تأثیر باد در طراحی ساختمان

یکی از مهمترین مقوله‌های تأثیرگذار در معماری ساختمان‌ها، باد است. به‌ طورکلی شرایط اقلیمی در معماری نیازمند مطالعات و پژوهش‌های جامعی است که روز به ‌روز با پیشرفت فناوری، پنجره‌های جدیدی به روی این حوزه باز می‌‌شود. باد به ‌عنوان یک منبع انرژی مهم در بسیاری از مسائل شهرسازی و ساختمان‌ سازی مورد بحث قرار می‌گیرد.

برای استفاده بهینه از آن و جلوگیری از آسیب‌های احتمالی نظریه‌هایی بیان شده است که نشان می‌دهد افراد از گذشته به تأثیر باد در طراحی ساختمان اهمیت داده و علاوه بر استفاده از انرژی باد در جلوگیری از خطرات احتمالی آن نیز اقداماتی انجام داده‌اند.

تعریف باد

باد از تغییر فشار اتمسفر به وجود می‌آید! علت ایجاد باد، حرکت هوا از یک منطقه پر فشار به منطقه کم ‌فشار است که این تغییر فشار به دلیل گرم شدن غیر یکنواخت زمین بر اثر تابش خورشید است. همان‌ طور که می‌دانید آشفتگی زیاد باد در ارتفاعات پایین می‌تواند نگران ‌کننده باشد. عوامل زیادی از قبیل جنگل و ساختمان‌ها در جریان هوا تأثیر می‌گذارند.

در واقع این موانع باعث هدایت، انحراف، فشرده شدن و در حالت کلی باعث تغییر در سرعت و الگوی آن می‌شوند. بنابراین ابعاد و شکل ناهمواری‌ها در ایجاد مناطقی با بادهای شدید نقش مهمی دارند. به همین دلیل تأثیر باد در طراحی ساختمان، مورد توجه مهندسین ساختمان است. البته مناطق بادگیری نیز وجود دارند که با وجود تکنولوژی می‌توان بهترین استفاده را از ان داشت.

انواع باد در معماری

مناطق قطبی و نیمه استوایی از مناطق پر فشار و ثابت هستند و مناطق با عرض جغرافیایی بالا به ‌عنوان مناطق کم ‌فشار شناخته ‌شده‌اند. در واقع کم ‌فشار و پر فشار بودن هر محدوده زمین دلیل ایجاد باد است. مهندسین با شناخت انواع باد توانسته‌اند تأثیر باد در طراحی ساختمان را بهتر بشناسند. در ادامه با انواع بادها در معماری آشنا می‌شویم.

 بادهای تجاری

مرکز این بادها که دارای هوای پر فشار هستند مناطق استوایی است. جهت حرکت این بادها در نیم ‌کره شمالی به سمت جنوب غربی است. همچنین این بادها در نیم ‌کره جنوبی به سمت شمال غربی حرکت می‌‌کنند. این دو جهت، اغلب ثابت هستند و مناطقی که این نوع بادها از آنها عبور می‌کنند دما و رطوبت را تعیین می‌کنند.

بادهای غربی

مناطق نیمه استوایی به‌ عنوان مرکز این بادها شناخته ‌شده‌اند که به سمت مناطق کم ‌فشار اقیانوس منجمد شمالی حرکت می‌کنند. این بادها و بادهای قطبی که با آن نیز آشنا خواهید شد در طول منطقه قطبی به همدیگر نزدیک شده و به دلیل داشتن اختلاف درجه حرارت زیاد این دو توده، جبهه‌های طوفانی ایجاد می‌شود. در تابستان جهت و سرعت حرکت این بادها تقریباً ثابت باقی می‌ماند اما در زمستان تغییرات زیادی پدیدار می‌شود.

بادهای قطبی

توده‌های هوای سرد از مناطق پرفشار قطبی و اقیانوس منجمد شمالی پراکنده شده و بادهای قطبی را می‌سازند. در نیم‌ کره جنوبی این بادها به سمت شمال غربی و در نیم ‌کره شمالی به سمت جنوب غربی حرکت می‌کنند.

بادهای موسمی

اختلاف میانگین درجه حرارت سطح زمین و دریا باعث ایجاد باد می‌شود. بادهای زمستانی بر روی خشکی و بادهای تابستانی بر روی دریا حرکت می‌کنند که “باد موسمی” نامیده می‌شوند. این بادها بیشتر بر استرالیا، آسیای جنوبی و شمال آفریقا تأثیر دارند. این بادها در آسیای جنوبی به سمت جنوب غربی و در شمال غربی استرالیا به سمت جنوب شرقی حرکت می‌‌کند.

 نسیم‌ های دریا و خشکی

در مناطق ساحلی روزها و شب‌ها بادی می‌و‌زد که علت آن اختلاف دمای هوای روی خشکی و هوای روی دریاست. روزها هوای روی دریا به سمت خشکی حرکت کرده و شب‌ها عکس این عمل اتفاق می‌افتد.

