

آنچه برای علاقه‌مندان به این موضوع نگران کننده است، پاسخگویی با شتاب به نیازی کاملا محسوس است. در این ساخت و ساز پر شتاب نیاز به بررسی طرح‌های ارایه شده توسط جمعی از صاحب نظران و مسوولان در مراکز تایید پروانه‌های ساختمانی ضروری به نظر می‌رسد. بررسی میدانی طرح ساختمانها با بناهای اطراف از لحاظ کیفیت طرح معماری، نمای ساختمان، تناسب حجم آن با ساختمان‌های اطراف، زیبایی طرح و مصا لح مورد استفاده و... نیز گامی موثر در بالا بردن کیفیت نماهای شهری است. با در نظر گرفتن موارد ذکر شده و القا آن توسط شهرداری هر شهر، می توان شاهد ارتقا کیفیت شهرها و زیباسازی نمای شهرها بود

2-19-1 کلیات

واژه آکوستیک از ریشه یونانی به معنای شنیدن گرفته شده و آکوستیکز یعنی دانش اصوات، در باره ایجاد، پخش، انتقال، کنترل و آثار صوت بحث می‌کند. مصالح آکوستیکی، مصالحی هستند که به منظور مقابله با سر و صدای مزاحم در ساختمان به کار می‌روند.

زندگی امروزی مملو از سر و صدا است، رادیو، پخش صوت، تلویزیون، ماشینهای لباسشویی و ظرفشویی، جارو برقی، تجهیزات و تأسیسات گرمایشی و سرمایشی ساختمان گرچه زندگی را آسان‌تر ساخته‌اند ولی در عوض، سر و صداهای مزاحم ایجاد می‌کنند. سر و صدای خارج از ساختمان نیز روز به روز در حال افزایش است. ساختمان بزرگ‌راهها و تند‌راهها در حال گسترش است و شهرها را در بر می‌گیرد، هواپیماهای جت نیز بزرگ‌تر و پر سر و صداتر ساخته می‌شوند.

مصالح ساختمانی جدید و روشهای نوین ساخت و ساز می‌توانند به حل مشکل کمک نمایند. اندودهای صاف (لیسه‌ای) تا (98%) از اصواتی را که با آنها برخورد می‌کنند، منعکس می‌سازند، تیغه‌های جدا کننده پلاستیکی و گچی نازک، سبب انتقال سر و صدا از اطاقی به اطاق دیگر می‌شوند. از آنجا که آپارتمان‌نشینی در حال گسترش است، کنترل جابه‌جایی سر و صدا بین واحدهای زیست مجاور مسئله‌ای است که روز به روز بغرنج‌تر می‌شود. در انتخاب مصالح به منظور کنترل سر و صدا، طراح ساختمان دو جنبه مختلف صوت را باید در نظر بگیرد: جذب صوت و انتقال آن. مصالحی که جاذب سر و صدا هستند ممکن است به آسانی صوت را از محلی به محل دیگر عبور دهند و مصالحی که در برابر عبور صوت از میان دیوارها و سقفها پایداری می‌کنند، می‌توانند مسائلی مانند انعکاس یا طنین صوت در فضای بسته را به وجود آورند. شکل 2-19-1 نحوه میرایی صدا توسط دو نوع مصالح جاذب صوت را نشان می‌دهد.

2-19-2 طبیعت صوت

صوت از ارتعاش به وجود می‌آید و در هوا یا هر محیطی که کم و بیش ارتجاعی باشد، انتشار می‌یابد. یک جسم لرزان بخشی از انرژی خود را به شکل امواج صوتی به محیط پیرامون خود منتقل می‌کند. انرژی صوتی به صورت تغییر در فشار هوا به شکل مثبت یا منفی عمل می‌کند. (شکل 2-19-2 (الف))

امواج صوتی با سرعت حدود 344 متر بر ثانیه در شرایط متعارفی در هوا انتشار می‌یابند، هنگامی که این لرزشها به پرده گوش برخورد می‌کنند، توسط یک دسته از استخوانهای واقع در گوش میانی تقویت شده و به پایانه‌های عصبی اندام حس شنوایی واقع در گوش داخلی منتقل می‌شوند و از آنجا به مغز راه می‌یابند. هر ارتعاشی که موجب نوسان کامل یک ذره شود، یک سیکل نامیده می‌شود، تعداد سیکل در ثانیه را تواتر یا فرکانس نامیده‌اند و واحد آن هرتز می‌باشد.

منحنی یک صدای ساده به صورت سینوسی بوده و به شکل 2-19-2 (الف) نمایش داده می‌شود. زمان نوسان کامل یک ذره یعنی T را زمان تناوب یا پریود نامند و بین این زمان و فرکانس رابطه برقرار است.

هر صدایی مانند صدای انسان، موسیقی و دیگر اصوات، ساده، یعنی تک فرکانس نیست، بلکه ترکیبی از فرکانسهای گوناگون بوده و می‌تواند مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. (شکل 2-19-2 (ب))

احساس شنوایی انسان و یا بلندی ظاهری صوتی که توسط گوش درک می‌شود، به هر دو عامل شدت و فرکانس ارتعاشها بستگی دارد.

2-19-3 فرکانس صوت

دامنه تغییرات فرکانسهای صوتی که به وسیله گوش انسان عادی جوان قابل شنیدن است از 16 تا2000 هرتز است که با افزایش سن به 16000 هرتز کاهش می‌یابد. فرکانس صدای رعد، کم و فرکانس آژیر پلیس، زیاد است. بسیاری از صداهای معمولی دارای دامنه وسیعی از تغییرات فرکانس هستند که در جدول 2-19-3 نشان داده شده است.

برخی مصالح در فرکانسهای زیاد قابلیت جذب صوت مناسب دارند، ولی در فرکانسهای کم، ضعیف هستند، آزار اصوات با زمان تناوب بلند معمولاً از اصوات با زمان تناوب کوتاه، بیشتر و حساسیت انسان به صوت در فرکانسهای میانه (در حدود 1000 هرتز) زیادتر است. کیفیت جذب صوت در فرکانسهای 125، 250، 1000 و 4000 هرتز آزمایش می‌شود.

