شرایط آب و هوایی به موازات سایر عوامل محیطی سبب ایجاد اقلیم در معماری گردیده است. اقلیم از مهمترین عوامل موثر در شکل‌گیری و تکوین شهرها و تداوم حیات شهری به شمار می‌آید. در واقع شهرها، عناصر شهری و عملکرد آنها همواره از عناصر و عوامل آب و هوایی متأثر بوده و هستند.
تأثیرپذیری اقلیم در معماری تا قبل از پیدایش شهرهای بزرگ تقریباً یکسویه بوده. از آن به بعد شهرها نیز در اوضاع اقلیمی فضای پیرامون خود تأثیر گذاشتند. شهرهای بزرگ تغییرات اقلیمی میکرو را پدید آورده‌اند. مطالعات یک قلمرو اقلیمی خاص تحت عنوان ”آب و هوا شناسی شهری” مطرح گردیده است.
اثرات اقلیم در معماری
اثرات آب و هوا بر روی طرح و شکل ساختمان و استقرار آن
اثرات مستقیم آب و هوا بر روی فعالیتهای ساختمانی
در رابطه با جنبه‌های موثر اقلیم در معماری موارد زیر باید مد نظر قرار گیرند :
- مکان یابی مناسب و مطلوب
- نظم و ترتیب بناها نسبت به یکدیگر و در رابطه با تأثیر پذیری از عناصر اقلیمی
- مقاومت مصالح به کار گرفته شده در برابر عناصر و عوامل آب و هوایی
- پلان، شکل و طراحی ساختمان نسبت به شرایط آب وهوایی
- ضرایب راحتی و آسایش مبتنی بر یک معماری همساز با اقلیم
مکان‌یابی پروژه
در این رابطه دو عنصر دما و باد بیشترین نقش را بر عهده دارند. بنابراین به منظور آسایش شهری لازم است که بخش‌های خوش آب وهوا تر و دارای شرایط حرارتی مطلوب‌تر به مناطق مسکونی، آموزشی، اداری، خدماتی و تفرجگاهی اختصاص یابند. ابنیه‌ای مانند انبارها، صنایع آلوده‌ساز و امثال آن به نقاط دارای هوای نامساعدتر هدایت شوند. هر چند که برای برخی از کالاها باید شرایط حرارتی و رطوبتی مناسبی در نظر گرفت.
نظم و ترتیب و جهت‌گیری بنا
مورفولوژی و یا بافت شهر از شرایط آب و هوایی نیز تأثیرپذیر است. مثلاً یک رودخانه و یا یک دریاچه به غیر از موارد دیگر در امتداد سواحل خود یک میکرو اقلیم خاص و گاه فرح بخش به وجود می‌آورند. همین می‌تواند یکی از دلایل ساخت طولی و یا نواری شهرها در این نواحی باشد. یا اینکه شهرهای مشرف بر کوهستان‌ها به دلیل وجود هوای سالم و مطبوع کوه، خود را به روی دامنه‌ها بالا می‌کشند.
چنین گسترشی ضمن اینکه در ساخت شهر اثر می‌گذارد؛ نوعی طبقه‌بندی اجتماعی به وجود می‌آورد. این طبقه‌بندی اجتماعی در بافت شهر نیز مؤثر واقع می‌شود. بدین معنی که حاشیه رفاه در بخش‌های مرتفع و دامنه‌ای بافتی درشت و گسترده و غیر متراکم (مساکن ویلایی و بزرگ با معابر کمتر) را به وجود می‌آورد. در حالی که در قسمت‌های کم ارتفاع تر و دارای آب و هوای نامناسب تر بافت شهر ریز و متراکم و فشرده (مساکن کوچک و چند طبقه با معابر و کوچه های بسیار) است. به نظر می رسد در میان عناصر جوی دو عنصر تابش خورشید و باد بیش از بقیه در ساخت و بالاخص بافت شهر تأثیر می‌گذارند.
زاویه تابش آفتاب
علی رغم تغییرات فصلی و محلی، زاویه تابش آفتاب نیز از عوامل موثر اقلیم در معماری به شمار می‌رود. در نظر گرفتن زاویه تابش، طول زمان و شدت تابش خورشید در طراحی اقلیمی امری ضروری و اجتناب ناپذیر است.
