معماری نور و سابقه استفاده از سقف متحرک در معماری

فروغی: بسترساز تلفيق معماری مدرن با معماری سنتی ايران

محسن فروغی (1361-1286) فرزند محمدعلي فروغي (ذكاء الملك) اديب و دانشمند نامور ايراني، در سال 1313 از دانشكده هنرهاي زيباي پاريس (بوزار) فارغ التحصيل شد و در سال 1315 به ايران بازگشت. از مهم ترين ساختمان هاي او مي توان به دانشكده حقوق دانشگاه تهران (با همكاري ماكسيم سيرو)، وزارت دارايي، آرامگاه سعدي (با همكاري علي صادق)، كاخ نياوران و همچنين شعب بانك ملي در شهرهاي شيراز، اصفهان، تبريز و بازار تهران اشاره كرد. بسياري از اين آثار، از جمله ساختمانهاي دانشگاه تهران و آرامگاه سعدي امروزه از ميراث فرهنگي كشور شناخته مي شوند، هرچند در روزگار خود بي شك آثاري پيشرو نوآورانه بوده اند. وی تحت سر پرستی علامه دهخدا در فرانسه تحصیلات معماری خود را به پایان رسانید او همراه با آندره گدار موسس دانشکده هنرهای زیبای تهران بود و پس از وی مدت 15 سال ریاست دانشکده را برعهده داشت. محسن فروغي معمار معاصر ايراني است كه در پيدايش معماري نوين ايران و شكل گيري حرفه معماري نقش برجسته اي داشته است.

فروغي نمونه اي برجسته از معماران ايراني است که با وجود تحصيل در غرب، با تکيه بر خلاقيت هنرمندانه و الهام گيري از معماري سنتي ايران در کنار معماراني چون وارطان هوانسيان، کريم طاهرزاده بهزاد و… در پيدايش معماري مدرن ايراني سهم عمده اي داشته است؛ سبکي از معماري که با استفاده از فناوري نوين ساختماني و با پشتيباني برنامه هاي مدرنيته دولت پهلوي از دهه 1310 در ايجاد نهادهاي مدرني چون دانشگاه ها، بانک ها و وزارتخانه ها به کار گرفته مي شود.

ساختمان هاي فروغي اگرچه اساساً مدرن هستند، اما در آنها از برخي عناصر و ويژگي هاي معماري ايراني نيز به شکل نوآورانه اي استفاده شده است. در اين آثار، معماري گذشته ايران اغلب به صورت استفاده از عناصر سايه ساز و ايوان يا کاشيکاري بخش هايي از نماي ساختمان نمود يافته است. کارنامه فروغي نشان مي دهد، برخلاف نظر برخي از محققان غربي، معماري مدرن در کشورهاي غيراروپايي ( از جمله ايران) نه بر مبناي تقليدي کورکورانه از معماري غربي، بلکه با آگاهي از مباني هنر معماري مدرن شکل گرفته و جوهره شاعرانه اين هنر مدرن در آثار برجسته اين معمار نوگراي ايراني نيز به روشني نمود يافته است. همچنين در اين آثار، نمونه هاي ارزنده اي از آميزش مضامين و عناصر معماري سنتي با معماري مدرن به چشم مي خورد که نشان از آگاهي اين معمار از مباني معماري سنتي ايران و شيوه تلفيق آن با معماري مدرن دارد.

ساختمان کاخ نياوران از جمله آثار متاخر فروغي است که در عرصه کاخ هاي ييلاقي شاهان قاجار برپا شده است. اين کاخ که در آغاز به عنوان محلي براي پذيرايي و اقامت ميهمانان عالي رتبه دربار طراحي شده بود، حين اجرا با ايجاد تغييراتي در کاربري و انتظام فضايي، به محل سکونت محمدرضا پهلوی و خانواده او اختصاص يافت. کاخ، حجم مکعب شکلي به ابعاد 56+40 متر و ارتفاعي حدوداً 12 متر دارد. بناي آن چهار طبقه است که سه طبقه از آن روي همکف داراي کاربري هاي سکونتي، پذيرايي و خدماتي است و يک طبقه آن در زير زمين با کاربري خدماتي و سرويس شامل آشپزخانه، سردخانه، انبار و تاسيسات احداث شده است. سبک معماري اين بنا به ويژه در نماهاي شمالي و جنوبي، به دليل تقارن کامل در پيکره آنها اندازه بازشوها و نحوه استقرار ايوان ستون دار اصلي مانند آثار اوليه فروغي، از شيوه کلاسيک الهام گرفته شده است، اما نماي غربي و شرقي آن يادآور سبک معماري مدرن است.

