صنعت ساختمان سازي از جمله اموري است كه در دل خود رشته هاي مختلفي را جاي داده و از اين رو رونق يا ركود آن تاثير زيادي بر شاخص هاي اقتصادي دارد. در گذشته استحكام ساختمان يكه تاز شاخص هاي تاثيرگذار بوده ولي رفته رفته پارامترهاي معماري و زيبايي شناختي نيز به مقام هاي بالاي ارزش گذاري دست يافتند و در اين ارتباط شيشه، نقش مهمي در اين عرصه داشته است. هرچند انسان ها از هزاران سال پيش با شيشه سر و كار داشته اند ولي در گذشته نه چندان دور مهم ترين كاربرد شيشه براي پنجره ها بوده اما از ديگر كاربردهاي آن مي توان، جداسازي غيرفعال بخش هاي مختلف ساختمان نيز اشاره كرد. درحال حاضر نيز شيشه به عنوان مصالحي براي نماي ساختمان ها درآمده است. گذشته از بحث هاي موافقان و مخالفان به كارگيري شيشه در نماي ساختمان كه به بحث درباره ايمني هنگام زلزله و بازتاب نور مي پردازند، بايد متذكر شد كه به نظر مي رسد اين وظيفه سازمان هاي تصويب كننده استاندارد و قانون است كه پس از بررسي، حدود و ثغور اين فعاليت ها را مشخص كنند. هرچند درحال حاضر نيز جريمه هايي براي ساختمان هاي داراي نماي شيشه اي تعيين شده است. البته طراحان در كشورهاي پيشرفته پا را از اين موارد نيز فراتر گذاشته، مثلااز شيشه در ساخت راه پله و پل پياده رو و طاق و سايبان هاي زيبا نيز بهره جسته اند. هرچند شايد در كشورمان بتوان مواردي از اين طراحي ها را يافت ولي هنوز اين موضوع فراگير نشده است. يكي از طراحي هاي جديد با مصالح شيشه، ساخت يك اتاقك با كف، سقف و ديوارهاي شيشه اي در طبقات فوقاني يك برج است كه اين مقاله ضمن پرداختن به آن، آينده كاربرد شيشه در ساختمان را نيز مدنظر دارد.
    اگر واقعا مي خواهيد بدانيد كه چطور مي توان به نحو مناسبي از شيشه در سازه ساختمان ها استفاده كرد، به خيابان 233 South Wacker در مركز شهر شيكاگو سر بزنيد و حدود 412 متر بالاتر از سطح خيابان و در طبقه 103 از برج Sears جست وجو كنيد. وقتي به اين طبقه رسيديد اندكي به سمت ديوارهاي غربي ساختمان برويد، به جايي مي رسيد كه نماي خارجي ساختمان اصطلاحا بريده شده و شما مي توانيد با يك گام به پيش نهادن، از نماي ساختمان نيز جلوتر برويد.
    در اينجاست كه شما خودتان را در يك طبقه شيشه اي مي يابيد كه به صورت معلق در ارتفاع 400متري سطح پياده رو قرار گرفته است. حال اگر از اين ارتفاع، طاقت نگاه كردن به زمين را نداريد، مي توانيد به اطراف يا بالانگاه كنيد، چون ديواره ها و سقف اين قسمت از ساختمان نيز از جنس شيشه است. در اصل شما درون يك جعبه شيشه اي قرار داريد كه ابعادي حدود يكي، دو متر دارد و توسط تيرك هاي مهارشده در سقف، آويزان شده است. ديواره هاي شيشه اي نيز به تيرك هاي سقف و شيشه كف متصل شده اند كه اين اتصال به كمك پيچ و مهره هاي فولادي انجام گرفته، ولي آنچه را كه نبايد به فراموشي سپرد، موضوع شيشه است. آيا طراحان مي توانند پاسخ مناسبي به اين سوال مردم عامي بدهند: شما نمي توانيد با شيشه به اين هدف خود برسيد، آيا مي توانيد؟
    مهندسان، آرشيتكت ها و سازندگان معتقدند آنها قادرند به كمك دانشمندان علم مواد و طراحان نرم افزار، ساختمان هايي با نماي بيروني مرتفع، سايبان و اتاقك ها، پل پياده رو و راه پله را از جنس تمام شيشه بسازند. آنها با لايه گذاري شيشه و پليمر قادرند تيرك ها و ديگر اجزاي محكم و ايمن بسازند و سپس هر اينچ مربع از اين ماده را آناليز كنند تا مطمئن شوند كه تنش هاي آن دقيقا در محدوده مجاز است. به عنوان مثال در برج Sears از صفحات شيشه اي پنج لايه استفاده شده است. البته كارشناسان به دنبال آزمودن مواد و روش هاي جديد هستند تا بالاخره روزي بتوانند سازه هاي شيشه اي را بدون نياز به اتصال به فلزات و ديگر مواد سرپا نگه دارند. «جيمز كالاهان» از شركت طراحي سازه كالاهان مسوول طراحي برترين پروژه شيشه اي جهان است كه راه پله شيشه اي را با مشخصات برجسته اي براي بعضي از نمايندگي ها و فروشگاه هاي شركت كامپيوتري اپل ساخته است. او مي گويد: «نهايتا ما تمام تلاش خود را براي ساخت سازه هاي تمام شيشه اي به كار خواهيم گرفت.»
