طراحی سازه ی ساختمان های بلند با الهام از ساختار بامبو
چکیده
مقدمه
معرفی بایونیک
مزیت های الهام از طبیعت
روش ها و سطوح مختلف تقلید از طبیعت
ساختار سلسله مراتبی در طبیعت
انواع روش های طراحی بایونیک
معرفی بامبو
ساختار سلسله مراتبی بامبو
خواص فیزیکی گیاه بامبو
خواص مکانیکی گیاه بامبو
الهام از ساختار های طبیعی در طراحی سازه
طراحی سازه با الهام از آرایش میکرو فیبریل های سازنده بخش بندهای داخلی بامبو
تطبیق آرایش میکرو ساختارهای بامبو با 15 خصلت بنیادی کریستوفر الکساندر
نتیجه
منابع
فهرست
چکیده
در این مقاله، الهام از آرایش میکرو ساختارهای گیاه بامبو به عنوان یک ابزار مفید در طراحی بایونیک استفاده شده است.
اهداف اصلی مورد بررسی در این مقاله، بررسی تاثیر ویژگی های ساختاری گیاه بامبو بر رفتارهای فیزیکی و مکانیکی آن است و اینکه چگونه می توان از ساختار بامبو در طراحی سازه ی جدید الهام گرفت؟
گیاه بامبو، دارای ساختار نسبتاً ساده ای است. از آنجا که رشد و تکثیر سلولی در این گیاه به سرعت رخ می دهد، ساختار بافت آن باید ساده باشد. گونه های بسیار مختلفی از این گیاه وجود دارد، با این حال تغییرات اندکی در ساختار آن ها دیده می شود که در
مقایسه با بزرگی وسعت گونه ها قابل توجه است.
از ویژگی های قابل توجه در ساختار بامبو، مقاومت زیاد آن در برابر نیروهای طبیعی مانند نیروی خمش حاصل از بارهای باد و نیروی کمانش حاصل از فشار جرم ساقه ی بامبو در ارتفاع زیاد است.
این ویژگی ها متاثر از توزیع هوشمندانه ی ماده ی فیبر در ساختار بامبو بوده که باعث می شود تنش در ساختار آن بیشتر یکنواخت باشد. بایونیک در معماری ارائه دهنده زمینه های جدید و خلاقانه بوسیله انتقال ایده ها از پدیده های طبیعی به معماری است. طبیعت با استفاده از کمترین انرژی و مصالح، همیشه بیشترین کارایی را پدید آورده است.
امروزه تلاشی رو به رشد به سمت ساخت متریال های سبک تر و قوی تر وجود دارد، که این موضوع بیشتر بخاطر مسائل زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته است.
طراحی بهینه ی سازه، باعث صرفه جویی در مواد و منجر به کاهش انتشار آلودگی خواهد شد. بخشی از آلودگی های زیست محیطی که حاصل آن تخریب و از بین رفتن طبیعت است، متوجه معماران و صنعت ساختمان است. بنابراین معماران وظیفه دارند برای کاهش این اثرات به روش های جدید طراحی و راه حل های مناسب بپردازند.
مقدمه
چارلز داروین 1 : طبیعت همواره فرم هایی را انتخاب می کند که بهترین تطابق را با محیط استقرار خود ایجاد نموده اند. هرچه اجزا و اعضای این ساختارها در بستر تکاملی گسترده تر و پیچیده تر شده اند، هندسه حاکم بر آن ها ساده تر و منظم تر شده
است و این یک اصل بسیار مهم طبیعی است. (شرقی, 1391)
در سال 1859 چارلز داروین بینش جدیدی در مورد تکامل جهان ارائه می دهد، مبنی بر این که طبیعت پیوسته برای بهبود خواص خود و انطباق با تغییرات محیط در حال رشد بوده و تکامل جهان بر مبنای انتخاب طبیعی است. نظریه ی داروین در مورد
منشا گونه ها براساس اصل انتخاب طبیعی، از مهم ترین اصول بنیادی است که تئوری رشد تدریجی بر آن استوار گردیده است. بر اساس این نظریه موجودات زنده در طی میلیون ها سال رشد و تکامل یافته اند و در شرایط خاص مناسب ترین ویژگی های خود را انتخاب کرده اند. علم مواد و فناوری همیشه در حال پیشرفت بوده و درفناوری مواد، تمرکز زیاد اغلب روی بازده ی زیاد تحمل بار (یعنی داشتن قدرت فوق العاده نسبت به وزن) گذاشته شده است. علاوه بر این امروزه مسائل زیست محیطی نیز توجه خود را (vries, 2010)بر توسعه ساختارهای سبک وزن قرار داده اند.
