الجدار الستائري (معماري)

تُركّب غالبية الجدران الستائرية في الطابق الأرضي على شكل قطع طويلة (تُعرف باسم " الأعمدة ") بين الطوابق عموديًا وبين العناصر الرأسية أفقيًا. قد تُصنّع عناصر الهيكل في ورشة، ولكن عادةً ما يتم التركيب والتزجيج في موقع العمل.

يشبه نظام السلم إلى حد كبير نظام العوارض، إذ يتكون من عوارض قابلة للفصل، ثم يتم تركيبها معًا إما بالكبس أو بالبراغي، وتتألف من نصف صندوق ولوحة. يتيح هذا النظام تصنيع أجزاء من الجدار الستائري في ورشة العمل، مما يقلل بشكل فعال من الوقت اللازم لتركيب النظام في الموقع. أما عيوب استخدام هذا النظام فتتمثل في انخفاض الأداء الإنشائي وظهور خطوط الوصلات بوضوح على طول كل عارضة.

تتضمن الجدران الستائرية الموحدة تصنيع وتجميع الألواح في المصنع، وقد تشمل تركيب الزجاج. تُركّب هذه الوحدات الجاهزة على هيكل المبنى لتشكيل غلافه الخارجي. تتميز الجدران الستائرية الموحدة بالسرعة، وانخفاض تكاليف التركيب الميداني، وإمكانية مراقبة الجودة داخل بيئة داخلية مُكيّفة. وتتحقق الفوائد الاقتصادية عادةً في المشاريع الكبيرة أو في المناطق ذات الأجور المرتفعة للعمالة الميدانية.

يُعدّ مبدأ حاجز المطر سمةً شائعةً في تقنية الجدران الستائرية، حيث يقوم على فكرة أن توازن ضغط الهواء بين السطحين الداخلي والخارجي لحاجز المطر يمنع تسرب الماء إلى داخل المبنى. فعلى سبيل المثال، يُثبّت الزجاج بين حشية داخلية وأخرى خارجية في حيز يُسمى تجويف الزجاج. ويُزوّد ​​تجويف الزجاج بفتحات تهوية خارجية لضمان تساوي الضغط على جانبي الحشية الخارجية. وعندما يتساوى الضغط عبر هذا التجويف، لا يمكن للماء أن يتسرب عبر الفواصل أو العيوب الموجودة فيه.

يتم نقل الأحمال المفروضة على الجدار الستائري إلى هيكل المبنى من خلال المراسي التي تربط الأعمدة بالمبنى.

حمولة ميتة

يُعرَّف الحمل الميت بأنه وزن العناصر الإنشائية والخصائص الثابتة في الهيكل. ^{[ 7 ]} في حالة الجدران الستائرية، يتكون هذا الحمل من وزن العوارض الرأسية، والمثبتات، والمكونات الإنشائية الأخرى للجدار الستائري، بالإضافة إلى وزن مواد الحشو. وقد تشمل الأحمال الميتة الإضافية الواقعة على الجدار الستائري المظلات الشمسية أو اللافتات المثبتة عليه.

أحمال الرياح

حمل الرياح هو قوة عمودية تؤثر على المبنى نتيجة هبوب الرياح عليه. ^{[ 8 ]} يقاوم نظام الجدران الستائرية ضغط الرياح لأنه يحيط بالمبنى ويحميه. تختلف أحمال الرياح اختلافًا كبيرًا في أنحاء العالم، حيث تكون أعلى أحمال الرياح بالقرب من الساحل في المناطق المعرضة للأعاصير . تحدد قوانين البناء أحمال الرياح التصميمية المطلوبة لكل موقع مشروع . غالبًا ما تُجرى دراسة في نفق الرياح على المباني الكبيرة أو ذات الأشكال غير المعتادة. يُبنى نموذج مصغر للمبنى والمناطق المحيطة به ويُوضع في نفق الرياح لتحديد ضغوط الرياح المؤثرة على الهيكل المعني. تأخذ هذه الدراسات في الاعتبار انفصال الدوامات حول الزوايا وتأثيرات التضاريس والمباني المحيطة.

