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

در پوسته خارجی ساختمانها ، جداره های شفاف نقش ویژه ایی داشته و انتظارات عملکردی ازآنها به مراتب از بخشهای دیگر سازه های 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 بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانها .

در بخش سوم از سلسله گفتار بررسی سازه های سیستم کرتیم وال ، رفتار ساختمان و سازه های کرتین والی را در حین وقوع زلزله و بحران بررسی نمودیم .ازآیتم های مهم دراین قسمت جداره های شفاف ( شیشه ها ) هستند که سعی خواهیم نمود به بررسی مهندسی این جداره های شفاف بپردازیم .وزن حاصل از جداره های شفاف در سازه های کرتین والی از مباحث مهم و محاسباتی در این سیستم می باشد . ولی بیش از این موضوع مقاومت این جداره های شفاف و خطرات ناشی از استفاده ناصحیح و غیر مهندسی از آنها در نماها وبناها مورد توجه  می باشد.

1- شیشه ها ، پلی کربناتها و پلکسی گلس ها ، از جمله جداره های شفاف هستند که در ساختمانها مورداستفاده قرار می گیرند که دراین بین شیشه ها بیشترین سهم را دارند ، با توجه به تنوع رنگ ونوع شیشه ها بررسی آنها و انتخاب بهترین نوع شیشه در سازه ها بسیار مهم میباشد .

شیشه چیست ؟

شیشه بطور کلی یک جامد آمورف است ولی جامد بلوری نمیباشد و از سرد شدن ماده ای معدنی که بدون تبلور به حالت صلب درآمده است حاصل میگردد.

معروفترین شیشه هایی که در مقیاس صنعتی تولیئد میشوند . عبارتند از شیشه های سودالایم ( شیشه جام ) شیشه های بورو سیلیکاتی و شیشه های کریستال .

شیشه های سودالایم بیش از 95 درصد ازمیزان کل شیشه های تولیدی در جهان را شامل می شوند.شیشه های درب و پنجره ها ، نماها،خودروها، بطری ها و … از این نوع هستند.

ترکیب اصلی این شیشه ها : اکسید سیلیسوم ، اکسید کلسیم و اکسید سدیم می باشد .

شکنندگی شیشه باعث شده است تا این محصول در هنگام زلزله و بحران یکی از پر اهمیت ترین فاکتورها باشد لذا استفاده از شیشه ها دربنـاها هم از نـظر مـحاسـبه و اسـتفاده از ضـخامـت شیـشه و هم از بُعد مقـاوم سازی شیشه ها جهت استفاده در نماها وسازه های کرتین وال و درب و پنجره ها بسیار با اهمیت می باشد .  

در مبحث استفاده از ضخامت مناسب  شیشه در سازه های کرتین وال و درب و پنجره ها ،محاسبات و استانداردهای متعددی توسط محققان و شرکتهای تخصصی تولید پروفیل ها واتصالات  سازه های کرتین وال در دنیا ارائه شده است . از جمله آنها میتوان به محاسبات زیر اشاره نمود . 

شرکتهای تخصصی تولید پروفیل ها واتصالات سازه های کرتین وال در دنیا ارائه شده است . از جمله آنها میتوان به محاسبات زیر اشاره نمود . فرمول 1:

برای شیشه تک جداره ، مناسب ترین ضخامت از فرمول زیر پیروی مینماید. فرمول 2:

پروفیل مورد نیاز بر اساس فرمول زیر قابل محاسبه است . فرمول 3 :

پس از محاسبه Jy مورد نیاز، مطابق  جداول کارخانه های تولیدی پروفیل آلومینیوم نزدیکترین ممان اینرسی ( حتما می بایست 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 می باشد هم اکنون برنامه های محاسباتی ویژه اینگونه سازه ها در اختیار شرکتهای معتبر و بر پایه دانش مهندسی وجود دارد که با ضریب اطمینان بسیار بالا تمامی محاسبات لازم را انجام می دهند .

2- در مبحث مقاوم سازی شیشه ها می توان به موارد زیر اشاره نمود :

2-1– شیشه های ایمنی ( safety glass )

این نوع شیشه ها پس ازفرایند سختی سازی 5 الی 6 برابر نسبت به شیشه های معمولی مقاومتر می شوند.

این شیشه ها به سختی می شکنند و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله ، باد ، ضربه و انفجار مقاومت نموده و در صورت شکست به تکه های کوچک تبدیل شده و خاصیت برندگی شیشه های عادی را نداشته وبه این ترتیب کمترین خسارت جانی و مالی رادر برخواهند داشت .

2-2- شیشه های چند لایه (laminated glass )

در نماهای شیشه ای خاص و سقفهای شیشه ای بسیار مورد استفاده قرار میگیرند . این نوع شیشه ها از دو یا چند لایه شیشه و یک یا چند لایه طلق (  pvb ) تشکیل می شوند . این شیشه ها بسیار مقاوم در برابر ضربه و حریق هستند در هنگام زلزله شکسته و از سازه اصلی جدا نمیشوند .

البته این شیشه ها در ،دربهای شیشه ای ،آسانسورها ، کف و سقفهای شیشه ای ،استخرها و ویترینهای فروشگاهها و نرده های شیشه ای بیشتر کاربرد دارند .

در اکثر ساختمانهای ساخته شده در کشورهای توسعه یافته 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 شیشه های لمینیت استفاده گردیده است .

البته لازم به ذکر است توجه به ضوابط استفاده از نماهای شیشه ای نیز بسیار با اهمیت بوده و رعایت الزامات آن ضروری است .

