عنوان تحقیق :
سازه های طبیعی
و هندسه فراکتال
فهرست مطالب
مقدمه …………………………………………………………………………………… 4
فصل اول
بخش 1: سازه های طبیعی …………………………………………………………. 5
بخش 2: نمونه های طبیعی ………………………………………………………… 11
بخش 3: سازه های دارای اسکلت ……………………………………………… 26
بخش 4: درس هایی از طبیعت برای طراحان ……………………………….. 30
بخش 5: تقلید از طبیعت ………………………………………………………….. 34
بخش 6: نتیجه گیری ………………………………………………………………. 47
فصل دوم
بخش 1: معماری طبیعی …………………………………………………………… 50
بخش 2: اصل و مبدا معماری …………………………………………………… 52
بخش 3: دگرگونی مدرنیسم ……………………………………………………. 57
بخش 4: انواع سازه ها …………………………………………………………….. 60
بخش 5: ساختمانی همخوان با باد ……………………………… ………………………..69
بخش 6: عکس هایی از ماکت استخر
که از طرح صدف الهام گرفته شده ………………………………………… 71
بخش 7: خانه جنگل هانگی ……………………………………………………………. 73
فصل سوم
بخش 1: هندسه فراکتال …………………………………………………………………. 76
بخش 2: فراکتال های هندسی …………………………………………………………. 79
بخش 3: نمونه های فراکتال ……………………………………………………………. 82
بخش 4: خصوصیات اشکال فراکتال ………………………………………………… 90
بخش 5: فراکتال و معماری معاصر …………………………………………………… 94
منابع و مآخذ …………………………………………………………………………………. 96
« مقدمه»
هیچ گاه از هیچ چیز تقلید مکن ، مگرفرم های طبیعی
از ابتدای تمدن بشری ، دنیای پر جاذبه طبیعی منبعی بسیار غنی برای نو آوری و الهام بخشی بزرگ ترین نقاشان ، مجسمه سازان ، موسیقی دانان ، فیلسوفان ، شاعران ، طراحان و مهندسان بوده است. صدای حرکت آب در رودخانه ، رنگ های خیره کننده رنگین کمان ، ریتم منظم برخورد امواج دریا با صخره های اطراف آن فریبندگی بوی خوش گل های سرخ ، ساختار هوشمند کندوی عسل ، غنای رنگ در فصل پاییز ، آسمان زیبا به هنگام طوفان و شکسته شدن نور خورشید در یک روز برفی زمستانی تنها تعداد اندکی از عجایب طبیعی اند که باعث الهام بخشی و نو آوری در آثار دست ساخت انسان شده اند. تعجب برانگیز نخواهد بود اگر بگوییم که دنیای طبیعی پیرامون ما در حال حاضر به سطح بالایی از توسعه در طول میلیون ها سال تکامل تدریجی خود رسیده است و دنیای امروز از دوران تغییرات طولانی عبور کرده است تا به سطحی از زیبایی که ما امروزه آن را می بینیم و درک می کنیم ، دست یابد. در این فرآیند ، فقط کارا ترین ، قوی ترین و قابل انعطاف ترین فرم های طبیعی در طول میلیون ها سال باقی مانده اند. در تکوین دنیای امروزی ، میراثی چند میلیون ساله از پیشرفت هایی که در طول سالیان دراز حاصل شده است ، وجود دارد. ارسطو ، فیلسوف دوران باستان ، از نخستین افرادی بود که در مورد طبیعت به عنوان منبع عظیم الهام بخشی نوشت. او بیان کرد که زیبایی عملکردی حتی در مخلوقات بسیار کوچک نیز وجود دارد. در اکثر موارد ما از طبیعت از طریق احساس زیبایی طبیعی با استنشاق بوی خوش ، رنگ ، شکل ، فرم و صدا الهام می گیریم. غالب اوقات بدون جستجو برای معنای عمیق تر و بدون سوال از فرم های طبیعی ، به طور حسی از ذات طبیعی خود پیروی می نمائیم و اصوات ، رنگ ها و فرم هایی را که ما را احاطه کرده اند ، تقلید می کنیم . بدون شک تعدادی از بهترین قطعات موسیقی کلاسیک و بهترین آثار نقاشی از این طریق خلق شده اند.
فصل اول
بخش 1 :
سازه های طبیعی
سازه های طبیعی
این امر تقریبا قطعی است که سازنده های ابتدایی که توسط انسان های ماقبل تاریخ مورد استفاده قرار می گرفتند، فرم های طبیعی بودند. بیش از آن که انسان بتواند دنیای اطراف خود را مطابق با خواسته ها و نیازهای خویش تغییر دهد ، برای رفع احتیاجاتش از غار ها به عنوان سر پناهی برای محافظت در برابر عوامل طبیعی،از درختان برای محافظت در برابر حیوانات درنده و یا محلی برای مخفی شدن به هنگام شکار و همچنین از درختان سقوط کرده برای عبور از رودخانه ها و سیلاب ها استفاده می کرد.شاید اجداد ما بدون درک واقعی فرم های طبیعی،از یکی از بهترین معلمان یعنی طبیعت ، استفاده از فرم های سازه ای موجود در آن را می آموختند. طبیعت برای اطمینان از این که سازه ها به خوبی پاسخگوی اهداف عملکردی شان می باشند یا خیر ، روش مخصوص به خود را دارد، هر چیزی که به اندازه کافی قوی نیست محکوم به نابودی است. به عنوان مثال فرسایش در غارها به تدریج ابعاد دهانه غار ار افزایش داد که صخره روی آن می بایست این دهانه را بپوشاند ، نتیجه اینکه در اثر تنش زیاد ، سقف غار فرو می ریخت ، یا در مورد درختانی که ریشه های آنان به اندازه کافی در زمین فرو نرفته باشد، با وزش بادهایی قوی از بین می روند. بیش از صدها هزار سال انسان اولیه به تدریج از یک مصرف کننده بدون تفکر آن چه طبیعت در اختیار وی قرار می داد، به یک موجود فنی و تکنیکی تبدیل شد که می توانست برای مشکلات و مسائل خود راه حلی را بیابد. در این مرحله گذار و تحول انسان اولیه ، انسان از طبیعت تقلید می کرد و پس از آن به قبول و پذیرش نمونه هایی از دنیای طبیعی پرداخت.
تصویر 1- قله کوه
تصویر 2- درختان باریک و بلند
این آموزه ها امروزه هم بیان می شوند و مورد استفاده قرار می گیرندو طیف وسیعی از دانش مربوط به کارایی سازه ای و تمرینات عملی به شکل فرم های زیبا و طبیعی را شامل می گردند. سلول هر موجود زنده ساختاری دارد و باید فرم سازه ای مشخصی داشته باشد. در استفاه از فرم های مناسب برای عملکردهای مشخص ، طبیعت نیز مانند طراحان ساختمان با مجموعه ای از مسائل و مشکلات روبروست. یک فرم قوی تر و پایدار تر ممکن است مقاومت بیشتری را برای موجود زنده فراهم کند ولی در عین حال نیاز به مواد خام بیشتری داشته باشد(که ادامه این کار به دور باطل می انجامد. جایی که وزن بیشتر نیاز به سازه ای مقاوم تر برای آنکه آن را حفظ کند ، دارد و برای پاسخگویی به این نیاز ، به وزن بیشتر احتیاج است ).
