ابداعات و طرح های بدیع و نوین سازه فضاکار پیش بافته شکل پذیر

واژه های کلیدی : سازه فضاکار،پیش بافته، شکل پذیر،اختراع

چکیده :

عمده ترین بخش هر بنائی سقف و پوشش آن است که از دیرباز یکی از نیازهای بشر بوده و هست.
کاربریهای عمومی خصوصافضاهای تجمع ازجمله فضاهائی هستندکه بدلائل خاص معماری ودهانه های زیاد،طراحی وساخت سازه های پوششی پیچده تری رانیازدارند.
بهمین دلیل ازقرنها پیش بشربدنبال تکنولوژیهای بهتری برای اینکار بوده که طبق اطلاعات موجودسریعترین واقتصادیترین آنها سازه های فضاکار میباشند.

باتوجه به محدودیت‌هائی که سازههای فضاکارموجودومتداول به معماردیکته میکنند،دراین طرح بدنبال بررسی سازه‌های موجودسازه جدیدی اختراع وبه ثبت رسیده است
که قابلیت فراوان ومنحصربفردی را درشکل پذیری دراختیار معمار قرار میدهد ودر طراحی سازه این امکان را میدهد
که حتی پس از ساخت و نصب،بدون نیازبه تغییرات ناممکن وکارزیاد نظرات جدید سازه ای ومعماری درآن اعمال گردد.

سازه پیش بافته شکل پذیرعبارتست از یک تورینه خرپائی سه بعدی با نقش وعملکرد سازه فضاکار،متشکل از المانهای فلزی اعم از لوله واتصالات خاص که بدون ایجاد زوایای اتصال واستقرارحکمی ازپیش تعریف شده درمفاصل وگرههای اتصالی وغیرمشابه سازه های فضاکار متداول(نظیر سیستم مروMERO)میتواندهرشکل وفرمی رابخود گرفته و بدون مشکلات ومحدودیتهای سازه فضاکار معمول پوسته های پیچیده ونامتقارن نظیر فرمهائی شبیه به زین اسب که میتواندهیچ صفحه ویامحور تقارنی نیز نداشته باشد را بسازد.

این طرح توسط ارائه دهنده مقاله ازحدود سال 1368 تاکنون تهیه و درتاریخ 1384 به نتیجه رسیده و براساس مطالعات وبررسیهای بعمل آمده خصوصا انتشارات انستیتو فلز وفولاد بین المللی(International Iron and Steel Institute)و انستیتو فلزوفولاد آمریکا(American Iron and Steel Institute)درزمینه ابداعات جدید تاکنون سازه ای به این شکل وقابلیت منتشر نگردیده است.

باتوجه به مطالب کلی ارائه شده و توصیفاتی که درادامه خواهد آمد پیش بینی میگردد در نتیجه بهره برداری از این سازه درطرح های معماری بتوان نظرات وایده های رویائی معماران قرن حاضر و آیندگان را درساخت فرمهای حجمی پیچیده وعجیب به واقعیت تبدیل کرد.

شرح و توصیف سازه ابداعی :

این سازه عبارتست ازیک نوع سازه فضاکار ساختمانی که برای مثال درپوشش انواع سقف،استادیوم،سالن وحتی درایجاد پوسته‌های‌غیرافقی قابل بهره‌برداری است.

جهت رسیدن به توضیح کلی وجامع این سازه بهتراست بامقایسه سیستمهای متعارف سازه‌های فضاکارمسئله راطرح وبا نتیجه گیری ارائه گردد:

تعریف کارکرد در مقایسه با سایر سازه های فضائی متداول :

جهت انجام این مقایسه ابتدا لازم است در رابطه با سیستم های موجود توضیح داده شود.

سیستم های عمده موجود سازه فضاکار در دنیا نظیر سیستم مرو(گوی و لوله ) دارای محدودیت ها و ایراداتی بشرح زیر میباشند:

