18424

۱۸۴۲۴

مدل ارزيابي طرح معماري نما با پوشش سنگ طبيعي به منظور پيش‌بيني عمر مفيد آن

دكتري تخصصي

معماري

بهمن ماه ۱۳۹۶

دكتر احمد اخلاصي - دكتر سيد باقر حسيني

پروفسور جورج دي بريتو - دكتر رحمان فرنوش

معماري و شهرسازي

در دهه‌هاي اخير، مطالعات و استانداردهاي بين‌المللي متعددي با هدف ارائه روش‌هايي براي ارزيابي دوام ساختمان‌ها به‌علاوه پيش‌بيني عمر مفيد آن‌ها مطرح شده است. چرا كه پيش‌بيني عمر مفيد ساختمان‌ها و اجزا آن‌ها اهميت فوق‌العاده‌اي براي مفهوم محيط زيست پايدار دارد و استفاده معقولانه‌تر از منابع را ممكن مي‌سازد. از طرفي نماي خارجي به عنوان جزئي از پوسته ساختمان و بيروني‌ترين لايه آن است كه بيشتر در معرض عوامل فرسايش مي‌گيرد، بنابراين بيشتر مستعد آسيب است. همچنين مطالعات انجام شده در زمينه عمر مفيد نماهاي با پوشش سنگ طبيعي نشان مي‌دهد كه از ميان عوامل مؤثر در بروز آسيب‌هاي مختلف در قطعات سنگي و يا سيستم اتصال سنگ به نما، خطاها و تصميمات اشتباه مرحله طراحي به طور مستقيم يا غيرمستقيم، تأثيرگذار است. از اين رو، اين پژوهش يك مدل ارزيابي طرح معماري نماهاي با پوشش سنگ طبيعي ارائه مي‌كند كه ميتواند به عنوان ابزار پشتيبان به طراح در دستيابي به طرح بهينه نما با حداكثر ميزان عمر مفيد، ياري رساند. در اين راستا اين رساله در چهار گام اصلي تعريف شده است. در گام اول، با هدف دستيابي به تعاريف و مباني مورد نياز فرآيند پژوهش، به بررسي متون تخصصي و تحقيقات صورت‌گرفته قبلي پرداخته و با استفاده از راهبرد استدلال منطقي در گام داوري، چارچوب فني، نظري و مفهومي رساله، استخراج شده است. سپس در گام دوم، به منظور گردآوري داده‌هاي مورد نياز پژوهش، از راهبرد تجربي از نوع طرح پس از وقوع و ابزار مشاهده استفاده شده است. در گام سوم تحقيق، با هدف شناسايي متغيرهاي اصلي براي مدل پيش‌بيني عمر مفيد، ابتدا شاخص عددي فرسايش براي هر نمونه، محاسبه و سپس با استفاده از آزمون‌هاي آماري، نسبت به تعيين متغيرهايي كه رابطه معناداري با متغير وابسته دارند، اقدام مي‌گردد. در گام پاياني پژوهش، با استفاده از مؤلفه‌هاي تعيين شده در مرحله قبل، مدل نهايي براي پيش‌بيني عمر مفيد پوشش سنگ طبيعي نما ارائه مي‌شود ودر پايان، اعتبار خروجي‌هاي مدل پيشنهادي بر اساس شاخص‌هاي آماري مورد سنجش قرار گرفته و حساسيت، صراحت و دقت آن مورد ارزيابي واقع شده است. در تحقيق حاضر، داده‌هاي مربوط به 507 نماي با پوشش سنگ طبيعي در دو شهر تهران (ايران) و ليسبون (پرتغال) در دو بخش 1) مشخصات ساختمان و نماي مربوطه و 2) نوع و وسعت آسيب‌هاي پوشش نما، جمع‌آوري شده و سپس شاخص عددي شدت فرسايش ( ) براي هر نمونه، محاسبه گرديده است. با استفاده از برازش منحني در نمودار پراكندگي و حل معادله منحني فرسايش مربوطه، نسبت بين عمر مفيد تخميني و عمر مفيد مرجع براي تمامي ويژگي‌هاي مورد مطالعه به دست آمده است. اين نسبت به طراحان اين امكان را مي‌دهد كه تأثير منفي شرايط محيطي و ويژگي‌هايي از پوشش نما كه انتخاب آن‌ها در اختيار آن‌ها نيست را با استفاده از ويژگي‌هاي قابل تغيير، به منظور بهبود عملكرد نما در طول چرخه حياتش، كنترل نمايند. از ميان كل داده‌هاي گردآوري شده در اين پژوهش، داده‌هاي حاصل از برداشت 365 نمونه داراي پوشش سنگ طبيعي اجرا شده با سيستم مستقيم در دو شهر تهران (162 نمونه) و ليسبون (203 نمونه) شامل 8 ويژگي: شهر محل قرارگيري ساختمان، جنس سنگ، رنگ سنگ، ابعاد قطعه سنگ (مساحت آن)، نوع بافت سطح سنگ، محل قرارگيري پوشش سنگي بر روي نما، جهت جغرافيايي نما و سن نما به عنوان داده‌هاي ورودي مدل نهايي انتخاب گرديد و با استفاده از آزمون‌هاي آماري معنادار بودن رابطه آن‌ها با متغير وابسته (شدت فرسايش) و همچنين بررسي عدم وجود هم‌خطي بين آن‌ها، مورد سنجش قرار گرفته است. در مرحله آخر، مدل فازي مبتني بر سيستم استنتاج عصبي- فازي تطبيقي (ANFIS) براي پيش‌بيني عمر مفيد نماهاي با پوشش سنگ طبيعي اجرا شده با سيستم مستقيم به كار گرفته شد و به منظور بهينه كردن مدل پيشنهادي، از الگوريتم تكاملي تراكم ذرات (PSO) استفاده گرديد كه بررسي نتايج به دست آمده، نشان از عملكرد بهتر آن نسبت به مدل اوليه دارد. نتايج اعتبارسنجي مدل پيشنهادي نشان مي‌دهد كه خطاي آن به طرز چشمگيري كاهش يافته و همچنين همبستگي مدل با داده‌هاي مورد مطالعه، نشان از عملكرد مطلوب آن نسبت به مدل‌هاي ارائه شده در مطالعات مشابه دارد. از طرف ديگر، با توجه به ميانگين درصد خطاي مطلق (MAPE)، مدل نهايي تحقيق حاضر، در دسته مدل‌هاي پيش‌بيني با قابليت پيش‌بيني‌كنندگي بسيار خوب قرار مي‌گيرد و محاسبه دقت، حساسيت، و صراحت مدل پيشنهادي، نشان از قابليت طبقه‌بندي مطلوب آن و همچنين نزديك‌تر بودن خروجي‌هاي آن با واقعيت دارد. با در نظر گرفتن اين نكته كه همه متغيرهاي 8 گانه مورد استفاده در مدل پيشنهادي، در مرحله طراحي نما قابل دسترس بوده و بجز جهت جغرافيايي، سن نما و شهر، توسط طراح تعيين مي‌گردد، اين مدل با در نظر گرفتن تأثير متقابل همه آن‌ها، شدت فرسايش پوشش سنگي نما را محاسبه مي‌كند. بنابراين اين امكان براي طراح فراهم مي‌شود كه زمان رسيدن خاتمه عمر مفيد نماي با پوشش سنگي طراحي شده را در مرحله طراحي پيش‌بيني كرده و تأثيرات متغيرهاي مختلف بر روي افزايش يا كاهش آن را ارزيابي كند. در واقع، اين مدل در واقع يك ابزار كمك طراح است كه فارغ از آگاهي معماران از دانش عمر مفيد، به آن‌ها اين امكان را مي‌دهد كه با اعمال اصلاحات در مشخصات پوشش نما، از آثار نامطلوب عوامل محيطي و كالبدي، جلوگيري و پتانسيل مضاعفي جهت افزايش طول عمر مفيد نما فراهم نمايند. واژه‌هاي كليدي: پوشش سنگ طبيعي نما، پيش‌بيني عمر مفيد، روند فرسايش، منطق فازي.