یک اشتباه جزیی در طرح های طبیعی ، نتیجه ای بی رحمانه در پی خواهد داشت. حیوان شکار چی که وزن زیادی دارد و نمی تواند به اندازه کافی سریع حرکت کند تا شکار خود را به چنگ آورد ، مدت زیادی زنده نخواهد ماند. همچنین شکاری که وزن مناسب نداشته باشد، نمی تواند از دست شکارچی در امان باشد. در طبیعت فرم های سازه ای کارا الویت بیشتری دارند، زیرا طبیعت می تواند بارهای وارده در یک ساختاررا به روش حسی انتقال دهد و دیگر اینکه طبیعت با کارایی موثر یک موجود زنده هیچگونه سازشی ندارد.این امر یکی از کلیدهای موفقیتی است که طراحان ساختمان سعی در به دست آوردن آن دارند.آیا هدف از طراحی بهینه چیزی جز رسیدن به بهترین دستاورد با صرف کمترین سرمایه گذاری است؟
طبیعت ترکیب زیبایی و فرم سازه ای
هنگامی که به یک گل نگاه می کنیم ، تحت تاثیر بوی خوش و فرم زیبای آن قرار می گیریم . ولی اگر با دقت بیشتری به آن نگاه کنیم و در مورد فرم آن تفکر نماییم ، شاید بیشتر تحت تاثیر این موضوع قرار گیریم که چگونه یک گل هنگام وزش نسیم نوسان می کند، ولی نمی شکند و دوباره به حالت اول خود باز می گردد. این موضوع در گیاهانی که دارای مفصل هستند، بیشتر به چشم می خورد. به دلیل وجود مفصل، این گیاهان هنگام وزش باد، انعطاف پذیر می باشند. موضوع جالب توجه این است که با اینکه مصالح سخت کننده در مفاصل به میزان حداقل می باشند، در عین حال در کاراترین و موثرترین شکل خود بکار برده شده اند. دلیل این امر این است که طبیعت چیزی را هدر نمی دهد.
امروزه درس های زیادی برای آموختن در طبیعت وجود ندارد، آموزه های طبیعی به سوی مراحلی عمیق تر و دقیق تر پیش می روند. با کوشش و درک قوانین طبیعت و دیدن ، احساس کردن، شنیدن و یا استشمام فرم های طبیعی شاید بتوان به زیبایی عملکردی طبیعی دست یافت( به طور مثال زیبایی از طریق حداکثر کارایی در مصالح و فرم حاصل می شود).
برای توسعه و پرورش فرم های سازه ای که در طبیعت
وجود دارند، قوانین اساسی وجود دارد که می توان
آنها را در اغلب سازه های نوین به کار برد.
بسیاری از بهترین مهندسان و معماران با استفاده از
این قوانین طرح های زیبا خلق کرده اند.
هنگام در نظر گرفتن یک فرم طبیعی ، معماران سعی کرد در درک تناسبات ، فرم های منحنی ، شکل و حجم آن را دارند، در حالی که مهندسان قوانین مقاومت مصالح ، ایستایی و حرکت در آن را تحلیل می کنند و قوانین موجود در آن را برای ایجاد فرم های جدید مورد بررسی قرار می دهند. شاید با توضیحات فوق بتوان کلمه ًطبیعت ً را از نمودار شماره 1 حذف کرد و بجای آن از کلمه ًطراحی ً استفاده کرد.
شاید آنچه مخلوقات طبیعی را بسیار خاص می سازد این باشد که کارایی سازه ای و زیبایی فرم در آنها همزمان اتفاق می افتد. در تمامی سازه ها بدون استثنا منطقی روشن وجود دارد که به نوعی در مسیر جادویی، فرم های زیبا ایجاد می کنند که همگان مشتاق به دیدن و تحسین آنها هستند. تشابه ، تناسب و تفاوت هایی را می توان بین فرم هایی موجود در طبیعت و فرم های دست ساخته انسان پیدا کرد.
از نظر فلسفی، طبیعت ارتباطی است بین استدلال سازه ای ، کارایی ، بهترین استفاده از مصالح با توجه به خصوصیات آنها، تناسبات عملکردی و زیبایی شناسانه، رنگ ، شکل و حجم در سطحی که دست ساخته های انسان تاکنون به آن حد نرسیده اند. ولی از نظر عملی، بسیاری از ً مفاهیم موجود در طبیعت ً به زیبایی و فرم های ساخته شده کارا ترجمه شده اند. با درک قوانین موجود در طبیعت و کاربرد آنها ، انسان توانسته است سازه هایی با کارایی بالا و شکل و تناسباتی ایجاد نماید که می توان آنها را ً زیبا ً نامید.هنگامی که زیبایی و کارایی در یک فرم سازه ای با پیروی از قوانین موجود در طبیعت ترکیب می شوند ، می توان ادعا کرد که این نوع از سازه ها کاملا به نمونه های طبیعی نزدیک شده اند.
بخش 2 :
نمونه های طبیعی
درختان
آن چه که در مورد فرم ، زیبایی و ساختار درختان وجود دارد، بسیار منطقی و طبیعی است. با نگاهی دقیق به ساختار یک درخت در می یابیم که تنه درخت در پایین پهن تر بوده و شاخه های آن هر قدر به سمت بالا می روند ، نازک تر می شوند. درختان نکات زیادی را در مورد طراحی و ساخت های کارا به ما آموزش می دهند. در حقیقت درخت یک طره عمودی بسیار بزرگ است که در یک انتها توسط ریشه های آن نگاه داشته می شود. همچنین شاخه ها نیز هر یک طره ای کوچک تراند که به تنه درخت و یا شاخه های بزرگ تر متصل شده اند. در یک طره مقدار تنش در تکیه گاه بیشتر است و به سمت انتهای طره کاهش می یابد. با چنین استدلالی ، مصالح در طره ها باید در تکیه گاه متمرکز شوند و به سمت انتهای آن کاهش یابند. این چیزی است که به طور واقعی می توان در شکل طبیعی درخت مشاهده کرد.
تصویر 3- سلسله مراتب در ساختار یک درخت
تصویر 4- پل طره ای forthدر اسکاتلند
تصویر5 – شکل غلط سازه طره ای تصویر6- شکل صحیح سازه طره ای
طراحان چنین قانونی را از زمان های بسیار دور در طرح های خود استفاده کرده اند، مانند ماریو سالوادوری که در کتاب با ارزش خود در مورد مهندسی سازه به این امر اشاره کرده است(1990، salvadori).لازم نیست به مهندس معمار و سازه آموزش داد تا محاسبه نماید که تیر طره ای نشان داده شده در تصویر شماره 5 کارایی ندارد، زیرا چنین فرمی اساسا از نظر زیبایی شناسی ً ناصحیح ً و ًنا خوشایند ً است و دارای آرایش ً غیر منطقی ً است. دلیل اینکه ما می دانیم طراحی تصویر شماره 5 صحیح نیست ، چیست؟ آیا به این دلیل نیست که شکل آن را در درختان مشاهده می کنیم؟
منطق موجود در ساختار درخت منبع اصلی نوآوری و ابداع در بسیاری از فرم های سازه ای بوده است که تعدادی از آنها در ادامه و فرودگاه استنستد در انگلستان که به شکل ستون های درختی است.
قوس های طبیعی سنگی
در بسیاری از نقاط در سراسر جهان، طبیعت به ما می آموزد که چگونه یک قوس می تواند بارهای وارده در طول یک دهانه را تحمل نماید. پونت د آرک در فرانسه ، پل رین باو در آریزونا و قوس لنداسکیپ در یوتا امریکا از بزرگ ترین و مشهورترین نمونه ها هستند، هر چند که نمونه های کوچک تر طبیعی را نیز می توان در جایی که صخره های سنگی به وسیله آب دچار فرسایش شده اند، مشاهده کرد.
