مهندسی نما و پوسته های ساختمان

آجر سنگی مصنوعی است که در سه نوع رسی، ماسه آهکی و بتنی ساخته می‌شود. آجر در شکل‌های گوناگون تولید شده و در نماسازی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. نماهای آجری به علت دوام زیاد، تطبیق‌پذیری، صرفه اقتصادی، مقاومت در برابر آتش و ظاهر زیبا مورد توجه بوده است. علاوه بر این نماهای آجر نیاز کمی به نگهداری و تعمیر داشته و برای ساختمان‌هایی با ارتفاع‌های مختلف قابل استفاده هستند. آجرهایی که براي نماچینی به کار می‌روند در رنگ‌هاي زرد کم رنگ (آجر سفید) و زرد پررنگ (آجر بهی) و همچنین آجر قرمز رنگ روشن یا قرمز رنگ سیر موجود هستند.

سنگ‌های ساختمانی طبیعی به دلیل بهره‌مندی از ظاهر زیبا و هزینه نگهداری پایین، یکی از رایج‌ترین مصالح ساختمانی برای نماسازی بشمار می‌روند. به این منظور غالباً از سنگ گرانیت، سنگ آهک، تراورتن، ماسه‌سنگ، سنگ لوح، ماربل و کوارتزیت استفاده می‌شود. وزن سنگ در مقایسه با سایر انواع نماها بیشتر است که باعث می‌شود نیروی زلزله‌ی بیشتری به آن وارد شود. این مسأله در صورت مهار نامناسب باعث جدا شدن سنگ از سطح نما و سقوط آن تحت اثر نیروی زلزله می‌شود.

سنگ‌های مصنوعی در مقایسه با سنگ طبیعی دارای وزن کمتری بوده و از ترکیب مجدد سنگ‌های طبیعی با مواد افزودنی دیگر ساخته می‌شوند. سنگ‌های مصنوعی از ترکیب سیمان یا رزین، خاک رس، آگرگات‌های سنگ‌های ضایعاتی و خاك‌های سبک ساخته می‌شوند. رنگدانه‌ها یا اکسید آهن، رنگ مورد نظر را به این سنگ‌ها می‌دهد.

امروزه برای نماهای آجری از سیستم نمای خشک استفاده می‌شود. در این روش به جای ملات برای اتصال آجرها به یکدیگر از تجهیزات فلزی موسوم به ریل استفاده می‌شود. سرعت اجرای نمای آجری خشک به دلیل عدم استفاده از ملات بسیار بالا می‌باشد.

نمای سیمانی یکی از متداول‌ترین نماها برای ساختمان‌های بلند مرتبه بشمار می‌رود. سه نوع نمای متداول پایه سیمانی عبارتند از:

نمای آستر سیمانی (Stucco)

اندود سیمان پرتلند می‌تواند برای سطوح داخلی و خارجی مورد استفاده قرار گیرد. غالب کاربرد اندود سیمان پرتلند به عنوان آستر نهایی دیوار خارجی است. اندود سیمان پرتلند خارجی در اصطلاح استاکو (Stucco) نامیده می‌شود.

نمای تخته سیمانی الیافی

صفحه‌های سیمانی الیافی صفحات پیش ساخته‌ای هستند که دارای مواد چسباننده از نوع سیمانی یا کلسیم سیلیکات سنتزی هستند و در آن‌ها از الیاف برای تقویت خصوصیات کششی و خمشی استفاده شده است. الیاف می‌توانند به صورت پراکنده، تصادفی یا شبکه‌ای منظم در ماتریس سیمانی به کار برده شوند. این صفحات می‌توانند خود رنگ (رنگ واقعی سیمان)، رنگ‌دار شده (به رنگ و فام دلخواه) و بافت‌دار (به طرح دلخواه) باشند.

نمای بتنی پیش‌ساخته

پانل‌های بتنی پیش‌ساخته برای تمامی شرایط آب و هوایی مناسب و قابل اجرا هستند ولی بیشتر برای شرایط آب و هوایی سخت مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا که استفاده از مصالح بنایی یا بتن درجا در شرایطی که خطر یخ‌زدگی وجود دارد مشکل‌ساز است. استفاده از پانل‌های پیش‌ساخته باعث حذف نیاز به نصب داربست و افرایش امنیت کارگران می‌شود. این پانل‌ها در محل‌های سر بسته و بدون اینکه شرایط آب و هوایی بر روند ساخت آنها تاثیری داشته باشد تولید شده و لذا دارای کیفیت بالا هستند.