از ویژگی های بارز معماری این کاخ می توان به سقف متحرک آن اشاره کرد . شیوه خاص معماری محسن فروغی نیز استفاده از نور طبیعی در بنا است که به ” معماری نور” شهرت دارد.

تاریخچه بهره گیری از نور طبیعی در معماری ایران :

دانستن روند بهره گیری از نور خورشید به اندازه روند شکل گیری مصالح و یا شکل های مختلف زیربنایی ساختمان جهت طراحی بسیار لازم می باشد. اولین تاریخی که ما از آن اطلاع داریم سده ی سوم هزاره چهارم ق.م می باشد که در آن زمان جهت کسب نور و سایه از ایجاد اختلاف سطح در دیواره های خارجی استفاده می کردند. در شهر سوخته از هزاره های سوم و دوم ق.م از روی آثار خانه هایی که دیوار آنها تا زیر سقف باقی مانده بود می توان استنباط کرد که هر اطاق از طریق یک در به خارج ارتباط داشته و فاقد پنجره بوده اند . در دوره عیلام در حدود 1300 و 1400 ق.م نیز نمونه ای از پنجره های شیشه ای بدست آمده که شامل لوله هایی از خمیر شیشه می باشد که در کنار هم و در داخل یک قاب جای می گرفته و بطور حتم جهت روشن کردن داخل بنا مورد استفاده بود. از جمله کهن ترین مدارک و نمونه های در و پنجره در معماری ایران را شاید بتوان در نقش قلعه های مادی در آثار دوره “شاروکین” یافت. از روی نقش برجسته آشوری می توان روزنه هایی را که بر روی برج ها ساخته شده اند تشخیص داد.

در اصل از خصوصیات سبک پارسی، تعبیه سایبان و آفتابگیر منطقی و ضروری برای ساختمان هاست . در این دوره از اصل اختلاف سطح ، جهت جذب نور به داخل استفاده می شد.

ساسانیان تمایل به نشان دادن تضاد بین سایه و روشنایی داشته اند و این امر درتمام بناهای آنها مشهود است. نوک گنبد های بناهای چهار طاقی آن ها بصورت روزنه درآمده زیرا برای افروختن آتش بدان احتیاج داشته اند. ایوان کرخه در خوزستان، طرز نور گرفتن از اطاق را برای اولین بار نشان می دهد، البته در بناهایی که طاق ضربی داشته اند معمولاً تأمین نور از آن قسمت هایی بوده که سقف مسطح داشته اند. روش استفاده از طاق گهواره ای که از انواع طاق سازی های عصر ساسانی است به معمار اجازه می داد که در فاصله میان دو قوس ، پنجره تعبیه نماید و روشنایی بنا را تأمین کند.

تاریخچه بهره گیری از نور طبیعی در معماری دیگر نقاط جهان:

در مصر باستان نور دارای اهمیتی ویژه بوده است. بنا به موقعیت سرزمین مصر، شدت نور و در نتیجه تضاد میان سایه و روشن بسیار زیاد می باشد. فرم های صریح و هندسی که در معماری مصر از آن استفاده می شده است با گوشه های تیز و دقیق در زیر نور شدید اثری خاص داشته است.

در مورد معابد یونانی هم می توان گفت که بیشتر این معابد مجسمه وار بودند و اثر آنها می بایستی بیشتر بر فضای پیرامون معبد باشد. تنها وظیفه داخلی معبد نگاهداری مجسمه های مذهبی بوده است. در بسیاری از معابد یونانی با استفاده از یک آب نما که در فاصله بین مجسمه و در ورودی ساخته می شد نورپردازی مجسمه را اصلاح می کردند. نوری که به داخل می تابید با برخورد به سطح آب منعکس می شد و مجسمه را روشن می ساخت. در فضاهایی که احتیاج به نور بیشتری داشتند، یونانیان از نور سقف استفاده می کردند . بخشی از سقف را با ارتفاع بیشتر ساخته و از فضایی که به این ترتیب به وجود می آمد برای تاباندن نور به داخل استفاده می کردند.

