آلومینیوم در ساختمان سازی



آلومینیوم در ساختمان سازی

می توان از آلومینیوم بابت تغییر تصویر شهرهای مدرن تشکر کرد: نظم بیشتر، رشد آسمان خراش ها، زیبایی، سازگاری با محیط در کلان شهرهای امروزی، نماهای شیشه ای دفاتر در آسمان خراش ها توسط فریم های آلومینیومی سبک و مستحکم پشتیبانی می شوند. مراکز تفریحی، تجاری و نمایشگاه ها به معنای واقعی کلمه بر چارچوب های آلومینیومی تکیه کرده اند. استادیوم ها، استخرها و سایر اماکن ورزشی نیز با استفاده از ساختارهای آلومینیومی ساخته شده اند. این فلز در بین سازنده ها، معماران و طراحان به دلایلی که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم به یکی از معروفترین و محبوبترین متریال ها تبدیل شده است.
 
% از آلومینیوم تولید شده جهان،
در ساختمان سازی بکار می رود
تصور کنید که شما یک فلز سبک اما قوی دارید که مستعد خوردگی نیست، غیر سمی و بادوام است و می تواند تقریبا هرشکلی را به خود بگیرد. آلومینیوم ابزاری برای خلاقیت نامحدود در دست معماران است و امکان ساخت ساختارهایی را فراهم می آورد که نمی توانند از چوب، پلاستیک یا فولاد ساخته شوند. به همین دلیل است که به طور گسترده ای، آلومینیوم در ساخت و ساز مدرن استفاده می شود.

تاریخچه
در ابتدای قرن گذشته آلومینیوم عملا در مهندسی عمران کاربردی نداشت، چرا که فلزی گران قیمت بود و در حجم کافی تولید نمی شد. اما همه چیز در دهه 1920 تغییر کرد زمانی که فرآیند الکترولیز 80% هزینه تولید آلومینیوم را کاهش داد. این فلز برای ساخت سقف ها، گنبدها و استفاده در زهکشی و پانل های دیواری و همچنین کاربردهای تزیینی بسیار محبوب بود. اولین ساختمانی که در ساخت آن بطور گسترده ای از آلومینیوم استفاده شد، ساختمان Empire State، آسمانخراش معروف نیویورک ساخته شده در 1931 و بلندترین ساختمان جهان تا سال 1970 بود. آلومینیوم در تمام ساختارهای اصلی ساختمان استفاده شده و همچنین بطور گسترده ای در طراحی داخلی بکار رفته است.

Empire State, New York
استفاده از آلومینیوم در ساخت و ساز و معماری در دهه 1940 کاهش یافت، زیرا این فلز بطور عمده برای تولید هواپیما استفاده شد و حتی نام دوم "فلز بالدار" را به خود گرفت اما در اواسط قرن بیستم آلومینیوم در ساخت ساختمان های بلندمرتبه و پل ها بیشتر و بیشتر کاربرد پیدا کرد. فریم های پنجره، پانل ها، سقف های گنبدی و دیگر سازه های بزرگ و البته زیورآلات بطور فزاینده ای با آلومینیوم ساخته شدند. امروزه برای سقف ها، دیوارها، پانل های شفاف، فریم های در و پنجره، پله ها، سیستم های تهویه مطبوع، سیستم های خورشیدی، سیستم های گرمایشی، مبلمان و بسیاری چیزهای دیگر از آلومینیوم استفاده می شود. حداقل عمرمفید سازه های آلومینیومی 80 سال است. در طول این مدت می توان آلومینیوم را در هر شرایط آب و هوایی استفاده کرد درحالیکه تمامی ویژگی های آن در محدوده دمایی 80- درجه سانتیگراد تا 300 درجه سانتیگراد حفظ شود. سازه های آلومینیومی ممکن است در آتش سوزی کمی آسیب پذیر باشند اما در دماهای پایین این فلز حتی قوی تر هم می شود. به طور مثال یک دیواره آلومینیومی عایق حرارتی که از فویل انعکاسی پوشیده شده، می تواند محیط را از دماهای پایین 4 برابر بهتر از 10 سانتیمتر نمای آجری ضخیم یا 20 سانتیمتر سنگ ضخیم حفاظت کند. به همین دلیل آلومینیوم بطور گسترده ای در ساخت و سازهای مناطق سردسیر استفاده می شود. شاید بتوان گفت که مهمترین ویژگی آلومینیوم سبکی آن است. با توجه به این وزن مخصوص کم، یک صفحه آلومینیومی فقط نیمی از وزن فولاد با سختی یکسان را دارد. بنابراین وزن سازه های آلومینیومی نصف تا دو سوم سازه های فولادی و تا یک هفتم وزن سازه های بتنی تقویت شده با ظرفیت تحمل مشابه است.
به همین دلیل است که امروزه آلومینیوم در ساخت سازه های بلند و آسمان خراش ها بکار می رود؛ فقط تصور کنید که وزن چنین ساختمان هایی چقدر می بود اگر از فولاد استفاده می شد، عمق فونداسیون چه مقدار و قیمت کل ساختمان به چه میزان گران تر می شد. وزن کم پل های متحرک آلومینیومی، اجزای مکانیکی آن ها را سبک تر کرده و فضای بیشتری را به معمار می دهد تا بتواند تصورات خلاقانه خود را تحقق بخشد. بعلاوه کار کردن با سازه های سبک تر؛  ساده تر، سریع تر و راحت تر می باشد.
 