در نتیجه گذرهای شهری گرمسیری به ویژه در فصل تابستان به سایبان بیشتری نیاز دارند. لذا در طراحی این شبکه باید تلاش نمود تا جهت‌گیری گذرها به گونه‌ای باشد که کمتر در معرض تابش آفتاب قرار گیرند. بنابراین در طراحی اقلیمی شهرهایی جهت معابر و گذرهای شهری شرقی – غربی است. در شهرهای سردسیر هم شمالی – جنوبی.
شرایط توپوگرافیک
در مناطق کوهستانی و عرضهای بالا در صورتی که شرایط توپوگرافیک و غیره اجازه بدهند، بهتر است که خیابان‌ها و کوچه‌ها و معابر، شمالی – جنوبی باشد. زیرا شهروندان بتوانند هم از نور و تابش خورشید بیشتر بهره بگیرند. هم اینکه شدت و مدت یخبندان معابر کمتر و در نتیجه آمد و شد بهتر گردد.
بافت شهری
بافت فشرده و متراکم در مراکز شهری، محلات فقیر نشین و کم درآمد و یا در مناطق دارای ابر آلودگی زیاد به مقدار قابل توجهی از نورگیری فضاهای ساخته شده می‌کاهد. از این رو به منظور رعایت اقلیم در معماری شهری اینگونه مناطق، رعایت فاصله مناسب بین ساختمانها ضروری است. این فاصله به منظور بهره‌گیری بیشتر از نور و تابش خورشید است.
لذا باید بافت شهری را گسترده‌تر نمود. در اکثر شهرهای شوروی سابق و بلوک شرق برای این منظور رشد عمودی بناها را زیاد نموده و در عوض فاصله افقی و فضایی آنها را افزایش داده‌اند.
باد
باد نیز یکی از پارامترهای جوی است که می تواند در معماری اقلیمی شهر مورد توجه قرار گیرد. جهت‌گیری معابر و بافت شهر باید به گونه‌ای باشد که با بادهای مزاحم مقابله کند و از بادهای مناسب بهره بگیرد. برای این منظور شدت و جهت انواع باد و به خصوص باد غالب باید بررسی و شناسایی شود. سپس بر اساس آن طراحی اقلیمی صورت گیرد. در رابطه با باد غالب و مزاحم باید گذرها طوری طراحی شوند که این باد به راحتی بتواند از داخل شهر عبور کند.
باران
اثر باران نیز در بافت شهرهای دامنه‌ای از عوامل اقلیم در معماری به شمار می‌رود. چرا که کوچه ها و خیابان‌های تقریباً عمود بر شیب و یا اریب از شدت روان آب و سیل حاصل از بارندگی می‌کاهد. و بالعکس معابر واقع در جهت شیب بر شدت آن می‌افزاید .
مقاومت مصالح به کار رفته
محیط و طبیعت معمولاً مواد و مصالح مورد نیاز و سازگار با اقلیم را در اختیار انسان قرار می‌دهد. اما متأسفانه در عصر حاضر بیشتر از مصالح غیر بومی و وارداتی استفاده می‌شود. مصالح غیر بومی کمتر با اقلیم ناحیه هماهنگی دارد. لذا دردسرهای زیادی به بار می‌آید.
به عنوان مثال در مناطق کویری و بیابانی رس بسیار زیاد است. خشت یا آجر حاصل از آن در معماری شهرهای کویری مانند یزد مورد استفاده قرار می‌گیرد. خشت یا آجر ضمن عایق بودن در مقابل تغییرات حرارتی از لحاظ استحکام نیز گاه با تیر آهن رقابت می‌کند.
در مناطق جنگلی مثل شمال ایران مصالح به کار رفته در بناها باید در برابر رطوبت و خوردگی حاصل از آن مقاومت بیشتری داشته باشند. به این ترتیب بکار بردن مصالح فلزی در این مناطق چندان مناسب نیست. سنگ‌های ساختمانی مثل آهک و تراورتن و غیره نیز برای روکار و نمای ساختمان مطلوب نخواهد بود. زیرا باران در انحلال و خوردگی آنها نقش بسزایی دارد. از این رو در چنین مناطقی بکارگیری مصالح چوبی، سفالی و امثال آن مستحکم تر و مقرون به صرفه تر خواهد بود.