“لوئی کان” به دلیل حساسیتش نسبت به ارزش نور در طراحی ساختمان «شاعر نور پردازی» نامیده شده است و “موزه هنری کیمبل” که توسط او طراحی شده چکیده تمام طراحی های خوب نورپردازی با نور روز می باشد. این ساختمان می بایست در زمره کلاسیک های تمام دوران ها قرار گیرد.

از قدیم نورپردازی موزه های هنری با شک و تردید فراوان همراه بوده، زیرا اشعه ماوراء بنفش موجود در نور روز، بخصوص بر نقاشی ها ، می تواند تأثیر مخرب داشته باشد. “کان” ملایم ترین سطح نور روز را برای روشنایی محیط در “موزه کیمبل” انتخاب کرد، با تصور اینکه تأثیر مخرب وجود نداشته یا حد اقل بسیار کم خواهد بود. او انتظار داشت با نور روز احتیاجات بیولوژیکی را ارضا نماید، و ایجاد احساس آرامش از طریق آگاهی به زمان، و فراهم نمودن حالت ها و احساس های بسیاری دیگر. این موزه از یک سری طاق های مدور بتنی متصل به یکدیگر به طول 30 متر و به عرض 7 متر با یک نورگیر سقفی شفاف در امتداد برآمدگی هر طاق ساخته شده است. نور روز از طریق «اتصالات نور طبیعی معلق natural light fixture که در زیر نورگیر سقفی قرار دارد بازگردانده و تصفیه می شود. اتصالات نور روز شامل قابی است که صفحه ای فلزی به آن متصل شده است، و دارای سوراخ های ریز می باشد که اجازه نفوذ مقداری از نور روز را داده تا هر گونه کنتراست شدید ممکن بین قسمت تحتانی اتصالات و اطراف آن را تعدیل نماید.

از دیگر بناهایی که از نور روز به زیبایی هر چه تمام تر در آن بهره گیری شده ساختمان جدید «بانک هنگ کنگ و شانگهای» اثر “نورمن فاستر” است. در این ساختمان سعی شده تا با استفاده از یک آئینه مقعر غول آسا سالن ورودی را که در داخل ساختمان قرار دارد و بیش از سی متر ارتفاع دارد روشن کنند. با استفاده از یک آیینه که در بیرون ساختمان است ابتدا نور به داخل ساختمان منعکس می شود و سپس با استفاده از آیینه دوم ، نور 90 درجه تغییر جهت پیدا کرده و از بالا به داخل سالن ورودی تابانده میشود.

تاریخچه استفاده از سقف متحرک در معماری:

ساخت بناهایی با سقف منعطف از اعصار پیشین رواج داشت. بناهای تاریخی بسیاری با سقف بازشو وجود دارد. از تالارهای رومی تا چادر عشایر ، مرکب از تیرهای چوبی و ترکه های عمودی است که با طناب به هم متصل می شدند. طناب ها می‌توانستند به طور موازی مابین تیرها حرکت کنند. با کشیدن طناب‌ها می‌توانستند زاویه قرارگیری سقف را با توجه به نور خورشید تغییر دهند.

سازه اصلی چادرهای مخروطی شکل از تیرهای چوب است. محل قرارگیری راه خروج دود در راس چادر مطابق جهت باد تغییر می‌کند. همچنین پوسته‌های یکسان با ارتفاع متفاوت قابل برپایی بودند.

قدیمی‌ترین تصویر باقی‌مانده از سقف چتری شکل متعلق به ۱۳ قرن قبل از میلاد تصویر پادشاه آشور، “آشوربانیپال” را با چتر خورشیدی، نشانگر قدرت و سلامت جاویدان، نشان می‌دهد. این ساختمان پس از گذشت سال‌ها همچنان به شکل اولیه خود باقی مانده است. پرده با نیروی کششی و تیر مرکزی که نیروی فشاری هر واحد را تحمل می‌کند.

در قرن پانزدهم میلادی “لئوناردو داوینچی” بر اساس مطالعات فراوان سازه‌ای، یک مکانیزم مسطح ساده قابل گسترش را طراحی و در جلد اول کتاب خود معرفی کرد.