با توجه به قیمت و وزن بالای سنگ، در برخی کشورها استفاده از سرامیک به عنوان نمای ساختمان به صورت قابل ملاحظه‌ای رواج یافته است. نماهای سرامیکی در مقایسه با سنگ وزن کمتری داشته و به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• نمای سرامیکی مهار شده یا نمای سرامیک خشک که خود شامل نمای سرامیکی پرسلان و نمای سرامیک تهویه شونده (terra cotta)است.
• نمای سرامیکی چسبانده شده

دو روش کلی نصب سرامیک در نمای ساختمان‌ها عبارتند از:

• روش نصب تر یا روش چسبانده شده
• روش نصب خشک یا روش مهار شده

در روش نصب خشک، اتصالات باید علاوه بر بارهای ثقلی ناشی از سرامیک و اجزای آن قادر به تحمل بارهای جانبی نظیر بارهای زلزله، فشار و مکش باد و بارهای ضربه‌ای باشند.

مزایای سیستم نمای خشک عبارتند از:

• عدم نیاز به کارگر حرفه ای جهت نصب: در سیستم نمای خشک نصب عناصر نما و ریل‌ها به صورت مکانیکی بوده و لذا اجرای سیستم نیاز به کارگر حرفه‌ای ندارد.
• سرعت اجرای بالا: در نمای خشک به دلیل استفاه از چهار چوب‌های فلزی و نیز عدم استفاده از داربست، سرعت اجرای نما به صورت چشمگیری افزایش می‌یابد.
• سادگی اجرا برای ساختمان‌های بلند: به دلیل عدم استفاده از ملات و داربست، اجرای این سیستم برای ساختمان‌های مرتفع با سرعت و سهولت بالایی همراه است.
• عدم ایجاد ضایعات ساختمانی و آلودگی صوتی: اجرای سیستم نمای خشک بدون ایجاد ضایعات و نخاله‌های ساختمانی صورت گرفته و همچنین آلودگی صوتی آن به نسبت کم می‌باشد.

• کاهش اتلاف انرژی: در سیستم نمای خشک ابتدا یک عایق حرارتی با اتصالات مکانیکی یا چسب به بدنۀ ساختمان متصل شده و سپس قاب یا اسکلت نگهدارنده‌ی نما به ساختمان وصل می‌شود. نهایتا نمای خشک با رعایت فاصله از عایق حرارتی قرار می‌گیرد. فضای خالی موجود بین نما و عایق خود نیز به عنوان عایق حرارتی عمل کرده و در مجموع منجر به کاهش قابل توجهی در اتلاف انرژی ساختمان می‌شود.

به نماهایی که در آنها از شیشه و یا هر نوع ماده‌ی شفاف یا نیمه شفاف دیگر در نمای خارجی ساختمان استفاده شده باشد، نمای شیشه‌ای گفته می‌شود. امروزه این نوع نما به دلایل مختلفی از جمله سبکی و زیبایی در ساختمان‌های زیادی از جمله ساختمان‌های بلند به کار برده می‌شود. این گونه نماها علاوه بر زیبایی امکان استفاده‌ی حداکثری از روشنایی روز را مهیا می‌کنند. استفاده از انواع مختلف شیشه با قابلیت‌های مختلف سبب گسترش امکان استفاده از آنها در صنعت ساختمان شده است.

امروزه با ظهور شیشه‌های رفلکس، استفاده از این نوع شیشه‌ها در نمای ساختمان‌های مرتفع و برج‌ها بسیار متداول شده است. استفاده از نماهای شیشه‌ای علاوه بر زیبائی امکان استفاده از حداکثر روشنایی روز را فراهم می‌کند. همچنین استفاده از شیشه‌های ۲ یا ۳ جداره منجر به ایجاد یک لایه عایق صوتی و حرارتی بسیار مناسب می‌شود.

تمامی شیشه‌هایی که در ساختمان به کار می‌روند باید از موادی ساخته شوند که ثبات ویژگی‌های شیشه در طول عمر مفید آن را تضمین نمایند. به عبارتی تابش خورشید نباید سبب خرابی آنها شود و خواص طیفی (spectral properties) آنها در مقابل اشعه‌های تابشی مستقیم و غیر مستقیم تغییر نکند. همچنین در مقابل عوامل جوی پایدار باشند. تقسیم‌بندی شیشه‌های مورد استفاده در صنعت ساختمان بر اساس اجزا ترکیبی، روش ساخت و ویژگی‌های آنها در جدول زیر آورده شده است.