مقدار جذب صوت توسط یک نوع مصالح یا سیستم ساختمانی بر حسب سابین اندازه‌گیری می‌شود. هر سابین معادل است با جذب صوتی که توسط 0.1 متر مربع از سطوح کاملاً جاذب انجام می‌گیرد. جذب صوت به صورت درصد یا نسبت ارزیابی می‌شود. سطوح سخت توپر غیر متخلخل مانند شیشه، دارای درجه جذب 0.05 سابین هستند، در حالی ‌که مصالح آکوستیکی مناسب، که قادر به جذب در حدود (90%) از انرژی صوتی و بیشتر از آن هستند، درجه جذبشان 0.9 سابین است. سازندگان مواد و مصالح آکوستیکی ممکن است فهرست محصولات خود را با این ضریب معرفی کنند، هرچه این ضریب به یک نزدیک‌تر باشد، توانایی جذب صوت مصالح مربوطه بیشتر خواهد بود.

مصالح ساختمانی معمولاً بر حسب قدرت جذب یا پایداریشان در برابر عبور صوت در یک فرکانس خاص درجه‌بندی می‌شوند. شکل 2-19-3 کاهش شدت صوت در عبور از یک دیوار را نشان می‌دهد.

2-19-4 شدت صوت

گوش انسان قادر به درک دامنه وسیعی از شدت صوت است، شدت یک صدای بلند حدود برابر شدت صدای ضعیفی است که به دشواری قابل شنیدن می‌باشد. هرچند تغییرات شدت احساس شنوایی در گوش، ارتباط مستقیمی با تغییرات شدت واقعی صوت ندارد، اما بر اساس تجربیات علمی ثابت شده است که بین این دو عامل، رابطه لگاریتمی برقرار است، به این ترتیب که اگر شدت واقعی 10، 100 و 1000 برابر شود، احساس بلندی صوت در گوش به نسبت 1، 2 و 3 افزایش می‌یابد. به این دلیل شدت صوت با بلندی ظاهری اندازه‌گیری می‌شود. در دانش آکوستیک فرمول مبنای عمل واقع شده است، در این فرمول dB دسیبل واحد اندازه‌گیری شدت صوت،W شدت صوت مورد نظر و W0 حداقل شدت صوت است که عموماً توسط انسان عادی جوان قابل شنیدن می‌باشد و معادلوات بر سانتیمتر مربع است.

مقیاس دسیبل از مرز یا آستانه شنوایی که صفر است، شروع شده و به مرز احساس درد در گوش که 130 دسیبل است، پایان می‌یابد (جدول 2-19-4). شدت صفر دسیبل مربوط به انرژی صوتی معادل W است.

واحد بلندی صوت فون است، مقدار عددی بلندی هر صوت بر حسب فون، معادل است با شدت مربوط به صدای با فرکانس 1000 هرتز بر حسب دسیبل، مشروط بر اینکه تعدادی شنونده عادی بر سر تساوی بلندی آن دو صدا توافق داشته باشند.

عموماً در یک فضای آرام، تغییر شدتی معادل 3 دسیبل به دشواری قابل درک است. تغییر شدتی برابر 5 دسیبل به وضوح احساس می‌شود و تغییر شدت 10 دسیبل در یک صوت، بلندی آن را دو برابر می‌سازد. این پدیده به این دلیل رخ می‌دهد که تقریباً همیشه یک مقدار حداقل سر و صدا یا صدای زمینه یا همهمه در هر فضایی وجود دارد که صداهای خالص را می‌پوشاند. صدای زمینه ناشی از سر و صدای رادیو، تلویزیون، ترافیک زمینی و هوایی، وسایل تهویه، کولر، موتور یخچال و فریزر، باد و مانند اینها است. ساده‌ترین راه برای فهم ترازهای دسیبل زمینه صوتی، مقایسه آن با صداهای خاص قابل تشخیص است. در جدول 2-19-4 ترازهای تقریبی اصواتی که در زندگی روزمره وجود دارد گنجانده شده است.

2-19-5 چگونگی انتقال صوت

صداهایی که به فضای زندگی و کار می‌رسند، به دو گروه تقسیم می‌شوند:

الف:صداهای هوایی

این صداها در هوا ایجاد شده و از راه بازشوها یا توسط ارتعاش دیوارها و سقفها به فضا وارد می‌شوند.

ب:صداهای کوبه‌ای

صدای کوبه‌ای یا ضربه‌ای در اثر ضربه تولید می‌شوند. این صداها مستقیماً یا از راه لرزاندن مصالح سخت به اطاقها راه می‌یابند.

2-19-6 مصالح آکوستیکی

مصالح آکوستیکی یا جاذب سر و صدا، قادرند امواج صوتی را که با سطح آنها برخورد می‌کنند، به میزانی کمتر از (50%) منعکس سازند، این مصالح همانند بالشی در روبه‌رویی با آثار ناخواسته از انعکاس سر و صدا عمل می‌کنند. مقدار صوتی که توسط مصالح جذب می‌شود، بستگی به اندازه، عمق و تعداد حفره‌های مصالح و فرکانس صوت دارد. ذرات هوایی که در اثر صوت به داخل حفره‌ها رفته و از آنها خارج می‌شوند، سبب ایجاد اصطکاک می‌گردند، بخشی از انرژی صوتی، مستهلک و به گرما تبدیل می‌شود، بخشی از آن از موانع عبور می‌کند یا در داخل فضا منعکس می‌شود. در عمل، دستیابی به کاهش مقادیری بیش از 10 دسیبل با کاربرد مصالح جاذب صوت مقدور نیست. معمولاً کاهشی معادل حدود 5 تا 7 دسیبل در ساختمانهای مسکونی و دفاتر کاری که سقف آنها با آکوستیک تایل پوشیده شده باشد، به دست می‌آید.