الحمل الزلزالي

تقتصر الأحمال الزلزالية في نظام الجدران الستائرية على الانزياح بين الطوابق الذي يحدث للمبنى أثناء الزلزال . في معظم الحالات، يستطيع الجدار الستائري مقاومة اهتزاز المبنى الناتج عن الزلازل والرياح بشكل طبيعي بفضل المساحة المتوفرة بين حشوة الزجاج والعمود. في الاختبارات، تستطيع أنظمة الجدران الستائرية القياسية عادةً تحمل حركة نسبية للأرضية تصل إلى 76 ملم (3 بوصات ) دون حدوث كسر في الزجاج أو تسرب للمياه. 

حمولة ثلجية

لا تُشكّل أحمال الثلج والأحمال الحية عادةً مشكلة في الجدران الستائرية، لأنها مصممة لتكون عمودية أو مائلة قليلاً. وإذا تجاوز ميل الجدار 20 درجة تقريبًا، فقد يلزم أخذ هذه الأحمال في الاعتبار. ^{[ 9 ]}

الحمل الحراري

تتولد أحمال حرارية في نظام الجدران الستائرية نظرًا لمعامل التمدد الحراري العالي نسبيًا للألمنيوم . هذا يعني أن الجدار الستائري سيتمدد وينكمش لمسافة معينة على امتداد طابقين، وذلك تبعًا لطوله وفرق درجات الحرارة. يُراعى هذا التمدد والانكماش بتقصير العوارض الأفقية قليلًا وترك مسافة بينها وبين العوارض الرأسية. في الجدران الستائرية الموحدة، تُترك فجوة بين الوحدات، تُغلق لمنع تسرب الهواء والماء باستخدام حشوات. رأسيًا، تُزود نقاط ارتكاز تحمل أحمال الرياح فقط (دون الأحمال الميتة) بفتحات لمراعاة الحركة. كما تُراعي هذه الفتحات أيضًا انحراف الأحمال الحية والزحف في بلاطات أرضيات المبنى .

حمولة الانفجار

أدت الانفجارات العرضية والتهديدات الإرهابية إلى تزايد المخاوف بشأن هشاشة أنظمة الجدران الستائرية في مواجهة أحمال الانفجارات. وقد أدى تفجير مبنى ألفريد ب. مورا الفيدرالي في مدينة أوكلاهوما، بولاية أوكلاهوما، إلى ظهور العديد من الأبحاث واللوائح الحالية المتعلقة باستجابة المباني لأحمال الانفجارات. حاليًا، يجب أن تتضمن جميع المباني الفيدرالية الجديدة في الولايات المتحدة وجميع السفارات الأمريكية المبنية على أراضٍ أجنبية بعض التدابير لمقاومة الانفجارات. ^{[ 10 ]}

بما أن الجدار الستائري يقع في الجزء الخارجي من المبنى، فإنه يُشكّل خط الدفاع الأول في حال وقوع هجوم بالقنابل. ولذلك، تُصمّم الجدران الستائرية المقاومة للانفجارات لتحمّل هذه القوى دون المساس بالجزء الداخلي من المبنى لحماية شاغليه. ونظرًا لأن أحمال الانفجار عالية جدًا وقصيرة المدة، يجب تحليل استجابة الجدار الستائري من خلال تحليل الأحمال الديناميكية ، مع إجراء اختبارات نموذجية بالحجم الكامل قبل إتمام التصميم والتركيب.

يتكون الزجاج المقاوم للانفجار من زجاج رقائقي مصمم للكسر دون الانفصال عن الدعامات. وتُستخدم تقنية مماثلة في المناطق المعرضة للأعاصير للحماية من الحطام المتطاير بفعل الرياح.

تسرب الهواء هو الهواء الذي يمر عبر الجدار الستائري من خارج المبنى إلى داخله. ويتسرب الهواء عبر الحشيات، وعبر وصلات غير محكمة بين العوارض الأفقية والرأسية، وعبر فتحات التصريف ، وعبر إحكام الإغلاق. وتُعدّ جمعية مصنعي المنتجات المعمارية الأمريكية (AAMA) منظمة تجارية في الولايات المتحدة الأمريكية، وقد وضعت مواصفات طوعية بشأن مستويات تسرب الهواء المقبولة عبر الجدار الستائري. ^{[ 11 ]}