جزییات و دتایل‌های نصب متفاوتی برای نماهای مدرن شیشه‌ای طراحی گردیده که از آنجمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سیستم فریم لس (Frameless) یا Toggle Fixing
• سیستم کرتین وال درپوش‎دار (Face cap) یا نمای لامل
• سیستم اسپایدر یا Point Fixing

در نماهای فریم لس قاب‌های آلومینیومی نگهدارنده شیشه (شیشه‌ها می‌توانند تک‌جداره یا چند جداره باشند) بر روی یک فریم فولادی نصب و فیکس می‌گردند. فواصل شیشه‌ها با یکدیگر چنان تنظیم می‌شود که فریم فولادی حایل قابهای آلومینیومی از نمای روبرو دیده نشود. این سیستم یکی از پرکاربردترین نماهای ساختمانی بوده و زیبایی، آب‌بندی مناسب، نصب ساده و بارگذاری مناسب را به صورت یکجا ارایه می‌دهد. وجود لاستیک‌های هوا‌بندی و آب‌بندی در اطراف فریم و شیشه باعث ایزوله شدن سطح نما می‌شود. از نکات بسیار مهم این سیستم آن است که در سطح نما عمدتا شیشه قابل ملاحظه بوده و آلومینیوم با ظرافت خاصی در کنار شیشه قرار می‌گیرد. در ضمن پنجره‌های باز شو نیز قابل رویت نمی‌باشند.

در سیستم درپوش‌دار (Face cap) زیرسازی و ایجاد شبکه توسط پروفیل‌های عمودی (Mullion) و افقی (Transom) انجام می‌شود. شیشه‌ها مستقیماً بر روی المانی موسوم به لامل قرار گرفته و یک درپوش فشاری آن را از بیرون بر روی لامل آلومینیومی محکم نگه می‌دارد. برای تامین آب‌بندی و هوابندی مناسب این سیستم لازم است از لاستیک‌های EPDM مناسبی استفاده شود.

سیستم اسپایدار یکی دیگر از روش‌های اجرای نمای شیشه‌ای محسوب می‌شود که در آن مشابه با سیستم Framless بدون اینکه برای هر پنل شیشه‌ای از قاب‌های کناری استفاده شود، کل سطح نما توسط شیشه پوشیده می‌شود. در این روش بر خلاف سیستم فریم‌لس، تکیه‌گاه شیشه سرتاسری نبوده و به صورت نقطه‌ای می‌باشد. در سیستم اسپایدر یا Point Fixing معمولا از دو تیپ مختلف اتصال استفاده می‌شود که شامل موارد زیر است:

• CounterSunk Fixing
• Disk Fixing

در تصاویر زیر، ادوات اتصال برای هر کدام از این تیپ‌ها برای دو نوع شیشه تک جداره و دو جداره نشان داده شده است.

برای نگهداری اسپایدارها علاوه بر استفاده از قاب‌های فولادی می‌توان از کابل و تیغه‌های شیشه‌ای نیز استفاده کرد. برخی از سیستم‌های رایج برای نماهای اسپایدر عبارتند از:

• Mast Truss
• Cable Truss
• Glass Fin
• Cable Net

کامپوزیت‌ها از ترکیب دو یا چند ماده تشکیل می‌شوند. خواص کامپوزیت در مجموع از هرکدام از اجزاء تشکیل دهنده‌ی آن بهتر بوده و اجزاء مختلف، کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند. این موضوع یکی از مزیت‌های کامپوزیت محسوب می‌شود. از متداول‌ترین نماهای کامپوزیت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نمای کامپوزیت آلومینیومی
• پانل‌های فلزی عایق‌بندی شده
• نمای کامپوزیت پلی‌یورتان

ورق‌های کامپوزیت آلومینیوم (Aluminum Composite Panels) متشکل از دو لایه آلومینیوم به ضخامت 5/0 تا 3 میلی‌متر در اطراف و یک هسته از جنس پلاستیک یا یک ماده‌ی معدنی پرکننده‌ی ضد حریق (نظیر مواد پلی‌اتیلنی) به ضخامت 3 الی 5 میلی‌متر است. لایه‌ی خارجی عمدتاً دارای یک پوشش آستر رزین اپوکسی و یک لایه PVDF (Poly Vinylidiene Floride) می‌باشد. سطح ورق کامپوزیت با یک لایه فیلم محافظت می‌شود. از جمله مزایای این پانل می‌توان به سبکی وزن، تنوع رنگ و شکل‌پذیری آن اشاره کرد.

برای نصب پانل‌های کامپوزیت آلومینیوم در نمای کامپوزیتی می‌توان از سیستم‌های زیر استفاده کرد:

• روش ثابت (Fixing)
• روش آویزان (Hanging)
• روش هوک L ، H
• روش ثابت – ریلی (Fix Railing)
• روش هوك

از جمله بزرگ‌ترین مشکلات این نوع نما، ورود محصولات بی‌کیفیت و فقدان دانش فنی کافی درخصوص کنترل کیفیت این نوع پانل برای نما و اجرای نامناسب توسط برخی افراد غیرمتخصص است. چسبیدن ذرات گرد و غبار بر سطح نمای ساختمان‌ها و تغییر رنگ از جمله مشکلات این نوع نما است. تمیز کردن نما مستلزم ایجاد داربست یا تعبیه سیستم BMU مناسب می‌باشد.

