پیشینهٔ معماری تغییر فرم پذیر

پیشینهٔ معماری تغییر فرم پذیر

پیشینهٔ معماری تغییر فرم پذیر

پیشینهٔ معماری تغییر فرم پذیر

مقدمه

به طور کلی معماری به عنوان یک ساختار و سازه دائمی پذیرفته شده است. شاید بتوان دلیل آن را در روند فکری و عملی طراحان و معماران جست و جو کرد. یک معمار همیشه در جست و جوی مصالح و سیستمی است که مدت زمان ایستایی یک بنا را افزایش دهد. بنابراین بیشتر ساختمانهای فعلی به صورت آثار هنری طراحی شده اند. ایجاد تغییرات آتی نظیر: گسترش, جمع شدگی، حرکت یا تغییر مکان و حتی انقباض در چنین بناهایی غیر ممکن خواهد بود.

 واضح و روشن است که سندرم تاریخی ایستایی بنا ساکن بودن در معماری دائمی بوده و به جامعه مدرن در عصر پویایی و دینامیک رسیده است و حتی در عصر حاضر به روند خود به صورت پیوسته ادامه می دهد. بنابراین می توان چنین نتیجه گرفت که توجه زیادی به توسعه روشهای مبتنی بر حرکت در معماری نشده و این ماحصل توافقی بوده که بین معمار و جامعه صورت گرفته است؛ توافقی که معماری را ساکن و ایستا معرفی میکند.

بر اساس نظریهٔ چارلز داروین بقا همیشه به قابلیت جسم برای انطباق در یک محیط در حال تغییر وابسته است این نظریه در مورد معماری نیز صدق میکند و معماری نیز نیازمند تغییرات مداوم خواهد بود. معماری با قابلیت تغییر فرم پذیری گونه ای از معماری است که توانایی پاسخگویی به نیازهای دنیای کنونی را دارا است.

تغییر فرم پذیری, نوعی تغییر و حرکت محسوب می شود. از نگاهی دیگر حرکت یک قانون اولیه در طراحی است که در بسیاری از اشیای روزمره نظیر چادر و چتر نیز به چشم میخورد این اشیا قابل تنظیم و کنترل بوده به طوری که این قابلیت بر اساس نظریه داروین اولین گام برای بقا و ماندگاری آن به شمار میرود. بنابراین معماری نسبت به تغییرات به عنوان محیطی پاسخده عمل می کند.

ایده حرکت و تغییر پذیری به طور کامل با ویژگی های دوام و استحکام ساختمانهای متعارف امروزی متضاد است با این حال مفهوم حرکت که ویژگی اصلی معماری با قابلیت باز و بسته شدن است مبحثی جدید در معماری به شمار نمی رود بلکه تغییری در راستای پاسخگویی به نیازهای کاربران است. سازه های باز و بسته شونده در طول تاریخ مورد استفاده قرار گرفته است. اما تا آغاز سده بیستم, ظهور اندیشه های الهام گرفته از سرعت و پیشرفتهای فناورانه انقلاب صنعتی وجود نداشت. جنبش هایی مانند فوتوریسم ایتالیایی و مدارسی مانند باهاس در آلمان گهواره ایده هایی از جمله اصول جنبشی را شکل داد که در هنر طراحی صنعتی و معماری مورد بررسی قرار گرفت.

 این اکتشافات اولیه به دنبال ایجاد چالش در مورد استقرار و ایستایی آن است و بعد چهارم زمان را به عنوان عنصر کلیدی روند تحول معرفی می کند. در دهه ۱۹۵۰ صنعت هوا فضا به ساختارهای باز و بسته شونده علاقه نشان داد و احتمالاً امروز در این زمینه تسلط کافی را به دست آورده است. سازه های انعطاف پذیر کاربردهای زیادی در این صنعت دارند. ساختارهای بزرگ مانند

