چند دهه قبل، معماران تنها میتوانستند تصوری از ایدههای خلاقانه و بناهای شگفت انگیز خود داشته باشند، درحالی که امکان ساختن چنین پروژههای جاه طلبانهای وجود نداشت. اما امروزه ساخت پهنهای شناور از حبابهای شیشهای یا استادیوم ورزشی بافته شده از تیرهای فولادی و یا حتی پوشش شفاف چادر مانندی بر روی هزاران متر مربع زمین – که صرفا میتوانست در تصور آدمی شکل بگیرد – جنبه عملی به خود گرفته است. هرچند عموم مردم، ساخت چنین بناهایی را حاصل ابتکار و خلاقیت معماران و مهندسان میدانند اما حقیقت اینست که برپایی چنین سازههایی بیش از هر چیز مدیون ویژگیهای منحصر به فرد متریالی است که بطور مخفف ETFE نامیده میشود.
(ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene یک پلیمر پایه فلوئوروکربن بسیار بادوام و با قابلیتهای فوق العاده است که از آن به عنوان متریال ساختمانی آینده نام برده میشود. این پلیمر شگفت انگیز یک پلاستیک شفاف تفلونی است که جایگزین شیشه و پلاستیکهای معمولی در بسیاری از ساختمانها شده است. هر چند این متریال با کارهای معماری شگفت انگیز به جهانیان معرفی شده است اما در حقیقت تاریخچه اختراع آن به دهه 70 میلادی برمیگردد که نخستین بار در صنایع هوانوردی به کار برده شد. ETFE از حدود 15 سال پیش مورد توجه معماران قرار گرفت و هم اکنون بناهای بسیاری در سرتاسر جهان با استفاده از آن ساخته میشوند.
ETFE در مقایسه با شیشه، امتیازات فوقالعادهای دارد که از آن جمله میتوان به وزن بسیار کم آن اشاره کرد، به گونهای که با دارا بودن یک درصد وزن، هم نور بیشتری را از خود عبور میدهد و هم عایق بهتری محسوب میشود. از لحاظ هزینههای نصب، بین 24 تا 70 درصد صرفه اقتصادی دارد. از دیگر ویژگیهای آن میتوان به حالت ارتجاعی فوقالعاده آن اشاره کرد که میتواند تا 400 برابر وزن خودش را تحمل کند. این متریال به خاطر سطوح کربنی لغزنده خود، بصورت خودکار، گرد و غبار و چرک و لکه را پاک میکند، همچنین طول عمر زیاد داشته و از قابلیت بازیافت برخوردار است.
این پروژه عظیم ترین بنای ساخته شده با استفاده از ETFE میباشد. این بنا گلخانه بزرگی با گنبدهای ژئودزیک است که قابلیت پرورش انواع گونههای گیاهی بومی اقلیمهای مختلف سرتاسر جهان را داراست. از اقلیم مدیترانهای گرفته تا جنگلهای پرباران استوایی. اما نکته اینجاست که تمام این ویژگیها مدیون قابلیتهای فوقالعاده ETFE نظیر انعطاف پذیری، سبکی، دوام و … است که معمار پروژه نیکولاس گریمشاو را در طراحی و اجرای آن یاری نموده است.
استادیوم Basel در سوئیس (2001):
این پروژه توسط معماران هرزوگ و دمورن طراحی شده است. استادیوم شکل پف کرده خود را در نمای بیرونی از پانلهای بادکردهای به دست آورده است که از ورقهای ETFE ساخته شدهاند. برای ایجاد چنین پانلهایی، هوای خشک با فشار به داخل دو ورق ETFE که از تمام جهات به یکدیگر جوش داده شدهاند، دمیده میشود. در نمای این استادیوم نام شهر باسل توسط ورقهای ETFE که دارای رنگ قرمز ثابتی هستند حک شده است و در سایر قسمتها، نما بصورت نیمه شفاف همانند پرده سینما است که با جلوههایی از طریق پرژکتورها روشن میشوند.
