بخش چهارم : بررسی جداره های شفاف ( شیشه ها ) در بناها و مباحث پیرامونی آنها

در پوسته خارجی، جداره‌های شفاف نقش ویژه ایی داشته و انتظارات عملکردی ازآن‌ها به‌مراتب از بخش‌های دیگر سازه‌های نما بیشتر است. در این مبحث این موضوع را از دو زاویه مورد بررسی قرار خواهیم داد.
‌
اول: از زاویه تامین امنیت لازم در هنگام استفاده در نما‌ها و دوم: از زاویه انتقال انرژی و بهینه‌سازی مصرف انرژی در ساختمان‌ها.
‌
در بخش سوم از سلسله گفتار بررسی سازه‌های سیستم کرتیم وال، رفتار ساختمان و سازه‌های کرتین والی را در حین وقوع زلزله و بحران بررسی نمودیم. ازآیتم‌های مهم دراین قسمت جداره‌های شفاف (شیشه‌ها) هستند که سعی خواهیم نمود به بررسی مهندسی این جداره ‌های شفاف بپردازیم. وزن حاصل از جداره‌های شفاف در سازه‌های کرتین والی از مباحث مهم و محاسباتی در این سیستم می‌باشد. ولی بیش از این موضوع مقاومت این جداره‌های شفاف و خطرات ناشی از استفاده ناصحیح و غیر مهندسی از آنها در نما‌ها وبنا‌ها مورد‌توجه  می باشد.
‌
١- شیشه‌ها، پلی کربنات‌ها و پلکسی گلس‌ها، از‌جمله جداره‌های شفاف هستند که در ساختمان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند که دراین بین شیشه‌ها بیشترین سهم را دارند، با توجه به تنوع رنگ ونوع شیشه‌ها بررسی آنها و انتخاب بهترین نوع شیشه در سازه‌ها بسیار مهم میباشد.
‌
شیشه چیست؟
‌
شیشه بطور کلی یک جامد آمورف است ولی جامد بلوری نمیباشد و از سرد شدن ماده‌ای معدنی که بدون تبلور به حالت صلب درآمده است حاصل میگردد.
‌
معروف‌ترین شیشه‌هایی که در مقیاس صنعتی تولیئد می‌شوند. عبارتند از شیشه‌های سودالایم (شیشه جام) شیشه‌های بورو سیلیکاتی و شیشه‌های کریستال.
‌
شیشه‌های سودالایم بیش از ٩۵ درصد ازمیزان کل شیشه‌های تولیدی در جهان را شامل می‌شوند. شیشه‌های درب و پنجره‌ها،  نما‌ها، خودرو‌ها، بطری‌ها و… از این نوع هستند.
‌
ترکیب اصلی این شیشه‌ها: اکسید سیلیسوم، اکسید کلسیم و اکسید سدیم می‌باشد.
‌
شکنندگی شیشه باعث شده است تا این محصول در هنگام زلزله و بحران یکی از پر اهمیت‌ترین فاکتور‌ها باشد لذا استفاده از شیشه‌ها دربنا‌ها هم از نظر محاسبه و استفاده از ضخامت شیشه و هم از بُعد مقاوم‌سازی شیشه‌ها جهت استفاده در نما‌ها وسازه‌های کرتین وال و درب و پنجره‌ها بسیار با اهمیت می‌باشد.  
‌
در مبحث استفاده از ضخامت مناسب  شیشه در سازه‌های کرتین وال و درب و پنجره‌ها، محاسبات و استاندارد‌های متعددی توسط محققان و شرکت‌های تخصصی تولید پروفیل‌ها واتصالات  سازه‌های کرتین وال در دنیا ارائه‌شده است. از‌جمله آنها میتوان به محاسبات زیر اشاره نمود.  
