فولاد: ماده‌ای که ساختار معماری قرن بیستم را شکل داد
فولاد به‌عنوان ماده‌ای در ساختار تقریباً تمام آثار معماری قرن بیستم حضور دارد: در اتصالات، صفحات، میخ‌ها، پیچ‌ها و مهره‌های کف‌ها و چارچوب‌های چوبی؛ در میله‌های تغییر شکل یافته‌ای که در ماتریس سیمان و سنگ بتن مسلح پنهان شده‌اند؛ و در ستون‌ها و تیرهای عریض نورد گرم که به چارچوب‌های اسکلت فولادی شناخته می‌شوند. اگرچه تاریخچه استفاده از فولاد به‌عنوان ماده ساختمانی حداقل به قرن پنجم پیش از میلاد بازمی‌گردد و پتانسیل آن برای انقلابی کردن فرآیند و فرم ساختمان‌سازی در قرن نوزدهم تا حد زیادی آشکار بود، اما در قرن بیستم بود که بیان معماری فولاد به‌طور کامل مورد بررسی قرار گرفت.
تعریف فولاد
فولاد به هر فلزی که عمدتاً از آهن تشکیل شده باشد، اطلاق می‌شود. بااین‌حال، این اصطلاح اکنون به‌طور محدودتری برای فولادهای کم‌کربن که در اواسط قرن نوزدهم ظاهر شدند و فولادهای مقاوم در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی (“هوادیده”) و فولادهای ضدزنگ که اخیراً توسعه یافته‌اند، به کار می‌رود. محصولات آهن ریخته‌گری و آهن چکش‌کاری‌شده در قرن نوزدهم به‌طور گسترده در ساختمان‌سازی استفاده می‌شدند، اما در ابتدای قرن بیستم به‌طور عمده توسط اعضای فولادی نورد گرم جایگزین شدند. پیروزی نهایی فولاد بر اشکال قبلی آهن به دلیل ویژگی‌های ساختاری برتر آن و همچنین فرآیند تولید کارآمدتر آن بود که بر اساس نوآوری‌های افرادی چون بسمر، زیمنس، توماس و دیگران، هزینه آن را به‌شدت کاهش داد و تولید آن را افزایش داد.
فولاد و توسعه شهری
نیازهای صنعت راه‌آهن در اواسط قرن نوزدهم و افزایش چشمگیر پروژه‌های ساختمانی بزرگ، ساخت‌وساز با فولاد را با سرعت فزاینده توسعه تجاری و صنعتی قرن بیستم پیوند داد. این توسعه اقتصادی و اجتماعی واکنش‌های متفاوتی را به همراه داشت. معمار شیکاگویی، لوئیس سالیوان، نوعی شعر معنوی را در گرایش عمودی قاب فولادی یافت. آینده‌گرای ایتالیایی، سانت‌الیا، در سال 1914 اعلام کرد که پل‌های فولادی، ایستگاه‌های راه‌آهن، خودروها و هواپیماهای عصر مدرن، گسستی رادیکال با فرم‌های سنتی گذشته را نشان می‌دهند.
مسائل فنی و زیبایی‌شناختی
با توسعه معماری فولاد، مسائل رسمی و فنی دیگری نیز مطرح شدند:
- تطبیق الزامات ضدحریق و محافظت در برابر خوردگی با تمایل به بیان مستقیم
- بهره‌گیری از پتانسیل استانداردسازی، پیش‌ساختگی و تولید انبوه
- بیان ایده سبکی و ظرافت یا تکنیک‌های بار و مقاومت.
آسمان‌خراش‌های فولادی
معماران مکتب شیکاگو در اواخر قرن نوزدهم پیشگام ساختمان‌های اداری فولادی شدند. در نیویورک، ساختمان‌های سنگی و فولادی اوایل قرن بیستم، مانند برج وول‌ورث (1913)، به نمادهایی فرهنگی تبدیل شدند.
بیان مستقیم ساختار فولادی
نمونه‌هایی از بیان مستقیم ساختار فولادی شامل استفاده از تیرها و ستون‌های فولادی مقاوم در برابر خوردگی و رنگ‌آمیزی‌شده در ساختمان‌هایی مانند ساختمان شوالیه‌های کلمبوس (1969) و ساختمان U.S. Steel (1972) است. همچنین، استفاده از فرم‌های هندسی خرپاها و قاب‌ها، مانند ساختمان بانک چین (1990) و بانک هنگ‌کنگ و شانگهای (1986)، نشان‌دهنده رویکردی دیگر در بیان ساختار فولادی است.