رمز بقای چنین سیستمی شکل آن است. صخره ها در برابر فشار مقاوم هستند ولی در برابر کشش ضعیف می باشند. به همین دلیل قوس بهترین فرم برای انتقال بارهای وارده در طول یک دهانه است که تحت فشار خالص است. باعث تعجب نیست که در طبیعت صخره های صاف و یا به شکل قوس معکوس پیدا نمی کنیم ، زیرا در این صورت چنین فرمی دچار خرابی شده و فرو می ریزد.
تصویر 8- ساختمان اپرای سیدنی ، نمونه ای از
کاربرد فرم قوسی در معماری معاصر
تصویر 7- قوس طبیعی لند اسکیپ در آریزونا
تصویر 9- پوسته تخم پرندگان
با مقاومت وسختی مناسب
پوسته تخم پرندگان
پوسته تخم پرندگان نمونه زیبایی از قانون استفاده از حداقل مصالح با حداکثر کارایی است. در پوسته تخم پرندگان عملکرد اصلی حفاظت از جوجه درون آن است که به نیاز با استفاده از مصالح بیشتر، هم به بدن مادر صدمه وارد می شود و هم وزن پوسته زیاد شده و مانع از شکسته شدن آن توسط جوجه می شود.پوسته تخم پرندگان را می توان به عنوان فرم قوسی سه بعدی در نظر گرفت که در آن نیروها به شکل فشاری منتقل می شوند. چنین فرم قوسی شکل سه بعدی عامل اساسی طراحی ساختمان ها با استفاده از گنبد و فرم های پوسته ای بوده است.
تصویر 10- سازه پوسته ای مرکز کنفرانس CNITدر پاریس
صدف های دریایی
در بسیاری از موارد به دلیل فرم بدن موجود زنده نیاز به مقاومت خمشی می باشد و استفاده از فرم های قوسی میسر نیست. مسئله ای که در این رابطه پیش می آید ، استفاده از مصالح حداقل با حداکثر کارایی است. یک صفحه کاغذ صاف را بر داشته و آن را خم می کنیم به وضوح می توان مشاهده کرد که این صفحه کاغذ در برابر خمش هیچ گونه مقاومتی ندارد. ولی اگر در همین صفحه تا خوردگی های متعدد ایجاد نماییم، متوجه خواهیم شد که کاغذ در برابر نیروهای خمشی مقاومت قابل توجهی دارد. این امر در طبیعت نیز بدون پاسخ باقی نمانده و طبیعت باز هم ما را مغلوب خود نموده است.در صدف های دریایی چین خوردگی هایی وجود داردکه با حداقل مصالح مقاومت خمشی مناسبی را تامین می نماید.
تصویر 11- صدف دریایی
تصویر12- ساختمان کلیسای Cadetدر
امریکا با استفاده از ورق های تا شده
ترکیبات شیمیایی
بعضی از نمونه های سازه های طبیعی تاثیری مستقیم بر انسان های اولیه نداشته اند ، مانند آرایش مولکولی در ترکیبات شیمیایی که جستجوی طبیعت برای دستیابی به سادگی، مقاومت و زیبایی را در سطح میکروسکوپی نشان می دهد. پریمو لوی شیمیدان معروف ایتالیایی که بعد ها نویسنده ای موفقی نیز شد ، یک ایده ساده ولی الهام بخش از زیبایی شناسی حاصل از ً صحت و درستی ً در فرم های سازه ای مولکولهای کربن را اینگونه توضیح داده است :
[در حقیقت آن چه در شیمی اتفاق می افتد مشابه چیزی است که در معماری مشاهده می شود در معماری ساختمان های بزرگ و " زیبا " که ساده و متقارن هستند، محکم و نیرومند نیز می باشند به طور خلاصه ، همان چیزی که در مولکول ها اتفاق می افتد همان چیزی است که در گنبد کلیسای جامع و یا قوس یک پل می بینیم.همچنین می توان این گونه توضیح داد که به کار بردن کلمه " زیبایی " مانند کلمه " مطلوب و خوشایند" نه بعید است و نه متا فیزیکی.
انسان همواره در پی دستیابی به حداکثر دوام از طریق حد اقل هزینه بوده است و پس از رسیدن به چنین چیزی است که احساس زیبایی شناسی را میتوان تجربه کرد.به طور قطع همیشه این چنین نبوده است:طی قرون متمادی "زیبایی " با آرایش،تجمل،اجزا غیر ضروری و اضافی و تزیینات محض مترادف بوده است.زیبایی واقعی را که درون هر دوره به طور خاص می توان آن را جستجو نمود،شاید بتوان آن را در شکل سنگ ها،فرم بدنه کشتی ها و یا بال یک هواپیما یافت.] آیا پریمو لوی زیبایی باور نکردنی طرح باک مینستر فولر که سازه ای شگفت انگیز،پایدار و قوی به شکل مولکول های کربن بود،را دید.فرمی که برای اولین بار در سال 1990 در نانو تکنو لوژی به کار برده شد و استفاده از مصالح جدید و مقاوم تری را در آینده نوید می داد.
تصویر 13- مدل ساختار شیمیایی
طرح با کمینستر فولر
تصویر 14- نمونه گنبد ژئودزیک در
معماری معاصر ، غرفه دیزنی در امریکا
استخوان بدن حیوانات
استخوان ها اجزای قاب اسکلتی بدن حیوانات می باشند که وزن بدن آنان را حمل می کنند و بنا براین می توان آنها را با سازه های متشکل از تیر و ستون که در ساختمان های بزرگ امروزی به کار می روند، مقایسه کرد. اجزایی از این قاب اسکلتی که کارایی سازه ای ندارند و فقط باعث افزایش وزن اسکلت می شوند، به تدریج حذف خواهند شد. معمار و مهندس اسپانیایی ، سانتیاگو کالاتراوا در بسیاری از طرح های خود از طبیعت الهام گرفته و سازه هایی به شکل اسکلت بدن حیوانات طراحی نموده است. به عنوان نمونه می توان به ساختمان ورودی ترمینال فرودگاه لیون در کشور فرانسه و پل لوسیتانیا در شهر مریدا در اسپانیا اشاره کرد.
تصویر 15- اسکلت بدن یک پرنده
تصویر 16- نمونه ای از فرم های بدیع
در معماری و سازه با استفاده از شکل اسکلت حیوانات ،ساختمان ورودی ترمینال فرودگاه لیون کشور فرانسه
بخش 3 :
سازه های دارای اسکلت
اگر قصد تحقیق در مورد نوع باربری در اسکلت موجودات زنده را داشته باشیم ، متوجه خواهیم شد که در تعداد بسیار از فرم های پیشرفته موجودات زنده ، سازه اصلی شامل یک پوسته بیرونی است که بدن موجودات را از محیط خارجی محافظت می کند و اجزای داخلی را نگاه می دارد و یک سازه مستحکم داخلی مجزا که درون بدن موجودات مخفی است. چنین آرایشی باعث ایجاد مقاومت و قابلیت انعطاف می گردد. پوسته خارجی در طول زمان می تواند ترمیم و تجدید شود و اگر یک بخش از آن دچار خرابی گردد، باعث خسارت سازه ای نشده و قابل ترمیم است. ولی خرابی در اسکلت درونی بسیار جدی است و می تواند باعث فروریختن سازه شود. یک ساختار متشکل از پوسته خارجی و اسکلت درونی با مقاومت بالا و انعطاف پذیری مناسب ، نوع پیشرفته سازه های طبیعی است که در طول سال های متمادی سیر تکاملی خود را طی کرده است.