يُعرَّف تسرب الماء بأنه مرور الماء من خارج المبنى إلى داخل نظام الجدار الستائري. في بعض الأحيان، وبحسب مواصفات المبنى ، يُعتبر وجود كمية صغيرة من الماء المُتحكَّم به داخل المبنى مقبولاً. ويُعرَّف تسرب الماء المُتحكَّم به بأنه الماء الذي يتسرب إلى ما بعد المستوى الرأسي الداخلي للعينة المختبرة، مع وجود آلية تصريف مُصمَّمة لإعادته إلى الخارج. تسمح مواصفات AAMA الطوعية بتسرب الماء المُتحكَّم به، بينما تُعرِّف طريقة اختبار ASTM E1105 الأساسية هذا التسرب بأنه فشل. لاختبار قدرة الجدار الستائري على تحمُّل تسرب الماء في الموقع، يتم وضع نظام رش الماء ASTM E1105 على الجانب الخارجي للعينة المختبرة، ويُطبَّق فرق ضغط هواء موجب على النظام. يُحاكي هذا الإعداد هطول أمطار غزيرة مصحوبة برياح على الجدار الستائري للتحقق من أداء المنتج والتركيب في الموقع. أصبحت فحوصات مراقبة الجودة وضمانها في الموقع لتسرب الماء إجراءً مُعتادًا، حيث يُطبِّق البناؤون والمُركِّبون برامج الجودة هذه للمساعدة في تقليل عدد دعاوى التقاضي المتعلقة بأضرار المياه ضد أعمالهم.

من عيوب استخدام الألومنيوم في الأعمدة الرأسية أن معامل مرونته يبلغ ثلث معامل مرونة الفولاذ تقريبًا. وهذا يعني أن انحراف عمود الألومنيوم يزيد ثلاثة أضعاف مقارنةً بمقطع فولاذي مماثل تحت حمل معين. تحدد مواصفات البناء حدودًا للانحراف العمودي (الناتج عن الرياح) والانحراف الأفقي (الناتج عن الأحمال الميتة). لا تُفرض هذه الحدود بناءً على قدرة تحمل الأعمدة الرأسية، بل صُممت للحد من انحراف الزجاج (الذي قد ينكسر عند الانحراف المفرط)، ولضمان عدم خروج الزجاج من مكانه في العمود. كما أن حدود الانحراف ضرورية للتحكم في الحركة داخل الجدار الستائري. قد يكون تصميم المبنى بحيث يوجد جدار قريب من العمود الرأسي، وقد يؤدي الانحراف المفرط إلى احتكاك العمود بالجدار وإلحاق الضرر به. كذلك، إذا كان انحراف الجدار ملحوظًا، فقد يُثير ذلك قلقًا غير مبرر لدى العامة بأن الجدار ليس قويًا بما فيه الكفاية.

تُعبّر حدود الانحراف عادةً عن المسافة بين نقاط التثبيت مقسومةً على عدد ثابت. يُعدّ حد الانحراف L/175 شائعًا في مواصفات الجدران الستائرية، استنادًا إلى الخبرة في حدود الانحراف التي من غير المرجح أن تُلحق ضررًا بالزجاج المُثبّت بواسطة العارضة. لنفترض أن جدارًا ستائريًا مُثبّت على  ارتفاع 12 قدمًا (144 بوصة) من الأرضية. سيكون الانحراف المسموح به حينها 144/175 = 0.823  بوصة، ما يعني أنه يُسمح للجدار بالانحراف إلى الداخل أو الخارج بحد أقصى 0.823  بوصة عند أقصى ضغط للرياح. مع ذلك، تتطلب بعض الألواح قيودًا أكثر صرامة على الحركة، أو على الأقل تلك التي تمنع الحركة الشبيهة بالالتواء.

يُتحكم في انحراف العوارض الرأسية بأشكال وأعماق مختلفة لعناصر الجدار الستائري. ويُحدد عمق نظام الجدار الستائري عادةً بعزم القصور الذاتي للمساحة اللازم للحفاظ على حدود الانحراف ضمن المواصفات. ومن الطرق الأخرى للحد من الانحرافات في مقطع معين إضافة تسليح فولاذي إلى الأنبوب الداخلي للعوارض الرأسية. وبما أن الفولاذ ينحرف بمعدل ثلث معدل انحراف الألومنيوم، فإنه سيقاوم جزءًا كبيرًا من الحمل بتكلفة أقل أو بعمق أصغر.