بایونیک، حوزه پژوهشی جدیدی در علم است که میان تکنولوژی و طبیعت پیوند ایجاد می کند. به طور خلاصه بایونیک طراحی بر مبنای ساختارهای بیولوژیکی است. ساختارهای بیولوژیکی عمدتاً دارای ویژگی های مطلوبی هستند که بر اساس محیط و
شرایط بارگذاری شان شکل گرفته اند. از این رو بایونیک، پتانسیل زیادی برای ارائه طراحی ساختارهای سبک وزن دارد. در این مقاله هدف، طراحی بایونیک بر مبنای ساختار مولکولی گیاه بامبو می باشد، که در ادامه برای شناخت خواص فیزیکی عالی گیاه بامبو به یک دسته از سوالات پاسخ داده خواهد شد.
1) ساختار گیاه بامبو تحت چه شرایطی شکل گرفته است؟
2) چه ویژگی های ساختاری در گیاه بامبو وجود دارد که باعث بهبود رفتار مکانیکی آن می شود؟
3) چگونه می توان از ساختار مولکولی گیاه بامبو برای طراحی بایونیک استفاده کرد؟
معرفی بایونیک
واژه ی بایونیک از ترکیب دو واژه ی بایولوژی به معنای زیست شناسی و تکنیک به معنای فن تشکیل شده است. این واژه برای اولین بار توسط "جک ای استیل" سرگرد نیروی هوایی ارتش آمریکا در کنفرانسی که با عنوان "الگوهای زنده، کلیدی به سوی
فن آوری های جدید" در سال 1960 برگزار شد به کار رفت. همانطور که از نام آن نیز بر می آید، علم بایونیک به بررسی و مطالعه ی ساختارها و الگوهای موجود در طبیعت و استفاده از آنها در حل مشکلات بشری می پردازد. به عبارت دیگر بایونیک به معنای هنر به کار بردن دانش به دست آمده از ارگانیسم های زنده برای حل مشکلات فنی است. این علم در پی کپی کردن یا تقلید صرف از طبیعت نیست، بلکه هدف آن الگو برداری صحیح از دانسته های برگرفته از طبیعت است. به موازات واژه ی بایونیک کلمه بایومیمتیک نیز بسیار متداول است. این واژه نیز از ترکیب دو واژه ی بایولوژی و میمتیک به معنای تقلید به وجود آمده است.
میمیکری کلمه ی مخصوصی است که در زیست شناسی برای مطالعه رفتار حیوانات به کار می رود. این بدین معناست که حیوانات رفتار خاصی را از نظر ظاهر ، رنگ یا رفتار برای بهبود عملکرد خود تقلید می کنند. بایومیمیکری تمرکز خود را بر روی اثر متقابل بین ارگانیسم ها و محیط پیرامون آن ها قرار می دهد.
(گلابچی, 1932 , ص. 55)
بایومیمیکری مواد، شامل روش هایی برای سنتز (ساخت بر اساس سرهم کردن) مواد با الهام ازساختارهای بیولوژیکی است که روش های زیادی را برای بهبود طراحی مواد بر مبنای رشد و انطباق عملکرد، مرمت و خود ترمیم کنندگی بر مبنای ساختار
سلسله مراتبی ایجاد می کند.
حوزه ی پژوهشی بایومیمتیک در علم مواد شامل کپی کردن صرف از ویژگی های بیولوژیکی نمی باشد، بلکه از زمینه های پژوهشی به سرعت در حال رشد است که از اصول طراحی بیولوژیکی برای ایجاد ویژگی های که در گذشته جزء جنبه های ناممکن رفتار مواد بوده است، استفاده می کند.
در بسیاری از نمونه اختراعاتی که از طبیعت الهام گرفته اند، در ابتدا تلاش برای الهام از پرندگان یکی از بارزترین آنها است.
اختراعات لئوناردو داوینچی (1452-1519) وگالیله (1564-1642)گویای روش طراحی آنهاست که با مشاهده در طبیعت به یک طراحی فنی دست یافته اند. در علم مواد نیز، ساختارهای بیولوژیکی منبع الهام می باشند.
امروزه تلاشی رو به رشد به سمت ساخت متریال های سبک تر و قوی تر وجود دارد، که این موضوع بیشتر بخاطر مسائل زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته است. طراحی بهینه سازه باعث حفظ مواد و منجر به کاهش انتشار آلودگی می شود.
(vries, 2010)
مزیت های الهام از طبیعت
آنچه که خداوند آفریده است از هرگونه نقصان و کمبودی مبراست. حیات در هر مرحله و با هر تغییر عظیمی که در اوضاع محیط زیست بوجود آمده، از پیشرفت باز نمانده است؛ زیرا همواره راه حل های به ظاهر ممتاز را که مدت زمان درازی کامیاب
بوده اند، از نو ارزیابی کرده است و آنچه را که شایسته ادامه زندگی بوده، محفوظ داشته و باقی را از ادامه جریان زندگی محروم نموده است.
