‌بهینه‌سازی فرم ستون‌های خرپایی با الهام از ساختار مارپیچ در استخوان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد فناوری معماری بایونیک، دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان

2 استادیار دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان

3 استادیار دانشکده مهندسی، دانشگاه کاشان

10.30475/isau.2019.87939

چکیده

طراحی فرم با عملکرد سازه‌ا‌ی بهینه همواره توجّه تعداد زیادی از متخصصین را به خود جلب کرده‌ است؛ در این زمینه، علم بایونیک (bionic) نیز می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. در موجودات زنده، استخوان‌ها، عناصر سازه‌ای اصلی بدن هستند که به نسبت وزن خود نیروی زیادی را تحمل می‌کنند. این عناصر که دارای ساختار مارپیچ‌ هستند، در این تحقیق مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته‌اند؛ در این مقاله، تلاش شده‌ تا مکانیزم انتقال نیرو در آن‌ها شناسایی گردد؛ سپس با کاربست اصول سازه‌ای موجود در آن، مجموعه‌ای از ستون‌های مارپیچ با زوایای چرخش مختلف، طراحی شده است. در ادامۀ مقاله، با استفاده از مدل‌سازی و بارگذاری ستون‌ها و تحلیل یافته‌ها توسط نرم‌افزار SAP2000، به روش شبیه‌سازی، به تجزیه و تحلیل فرم‌های مختلف پرداخته شده است. بر پایه‌‌ی یافته‌های این پژوهش، ساختار مارپیچ برای یک ستون، به‌ازای زوایای چرخش مشخص، در کنار رفع الزامات سازه‌ای، وزن کمتری نسبت به خرپا‌ی متعارف داشته، مصالح کمتری در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد و از این رو ضمن برآورده کردن اقتضائات اقتصادی می‌تواند منجر به فرمی بهینه‌ شود؛ این فرم می‌تواند در ایجاد یک فضای معماری همچون نظرگاه مورد استفاده واقع شود.

کلیدواژه‌ها


  1. پورجعفر، محمدرضا و اشرف موسوی لر. 1381. بررسی ویژگی های حرکت دورانی مارپیچ اسلیمی یادمان تقدس، وحدت و زیبایی. علوم انسانی الزهرا. ‎12(43). 184-207
  2. مک دونالد، آنگوس. سازه و معماری. ترجمه محمد احمدی‌نژاد. 1389. تهران: خاک.
  3. موسسه‌ی استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران. 1394. آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها دربرابر زلزله- استاندارد 2800. ویرایش4.
  4. دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان. 1392. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، بارهای وارد بر ساختمان.
  5. سالوادری، ماریو. 1986. سازه در معماری. ترجمه محمود گلابچی. 1379. تهران: دانشگاه تهران.
  6. ‌طیبی فر, مهسا. 1389. بررسی نقش نظرگاه‌ها در منظر شهری. مجله علمی-ترویجیمنظر 2 (9): 52-54.‎
  7. فرشاد، مهدی. 1353. فرم های ساختمانی. شیراز: انتشارات دانشگاه شیراز
Boake, Terri Meyer. 2014. Diagrid structures: systems, connections, details. Walter de Gruyter.

Chen, Po-Yu, Joanna McKittrick, & Marc André Meyers. 2012. Biological materials: functional adaptations and bioinspired designs. Progress in Materials Science. 57 (8): 1492-1704.

Scarr, Graham. 2104. Biotensegrity: the structural basis of life. Handspring Publishing.

Ji, Baohua, & Huajian Gao. 2004. Mechanical properties of nanostructure of biological materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids 52(9): 1963-1990.

Hamed, Elham, and Iwona Jasiuk. 2012. Elastic modeling of bone at nanostructural level. Materials Science and Engineering: R: Reports 73(3): 27-49.

Gavade, Mangesh, S.Roy, S.H.Barhatte, & S.S.Mujumdar. 2016. Study of tensile load carrying capacity of Iso-Truss with two different positions of longitudinal members. International Journal of Current Engineering and Technology.

Changliang Lai, Liu Chuang, & Wang Junbiao. 2014. Fabrication and mechanical property test of IsoTruss ultra-lightweight composite structures [J]. AMCS 31(2): 375-382.

Meyers, Marc André, Po-Yu chen, Albeit Yu-Min Lin, & Yasuaki Seki. 2008. Biological materials: structure and mechanical properties. Progress in Materials Science 53(1): 1-206.

Ritchie, Robert O, Markus J. Buehler, & Paul Hansma. 2009. Plasticity and toughness in bone. Phys Today 62(6): 41-47.

Scarr, Graham. 2011. Helical tensegrity as a structural mechanism in human anatomy. International Journal of Osteopathic Medicine 14(1) : 24-32.

Silver, Pete, and William McLean. 2008. Introduction to architectural technology. London: Laurence King,

Sui, Qianqian, Hualin Fan, and Changliang Lai. 2015. Failure analysis of 1D lattice truss composite structure in uniaxial compression. Composites Science and Technology 118: 207-216.

Weiner, S., Traub, W., & Wagner, H. D. 1999. Lamellar bone: structure–function relations. Journal of structural biology126(3), 241-255.

national institute of standards and technology, http://physics.nist.gov/cgi-bin/Star/compos.pl?refer=ap&matno=119 (accessed september 4,2016)

debney, peter. 2012. Hyperboloid Structures in GSA. oasys-software http://www.oasys-software.com/blog/2012/03/hyperboloi­­­d-structures-in-gsa/ (accessed November 14,2016)