مطابق این ضوابط نمای ساختمانها به ویژه نماهای شیشه ای باید مطابق مقررات ملی ساختمان و ضوابط صرفه جویی در مصرف انرژی و مبحث زلزله و هویت بخش سیمای شهری طراحی و اجرا شوند . ( الزامات مباحث 19،18،53و زلزله )

بخش دوم : انتقال انرژی از شیشه ها و بهینه سازی مصرف انرژی در شیشه ها – با توجه به اینکه در نماهای شیشه ای و درب و پنجره ها حجم غالب را جداره های شفاف شامل می شوند . توجه به مصرف انرژی و

جلوگیری از اتلاف آن نیز به میزان نوع استفاده از شیشه مناسب در بنا دارای اهمیت می باشد .

بدون شک استفاده از شیشه های تک جداره در هیچ نوع سازه ای توصیه نمیگردد. شیشه های دو یا چند جداره هم اکنون جزء لاینفک جداره های شفاف (شیشه ها ) در بناها هستند .

از خصوصیات این نوع شیشه ها می توان به کاهش اتلاف انرژی ، کاهش آلودگی صوتی و ایمنی بیشتر شیشه های مقاوم شده دو جداره اشاره نمود .

دستیابی به تکنولوژی استفاده ازشیشه های دو جداره یکی از تحولات مهم صنعت ساختمان می باشد . امکان بهره مندی از نورخورشید بیشتر و کنترل نور، گرما،صدا از مزیتهای اصلی این نوع شیشه ها می باشند . این نوع شیشه ها با بهبود عملکرد ایزولاسیون حرارتی تاثیر مستقیم بر تاسیسات سرمایشی و گرمایشی ساختمانها دارند و از هزینه های مصرف انرژی به طور قابل توجهی می کاهند .

امروزه با پیشرفت تکنولوژی های نوین کاستی های جداره های شفاف به حداقل رسیده است .استفاده از شیشه های کنترل کننده انرژی ( low – e ) یکی از این موارد می باشد . این نوع شیشه ها با پوشش دادن لایه های بسیار نازک روی شیشه تولید می شوند و به صورت یک عایق حرارتی شفاف عمل می نماید.

در عملکرد شیشه های low-e پارامترهایی نیز مورد توجه قرار می گیرند از جمله :

–  VT ( Visible transomittance ) که میزان عبور نور را ارزیابی می نماید .

– UV ( Ultra violet ) که میزان عبور نور ماوراء بنفش خورشید را ارزیابی می نماید .

u-value یا u-factor که میزان انتقال حرارت از شیشه را ارزیابی می نماید.

جهت روشن تر شدن این موضوع به مثالی اشاره می نماییم.

همانگونه که مشاهده می گردد درشیشه های low – e مقدارانرژی مورد نیازw  1/21 در ساعت می باشد واین تقریبا پنج برابر کمتراز  شیشه های تک جداره و 3 برابر کمتر از شیشه های دو جداره معمولی می باشد و این یعنی کاهش قابل مصرف انرژی در ساختمانها .

همچنین فناوری های نوین نیز در بهبود عملکرد شیشه های دو جداره در اختیار می باشد از جمله نانو گلاسها که براساس فناوری نانو از دسته مواد طیف گزین می باشد که در فیلتر کردن نور مادون قرمز و نور ماوراء بنفش ( uv ) عملکرد بسیار بالایی دارند . همچنین بدلیل ویژگی منحصر به فرد خود در فصول سرد و گرم سال از هدر رفت رسانایی و همرفتی گرما جلوگیری می نماید .

البته توضیحات مبسوطی در خصوص نحوه تولید شیشه های دو جداره و مصالح به کار رفته و جداول مربوط  ، توسط شرکتهای تولید کننده انواع شیشه ها 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 می نماییم .

کلام آخر

سـازه های کرتیـن وال ، نمـاهای شیشه ای و به طور کلی پوسته و یا جداره های شـفاف جزء لایـنفک معمـاری و طـراحی امـروزه بناها می باشند و در تمام کشورهای توسعه یافته و یا در حال توسعه استفاده شده و یا در حال استفاده هستند . مبحث زلزله ، طوفان و بلایای طبیعی و یا بحران های اجتماعی ( جنگها ) اغلب کشورها را شامل می گردند.تکیه بر دانش مهندسی ومهندسی مواد ومصالح ساختمانینقطه مشترک کشورهای پیشرو در زمینه معماری و مصالح نوین می باشد .

کاهش بسیار وزن سازه بنا ، کمک به عملکرد مناسب در هنگام زلزله ، استفاده از نور طبیعی کمک به کاهش چشم گیر پرت انرژی و زیبایی خیره کننده سازه های نوین یا مصنوعات  آلومینیومی و شیشه از جمله مزیتهای انکار ناپذیر این سیستم ها هستند .خطر در هنگام زلزله و بحران ، آشفتگی طراحی های ساختمانها در شهرهای بدون برنامه و استفاده نادرست و غیر مهندسی از سازه های نوین یا مصنوعات آلومینیومی و شیشه از معایب این نوع سیستم می باشند .

لذا استفاده از نماهای شیشه ای مهندسی شده ، شیشه های ایمنی و … نه تنها خطری نخواهند داشت بلکه  عملکرد مناسب تری در سازه ها حین بحران و مصرف انرژی بهینه بهتر نسبت به مصالح سنتی و غیر مهندسی در بناها خواهند داشت .

شهرام علیزاده

  شرکت آلوکد

منابع :

1-  اطلاعات شرکت شیشه کاوه

2- همه چیز درباره شیشه : ماهنامه درب و پنجره و شیشه پروفیل

3- best practice Guide bulding tecnology