همه زمینه های علوم، هر یک به فراخور حیطه پژوهشی خود، از طبیعت آموخته اند. بسیاری از دستاوردهای دانشمندان، به واسطه مشاهده کامل نمونه های مختلف و بازآفرینی آنها حاصل شده است. این بازآفرینی ها می تواند پاسخی مناسب و منطقی برای
پدیده های طبیعی مورد توجه ما ارائه دهند. با ایده ی درک عمیق طبیعت و تلاش برای خلق دوباره الگوها در جهت شبیه سازی آن، در واقع نتیجه ای حاصل می آید که همانند نیرویی عظیم می تواند رویا را به حرکت وادارد. (گلابچی, 1932 , ص. 42)
روش ها و سطوح مختلف تقلید از طبیعت
علم بیومیمتیک، بیش از آنکه بر روی تقلید صرف از ساختار موجود طبیعی تاکید کند، بر روی به کارگیری تکنیک های موجود در طبیعت متمرکز می شود.
تقلید آگاهانه به شکل مطالعه موردی راه حل های موجود در طبیعت، به معنی دستیابی به یک بانک اطلاعاتی از راه حل های موفق می باشد که راه گشای مشکلات پیش روی انسان امروز است.
در مطالعات صورت گرفته در زمینه بیومیمکری، مثال ها و نمونه های بسیار وسیعی در منابع مکتوب ارایه شده اند که بدون در نظر گرفتن طبقه بندی از نظر
روش تقلید و همچنین گستره آن از نظر سطح مورد توجه، احتمال مغشوش شدن و سردرگمی در حوزه مطالعات وجود دارد.
بنابراین به طور کلی می توان پنج روش متمایز را در تکنولوژی تقلید از طبیعت برشمرد :
1-تقلید از شکل
2-تقلید از ماده
3-تقلید از نحوه ساخت
4-تقلید از فرآیند ( مراحل و روش ها )
5-تقلید از عملکرد
هریک از پنج روش فوق در سه سطح زیر امکان پذیر است:
1-ساختار و اندام های موجود زنده
2- رفتار انفرادی موجود زنده
3- اکوسیستم و رفتار گروهی موجود زنده
بنابراین 5 روش در 3 سطح یعنی به طور کلی 15 روش در سطوح گوناگون برای تقلید از موجود زنده می تواند وجود داشته باشد.
(قیابکلو،1392)
با توجه به دسته بندی فوق، در این مقاله سعی شده است که با الهام از آرایش ساختار مولکولی گیاه بامبو برای بهینه سازی مصالح و طراحی سازه ساختمان های بلند استفاده شود.
ساختار سلسله مراتبی در طبیعت
بهبود ساختار مواد بوسیله ی تعامل با طراحی ساختار امکان پذیر است، این اصل می تواند بوسیله ی تجزیه و تحلیل عناصر پایه (که از متریال های بایولوژیکی تشکیل شده اند) به همراه خواص مکانیکی آنها درک شود. چگالی مواد بایولوژیکی نسبت به چگالی ساختار مواد مصنوعی کمتر است. برای مثال، چوب خشک (کاج جنوبی) دارای چگالی متوسط 600 کیلوگرم بر متر مکعب است درحالی که مس دارای چگالی 8900 کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی ساختارهای طبیعی به ندرت از 3^10کیلوگرم برمترمکعب بیشتر می شود. در حالی که مواد مهندسی دارای دامنه ی چگالی بین 10^10-4^10 کیلوگرم بر مترمکعب می باشند.
و در عین حال دارای دامنه ی وسیعی از مدول یانگ(ضریب الاستیسیته) می باشند. بوسیله ی انتخاب طبیعی ، همه ی ساختارهای بیولوژیکی سعی در بهینه سازی با محیط خاص خود را دارند. در میان طیف گسترده ای از خواص مواد بیولوژیکی، برخی از مواد قدرت بسیار عالی دارند. به عنوان مثال فیبر خالص، چوب و پر قابل مقایسه با آلیاژهای مهندسی و فلزات هستند، علاوه بر این حتی فیبر خالص بامبو یک مدول خاص بالاتری از فولاد را داراست. در نگاه اول تنوع زیاد در خواص سازه های طبیعی و قدرت ویژه ی آنها به همراه مدول یانگ آنها کاملاً تعجب آور است.