يختلف انحراف أعمدة الجدران الستائرية عن انحراف هيكل المبنى، سواء كان من الخرسانة أو الفولاذ أو الخشب. يجب تصميم مثبتات الجدران الستائرية بحيث تسمح بحركة تفاضلية بين هيكل المبنى والجدار الستائري.

لا ترتبط قوة (أو أقصى إجهاد قابل للاستخدام) مادة معينة بصلابة المادة (الخاصية التي تحدد الانحراف)؛ فهي معيار مستقل في تصميم وتحليل الجدران الستائرية. ويؤثر هذا غالبًا على اختيار المواد والأحجام لتصميم النظام. تقترب قوة الانحناء المسموح بها لبعض سبائك الألومنيوم، مثل تلك المستخدمة عادةً في هياكل الجدران الستائرية، من قوة الانحناء المسموح بها لسبائك الصلب المستخدمة في تشييد المباني.

يتميز الألومنيوم، مقارنةً بمكونات البناء الأخرى، بمعامل انتقال حراري عالٍ، مما يجعله موصلاً جيداً للحرارة. وينتج عن ذلك فقدان كبير للحرارة عبر أعمدة الجدران الستائرية المصنوعة من الألومنيوم (أو الفولاذ). توجد عدة طرق للتعويض عن هذا الفقد الحراري، وأكثرها شيوعاً إضافة فواصل حرارية . هذه الفواصل عبارة عن حواجز بين المعدن الخارجي والمعدن الداخلي، وعادةً ما تُصنع من كلوريد البولي فينيل (PVC). تُقلل هذه الفواصل بشكل ملحوظ من الموصلية الحرارية للجدار الستائري. مع ذلك، ونظراً لأن الفاصل الحراري يقطع عمود الألومنيوم، فإن عزم القصور الذاتي الكلي للعمود ينخفض، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند إجراء التحليل الإنشائي وتحليل الانحراف للنظام.

تُعدّ الموصلية الحرارية لنظام الجدران الستائرية مهمةً نظرًا لفقدان الحرارة عبر الجدار، مما يؤثر على تكاليف التدفئة والتبريد للمبنى. في حالة الجدران الستائرية ذات الأداء الضعيف، قد يتشكل التكثيف على السطح الداخلي للأعمدة الرأسية، مما قد يُلحق الضرر بالجدران والتشطيبات الداخلية المجاورة.

يتم توفير عزل صلب في مناطق الجدران الفاصلة لتوفير قيمة عزل حراري أعلى في هذه المواقع.

تُعرف الجدران الستائرية ذات العوارض المفصولة حراريًا والمزودة بوحدات زجاجية مزدوجة أو ثلاثية الطبقات باسم "الجدران الستائرية عالية الأداء". ^{[ 12 ]} ورغم أن هذه الأنظمة أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من نظيراتها القديمة ذات الزجاج الأحادي، إلا أنها لا تزال أقل كفاءة بشكل ملحوظ من الجدران الصلبة (المعتمة). ^{[ 13 ]} فعلى سبيل المثال، تتميز جميع أنظمة الجدران الستائرية تقريبًا، سواء كانت مفصولة حراريًا أم لا، بقيمة معامل انتقال حراري (U-value) تبلغ 0.2 أو أعلى، وهو ما يعادل قيمة مقاومة حرارية (R-value) تبلغ 5 أو أقل. ^{[ 14 ]}

يُعدّ الزجاج المصقول النوع الأكثر شيوعًا لزجاج الجدران الستائرية. ويمكن تصنيعه بتشكيلة واسعة من الألوان والسماكات والشفافية . في الإنشاءات التجارية، تُستخدم سماكتان شائعتان: 6.4 مم (ربع بوصة ) للزجاج المتجانس، و 25 مم (بوصة واحدة ) للزجاج العازل . يُستخدم الزجاج بسماكة ربع بوصة عادةً في مناطق الجدران الفاصلة فقط، بينما يُستخدم الزجاج العازل لبقية المبنى (وأحيانًا يُحدد الزجاج العازل على أنه زجاج عازل أيضًا). يتكون الزجاج العازل بسماكة بوصة واحدة عادةً من طبقتين من الزجاج بسماكة ربع بوصة بينهما فراغ هوائي بسماكة 13 مم (نصف بوصة ) . عادةً ما يكون الغاز الموجود داخله هو الهواء الجوي، ولكن يمكن استخدام غازات خاملة ، مثل الأرجون أو الكريبتون ، لتحسين النقل الحراري . في أوروبا، أصبح استخدام الزجاج العازل ثلاثي الطبقات شائعًا. في الدول الاسكندنافية، تم بناء أول جدران ستائرية ذات زجاج رباعي الطبقات .     