ماهواره ها, تلسکوپ ها, آرایه های خورشیدی و آنتن ها باید در حجم بسیار کم در فضاپیما بسته بندی شوند و تنها در فضا گسترش یافته و باز شوند. حمل و نقل برای زمین هایی با کاربری های محدود از اهمیت خاصی برخوردار است. امروزه پژوهشهای فراوانی در زمینه سازه های متحرک و سریع انجام گرفته است که اغلب از سازه هایی با وزن کم و قابل حمل برای انعطاف پذیری طبقات ساختمان و کاربری های متحرک و موقتی مانند پناهگاه های اضطراری اسکان پس از سانحه و عملیات نظامی استفاده می شوند.

آنتن فضایی گسترش پذیر
آنتن فضایی گسترش پذیر

 با توجه به اینکه این موضوع مبحث نو و تازه ای است هیچ تعریف توافق شده ای برای ساختارهای قابل گسترش و باز و بسته شونده وجود ندارد. این سازه ها گاهی به عنوان سازه های قابل گسترش, تاشونده, باز و بسته شونده، متحرک, قابل انتقال و قابل حمل و نقل (تراپذیر) قابل تنظیم و … . شناخته میشوند؛ با این حال شاید بتوان به این صورت این سازه ها را توصیف کرد:

  • ساختارهای باز و بسته شونده سازه هایی هستند که قادرند به شیوه مستقلی به تغییر پیکربندی وسیع بپردازند.
  • چنین سازه هایی ممکن است از حالت تاشده به صورت صاف و مسطح درآیند؛ و در بسیاری از موارد قطعات و اجزای تشکیل دهنده در تمامی جهات متصل هستند اما در فرایند گسترش, هندسه آنها تغییر میکند. در روند گسترش حرکت اولیه به یک ساختار سخت منتهی می شود و این به معنای تنها شیوهٔ گسترش برای چنین ساختارهایی نیست.
  • با اعمال یک نیرو در یک یا چند نقطه ساختار باز و بسته شونده به صورت سیال و روان و کنترل شده تغییر شکل می یابد. با وجود نرمی و سهولت ،حرکت این سازه ،پایدار محکم و ایستا است.
  • سازه های باز و بسته شونده به علت ویژگیهای هندسی مواد و خواص مکانیکی خود قابلیت باز و بسته شدن را دارند.

به نظر میرسد که ساختارهای باز و بسته شونده ظرفیت بالایی برای ایجاد تجربیات دینامیکی و تغییر و انتقال دارند سبکی و قابلیت حمل و نقل, این امکان را فراهم میکند تا به راحتی با نیازهای جوامع که به صورت مداوم در حال تغییر و تحول است سازگار شوند.

علاوه بر این با توجه به اینکه این سازه ها قابلیت استفاده مجدد را دارند بنابراین امکان استفاده مؤثر از، انرژی منابع, مصالح و فضا را فراهم و مفهوم پایدارای را به خوبی ارائه می کند. امروزه نه تنها مهندسان و معماران بلکه دانشمندان اریگامی، محققان بیومیمتیک، متخصصان نجوم, ریاضیدانان, زیست شناسان, هنرمندان ودیگر محققان در حال مطالعه و پژوهش طراحی و توسعه برنامه های کاربردی برای یک طیف گسترده از سازه های باز و بسته شونده هستند. مکانیزم های متعددی در حوزهٔ معماری آزمایش شده اند و در سایر رشته ها و حوزه های علمی ناشناخته باقی مانده است.