متریال های طبیعی شامل دامنه ی نسبتاً کوچکی از عناصر تشکیل دهنده در مقایسه با متریال های مهندسی می باشند. علاوه بر این تولید مواد ارگانیک در طبیعت به طور کلی در دمای محیط و تحت دما و فشار یکسان رخ می دهد. از عصر مس، برنز، آهن و انقلاب صنعتی که بر پایه فولاد شکل گرفته تا عصر تکنولوژی که بر پایه سیلیکون نیمه هادی بنا شده است، تمام مواد مهندسی نیاز به پردازش در درجه حرارت بالا داشته اند. با این وجود مواد بیولوژیکی که از عناصر پایه ای نسبتاً ضعیف ساخته شده اند، دارای خواص عملکردی قابل توجه ای اند. این ویژگی های عملکردی مثل قدرت در برخی از مواد طبیعی (مثلاً پوسته، استخوان، چوب) از ساختار سلسله مراتبی خود آن متریال مشتق شده است.
ساختار سلسله مراتبی، ساختار بسیار سازمان یافته از یک ماده است، که در مقیاس های مختلف یافت می شود و اغلب بصورت هوشمندانه در تعامل میان ساختارها در بعد طولی است. برای مثال می توان به ساختار صدف آبالون، استخوان و ساختار خرچنگ
اشاره کرد. اما ویژگی قابل توجه در ساختار گیاه بامبو که باعث تمایز آن می شود، سازمان یافتگی ساختار آن در تمامی ابعاد می باشد.
ساختار سلسله مراتبی در طبیعت از اصول خود مونتاژ کنندگی سرچشمه گرفته است. در طبیعت، مواد و همه ی ارگانیسم ها با هم رشد می کنند و کنترل ساختار سلسله مراتبی مواد در تمامی ابعاد از مقیاس نانو تا مقیاس ماکرو وجود دارد که آنها را
(vries, 2010)قادر به ایجاد ویژگی های خاص خیلی جالب می کند.
مطمئناً برای تولید چنین ساختار سلسله مراتبی برای مهندسی سازه چالش های عظیمی وجود دارد که تعامل بیشتر میان مهندسی سازه و مهندسی مکانیک را به دنبال خواهد داشت.
اگرچه درک این روش به راحتی امکان پذیر نخواهد بود با این حال، روشن است که می توان از طبیعت الهام گرفت.
انواع روش های طراحی بایونیک
نگرش های مبتنی بر بایومیمیکری به عنوان یک روند طراحی، به طور کلی به دو گروه تقسیم می شوند:
رویکرد مسئله محور: معین کردن یک نیاز انسانی با مسئله طراحی و بررسی اینکه دیگر ارگانیسم ها و یا اکوسیستم ها چه راه حل ها و راه کارهایی را در مواجهه با این مسئله به کار می برد. این نگرش با عنوان طراحی با نگاه به زیست شناسی مطرح می
شود.
رویکرد راه حل محور: مشخص کردن یک خصوصیت خاص، رفتار و یا عملکرد در یک ارگانیسم یا اکوسیستم و ترجمه آن به طراحی انسانی که به عنوان زیست شناسی متاثر کننده طراحی نامیده می شود.
طراحی مسئله محور: نگرشی که طراحان به طبیعت برای حل مسائل نگاه می کنند، نیازمند این است که طراحان مسائل را مشخص کنند و پس از آن نوبت زیست شناسان است که این مسائل را با ارگانیسم هایی که موارد مشابه را حل کرده اند، تطبیق دهند. این نگرش به طرز موثری با تشخیص اهداف ابتدایی و پارامترهای طراحی توسط طراحان هدایت می شود.
مرحله را می توان برای الهام گرفتن از طبیعت در روش مسئله محور بیان کرد:
1) مسائل طراحی
2) جستجو بر یافتن تشابهات بایولوژیک
3) تعیین قوانین مناسب
4)تجرید و تفکیک از مدل بایولوژیک
5) آزمودن، تحلیل و بازخورد
6) راه حل طراحی
طراحی راه حل محور: زمانی که معلومات زیست شناسی بر طراحی انسان تاثیر می گذارد، روند طراحی مشترک مقدمتا وابسته به افرادی است که بیشتر دارای دانش زیست شناسی هستند تا طراحی. در اینجا نیز برای رسیدن به هدف شش مرحله را باید گذراند:
1) تحقیقات زیست شناسی
2)بیومکانیک، ریخت شناسی عملکردی و آناتومی
3) درک قوانین پایه
4) تجرید، تفکیک از مدل بایولوژیک
5) ابزار فنی
6) راه حل طراحی
در این مقاله با رویکرد راه حل محور به بررسی میکرو استراکچرهای بامبو پرداخته شده است و با الهام از آرایش فیبرها در ساختار بامبو که باعث ایجاد ویژگی های عالی برای عملکرد سازه ای آن شده برای طراحی سازه ی ساختمان های بلند در معماری استفاده شده است.