نقش فولاد در شکل‌گیری سبک‌های معماری
- مکتب معماری شیکاگو (Chicago School):
استفاده از اسکلت‌های فولادی در طراحی آسمان‌خراش‌های اولیه، که باعث انقلاب در ساخت‌وساز مدرن شد. - معماری مدرن (Modern Architecture):
فولاد به‌عنوان یکی از مصالح اصلی برای ساخت بناهای نمادین و ساده‌گرایانه، مانند خانه فارنسورث اثر میس وندروهه. - معماری های‌تک (High-Tech Architecture):
نمایش اسکلت سازه‌ای فولادی به‌عنوان جزئی از طراحی، مانند مرکز پمپیدو در پاریس. - سازه‌های خرپایی و قوسی (Truss and Arch Structures):
استفاده از فولاد در ساخت پل‌ها و سقف‌های بلند و قوسی‌شکل. - سازه‌های کششی و غشایی (Tensile and Membrane Structures):
ترکیب فولاد با کابل‌ها و پوسته‌های کششی برای ساخت استادیوم‌ها و فضاهای عمومی بزرگ. - معماری صنعتی (Industrial Architecture):
کاربرد فولاد در ساختمان‌های صنعتی، کارخانه‌ها، و انبارها به دلیل استحکام و قابلیت تولید انبوه.
سازه‌های سقف بلند با استفاده از فولاد
استفاده از فولاد در سازه‌های سقف بلند ریشه در پل‌ها، ایستگاه‌های قطار، بازارها و سالن‌های نمایشگاهی قرن 19 دارد. سازه‌هایی مانند کاخ کریستال (1851) در لندن و گالری ماشین‌ها (1889) در پاریس، پتانسیل آهن (و فولاد در مورد گالری) را نشان دادند. در قرن 20، عملکردهای جدیدی نیاز به سقف‌های بلند داشتند، از جمله آشیانه‌های کشتی‌های هوایی و هواپیماها و همچنین کارخانه‌های تک‌طبقه که با تکنیک‌های خط تولید انعطاف‌پذیر در صنعت خودرو هماهنگ بودند.
توسعه و نمونه‌های اولیه
تیرهای خرپایی فولادی که از پل‌های قرن 19 سرچشمه گرفتند (مانند پل خرپایی فولادی فورث در اسکاتلند، که در زمان تکمیل آن در سال 1890 طولانی‌ترین سازه جهان بود)، در کارخانه‌ها و ساختمان‌های دیگر برای ایجاد فضاهای بزرگ و بدون ستون استفاده شدند. کارخانه گلن مارتین (1937) توسط آلبرت کان در مریلند، با تیرهای خرپایی 300 فوتی، یکی از بزرگترین دهانه‌های سقف تخت آن زمان را ایجاد کرد.
قوس‌ها و قاب‌های فولادی خرپایی
قوس‌ها و قاب‌های فولادی خرپایی، که از طراحی پل‌های قرن 19 الهام گرفته شده‌اند، راه‌حل‌هایی سبک و کارآمد برای دهانه‌های بلند ارائه دادند. نمونه‌هایی شامل کارخانه توربین AEG (1909) توسط پیتر بهرنس در برلین است که قوس‌های فولادی تکراری در نمای جانبی آن نمایان است. مرکز ساینزبری (1977) توسط نورمن فاستر نیز از قاب‌های فولادی لوله‌ای استفاده می‌کند که خدمات مکانیکی ساختمان را در خود جای داده و فضایی شفاف برای نمایشگاه‌ها ایجاد می‌کند.
سازه‌های چندوجهی و قاب‌های فضایی
سازه‌های چندوجهی، مانند گنبدهای ژئودزیک باکمینستر فولر، گامی مهم در معماری فولادی محسوب می‌شوند. نمونه‌هایی از این طراحی‌ها شامل مرکز کنوانسیون جاویتس (1986) در نیویورک و سوپردوم لوئیزیانا (1975) هستند که از قاب‌های فضایی و سقف‌های لاملا برای کاربردهای وسیع استفاده می‌کنند.
سازه‌های کششی و غشایی
سازه‌های کششی و غشایی از کابل‌های فولادی و غشاهای پارچه‌ای برای ایجاد سازه‌هایی فوق‌العاده سبک و دهانه‌های بلند استفاده می‌کنند. ساختارهای چادری فری اتو برای پاویون آلمان (1967) و المپیک مونیخ (1972) نمونه‌هایی برجسته در این زمینه هستند. گنبد هزاره (1999) توسط ریچارد راجرز نیز از شبکه‌ای از کابل‌های فولادی و 12 ستون فولادی شیب‌دار استفاده می‌کند.
توسعه اتصالات جوشی
با توسعه اتصالات جوشی، که در اواخر قرن 19 اختراع شدند اما تا دهه 1920 در ساختمان‌ها استفاده نشدند، تیرها و قاب‌های فولادی به شکلی ساده‌تر و مدرن‌تر طراحی شدند. ساختمان‌های میس ون در روهه در مؤسسه فناوری ایلینوی در شیکاگو، به‌ویژه کراون هال (1956)، این نوع از بیان معماری فولادی را نشان می‌دهند.