به عبارت دیگر، در دیگر فرم های طبیعی انعطاف پذیری معمولا عاملی حیاتی نیست، بنابراین، دیگر مشخصات از الویت بیشتری برخوردارند. در بعضی موارد که مقدار مصالح مصرفی محدود می باشد، یا در جایی که اندازه های مشخص طرح تاثیر زیادی بر وزن سازه ای دارد، طبیعت نمی تواند مقاومت و انعطاف پذیری لازم را با استفاده از یک پوسته خارجی تامین نماید. به عنوان مثال در پوسته تخم پرندگان نیازی به داشتن قابلیت انعطاف در هنگام حرکت نیست و فقط نیاز به محافظت جوجه درون آن با حداقل مصالح است و یا در مورد درختان در آن اندازه درخت ، نوع ترکیب سازه و پوسته راتعیین می کند. چنین قیاسی را می توان در مورد سازه ساختمان ها نیز به کار برد. در سازه های ساده تر مانند سازه خانه های قدیمی، کلیساهاو … معمولا پوسته خارجی اسکلت درونی یکی است. البته موارد استثنایی در این مورد نیز وجود دارد، مثلا چادر سرخ پوستان به نام "ته پی" دارای یک اسکلت مجزا و پوشش بیرونی روی آن می باشد.
برای سادگی بیشتر، در سازه هایی با عملکرد ثابت و با مقیاس کوچکتر(منظور دهانه سازه ای کوچک تر می باشد)،فرم های سازه ای اکثرا یکسان می باشند . ولی در سازه هایی که نیاز به دهانه های آزاد و بزرگ تر است ، مانند دفاتر اداری، فروشگاه ها، سالن های ورزش و … در اغلب سازه ای متفاوت مورد استفاده قرار می گیرد. سیستم های سازه ای در چنین مواردی متشکل از تیرها و ستون هاست(مشابه اسکلت حیوانات) و نمای ساختمان ، پوشش خارجی را شکل می دهد(مشابه پوسته خارجی بدن حیوانات). در بعضی موارد به دلیل وزن سنگین مصالح در پوشش نهایی که تاثیری در حمل بارها ندارند، پایداری سازه ای دچار مشکل می شود. در چنین حالتی پوسته خارجی سازه به عنوان تکیه گاه اصلی در نظر گرفته می شود که برای نمونه می توان به گنبد ها اشاره کرد.
بخش 4 :
درس هایی از طبیعت برای
طراحان
در طبیعت علاقه مفرط و بی قید و شرط به ترکیب کارایی سازه ای و عملکرد به چشم می خورد. شاید بتوان فرم های حاصل از حرکت بال پرندگان در حال پرواز، شاخه های یک درخت که در باد نوسان می کند، قدرت و زیبایی یک اسب و یا یک گربه در حال پرش را "زیبایی خوشایند" تعریف کرد. فرآیند خلق فرم های طبیعی که ما آنها را ذاتا می نامیم، سیر تحول طولانی داشته است که در طول میلیون ها سال اتفاق افتاده است.فرم های طبیعی در طول قرون متمادی برای رسیدن به راه حل های قابل قبول در برابر عوامل خارجی(اقلیم ، دسترسی به غذا ، سر پناه و …)توسعه یافته اند تجزیه عوامل و محدودیت های عملکردی و سازه ای بسیاری از عوامل فوق الذکر را خلاصه می سازد.
پیشرفت های کاملا تصادفی در فرم های سازه ای که در دوره های مختلف اتفاق می افتد، ممکن است باعث برتری بعضی از فرم ها نسبت به فرم های دوره های قبل از خود و یا بالعکس باعث " شکست و خرابی" در یک فرم گردد. در صورت وقوع شکست و خرابی می توان نتیجه گرفت که در چنین فرم هایی نیاز های سازه ای و یا ایده ال های عملکردی با یکدیگر هماهنگی نداشته اند. به عنوان مثال جهش ژنتیکی ممکن است باعث به وجود آمدن استخوانی با مقاومت دو برابربا نصف مصالح مصرفی در استخوان مشابه که در دوره های قبل وجود داشته است، گردد،ولی در صورتی که در اندازه و مقاومت رباط های پیوند دهنده استخوان با دیگر اعضا تغییری به وجود نیاید، چنین فرمی با وجود مقاومت بیشتر و مصالح مصرفی کمتر غیر قابل استفاده خواهد بود.مثالی دیگر در مورد افزایش طول بال پرندگان است که می تواند ارتفاع پرواز پرنده را افزایش دهد. در صورتی که چنین بالی از نظر سازه ای آن چنان ضعیف باشد که هنگام بال زدن پرنده بشکند، با وجود تامین نیاز های عملکردی، دارای کارایی سازه ای لازم نخواهد بود. چنین فرم هایی در طول زمان محکوم به شکست خواهند بود. "موفقیت" هنگامی حاصل می شود که تامین کننده ترکیبی از نیازهای مختلف سازه ای و عملکردی باشد.
چنین بحثی در مورد طراحی ساختمان ها نیز وجود دارد که مانند موارد فوق عبارت" کاملا موفق" و یا "کاملا نا موفق" را نمی توان در مورد آنها به کار برد. در تمامی ساختمان ها باید تعادلی بین نیاز های سازه ای با اهداف عملکردی ساختمان وجود داشته باشد و در عین حال ساختمان به عنوان یک کل باید از نظر زیبایی شناسی نیز"خوشایند"باشد. مقایسه ساختمان ها با آنچه که به تدریج در طبیعت اتفاق افتاده است، فقط بخشی از نیازهای طراحی را تامین می کند زیرا طراحی ساختمان ها جدا از کارایی سازه ای و عملکردی، تحت تاثیر طیف وسیعی از نیاز های سیاسی ، اجتماعی ، عوامل انسانی و همچنین زمینه طرح قرار می گیرد، عواملی که بیش از نیرو های موجود در طبیعت تاثیر گذار هستند. به همین دلیل نمی توان هیچ طرح ساختمانی را مشابه آنچه که در طبیعت اتفاق می افتد، کاملا"صحیح" و یا کاملا "نا درست" ارزیابی کرد، زیرا تعادل بین عوامل فوق موضوع انتخاب های متنوعی را مطرح می سازد.
بخش 5 :
تقلید از طبیعت
در بعضی موارد هنگام بحث در مورد فرم سازه ای ، مقایسه ای غلط بین فرم های طبیعی و دست ساخته های انسان صورت می گیرد. به عنوان مثال می توان به مقایسه اشتباه بتن که اطراف آرماتور های فولادی را می پوشاند با ماهیچه های بدن حیوانات که اطراف استخوان ها را می پوشانند ، اشاره کرد. ظاهرا این چهار عامل( فولاد، بتن،ماهیچه و استخوان ) با هم مشابه اند ولی در حقیقت اگر نقش هر یک از اجزا را در ترکیبات آنها یعنی بتن مسلح و استخوان و ماهیچه در نظر بگیریم، چنین مقایسه ای کاملا اشتباه است. استفاده از ماهیچه و استخوان برای تامین مقاومت خمشی نمونه ای عالی از تکنولوژی موجود در طبیعت است. به عنوان مثال در بازوی انسان، هنگامی که دست انسان یک وزنه را به شکل افقی و رو به پایین نگاه می دارد(تصاویر 18 و 19)، طره بازو، خمشی رو به پایین را تجربه می کند. هر عضو سازه ای (مانند بازوی انسان)در مقابل خمش با تولید نیروهای کششی و فشاری به شکل زوج نیرو که منتج به ایجاد گشتاور می شوند، مقاومت می کند.
