فرم یابی

برای یک سازه ی پوسته ای هیچ چیز مهم تر از شکل سازه نیست. شکل مهم ترین موضوع در مقاومت، زیبایی و ماندگاری یک سازه ی پوسته ای به حساب می آید. هدف از فرم یابی، یافتن شکلی مناسب برای پوسته است به نحوی که تنش های موجود در پوسته به کم ترین حالت خود برسد. تنش های خمشی را در پوسته به صفر برسانیم. تنش های کششی خالص را کاهش دهیم و تنش های فشاری را در محدوده ای امن نگه داریم. بهترین حالت یک پوسته زمانی است که صرفا تحت تنش فشاری باشد که این موضوع به ندرت رخ می دهد پس با فرم یابی سعی در به حداکثر رساندن محدوده ی تحت تنش فشاری خالص در پوسته داریم. اگر پوسته به درستی فرم یابی و طراحی شود قادر به تحمل بارهای وارده خواهد بود و ظرفیت باربری بالایی را خواهد داشت. قوانین طراحی پوسته به صورت زیر تعیین می گردد:

1- بهره گیری از کمترین مصالح

2- رسیدن به پاسخ فرکانس مناسب

3- افزایش ظرفیت باربری قابل تحمل پوسته

4- تبدیل تنش های خمشی به غشایی و عمل کرن تحت تنش غشایی خالص یا با حداقل تنش خمشی

5- قابل ساخت در دهانه های بزرگ

6- داشتن زیبایی معماری چشم نواز

در حال کلی فرض می شود پوسته ها که تحت تنش غشایی هستند اما این حالت صرفا در زمانی اتفاق می افتد که یک شکل هندسی کامل مثل کره داشتیم داشتیم. در صورت وجود شکل های هذلولی نیز فرض می شود که تا بی انتها ادامه یابند و این موضوع در عمل امکان ناپذیر است پس به همین دلیل ما علاوه بر تنش های غشایی، تنش خمشی نیز داریم.

 اما چگونه باید فرم یابی یا بهینه سازی انجام شود؟

4 روش جهت انجام فرم یابی داریم:

1- بهینه سازی با مدل سازی عددی: با شبیه سازی پدیده ها و رفتارهای موجود در طبیعت بهینه سازی و فرم یابی انجام می شود.

2- شبیه سازی قانون hook  که مدل زنجیر آویزان نیز نامیده می شود.

3- مدل سازی عددی با الهام از روش تجربی.

4- شبیه سازی عددی با مدل فیزیکی.

ما از روش دوم استفاده کرده ایم و با استفاده از نرم افزار ها مدل سازی را انجام داده ایم. زنجیر آویزان یک حالت غشایی فشاری خالص را نتیجه می دهد. در حقیقت به پوسته اجازه می دهیم که خودش شکلش را انتخاب کند و پوسته به نحوی طراحی می شود که ذاتا پایدار باشد.

طرح مهراز ترکیبی از سازه های پوسته ای antycalstic و synclastic می باشد. انحناهای متفاوت و نرم به گونه ای در کنار یکدیگر قرار گرفته اند که نه تنها چشم‌نواز است و در ذهن ها به یادگار می ماند بلکه حداکثر کاربری فضا را داشته و کاملا مقاوم می باشد.

منابع:

Antonio Tomás_, Pascual Martí, Shape and size optimisation of concrete shells, Department of Structures and Construction, Technical University of Cartagena, Campus Muralla del Mar, 30202 Cartagena (Murcia), Spain

 Ramm E, Kemmler R, Schwarz S. Formfinding and optimization of shell structures. In: Papadrakakis M, Samartín A, Oñate E, editors. Proc 4th int coll computation of shell and spatial structures. ISASR-NTUA. 2000 Ramm E, Wall WA. Shells in advanced computational environment. In:

 Mang HA, Rammestorfer FG, Eberhardsteiner J, editors. Proc 5th world cong computational mechanics. 2002. Plenary paper

Stephanus Evert Indrawan,The use of minimal surface principles and multiplex joinery system for designing post-disaster construction systems,Article in ARTEKS Jurnal Teknik Arsitektur · December 2020