به طور کلی یک ساختمان که مطابق با اصول اقلیم در معماری طراحی می‌شود، باید در برابر نیروهای حاصل از عناصر و عوامل آب و هوایی نظیر افت و خیزهای درجه حرارت، تغییرات رطوبت، باران و بار سنگین برف و یخ و نیروی باد و فشار مقاوم باشد.
درجه حرارت
درجه حرارت یکی از مهمترین عناصر آب و هوایی است که باید در معماری اقلیمی مورد توجه قرار گیرد. مصالح فلزی بر اثر درجه حرارت منبسط و منقبض می‌شوند. این مسأله باید برای جلوگیری از لغزش و یا تکان خوردن تیرهای حمال مورد توجه قرار گیرد. تیرهای حمال برای دوره گرم و یا انقباض و شکستگی در هوای سرد باید حمایت و تقویت شوند. کابل‌های استیل (فلزی) در هوای گرم شکم می‌دهند. در هوای سرد سفت و آماده بکار می‌شوند.
مناطق آفتابگیر
تیرهای فلزی عمودی و قائم واقع در سمت آفتابگیر ساختمان نسبت به طرف سایه گیر آن بیشتر منبسط می‌شوند. به این ترتیب متحمل خمیدگی‌های روزانه شده که خود سبب ایجاد کشش‌ها و فشارهایی در ساختمان می‌گردد. البته استفاده از رنگها که بخش وسیعی از نور خورشید را منعکس می‌سازند به کم کردن این گونه مسائل و مشکلات کمک می‌کنند. امروزه رنگ‌های منعکس کننده و طرح‌های ایمنی برای به حداقل رساندن خطر سرریز شدن یا ترکیدگی ناشی از انبساط محتویات تانکرهای ذخیره ( مثلاً آب ) تولید می‌شوند.
مناطق بسیار سرد
هنگامی که درجه حرارت به سرعت به زیر نقطه انجماد و یخبندان می‌رسد؛ بتن، سنگ و دیگر انواع مصالح ساختمانی دستخوش خسارات زیادی می‌شوند. انبساط یخ در درزها و شکاف‌ها و یا در زمین مرطوب مجاور، دیوارهای سنگ کاری شده غیر مسلح و فاقد آبگذر عموماً منجر به شکستگی و تخریب ساختمانها می‌شود.
مناطق گرم و بیابانی
در شهرهای گرم و بیابانی دامنه گرما زیاد است. دیوارها، بامها و مصالح به کار رفته در آنها در روز منبسط و به هنگام شب منقبض می‌گردند. در این قبیل موارد بهتر است که مصالح ساختمانی را با توجه به ضریب انبساطشان انتخاب نماییم. بعلاوه از اختلاط مصالح ساختمانی که ضریب انبساطشان با هم فرق دارد تا حد امکان اجتناب ورزیم.
شیشه آجر ماسه سنگ سیمان و بتن آهن و فولاد نوع مصالح
تقریباً ۹ ۹ تا ۱۰ ۷ تا ۱۲ ۱۰ تا ۱۴ ۱۰ تا ۱۲ ضریب انبساط
لازم به ذکر است که تیر های چوبی در اثر حرارت از لحاظ طول منبسط نمی شوند ولیکن از نظر عرضی کمی بزرگتر می گردند . اثر حرارت در چوب تحت الشعاع اثر رطوبت در چوب می شود زیرا اثر رطوبت در چوب زیادتر از حرارت می باشد .
درجه حرارت زیاد در عرضهای پایین اثر نامطلوبی بر روی بام‌های آسفالته و یا قیر اندود شده بر جای می‌گذارد. زیرا حرارت بامها یا جاده های قیر ریزی شده که در معرض آفتاب قرار می‌گیرند گاه به ۱۳۰ تا ۱۴۰ درجه فارنهایت می‌رسد. در بعضی نقاط که هوا خشک‌تر است حرارت آنها به ۱۶۰ درجه فارنهایت هم می رسد .
