محمدرضا متینی

بیان مسئله: از مهم ترین موضوعات در طراحی معماری، فرم است که در طراحی رایانشی، پیچیده تر از گذشته شده و برای ساخت، احتیاج به بهره گیری از روش های ساخت دیجیتال هم چون ساخت افزودنی (چاپ سه بٌعدی) است. دیرزمانی است که بتن از اصلی ترین مصالح در معماری و مهندسی ساختمان محسوب می شود. در دو سه دهه اخیر، چاپ سه بٌعدی بتن پیشرفت های قابل ملاحظه ای داشته و نمونه های کاربردی مانند پل عابرپیاده، واحد مسکونی و مبلمان شهری با این فناوری ساخته شده است. یکی از مهم ترین مزیت های چاپ سه بٌعدی، ساخت هندسه های پیچیده و دربردارنده سطوح منحنی است. در چاپ سه بٌعدی با مواد بتنی، به علت مقیاس بزرگ، برخی از نقایص سطح چاپ شده هم چون اثر پلکانی آن بیش تر نمایان می شود. یکی از روش هایی که می توان به کار برد تا پرداخت نهایی سطح چاپ شده، صاف تر و به طرح دیجیتال اصلی نزدیک تر باشد، کاربرد لایه زنی منحنی (غیرتخت) در تولید اطلاعات ساخت مورد نیاز چاپگر است. این روش اصلاحی می تواند تنها با مداخله در سطح نرم افزاری و با بهره گیری از سخت افزار موجود، سطوحی با پرداخت نهایی بهتر تولید کند.هدف پژوهش: بررسی روش های ارائه شده در ساخت افزودنی با مواد بتنی و یافتن مزیت ها و محدودیت های آن ها در مقالات منتشر شده است.روش پژوهش: در این پژوهش مروری، به روش توصیفی-تحلیلی، داده های اسنادی گردآوری شده از اسناد علمی منتشر شده مانند مقالات، کتاب ها و پایان نامه ها مورد واکاوی قرار گرفته اند.نتیجه گیری: سه روش اصلی در ساخت افزودنی با مواد بتنی مورد بررسی قرار گرفته و مزیت ها و محدودیت های هر کدام برشمرده شده است. چالش های عمده ساخت افزودتی با بتن در سه دسته خصوصیات بتن قابل چاپ و مواد تشکیل دهنده آن، چاپ قطعات طره دار و سازه پشتیبان برای چاپ بتن و وجود درزهای سرد بررسی شده و در نهایت روش های ارائه شده برای ساخت رویه های (سطوح) منحنی با فناوری چاپ سه بٌعدی بتن ذکر شده است.

فرم ها و ساختارهای طبیعی همواره یکی از مهم ترین منابع الهام انسان به منظور خلق فضا بوده است. پژوهش حاضر بر روی یکی از منابع الهام مهم از طبیعت که پوسته های سین کلاستیک متقارن دورانی (RSS) است، متمرکز شده و به بهینگی فرمی و ساختاری این پوسته ها و الگوپذیری در معماری پرداخته است. روش تحقیق این پژوهش توصیفی-تحلیلی و شبیه سازی است و از منابع اولیه این حوزه و نمونه موردی تخم پرندگان استفاده نموده تا از طریق بررسی پارامترهای فرم و ساختار نمونه تخم مرغی از پوسته های طبیعی RSS ، به چگونگی استفاده از ظرفیت های شاخص آنها در معماری بپردازد. در این راستا، مقاله ابتدا به گونه شناسی پوسته های RSS و بررسی اصول فرمی آنها در طبیعت می پردازد. سپس، گونه شناسی این پوسته ها که در قالب پوشش های فضا در معماری گذشته و معاصر بوده، مورد بررسی قرار گرفته است. از اهداف دیگر این پژوهش، بررسی پارامترهای بهینگی فرمی و ساختاری در طبیعت و معماری بوده است. نتایج نشان می دهد، پارامترهای بهینگی فرمی و ساختاری پوسته های RSS در طبیعت می توانند الگوهای مهمی برای معماران باشد، نظیر کاهش مصرف مصالح، افزایش دهانه ها، کاهش مقاومت هوا در طراحی پوسته و اجرای پوسته های RSS  متمرکز بر زمینه و بستر.