تصویر 17- تیر بتنی مسلح
تصویر 18- خمش در بازوی دست
انسان ( نیروی وارده رو به بالا )
تصویر 19- خمش در بازوی دست
انسان ( نیروی وارده رو به پایین)
در بازوی انسان نیروی فشاری توسط استخوان ها و نیروی کششی توسط ماهیچه ها تامین می شود در حالی که در یک تیر بتی مسلح ، میله ای فولادی مقاومت کششی و بتن مقاومت فشاری ایجاد می نماید. علیرغم شباهت ظاهری بین استخوان ها با میله های فولادی و بتن،این اجزا نقش کاملا متفاوت در تامین مقاومت خمشی دارند. با وجود عدم شباهت ظاهری ماهیچه و استخوان با اعضای عمودی در پنجره ها(تصویر 20)، این نمونه ای مناسب برای مقایسه دست ساخته انسان با آن چیزی است که در طبیعت اتفاق می افتد. در این حالت اعضای عمودی به عنوان تیر های عمودی عمل می کنند که پانل های شیشه ای را نگاه می دارند. هنگامی که نیروی فشار باد از یک سمت به جداره شفاف وارد می شود ،این اعضا باید در مقابل نیروی نیروی خمشی در دو جهت مقاومت نمایند ،مانند بازوی انسان که باید در برابر نیروهای وارد بر دست در دو جهت رو به بالا و رو به پایین مقاومت نماید(تصاویر 18 و 19)
تصویر 20- عناصر کششی و فشاری نگهدارنده شیشه ها در ترمینال بین المللی واترلو در شهر لندن
در بازوی انسان چنین مقاومتی از طریق ماهیچه ها که در طرفین استخوان قرار گرفته اند تامین می شود. هنگامی که بازو خم می شود ، استخوان می تواند تحت فشار باشد، در حالی که ماهیچه ها مقاومت کششی لازم را در جهت مناسب فراهم می سازد. باید توجه نمود که در اعضای عمودی پنجره ها میله های فولادی بلند تا پایین بلند سطح شیشه ادامه می یابند که در واقع اعضا فشاری هستند. در طرف دیگر پانل شیشه ای به اعضای کوتاه که میله های کششی سبک ترند، متصل می شوند. زمانی که نیاز به خم شدن اعضای عمودی پنجره ها می باشد، اعضای بلند مانند استخوان و یک یا چند میله کششی مانند ماهیچه ها عمل می کنند. با بررسی مثال فوق می تواند دریافت با دقت در آن چه که در طبیعت وجود دارد طراحی اعضای عمودی سازه ای با جزئیات و اتصالات زیبا و خیره کننده امکان پذیر است.
در بین جالب ترین نمونه های طراحی معماری که با استفاده از قوانین موجود در طبیعت شکل گرفته اند می توان به سازه هایی با فرم "درختی" اشاره کرد. وجود شاخه های فوقانی در یک درخت برای ایجاد سطحی به عنوان سایبانی وسیع برای درخت است که می تواند نور خورشید را جذب کند و در نتیجه انرژی لازم برای درخت را تامین نماید. وزن شاخه های فوقانی به تدریج به سمت تنه درخت متمرکز شده و یک تنه با حجم و شکل مناسب را ایجاد می کند. شاید اگر درختان به و فرم کامل از زمین سبز شوند، فرم مناسب تری با کارایی سازه ای بهتر حاصل شود ولی درختان به شکل نهایی خود خلق نمی شوند. آنها باید از شکل نهال رشد کنند و سپس جوانه می زنند و با تکرار این عمل به شکل نهایی می رسند. بنابراین شکل نهایی یک درخت بستگی کامل به نوع رشد آن دارد. فرم سازه ای درخت به گونه ای است که بدنه طره ای حجیم آن تمامی بارهای عمودی وزن و نیروهای جانبی باد را تحمل می کند و به خوبی پاسخگوی نیازهای عملکردی خود می باشد.
سازه های درختی باید قابلیت پاسخگویی به انواع نیاز ها را داشته باشند. زیرا چنین سازه هایی به طور معمول در ساختمان هایی با عملکرهایی که نیاز به فضای باز بدون ستون، گشودگی و انعطاف پذیری دارند، بکار می روند. این نوع از سازه ها در فضاهای بدون ستون و آزاد با ارتفاع مناسب کف تا کف و یا کف تا سقف بهتر عمل می کنند. از نمونه طرح های موفق با استفاده از این سیستم می توان به سالن های ورودی، خروجی و ترانزیت مسافران در فرودگاه ها و سالن های سخنرانی اشاره کرد. به عنوان مثال نور من فاستر با همکاری شرکت مهندسین مشاور آوه اروپ با استفاده از چنین سیستم سازه ای فرودگاه استنستد در چند کیلومتری شهر لندن را در سال 1990 طراحی کرد.
در این طرح از ستون هایی به شکل درخت به فواصل 36 متر از یکدیگر به عنوان تکیه گاه اصلی ساختمان استفاده شده است. این فواصل در سطح بم به 12 متر می رسند. با دقت در فرم این ستون ها در فرودگاه استنستد به خوبی فرم طره ای بدنه ستون و شاخه های آن به چشم می خورد. طراح ساختمان برای دستیابی به مقاومت خمشی لازم 4 ستون لوله ای فولادی را در پایه به یکدیگر متصل کرده است که بتریج به ترکیبی از لوله های فولادی مدور وکابل های کششی می رسند. در این ساختمان به خوبی می توان فرم طبیعی درخت را که در یک ستون به کار رفته است مشاهده کرد. علاوه بر آنکه چنین سیستمی در شکل ظاهری خود مشابه درخت است، در عین حال طراح به یک فرم مناسب سازه ای که پاسخگوی نیازهای عملکردی نیز می باشد، دست یافته است.
در اینجا می توان مقایسه بیشتری بین فرم یک درخت در طبیعت و فرم های دست ساخته انسان انجام داد. درختان و ستون های یک ساختمان کاملا به طور مشابه و در یک جهت عمل نمی کنند، زیرا بارهای وارد بر آنها متفاوت است. درختان طره های واقعی اند که خصوصیات اصلی آنها قابلیت انعطاف می باشد. از نظر سازه ای درختان به هنگام نوسان در باد و یا زمانی که کودکی از آنها تاب می خورد، صلب باقی نمی مانند و در اثر قابلیت انعطاف به تدریج مقاومت نهایی خود را بع دست می آورند. درختان نیازی به سخت ماندن تحت بارگذاری ندارند. از سوی دیگر ساختمان ها باید به گونه ای طراحی شوند که به هنگام بار گذاری سخت تر شوند.هیچ سازه ای نمی تواند بی نهایت سخت باشد و تمام ساختمان ها باید هنگامی که باری بر آنها وارد می شود، تغییر شکل دهند، هر چند که این تغییر شکل خیلی خوشایند نباشد. در بدترین حالت ممکن است چنین ساختمان هایی به دلیل جابجایی درها و پنجره ها به هنگام حرکت ، غیر قابل استفاده شوند.حتی تکرار حرکت اعضای باربر می تواند باعث ریزش ساختمان شود.