این استادیوم فوتبال در مونیخ، ابتکار دیگری از هرزوگ و دمورن است. لقب (قایق بادی) این استادیوم، ریشه در شکل منحصر به فرد و نیز 2800 پانل پف کرده ETFE دارد که نمای خارجی آن را پوشاندهاند. همانند استادیوم باسل، پوسته استادیوم آلیانز هم، شب هنگام روشن میشود و بسته به تیمی که در آن میزبان است به رنگهای قرمز، آبی یا سفید درمی آید.
این ساختمان ملقب به مکعب آبی است و میزبان بازیهای آبی المپیک 2008 پکن خواهد بود. در طراحی و ساخت این بنا، بر اساس ایده خاص آن، از 4000 پانل ETFE در جدارهها و سقف استفاده شده است تا جلوهای حباب مانند در داخل و خارج آن ایجاد شود. مکعب آبی دارای 5 استخر برای شنا، شیرجه و واترپلو و 17000 سکو برای تماشاگران است. همچنین این ساختمان جزء معدود بناهایی در جهان است که بیشترین بهره وری انرژی را داراست. لایههای حبابی آبی رنگ در نما، این قابلیت را بوجود آورده تا ساختمان همانند یک گلخانه، تا 90 درصد انرژی تابشی خورشید را در خود حبس کرده و از آن برای گرمایش داخلی و گرمایش استخرها استفاده شود.
به فاصله نیم کیلومتر از مکعب آبی، محل استقرار آشیانه پرنده “Bird’s Nest” یعنی استادیوم ملی پکن است که کاری دیگر از معماران، هرزوگ و دمورن میباشد. این پروژه تضادی است از یک اسکلت فولادی به هم تنیده صلب و لایه های نرمETFE که با یکدیگر ترکیب شدهاند و در واقع از لایههای ETFE برای پوشش فضاهای میان استراکچر فولادی استفاده شده است.
این پروژه که توسط دفتر معماری نورمن فاستر طراحی شده یک مرکز بزرگ تفریحی و فرهنگی است که در آستانه، پایتخت کشور قزاقستان واقع شده است. این مرکز که در حال ساخت میباشد، شامل گسترهای از فروشگاهها، کافهها، تئاترهای نمایش و … مییاشد. سازه این بنا به یک چادر غول پیکر برفراز یک کوهستان شباهت دارد. در حقیقت ETFE نقش یک ستاره را در ساخت این بنا بازی میکند و غشاء عظیم خارجی آن را تشکیل میدهد. در نتیجه این امکان فراهم میشود که در عین عبور نور به فضاهای داخلی، مردم در مقابل اثرات نامطلوب آب و هوای ناملایم، محافظت شوند و کل مجموعه در سرتاسر سال قابل استفاده گردد.
از دیگر پروژههایی که با استفاده از تکنولوژی ETFE طراحی و ساخته میشوند، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
Art Center College of Design, South Campus, 2004
Duisburg Meiderich Theater, 2005
Arts Center at Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, New York, 2008
LeMayMuseum, 2009
Earthpark project in Pella, 2010
عبور نور و امواج UV زیاد
مقاومت شیمیایی بالا در برابر اسید و باز
سایه اندازی فعال
عایق حرارتی فوق العاده
تسهیل کنندهٔ تهویهٔ طبیعی
دوستدار محیط زیست و بازدهی انرژی بالا
قابلیت پوشش دهانه‌های بزرگ در شکل‌های مختلف
تهویهٔ خودکار در هنگام آتش‌سوزی
دوام فوق العاده
عدم تاثیر پذیری از آلودگی جوی
طول عمر بیش از ۳۰ سال
بالشتک‌های پرشده از هوایی است که از ۲ تا ۵ لایه پلیمر،ETFE پانلهای ورق که از طریق فرایند ETFE ترکیبی ۲ اتیلن، به نام تترا فلورواتیلین تشکیل‌شده‌اند. ورق اکستروژن (دمیدن مذاب پلیمری درون قالبی به شکل دلخواه با فشار زیاد)، به شکل فیلم‌های نازکی درآمده، توسط یک قاب آلومینیومی نگه‌داشته میشود که به اسکلت ساختمان متصل است. این سازه غشایی مشبک سبک و شفاف، تنها تنش کششی را تحمل میکند و وزن پوسته خارجی و سیستم باربر سازه را به حداقل ممکن می‌رساند. مقاومت سازه‌ای ETFE ۲۲۲ باد میشوند که به ورق Pa بالشتک‌ها با فشار کمی، تقریباً بخشیده و سقف را به میزان بالایی عایق میکند.