مصالح آکوستیکی دامنه وسیعی از مواد را در بر می‌گیرد که زیر نامها و عناوین تجارتی مختلف تولید می‌شوند. گرچه ویژگی جذب صوت آنها مشابه است، طراح، باید مصالحی را انتخاب کند که مناسب و قابل کاربرد برای شرایط خاص هر پروژه باشد.

مصالح آکوستیکی ممکن است به صورت پیش‌ساخته باشند یا در محل اجرا شوند. اندازه کاشیها و صفحات پیش‌ساخته از 300×300 تا 1200×1200 میلیمتر تغییر می‌کند، بسیاری از آنها از الیاف چوب، نی، فیبرهای معدنی یا شیشه‌ای ساخته شده‌اند که آنها را درهم و مخلوط و یکپارچه کرده و به صورت تخته‌هایی با ضخامتهای گوناگون در آورده‌اند. مصرف کاشیها محدود به سقف می‌شود که آنها را یا مستقیماً زیر سقف اصلی نصب می‌کنند یا در سقف کاذب متشکل از نبشی و سپری و میلگردهای آویز به کار می‌برند. مواد و مصالحی که در محل کار قابل مصرف و اجرا هستند، شامل اندودهای گچی آکوستیکی و ترکیبی از قطعات جاذب صوت می‌باشند.

اینک به شرح انواع مصالح آکوستیکی مبادرت می‌شود:

2-19-6-1 عایقهای صوتی سربی

از نخستین شرایط یک عایق صوتی مناسب، زیاد بودن وزن ویژه، نرمی طبیعی، ظرفیت بالای کاهش سر و صدا و غیر قابل نفوذ بودن است. زیادی وزن از این نظر حائز اهمیت است که شدت ارتعاشات صوتی در نبرد با اینرسی یک مانع، کاهش می‌یابد. نرمی ورق سرب، سبب کاهش ارتعاشاتی می‌شود که در سایر مصالح آکوستیکی عادی است. موانع سربی به ویژه روی پارتیشنهایی که در مجاورت سقفهای کاذب آویخته قرار می‌گیرند، مؤثرند. برگه‌های سربی را می‌توان در بسیاری از تیغه‌های نازک مصرف کرد تا بدون افزایش حجم، صدا را کاهش دهند. این ماده را می‌توان به راحتی، با چسب الاستومری روی سایر مصالح نصب نمود تا بدون افزایش سختی وزن آنها اضافه شود.

2-19-6-2 کاشیها و صفحات ساخته شده از فیبرهای سلولزی

کاشیهای سلولزی معمولاً از باگاس (تفاله نیشکر) ساخته می‌شوند، تایلهای الیاف نیشکر از قدیمی‌ترین و معمولاً ارزان‌ترین نوع آکوستیک تایل هستند. فیبرها را زیر فشار قرار می‌دهند و به صورت تخته‌هایی درمی‌آورند، به نحوی که بین الیاف فضاهای تنگی به وجود آید. تایلهای فیبر نیشکر را معمولاً سوراخدار می‌سازند تا صدا بتواند به حفره‌های بین الیاف برسد. این موضوع باعث بهبود کیفیت جذب صوت می‌شود. تنوع در بافت و ظاهر تایل با ایجاد تنوع در نقش و نحوه استقرار سوراخها و سطح تایل به دست می‌آید.

تایلهای فیبر نیشکر در اثر جذب رطوبت، دچار تغییر ابعاد و کاهش مقاومت می‌شوند، گرچه پیشروی آتش در آنها کم است، ولی ضد آتش نیستند. مشخصات فنی کشورهای صنعتی، مصالح ساختمانی را به لحاظ پایداریشان در برابر آتش گروه‌بندی کرده‌اند. در مشخصات فدرال (ایالات متحده آمریکا) معیارهای ویژه‌ای در این مورد وجود دارد، گروه‌بندی از A برای مصالح غیر قابل اشتعال تا D برای درجات مختلف پایداری در برابر آتش انجام شده. تایلهای فیبر نیشکر در گروه D از این تقسیم‌بندی قرار می‌گیرند و برخی از تایلهای پوشش شده در کارخانه در گروه C ، این تایلها معمولاً لب پخ بوده، در کارخانه پوشش می‌شوند و اندازه آنها 300×300 تا 600×600 میلیمتر است.

2-19-6-3 کاشیهای ساخته شده از فیبرهای معدنی

بخش اعظم تایلهای فیبر معدنی از پشم معدنی ساخته می‌شوند، قسمت عمده پشم معدنی که در کشورهای صنعتی تولید می‌شود از سربار کوره آهنگدازی (پشم سرباره) است. این تایلها ممکن است به صورت شکافدار یا سوراخدار ساخته شوند تا کیفیت جذب صوت آنها افزایش یابد، مصالح شکافدار انرژی صوتی را به وسیله ایجاد اصطکاک در حفره‌های ریز موجود بین فیبرهای مستقل از هم، مستهلک می‌سازند. با افزایش سوراخها می‌توان حداکثر کاهش انرژی صوتی را به دست آورد. مصالح شکافدار عموماً موقعی به کار می‌روند که ظاهر کار از بیشترین اهمیت برخوردار باشد. مصالح سوراخدار بیشتر در ساختمانهای صنعتی، فرهنگی و مؤسسات علمی که حداکثر نفوذ و رنگ‌پذیری مورد نظر است، مصرف می‌شوند.

تایلهای فیبر معدنی از نظر پایداری در برابر آتش در گروه A قرار می‌گیرند و در مواردی مثل مکانهای تجمع عمومی و راههای فرار از آتش، که مقررات ساختمانی مصالح غیر قابل اشتعال را تجویز می‌کنند، مصرف می‌شوند. این مصالح در گونه‌های مختلف از نظر اندازه، بافت، ضخامت و قابلیت جذب صوت ساخته می‌شوند. در رنگ‌آمیزی تایلهای شکافدار یا منسوج، باید دقت بسیار زیادی مبذول داشت و مصالح با رنگهای ویژه پوشانده شوند، به قسمی که حفره‌ها بسته نشود و ویژگی آکوستیکی مصالح کاهش نیابد.