معرفی بامبو
بامبوها از خانواده علوفه (گراس یا گرامینه و یا گندمیان) هستند که از زمره خانواده بامبوسویدای محسوب می شوند. گرچه بامبوها در اندازه های متفاوت اعم از کوچک، گلدانی و حتی به صورت چمن وجود دارند، تعداد زیادی از گونه های آن بلند، قطور و
دارای خصوصیات درخت و درختچه ها هستند. ساقه آنها گاهی پیچیده و گاهی مستقیم و بلند است. بامبو گیاهی است دائمی با ساقه ی چوبی و توخالی که در فواصل مختلف دارای بند یا گره است که از هر بند آن ساقه جدید می روید. بامبو را (علف قدکشیده) نیز می نامند. زیرا ارتفاع بعضی از گونه های آن به بیش از 45 متر می رسد. بامبو در مناطق حاره ای نیمه حاره ای و حتی معتدل و در هر منطقه ای که عوامل اکولوژیکی مساعد باشد می روید. بامبو شامل 1500 گونه بوده که به 63 نژاد و 4
خانواده تقسیم شده است. از میان آنها گونه های ذیل :
1- Bambusa
2- Melocana
3- Guadua
4- Denderocalamus
5- Arundinoria
6- Schizostachyum
در امور ساختمانی کاربرد دارند که 320 گونه آنها در حد فاصل خط کمربندی پاکستان تا ژاپن می روید. بامبو از نظر رشد بسیار سریع است. کاربرد های مختلف بامبو در صنایع عمرانی و ساختمانی شامل موارد زیر است:
1) تیر و ستون
2) سقف های کاذب
3) دیوارهای جداکننده و غیر باربر
4) داربست ها
5)خرپاها
6) پل های روستایی
7) مسلح کردن قطعات بتنی
8) خانه های موقت و دائمی مقاوم در برابر زلزله
شکل ( 1) قسمت های مختلف بامبو (منبع: www.renewbamboo.com)
قبل از شروع روند طراحی بایونیک، لازم است تا ساختار سلسله مراتبی بامبو مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و ویژگی های ساختاری آن در جزئیات بیشتری توضیح داده شود. ویژگی های اساسی که در ساختار بامبو وجود دارد و می توان از آنها در
معماری استفاده کرد، مقاومت زیاد بامبو در برابر نیروهای طبیعی مانند نیروی خمش حاصل از بارهای باد و نیروی کمانش حاصل از فشار جرم ساقه ی بامبو در ارتفاع زیاد است.
آرایش ریز ساختارهای گیاه بامبو چگونه است و چه ویژگی هایی دارد؟
خواص مکانیکی و مکانیزم شکست آن چگونه است؟
ساختار سلسله مراتبی بامبو
گیاه بامبو، دارای ساختار نسبتاً ساده ای می باشد. از آنجا که رشد و تکثیر سلولی در این گیاه به سرعت رخ می دهد، ساختار بافت آن باید ساده باشد.
همانطور که پیشتر گفته شد گونه های بسیار مختلفی از این گیاه وجود دارد، با این حال تغییرات اندکی در ساختار آن ها دیده می شود که در مقایسه با بزرگی وسعت گونه ها قابل توجه است.
بامبوها با گره ها و بندهای داخلی مشخص می شوند. و تقریبا تمام گونه های بامبو
در قسمت بند دارای دیواری اطراف یک حفره بزرگ، به نام لاکیونا می باشند.
در شکل [2] تصویری از ستون شکافته شده ی بامبو نشان داده شده است که انواع ساختار بند و حفره در بامبو را نشان می دهد.
شکل ( 2) قسمت های مختلف یک ساقه استوانه ای شکل بامبو (شرقی, 1391 , ص45 )
همانند دیگر سیستم های بیولوژیکی، بامبو دارای یک ساختار سلسله مراتبی است. در شکل [3] ساختار سلسله مراتبی از قسمت بندهای بامبو بطور شماتیک نشان داده شده است. همانطور که در شکل پیداست ساقه ی بامبو دارای یک ساختار مرکب چند
مقیاسی بسیار سازمان یافته است و در بندهای داخلی، ساختار سلول ها بطور قوی دارای جهت گیری محوری هستند. فیبرها از تعداد زیادی لایه های میکروفیبریل ساخته شده اند، این میکروفیبریل ها تقریباً پنج وجهی بوده و در یک ساختار لانه زنبوری
مرتب شده اند. یک فیبریل شامل تعداد زیادی دانه ی سلولز به طور مداوم بلند است. دانه ها که واحدهای پایه ساختمان بامبومی باشند در شکل [3] نشان داده شده است. همه ی ساختار بامبو در مقیاس ها و بعدهای مختلف با یکدیگر ارتباط برقرار خواهند
کرد و نقش خاصی در سختی و تقویت بامبو ایفا می کنند. از آنجا که سلول ها در بخش بندهای داخلی دارای جهت گیری شدیداً محوری می باشند، تا حد زیادی مانع حرکات جانبی مواد مغذی و یا مایعات می شوند. بندها اتصال عرضی با دیوار جامد مقابل
(vries, 2010)خود را فراهم می کنند، که دیافراگم نامیده می شود.