سازه نظامی با معماری جمع شونده
سازه نظامی با معماری جمع شونده

پیشینهٔ معماری ساختمانهای باز و بسته شونده

مکانیزم باز و بسته شدن تا سده بیستم به صورت مدون و قانونمند وجود نداشته است ولی استفاده از آن به سده ها پیش از میلاد مسیح باز می گردد. مصریان باستان آن را در صندلی های تاشونده اولیه به کار می بردند و جوامع مغول باستان، خیمه های کروی و قابل حمل خود را با شبکه ای از مفتولهای مستقیم چوبی می ساختند که به وسیله مفصل های قیچی سان به هم متصل بودند؛ شیوه ای که تا امروز هم ادامه. در سنگ نگاره های به جای مانده از تمدن آشور در سیزده سده قبل از میلاد، تصویر پادشاه آشور آشوربانیپال را با چتر خورشیدی که نشانگر قدرت و سلامت جاویدان است میبینیم.

چادرهای عشایر ایران, آلاچیق ترکمان ها و چادر سرخپوستان نیز جزو این مکانیزم محسوب می شوند. پوشش تئاترهای اولیه رومی و ولاریوم ها از دیگر نمونه هاست.

مخترعان عصر رنسانس مانند لئوناردو داوینچی (در سده پانزدهم میلادی داوینچی بر اساس مطالعات فراوان سازهای یک مکانیزم مسطح ساده قابل گسترش را طراحی و در جلد اول کتاب خود معرفی کرد) در ساخت دستگاه ها, پل های متحرک و چترها نیز چنین روندی را به کار برده اند. هنر انعطاف پذیری, قابلیت انطباق در فضاهای معماری است. این سازه ها برای ساخت انواع نمایشگاه ها, غرفه های سیار, پناهگاه ها, اورژانس ها و بیمارستان های موقت, سالن های تئاتر و حتى سقف استادیوم ها و باشگاه های ورزشی چند منظوره و گاه در فضاهای آموزشی و فرهنگی چندمنظوره به کار می روند.

سازه قیچی سان داوینچی
سازه قیچی سان داوینچی

صنعتی بودن، انعطاف پذیری و سازگاری سیستمهای ساختمانی یکی از روش های کلیدی برای به دست آوردن کیفیت اقتصاد و پایداری کامل در معماری است. از لحاظ مطالعۀ نظری مکانیزم سازه های تاشو, در سده نوزدهم افرادی چون ساروس ، بریکارد و در اوایل سده بیستم بنت از پیشگامان این امر محسوب می شوند.

در حوزه معماری این سیستم ها مورد توجه بیشتر مجامع علمی قرار گرفت که توسط جنبش های انقلابی چون آرچیگرام و هاپکینز در نیمه دوم سده بیستم پرورش یافته بودند. یکی از معمارانی که برای اولین بار به این موضوع علاقه مندی نشان داد ریچارد باک مینستر فولر بود که مفهوم مربوط به قابلیت باز شدن در سازه ها را به عنوان بخشی از نظریه هماهنگ خویش دوباره مطرح کرد.

 او از یک مدل هندسی به نام ژیترباگ برای تشریح ماهیت سیستم های بازشو و نشان دادن اینکه چگونه بارها در حین حرکت بر سازه تأثیر می گذارند استفاده کرد. با استفاده از این مفهوم او اولین گنبد ژئودزیک تاشونده را برای ارتش آمریکا طراحی کرد. در اوایل دهه ۱۹۶۰ مهندس اسپانیایی امیلو پرز پینه رو شبکه های فضاکارتاشو سه بعدی به معنای امروزی را طراحی و ثبت کرد در حقیقت او از پیشگامان ساخت گنبدهای بازشونده خودکار و انواع مختلف شبکه هایی شد که متشکل از قیچی سان مستقیم بودند و از یک مکانیزم جدید همراه با دولایه قیچی سان و چادرهای استوانه ای با استفاده از میله های لوله ای شکل را پیشنهاد کرد.

سازه های گسترش پذیر در ابتدا برای حفظ حالت باز و بسته شونده خود در اندازه های کوچک ساخته می شدند. در پی تصمیم دولت ایالات متحده آمریکا در سال های ۱۹۸۰ برای تأسیس یک پایگاه فضایی، ناسا هزینهٔ تحقیق در زمینه سازه های باز و بسته شونده را فراهم کرد. هدف از این تحقیق ساخت سیستم های مهندسی باز و بسته شونده ای بود که برای حمل به فضا در فضاپیما جای گیرد این سازه ها باید پس از حمل به فضا گسترش یافته و به اصطلاح منبسط یا منفجر شوند.