2-19-6-4 کاشیهای فلزی سوراخدار

این تایلها متشکل از تاوه‌های فلزی سوراخداری هستند که با مصالح لایی آکوستیکی نظیر پشم معدنی پر شده‌اند. تاوه‌های نازک فلزی سوراخدار، سبب کاهش ویژگیهای جذب صوت مصالح آکوستیکی لایی نخواهند شد، بلکه به صورت دیافراگمی در انتقال صوت به آنها عمل می‌کنند و صوت در آنجا جذب می‌شود.

تاوه ممکن است از آلومینیوم یا ورق فولادی ساخته شود و معمولاً آن را با لعاب پخته شده سفیدی می‌پوشانند. گرچه این تایلها گران قیمت هستند، ولی چون دوامشان زیاد و هزینه نگهداری و تعمیر آنها کم است، مصرفشان روی‌هم رفته اقتصادی و با صرفه است. سطح آنها را می‌توان با کهنه نمدار تمیز کرد و به رنگ‌آمیزی مجدد و تعویض قطعات نیازی ندارند. به علاوه لعاب سخت پوشش آنها باعث تأمین ویژگیهای بازتاب سطوح می‌شود.

2-19-6-5 اندودهای آکوستیکی

اندودهای آکوستیکی دو نوعند:

الف:اندودهای گچی با دانه‌های سبک مانند پرلیت و ورمیکولیت منبسط

ب:اندودهای مشتمل بر فیبرهای معدنی به همراه چسب

اندودهای گچ و پرلیت را از اختلاط گرد گچ، پرلیت و آب درست می‌کنند و یا گچ و پرلیت آماده بسته‌بندی شده را با آب مخلوط کرده روی سطوح صاف زیرسازی که ممکن است بتنی، سیمانی، گچی یا فولادی باشد، می‌کشند یا با ماشین بر روی آنها می‌پاشند، اندودهای ماله‌ای در دو قشر آستر به ضخامت حدود 10 میلیمتر و رویه به کلفتی حدود 3 میلیمتر اجرا می‌شوند و اندودهای ماشینی در دو، سه یا چهار قشر نازک پاشیده می‌شوند، به قسمی که مجموع ضخامت به حدود 12 میلیمتر برسد.

به موجب آزمایشهای انجام شده ”ضریب کاهش سر و صدا“برای اندود 12 میلیمتری دستی، حدود 0.65، برای اندود 25 میلیمتری از همین نوع، 0.75 و برای اندود ماشینی به ضخامت 12 میلیمتر، حدود 0.55 است.

اندودهای فیبری از پنبه کوهی یا پشم معدنی و یک چسب معدنی ساخته می‌شوند. در کشورهای صنعتی این اندودها به صورت آماده و بسته‌بندی عرضه می‌شود. نخست سطح مورد نظر را با قشر ضخیمی از چسب، آغشته می‌کنند و سپس فیبر را روی آن می‌پاشند. اندودهای به ضخامت بیش از 12 میلیمتر، دست کم در دو قشر باید انجام شوند و قشر رویه را می‌توان با سیلر و به صورت رنگی نیز اجرا کرد.

اخیراً در بسیاری از کشورها محدودیتهایی برای مصرف پنبه کوهی به ویژه در اندودکاری به وجود آمده است. ضریب کاهش سر و صدا در اندودهای آکوستیکی متفاوت بوده و بستگی به ضخامت اندود و زیرسازی آن دارد. این ضریب برای اندودی رنگ نشده به ضخامت 18 میلیمتر بر روی زیرسازی سخت، از 0.6 تا 0.7 و بر روی زیرسازی فلزی، 0.8 تا 0.9 و برای ضخامت 36 میلیمتر بر روی زیرسازی سخت، حدود 0.9 است، در حالی‌که ضریب اندود اخیر هنگامی که رنگ‌آمیزی شود، به 0.85 کاهش می‌یابد.

2-19-7 انطباق با مشخصات و استانداردها

مصالح آکوستیکی در هر پروژه باید از نظر ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی (ابعاد، سختی و دیگر مشخصه‌ها) با آنچه در نقشه‌ها، دستور کارها، مشخصات فنی خصوصی و سایر مدارک پیمان ذکر شده است، منطبق باشند. نمونه مصالح آکوستیکی اعم از مصالح مصرفی در سقف، دیوار و کف، باید قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد.

ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مصالح آکوستیکی و روشهای آزمایش آنها، باید مطابق استانداردهای ایرانی مربوطه باشد.

تا زمانی که استاندارد ایرانی در برخی موارد تدوین نشده باشد، در درجه اول استانداردهای ”سازمان بین‌المللی استاندارد ISO “ معتبر خواهد بود و در صورت نبودن استاندارد بین‌المللی به ترتیب استانداردهای آمریکایی ASTM ، بریتانیایی BS و آلمانی DIN ملاک عمل قرار خواهند گرفت.

2-19-8 ویژگیها و حداقل حدود قابل قبول

مصالح آکوستیکی باید به لحاظ شکل ظاهری یکنواخت، بدون عیب و عاری از مواد سست و کم دوام و مضر باشند تا در اثر عوامل جوی و هوازدگی خراب نشوند یا مورد حمله میکروارگانیسمها و حشرات قرار نگیرند و به استحکام و کیفیت آنها لطمه وارد نشود.

تاب فشاری، برشی و کششی، وزن ویژه، جذب آب، تخلخل، پایداری در برابر هوازدگی، بخار آب و حمله موجودات زنده، ویژگیهای آکوستیکی، قابلیت حمل مصالح آکوستیکی که در معرض عوامل گوناگون قرار می‌گیرند، باید با استانداردهای مربوطه تطابق نماید. استفاده از مصالح کهنه و غیر استاندارد در صورتی که در نقشه‌ها و مشخصات ذکر شده و نمونه آنها قبلاً به تصویب دستگاه نظارت برسد، مجاز خواهد بود.