تولید
در مهندسی عمران، شمش های آلومینیومی و بیلت ها بسیار پرکاربرد بوده و برای تبدیل شدن به سقف شناور، پنجره ها، درها، پله ها، پانل های دیواری و بسیاری کاربردهای دیگر مورد پردازش قرار می گیرند. آلیاژ های منیزیم-سیلیکون (سری 6000) در فرم بیلت، بهتر اکسترود شده و به همین دلیل آزادی عمل زیادی در ساخت اشکال پیچیده معماری را در اختیار قرار می دهند.
  محصولات طی اکستروژن، با عبور تحت فشار آلومینیوم نرم از میان یک قالب با مقطع مشخص شکل میگیرند. اکستروژن در دستیابی به بالاترین دقت در سایز محصولات آلومینیومی کمک می کند.
محصولات نورد تخت، سرد یا گرم، برای تولید صفحات، سیم ها و قطعات آلومینیومی بکار می روند. آلومینیوم به خوبی صیقل داده، آنادایز شده و هر رنگی را به خود می گیرد که این یک ویژگی بسیار با ارزش برای طراحان محسوب می گردد. علاوه بر این آنادایزینگ حفاظت بیشتری را در قبال خوردگی برای فلز فراهم می آورد.
آنادایزینگ شامل تعدادی فرآیند الکتروشیمیایی برای آماده سازی سطح فلز و تشکیل یک فیلم سخت و مقاوم در برابر خوردگی از اکسید آلومینیوم می باشد. بلافاصله پس از آنادایزینگ، یک فیلم بی رنگ با خاصیت جذب بالا می تواند با قرار گرفتن در حوضچه (حمام) رنگ آمیزی به هر رنگ دلخواهی رنگ آمیزی گردد.


آسمان خراش ها

آسمان خراش ها بدون شک، کارت کسب و کار آلومینیوم در معماری مدرن هستند. دیوارهای شیشه ای طبقاتی آن ها یا پنل های شفاف، ترکیبی از شیشه و فریم آلومینیومی را نمایش می دهند. این ترکیب در سرتاسر جهان مورد استفاه قرار می گیرد چراکه امکان ایجاد ساختمانی را فراهم می کند که از نظر اقتصادی، بهره وری انرژی کارآمدتری داشته و بطور قابل توجه انتشار CO2 را کاهش می دهد. یک نمای بیرونی کاملا شیشه ای در ساختمان، استفاده از نور خورشید را بیشتر مقدور ساخته و باعث کاهش استفاده از روشنایی  مصنوعی می گردد، پس می توان گفت سبب ذخیره انرژی بیشتر در گرمایش و سیستم های تهویه مطبوع می شود. برخلاف شیشه های معمولی که گرما را بی هیچ مانعی عبور می دهند، شیشه هایی برای پنل های شفاف وجود دارند که دارای ویژگی هدایت حرارتی (U-value) پایینی می باشند. این شیشه ها حرارت خورشید را در تابستان بازتاب داده و اجازه خروج گرما از ساختمان را در زمستان نمی دهند.
به عنوان مثال فریم های آهنی تمام 6514 پنجره ساختمان Empire State در سال 1993 به عنوان بخشی از برنامه تغییرات آسمان خراش افسانه ای با فریم های آلومینیومی جایگزین شدند. پنجره های جدید 30% از سطح ساختمان را تشکیل می دادند و این جایگزینی باعث صرفه جویی 16% در مصرف انرژی سالانه می شد.

در سال 2012 زیمنس، مرکز کریستال را در لندن به منظور توسعه پایدار شهری گشود. ساختمان مرکزی با کاربرد نمای آلومینیومی و آخرین روش های ساخت در زمینه صرفه جویی انرژی طراحی شده بود و تنها ساختمانی در جهان بود که توانست هر دو رتبه بندی جهانی LEED و BREEAM که متداولترین سیستم های جهانی در ارزیابی ساختمان ها در قبال تاثیرات زیست محیطی هستند را کسب کند. مرکز کریستال در مقایسه با هر ساختمان دیگری در آن اندازه، 46% مصرف انرژی کمتری داشته و 65% CO2 کمتری تولید می کرد.

