عمران معماری تکنولوژی

علـم حـلال، دید حـلال!
"جوادِه اگِه حلال زاده باشه بالانس هم که بزنه، نَـنَـه ش می شناسدش!" از ادبیات عامیانه و"غیرتخصصی" این عبارت متعجب و برآشفته نشوید!
دوسه دهه پیش، زنده یاد مهندس ظهریه که به دانشجویان رشتۀ مهندسی معماری دانشکده هنـرهای زیبای دانشگاه تهران "استاتیک" آموزش می داد، برای کمک به تجسم رفتار سازه ای عناصر عمودی با تکیه گاه گیردار(درمقایسه با تیرکنسول که قبلاً به آنان آموخته بود) از این مثال استفاده می کرد.
 ظهریه فارغ التحصیل رشته معماری ازهمین دانشکدۀ هنرهای زیبا بود ، مهندسی سازه را هم در آمریکا آموخته بود. سالها درآن کشورسابقۀ فعالیت اجرایی داشت و از این نظر شخصیتی "ذووجهین" به حساب می آمد، قابلیتی که امروز جامعۀ معماری ما بیش ازهرزمان دیگربرای اعتلای (واقعی و نه تبلیغاتی) سطح علمی خود نیازمند آنست.

- شَـمّ ِسـازه ای ِ" نـَن" جون!
درمباحث مهندسی، قضاوت براساس ظواهر(چنانکه به تفصیل خواهد آمد)"جوادین" ترین روش داوری است؛ و از آن جمله است طبقه بندی پل ها براساس شمارش (گزینشی) تعداد پایه ها و نه بر مبنای حالت پایداری (Mode of Stability) آنها.

نَنـِۀ جواد آقا* که با دقت در"حرکات موزون" نورچشمی "نخبه" اش به نسبی بودن سیستـم مختصات دکارتی (cartesian coordinate system) پی برده است، با دیدن تصویری از پل "لابارکِـتا" (La Barqueta) بلافاصله درمی یابد که با استفاده از روش "مهندسی معکوس" و با بعضی "اصلاحات" اساسی، میتوان پلی طراحی کرد که به مراتب "ازمشابه خارجی خود بهترباشد!" تجربۀ " لـَق" خوردن کنده روی خرکِ چوب بری (به دلیل وجود دوتکیه گاه مفصلی درمحل استقرارکنده) به " نن جون" آموخته است که حذف یک پایۀ خرک و فرو بردن سر کنده در زمین، مانع از لغزش طولی (Longitudinal Drift) کنده شده، سـازۀ پایدارتری ایجاد خواهد کرد.

رستـگاری در" سـه سوت"!!

مسـابقه پایه شمـاری!
استناد مدعیان اصالت طرح پل جوادیه عمدتاً بر" تعداد پایه ها" ی این پل و مشخصاً تفاوت آن با تعداد پایه ها (منظور ظاهراً تعداد پایه های قوس اصلی است) ی پل "لابارکِـتا" (La Barqueta) است! توسل به این (به ظاهر) مزیت صرفاً شکلی و غیر علمی به شرحی که خواهد آمد، استدلالی سطحی و عوامانه و چنانکه از موضع کارشناسی عنوان شود عوام فریبانه و قابل تقبیح است؛

دراکثر قریب به اتفاق پل های معلق کابلی و منجمله در پل جوادیه، کارکرد اولیه (و بلکه تنها نقش) قوس اصلی (A)، انتقال بار عمودی دهانۀ اصلیD به پایه های اصلی P است.

 ظرافت نسبی ابعاد، عملکرد صرفاً کششی و امکان انتخاب کما بیش آزاد تعداد و مشخصات استاتیکی کابل ها(C) به این معناست که طراح مجازاست تا با در نظرگرفتن پارامترهای معدود و مشخصی همچون عوارض طبیعی (یامستحدثات) موجود، Clearance های تردد سواره و پیاده (در زیر و روی پل) و امکان تعبیۀ بدون تداخل و تزاحم پاشنه و فونداسیون برای پایه ها دربستر، قوس مورد نظرخود را طراحی کند.

 درمورد پل جوادیه به شرحی که ذیلاً خواهد آمد، اتخاذ تمهیدات خاص درتکیه گاه ها سبب گردیده است تا سهم سازه ای قوس به حداقل ممکن کاهش یابد. در دیاگرام فوق عناصری که پایین تر از خط تراز عرشه قرار دارند صرفنظر از تفاوت های عمدتاً کمی (تعداد، ابعاد، مشخصات فونداسیون و..) ناشی ازخصوصیات مکانی و عملکرد ترافیکی مورد نظر، درتمام پروژه ها تقریباً یکسانند. از اینرو درطراحی پل معلق کابلی، قوس اصلی "صحنۀ یکتای هنرمندی" طراح است!