2-19-9 مصالح و سیستمهای آکوستیکی مناسب و متداول در ساختمان

برای این موضوع به فصل عایقکاری مراجعه شود.

2-19-10 مصالح نصب

مصالح نصب ترجیحاً باید غیر فلزی و حتی‌المقدور ارتجاعی انتخاب شوند تا باعث انتقال انرژی صوتی نگردند. در موارد اجباری مصالح نصب فلزی باید حتماً زنگ‌نزن باشند یا با مواد محافظ ضد زنگ پوشانده شوند. چسبها باید در هر مورد، مناسب با مصالح آکوستیکی و سطح کار، انتخاب و در نقاط مرطوب از چسب ضد رطوبت استفاده گردد. بهتر است مصالح نصب در شالوده‌ها با قشری از مواد قیر پوشانده شوند.

آکادمی ملی علوم آمریکا (1974)

چکیده
 

عوامل بسیاری، حرکات دمامحور در یک ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهند و شدت خرابی های ایجاد شده در اثر این حرکات را تعیین می کنند. از جمله ی این عوامل، درزهای انبساط هستند که حرکت آزاد را برای المان های ساختمان تا حدودی ممکن می سازند. از این رو، تعیین نیاز ساختمان به درز انبساط و همچنین تعیین خصوصیات این درز در صورت نیاز، از مسائل ناگزیر در آنالیز ساختمان ها می باشد.
در این گزارش، با معرفی روش های تحلیلی و تجربی برای تحلیل نیاز ساختمان به درز انبساط، به خواننده این امکان داده می شود که به عنوان بخشی از آنالیز ساختمان، نیاز به درز انبساط را نیز بررسی کند.

مقدمه
 

ساختمان فرآورده ای پویاست و تحت تأثیر شرایط بارگذاری های مختلف می باشد که اجزا و المان های آن را تحت تنش، کرنش و تغییر مکان دائمی قرار می دهند. در هنگامی طراحی باید تغییر مکان را به گونه ای در نظر گرفت و حتی در صورت نیاز آن را کنترل کرد که ساختمان در طول دوره ای که از آن انتظار می رود، بدون نیاز به تعمیرات اساسی قابل بهره برداری باشد.
به نظر می رسد تعیینِ این که ساختمان به درزهای انبساطِ گرمایی نیاز دارد یا ندارد، باید به عنوان بخشی از آنالیزِ سازه ایِ یک ساختمان در نظر گرفته شود و باید به اثرِ بالقوه ای تغییرات ابعادی افقی بر یکپارچگی سازه و خدمت رسانی ساختمان، توجهی ویژه معطوف گردد.
در این گزارش، تنها تغییر مکان های افقی و درزهای انبساطی که در این راستا تعبیه می شوند، مدنظر هستند و مسائل دیگر، مانند تغییر مکان های عمودی قابل سازه، افت بتن، نشست های جزئی فونداسیون و ... دیده نشده اند.
ابعاد و شکل ساختمان، تغییرات دما، ضوابط کنترل دما، نوع قاب، نوع اتصال به فونداسیون و تقارن سختی در برابر تغییر مکان جانبی و مصالح ساخت و ساز، از مهم ترین عواملی هستند که در طراحی و مکان یابی درزهای انبساط باید مورد توجه واقع شوند.

معیار تعیین نیاز ساختمان به درزهای انبساطی
 

نیاز به درزهای انبساط گرمایی در ساختمان ها، در وهله ی اول می تواند با استفاده از پایه های تجربی تعیین گردد. در صورتی که طراح تشخیص دهد که نتایج بسیار محافظه کارانه اند یا روش تجربی برای نوع ساختمان در دست بررسی، کارآمدی کافی را ندارد، آنالیزِ دقیق تری باید انجام پذیرد.

محاسبه ی تغییرات دمای طراحی
 

مقادیر دمای متوسط باید فقط بر پایه ی فصل ساخت و ساز تعیین گردد؛ دوره ی به هم پیوسته ای از سال که در آن کم ترین دمای روزانه بالای باشد.
حد دمایی را که به طور متوسط فقط 1 درصد از زمان در طول ماه های تابستان (ژوئن تا سپتامبر) دمای هوا در محل ساختمان از آن بالاتر می رود را به عنوان «حد دمای بالای قابل پیش بینی» و حد دمایی را که به طور متوسط 99 درصد از زمان در طول ماه های زمستان (دسامبر تا فوریه) دمای هوا در محل ساختمان از آن بالاتر می رود یا با آن مساوی است، به عنوان «حد دمای پایین قابل پیش بینی» می توان در نظر گرفت.