    «در بين تمام اين تلاش ها يك مطلب محقق شده و آن، اين است كه شيشه ماده منحصربه فردي است.» اين مطلب را آقاي كويمانس طراح جعبه شيشه اي در برج Sears بيان داشته است.
    بايد توجه داشت قدمت شيشه به هزاران سال مي رسد و با گذشت اين سال ها راه هاي زيادي براي ساخت وسايل مختلف شيشه اي با كاربردهاي متنوع ابداع شده، ولي با اين وجود در پروژه هاي ساختماني منحصرا از شيشه هاي سودا – آهك استفاده مي شود كه قسمت عمده مواد تشكيل دهنده آن كربنات سديم، سنگ آهك و سيليس است. «هري استيونز»، رييس مركز تحقيقات شيشه در دانشگاه آلفرد مي گويد: «ساليان سال است كه مواد اصلي تشكيل دهنده شيشه سودا – آهك تغيير زيادي نكرده است.» اين نوع شيشه كم و بيش شبيه شيشه هاي به كار رفته در پنجره ساختمان منازل يا شيشه ظرف مرباي موجود در يخچال يا بطري هاي قديمي فروش رفته در مغازه هاي عتيقه فروشي است. «كارپنتر» از شركت طراحي كارپنتر طراحي نماهاي شيشه اي ساختمان ها را برعهده داشته و در دهه 1970 يكي از مشاوران شركت معروف شيشه سازي Corning بوده است. او مي گويد: «هرچند شيشه يك ماده پايه است ولي ساده نيست و جزو مواد غيرمعمول به شمار مي رود و شايد به اين دليل باشد كه ما واقعا نمي دانيم كه شيشه چيست.»هرچند بحث هاي طولاني در زمينه مايع يا جامدبودن شيشه صورت پذيرفته ولي امروزه معمولابيان مي شود شيشه يك ماده بي شكل (آمورف) است (چون جريان يافتن آن با گذشت زمان برخلاف مايعات، بسيار كند است). اين ساختار غيركريستالي به دليل سردشدن نسبتا سريع به دمايي پايين تر از «دماي گداز شيشه» است كه براي انواع شيشه هاي سودا – آهك حدود 550 درجه سانتيگراد است. حال اگر شيشه بيشتر سرد شده و بريده شود، اين شيشه دست نخورده بسيار محكم است، ولي شبيه يك اتومبيل نو كه با گذشت زمان از ارزش آن كم مي شود، درمورد شيشه نيز بلافاصله پس از ساخت، با گذشت زمان از استحكام آن كاسته مي شود چون به دليل تماس با سطوح ديگر و حتي تماس با بخار آب و دي اكسيدكربن، ترك هايي در آن ايجاد مي شود. «گولاتي» يك مهندس مكانيك است كه در سال 2000 با حدود 33 سال تجربه در شركت corning ، بازنشسته شد ولي هنوز به عنوان مشاور با اين شركت همكاري دارد و خود را «مرد استحكام» ناميده است. او مي گويد: «اگر شما يك سطح شيشه اي تازه ساز داشته باشيد و نفس خودتان را در اين سطح بدميد، شما سرعت كاهش استحكام شيشه را به توان2 رسانده ايد.» كارلوپا نتانو استاد علم مواد در دانشگاه ايالتي پنسيلوانياست. او معتقد است حتي يك مولكول گاز نيز مي تواند پيوند سيليس- اكسيژن را شكسته و يك نقص در آن ايجاد كند. با اينكه شيشه در مقابل متراكم سازي بسيار مقاوم است ولي تنش هاي كششي باعث خواهند شد كه اين شكاف ها پيوند به پيوند رشد كند يا باعث شكستن شيشه شوند يا مقاومت آن را كاهش دهند.