‌
شرکت‌های تخصصی تولید پروفیل‌ها واتصالات سازه‌های کرتین وال در دنیا ارائه‌شده است. از‌جمله آنها میتوان به محاسبات زیر اشاره نمود. فرمول ١:
‌
فرمول ١
‌
برای شیشه تک جداره، مناسب‌ترین ضخامت از فرمول زیر پیروی مینماید. فرمول ٢:
‌
فرمول ٢
‌
پروفیل مورد نیاز بر اساس فرمول زیر قابل محاسبه است. فرمول ٣:
‌
فرمول ٣
‌
پس از محاسبه Jy مورد نیاز، مطابق  جداول کارخانه‌های تولیدی پروفیل آلومینیوم نزدیکترین ممان اینرسی (حتما می‌بایست بالاتراز ممان اینرسی محاسبه شده باشد) را انتخاب و در محاسبات منظور میکنیم به این ترتیب هم از شیشه با ضخامت مناسب و هم از پروفیل  transom  مطابق با ضخامت و وزن شیشه استفاده میگردد.
‌
لازم به ذکر می‌باشد هم‌اکنون برنامه‌های محاسباتی ویژه اینگونه سازه‌ها در اختیار شرکت‌های معتبر و بر پایه دانش مهندسی وجود دارد که با ضریب اطمینان بسیار بالا تمامی محاسبات لازم را انجام می‌دهند.
‌
٢- در مبحث مقاوم‌سازی شیشه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
‌
٢-١- شیشه‌های ایمنی ( safety glass )
‌
این نوع شیشه‌ها پس ازفرایند سختی‌سازی ۵ الی ٦ برابر نسبت به شیشه‌های معمولی مقاوم‌تر می‌شوند.
‌
این شیشه‌ها به‌سختی می‌شکنند و در مقابل نیرو‌های ناشی از زلزله، باد، ضربه و انفجار مقاومت نموده و در صورت شکست به تکه‌های کوچک تبدیل شده و خاصیت برندگی شیشه‌های عادی را نداشته وبه این ترتیب کمترین خسارت جانی و مالی رادر برخواهند داشت.
‌
٢-٢- شیشه‌های چند لایه (laminated glass )
‌
در نما‌های شیشه‌ای خاص و سقف‌های شیشه‌ای بسیار مورد استفاده قرار میگیرند. این نوع شیشه‌ها از دو یا چند لایه شیشه و یک یا چند لایه طلق (  pvb ) تشکیل می‌شوند. این شیشه‌ها بسیار مقاوم در برابر ضربه و حریق هستند در هنگام زلزله شکسته و از سازه اصلی جدا نمیشوند.
‌
البته این شیشه‌ها در، درب‌های شیشه‌ای، آسانسور‌ها، کف و سقف‌های شیشه‌ای، استخر‌ها و ویترین‌های فروشگاه‌ها و نرده‌های شیشه‌ای بیشتر کاربرد دارند.
‌
در اکثر ساختمان‌های ساخته شده در کشور‌های توسعه‌یافته در نما‌های شیشه ایی ازشیشه های safety glass استفاده شده و در موارد خاص بسته به ارتفاع بنا و یا موقعیت ساختمان و متعاقبا نمای آن از شیشه‌های لمینیت استفاده گردیده است.
‌
البته لازم به ذکر است توجه به ضوابط استفاده از نما‌های شیشه‌ای نیز بسیار با اهمیت بوده و رعایت الزامات آن ضروری است.
‌
مطابق این ضوابط نمای ساختمان‌ها به‌ویژه نما‌های شیشه‌ای باید مطابق مقررات ملی ساختمان و ضوابط صرفه‌جویی در مصرف انرژی و مبحث زلزله و هویت‌بخش سیمای شهری طراحی و اجرا شوند. (الزامات مباحث ١٩، ١٨، ۵٣و زلزله)
‌
بخش دوم: انتقال انرژی از شیشه‌ها و بهینه‌سازی مصرف انرژی در شیشه‌ها – با توجه به اینکه در نما‌های شیشه‌ای و درب و پنجره‌ها حجم غالب را جداره‌های شفاف شامل می‌شوند. توجه به مصرف انرژی و
‌
جلوگیری از اتلاف آن نیز به میزان نوع استفاده از شیشه مناسب در بنا دارای اهمیت می‌باشد.