اتیکس (ETICS) یا سیستم عایق حرارتی خارجی (External thermal Insulation composite system) یک سیستم نمای خارجی است که از سه جز اصلی زیر تشکیل شده است.

• عایق: رایج‌ترین مواد برای عایق، فوم پلی‌استایرن منبسط شده و پشم معدنی تخته‌ای می‌باشد.
• مسلح کننده: به منظور مسلح کردن تخته‌های عایق و جلوگیری از ایجاد ترك، یک لایه اندود به همراه مش مسلح کننده عمدتاً متشکل از الیاف شیشه به کار برده می‌شود.
• پوشش نهایی: برای پوشش نهایی می‌توان از انواع اندود، چوب، سرامیک، آجر لعاب‌دار، فلز و موادی از این قبیل استفاده کرد.

بجز اجزای اصلی فوق، اجزای فرعی شامل مهارها، درزگیرها، محافظت‌کننده‌های گوشه و . . . نیز در این نما به کار برده می‌شوند. سه روش متداول مهار تخته‌های عایق به مصالح بنایی عبارتست از:

• استفاده از چسب
• استفاده از میخ پرچ
• استفاده از مهار مکانیکی (ریلی)

نمای عایق حرارتی بیرونی و نازک‌کاری EIFS (External Insulation and Finish System) شامل یک لایه فوم عایق پلی‌استایرن، مش تسلیح از جنس الیاف شیشه، یک لایه پوشش پایه پلیمری و یک لایه پوشش نهایی پایه پلیمری است. مش تسلیح در داخل لایه پوشش پایه تعبیه می‌شود.

از آنجایی‌که نمای نهایی این سیستم بسیار شبیه نمای استاکو (Stucco) است، از آن به استاکوی مرکب تعبیر می‌شود تا از استاکوی معمولی که با پایه سیمان پرتلند است، تمیز داده شود.

این نما متشکل از مصالح مرکب شیمیایی متعدد بوده و لذا لازم است بین لایه‌هاي مختلف، درزبندها، درزپوش‌ها و ادوات اتصال سازگاری کافی وجود داشته باشد.

این نما به دو دسته تقسیم‌بندي می‌شود:

• EIFS پایه پلیمری (PB) که EIFS با پوشش نرم نامیده می‌شود.
• EIFS پلیمر اصلاح شده (PM) که EIFS با پوشش سخت نامیده می‌شود.

نمای چوبی به سادگی با سایر مصالح ترکیب می‌شود و امکان ساخت نماهای متنوع را می‌دهد. البته باید به میزان ذخایر منابع چوبی و در دسترس بودن‌ها و البته جایگزینی آنها توجه داشت. چوب‌های نرم برای برخی از ساختمان‌ها به عنوان نمای خارجی استفاده می‌شوند. عملیات حرارتی (نظیر ترمو چوب) و فرایندهای اصلاح چوب (نظیر Accoya) توانسته است قابلیت دوام محدوده وسیعی از نرم چوب‌ها را بدون اصلاح در روش‌های نگهداری افزایش دهند. استفاده از سخت چوب‌ها نیز به غیر از گونه‌های خاصی از آنها در حال افزایش است. سخت چوب‌ها عموماً محکم‌تر و پایدارتر از نرم چوب‌ها هستند. از نماهای چوبی اغلب در ساختمان‌های با ارتفاع کم تا متوسط استفاده می‌شود چون در ساختمان‌هایی با این ارتفاع مراقبت از نما آسان‌تر انجام است.

رشد شهرنشینی در سال‌های اخیر منجر به توجه بیشتر به ایجاد فضای سبز در محیط‌های شهری به عنوان یک رویکرد پایدار برای بهبود اکولوژی و تغییرات آب و هوایی در محیط زیست شده است. دیوارها و نماهای سبز یکی از راه‌حل‌هایی هستند که همراه با سقف‌های سبز برای افزایش مساحت فضای سبز شهرها اندیشیده شده‌اند.

دیوار سبز دیواری است که یا به طور خود ایستا (Free standing) بوده و یا بخشی از یک ساختمان است که به طور کامل یا بخشی از آن از گیاه پوشیده شده است. از فواید آن می‌توان به استفاده مجدد از آب، بهبود کیفیت هوا و کاربرد به عنوان مانع صوتی اشاره کرد. دیوارهای سبز معمولاً به دو شکل نمای سبز (Green façade) و دیوار زنده (Living walls) اجرا می‌شوند.