روش تجربی
 

در این روش، برای ساختمان هایی که ساختار تیر – ستون یا دال – ستون دارند، طول حداکثر ساختمان بدون درز انبساط باید از روی شکل (1) و بر اساس تغییرات دمای طراحی در محل ساختمان تعیین گردد.
در ساختمان هایی که به طور ممتد با مصالح غیر مسلح بنایی نگه داری می شوند، درزهای انبساط باید در فواصل کم تر از 60 متر در نظر گرفته شوند.
این شکل ها بر این فرض استوار هستند که حداکثر بعد مجاز ساختمان ها، تابعی از دو پارامتر می باشند:
1. بیش ترین اختلاف میان دمای متوسط سالانه در مکان ساختمان و حداکثر یا حداقل دمای مورد انتظار،
2. ضوابط کنترل دما برای ساختمان مورد نظر
پارامتر اول باعث تغییرات ابعادی می شود، در حالی که پارامتر دوم توانایی ساختمان برای میرا کردن را منعکس می کند و بنابر آن، جدیت اثر تغییرات دمای بیرون را کاهش می دهد. منحنی های مربوط به ساختمان گرم شده و گرمازدایی شده (شکل 2) مربوط به طول مجاز حداکثر ساختمان که بدون درز انبساط اجرا می شود، بر حسب تغییرات دمای طراحی به شکل یک تابع پله ای قابل ارائه هستند.
این منحنی ها می توانند برای ساختمان های با سازه ای قاب، ساختمان هایی که در تکیه گاه مفصلی هستند و تیرهای گرم شده ی میانی به کار روند. برای شرایط دیگر، قوانین زیر قابل اجرا هستند:
آ) هنگامی که ساختمان فقط گرم می شود و پایه های ستون مفصلی ست، طول مجاز را به صورتی که تعیین شده، استفاده کنید.
ب) اگر ساختمان همان طوری که گرم می شود، تهویه ی مطبوع هم می گردد، طول مجاز را 15 درصد افزایش دهید (اطمینان حاصل کنید که سامانه ی کنترل محیط به طور ممتد در حال کار کردن است).
پ) اگر ساختمان گرمازایی می شود، طول مجاز را 33 درصد کاهش دهید.
ت) اگر ساختمان تکیه گاه های صلب دارد، طول مجاز را 15 درصد کاهش دهید.
ث) اگر ساختمان اختلاف سختی قابل ملاحظه ای در مقابل تغییر مکان جانبی در دو انتهای بعد پلان خود دارد، طول مجاز را 25 درصد کاهش دهید.

در مواردی که بیش تر از یکی از این شرایط در طراحی یک ساختمان مشاهده می شود، باید درصدهای مربوط به هر شرط با هم جمع جبری شده و به طول مجاز اعمال گردد.
به نظر می رسد محدوده های 600 و 200 فوت در ابعاد طولی ساختمان ها، منعکس کننده ی تجربیات بلند مدت مهندسی باشد. در نتیجه، بدون هیچ قضاوت عملی یا تئوری دیگری، در این جا به عنوان مقادیر مرزی استفاده می شوند.
چنان که از نمودار مشخص است، برای مقادیر نسبتاً کوچک تغییرات دما ) حداکثر طول مجاز، قابل قبول می باشد.
همچنین، با توجه به تحقیقات گذشته موارد زیر قابل توجه هستند:
1. تأخیر زمانی قابل ملاحظه ای (2 تا 12 ساعت) میان حداکثر تغییر طول یک ساختمان با دمای حداکثر پیرامون که با این تغییر طول مربوط است، وجود دارد. بررسی ها نشان می دهد که تأخیر زمانی به گرادیان دما میان دمای بیرون و دمای داخل ساختمان، مقاومت در برابر انتقال تغییرات دما (عایق بندی) و طول زمانی که دمای بیرون در ترازهای حداکثر خود باقی می ماند، بستگی دارد.
2. تغییرات حداکثر دما و بعد ماکزیمم یک ساختمان، تنها پارامترهای تاثیرگذار بر گستره ی تغییر ابعاد ساختمان نیستند.
برای مثال، به نظر می رسد که ضرایب موثر انبساط گرمایی از یک ساختمان به ساختمان دیگر و همین طور داخل یک ساختمان بسیار متنوع اند.
3. ضریب موثر انبساط گرمایی تراز طبقه ی اول تقریباً یک سوم تا دو سوم طبقات بالاتر می باشد.
4. در بیش تر موارد، تغییرات ابعاد هر ساختمان در بالاترین تراز به ضریب موثر انبساط گرمایی که مقدار بین 2 و 5 بر میلیون درجه ی فارنهایت می باشد، وابسته است. با تخصیص دادن مقادیر 3/3 برای آجر، 5/5 برای بتن و 6 برای فولاد و همچنین اطمینان کم از صحت فرضیات استفاده شده در ارزیابی تغییرات دما که فاصله ی 2 تا 5 بر مبنای آن استخراج شده است، به نظر می رسد که بررسی ها تأیید می کنند که ترازهای بالاتر ساختمان تحت اثر تغییرات ابعادی مربوط به ضریب انبساط گرمایی ماده ی اصلی که هر تراز از آن ساخته شده است، قرار دارند.

روش تحلیلی
 

دشواری دسته بندی شکل های ممکن ساختمان و پیچیدگی الگوهای تنش – کرنش که اثرات تغییرات دمایی در ساختمان های غیرمستطیلی ایجاد می کند، تشخیص نیاز به درز انبساط بر پایه ی روش تجربی را مشکل یا ناشدنی می سازد. همچنین، ممکن است طراح بخواهد طول ساختمان را بدون درز انبساط از حدودی که روش تجربی معین می کند (به گونه ای که در بالا توضیح داده شد) بالاتر ببرد. بنابراین، نیاز به آنالیزی دارد تا مفاهیم زیر و روشهای طراحی سازه در آن هماهنگ باشند.

تغییر دمای یکنواخت طراحی
 

محاسبه ی تغییرات دمای طراحی برای ساختمان های گرم شده یا دارای تهویه، باید شامل یک ضریب تجربی حداقل باشد تا تغییرات دمای حداکثر را که ساختمان در معرض آن ها قرار می گیرد، کاهش دهد و در عین حال، همه ی اثر کنترل دمای درونی را نیز در نظر نگیرد. در غیاب اطلاعاتی که از نظر تکنیکی دقیق باشند و طور دیگری نتیجه بدهند، مقدار تغییر دمای یکنواخت طراحی، به طور رضایت بخشی با در نظر گرفتن هر کدام که بزرگ تر باشد، قابل تعیین است و همچنین، برای ساختمان هایی که کنترل دما ندارند، برای ساختمان های گرم شده ولی بدون تهویه، برای ساختمان های گرم شده و دارای تهویه.