به این طریق حجم هایی مثل آنتن ها و خودروی فضایی بسته بندی شده ساخته شد تا زمانی که به مدار یا سطح سیاره رسیدند باز شوند. حجم کم قابلیت باز شدن مونتاژ سریع, بسته شدن آسان از معیارهای طراحی این سازه ها بود. اگر چه طرح مذکور در سطح کلان اجرا نشد ولی هنوز هم سازه های کوچک یا اشیای باز و بسته شونده ای مانند گیره خورشیدی و آنتن ها کماکان مورد استفاده است. هرچند که در طرح های ارائه شده ساخت یک سفینه و قابلیت توسعه آن بر مبنای سازه های غشایی و پرشده از هوا با قابلیت جمع شدن نیز پیش بینی شده است.

 دانشگاه کمبریج از جمله مراجعی است که در زمینهٔ سازه های قابل گسترش تحقیق کرده است. سرجیو پلگرینو از این دانشگاه حلقه ای را ساخت که قابل گسترش است. حلقه از میله و کابل تشکیل شده که تعداد میله ها در هر اتصال چهار عدد است و در وسط طول دو به دو به شکل قیچی به یکدیگر لولا شده اند و اتصالات را تعدادی کابلهای فعال و غیر فعال به یکدیگر متصل می کنند. به این ترتیب که با حرکت و گسترش سازه کابلهای فعال به وسیله قرقره ها جمع شده و رفته رفته کابلهای غیر فعال وارد عمل می شوند تا در نهایت در کشش کامل قرار گرفته و سازه شکل نهایی خود را ثابت کند.

سازمان فضایی و هوانوردی ژاپن نیز تحقیقات جامعی در زمینه سازه های قابل گسترش انجام داده است. میور با همکارانش توانسته اند اصول پیچیده ریاضی را با هنر اریگامی ترکیب کنند و به سطوح قابل گسترش دست یابند.  در واقع مجموعه تاشده کاملاً مسطح را تنها با قطعات مسطح می توان به دست آورد، به نحوی که وقتی این قطعات به روی هم قرار می گیرند، مجموعه بدون انحنا باقی بماند.

سازه گسترش پذیر بر مبنای اوریگامی

معماران مختلفی همچون سانتیاگو کالاتراوا از اختراعات پینه رو الهام گرفته اند. کالاتراوا سهم خود را با رساله و تأکید بر انعطاف پذیری سازه های سه بعدی در انستیتوی فدرال سوئیس در سال ۱۹۸۱ در زوریخ ادا کرد. پایداری سازه در حین باز شدن یکی از موضوعات مورد مطالعه است.

پروژه های بزرگ دارای تعداد قابل توجهی میله و لولاست که در معرض استفاده طولانی قرار دارند و نیاز به مطالعهٔ ویژه ای برای اطمینان از رفتار ایمن و صحیح سازه دارند. فلیکس اسکریگ و جوآن پرز و الکارسل روشهای مبتکرانه ای متشکل از شبکه هایی از قیچی سانهای بازشونده برای حل مشکلات ناشی از ناپایداری زاویه ای در سازه های بزرگ مقیاس موجود ایجاد کردند.

تئودور زیگلره تحقیقاتش را بر موانع حرکتی که در طی فرایندهای باز شدن گنبدهای کروی به وجود می آید متمرکز کرد. او با استفاده از اضافه کردن اعضایی کوشید تا از پدیده خود قفل شوندگی در مجموعه بازشونده جلوگیری کند.