این مسأله ضمن افزایش گرمای فضای داخل بنا باعث ذوب شدن و جاری شدن قیر در سطح بام می‌گردد. در نتیجه علاوه بر مسدود نمودن ناودان‌ها و زهکش‌های پشت بام و داخل ساختمان این الزام را به وجود می‌آورد که بام هر ساله آسفالت شود. همچنین اگر به جای آسفالت از سیمان استفاده شود باز در این صورت دامنه گرمای زیاد و انبساط و انقباض ناشی از آن موجب ترکیدگی سیمان بام و نفوذ آب و کاهش عایق بندی بام می‌شود. این مسئله خود مستلزم صرف هزینه‌های مکرر ایزوله و عایق بندی می‌گردد.
درجه حرارت همچنین کارآیی کارگران را در طی اجرای پروژه های ساختمانی تحت تأثیر قرار می دهد . درجه حرارتهای خیلی بالا بطور محسوسی کار یدی در آب و هوای نامأنوس را کند می کند و ممکن است به بیمار شدن افرادی که کار فیزیکی سختی انجام می دهند منجر گردد . درجه حرارت های پایین نیز لباس و پوشش بیشتری را می طلبد و به موجب آن کارهای یدی و دستی پیچیده و مشکلتر می شوند . حوادث رخ داده در طی دوره های دارای درجه حرارتهای زیر نقطه انجماد و یا گرمای زیاد فراوانتر از حوادث ایجاد شده در شرایط طبیعی است . به هنگام بتن ریزی و ملاط ریختن نیز اگر یخبندان از قبل کاملاً مستقر شده باشد بتن و ملاط خسارت می بینند . زمین و خاک یخ بسته هم برخی از فعالیتهای ساختمانی را عقب می اندازند . (در همینجا اضافه کنیم که باد و بارش برف وباران هم فعالیتهای ساختمانی را کند و یا متوقف می سازند . )
رطوبت نسبی
رطوبت نسبی موجود در هوا نیز به لحاظ اینکه بر روی مواد و مصالح ساختمانی پوشش و یا روکش ساختمان و رنگها اثر می گذارند با اهمیت است . فلزات عموماً از نظر فساد و خوردگی تدریجی تحت شرایط رطوبت نسبی بالا بسیار متعدد هستند . فساد فیزیکی و شیمیایی رنگها نیز توسط هوای مرطوب به سرعت افزایش می یابد و بنای سنگ کاری شده نیز تحت شرایط رطوبتی سریع تر خرد و تجزیه می شوند . ریزش باران نه تنها اثرات مخرب رطوبت را زیادتر می کندبلکه دارای آثار فیزیکی مستقیم بر روی سطوح رو باز نیز هست . بارانهای سنگین بناهای خاکی و سفالی را فرسوده می کنند و روانابها و سیلابهایی ایجادمی کنندکه فونداسیونها را به تحلیل می برند . این نوع بارانها بتن تازه ریخته شده را حفر ،خاکریزهای زمین را فرسوده و اکثر فعالیتهای متحرک زمینی را کند یا متوقف می سازند . سدها ،کانالها ،ستونها و پلها نیز باید حداکثر مقاومت را در برابر بارانهای سنگین و سیل ناشی از آن داشته باشند.
بارش برف
بارس برف و انباشته شدن آن مقاومت نسبتاً زیاد سازه ها را طلب می کند. در بناهای نواحی کوهستانی و عرضهای بالا بامها را باید آنقدر محکم ساخت که تاب نگاهداشتن برفهای سنگین را داشته باشد. تراکم و انباشتگی برف بر روی سایر سطوح افقی سازه ها وزن فوق العاده ای را به وجود می آورند که در این صورت احداث حفاظهای مکمل و اضافی برای جلوگیری از ریزش آنها ضروری می یابد . افزایش پتانسیل یخ بر روی برجها ،پلها و کابلها نیز مرزهای ایمنی در طرح را فرا می خوانند . ساختمانهایی که به شدت مملو از یخ و برف هستند در مقابل دیگر عوامل جوی مثل باد آسیب پذیرتر هستند .
باد
باد نیز یک فشار و نیروی مستقیم را در مورد تمام ساختمانها و سازه های واقع در مسیرش اعمال می کند و لذا باید حداکثر سرعت باد و فشار مورد انتظار را در طراحی ساختمانها ،برجها و پلها در نظر گرفت . در این رابطه محاسبات مبتنی بر سوابق آب و هوایی و نیز آزمایشهای مربوط به مهندسی سازه ها کمک می کنند.