• عمدتا برای سطوح مستوی و یا قوس های کروی استفاده گردیده و چنانچه کوچکترین قوسی غیرکروی در طرح آنها در نظر گرفته شود بدلیل لزوم طراحی و ساخت گویهای متفاوت، هزینه فوق العاده زیادی را طلب نموده و در مرحله نصب نیز بدلیل پیچیدگی زیاد دقت بسیار زیادتری باید اعمال گردد.
• باتوجه به روش تولید، سیستم مربوطه دارای بافت فضائی منظم بوده که این امر از نظر محاسبه کار را راحت کرده ولی محدودیتهای فراوان و ناخوشایندی را برای محاسب و طراح سازه که میخواهد از این سیستم در کارهای پیچیده خود استفاده نماید بوجود می آورد.
• با توجه به محدودیت های اشاره شده در بند قبل هم اکنون طراحان معماری از روی اجبار و با توجه به عدم وجود سیستم دیگر مجبورند برای تحقق عملی طرح خود از پاره ای ایده های خود دست برداشته و طرح خود را الزاما با این محدودیتها تطبیق دهند.
• باتوجه به اینکه در طرح و ساخت کارخانه ای سیستم های موجود لوله ها وگویها بطور منفک تولید و در محل اجرا، سرهم و نصب می گیردند و از طرفی محل تکیه گاه ها و سرستونهای مورد استقرار گرههای از پیش طراحی و اجرا شده در سازه فضاکاراز نظر مختصات مکانی Y،X ثابت بوده و قبل از نصب اجرا و آماده گردیده اند تقریبا در همه موارد محل استقرار گره مورد نظر روی تکیه گاه با خطا و جابجائی مواجه شده  و میتوان گفت که غیرممکن است که همه تکیه گاه ها دقیقا در محل پیش بینی شده مستقر گردند.این امر که بدلیل جمع شدن خطال انسانی و محیطی و ابزاری از محل شروع نصب تا انتهای دیگر کار بصورت  خطی گسترش  می یابد اتفاق افتاده و باعث میگردد که پاسخ سازه در مقابل نیروهائی که فرض محاسبات بوده اند با تولید خروج از مرکزیت محل تاثیر بارها در تکیه گاهها متفاوت گشته و احتمال بروز خطرات را افرایش دهد. البته در عمل تاثیر تغییرات دمای گره تکیه گاهی از محل استقرار پیش فرض خود میگردد.که در این صورت لزوم تمهیدات ناخواسته و اجباری نظیر ساخت قطعات انتقالی واسطه ضروری است.
• باتوجه به نصب تمام قطعات در محل و عدم امکان تست کامل سازه مونتاژ شده احتمال بروز اشکال در اثر عدم دقت نصاب و احتمال معیوب بودن بعضی اتصالات، زیاد میباشد.
• در طراحی این نوع سازه ها برای مقابله با نیروهای موضعی متمرکز فقط میتوان سطح مقطع المانهای آن منطقه را به نسبت افزایش داد ولی بایستی تراکم و آرایش هندسی منظم المان ها را حفظ نمود که این امر از یک نظر دارای نظم و ترتیب مناسبی بنظر میرسد ولی زمانی که بدانیم سطح زیرین این سازه ها عمدتا توسط سقف های کاذب پوشیده و از طرفی کار اجرا پیچیده میگردد لطف این حسن از بین خواهد رفت.
• باتوجه به الزامات طرح جهت تولید قطعات خصوصا گویهای اتصالی نیازبه ابزار پیشرفته صنعتی نظیر دستگاههای CNCو نظیر آن میباشد.

سیستم اختراعی سازه فضاکار پیش بافته شکل پذیرعلاوه براینکه هیچکدام ازمعایب اشاره شده برای سیستمهای موجود ومتداول را ندارد،
در مقایسه با آنها دارای محاسن زیادی نیزمیباشد که در بخش نتیجه گیری به آن پرداخته  خواهد شد.

توصیف اجزاء متشکله :

• سلول مدولار اصلی و بافت حاصل از چیدمان آنها :

بخش عمده این سازه تشکیل شده است ازمجموعه از یک سلول اصلی ومشابه که بصورت شکل(1)درکنارهم آرایش داده میشوند.

طرح اصلی سلول بفرم شکل(2)بوده که قطعات والمانهای آن ترجیحا ازلوله فولادی بامقاومت کششی وفشاری مناسب وبا سایزومشخصات متناسب میباشند.

باتوجه به جزئیات،پس ازآرایش ونصب سلولهادرکنارهم واعمال زوایای استقراربرای آنهابفرم نمایش داده شده درنقشه‌هاجهت تحقق رفتارموردنظرگره‌هابصورت یکدرمیان محدب ومقعرجانمائی میگردند.

• قطعات تحتانی و فوقانی :

این قطعات پس از تثبیت فرم صفحه وبصورت طولی ویا منقطع درصفحات مشخص ودرمحل مفاصل اتصالی نصب ومحکم میگردند.
(محل مفصل عمومی وقطعات اشاره شده نیزبشکل مشخص شده درجزئیات مربوطه درآلبوم نقشه‌های گزارش اختراع درکارخانه بهم متصل وبافته میشوند)

توضیح اینکه با توجه به اختراعی بودن طرح ارائه هرگونه جزئیات بیشتر با کسب نظر صاحب امتیاز میسر خواهد بود.

• قطعات واسطه پوشش محافظ (دستکها):

مشابه سایرسازههای فضاکاردستکهائی باقابلیت رگلاژارتفاعی که به نقطه فوقانی گرههاوپس ازاتمام کارسازه نصب میگردند،امکان نصب صفحات پوششی نظیرساندویچ پانلها بوجودمیاید.

(توضیح اینکه این قسمت جزواختراع نبوده وصرفا برای نشان دادن قابلیت نصب پوشش نهائی برای جلوگیری ازنفوذ نزولات جوی و تولید سایه اشاره شده است که البته درکلید سازه‌های فضائی موجود جزوملحقات پوشش بحساب میاید)

جهت بهترنمایاندن عملکردسازه اختراعی مدل کوچک وخلاصه شده ای صرفاجهت اثبات عملکردوشرح فوق،ساخته شده وتصاویرزیر نشان دهنده رفتارواقعی آن میباشند.