1396/11/15

1/28/2018 12:00:00 AM

In recent decades, several studies and international standards have been proposed to provide methods for assessing the durability of buildings, in addition to predicting their service life, for the reason that the service life prediction of buildings and their components has paramount importance for the concept of a sustainable environment, enabling a more rational use of resources. On the other hand, the external cladding can be seen as the most exterior layer of the building, and therefore more exposed to agents causing degradation, it is also more prone to defects. Moreover, it can be drown from the previous researches, carried out on natural stone claddings, that inappropriate design and specification, in comparison with the other probable cause defects, are often directly or indirectly responsible for a large number of failure situations observed in stone claddings. Therefore, the current study proposed the evaluation model of the architectural design of natural stone claddings which can be considered as a supporting tool that help the designers to implement the optimal façade design with maximum service life. Accordingly, this study was conducted in four stage. The first step was allocated to literature review in order to draw the definitions and principals required for the research process. The second stage was allotted to data collection using visual survey. In the third step, in order to identify the inputs of the prediction model of service life, the numerical index of the severity of degradation (Sw) was calculated for all samples. Then the statistical tests were used to determine the independent variables related to the dependent one. Finally, the service life prediction model of natural stone cladding will be established based on the selected variables in the last step. At the end, the validation of the predictive capability of the proposed model is performed based on statistical indicators and the sensitivity, the specificity and the accuracy of the model are evaluated. In this study, data obtained from visual inspection of 507 samples in Tehran (Iran) and Lisbon (Portugal) are arranged into two categories: 1) the characteristics of the building and its façade, 2) the type and the extent of observed defects. After the calculation of the numerical index of the severity of degradation (Sw), in order to analyze various properties and understand their influence on the reference service life gain or loss, the ratio between the characteristic- related and global average service lives was established. Thus, designers are capable to neutralize the negative impact of some factors by changing the others in order to obtain the highest durability of stone claddings using this ratio. The data which obtained from the inspection of 365 samples with direct fastening system in Tehran (162 samples) and Lisbon (203 samples) comprising 8 characteristics: the city, type of stone, color, size of stone plate (area), type of finishing, location of cladding, orientation and age was selected by statistical tests as well as the colinearity diagnosis was evaluated. In the final step, the fuzzy model based on the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) was used to predict the service life of natural stone claddings with direct fastening system. In order to optimize the proposed model, the evolutionary algorithm named Particle Swarm Optimization (PSO) was used. The validation of the proposed model reveals the significant decrease in errors in addition to strong correlation between samples and the model which verifies the performance improvement in comparison with the models presented in similar studies. Moreover, considering the mean absolute percentage error (MAPE), the proposed model provides potentially very good predictions and according to the sensitivity, specificity and accuracy, it shows good classification capability and the outputs are closer to reality. With respect the fact that all 8 variables used in proposed model are accessible in the design stage and ascertained by designers except orientation, age and the city, the proposed model can calculate the severity of degradation of natural stone cladding with considering the contractions of all variables. Therefore, this model can be consider as an aided design tool which makes it possible for designers to predict the service life of natural stone cladding in design stage and evaluate the influence of each characteristic on the reference service life gain or loss regardless of their knowledge related to service life concept. Keywords: Natural stone cladding, Service life prediction, Degradation state, Fuzzy logic.