طراح سازه های درختی باید چنین مشکلاتی را در ابتدا در ذهن خود مرور و حل کند. ساختن شاخه های طره ای ساده به طور طبیعی باعث سنگین شدن اعضا و خم شدن آنها با میزان بار وارده ناچیز می شود. یک راه حل مناسب برای این مشکل که امکان انجام آن در طبیعت وجود ندارد، بستن سر شاخه ها به یکدیگر است. بنابراین شاخه هایی که به طور طبیعی در اثر بار گذاری به سمت بالا و پایین تغییر شکل می دهند، به راحتی نمی توانند خم شوند زیرا در جهت مخالف در اثر بسته شدن به یکدیگر کشیده می شوند. بهترین استفاده از این راه حل را می توان در فرودگاه اشتوتگارت که توسط فون گرکان طراحی شده است، مشاهده نمود(تصویر شماره 23). ستون های درختی تکیه گاهی دارای شاخه های متعددی می باشند و بنابراین سقف سازه ای در فواصل منظم نگاه داشته می شود. حتی به دلیل بستن شاخه ها به هم ، اعضای طره ای می توانند به میزان قابل توجهی لاغر باشند.
تصویر 21- ستون های درختی
در فرودگاه استنستد شهر لندن
تصویر 22- نمای خارجی فرودگاه
استنستد شهر لندن ، طراحی نورمن فاستر
تصویر 23- فرودگاه اشتوتگارت
طراحی شده توسط فون گرگان
بخش 6 :
نتیجه گیری
با توجه به مباحث مطرح شده و با در نظر گرفتن ساختمان هایی که با الهام از فرم های طبیعی شکل گرفته اند، می توان به این نتیجه دست یافت که طراحان برای استفاده و تقلید از فرم های طبیعی تا کنون دو شیوه را به کار برده اند. شیوه اول اینکه هدف طراح فقط تقلید از ظاهر خارجی فرم های طبیعی باشد که در این صورت ساختمان ها فقط بازتابی از زیبایی ظاهری موجود در طبیعت محیط اطراف می باشند. شیوه دوم آنکه طراح از فرایند هایی که فرم های طبیعی را شکل داده اند ، برای خلق طرح های جدید الهام می گیرد.
باید خاطر نشان ساخت که هیچ یک از این دو روش تضمینی برای ایجاد معماری با کیفیت خوب و مناسب نیست. طراحی معماری تنها با استفاده از درس های تکنیکی موجود در طبیعت ( حتی با درک فرایند موجود در آن )،مشابه ایجاد معماری ساکن و غیر پویاست، زیرا همچنان که دربالا اشاره شد طراحی ساختمان مجموعه ای از عوامل محیطی و انسانی است. به طور مشابه، تقلید بدون تفکر از فرم های طبیعی ، منجر به نتایج غیر منطقی خواهد شد. قابل توجه است که در بین اکثر طرح های معماری آنهایی مورد انتقاد قرار گرفته اندکه به تقلید صرف از فرم های طبیعی پرداخته اند و از حقیقت پنهان در آن غافل مانده اند. حتی جان را سکین ، مدافع سر سخت طبیعت به عنوان منبعی عظیم برای الهام بخشی، با تقلید بی چون وچرا از فرم های طبیعی در معماری سخت مخالفت می نماید و می نویسد:
(آرایش شیاری ستونی دوریک، که من نمی پذیرم که سمبولی از شکل پوست درخت برای یونانیان باستان بوده است، در اصل خود تقلیدی از سازه های ارگانیک می باشد، با وجود آن که زیبایی در آن حس می شود ولی این زیبایی نشان دهنده سطح پایینی از نظم بسیار بالای موجود در طبیعت است.) با کوشش در درک قوانین طبیعت و دیدن ، احساس کردن ، شنیدن و یا استشمام فرم های طبیعی شاید بتوان به زیبایی عملکردی طبیعی دست یافت (به طور مثال زیبایی از طریق حداکثر کارایی در مصالح و فرم حاصل می شود). برای توسعه و پرورش فرم های معماری که در طبیعت یافت می شوند، قوانین اساسی وجود دارد که می توان آنها را در اغلب ساختمان های بدیع و نوین به کار برد. نتیجه این کار طراحی عالی است که کارایی سازه ای ، نیازهای عملکردی و زیبایی شناسی با یکدیگر ترکیب شده اند. درس هایی که از طبیعت آموخته می شوند و به طور مناسب به کار می روند نه فقط "تقلید محض" از آن.
فصل دوم
بخش 1 :
معماری طبیعی
معماری طبیعی نوعی معماری آمیخته با رنگ است که در اوایل قرن بیستم به عرصه ظهور رسید. معمارانی چون فرانک لوید رایت، آنتونی گادی و رادولف استینر که هر کدام با الهام از طبیعت شیوه ای از این معماری را بنیان گذاشتند. این شیوه معماری به معنای تقلید صرف از طبیعت نیست بلکه در آن خواسته های بشر بعنوان موجودی خلاق و زنده در نظر گرفته می شود، به انسان فردیت می بخشد و به سازگاری انسان با طبیعت پیرامون و مشخصه های فرهنگی وی کمک می کند. معماری طبیعی از توجه صرف به ابعاد فرهنگی و اجتماعی پا را فراتر گذاشته و جنبه های فیزیکی، روحی و روانی بشر و ارتباط وی با دنیای پیرامون را مد نظر قرار می دهد و در زمانی که معماری روز شدیداْ وابسته به اقتصاد، تکنیک و مقررات است معماری طبیعی این موارد را با ابعاد زیستی، فرهنگی و روحی بشر گره می زند.
بخش 2 :
اصل و مبدا معماری
با خلق شیوه های نوین معماری بسیاری از معماران بر آن شدند که با تلفیق تکنیک های ساختمان سازی و الهام از طبیعت زندگی بشر امروز، معماری طبیعی را بنیان گذاری کنند. لوئیس سالیوان (1856_1924): اولین فردی که به تجزیه و تحلیل مفاهیم معماری طبیعی پرداخت. وی در مورد طبیعت تحقیقات
بسیاری انجام داد که نتیجه آن اصول نقشه
کشی این شیوه معماری بود. او همچنین معمار
بنای هندسی (شکل مقابل) است.
فرانک لوید رایت (1869_1956): وی مفاهیم را در جهت تصریح روابط میان طبیعت و معماری گسترش داد و به وضع دستور العمل هایی در خصوص چگونگی ساخت فضاهای داخلی و خارجی بنا و استفاده از مصالح ساختمانی سازگار با طبیعت پیرامون پرداخت.
آنتونی گادی (1852_1926): اولین فردی که طرح این شیوه ساخت و ساز را با ارائه صورت ساخته شده بنا بیان کرد و بر چگونگی ساختمان سازی بدین شیوه تاکید داشت . وی در اواخر عمرش معماری هندسی طبیعی را با ساخت دو فضای قوس دار در کلیسای "سگرادا فامیلی" متحول ساخت.
رادولف استینر (1861_1925): وی اصول این سبک متحول شده معماری را بیان کرد. این اصول شامل طبیعت ، فرهنگ و شعور بشر است.
بخش 3 :
دگرگونی مدرنیسم
معماری طبیعی در اواخر قرن بیستم رو به افول نهاد، چندین نفر از پایه گذاران این سبک مردند و در اروپا رکود اقتصادی و شروع جنگ جهانی دوم باعث کساد بازار ساخت و ساز شد.
اگرچه در دهه پنجم وششم قرن بیستم این سبک معماری دوباره رواج پیدا کرد. این حیات دوباره معماری طبیعی مدیون تلاش های بنیانگذاران مدرنیسم بود. آنها صورت های تئوری معماری هندسی را عملی کردند. نام برخی ازاین افراد همراه با آثارشان در ذیل آورده شده است:
کاخ اعیانی نوتری تالار فنلاند سالن کنسرت سمفونی
معمار: لی کوربوسیر معمار: آلورآلتو معمار: هانز شارون
شهر رونچمپ فرانسه 1950-1955 شهر هلسینکی فنلاند، 1962-1975 شهر برلین آلمان 1956-1963
بخش 4 :
انواع سازه ها
فری اتو
از چادرهای بزرگ که برروی شبکه های کابلی پیچیده یا دیرکهای عمودی یا مایل فشاری قرار دارند برای ساخت غرفه های نمایشگاهی دائم یا موقت استفاده می شود. یکی از بزرگ ترین این چادرها سطحی به وسعت 7500 متر را در بازیهای المپیک 1972 آلمان می پوشاند.