با اندک تأملی در نمونه های برجستۀ پل های ساخته شده ظرف دوسه دهۀ اخیرمشخص میگردد که بخصوص در مورد قوس های دارای پایداری ثقلی بالا (سه پایه وبیشتر) طراحی معمـاری پل به برپایی یک مجسمه بیشترشبیه است تا به یک چالش فنی."پایه شماری"، زمانی دارای وجاهت علمی است که بار کششی عظیم مجموعۀ کابل ها به قوسی دوپایه ویا برجی تک پایه منتقل گردد ویا "عدم تقارن" ادعایی به معنای خروج "صفحۀ کابل ها (Cable plane) از امتداد شاغولی باشد.

حتی اگرملاکِ تفاوت و ارجحیت پل جوادیه نسبت به "لابارکِـتا" تعداد کمترپایه ها قلمداد شود، قضاوتی جانبدارانه و شتاب زده صورت گرفته است چرا که با مختصر دقتی در تصاویر زیرمشخص میگردد که پل جوادیه دراصل "هفت پایه" و مشابه خارجی آن تنها "چهارپایه" دارد!

بااحتساب سه پایه سمتِ مقابل،تعداد"کل" پایه های پل جوادیه 7 عدد است (تصویرسمت راست)، درحالیکه ابتکار معمارانه وزیبای انطباق پایه های قوس با تکیه گاه های اصلی در"لابارکتا" (تصویرسمت چپ)، تعداد"کل" پایه های این پل را به 4 عدد کاهش داده است. اینگونه موارد صرفاً معرف سطح علمی و توان طراحی شخص معمار است و کمترین ارتباطی به نبود امکانات و امثال آن ندارد. 

کار را که کـرد؟
بیش از بیست سال پیش،پل کابلی "لابارکِـتا" (La Barqueta ) با 168 متـر دهانۀ اصلی ( :Pier to pierدو برابر اندازۀ بزرگترین دهانۀ پل جوادیه تهران) بر روی رودخانۀ "گوادالکیـویر"(Guadalquivir) در شهر"سیویل" اسپانیا احداث گردید. با بیش از دو دهه تقدم زمان اجراء، این پل چه به لحاظ مشخصات سازه ای و چه از نظر رعنایی اعضاء و چه ازحیث ظرافت معمارانۀ اجـزاء درجایگاهی به مراتب بالاتر از مشابه وطنی آن قرار دارد و با این حال، به مراتب کمتر از پل بی نظیر(؟) ما مورد تمجید و تحسین قرار گرفته است؛

در بعضی اظهار نظرها، پل جوادیه نماد "ورود معماری به عرصۀ پل سازی کشور" نامیده شده است ؛ در عمل اما کفۀ ترازو به نفع (Teamwork) "سازه محور"ی سنگینی میکند که محصول نهایی آن، تمام مشخصات بصری یک سازۀ زمخت صنعتی ( منجمله جوشکاری کما بیش نمایان ورق های فولادی 1 ، بولت های اکسپوز 2، . .) را داراست؛ در عین حال از تدابیر هم زمان فرمی/ عملکردی الگوی اسپانیایی طرح همچون شیارهای عمیق دیواره های جانبی ِآرک اصلی و پایه های آن 3 و یا توزیع شعاعی (Radial) کابل های نگهدارندۀ عرشه 4 نیز در مشابه ایرانی آن کوچکترین نشانه ای به چشم نمی خورد.

 از نظر سازه ای تدبیر 3 ، عناصر چشمگیر سازۀ پل را در برابر پیچش و کمانش جانبی شخ (Stiff) می کند و هم زمان با تقلیل قابل ملاحظۀ ابعاد مقطع و ایجاد باند طولی سایه، عضو را کشیده تر و ظریف تر از آنچه هست نمایش میدهد. توزیع شعاعی (به جای نصب موازی) کابل ها (تدبیر4) هم با توجه به عملکرد صرفاً کششی آنها تکلیف "کیفی" اضافه ای به متخصصین سازه تیم (فرضی) طراحی تحمیل نکرده است ضمن اینکه از نقطه نظر انطباق با معیارهای زیبایی شناسی که تأمین آن در تعهد حرفه ای معمار است، فرم هندسی چشم نواز مجموعۀ کابل های "لابارکِـتا"، که از وجود فاز "پالایش هماهنگ" (Harmonious refinement) ترجیحات فرمال و الزامات سازه ای در"چرخۀ باز خورد طراحی" (Design Feedback loop) فرآیند طراحی پل مذکور حکایت دارد، در مورد پل جوادیه نیز به سهولت قابل اقتباس و اعمال بوده است.