تُستخدم عادةً سماكات أكبر للمباني أو المناطق ذات المتطلبات العالية للعزل الحراري أو الرطوبة النسبية أو الصوت ، مثل المختبرات أو استوديوهات التسجيل . في الإنشاءات السكنية، تُستخدم عادةً سماكات 3.2 مم (1/8 بوصة ) للزجاج المتجانس و 16 مم (5/8 بوصة ) للزجاج العازل .  

قد يكون الزجاج شفافًا أو شبه شفاف أو معتمًا بدرجات متفاوتة. يُستخدم الزجاج الشفاف عادةً كزجاج رؤية في الجدران الستائرية. وقد يحتوي زجاج الساندريل أو زجاج الرؤية أيضًا على زجاج شبه شفاف لأغراض أمنية أو جمالية. يُستخدم الزجاج المعتم بشكل انتقائي لإخفاء عمود أو عارضة ساندريل أو جدار قص خلف الجدار الستائري. ومن الطرق الأخرى لإخفاء مناطق الساندريل استخدام تقنية الصندوق الظلي (توفير مساحة مظلمة مغلقة خلف الزجاج الشفاف أو شبه الشفاف). تُضفي تقنية الصندوق الظلي إحساسًا بالعمق خلف الزجاج.

يمكن تركيب كتل رقيقة من الحجر ( بسماكة 76 إلى 102 مليمتر ) ضمن نظام الجدران الستائرية. ويقتصر نوع الحجر المستخدم على متانته وإمكانية تصنيعه بالشكل والحجم المناسبين. ومن أنواع الأحجار الشائعة: سيليكات الكالسيوم ، والجرانيت ، والرخام ، والترافرتين ، والحجر الجيري ، والحجر المصنّع . ولتقليل الوزن وزيادة المتانة، يمكن تثبيت الحجر الطبيعي على دعامة من الألومنيوم على شكل خلية نحل.

تتخذ الألواح المعدنية أشكالاً متنوعة، منها الفولاذ المقاوم للصدأ، وألواح الألومنيوم، وألواح الألومنيوم المركبة المكونة من طبقتين رقيقتين من الألومنيوم بينهما طبقة رقيقة من البلاستيك، وتكسية الجدران النحاسية ، وألواح تتكون من صفائح معدنية ملتصقة بعازل صلب، مع أو بدون صفيحة معدنية داخلية لتكوين لوح مركب. تشمل مواد الألواح المعتمة الأخرى البلاستيك المقوى بالألياف (FRP) والطين المحروق . استُخدمت ألواح الجدران الستائرية المصنوعة من الطين المحروق لأول مرة في أوروبا، ولكن لا يزال عدد قليل من المصنّعين ينتجون ألواح جدران ستائرية حديثة وعالية الجودة من الطين المحروق.

تُستخدم فتحات التهوية في المناطق التي تتطلب فيها المعدات الميكانيكية الموجودة داخل المبنى تهوية أو هواءً نقيًا للتشغيل. كما تُتيح هذه الفتحات دخول الهواء الخارجي إلى المبنى للاستفادة من الظروف المناخية المواتية وتقليل استهلاك الطاقة لأنظمة التكييف والتهوية . ويمكن تكييف أنظمة الجدران الستائرية لتناسب معظم أنواع أنظمة فتحات التهوية، مما يحافظ على نفس الخطوط المعمارية والأسلوب مع توفير الوظائف المطلوبة.

معظم واجهات الجدران الستائرية الزجاجية ثابتة، مما يعني عدم وجود منفذ إلى خارج المبنى إلا عبر الأبواب. مع ذلك، يمكن تركيب نوافذ أو فتحات تهوية في نظام الجدران الستائرية لتوفير التهوية اللازمة أو النوافذ القابلة للفتح. ويمكن تركيب أي نوع من النوافذ تقريبًا في نظام الجدران الستائرية.