سازه‌های قابل گسترش در ابتدا برای حفظ حالت باز و بسته شونده خود در اندازه‌های کوچک ساخته می‌شدند. در پی تصمیم دولت ایالات متحده‌آمریکا در سال‌های ۱۹۸۰ برای تاسیس یک پایگاه فضایی، ناسا هزینه تحقیق در خصوص سازه‌های باز و بسته شونده را فراهم کرد. هدف از این تحقیق ساخت سیستم‌های مهندسی بازو بسته شونده‌ای بود که بتواند جهت حمل به فضا در فضاپیما جای گیرد. این سازه‌ها می‌بایست پس از حمل به فضا گسترش یافته و به اصطلاح منبسط یا منفجر شوند. به این طریق حجم‌های مثل آنتن‌ها و خودروی فضایی بسته بندی شده ساخته شد تا زمانیکه به مدار یا سطح سیاره رسیدند باز شوند. حجم بسته‌بندی کم، سرهم بندی سریع و گسترش و بسته شدن آسان از معیارهای طراحی این سازه‌ها بود. اگر چه طرح مذکور در سطح کلان اجرا نشد، ولی هنوز هم سازه‌های کوچک یا اشیاء باز و بسته شونده‌ای مانند گیره خورشیدی و آنتن‌ها،‌ کماکان مورد استفاده است.

دانشگاه کمبریج از جمله مراجعی است که در زمینه سازه‌های قابل گسترش تحقیق کرده است . “سرجیو پلگرینو” از این دانشگاه حلقه‌ای را ساخت که قابل گسترش است. حلقه از میله و کابل تشکیل شده و تعداد میله‌ها در هر اتصال ۴ عدد است که در وسط طول دو به دو به شکل قیچی به یکدیگر لولا شده‌اند. اتصالات را تعدادی کابل‌های فعال و غیر فعال به یکدیگر متصل می‌کنند. به این ترتیب که با حرکت و گسترش سازه، کابل‌های فعال توسط قرقره‌ها جمع شده و رفته رفته کابل‌های غیر فعال وارد عمل می‌شوند تا در نهایت در کشش کامل قرار گرفته و سازه شکل نهایی خود را ثابت کند.

سازمان فضایی و هوانوردی ژاپن نیز تحقیقات جامعی در خصوص سازه‌های قابل گسترش انجام داده است. “کوریر میورا” با همکارانش توانسته‌اند اصول پیچیده ریاضی را با هنر” اوری‌گامی” ترکیب نموده و به سطوح قابل گسترش دست یابند. در واقع مجموعه تاشده کاملا مسطح را تنها با قطعات مسطح می‌توان به دست آورد به نحوی که وقتی این قطعات به روی هم قرار می‌گیرند، مجموعه بدون انحنا باقی بماند.

در دو دهه اخیر هزینه برپایی مسابقات ورزشی و کنسرت ها به نحو چشمگیری افزایش یافته و هزینه‌های لغو هر کدام از آنها بیش از پیش سنگین‌تر گردیده است. در فاصله زمانی بین سال‌های ۱۹۹۸ تا ۲۰۰۲ نه مرتبه “مسابقات تنیس ویمبلدون” در شرایط آب و هوای بارانی برگزار گردید. به دلیل نیاز چمن زمین به نور خورشید و لزوم سرباز بودن زمین، یافتن راهی برای سرپوشیده نمودن مرکز زمین در زمان‌های مقتضی ضرورت یافت. برای غلبه بر چنین مشکلاتی ساخت استادیوم‌ها و استخرها با سقف متحرک رواج یافت.

ایده ساخت سقف متحرک از سوی “پینه‌رو” مطرح شد. او سازه قابل بسطی را به کمک مکانیزم قیچی طراحی کرده بود. به دلیل عمر کوتاه پینه‌رو تمام تحقیقات او در این خصوص تنها ۹ سال به طول انجامید. اما تاثیرات شگرفی بر آیندگان داشت. او درکل بر روی دو نوع سازه مختلف کار کرد :

• سازه مشبک مجزا
• سازه قابل گسترش
• اکثر سازه‌هایی که “پینه‌رو” به آن توجه داشت، اغلب در حوزه تمرین و قدم‌های نخستین یک حرکت بودند. مانند:
• تئاتر متحرک برای فستیوال‌ها
•  سالن سینما پروجکشن
• سقف موزه پالئوکریستین در تاراگونا
•  گنبد موزه دالی

سامانه سازه قابل گسترش او به لحاظ آسانی و سرعت عمل در باز و بسته شدن، ایده‌هایی را که تا آن زمان در این خصوص وجود داشت، متحول نمود. او از ترکیب ورقه‌ای نازک ، حجم‌های مسطح و محدب پدید آورد.