در مقام توجیه این فاصلۀ غیر قابل انکار، توسل به دلایلی همچون " تفاوت سطح فن آوری"،"استعمارزدگی!" و مانند آن پذیرفتنی نیست چرا که (بخصوص با توجه به تقدم زمانی بیست سالۀ پل "لابارکِـتا" نسبت به پل جوادیه) تمامی ظرفیت های فنی و اجرایی پدید آورندۀ هر دو اثر را می توان یکسان دانست و این تنها نتیجۀ ضعف بدنۀ معماری تیم فرضی طراحی است که موجب شده است سهم "هنر" دراین "شبه جرثقیل دروازه ای" به بازی نه چندان موزونی از ترکیب نخ نما ترین نماد هویت معماری ایرانی/اسلامی ما یعنی " قوس" محدودگردد.

- جائی که کار از محکم کاری"عیب" می کند!

ابهام زدایی از مشخصات استاتیکی و دینامیکی ِعناصر و اجزاء سازه در جریان دو سویۀ " پیش بینی رفتار و تکمیل تدریجی طرح" ، مداراصلی حرکت و بستر تعامل سازنده میان کارشناسان معماری و متخصصین سازه در پروژه ای با این مشخصات است. در این فرآیند، شـم معمارانه هم نقطۀ آغاز طرح و هم مرجع و میزان اصلاح و تکمیل تدریجی آنست. پل های طراحی شده توسط شخصیت های خلاق و برجسته ای همچون روبر مایار(Robert Maillart) در قرن گذشتۀ میلادی وسانتیاگوکالاتراوا (Santiago Calatrava) در عصر حاضرنمونه های شاخصی از کم و کیف عملکرد این مکانیسم است.

 پل مانند هرمحصول مهندسی دیگر، می- بایست ترکیب متعادلی از" فن وهنر" باشد. مرکز ثقل زیبایی شناسی " دانش محور" چنین محصولی " بهینه سازی منطقی"(Logical Optimization) فـرم است و نه باز تولید صنعتی آن. زیبایی یک اثر مهندسی عین شفافیت علمی و صراحت فنی آنست و در این رویکرد، "محکم کاری" اگر به معنی تقویت بیش از میزان نیاز باشد، مذموم و" نازیبا " ست.

مسال شصت و سه سال از طراحی " طاق دروازۀ سنت لوئیـز" توسط ایـروسـارینـِن معمارآمریکایی میگذرد (تصویر پایین، سمت راست). پیشرفته ترین کامپیوتر آن زمان SSEC ساخت کمپانی IBM ، "اطاقی" به ابعـاد 7.5 12x  متر! ودرانحصار" ناسـا " بود که قادربود درهرثانیه پنجاه عمل ضرب انجام دهد! و" روش المان محدود " (Finite Element Method) تا بیش ازدو دهه پس از این تاریخ درفرآیند طراحی و محاسبۀ ساختمان کاربردی نداشت.

 سارینن تنهـا با تکیه برشـم معمارانۀ خویش وبا انتخاب آگاهانۀ فرمی شبه سهمی (Catenary) طرحی ارائه کرد که شصت سال بعد کارآیی و جوابگویی آن به ترکیب بسیارپیچیده ای از تنش های ناشی از بارهای استاتیک ودینامیک خارجی و داخلی (ناشی از حرکت آسانسور وکپسول بالابر بازدید- کنندگان درداخل قوس)، با روش "مدل سازی رقومی" عیناً به اثبات رسید (تصویرپایین، سمت چپ).

دید اجرایی و اشراف کلی نسبت به حـدود امکانات نرم افزاری و سخت افزاری فن آوری معمـاری و سـازه، امروزه از پیش نیازهای اساسی برای تحقق دیالوگی سازنده میان معماران و مهندسین سازه است."
برنامه های تعاملی فرم یابی ازطریق بهینه سازی مشخصات سازه" (Interactive Form-finding Structural Optimization Programs) که پس از تهیه اسکیس ومدل (های) اولیه مسیرنهایی سازی شکل وابعاد عناصر و اجزای اصلی سازه را مشخص میسازند در واقع " فصل الخطاب " علمی (ونه سلیقه ای) دعاوی جناح های متعامل تیم طراحی به حساب می آیند. درمواردی که مدل (های) اولیه فارغ از ملاحظات و الـزامات سازه ای و تنها درحد " کاردستی" تهیـه شده باشند.