روش های پیشنهادی برای طراحی ساختمان ها در برابر تغییرات گرمایی
 

مانند بسیاری از مشکلات سازه ای، بررسی اثرات گرمایی بر یک ساختمان به یک درک پایه از نیروها و تغییر شکل های توزیع شده در سازه محدود شده است. اگر تغییر شکل ها کاملاً مهار شوند، نیروهای به وجود آمده در اعضای سازه ای ممکن است از مقاومت اعضا بالاتر روند و باعث شکست سازه ای گردند. در صورت مهار نشدن هم تغییرات هندسه ی سازه ممکن است عملکرد کلی آن را تحت تاثیر قرار دهد.
- مقادیر C کم تر از واحد بر فرش این که سامانه های کنترل محیط در ساختمان های به طور ممتد فعال باشند، استوار است. پس در صورتی که پیش بینی شود دستگاه های کنترل محیط در فواصل منظمی برای یک د وره ی زمانی (2 روز یا بیش تر) خاموش می شوند، مقادیر کم تر از C قابل استفاده نیستند. هر گونه انحراف از این مقادیر باید از لحاظ عددی ثابت گردد.
پس وظیفه ی طراحی این است که یکی از سه راه گسترده ی اساسی زیر را انتخاب کند:
1. محدود کردن پتانسیل تغییر شکل در سازه (بدون این که به شکست منجر شود) توسط طراحی اعضای مناسب که به طور اساسی مقاوم و سخت شوند.
2. آزاد کردن حرکات پایه ی اعضای سازه ای ساختمان و اجزای غیر سازه ای، به گونه ای که عملکرد نهایی سازه تحت اثر معکوس قرار نگیرد. چنین سازه ای عملاً به مقاومت اضافه ی اعضا برای تحمل اثرات گرما نیاز ندارد.
3. ایجاد حالتی میان ظرفیت تحمل تنش و توانایی تحمل تغییر شکل، بدون آن که عملکرد سازه قربانی شود.
راه حل نخست، برای ساختمان های بیش تر از دو طبقه کاملاً ناشدنی ست. سخت کردن و مقاوم کردن طبقات پایین فقط اثرات مضر گرما را به طبقات بالا منتقل می کند و بنابراین، طبقات بالاتر به جای زمین بر یک پایه ی صلب مصنوعی قرار خواهند داشت. بر عکس این روش برای ساخمان های کوتاه و طویل با مصالح بنایی و جرم زیاد که مقاومت کمی در برابر حرکت دارند، روش اصلی خواهد بود. قالب های سازه ای آن ها به گونه ای طراحی شده اند که یکپارچگی ساختمان را از طریق تحمل نیروهای اصلی گرمایی که بیش تر با مقاومت ساختمان سرو کار دارد تا با تغییر شکل، تأمین کند.
بخشی از دیوارها که محل تقاطع دو دیوار یا نزدیک به آن می باشد، سطوحی که به دلیل میزان بازشوهای زیاد به نظر ضعیف می رسند و اتصالات صلب میان المان های افقی (خصوصاً بتن یا سقف های سخت دیگر) و دیوارهای جرم دار، به اثرات تغییر دما حساسیت بیش تری دارند. در همه ی این موارد و موارد مشابه با آن،باید درزهای انبساط یا المان های بسیار قوی دیگر که بتوانند به خوبی در مقابل تمایل به تغییر شکل مقاومت کنند بدون این که تسلیم شوند، در نظر گرفته شوند. نیروهایی که در این شرایط تولید می شوند، از طریق تحلیل نیروهایی که منجر به تغییر شکل الاستیکی که قابل مقایسه با تغییر شکل های یک سازه ای مهار شده بر اثر تغییر دما باشد، قابل استخراج هستند.
پس این نیروها می توانند با فرمول بسیار ابتدایی زیر محاسبه شوند:

F= نیروی محوری که در یک عضو مهار شده در برابر تغییرات مربوط به تغییر دما ایجاد می شود. = ضریب انبساط گرمایی
E= مدول الاستیسیته
A= مساحت سطح مقطع
t= تغییرات دما
اگر عضو کاملاً مهار شود، F بیش ترین مقداری را که در یک عضو می تواند تولید شود، خواهد داشت و اگر کاملاً در برابر انبساط آزاد باشد، F برابر صفر خوادهد بود. در سازه های واقعی، شرایط کاملاً مهار شده و کاملاً آزاد غیرقابل دسترسی می باشد. از لحاظ فیزیکی، مساله می تواند به دو حالت مختلف روی هم گذاری شود:
تغییرات دما می تواند باعث یک تغییر طول کلی و شود که از فرمول زیر محاسبه می شود:

در این جاL طولی از عضو است که تحت تاثیر دما قرار گرفته است. نیروهایی که در برابر تغییر طول مقاومت می کنند، تغییری در طول ایجاد می کند که در جهت مخالف می باشد.
از قانون هوک قابل محاسبه است:

تغییر خالص طول به صورت زیر خواهد بود:

پس اگر (مثلاً اگر صفر باشد یا تغییرات مهار نشده باشد)،
، F=0 و اگر (تغییرات کاملاً مهار شده یا خواهد بود.
در همه ی موقعیت های واقعی، F عددی میان o و می باشد.
اگر در جایی که آن گاه:

در تفسیر این عبارت، بیان شده است که اگر درصدی از تغییر طول مهار نشده ای باشد که عضو تحمل می کند، نیروی مهار کننده ی مکمل این درصد ضرب در نیروی مهار کامل می باشد.
پس، طراح باید ابتدا درصدی از تغییر شکل را که سازه می تواند بدون کمبودی در عملکرد تحمل کند، ارزیابی کند و سپس برای تحمل نیروهای ورای نیازهای قراردادی طراحی، مقاومتی اضافی در اعضای تحت تاثیر در نظر بگیرد. اگر این مساله در چهارچوب ابعاد منطقی یا هزینه ها قابل اجرا نباشد، طراح باید جایگزین های زیر را جهت اصلاح طرح در نظر بگیرد:
1- اتخاذ اتصالات مناسب در میان اجزای سازه ای، نیمه سازه ای و غیر سازه ای، به گونه ای که گستره ی بزرگ تری از تغییر شکل ها بدون کاهش کارآیی ساختمان مجاز باشد.
2- ایجاد یک درز انبساط (درز جداساز یا درز انقطاع نیز نامیده می شود) در قاب سازه ای که موجب کاهش طول موثر(L) و در نتیجه، کاهش پارامتر اولیه می گردد.
در حالی که مطالب بالا روش های گسترده و منطقی برای بررسی و طراحی می باشند، یکی از تفاسیر آن ها کاملاً روشن نیست و توجه ویژه ای را طلب می کند و آن، این است که اگرچه یک سازه ی مخصوص ممکن است امکان تحمل نامحدود طول (که مربوط به است) را داشته باشد، طراح باید میزان تغییر طولی را که در حیطه ی جزئیات فیزیکی سازه قابل دستیابی است، ارزیابی کند.