انسان همواره از فرم های طبیعی برای طراحی فضاهای خود الهام گرفته است و امروزه با بهره مندی از فناوری های نوین توانسته است به فرم های پیچیده تر طبیعت دست پیدا کند. پژوهش حاضر بر روی پوسته های سین کلاستیک (پوسته های همگون انحنایی) در طبیعت متمرکز شده است و به بررسی برتری پتانسیل های الگوهای فرمی و ساختاری این پوسته ها در معماری در مقایسه با سایر پوسته ها پرداخته است. روش تحقیق این پژوهش توصیفی-تحلیلی و تطبیقی است و از منابع اولیه این حوزه و نمونه های موردی استفاده نموده تا از طریق بررسی فرم و ساختار پوسته های سین کلاستیک طبیعی، به چگونگی استفاده حداکثری از ظرفیت های شاخص آنها در معماری معاصر بپردازد. در این راستا، مقاله ابتدا به گونه شناسی پوسته های سین کلاستیک و بررسی اصول فرمی آنها در طبیعت پرداخته، سپس گونه شناسی این پوسته ها در قالب پوشش های فضایی تاقی و گنبدی در معماری گذشته و معاصر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج باز خوانی فرمی پوسته های سین کلاستیک حاکی از آن است که این پوسته ها به دلیل داشتن تعادل فرمی و پایداری حداکثری و نیز دارا بودن سطح حداقلی و پوشش حداکثری، الگوهای کاربردی تر و بهینه ای برای معماران نسبت به سایر پوسته ها، می باشند.

بیان مسئله: ساختارهای طبیعی، طی قرون متمادی، برای رسیدن به راه حل های قابل قبول در برابر عوامل خارجی توسعه یافته اند. در جریان این فرایند فقط کاراترین فرم های طبیعی در طی میلیون ها سال باقی مانده اند. یکی از این ساختارهای طبیعی ساختار آوندی برگ گیاهان است که در مقاله حاضر مورد بررسی قرار گرفته است. بدون شک ساختار گیاهان از اصولی مشابه با اصول مهندسی ساخت بشر، اما با عملکردی بسیار ظریف تر و پیچیده تر، پیروی می کند. این پیچیدگی تا آنجایی است که درک ساختار و رفتار این عناصر طبیعی بعضاً غیرممکن می شود. اما امروزه با استفاده از توانایی تحلیل و مدل سازی کامپیوتری می توان ساختارهای پیچیده طبیعی را درک کرد و به ساده سازی و استخراج ساختار الگوریتمیک آن ها پرداخت. این پژوهش به تحلیل رایانشی ساختارهای آوندی برگ گیاهان، به منظور دست یابی به یک افزونه (پلاگین)، برای طراحی پوشش های سازه ای برگرفته از طبیعت، می پردازد. در این راستا پژوهش حاضر براساس پایداری سازه ای موجود در برگ ها، در پی یافتن پاسخی برای این سؤالات است که: 1) آیا ساختار آوندی برگ برای یک سازه انسان ساز در مقیاس بزرگ قابلیت استفاده دارد و در مقایسه با سازه های متداول شرایط مطلوب تری را ایجاد خواهد کرد؟ و 2) آیا سازه طراحی شده بر مبنای ساختار آوندی برگ گیاه توان باربری بیشتری نسبت به سازه های متداول دارد؟هدف پژوهش: این پژوهش به دنبال طراحی یک سازه متفاوت با الهام از ساختارهای آوندی برگ گیاهان است که به بهبود عملکرد سازه ای در جهت افزایش توان باربری سازه ای کمک خواهد کرد؛ همچنین، دستیابی به جذابیت بصری در سیستم های تیر و ستونی از طریق دورشدن از ساختارهای متعامد نیز هدف دیگری است که در این پژوهش دنبال خواهد شد.روش پژوهش: این تحقیق توصیفی-تحلیلی است و گردآوری اطلاعات و تحلیل و تلفیق آن ها به روش اسنادی انجام شده است.نتیجه گیری: افزونه طراحی شده با استفاده از ساختار آوندی گیاهی کاربران را قادر می سازد با تغییر پارامترهای تعبیه شده در آن طیف گسترده ای از ساختارهای پوششی با ابعاد مختلف تولید کنند. این توانایی برای اعمال تغییرات، به معمار اجازه می دهد فرم های پیچیده تری ایجاد کند که بدون استفاده از این افزونه به دلیل پیچیدگی زیاد در شکل یا ساختار طرح، امکان پذیر نخواهد بود.