سقف بالنی (سازه های هوایی یا بادی)
وقتی که غشا ها یک حجم با تعدادی از احجام را کاملا احاطه می کند می تواند به وسیله فشار داخلی خود پیش تنیده شوند. نمونه این سازه غشا یی که شامل یک حجم بسته است در قایقهای پلاستیکی میتوان مشاهده کرد. مو رانا غرفه فوجی را در نمایشگاه بین المللی اوزاکا در 1970 طراحی کرد که با استفاده از لوله های پلاستیکی باد شده است. بالنهای از جنس بافته پلاستیکی که از استخرهای شنا- زمینهای تنیس و سایر تاسیسات موقتی را می پوشاند استادیوم گنبد نقره ای در پونیتاک میشیگان طراحی شده است.
سازه های چادری
چادر یک نوع پوسته کششی یکپارچه نازک است که به وسیله یک ستون یا قوس فشاری نگه داشته می شود.چادر نوع متفاوتی از سازه های کابلی است. در سازه های چادری فرم معماری و عملکردسازه ای یکی هستند. چادر ها معمولا برای استفاده در سازه های موقتی در نظر گرفته می شوند زیرا پارچه مقاومت کمی در برابر خورشید داشته وبه سرعت از بین می رود. پیشرفت اخیر استفاده از قایبر گلاس یا پوششهایی که کمترین فرسایش را در برابر خورشید دارد(تفلون) افزایش داده است. عمر مفید بیش از 20 سال .
ترمینال حج: فرودگاه بین المللی سلطان عبدالعزیز معمار: اونینگز-اسکید مور- مرپل مهندس سازه:گایگربرگردر1985
به گنجایش 950 هزار نفر زائر خانه خدا طراحی شد.
طراحان هنگام بازدید از منطقه دریافتند که قبایل بدوی آموخته بودند ماندن در زیر سایه یک چتر بر ماندن در یک ساختمان داغ ترجیه دارد. همچنین تهویه و نور پردازی ساختمان بسیار هزینه بر بود پس به یک پارچه نیم شفاف و پخش کننده نورکه در روز نور کافی داشته در شب نورها را منعکس کند احتیاج داشتند. بطور کلی سیستم چادرها تیرک و آسانسور همه به وسیله کابل پایدار گشته اند.کابل ها به پی ساخته شده در زیر آب و بر آمده از آن متصل شده اند.
سازه های کابلی
مشابه بادبان هایی است که در قایق ها و برای حفظ تعادل آن به کار می رود.
مانندمرکزنمایشگاهی دارلینگ – هر دهانه دارای چهار دکل مرکب است-تکیه گاه عمودی اصلی- که هر کدام از چهار ستون فولادی لوله ای تشکیل میشوند. میله ی قطری در بالای دکل ها دو انتهای خرپاهای فضا یی را به صورت معلق نگه می دارند.
پل آ لامیلو
1992 مهندس سازه کالاتروا برای نمایشگاه جهانی اکسپسو 92 ساخته شد که بخش سواره رو این پل دهانه 200 متر را می پوشاند و بوسیله کابل های قطری موازی که همه آن ها از یک طرف به دکل بلندی به ارتفاع 142 متر آویزان هستند نگه داشته می شود.
بخش 5 :
ساختمانی همخوان با باد
ساختمانی همخوان با باد… یا به سوی یک معماری رندوم
مایکل یانتسن Michael Jantzen که به با معماری های عجیبش، مثل M-House، شهرت دارد این بار بنایی را در اسپانیا طراحی کرده که با باد می چرخد! احجام منحنی روی هم چیده شده در جهات مختلف و به صورتی رندوم قابلیت حرکت حول یک محور را دارند و نتیجه بنایی است که با وزش باد و البته متاثر از وزن کم سازه اش، پیوسته تغییر شکل می دهد. Wind Shaped Pavilion آنچنان که از
نامش برمی اید در جستجوی هویتی بادگونه است؛
جالب است که حرکت قسمت های 6 گانه بنا فرصت
تامین انرژی شامگاهی ساختمان را نیز فراهم می کنند.
بخش 6 :
عکس هایی از ماکت یک استخر
که از طرح صدف الهام گرفته شده
بخش 6 :
خانه جنگل هانگی
خانه جنگل هانگی، نماد طبیعت دوستی «شیگرو بان» معمار ژاپنی انسان بدون معماری نمی تواند در این کره خاکی به راحتی زندگی کند. محیط زیست طبیعی و محیط زیست مصنوعی (ساختمان) هر دو محیط زیست هستند و هر دو لازم برای زندگی بشری. ولی وقتی به رابطه میان این دو محیط زیست توجه کنیم متوجه می شویم که معمولا معماری در نقطه مقابل حفاظت محیط زیست طبیعی قرار دارد .
سایت این پروژه باغی است با درختان سر به فلک کشیده. هر روز در ده ها نقطه از دنیا در زمین هایی با شرایط مشابه معماران بدون هیچ شکی درختان را قطع می کنند تا ساختمان مورد نظر خود را بنا کنند. ولی «بان» در این پروژه درختان را قطع نمی کند بلکه ساختمان را در مابین درختان می سازد و یک هم زیستی مسالمت آمیز میان درختان (زیست طبیعی) و ساختمان (محیط زیست مصنوعی) ایجاد می کند که کمتر می توان مانند آن را در دیگر آثار معماری دید. «بان» با این کار خود نه تنها درختان را از سرنوشت تلخ قطع شدن نجات می دهد بلکه فضاهای بسیار غنی معماری را نیز مآفریند.
فصل سوم
بخش 1 :
هندسه فراکتال
این واژه را در سال 1975 از کلمه فراکتوس به معنی سنگی که به شکل نامنظم شکسته و خرد شده است، ساخته اند. فراکتالها شکل هایی هستند که بر عکس شکلهای هندسه اقلیدسی به هیچ وجه منظم نیستند. این شکلها: 1- سراسر نا منظم اند 2- میزان بی نظمی در همه مقیاسها یکسان است.
جسم فراکتالی از دور و نزدیک یکسان دیده می شود و به تعبیر دیگر، خود – متشابه است.
وقتی به یک جسم نزدیک می شویم،می بینیم که تکه های کوچکی از آن که از دور همچون دانه های بی شکلی به نظر می رسید به صورت جسم مشخصی در می آید که شکلش کم و بیش مثل همان شکل کلی است که از دور به نظر می رسید. (برگرفته از کتاب هندسه 2)
فراکتال ها مفاهبم هندسی هستند که در چند سال اخیر و به خصوص پس از کارهای بندیت مندلبورت، ریاضیدان لهستانی بر روی آنها، بسیار مورد توجه دانشمندان علوم قرار گرفته است. مفاهیمی که خواص آنها به اندازه شان بستگی ندارد، در فیزیک، شیمی، زیست شناسی، زمین شناسی و پزشکی بسیار دیده شده اند و از خواص آنها می توان برای درک بهتر پدیده های مورد نظر استفاده کرد.