شکل( 3) ساختار سلسله مراتبی بامبو
شکل ( 4) آرایش میکرو فیبریل ها در برش عرضی
خواص فیزیکی گیاه بامبو
رطوبت: بامبو بر حسب محیطی که در آن قرار می گیرد از هوا رطوبت جذب می کند و یا رطوبت زیادی از خود به هوا پس می دهد. این جذب و دفع رطوبت سبب تغییر ابعاد بامبو می شود. با افزایش سن و ارتفاع در بامبو از ناحیه یقه (محل اتصال ساقه به خاک) به طرف بالای ساقه تا تاج گیاه از رطوبت ساقه کاسته می شود. لیکن تغییر فصل در مقدار رطوبت ساقه بیشتر موثر است.
انبساط گرمایی: انبساط گرمایی گیاه بامبو از هر سو نایکسان است و در جهت عرضی (قطری) به مراتب از جهت طولی ساقه بیشتر است. در جهت طولی انبساط گرمایی بامبو از بتن و سیمان کمتر ولی در جهت عرضی چندین برابر بتن و سیمان است.
وزن مخصوص:
خواص مکانیکی بامبو
الهام از ساختار های طبیعی در طراحی سازه
الهام از ساختار شکل دهنده ارگانیسم ها و به کار بردن آن در معماری با درک ساختارها و مکانیزم های فرمی موجودات زنده ممکن می شود. الهام از سازه های موجود در طبیعت نیازمند تحقیق و مطالعه بیشتری نسبت به الگو برداری از نقش و نگارهاست.
برای ترجمه سازه های طبیعی به معماری، باید درکی عمیق از سازه و نحوه انتقال بار در آنها داشته باشیم و این جز با آزمایش های متعدد امکان پذیر نمی باشد طبیعت همواره سعی دارد تا حد امکان از تنش های محوری در ساختار خود بهره گیرد، چرا که خمش، یعنی بیهودگی در مصرف ساخت مایه، با این اصل فراگیر در طبیعت که هیچ چیز بیهوده خلق نشده در تضاد است. مصداق کاربرد این قانون را با نگاهی به روند تکاملی سازه در یک صد سال گذشته ملاحظه می کنیم. انعطاف پذیری و تغییر شکل، فرار از نیروها و جای خالی دادن در برابر آن و استفاده از تقابل نیروها، سایر راهکارهایی هستند که طبیعت به مدد به کارگیری آن ها،حیات خود را تداوم می بخشد.
نمونه این گونه رفتار را می توان در عکس العمل ساختار درخت در برابر باد به روشنی دریافت.
به کار گیری آموزه های برآمده از طبیعت در طراحی سازه ساختمان (که در ارتباطی تنگاتنگ با معماری و عملکرد آن می باشد) می تواند علاوه بر داشتن تاثیرات مثبت بر حس زیبایی شناسی بنا، خالص بودن جریان نیروها در مسیر انتقالشان، پربازده بودن عناصر ساختاری، ابعاد کمتر برای اجزای سازه ای، استفاده بهینه از ساخت مایه و در نتیجه آسیب کمتر به محیط زیست را در پی داشته باشد. از این رو استفاده از چنین مفاهیمی برای طراحان و معماران در جوامع مختلف به خصوص در کشور ما امری مطلوب به شمار می آید.
(گلابچی, 1932 , ص. 123)
طراحی سازه با الهام از آرایش میکرو فیبریل های سازنده بخش بندهای داخلی بامبو
با توجه به آرایش میکرو فیبریل ها در قسمت بندهای بامبو، طرح زیر برای آرایش روشن است که طرح ارائه شده برای استفاده در معماری نیاز به شبیه سازی، تجزیه و تحلیل در محیط نرم افزاری و مطالعات آزمایشگاهی دارد.
آزمایشگاهی دارد.ستون ها در سازه ی ساختمان های بلند ارائه شده است.
شکل( 6) آرایش ستون ها در سازه یک ساختمان بلند (منبع: نگارنده)
تطبیق آرایش میکرو ساختارهای بامبو با 15 خصلت بنیادی کریستوفر الکساندر
1-مقیاس های متفاوت: خصلت مقیاس های مختلف یک امر مکانیکی نیست که فقط به دامنه ی گسترده ای از تنوع ابعاد نیازمند باشد. این امر چنان که شایسته است، زمانی رخ می دهد که هریک از مراکز به مراکز مجاورش حیات بخشد و آن را در حیاتش یاری کند. برخورداری از سلسله مراتب در ابعاد، در درون یک ساختار بسیار مهم است. البته جهش ها میان مقیاس های متفاوت، نباید خیلی بزرگ باشد در ساختار بامبو، فیبرها در قطرهای مختلف وجود دارند و سلسله مراتب در ابعاد آن ها دیده می شود و جهش میان مقیاس ها مناسب است.