در سال ۱۹۶۴ معمار آلمانی ” فرای اتو” موسسه‌ای برای تحقیق در خصوص سقف های متحرک را بنیان نهاد. فرای اتو و همکارانش سیستم طبقه بندی آنرا توسعه دادند. آنها بین سقف‌های صلب و سقف‌های پوسته‌ای تمایز قایل شدند.

در دو دهه اخیر توان بشر برای ساخت سقف‌های متحرک افزایش بی‌نظیری یافته است. اساس این تحول انعطاف‌پذیری و بهینه شدن اقتصادی اجرای آنها نسبت به سایر سقف‌های ثابت و سنتی است که معیار ارزیابی مزیت این گونه سازه‌ها نیز گردید. از لحاظ تطابق سقف‌های منعطف با اقلیم منطقه در تمام روزهای سال مزیت چشمگیری بر سایر روش‌ها دارد.

یکی از کاربردهای شبکه‌های فضایی قابل گسترش و تاشونده، ایجاد سازه‌های بزرگ برای حفاظت از تجهیزاتی مانند “صفحات فتوولتائیک” است. این شبکه فضایی می‌تواند به صورت فشرده ساخته شده و به فضای مورد نظر منتقل گردد.

کاخ اختصاصی نیاوران و اطلاعاتی درباره سقف متحرک آن :

همانطور که پیش تر گفته شد مهندس محسن فروغی پیشتاز استفاده از نور طبیعی در معماری بوده است ، سبکی که به “معماری نور” شهرت یافت . وی که مهندس معمار کاخ اختصاصی نیاوران بود با الهام از این سبک ، برای این کاخ سقف متحرک و بازشویی طراحی کرد که علاوه بر زیبایی و تهویه هوای آن ، در مواقعی نور کاخ را نیز تأمین می کرد . سازه اصلی روی سقف متحرک کاخ اختصاصی نیاوران از نوع شیروانی آلومینیومی می باشد و دارای تابلو فرمان الکترو مکانیکی سه فاز با کنتاکتورهای قدرت و همچنین مجهز به سیستم کنترل فاز جهت جلوگیری از دو فاز شدن سیستم موتور گیربکس ( جعبه دنده ) و سوختن سیم پیچ الکترو موتور است . این سازه علاوه بر داشتن اهرم دستی، مجهز به فیوزهای مینیاتوری سه فاز جهت روشن و خاموش شدن و همچنین دکمه های شروع(start)  و توقف (stop) جهت فرمان دادن به سقف برای باز و بسته شدن می باشد . همزمان با روشن شدن الکترو موتور 380 ولتی سقف ، سقف از وسط به دو نیم باز می شود و روی ریل های ثابت حرکت می کند . علاوه بر داشتن دکمه توقف , این ریل مجهز به فاینال سوئیچ هایی در ابتدا و انتهای خود است که به محض تماس قرقره های رولیک متحرک سقف به آنها ، از حرکت باز می ایستند .

در پایان به ذکر نام بناهایی با سقف متحرک اشاره می شود:

• کاخ اختصاصی نیاوران در مجموعه فرهنگی – تاریخی نیاوران
• موزه هنر میلواکی : در پوشش سقف موزه میلواکی می توان استعاره ای از بال های یک پرنده را در طرح دید . این پوشش متشکل از 24 فین
• متحرک در دو سوی محور اصلی می باشد.
• ورزشگاه اسکای دام تورنتو
• ورزشگاه بال پارک فونیکس آمریکا
• ورزشگاه سیف کوفیلد سیاتل
•  رلیانت استادیوم هوستون
•  استادیوم جدید ویمبلی لندن
•  مسجد پیامبر (ص)
• ورزشگاه شالکه آلمان
•  ورزشگاه در حال ساخت قطر برای مسابقات جام جهانی 2022