    البته يكي از روش هاي اجتناب از ايجاد ترك هاي جديد، پوشش هاي محافظ است كه مي تواند بر شفافيت شيشه تاثير منفي بگذارد. قابل ذكر است كه شفافيت يكي از دلايل انتخاب شيشه به عنوان مصالح ساختماني است. اين در حالي است كه با تغيير فرمولاسيون و روش ساخت نيز مي توان به مقاومت شيشه در برابر ايجاد ترك يا انتشار آن افزود. در اين باره دكتر استيونز مي گويد: «شواهدي در دست است كه مي توان با تغيير تركيب باعث شد شيشه ذاتا محكم تر شود.» هرچند او متذكر شده كه اين كار ممكن است باعث تغيير ديگر مشخصات شيشه شده يا هزينه توليد را افزايش دهد. مثلاهر اتاقك شيشه اي پروژه برج sears بيش از 40هزار دلار هزينه دارد. البته مي توان فرآيند ساخت را نيز اصلاح كرد تا سطح شيشه هرچه دست نخورده تر باقي بماند. براي مستحكم كردن شيشه براي كارهاي ساختماني، غالبا از روش قديمي بازپخت استفاده مي شود. در اين روش سطح شيشه تحت عمليات متراكم سازي قرار مي گيرد تا رشد ترك ها نيازمند نيروي كششي بيشتري باشد.
    براي شيشه هاي تخت مرسوم ترين روش، بازپخت حرارتي است. «لاكورس» استاد دانشگاه آلفرد معتقد است كه در اين فرآيند از يك خاصيت منحصر به فرد شيشه استفاده مي شود و آن خاصيت چيزي نيست جز آنكه هر چه شيشه آرام تر سرد شود، متراكم تر مي شود. هنگام سرمايش سريع يك سطح خارجي (معمولابا هوا) تراكم كمتري وجود دارد. او مي گويد: «درون شيشه هنوز داغ است و سعي مي كند به صورت يك ساختار متراكم تر سرد شود كه اين باعث تراكم سطح مي شود.»
    هرچند شيشه هاي بازپخت شده مقاومت بيشتري در مقابل ترك دارند ولي احتمال شكستن آنها نيز وجود دارد. اين بدان دليل است كه تراكم سطح بايد توسط تنش دروني متوازن شود و زماني كه شيشه بازپخت شده، مي شكند نسبت به شيشه بازپخت نشده به تعداد قطعات ريزتري تبديل مي شود تا با اين خطوط ترك بزرگ تر، انرژي بيشتري آزاد شود. در اين باره گولاتي مي گويد: «هر چه شيشه مستحكم تر شده باشد، تكه هاي بيشتري در آن تشكيل مي شود.» يكي از مثال هاي جالب براي اين موضوع به «قطره پرنس روپرت» شهرت دارد كه اساسا يك توپ كوچك شيشه اي با دنباله اي بلند است كه از طريق افتادن شيشه ذوب شده درون آب به وجود مي آيد. حال اگر شما روي اين قطره با چكش هم بكوبيد، خواهيد ديد كه نخواهد شكست ولي اگر دنباله آن را قيچي كنيد، مشاهده خواهيد كرد كه به تعداد زيادي قطعات ريز خواهد شكست تا نيروهاي كششي آن آزاد شود. در ساختمان سازي، شكستن شيشه به قطعات بسيار كوچك يك مزيت به شمار مي رود چون احتمال آسيب رساني به افراد را كاهش مي دهد ولي با اين وجود، بازپخت نيز به تنهايي كافي نخواهد بود. يكي از نگراني هاي اساسي در مورد ساختمان ساخته شده با شيشه آن است كه چه هنگام اين قطعات شيشه اي خواهد شكست و چه رخ خواهد داد كه اصطلاحا مهندسان به آن لقب «رفتار پس از شكست» داده اند. بايد توجه داشت كه برخلاف قطعات فولادي و فلزي، شيشه پيش از شكستن تغيير حالت نمي دهد تا اين تغيير حالت، اعلام خطري براي شكستن باشد. ضمنا هنگام وقوع