به علت قابلیت بالای عبور نور سقف‌های ETFE، وضوح رنگ‌ها در زیر این سقف‌ها بسیار مطلوب است به‌گونه‌ای که در طیف امواج مرئی، انگار همواره رنگ‌ها در زیر نور روز مشاهده میشوند. از ورقهای رنگی نیز میتوان استفاده کرد. ورقهای ETFE در محدوده نور مرئی (۳۸۰-۷۸۰ nm) بسیار شفاف است به طوری که ۹۴-۹۷٪ از کل نور را عبور میدهد. میزان انتقال امواج فرابنفش (nm۳۲۰-۳۸۰) نیز بسیار خوب است (%۸۸-۸۳). شایان‌ذکر است که ورق ETFE قابلیت بالایی در جذب امواج مادون‌قرمز دارد که این ویژگی به کاهش مصرف انرژی در ساختمان کمک خواهد کرد.
با وجود اینکه ورق ETFE اولیه بسیار شفاف است به چندین روش میتوان شفافیت و عبور نور آن را به‌دلخواه تغییر داد. ورقهای ETFE میتواند با پوشش‌های مختلفی به‌منظور تغییر میزان شفافیت چاپ شود همچنین میتوان طرح‌های مختلفی بر روی آن چاپ کرد تا میزان جذب نور با حفظ شفافیت کاهش یابد یا اینکه ورق‌ها با رنگ سفید چاپ شوند تا شفافیت آن تغییر کند. میزان شفافیت با اضافه کردن لایههای دیگر به سیستم قابل‌تغییر است. با تغییر جزئی فشار در لایههای مختلف بالشتک‌ها میتوان ویژگی سایه‌اندازی و انعکاس متفاوت ایجاد کرد تا در لایههای میانی تصاویر مات به وجود آورد که متناوباً با یکدیگر همپوشانی دارند.
توان بارگذاری محدود ورق‌ها به این معنی است که حداکثر دهانه قابل باد شدن، بسته به هندسه قطعات و سقف در حدود ۴/۵m برای قطعات طولی و ۷/۵m برای قطعات مدور یا مربعی است. دهانه‌های بزرگ‌تر معمولاً باید توسط کابل‌ها یا شبکه‌های کابلی تقویت شود. در سازههایی که به‌صورت مکانیکی پیش‌تنیده میشوند، برخلاف سازه‌های بادی چندلایه که توسط اختلاف فشار هوا پیش‌تنیده میشوند، قطعات کوچک‌تر تک لایه پوسته، به سمت لبه‌ها کشیده شده و متصل میشوند (پیش تنیدگی توسط کشش ایجاد می‌گردد.) به علت توان تحمل نیروی محدود در ورقه‌ها در مقایسه با سازه‌های غشایی پارچه‌ای، کاربری آنها به سازه‌های کوچک یا برای فضاهای بزرگ، به سازه‌ای با تکیه‌گاه‌های فراوان (حداکثر با فاصله‌های ۱/۵ متر) محدودشده است.
پوشش‌های نازک برای آنکه بتوانند بارهای خارجی را بدون تغییر شکل (تا شدن) تحمل کنند، بار را در جهات مختلف بر روی سطح پراکنده کنند باید پیش‌تنیده شوند. دو روش ساخت در اینجا مطرح میشود: پیش تنیدگی بادی یا سازه‌های پشتیبان سازه‌های پیش‌تنیده مکانیکی در سازه‌های پیش‌تنیده بادی، باد شدن فشاری اضافی در فضای خالی ایجاد می کند که ورق را به‌صورت بالشتک درآورده و آن را پیش‌تنیده و پایدار میکند. فشار لازم برای پایدار کردن، بسته به نیروی سطح (۰٫۲ – ۱ KN/M²) معمولاً حدود ۲۰۰-۱۰۰۰ Pa است.