اهداف: مطالعه بر روی پوسته های طبیعی، از دیرباز مورد توجه معماران قرار گرفته است. پژوهش حاضر بر روی پوسته های «سین کلاستیک متقارن دورانی»، با نام پوسته های آر.اس.اس متمرکز شده که به اختصار پوسته های «سین کلاستیک دورانی» نامیده شده است. این پژوهش به ارتقاء قابلیت های ساختاری این پوسته ها در معماری با استفاده از الگوی پوسته تخم پرنده در طبیعت پرداخته است. روش ها: روش تحقیق این پژوهش توصیفی-تحلیلی و تطبیقی است و از منابع اولیه این حوزه و نرم افزار تحلیلی متلب استفاده نموده تا از طریق تحلیل سطوح تخم پرنده به عنوان یک پوسته سین کلاستیک دورانی طبیعی، به چگونگی افزایش ظرفیت های ساختاری این سطوح در معماری بپردازد. یافته ها: ابتدا معرفی پوسته های سین کلاستیک دورانی و گونه شناسی فرمی آن ها با تمرکز بر پوسته تخم پرندگان صورت گرفته است. در ادامه به مساله بهینگی پوسته تخم پرندگان و الگو پذیری بهینه فرمی و ساختاری این پوسته ها در معماری پرداخته شده است. در نهایت با تفسیر و تحلیل داده ها، به تحلیل پارامترهای بهینگی سطوح پوسته های تخم مرغی پرداخته و از نتایج آن در سطوح سین کلاستیک دورانی معماری بهره گیری شده است. نتیجه گیری: با بهره گیری از ابزارهای تحلیل دیجیتال در مدل سازی پارامتریک پوسته تخم پرندگان، می توان به پوسته های بهینه تر سین کلاستیک دورانی در معماری معاصر دست یافت. پوسته هایی با حداقل مصالح و قابلیت اجرای سریعتر و آسانتر نسبت به پوسته های دیگر برای پوشش فضایی مناسب دهانه های بزرگ.

در سال های گذشته، الگوریتم های بسیاری معرفی شدند تا به طور خاص مسائل بهینه سازی مختلفی در زمینه رشته های معماری و شهرسازی را حل کنند که ردپای طبیعت در اکثر این الگوریتم ها به چشم می خورد. انگیزه چنین الگوریتم هایی حل مسائل پیچیده ی مطرح مانند بهینه سازی انرژی، سازه، قطعات نما، حل چالش های موجود در طراحی گره های شهری، مسیریابی بهینه راه آهن و شریان های شهری، مدیریت ترافیک و دیگر بحث های مرتبط در مقیاس های خرد و کلان می باشد. هدف این پژوهش در گام نخست بررسی الگوریتم های هوش جمعی و در گام بعدی، سنجش رفتاری الگوریتم بهینه سازی فیزاروم در فرم یابی شبکه راه آهن شهری تهران با تعریف چهار پارامتر شامل گسل ها، بناهای تاریخی، زیرگذرها و پل ها-تقاطع ها، به عنوان موانعی برای رشد و مسیریابی در فضای مسئله می باشد. روش پژوهش حاضر، استدلالی و گردآوری مطالب مبتنی بر روش کتابخانه ای جهت آشنایی با اصول و قوانین حاکم بر الگوریتم های هوش جمعی است. در ادامه نیز به کمک مدل سازی ها و شبیه سازی های نرم افزاری، به بررسی و سنجش رفتاری الگوریتم بهینه سازی فیزاروم در برخورد با موانع تعریف شده در فرم یابی شبکه راه آهن شهری تهران خواهد پرداخت. یافته ها و نقشه های خروجی حاصل از مسیریابی فیزاروم در فضای مسئله حاکی از شناسایی درست موانع تعریفی و فرم یابی دقیق و البته بدیعی از شبکه راه آهن شهری تهران است. الگوریتم بهینه سازی فیزاروم توانسته با دقت و بدون خطا، فرم یابی شبکه را بدون تقاطع با موانع تعریف شده انجام دهد.