شكست، حفظ يكپارچگي سازه شيشه اي از مهم ترين مسايل به شمار مي رود چون بايد ايمني افرادي كه در بالايا زير آن قرار دارند، حفظ شود. در اينجاست كه بحث لايه گذاري (لمينه كردن) مطرح مي شود. در چنين طرح هايي صفحات شيشه (در پروژه برج Sears ضخامت اين صفحات يك سانتي متر بود) با پليمر نازكي به هم چسبانده مي شوند. اين لايه هاي نازك مياني اولاباعث افزايش استحكام شده و در ثاني هنگام شكسته شدن يكي از صفحات شيشه اي، كل سازه شيشه اي را به صورت يكپارچه حفظ كرده و از سقوط قطعات شكسته شده جلوگيري مي كند. البته لايه گذاري باعث مي شود كه ساخت شيشه براي كاربرد در ساختمان بسيار مشكل شود. اين از آن جهت است كه برش دادن شيشه بازپخت شده باعث شكستن آن مي شود و به اين دليل ابتدا بايد هر صفحه شيشه اي به تنهايي پوليش خورده و محل اتصالات روي آن سوراخ شده و سپس شيشه تحت عمليات بازپخت قرار گيرد. ضمنا تولرانس هاي اين امور نيز بسيار كم است تا از ايجاد هرگونه تنش مخرب در سازه نهايي اجتناب شود. تعجب نكنيد ولي اكثر افرادي كه سازه هاي شيشه اي برپا مي سازند به اميد روزي هستند كه سازه آنان بتواند بدون قطعات فلزي سر پا ايستاده و اصطلاحا از زحمت اين قطعات رهايي يابد. در عين حال طراحان ديگر نيز به فكر هستند تا از ديگر انواع شيشه استفاده كنند. «كارپنتر» مي گويد: «در حال حاضر انواع مختلفي از شيشه وجود دارد و پتانسيل عظيمي براي به خدمت گرفتن بعضي از مشخصات آنها در كاربردهاي معماري وجود دارد.»به عنوان مثال استفاده از نوعي شيشه كه هنگام گرم شدن، زياد منبسط نمي شود باعث مي شود كه بتوان قطعاتي را كه بايد به يكديگر جوش بخورند را به صورت يك قطعه شيشه اي يكپارچه درآورد. اين موضوع از آن جهت اهميت دارد كه انبساط شيشه هاي معمول سودا- آهك بسيار زياد است و جوش خوردن آنها باعث ايجاد تنش و نهايتا شكست شيشه خواهد شد.
    البته محققان دانشگاه دلفت روي موضوع جوش دادن قطعات شيشه اي نيز كار مي كنند ولي هزينه توليد شيشه هايي با انبساط كم بسيار بيشتر از شيشه هاي سودا-آهك است.
    گروه ديگري از مهندسان استفاده از چسب براي اتصال مستقيم به شيشه را آغاز كرده اند. «بلانديني» يكي از مهندسان شركت طراحي و مهندسي Werner Sobek در شهر اشتوتگارت آلمان است. او از انواع چسب ها براي ساخت يك گنبد نازك شيشه اي به طول 9 متر استفاده كرد تا بتواند از تز دكتراي خود نيز دفاع كند. او در اين باره گفته است كه «من فكر مي كنم چسب ها نويدبخش ترين وسيله براي اتصال به شيشه هستند به علاوه چسب به شيشه امكان مي دهد كه حالت ظرافت و زيباشناختي خود را نيز حفظ كند.» البته نبايد از ياد برد كه اين شركت از چسب ها در بعضي از سازه هاي ساخته شده در دانشگاه شيكاگو و نيز ساختمان هايي در دوبي استفاده كرده است. اما مشكل اينجاست كه استحكام بلندمدت و قابليت اطمينان چسب ها هنوز به اثبات نرسيده است و اكثر مردمي كه با شيشه سر و كار دارند، معتقدند ساخت سازه هايي كه تماما با چسب به هم متصل شده اند، به زمان زيادي نيازمند است.