خانه
استفاده از فولاد در ساخت کارخانه‌ها، ایستگاه‌های قطار، سالن‌های بازار و ساختمان‌های اداری، هم‌زمان با توسعه صنعت و تجارت در قرن‌های ۱۹ و ۲۰ صورت گرفت. با این حال، استفاده از فولاد در طراحی مسکونی قرن بیستم، برخلاف تعریف مشهور لوکوربوزیه که خانه مدرن را به‌عنوان “ماشینی برای زندگی” توصیف می‌کند، پایه و اساس عینی کمتری داشت. اگرچه فناوری فولاد برای تولید خودرو، قطار، کشتی‌های هوایی و هواپیماها حیاتی بود، تلاش‌ها برای طراحی خانه‌هایی با قطعات فولادی پیش‌ساخته، استاندارد و انعطاف‌پذیر، عموماً موفقیت‌آمیز نبود.
در حقیقت، اگرچه حداقل یک خانه فولادی ضدحریق به نام خانه رید (۱۸۹۴) در شیکاگو توسط بیِرز، کلی و داتون ساخته شد، اما ابهاماتی در مورد مناسب بودن فولاد نمایان در فضای داخلی خانه و همچنین هزینه بالای آن در مقایسه با سیستم‌های ساخت‌وساز مسکونی سنتی وجود داشت. این مسائل باعث شد که کاربردهای اولیه قاب‌بندی فولادی در ساخت مسکن به تأخیر بیفتد.
یک خانه آزمایشی با قاب فولادی برای نمایشگاه باهاوس آلمان در سال ۱۹۲۳ توسط جورج موشه و آدولف مایر ساخته شد، اما این خانه و طراحی بعدی آن در سال ۱۹۲۷ تأثیر ماندگاری نداشتند.
اولین خانه‌های فولادی تأثیرگذار
اولین خانه‌های فولادی تأثیرگذار در اواخر دهه ۱۹۲۰ در دو سوی اقیانوس اطلس ساخته شدند و قدرت بیانی خود را از ترکیب قاب‌های فولادی با سطوح بزرگ شیشه‌ای به دست آوردند. نمونه‌های برجسته شامل:
در این خانه‌ها، استفاده از فولاد به شکل‌های مختلف بیان شده است. به عنوان مثال، نوترا از قاب فولادی در ترکیب با بتن و شیشه برای ایجاد ترکیبی انتزاعی بهره برده است. در خانه توگندهات اثر میس ون در روهه، قاب فولادی پیچ‌شده به‌طور کامل نمایان نیست، بلکه ستون‌های فولادی با ورق کروم پوشانده شده و بین صفحات انتزاعی کف و سقف قرار گرفته‌اند.
پس از جنگ جهانی دوم
پس از جنگ جهانی دوم، به‌ویژه در ایالات متحده، فولاد به‌عنوان ماده‌ای مناسب برای ساخت‌وساز مسکونی ترویج شد. نمونه‌ای از این تلاش‌ها، خانه ایمز (۱۹۴۹) اثر چارلز و ری ایمز بود که در کالیفرنیا ساخته شد. این خانه زیبایی‌شناسی را بر اساس مونتاژ عناصر فولادی استاندارد و تولید انبوه، مانند تیرهای فولادی شبکه‌ای و صفحات راه‌راه فولادی ارائه می‌کرد.
دو خانه فولادی برجسته دیگر در اواخر دهه ۱۹۴۰ شامل:
در این خانه‌ها، تأکید بیشتر بر کیفیت‌های فرمی و زیبایی‌شناسی بود تا مسائل اقتصادی و استانداردسازی. خانه فارنسورث با صفحات افقی فولادی که از ستون‌های بیرونی کنسول شده‌اند، طراحی شده و از سطح زمین بلند شده است. در مقابل، خانه شیشه‌ای جانسون مستقیماً روی زمین قرار دارد و ستون‌های فولادی سیاه‌رنگ آن داخل صفحه شیشه‌ای قرار گرفته‌اند.
فولاد به‌عنوان پوسته
علاوه بر ساختار، فولاد به‌عنوان روکش غیرسازه‌ای یا “پوسته” نیز در معماری استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از این کاربرد شامل:
همچنین، آثار مجسمه‌گونه‌ای مانند طاق گیت‌وی اثر ارو سارینن و پاولیون هایدی وبر اثر لوکوربوزیه، نشان‌دهنده استفاده منحصربه‌فرد از فولاد به‌عنوان ترکیبی از ساختار و پوسته هستند.