تولیدکنندگان معمولاً خود ورقه‌ها را نصب می‌کنند یا بر نصب آن نظارت می‌کنند. نصب قطعات، نیازمند ابزارهای ویژه ایست تا بالشتک‌ها و لبه آنها (که به شکل نوار است) به‌درستی در زبانه قاب نگه‌دارنده خود که به سازه متصل است جای‌گیرند. هر تولیدکننده از قطعات و اتصالات لبه خاصی، متشکل از اجزای مختلف، استفاده میکند که شامل پروفیل‌های آلومینیوم است. قطعات مجزا به هم پیچ میشوند تا بالشتک‌ها و لبه‌های آن نلغزد و از قاب خارج نشوند. به این روش اتصالات مناسبی ایجاد میشود. جای پیچ‌ها در قاب نگه‌دارنده به‌گونه‌ای در نظر گرفته میشود که پیچ‌ها نتوانند وارد ورق‌ها شوند یا به آنها آسیب بزنند. به‌جای قاب نگه‌دارنده صاف با انعطاف‌پذیری کم میتوان از بالشتک‌های حلقوی کابلی یا چندضلعی یا خمیده مسطح استفاده کرد.
فرایند ساخت و پردازش ETFE به‌عنوان یک پوسته معماری میتواند به ۴ مرحله اساسی تولید تقسیم شود: بسپارش (پلیمرازاسیون), دانه سازی (گرانولاسیون), فرم دهی (Extrusion) و آماده‌سازی بسپارش به معنی قرار دادن مولکول‌های کوچک (مونومرها) کنار هم و ساخت یک مولکول بزرگ است. پلیمر تنها از یک نوع مونومر ساخته‌شده است و مونومرهای متفاوت پلیمر ترکیبی (Copolymer) تولید می‌کنند. پلیمر ETFE از حدود ۲۵٪ مونومر اتیلن (Ethylene) و ۷۵٪ تترا فلورواتیلن (Tetra-Fluoroethylene) تشکیل‌شده است. پس از مرحله بسپارش،ETFE که به شکل پودر است حرارت داده میشود (دمای ذوب حدود ۲۶۵-۲۸۵ c) تا به شکل گرانول (پلیمر دانه‌دانه) درآید. سپس گرانول پلیمر اکسترود (عبور مذاب پلیمری با فشار درون قالبی به شکل دلخواه) یا ورقه میشود یا مصالح نیمه‌نهایی (Semi-Finished) که ورق نورد شده است، به‌دست آید.
در این مرحله بسته ابزار اکستروژن، ورقهای مورداستفاده در قطعات بادی و مسطح تفکیک داده میشوند. در حال حاضر ورقهای مسطح که از طریق فرایند اگستروژن با شکاف عریض با چگالی ۰/۷۵ gr∕Cm² تولید میشوند، به دلیل کیفیت بالا، در صنعت ساختمان به‌کار می‌روند. ورق‌ها درحال حاضر با ضخامت حداکثر μm ۲۵۰ و عرض رول ۱/۵۵ m ساخت میشوند. هم‌اکنون، شرکت‌های کمی قادرند مصالح نور شده را به‌منظور ساخت پوسته‌های معماری خمیده با مشخصات ویژه از پیش جوش دهند و با بیان دیگر از پیش آماده کنند. در جوش، اتصال موضعی سطوح و اتصال لبه‌ها به یکدیگر متفاوت است. اتصالات لبه‌ها معمولاً شامل نوار لبه بالشتک‌هایی از جنس ورق ETFE است. این نوار لبه معمولاً از جنس PVC انعطاف‌پذیر یا سیم گرد EPDM یا گاهی یک میله آلومینیومی گرد است، قطعات ورق در نقاط اتصال روی یکدیگر قرارگرفته و جوش حرارتی داده میشوند. از این طریق درزی شفاف به عرض حدود ۱۰mm ایجاد میشود که بالطبع از مصالح اولیه ضخیم‌تر است اما تنها از فاصله نزدیک قابل‌دیدن است.
