شرایط آب و هوایی بر و تاثیر آن بر سازه ها

شرایط آب و هوایی و تغییرات آن بر همه جنبه های زندگی ما تأثیر می گذارد. از جمله ساختمان هایی که در آنها زندگی و کار می کنیم. معماران و مهندسان ساختمان‌ها، سایر سازه‌ها مانند پل‌ها را طراحی می‌کنند تا بر اساس پارامترهای آب و هوای محلی کار کنند. آنها باید استفاده از مصالح و پیروی از استانداردهای طراحی سازه هایی را در برابر دامنه دما، بارندگی، برف و باد مورد انتظار، به علاوه هرگونه مشکل زمین‌شناسی مانند زلزله، فرونشست و سطح آب زیر زمینی بصورت مقاوم طراحی کنند.

هنگامی که هر یک از این پارامترها با شرایط آب و هوایی تناسب نداشته باشد، این احتمال وجود دارد که برخی از جنبه های ساختمان شکست بخورد؛ برای مثال در صورت وزش باد شدید، برخی از کاشی های سقف ممکن است کنده شوند. اگر پس از چند روز باران شدید، سطح آب بالا بیاید، ممکن است زیرزمین سیل آب شود. این طبیعی است و نمی توان این مشکلات را به طور کامل طراحی کرد. اما تغییرات آب و هوایی شرایطی را ایجاد می کند که در آن این پارامترها بیشتر و به مراتب بیشتر از آن تجاوز می کنند. برخی از تغییرات، مانند میانگین دمای هوا و رطوبت بالاتر و … دائمی خواهند شد.

برخی از این تأثیرات نسبتاً آشکار هستند. خانه ها بیشتر مستعد گرم شدن بیش از حد خواهند بود و زندگی ساکنان را به خطر می اندازد. تا حدودی، این تأثیرات با راه حل های نسبتاً ساده و قابل کنترل خواهند بود. به عنوان مثال، گرمای بیش از حد را می توان با سایه اندازی پنجره ها با سایبان یا پرده، عایق خوب و تهویه کافی کاهش داد. شاید نگران کننده تر، اثرات موذیانه تغییرات آب و هوایی باشد که به تدریج عملکردهای اصلی یک ساختمان را به روش های نه چندان واضح تضعیف می کند.

ساختمان ها

ساختمان­‌ها می توانند نسبت به تغییرات آب و هوایی و اقلیمی آسیب پذیر باشند. در آینده ممکن است خطر فروریختن ساختمان­‌ها و کاهش سلامتی و افت شدید سرمایه افزایش یابد، که در نتیجه­‌ی بروز طوفان‌­های بیشتر، خسارات ناشی از ریزش برف یا فرونشست زمین، نفوذ آب، بدتر شدن آب و هوای داخلی و کاهش طول عمر ساختمان­‌ها بوجود می آیند. در کوتاه مدت طوفان های قوی تر بزرگترین چالش هستند.

طوفان در آن بخش از ساختمان‌های موجود که الزامات ایمنی آیین‌نامه­‌ی ساختمان را برآورده نمی‌کنند، خطر ایمنی ایجاد می‌کند. در طولانی‌­مدت، موجی از جریان‌های هوای گرم بیشتر و طولانی‌تر می‌تواند پیامدهای مرتبط با سلامتی، به‌ویژه برای افراد مسن و ضعیف، به ویژه در خانه‌های سالمندان داشته باشد.

تاثیر آفتاب و زاویه تابش آن بر بنا

علی رغم تغییرات فصلی و محلی زاویه تابش آفتاب و در نتیجه طول زمان و شدت تابش خورشید در نظر گرفتن این پارامتر و محاسبه آن در شهر سازی، برنامه ریزی شهری و طرح ریزی شبکه گذرهای شهری در این رابطه باید بدانیم که گذر های شهری گرمسیری (شهر های عرضی پایین) به ویژه در فصل تابستان به سایبان بیشتری نیاز دارند، لذا در طراحی این شبکه باید تلاش نمود تا جهت گیری گذر ها به گونه ای باشد که کمتر در معرض تابش آفتاب قرار گیرند.