به منظور دست یابی به یک معماری پاسخگو که بتواند با شرایط پیرامونی اش سازگار باشد، رویکرد غالب آن است که معماران، طراحان و مهندسان سازه، تمرکز خود را بر روی طراحی و ساخت پوسته های ساختمانی متحرک متشکل از اعضای صلب و مفاصل مکانیکی قرار می دهند.  گرچه ممکن است این شیوه مزایایی به همراه داشته باشد، اما می تواند با ایجاد مشکلات و ضعف هایی چون شکست و گسیختگی ناشی از تنش های بالا در مفاصل، منجر به هزینه بالای تعمیر و نگهداری شود. هدف از تحقیق پیش رو، بهره گیری از پتانسیل مکانیزم های انعطاف پذیر در طراحی و ساخت نما های متحرک است که بدین منظور، پس از دسته بندی کاربرد مکانیزم های انعطاف پذیر در معماری در دو سطح (سطح نخست: جایگزینی آن ها با مکانیزم های صلب-پیکر و سطح دوم: طراحی مکانیزمی یکپارچه)، تمرکز این مقاله بر روی سطح نخست است. دستآورد این سطح که در قالب سه زیر دسته ((1) حرکت های انتقالی، (2) دورانی و (3) انتقالی- دورانی در مفاصل انعطاف پذیر) و به روش شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفت، طراحی، شبیه سازی رایانه ای و ساخت سه مدل فیزیکی از پوسته های متحرک ساختمانی است که غالب مزایای ساختارهای انعطاف پذیر چون یکپارچگی ساختار، کاهش تعداد اعضا و وزن سازه، کاهش چشمگیر تنش در مفاصل، هزینه تعمیر و نگاه داری و در نهایت توجیه اِقتصادی طرح را به همراه دارد.  

پوسته ها و نماهای ساختمانی نقش موثری در کاهش مصرف انرژی دارند. نمای دوپوسته به عنوان یک سیستم غیرفعال خورشیدی در دوره سرما بار گرمایشی ساختمان را به طور قابل توجهی کاهش می دهد، ولی در دوره گرما با افزایش دمای حفره میانی بار سرمایشی ساختمان و انرژی مصرفی سرمایشی افزایش می یابد. استفاده از سایه اندازها یک راهکار موثر در کاهش بار سرمایشی ساختمان است. سایه اندازهای ثابت عملکرد نماهای دوپوسته را در زمستان به دلیل ممانعت از نفوذ تشعشعات خورشیدی و کاهش جذب مستقیم، به طور زیادی کاهش می دهند. برای رفع آن باید در سایه اندازهای متحرک، زاویه بهینه قرارگیری را در طول سال محاسبه نمود. در این مطالعه، عملکرد سالیانه نماهای دوپوسته برای یک اتاق اداری در تهران با حضور سایه اندازهای کرکره ای افقی و قائم ثابت و متحرک بررسی شدند. فضا در نرم افزار راینو و مدل پارامتریک سایه اندازها در پلاگین گرس هاپر ایجاد شد. در مدل سازی، یک فضای اداری استاندارد با ابعاد ۴ در ۵متر و به ارتفاع ۳متر با پنجره ای رو به جنوب بررسی، سپس نمای دوپوسته با سایه اندازهای بهینه افقی و قائم متحرک در نرم افزار دیزاین بیلدر مدل سازی و میزان بهره وری و ذخیره سالیانه انرژی آن در مقایسه با نمای دوپوسته بدون سایه انداز بررسی شد. طبق نتایج سایه اندازهای متحرک بهینه تر از حالت ثابت خود و سایه انداز کرکره افقی متحرک نیز بهینه ترین گزینه است. مجموع انرژی مصرفی سایه انداز کرکره افقی متحرک، بهینه ترین گزینه پیشنهادی، نسبت به سایه انداز کرکره ای افقی ثابت ۳۴/۲۷%، نسبت به حالت کرکره ای قائم ثابت و متحرک به ترتیب ۱۱/۸۷% و ۱/۳۷% و نسبت به نمای دوپوسته بدون حضور سایه اندازها ۵۰/۶۹% بهینه تر است.