تاکنون تعریف دقیقی از ماهیت فراکتال ها نشده است اما از یک دیدگاه کلی می توان گفت که فراکتال موجودی هندسی است که قوانین کلی حاکم بر آن وابسته به مقیاسی که در آن کار می کنیم نیست. یعنی جزئیات آن شبیه کل هستند. فراکتال ها جزئیات نامحدودی دارند که دارای ساختاری خودمتشابه در مقادیر مختلف بزرگنمایی، هستند. در اکثر موارد یک قانون و قاعده خاصی به میزان نامحدودی تکرار می شود تا یک طرح فراکتالی پدید آید. واژه فراکتال در سال 1975 توسط «بندیت مندلبورت» پدر فراکتال ابداع شد. ریشه این لغت عبارت لاتین Fractus به معنی «شکسته» است. پیش از اینکه مندلبورت این واژه را ابداع کند، برای چنین اشکالی، از واژه «منحنی های هیولایی» استفاده می شد. فراکتال ها را عموماً موجوداتی ریاضی می پندارند و این به علت مشهور بودن ساختار «فراکتال هندسی» است اما نشان داده شده است که بسیاری از وضعیت های که هندسه کلاسیک (اقلیدسی) از توضیح آنها عاجز است، توسط فراکتال ها، به راحتی بیان می شود. به همین دلیل فراکتال ها کاربردهای بسیاری در علوم پیدا کرده اند، از فیزیک و شیمی و هواشناسی گرفته تا بیولوژی ملکولی و پزشکی، از قوانین حاکم بر فراکتال ها استفاده می شود.
بخش 2 :
فراکتال های هندسی
ساده ترین نوع فراکتال، فراکتال کانتور است. پاره خطی به طول یک واحد در نظر بگیرید و طول آن را به سه قسمت تقسیم کرده و قسمت وسطی را حذف کنید. حالا دو خز داریم که طول هریک از آنها یک سوم طول اولیه است. همین عمل را با هر کدام از این پاره خط ها انجام می دهیم. یعنی طول هرکدام را ثلث می کنیم و قسمت وسطی را حذف می کنیم. می توان با کامپیوتر برنامه ای نوشت که این عملیات را چندین بار پیاپی انجام دهد. اگر این عمل را بی شمار بار انجام دهیم (کاری که از عهده کامپیوتر خارج است) شکلی به دست می آید که مجموعه کانتور نام دارد. اگر به کل شکل نگاه کنیم، ساختاری می بینیم که تا بی نهایت ادامه دارد. اگر به سمت راست یا چپ خط دوم شکل نگاه کنیم ساختاری می بینیم که بازهم تا بی نهایت ادامه یافته و در عین حال، کاملاً شبیه شکل کلی است. چنین ساختارهایی که هر جزء آن با کل مجموعه یکی است و فقط در مقیاس (Scalc) تفاوت دارند را ساختارهای خودمتشابه Self-similar می گویند. یکی از مشهورترین فراکتالها توسط «هلک فون کخ» در سال 1904 طراحی شد. در این نوع فراکتال، ابتدا یک پاره خط به طول یک واحد در نظر می گیریم و آن را به سه قسمت تقسیم می کنیم. سپس به جای ضلع وسط دو ضلع مثلث متساوی الاضلاع را قرار می دهیم و این کار را همین طور ادامه می دهیم.
فراکتال کخ نیز یک نوع فراکتال خودمتشابه است. اگر این عمل را روی اضلاع یک متساوی الاضلاع انجام دهیم، شکل بسیار زیبایی پدید می آید که «دانه برفی کخ» نام دارد. فراکتال سرپینسکی یک فراکتال هندسی است. اگر مثلث وسطی یک مثلث متساوی الاضلاع را حذف کنیم و برای همه مثلث های باقی مانده هم این عمل را تا بی نهایت انجام دهیم، مجموعه زیبایی از مثلث های پر و خالی به وجود می آید که فراکتال سرپینسکی به دست خواهد آمد. در همه انواع فراکتال های خودمتشابه برای تبدیل هر جزء به کل یا اجزای کوچکتر، باید همه ابعاد به یک مقیاس بزرگ شوند. اما نوع دیگر فراکتال را خودالحاقی Self-Affine می گویند. در این نوع فراکتال ها برای تبدیل شدن به مقیاس بزرگتر باید شکل در هر راستا به ضرایب مختلفی بزرگ نمایی شود. در طبیعت مثل ریشه های گیاهان یا شاخه های درخت ها، ساختارهای خوشه ها و کهکشان های کیهان، رشد یک سطح، سوختگی های روی کاغذ، شکستگی های DVDها و ساختارهای زمین شناسی به خصوص اشکال زیبایی که در غارها مشاهده می شود، خواص فراکتالی خودالحاقی دارند. یکی از زیباترین نمونه های فراکتالی گل کلم است.
بخش 3 :
نمونه های فراکتال
بخش 4 :
خصوصیات اشکال
فراکتال
اشکال اقلیدسی با استفاده از توابع ایستا تولید می شوند ولی اشکال فرکتال با فرآیندهای پویا تولید می شوند.( فرآیندهای پویا ، فرآیندهایی هستند که دارای حافظه می باشند ورفتار آنها به گذشته بستگی دارد.)
اشکال فرکتال دارای خصوصیت خودهمانندی هستند. طول این اشیا بی نهایت است که در فضای محدود ، محصور شده اند.
مجموعه های فرکتال از زیر مجموعه هایی تشکیل شده اند که این زیر مجموعه ها شبیه مجموعه های بزرگتر هستند.
هندسه فرکتال دارای ساختارهای ظرفیتی بالاست ولی ظرفیت اطلاعاتی اشیای اقیدسی بسیار محدود وحاوی اطلاعات تکراری است.
هندسه فرکتال ، بیان ریاضی ازمعماری طبیعت است.
هر فرآیند تکراری و پویا باعث ایجاد ساختارهای پیچیده فرکتال نمی شود. مکانیزم تولید چنین ساختارهای پویایی ، آشوب است. در حقیقت، فرکتال تصویر ریاضی از آشوب است.
مطالعه هندسه باید به طراح کمک کند به درک بهتری از جریان جزییات در پیرامون ما وجهان طبیعی دست یابد.
خصوصیت فراکتالی یک ترکیب معماری در تسلسل جالب جزئیات است. این تسلسل برای حفظ جذابیت معماری لازم است. هنگامی که شخص به یک ساختمان نزدیک و به آن وارد می شود همیشه باید مقیاس کوچکتر دیگری همراه با جزئیات جذاب وجود داشته باشد تا معنای کلی ترکیب را بیان کند که این یک ایده فراکتال است.
انسانها که در روزگار قدیم در طبیعت میزیستند،ومانند انسان دوره مدرن ، با طبیعت بیگانه نبودند، معماریشان با نظم طبیعت بود. آنها به این دلیل که در طبیعت رشد میافتند، ضمیر ناخوداگاهشان نیز با نظم طبیعت – یعنی با نظم فراکتال –رشد میافت،در نتیجه مصنوعاتشان نیز دارای نظم فراکتال می بود.
بخش 5 :
فراکتال در معماری معاصر
به دنبال بیگانگی انسان معاصر با طبیعت ودور شدن ساخته هایش از تشابه با ساختارهای طبیعت ، معماران معاصر به دنبال نمود دادن ساختار فراکتال طبیعت در آثارشان هستند. هرچند که این هنوز آغاز راه است ولی ارتباطی جدید در زمینه طبیعت و معماری معاصر را نشان می دهد. ارتباطی که انسان مدرن آن را فراموش کرده بود.
منابع و مآخذ
1- سازه در معماری، ترجمه دکتر محمود گلابچی
2- درک رفتار سازه ها، ترجمه دکتر محمود گلابچی
3- اینترنت