راهنمایی های نهایی
 

راهنمایی های زیر برای طراحی ومکان یابی درزهای انبساط توصیه می شوند:
1- درزهای انبساط باید در همه ی ارتفاع ساختمان ادامه یابند (از بالای پایه فونداسیون تا درون سقف) (یا دیوارهای حائل). دو ساختمان جدا از هم ولی همساز می توانند در پایه ها مشترک باشند.
2- حد بالای فاصله ی درز افقی (UB) در ساختمان های دارای قاب تیر و ستون، باید از رابطه ی زیر محاسبه گردد:

در این جا بر حسب درجه ی فارنهایت وl برابر طول موثر می باشد. L را از شکل (3) می توان به دست آورد.
(a) قطعات ساختمان با سختی متقارن
(b) یک قطعه با سختی نامتقارن و سختی بیش تر در انتهای دور نسبت به درز
(c) یک قطعه با سختی نامتقارن و سختی بیش تر در انتهای نزدیک نسبت به درز
3- برای در نظر گرفتن مسائل ساخت و ساز و انقباض انبساط درزگیرها، عرض درز انبساط(W)، بر حسب اینچ باید به صورت زیر محاسبه گردد:

در اینجاUB از معادله ی شماره ی (5) محاسبه می گردد و مقادیر عبارت است از:
0/2 برای ساختمان های گرمازدایی شده (unheated)
7/1 برای ساختمان های گرم شده و بدون تهویه ی هوا
4/1 برای ساختمان های گرم شده و دارای تهویه ی هوا
4- برای ساختمان هایی که دارای دیوارهای حمال خارجی با مصالح بنایی رس می باشند، حداکثر فاصله ی درزها باید به 60 متر محدود گردد و عرض حداقل مورد نیاز برای درزها (W) از عبارت زیر محاسبه می گردد:

و L همان گونه که در معادلات (6) و (7) تعیین شده اند، استفاده می گردند.
5- عرض حداقل درزها در هیچ حالتی نباید کم تر از 1 اینچ در نظر گرفته شود و اگر از 2 اینچ بیش تر باشد، باید راهکارهایی در مورد مواد مصرفی و روش های اجرای درز اندیشیده شود که خود درز در هنگام حرکات اصلی در محل درز، تحمل تنش ها را داشته باشد (راهکارهای دیگری نیز باید به جزئیات سازه ای و معماری ساختمان اعمال گردد تا از تحمل ساختمان نسبت به تغییر شکل های اصلی بدون این که خدمت رسانی آن تحت تاثیر قرار گیرد، اطمینان حاصل شود).
6- طراحی درزهای انبساط باید به گونه ای صورت گیرد که حرکت اجزای ساختمانی مجاور نسبت به هم به راحتی صورت گیرد و در عین حال، آب یا گرد و غبار وارد نشود و امکان بازرسی و تعمیر آسان نیز وجود داشته باشد. عرض درزهای انبساط باید مقادیر بیش تر از پتانسیل تغییر طول باشد تا از بسته شدن کامل درز جلوگیری شود و در ضمن، مسائل سازه ای و طبیعت مواد پُر کننده نیز در نظر گرفته شود.

نتیجه گیری
 

برای تعیین نیاز ساختمان به درز انبساط دو روش تجربی و تحلیلی در دست است؛ روش تجربی حداکثر طول ساختمان را که بدون درز انبساط قابل اجراست، 600 فوت اعلام
می دارد و این طول را برای مقادیر نسبتاً کوچک تغییرات دما مجاز می شمارد. روش تحلیلی که برای ساختمان های با شکل یا الگوهای تنش-کرنش پیچیده به کار می رود، با به کارگیری ضرایبی مانندC و با استفاده از روش استاتیکی و معهادله ی ساده ی امکان به دست آوردن طول حداکثر ساختمان را که بدون درز انبساط قابل اجراست، به طراح می دهد و همچنین، برای طراحی ساختمان با مقدار مشخصی تغییر طول، راهکارهایی ارائه می کند. درزهای انبساط که لازم است حداقل 1 اینچ عرض داشته باشند، می باید به گونه ای طراحی گردند که با حفظ کارآمدی و سرویس دهی ساختمان، امکان حرکت اجزای ساختمان را فراهم آورند و در عین حال با اندیشیدن تمهیدات ویژه، طراحی باید از پر شدن درز جلوگیری کند، تا کارآیی درز تحت تاثیر قرار نگیرد.

پی‌نوشت‌ها:
 

1- کارشناس ارشد سازه
2- کارشناس عمران
* مقادیر C کم تر از واحد بر فرض این که سیستم های کنترل محیط در ساختمان ها به طور ممتد فعال باشند استوار است پس، در صورتی که پیش بینی شود، دستگاه های کنترل محیط در فواصل منظمی برای یک دوره ی زمانی (2 روز یا بیش تر) خاموش می گردند، مقادیر کم ترC قابل استفاده نیستند. هرگونه انحراف از این مقادیر باید از لحاظ عددی ثابت گردد.
 

منابع
Expansion joist in building, Technical Report No.65
ماهنامه فنی-تخصصی دانش نما 181-182.

/ج