طرح کلی سیستم پوشانهٔ ETFE شامل دو یا چندلایه از فیلم‌های ETFE میشود که لبه‌های آن جوش حرارتی داده میشوند تا به شکل یک بالشتک توخالی که قابل باد شدن است دربیایند. برای ساخت یک بالشتک حداقل دو فویل موردنیاز است. لایههای بیشتر ویژگیهای عایق‌کاری را بهبود می‌بخشند، گرچه شفافیت پوسته را کاهش می‌دهند. سپس این فویل‌ها به یک نیم‌رخ آلومینیومی اکستروژن شده پیرامونی، محکم میشوند که خود نیز به سازه زیرین پیچ شده است. این سازه میتواند چوب چندلایه، فولاد، آلومینیوم یا سیستم کابلی باشد.
برای حفظ مقاومت و ویژگیهای حرارتی بالشتک‌ها لازم است تا هوای داخل آنها به‌صورت مداوم تنظیم شود. بنابراین در اغلب سازه‌های ETFE شلنگ‌های نازکی در کنار بالشتک‌ها تعبیه‌شده است که به یک سیستم کامپیوتری تنظیم فشار هوا متصل هستند. این سیستم در مواقع نیاز مقداری هوا به داخل بالشتک‌ها فرستاده یا هوای اضافی داخل آنها را تخلیه میکند. به‌این‌ترتیب امکان تنظیم مقدار نور طبیعی که به فضای داخل می‌تابد نیز به وجود می‌آید.
در کنار سبکی خاصیت دیگری که ETFE دارد شفافیت بالای آن است. عبور حدود ۹۵% از نور خورشید موجب می گردد تا برای پوشش استادیوم های ورزشی که چمن آنها نیاز به نور خورشید برای رشد دارند انتخاب اول طراحان باشد. ETFE ها به علت خواص خود جاذب امواج فروسرخ خورشید هستند که مصرف انرژی را در ساختمانهای مسکونی کاهش می دهد. اگر نیاز به نور زیاد در ساختمان نباشد می توان یک لایه رنگی بر روی آن چاپ نمود و هرگونه طیف نوری که مد نظر معماران و طراحان است را می توان در زیر آن بوجود آورد.
به عات چگالی بسیار کم ETFE حجم زیادی از اصوات را جذب کرده و خاصیت اکوستیکی دارد. میزان جذب صدا بسته به اندازه محیط ، چگالی لایه ETFE ، طراحی و … دارد. این خاصیت ETFE را به گزینه مناسب برای آمفی تئاتر های روباز ، سالن های اجتماعات ، مراکز فرهنگی از قبیلسینما ، مراکز تجاری پرجمعیت ، ادارات و مراکز دولتی ، رستوران ها و کافی شاپ های مستقر در فضای باز می باشد و به غیر از سقف برای پنجره و دیوار نیز استفاده می گردند.
ETFE ها دوام بسیار بالایی در برابر نور UV خورشید دارند و تغییر رنگ نمی دهند و آلودگی هوا و صورت های دیگر آلودگی محیطی بر آن اثر گذار نخواهد بود.در تست های آزمایشگاهی با گذشت زمان هیچ گونه کاهش مقاومت کششی در آنها مشاهده نشده است و تغییر حالت به شکنندگی و یا تغییر رنگ نداشته اند. این تست های آزمایشگاهی عمر مفید یک سازه ETFE را ۵۰ سال محاسبه نموده اند.
ETFE یک ماده غیر قابل اشتعال می باشد و جزو مواد تبخیر پذیر دسته بندی می شود و در صورت آتش سوزی هیچ قطعه ای از آن سقوط نخواهد کرد که موجب گسترش آتش شود. این ماده بصورت ۱۰۰% قابل بازیافت بوده و به محیط زیست آسیبی نمی رساند.
ترجمه و تنظیم: تحریریه رستارک
مدیر تحریریه: صادق مقدم
سر دبیر: فاطمه صادقی