2- مراکز نیرومند: آرایش فیبرها در بامبو بصورت مرکز گرا بوده و فیبرها با شکل استوانه ای خود درون یک استوانه و به صورت شعاعی آرایش یافته اند. سلسله مراتب لایه ها، احساس عمق و مرکز نیرومندی را ایجاد می کند.
3-مرزها: مراکز زنده اغلب بوسیله ی مرزها شکل می گیرند و تقویت می شوند. هدف از مرز که گرداگرد یک مرکز قرار می گیرد، مقصودی دو گانه دارد، 1) مرزبندی توجه را به مرکز جلب می کند و از این رو به تولید بهتر مرکز کمک می کند.
2) اینکه مرکز را که به وسیله ی مرزها محدود شده به جهان آن سوی مرزها پیوند می دهد مرزها هم تفکیک کننده اند هم پیوند زننده اند. در هردو حالت، مرکزی که مرز بندی و محدود شده است، بیشتر تشدید و تقویت می شود. در آرایش فیبرها در برش افقی از بندهای بامبو این مرز بندی به خوبی دیده می شود.
4- تکرار متناوب: یکی از راهکارهایی که از طریق آن، مراکز به طور موثری به یکدیگر در حیاتشان یاری می کنند "تکرار" است. مراکز دیگر، مراکز را به وسیله ی تکرار تشدید می کنند. احساس نظم در هر موضوع، ناشی از این واقعیت است که عناصر و اجزای آن بارها تکرار می شوند. تکرار متناوب ظرفیت آفرینش کلیت را دارد از این رو قاعده ی تکرار برای همه ی عناصر و اجزای درون یک "کلیت یکپارچه" به کار برده می شود. تکرار آرایش فیبرها از واضح ترین ویژگی های ساختار بامبو است که نشان دهنده ی نظم موجود در ساختار آن است.
5-فضای معین: در توصیف فضای معین، هر بخش مجرد و منفرد از فضا، شکلی تعیین یافته به مثابه یک مرکز دارد. هیچ فضایی بی شکل، بی قواره، بی معنا و رها شده وجود ندارد. هر شکل یک مرکز نیرومد است و هر فضا تنها از طریق وجود مراکز نیرومند در آن ساخته می شود و نه از هیچ طریق دیگر. در ساختار فیبرها، هر کدام از فیبرها دارای شکلی مشخص اند که جزیی جدایی نا پذیر از ساختار کل می باشند.
6- شکل خوب: شکل خوب شکلی است که خود از مرکز منسجم متعددی ساخته شده باشد. ساده ترین و ابتدایی ترین اشکال خوب از شکل های ساده و اصیل ساخته شده اند. قاعده مندی اشکال ساده، پتانسیلی را برای ایجاد نظم های بسیار پیچیده تر در
فضا می آفریند که به هیچ وجه نمی تواند بوسیله ی اشکال بی قاعده بدان دست یافت. میکرو فیبریل های بامبو دارای مقطع تقریباً پنج وجهی بوده و آرایش آنها در کنار هم شکل ساده استوانه ای بامبو را بوجود می آورد.
7-تقارن موضوعی: هر جا که یک تقارن موضعی وجود دارد، آنجا برای تبدیل شدن به یک مرکز تمایل پیدا می کند و هر جایی که یک مرکز زنده تشکیل می گردد، اغلب نوعی تقارن موضعی لازم به نظر می رسد. اشیاء زنده اغلب متقارن اند، تقارن موضعی مراکز کوچکتر درون یک کلیت، در پیوند با یکدیگر، نیروی پیوند دهنده ی واقعی برای شکل گیری حیات را می آفریند. در آرایش ساختار مولکولی عناصر تشکیل دهنده ی بامبو تقارن هم به شکل کلی و هم در میکرو ساختارها کاملا مشهود است.
8- انسجام و ایهام عمیق: ساختارهای زنده، شامل بعضی از فرم های به هم تنیده اند، موقعیتی که در آن مراکز به گونه ای به اطرافشان به هم گره خورده اند که موجب دشوار شدن جدایی این مراکز از اطرافشان شده است. در این شرایط یک مرکز بیشتر با جهان و مراکز نزدیکش متحد و یکی می شود. در ساختار بامبو انسجام در آرایش فیبرها در تمامی ابعاد وجود دارد .
9-تضاد: حیات نمی تواند بدون تنوع، تفاوت و گوناگونی رخ دهد. یگانگی تنها از طریق تمایز شکل می گیرد، این بدان معنی است که هر مرکز از متضادهای قابل تشخیص شکل گرفته است. متضادها اشکال گوناگون دارند. برای آنکه تضاد در شیء به درستی کامل شود باید مشخص و بارز باشد. در آرایش ساختار بامبو تضاد به صورت فضاهای پر و خالی نمود پیدا می کند..