بنابراین توصیه می شود که در چنین شهرهایی جهت معابر و گذرهای شهری حتی الامکان شرقی–غربی باشد. بالعکس در شهرهای سردسیر (خاص مناطق کوهستانی و عرض های بالا) در صورتی که شرایط توپوگرافیک و غیره اجازه بدهند بهتر است که خیابان ها و کوچه ها و معابر شمالی-جنوبی باشد تا شهروندان بتوانند هم از نور و تابش خورشید بیشتر بهره بگیرند و هم این که شدت و مدت يخبندان معابر کمتر و در نتیجه آمد و شد بهتر گردد.

نکته دیگر آن که بافت فشرده و متراکم در مراکز شهری، محلات فقیر نشین و کم در آمد و یا در مناطق دارای ابر آلودگی زیاد به مقدار قابل توجهی از نور گیری فضاهای ساخته شده، می کاهد. از این رو در بافت شهری اینگونه مناطق رعایت فاصله مناسب بین ساختمان ها به منظور بهره گیری بیشتر از نور و تابش خورشید امری ضروری است و لذا باید بافت شهری را گسترده تر نمود. در اکثر شهرهای شوروی سابق و بلوک شرق برای این منظور رشد عمودی بناها را زیاد نموده و در عوض فاصله افقی و فضایی آن ها را افزایش داده اند.

تاثیر باد و باران بر سازه

باد نیز یکی از پارامترهای جوی است که می تواند در رابطه با بافت شهر مورد توجه قرار گیرد. جهت گیری معابر و بافت شهر بالاخص در سمت توسعه شهر با مناطق قابل توسعه باید به گونه ای باشد که با بادهای مزاحم مقابله کند و از بادهای مناسب بهره گیرد. برای این منظور شدت و جهت انواع باد و بالاخص باد غالب باید بررسی و شناسایی شود و سپس بر اساس آن طراحی نمود.

در رابطه با باد غالب و مزاحم (باد مسلح به ماسه) باید گذرها طوری طراحی شوند که این باد به راحتی بتواند از داخل شهر عبور کند. اثر باران نیز در بافت شهرهای دامنه ای نباید از نظر برنامه ریزان دور بماند چرا که کوچه ها و خیابان های تقریبا عمود بر شیب و یا اریب از شدت روان آب و سیل حاصل از بارندگی می کاهد و بالعکس معابر واقع در جهت شیب بر شدت آن می افزاید.

تاثیر درجه حرارت بر ساختمان ها

درجه حرارت یکی از مهمترین عناصر شرایط آب و هوایی است که باید در احداث ساختمان مورد توجه قرار گیرد به ویژه مصالح فلزی بر اثر درجه حرارت منبسط و منقبض می شوند و این مسأله باید برای جلو گیری از لغزش و یا تکان خوردن تیرهای حمال مورد توجه قرار گیرد و برای دوره گرم و یا انقباض و شکستگی در هوای سرد به گونه ای حمایت و تقویت شوند.

کابل های استیل (فلزی) در هوای گرم شکم می دهند و در هوای سرد سفت و آماده بکار می شوند. تیرهای فلزی عمودی و قائم واقع در سمت آفتابگیر ساختمان نسبت به طرف سایه گیر آن بیشتر منبسط شده و به این ترتیب متحمل خمیدگی های روزانه شده که خود سبب ایجاد کشش ها و فشارهایی در ساختمان می گردد.

تاثیر درجه حرارت بر کارگران

درجه حرارت همچنین کارآیی کارگران را در طی اجرای پروژه های ساختمانی تحت تأثیر قرار می دهد. درجه حرارت های خیلی بالا به بیمار شدن افرادی که کار فیزیکی سختی انجام می دهند منجر می شود. درجه حرارت های پایین نیز لباس و پوشش بیشتری را می طلبد و به موجب آن کارهای یدی و دستی پیچیده و مشکل تر می شوند. حوادث رخ داده در طی دوره های دارای درجه حرارت های زیر نقطه انجماد و یا گرمای زیاد فراوانتر از حوادث ایجاد شده در شرایط طبیعی است.