‌
بدون شک استفاده از شیشه‌های تک جداره در هیچ نوع سازه‌ای توصیه نمیگردد. شیشه‌های دو یا چند جداره هم‌اکنون جزء لاینفک جداره‌های شفاف (شیشه‌ها) در بنا‌ها هستند.
‌
از خصوصیات این نوع شیشه‌ها می‌توان به کاهش اتلاف انرژی، کاهش آلودگی صوتی و ایمنی بیشتر شیشه‌های مقاوم شده دو جداره اشاره نمود.
‌
دستیابی به تکنولوژی استفاده ازشیشه‌های دو جداره یکی از تحولات مهم صنعت ساختمان می‌باشد. امکان بهره‌مندی از نورخورشید بیشتر و کنترل نور، گرما، صدا از مزیت‌های اصلی این نوع شیشه‌ها می‌باشند. این نوع شیشه‌ها با بهبود عملکرد ایزولاسیون حرارتی تاثیر مستقیم بر تاسیسات سرمایشی و گرمایشی ساختمان‌ها دارند و از هزینه‌های مصرف انرژی به طور قابل توجهی می‌کاهند.
‌
امروزه با پیشرفت تکنولوژی‌های نوین کاستی‌های جداره‌های شفاف به حداقل رسیده است. استفاده از شیشه‌های کنترل کننده انرژی ( low – e ) یکی از این موارد می‌باشد. این نوع شیشه‌ها با پوشش دادن لایه‌های بسیار نازک روی شیشه تولید می‌شوند و به‌صورت یک عایق حرارتی شفاف عمل می‌نماید.
‌
در عملکرد شیشه های low-e پارامتر‌هایی نیز مورد‌توجه قرار می‌گیرند از‌جمله:
‌
–  VT  ( Visible transomittance ) که میزان عبور نور را ارزیابی می‌نماید.
‌
– UV  ( Ultra violet ) که میزان عبور نور ماوراء بنفش خورشید را ارزیابی می‌نماید.
‌
u-value یا u-factor که میزان انتقال حرارت از شیشه را ارزیابی می‌نماید.
‌
جهت روشن‌تر شدن این موضوع به مثالی اشاره می‌نماییم.
‌
مثال
‌
همانگونه که مشاهده می‌گردد درشیشه های low – e مقدارانرژی مورد نیازw  ١/٢١ در ساعت می‌باشد واین تقریبا پنج برابر کم‌تراز  شیشه‌های تک جداره و ٣ برابر کمتر از شیشه‌های دو جداره معمولی می‌باشد و این یعنی کاهش قابل مصرف انرژی در ساختمان‌ها.
‌
همچنین فناوری‌های نوین نیز در بهبود عملکرد شیشه‌های دو جداره در اختیار می‌باشد از‌جمله نانو گلاس‌ها که براساس فناوری نانو از دسته مواد طیف گزین می‌باشد که در فیلتر کردن نور مادون قرمز و نور ماوراء بنفش ( uv ) عملکرد بسیار بالایی دارند. همچنین بد‌لیل ویژگی منحصر‌به‌فرد خود در فصول سرد و گرم سال از هدر رفت رسانایی و همرفتی گرما جلوگیری می‌نماید.
‌
البته توضیحات مبسوطی در خصوص نحوه تولید شیشه‌های دو جداره و مصالح به‌کار رفته و جداول مربوط  ، توسط شرکت‌های تولید کننده انواع شیشه‌ها در داخل و خارج از کشور وجود دارد، و از آنجا که در این گفتار سعی نمودیم به مباحث مهندسی و پیرامونی آن بپردازیم مطالعه موارد فوق را به همکاران و دوستان از طریق کانال‌های ارتباطی آن شرکت‌ها توصیه می‌نماییم.
‌
کلام آخر
سازه‌های کرتین وال، نما‌های شیشه‌ای و به‌طور‌کلی پوسته و یا جداره‌های شفاف جزء لاینفک معماری و طراحی امروزه بناها می باشن