به طور معمول بخش مهمی از تغییرات در معماری از طریق ساختار های تغییرپذیر ممکن می گردند. این گونه ساختارها عموماً از مصالحی سخت یا نرم یا ترکیبی از این دو تشکیل شده اند، اما توسعه مصالح جدید در عرصه معماری، امکان بهره گیری از اجزای انعطاف پذیر و خم شو را نیز در سال های اخیر فراهم نموده است. این گونه ساختارهای تغییرپذیر خم شو، برتری هایی نسبت به ساختار های تغییرپذیر معمول داشته که از مهم ترین آنها سادگی، سبکی، نیاز به اجزای الحاقی کمتر و قابلیت بازگشت پذیری ساده تر به فرم اولیه می باشد. نو بودن این گونه سازه ها باعث گردیده پاسخ به بسیاری از مسایل و سؤالات مربوط به آنها، مطالعه و پژوهش های جدیدی را طلب کند که یکی از مهم ترین این سؤالات به  مکانیزم های مناسب برای تغییرپذیری آنها مربوط می شود. در این مقاله سعی شده تا با رویکردی بایونیکی به یافتن پاسخ هایی ملهم از طبیعت برای مکانیزم های مولد تغییر فرم در این سازه ها پرداخته شود. در این مسیر با به کارگیری فرایندی سلسله مراتبی و علمی، سعی به یافتن الگوهایی مناسب از طبیعت، استخراج ایده ها از این الگو ها و ارایه مثال هایی عملکردی در معماری با ایده های به دست آمده شده است. در این مسیر دو روش برای انتقال قوانین طبیعت به معماری پیشنهاد گردیده که این روش ها می توانند در بسیاری از رویکردهای بایونیکی مشابه نیز استفاده داشته باشند.  

حیاط مرکزی بسیاری از ابنیه ی تاریخی کشورمان در حال حاضر به دلیل اعطای عملکردهای نوین و یا گسترش فضاهای جمعی در حیاط نمونه های باززنده سازی شده، با سقف هایی سبک پوشیده شده اند که اغلب دارای جزییاتی ضعیف، اجرایی نامناسب و منظری نازیبا هستند و به دلیل عدم امکان برچیده شدن آسان و سریع، جایگاه و مفهوم معماری درونگرا با حیاط های باز مرکزی را از بین برده اند. این مقاله در ابتدا به شکلی اجمالی سابقه ی پوشش های سبک در فضاهای باز و حیاط های مرکزی بناهای کشورمان را معرفی می کند. سپس به بررسی، آسیب شناسی و تحلیل چند نمونه ی داخلی و پس از آن به معرفی و بررسی چند نمونه ی موفق بین المللی می پردازد. سپس از بین تجارب بررسی شده جنبه های هماهنگ با خصوصیات کالبدی و فرمی ابنیه ی تاریخی ما با اضافه نمودن پارامترهایی تکمیل و به نمونه هایی گسترده و متنوع تر تعمیم داده می شوند. این نمونه ها به صورت الگوهای طراحی پوشش های سبک برای حیاط مرکزی ابنیه ی تاریخی ایران در جداول تحلیلی ارائه می شوند. این الگو ها توسط تصاویری که معرف طرح کلی ساختاری و هندسی این پوشش ها می باشند در جداول آمده اند. پیشنهاداتی که از تحلیل و بررسی نمونه های داخلی به دست می آیند به الگوهای قابل برپایی و برچیدن پرداخته و پیشنهادات دیگر، الگوهای پوشش های تغییرپذیر را معرفی می کنند.