بادهای محلی

در مناطق کوهستانی اختلاف درجه حرارت باعث می‌شود تا بادهای محلی بوزند. هنگام روز این هوا به سمت بالا حرکت کرده و شب‌ها هوا به سمت پایین می‌آید و دلیل آن اختلاف دماست.

تأثیر نیروی باد

نیروی باد از موارد بسیار مهمی است که در طراحی ساختمان‌‌ها به ‌ویژه ساختمان‌های بلند تأثیر زیادی گذاشته و هر چه ارتفاع افزایش می‌یابد اهمیت آن نیز بالا می‌رود. ساختمان‌‌های بلند و باریک باید به‌ گونه‌ای طراحی شوند که فرکانس گردبادها، هم‌اندازه با فرکانس طبیعی سازه باشد در غیر این ‌صورت با وزش شدید باد، خسارات جبران ‌ناپذیری به ساختمان وارد خواهد شد.

زمانی که ارتفاع ساختمان‌ها افزایش می‌یابد نیروهای طبیعی علی‌الخصوص بادها بر ساختمان غالب شده و آسیب‌های جدی به سازه وارد می‌کنند. در قسمت‌های بالایی ساختمان، شتابی که در اثر طوفان‌های پرتکرار حاصل می‌شود تا حد توان باید محدود گردد تا حرکاتی که موجب آزار ساکنین می‌‌شود به کمترین حد ممکن خود برسد.

همچنین ساختمان‌ها باید در برابر زلزله نیز بسیار مقاوم طراحی شوند تا در اثر زلزله‌های کوچک و بزرگ، ساختمان‌ در امان بمانند. طراحی مناسب یک ساختمان باید به‌ گونه‌ای باشد که علاوه بر تحمل بارهای ثقلی، شکل‌‌پذیری مناسبی نیز داشته باشد.

همچنین یک ساختمان مناسب لازم است در برابر بارهایی مانند بارهای جانبی باد و زلزله مقاوم باشد. طراحی ساختمان‌هایی که در منطقه زلزله‌‌خیز قرار دارند باید به‌ گونه‌‌ای باشد که اتصالات سازه، انرژی زلزله را جذب کند. با این گفته‌ها، تأثیر باد در طراحی ساختمان بیشتر به چشم می‌آید.

تأثیر اقلیم بر ظاهر سازه‌ها

مواردی مثل تعادل حرارتی داخل ساختمان، نور و روشنایی ساختمان، مقاوم بودن در برابر برف و باران و کاهش نیروی تخریبی باد در برنامه ‌ریزی‌های ساخت سازه باید مورد توجه قرار گیرند. در صورتی ‌که تمامی موارد گفته ‌شده در قسمت فوق در طراحی ساختمان رعایت شوند.

علاوه بر بالا بودن ایمنی سازه، آسایش و راحتی ساکنین نیز بسیار بالا خواهد بود. البته لازم است ساختمان در برابر عناصر و عوامل اجرایی نیز طراحی قوی و خوبی داشته باشد. تأثیر باد در طراحی ساختمان به ‌عنوان یک مسئله قدیمی مطرح است و با پیشرفت فناوری راهکارهای مناسبی برای کنترل و استفاده از آن ایراد می‌شود.

تأثیر باد در شهرسازی

باد از جمله عوامل طبیعی تأثیرگذار در بافت شهری است. سازه‌هایی که در مکان‌های مختلف درون ‌شهری و برون ‌شهری ساخته می‌شوند باید به‌ گونه‌‌ای باشند که در برابر بادهای شدید مقابله کنند. همانطور که گفته شد تأثیر باد در طراحی ساختمان چشمگیر است. قبل از طراحی سازه، جهت‌های مختلف باد شناسایی‌ و سپس اقدام به طراحی می‌کنند.

مسیرهای شهری باید به‌ گونه‌ای طراحی شوند که باد از بین آنها به‌ راحتی گذر کرده و مشکلی برای سازه‌ها به وجود نیاورد. ساختمان‌های کوچک و بلندی که در هر شهری ساخته می‌شود به‌ عنوان ناهمواری‌های روی زمین شناخته می‌شوند که این ناهمواری‌ها در جهت سرعت و چگونگی حرکت باد می‌توانند تأثیرگذار باشند.

تاثیر باد در انتقال آلودگی

امروزه در شهرها ساختمان‌‌ها را به ‌گونه‌‌ای می‌‌سازند که هدایت و نفوذ باد به داخل شهر و عبور باد از کنار ساختمان‌ها به نحو احسن انجام شود. همان ‌طور که تهویه مطبوع در داخل ساختمان‌ها اهمیت دارد، تهویه مطبوع در شهرها نیز حائز اهمیت است.