(تصویر بالا، سمت راست)، ردۀ دیگری ازنـرم افـزارها تحت عنوان" بهـینه سازی تعاملی توپولوژی" Interactive Topology Optimization)) امکان "استارت اولیه" واقع بینانه تری رابرای تیم طراحی فراهم میآورند؛
درمثال سادۀ پایین ، بدون وجود هیچگونه"حدس اولیۀ" (Initial Guess) فرمی، مکعبی تهی به عنوان محدودۀ شکلی سازه ای که قرار است بار عمودی گسترده و یکنواختی را در فاصلۀ دو تکیه گاه ساده تحمل کند در نظرگرفته می شود (تصویر زیر ،a). آلگوریتم بهینه سازی توپولوژی که هدف از به کارگیری آن تشخیص نحوۀ بهینۀ اتصال نقاط (استخراج فرم) است، قلمروی شکلی مکعب اولیه را "شرایط حدی" مکانی این نقاط تلقی می کند و در وهلۀ نخست با حذف بخش زیرین مکعب، آرک اصلی و سپس با تخلیۀ "نقاط" خنثی وغیر ضروری، فرم اولیۀ (تصویر زیر ،b) سازه را "تولید" می کند.

در پل جوادیه، یکنواختی خام و غیرمنطقی ابعاد مقطع ِ قوس اصلی به رغم تفاوت های فاحش میان نوع و میزان بارهای وارده و تنش های داخلی حاصله در نقاط مختلف و همچنین سنگینی مسلط ، تزئینی و غیرمهندسی انحناء های "شبه ارگانیک" تحمیلی بر طرح را میبایست "سندروم دست بالا" (Overdesign) بودن محاسبات ارزیابی کرد؛ نشانه ای که از یک سو حکایت از دل مشغولی های صرفاً فرمال معمار(ان) پروژه دارد و از سوی دیگر رویکرد غیر تعاملی، محافظه کارانه و غیراقتصادی کارشناس (ان) سازه را آشکار میسازد.

بعلاوه، ترکیب شکلی هرم چنانکه می دانیم پایدارترین فرم هندسی دربرابرنیروهای افقی ( باد، زلزله، . .) است. به همین دلیل،قوس عظیم سه پایۀ پل جوادیه که صدهاتن ورق فولادی در ساختن آن به کار رفته است، به خودی خود از پایداری شکلی بسیار بالایی برخوردار است.

 ازسوی دیگر برابر اطلاع رسانی فنی سازنده پل، هشت انتقال دهندۀ شوک (Shock transmitting units) نصب شده روی تکیه گاه های اصلی، درمواقع عادی ارتعاش ها و تغییرمکان های ناشی از انقباض و انبساط حرارتی عرشۀ پل را به ستون های انتهایی منتقل میکنند.

 در زمان وقوع زلزله، انتقال دهنده های مذکور به حالت قفل در می آیند و شوک های وارده به عرشه را تماماً به تکیه گاه های بتنی انتقال می دهند؛ بنابراین قوس سه پایۀ فوق الذکر که در مواقع عادی کار تکیه گاه (معکوس) میان دهانۀ اصلی را انجام میدهد، در برابر شوک های عرضی بیش از حفظ ایستایی خود نقشی برعهده ندارد.

 

 اضافه بر این، دوازده کابل مقاومت بالا که عرشۀ 900 تنی پل را به قوس اصلی پیوند زده است، همچون لنگری عظیم مانع ازواژگونی احتمالی قوس مذکورهستند. به نظر میرسد که تقویت بیش ازحد پاشنه های سه گانۀ قوس " محکم کاری" زائدی است که تنها باعث زمخت شدن وسنگینی بصری منظرۀ عمومی پل شده است.

 حتی در دست بالاترین محاسبات، لااقل تکیه گاه تکی قوس ( تصویر بالا) که درخنثی کردن لنگـر واژگونی درجهت عرضی عملاً بی تأثیراست میتوانست به صورت مفصلی و یا حتی غلطکی طراحی شود تا هم ظاهری ظریف ترداشته باشد وهم تغییرمکان های ناشی ازانبساط وانقباض طولی قوس اصلی را خنثی سازد.