ریزش برف و انباشته شدن آن بر ساختمان

ریزش برف و انباشته شدن آن مقاومت نسبتا زیاد سازه ها را طلب می کند. در بناهای نواحی کوهستانی و عرض های بالا بام ها را باید آنقدر محکم ساخت که تاب نگاه داشتن برف های سنگین را داشته باشد. تراکم و انباشتگی برف بر روی سایر سطوح افقی سازه ها، وزن فوق العاده ای را به وجود می آورند که در این صورت احداث حفاظ های مکمل و اضافی برای جلوگیری از ریزش آن ها ضروری است.

 ساختمان هایی که به شدت مملو از یخ و برف بوده در مقابل دیگر عوامل جوی مثل باد آسیب پذیر تر هستند. باد نیز یک فشار و نیروی مستقیم را در مورد تمام ساختمان ها و سازه های واقع در مسیرش اعمال می کند و لذا باید حداکثر سرعت باد و فشار مورد انتظار را در طراحی ساختمان ها، برج ها و پل ها در نظر گرفت. در این رابطه محاسبات مبتنی بر سوابق آب و هوایی و نیز آزمایش های مربوط به مهندسی سازه ها کمک می کنند. 

سرطان بتنی (Concrete cancer)

شاید بزرگترین نگرانی این باشد که چگونه تغییرات آب و هوایی و همچنین شرایط آب و هوایی بر بتن مسلح، یکی از پرکاربردترین مواد روی زمین تأثیر می گذارد. بتن مسلح که در همه چیز از آسمان‌خراش‌ها و پل‌ها گرفته تا لنگه‌های بالای پنجره‌ها در خانه‌ها استفاده می‌شود، با قرار دادن میله‌های فولادی در داخل قالب و ریختن بتن مرطوب در آن ساخته می‌شود. پس از خشک شدن، ساختارهای فوق‌العاده محکمی تولید می‌شود.

اما شرایط آب و هوایی گرم تر و مرطوب تر، دوام این ماده را خراب می کند. هنگامی که فولاد داخل بتن خیس می شود زنگ می زند و منبسط می شود و در فرآیندی که گاهی به آن سرطان بتن می گویند، بتن ترک می خورد و ساختار ضعیف می شود.

ساختمان ها در مناطق ساحلی به ویژه حساس هستند زیرا کلرید موجود در آب شور زنگ زدگی را تسریع می کند. بالا آمدن سطح دریا سطح آب را بالا می برد و آن را شورتر می کند و بر پایه های ساختمان تأثیر می گذارد، در حالی که اسپری نمک در بادهای شدیدتر پخش می شود.

در عین حال، بتن تحت تأثیر کربناته شدن قرار می گیرد، فرآیندی که در آن دی اکسید کربن هوا با سیمان واکنش می دهد و عنصر شیمیایی متفاوتی به نام کربنات کلسیم را تشکیل می دهد. این امر PH بتن را کاهش می دهد و فولاد را بیشتر در معرض خوردگی قرار می دهد. هر چقدر CO2 بیشتر باشد، کربناته شدن هم بیشتر می‌شود.

جمع بندی

ثروت در برابر تأثیرات تغییرات آب و هوایی محافظت نمی کند. کشورهای ثروتمند دارای نفوذ مالی برای تطبیق سریعتر و کاهش این تأثیرات هستند، اما نمی توانند آنها را در مرز متوقف کنند. ساختمان‌ها بدون توجه به این که در کجای دنیا هستند، در برابر این تأثیرات آسیب‌پذیر هستند، و اگر چیزی باشد، ساختمان‌های مدرن کشورهای توسعه‌ یافته چیزهای بیشتری نسبت به سازه‌های سنتی ساده‌تر در خود دارند که ممکن است به خطا بروند.

تنها گزینه این است که شروع به تطبیق ساختمان ها برای برآورده کردن پارامترهای در حال تغییری که در آن کار می کنند، انجام شود. هر چه زودتر مقاوم سازی ساختمان های موجود و ساخت ساختمان های جدیدی را که می توانند در برابر تغییرات آب و هوایی مقاومت کنند، آغاز کنیم، بهتر است.