شهرهای بزرگی که با آلودگی هوا مواجه هستند می‌‌توانند با یک فرم ایده‌آل از باد استفاده کنند و هوای آلوده را به بیرون از شهر منتقل نمایند. یکی دیگر از عواملی که باعث افزایش یا کاهش شدت باد می‌شود، ارتفاع و فرم ساختمان‌ها در سطح شهر است.

عوامل محیطی مانند درختان و مبلمان شهری در برابر کنترل باد نقش مهمی ایفا می‌کنند. شما هیچ‌گاه درختچه‌ها و درخت‌هایی که در سطح شهر کاشته می‌شود را دست ‌کم نگیرید چرا که همه این عوامل علاوه بر زیباسازی فضای محیط در کنترل و تغییر جهت باد نیز مؤثر هستند.

تأثیر باد در طراحی ساختمان ‌های بلند

در ابتدا به معرفی انواع سازه‌ها می‌پردازیم تا در ادامه فهم خوبی از تأثیر باد در طراحی ساختمان داشته باشیم. زمانی که ارتفاع سازه کم باشد، سرعت و فشار باد هم کم می‌شود و در نتیجه نیروی باد کاهش می‌یابد. علاوه بر آن می‌توان گفت ساختمان‌های کم ارتفاع استحکام بسیار زیادی دارند و رفتار سازه‌ای نسبتاً مناسبی نیز از خود نشان می‌دهند.

در این حالت تأثیرات دینامیکی باد بر بارهای استاتیکی متعادل در نظر گرفته می‌شود. سرعت و فشار باد در ساختمان‌‌های بلند و باریک، بسیار افزایش می‌یابد. در چنین سازه‌هایی باد تأثیرات بسیار زیادی می‌گذارد. ممکن است مقاومت باد از نیروی لرزه‌ای بیشتر باشد که در این حالت نیروی غالب سازه است.

از معضلاتی که ساختمان‌های باریک و بلند تحت تأثیر آن هستند، می‌توان به تحریکات باد اشاره کرد که باعث ایجاد نیروهای نوسانی بسیار قدرتمند در جهت عرضی باد می‌شود. این مورد باعث متمایز شدن ساختمان‌های متوسط از ساختمان‌های بلند می‌شود. جهت مطالعه عوامل پایداری در ساختمان های بلند به مقاله مربوطه مراجعه نمایید.

به ‌طور کلی حرکات ساختمان‌‌های بلند در سه حالت جهت عرضی باد، امتداد نیروی باد و در حالت پیچشی رخ می‌دهد؛ به همین دلیل تأثیر باد در طراحی ساختمان بسیار مهم است. تأثیراتی که در جهت عرضی وزش باد شکل می‌‌گیرد بسیار بیشتر از جهت طولی بوده و لازم به ذکر است که تأثیرات جهت طولی بر ساختمان‌‌های بالاتر از ۱۰۰ متر مشهود است. به ‌طور کلی وزش باد در سه جهت عرضی، طولی و پیچشی بر ساختمان‌ها تأثیر می‌گذارد.

چگونگی تأثیر نیروی باد بر روی سطوح ساختمان

وزش باد از طرفی سبب ایجاد فشار و مکش بر روی سطوح خارجی سازه می‌گردد. علاوه بر آن فشار زیادی بر روی سطوح داخلی سازه وارد می‌کند که سبب ایجاد نیروی مکش نیز می‌شود. نیروی مکشی که از وزش باد حاصل می‌‌شود نقش بسیار مهمی داشته و تأثیر زیادی بر روی دیوارها و سقف‌ها می‌گذارد.

چرا که ترکیب شدن این نیرو با نیروی مکش یا فشار خارجی سبب به وجود آمدن آسیب‌‌های جدی می‌شود. سرعت باد از جمله مواردی است که تأثیر زیادی بر روی ساختمان‌ها می‌گذارد و با افزایش ارتفاع هر سازه، سرعت باد نیز افزایش می‌یابد. با در نظر گرفتن سرعت باد و سرعت پایه آن، قدرت باد محاسبه می‌شود.

فشار باد پایه به فشاری گفته می‌شود که با سرعت باد پایه تعیین شود. فشار مبنای باد نیز به فشاری گفته می‌شود که با وزش باد در ارتفاع ۱۰ متری سطح زمین ایجاد شده و وارد سازه می‌شود. همه این عوامل از فاکتورهای مهمی است که در طراحی ساختمان آنها را نیز در نظر می‌گیرند.

جمع ‌بندی

ساختمان‌ها همواره توسط عوامل طبیعی آسیب‌ می‌بینند و باد یکی از عوامل طبیعی است که تأثیر زیادی در زندگی بشر دارد. تأثیر باد در طراحی ساختمان همواره مورد توجه بوده و امروزه از همه جهات این امر مورد بررسی قرار می‌‌گیرد. در طراحی ساختمان‌های بلند باید بیشتر به تأثیر باد دقت شود، زیرا قدرت باد در ارتفاع بالا بیشتر است و می‌تواند آسیب جدی به ساختمان وارد کند.