( توضیح اینکه نمونه اشاره در حالت مسطح اجرا شده )

این سازه برای حالتهای عمومی خودوبادرنظرگرفتن یک مدول صفحه8X8توسط نرم افزارSap2000مدلسازی شده وپاسخهای خروجی ازآنالیزکامپیوتری صحت رفتارسازه آنرااثبات نموده است.

توضیح : در مدل موجود در بخش نمایشگاه و گزارش تصویری ارائه شده بصورت Power Point جزئیات بیشتری ارائه شده است.

نتیجه :

نیازی به دستگاه های پیچیده و ابزار دقیق برای تولید ندارد.

باتوجه به اینکه تعداد 5 قطعه از 7 قطعه المان تشکیل دهنده هر سلول و هر 4 مفصل مربوطه در محل کارخانه بهم متصل و بافته میشوند(یعنی بغیر از المان های فوقانی و تحتانی) میتوان گفت که حدود 70% آن پیش بافته میباشد.

علیرغم پیش بافته بودن بدلیل امکان تاشدن بخشهای بافته شده در کنار هم بنحوی که هیچ فضای مازادی به نسبت بسته بندی منفک قطعات برای جمع کردن و حمل به پای کار لازم نمی باشد و عملا سرعت نصب و اجرا بهمان نسبت بالا میرود.

باامکان تغییرطول المانهای بافته نشده(لایه فوقانی وتحتانی)که درمحل نصب میگردند امکان شکل دادن به پوسته به هرفرم دلخواه فراهم میگردد.

با توجه به عدم جمع شدن خطاها و رفع موضعی  تمام آنها هیچگونه احتمالی در مورد جابجائی محل مورد انتظار گره های تکیه گاهی موجود نبوده و حتی تغییرات دمای محیط بدلیل استهلاک موضعی تغییر ابعاد به تکیه گاهها منتقل نمیشود.

درصورت لزوم میتوان بدون احتیاج به تغییرسطح مقطع المانهاوفقط بااعمال تراکم گره درواحد سطح به مقاومت لازم درمنطقه مورد نظررسید.

در هر زمان چنانچه نیاز به تغییر محل بار متمرکز در سازه نصب شده باشد میتوان فقط با باز کردن المان های بافت ثانوی (المان های فوقانی و تحتانی پوسته) و تغییر تراکم بافت به نفخ منطقه مورد نظر مقاومت لازم موضعی محل مذکور را تامین کرد.

با توجه به عدم تحمیل زاویه خاص به گره های مفصلی میتوان بسته به میزان بارهای ثقلی وارده با کشیدگی کم یا زیاد تورینه های صفحه ای مدولار پیش بافته، با یک مدول پیش بافته ثابت دهانه های مختلفی را پوشش داد، یعنی هر قدر بار گسترده کمتر باشد میتوان با یک مدول سطح بیشتری را پوشش داد و برعکس.

باتوجه به حالت سفره مانند سازه پیش بافته این امکان بوجود می آید که برروی هر سطح یا تارکابلی گسترده شده و شکل مربوطه را بخود بگیرد و پس از آن با نصب قطعات بافت ثانوی فرم دیکته شده تثبیت گردد و عملا بتوان آنرا به همان شکل مورد استفاده قرار داد.

باتوجه بمشخصات وتعاریف ارائه شده سازه میتواندسازه ایده‌آل برای مهندسین معمارتلقی گردد،چراکه هیچگونه محدودیتی برای شکل‌پذیری درعین تحمل بارهای وارده‌ندارد.

با توجه به تبدیل المانهای اصلی مورب لایه میانی وبخش پیش بافته المانهای افقی سازه فضاکار به 2المان به جای 1 المان سازه های فضاکار موجود خطرات ناشی از تخریب احتمالی ناشی از ضعف رفتار کاهش می یابد.

سازه فضاکار جدید با توجه به فرم مصرف افقی، قوسهای مشخص و یا قوسهای نامشخص قابلیت ساده سازی مفاصل و گره های اتصالی را دارد به نوعی که بتوان هزینه و اقتصاد طرح را متناسب و بهینه نمود.

عمده موارد استفاده :

پوشش سازه نهائی سقف انواع سالنهای متعارف وغیرمتعارف

احداث پوسته های قوسی( اعم از محدب،مقعر و نامشخص)

تولید احجام فضائی سازه ای برای مقاصد مختلف

ایجاد سازه پوشش محافظ بناهاوسایتهای تاریخی(علی الخصوص سایتهائی که بهیچ عنوان امکان آرایش وجانمائی پایه های مدولاردرآنهابرای بارگیری سقف میسرنمیباشد)

علاوه برمواردفوق که درپاره مواردمشابه سایر سازه فضاکار میباشداین سازه بدلیل انعطاف پذیری درفرم افقهای جدیدی راپیش روی معماران میگشاید.

کلام آخر : سازه فضاکار پیش بافته شکل پذیر رویای معماران را در دستیابی به احجام دلخواه به حقیقت می پیوندد.

تهیه کنندگان : پرویز شاه آبادی