 
Crystal, London
اهمیت چنین محاسباتی افزایش می یابد زمانی که شما علاوه بر حال حاضر به آینده نیز فکر می کنید. مطابق پیش بینی ها جمعیت این سیاره در سال 2050 به 10 میلیارد نفر خواهد رسید. 2/3 از این تعداد در شهرها زندگی خواهند کرد که این یعنی مسائل زیست محیطی از قبیل کمبود ذخایر آب، خاک های حاصلخیز و سایر منابع بسیار شدت خواهند گرفت. با توجه به اینکه سازه های آلومینیومی 100% قابل بازیافت بوده و نقش قابل توجهی در کاهش تولید دی اکسید کربن دارند، می توان گفت که آلومینیوم فلز آینده خواهد بود.

غرفه های نمایشگاهی
تکنیک ساختار شبکه ای در معماری مدرن برای مراکز تفریحی، نمایشگاهی، تجاری و ... به کار می رود. این سبک ساختار ساختمان در سال 1896 توسط معمار و مهندس روسی ولادیمیر شوخوف توسعه داده شد. با این وجود به علت مشکل بودن محاسبات لازم، به ندرت مورد استفاده قرار گرفت. این ساختار در ساخت غرفه های نمایشگاهی با ظهور مدلسازی کامپیوتری و همچنین متریال و روش های نوین ساخت وساز متداول گشت. درنهایت باکمینستر فولر و نورمن فاستر دو معمار معروف، ساختار شبکه ای را به دنیای معماری مدرن عرضه کردند.
ساختار شبکه ای سبک اما در عین حال مستحکم نه تنها ساخت ساختمان هایی با ابعاد بزرگ را مقدور می سازد بلکه ساخت شکل هایی غیرمعمول را نیز امکان می بخشد. فولاد و آلومینیوم هر دو به عنوان موادی که امکان ساختارهایی تقریبا 70% سبک تر را می دهند، مورد استفاده هستند. علاوه براین سقف و دیواره های چنین ساختمان هایی از آلومینیوم ساخته شده بنابراین بار وارده بر ساختمان را بطور قابل توجهی کاهش می دهند.
پارک تفریحی غول پیکر Ferrari World در ابوظبی که در سال 2010 گشوده شد بزرگترین سقف آلومینیومی جهان را به مساحت 2000 مترمربع دارا می باشد. آلومینیوم مورد استفاده در سقف به اندازه آلومینیوم مورد نیاز برای ساخت 16750 فراری می باشد.

 
Ferrari World, Abu Dhabi
سالن کنسرت Sage Gateshead  در بریتانیا توسط استودیوی معماری نورمن فاستر به نحوی طراحی شده است که امواج صوتی را تداعی کند. ساختار آن شامل آلومینیوم، شیشه و فولاد است.
  Sage Gateshead, Gateshead Quays


اماکن ورزشی
همانند غرفه های نمایشگاهی، آلومینیوم بطور گسترده ای در ساخت ساختمان هایی با ابعاد بزرگ و شکل های غیراستاندارد از قبیل استادیوم ها، استخرهای سرپوشیده و سایر اماکن ورزشی کاربرد دارد. سقف ساختمان آکواتیک که برای بازی های المپیک ۲۰۱۲ در لندن ساخته شده با استفاده از آلومینیوم به شکل یک موج عظیم اقیانوس پوشش داده شده است. این سقف ۱۶۰ متر طول و ۳۰۰۰ تن وزن دارد. دو استخر ۵۰ متری، یک استخر غواصی ۲۵ متری و ۱۷۵۰۰ صندلی برای تماشاگرها در زیر آن قرار دارد.
London Aquatics Centre, London
آلومینیوم یکی از کلیدی ترین مواد در ساخت اماکن ورزشی برای المپیک زمستانی ۲۰۱۴ درsochi  بود. مساحت کل پانل های شیشه ای میدان یخ بازی و استادیوم ورزش های یخی بیش از ۱۶۰۰۰ متر مربع می باشد.
The Iceberg Skating Palace, Sochi
متخصصان در حال بررسی ویژگی ها و کاربری های جدید از آلومینیوم به عنوان یک ماده ساختمانی پایه هستند. دانشمندان دانشگاه علوم و فناوری هنگ کنک پانل های آلومینیومی نوآورانه ای را ساخته اند که می تواند در ساخت سازه های بلند استفاده شود و از نظر اقتصادی و در زمینه انرژی بهره وری بیشتری نسبت به بتن و فولاد برخوردار باشد.

  منبع: Rusal.ru