10- درجه بندی: هرچیز که دارای حیات واقعی است، دارای ملایمت معین و مشخص است. کیفیت ها به تدریج، به آرامی و با ظرافت از کرانه ای به کرانه ی دیگر در یک طیف تغییر می کنند، یک ویژگی به آرامی در فضا تغییر می کند و تبدیل به ویژگی
دیگری می شود. ساختار بامبو، ساختاری حاصل از تکرار است که در برش افقی، آرایش فیبر ها بصورت شعاعی است و با حرکت به سمت مرکز از تراکم آن ها کم می شود اما بر ابعاد آنها افزوده می شود.
11- نا همگونی: اشیایی که از حیات واقعی برخوردار هستند، همواره از نوعی سادگی و نایکسانی شکلی برخوردارند. این خصلت، حیاتی و ضروری است، بدون آن شیء نمی تواند یک کلیت به حساب آید. ناهمگونی به عنوان فرمی از کمال، عمیقاً قابل مشاهده است. با مشاهده در ساختار مولکولی بامبو در می بابیم که شکل فیبرها و میکروفیبریل ها درابعاد، متفاوت است.
12-پژواک: پژواک مربوط به زوایا و خانواده ای از زوایا است که در طراحی وجود دارد. آنگاه که پژواک وجود دارد، عناصر و مراکز کوچکتر گوناگون، که مراکز بزرگتر را شکل می دهند، همه ی اعضای یک خانواده هستند. آنها پژواک یکدیگرند. شباهت درونی عمیق میان آنها وجود دارد که موجب به هم پیوستگی آنها و در نتیجه ایجاد وحدت و یکپارچگی می شود. پژواک در ساختار بامبو، با آرایش میکروفیبریل ها در کنار یکدیگر که به صورت دایره ای حول مرکز می باشد، دیده می شود.
13- فضای خالی: در دل اکثر فضاهای ژرفی که دارای کلیتی کامل هستند، فضاهای خالی قرار دارد. در بعضی فرم ها، با هر مرکزی، بزرگ یا کوچک، این خالی بودن ضروری است. این آرامش و سکون است که انرژی مرکز را به خود جذب می کند و به آن نیرو می بخشد. باید میان آرامش و خالی بودن، و برخورداری از جزئیات فراوان، تعادل برقرار باشد. این راهی است که یک مرکز بزرگ خالی به مراکز کوچکتر حیات می بخشد. گیاه بامبو دارای فرم استوانه ای تو خالی است که آرایش فیبرها در برش افقی باعث ایجاد چنین شکلی شده است و در عین حال خود فیبر ها نیز دارای فرم تو خالی هستند. این نوع آرایش در بهبود خواص فیزیکی بامبو نقش بسیار مهمی داشته است.
14- سادگی و آرامش درونی: کلیت حیات همواره ساده و بی آلایش است. در اکثر موارد این بی آلایشی خود را بصورت سادگی و خلوص هندسی بروز می دهد که از فرم های ملموس هندسی برخوردار است. در ساختار بامبو هیچ چیز زائدی دیده نمی شود.
ساختار بامبو هم از لحاظ فرم کلی و هم از لحاظ فرم ریز ساختارها از هماهنگی و سادگی هندسی بارزی برخوردار است.
15- جدایی ناپذیری: جدایی ناپذیری به این معناست که ما یک کل زنده را به عنوان یک جزء در جهان و غیر قابل تفکیک از آن، با توجه به میزان کل بودنش تجربه کنیم. میان یک مرکز منسجم و دیگر مراکز اطرافش جدایی وجود ندارد. به طوری که
مراکز گوناگون در یکدیگر ذوب شده و جدایی ناپذیر می شوند. این همان خصوصیتی است که هر مرکز به میزان ارتباطش با کل جهان، از آن برخوردار می باشد. ساختار بامبو دارای به هم پیوستگی و جدایی ناپذیری در اجزای تشکیل دهنده خود می باشد، که باعث بوجود آمدن ویژگی های عالی فیزیکی و مکانیکی آن شده است.
نتیجه
این پژوهش که با هدف ارائه راهکارهای مناسب جهت دستیابی به دانش برگرفته از گیاه بامبو، برای بهینه سازی طراحی سازه و معماری انجام شده است، باید توسط قلمرو علم مکانیک و محاسبات ریاضی مورد پشتیبانی قرار گیرد تا به یک معماری آلی منتهی شود.
معماری که از طبیعت الهام گرفته است و به بحث در مورد زمینه های استفاده از ساختارهای طبیعی در بهبود کیفیت طراحی سازه می پردازد. بدیهی است که این مطالعه نیاز به گسترش و تعمیق در جنبه های گوناگون دارد.
منابع
پایان