کارین گانتس ناسازگاری میان زنجیره های قیچی سان های ویژه ای را کشف کرد که موجب ایجاد قفل شدگی و تشویق ناشی از آن (قفل شدگی) در سازه ها بودند و به دنبال آن روشی نظری برای به دست آوردن محدودیت هندسی واحدهای بازشونده ارائه کرد و سبب حفظ خصوصیات مطلوب ناشی از بازشوندگی و شرایط خالی از استرس شد. در پژوهشی برای یافتن هندسه مناسب تر و کارآمدتر برای سازه های قیچی سان تاشونده شان از جبر فرمکسی برای دستکاری پردازش ترکیب بندی ساختمانی دستگاه پانتوگراف استفاده کرد.

در پژوهشی همزمان کی کاواگوچی و وای هانگای و کیناپارا روش تحلیلی برای احراز سریع ترین راه به منظور برپا کردن یک سازه قیچی سان فرایند بهینه تازدن آن تا رسیدن به شکل مطلوب را پیشنهاد کردند. دیگر پژوهشها به منظور اصلاح سیستم یا فرایند ساخت بر آزمایش انطباق با کانسپت اصلی عناصر قیچی سان متمرکز شدند.

برای نمونه ژانگ یو یان چن اتصالات سه بعدی تحت فشار را به جای لولاهای قیچی سان دو بعدی تاشونده به کار گرفتند كوكادا تسوتومو و هوکایدو تو کامی برای آسان کردن عمل باز شدن کابل های مکمل را به تاقهای قیچی سان اضافه کردند. هوبرمن با خطی مشی متفاوت به طور خاص در زمینه طراحی موضوعات گوناگون مبتنی بر عملکرد مکانیکی قیچی کار میکرد. از میان تولیدات وی اسباب بازی های تاشونده به طور خاص بسیار محبوب شدند و با موفقیت در سرتاسر جهان به فروش رسیدند.

برخی از این اسباب بازیها از نوع جدیدی از مکانیزم استفاده میکنند که توسط هوبرمن اختراع شده است و قیچی سان های زاویه دار نامیده می شوند. این سیستم جدید, شکل دیگری از ایده قیچی سان اصلی محسوب میشود که شامل تا شدن عناصر صلب به منظور رسیدن به زاویه دلخواه و تشکیل شکلهای چند ضلعی است که با قیچی سان مستقیم ممکن نیست. به کمک این سیستم میتوان سازه های پیچیده و مهیج را مانند کرهٔ ژئودژیک منبسط شونده، ها یپار منبسط شونده گنبد آیریس و قوس هوبرمن طراحی کرد.

پژوهش های بعدی روی قیچی سانهای زاویه دار همراه با تأکید ویژه بر کاربرد در صنعت هوا فضا و جایگاه ورزشی توسط سرجیوپلگرینو، فرانک جنسن در لابراتوار سازه های بازشونده در دانشگاه کمبریچ در انگلستان انجام گرفت. اما در کنار تمامی این تحقیقات و پیشرفت ها که همچنان ادامه دارد, مادرطبیعت از حدود ۴ میلیارد سال پیش, از چنین ساختار و سازه ای بهره برده است.

برگ های جوان به روش های خاصی درون جوانه بر روی درخت قرار می گیرند؛ برخی از گل ها در طول روز باز میشوند تا زنبورها را به گرده خود جذب کنند، اما شب را برای تنظیم فعالیت های زیست محیطی خود به صورت بسته در می آیند. هر چند در برخی موارد این تغییر فرم بازگشت پذیر نخواهد بود.

بال های حشرات زمانی که گسترش یافته اند تا پنج برابر اندازه آنها در هنگام بسته شدن هستند. برخی از ماهی ها, خزندگان و پرندگان دارای استخوانهای خاصی در دهان خود هستند که میتوانند در جهت بزرگ شدن دهان حیوانات جابه جا شوند. امروزه الگوبرداری های بسیاری از طبیعت شده است و در معماری نیز از آن استفاده کرده ایم.

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

خرید سقف متحرک با بهترین قیمت