مبانی طراحی
مبانی طراحی سازه های فضاکارگنبدهای ساخته شده در سالهای اخیر را معرفی کرده است.
رسیشتر مطالعه ای بر روی گنبد های شودلر ، مشبک ، لاملا و ژئودزیک انجام داده ،
نتایج حاصل از آن را به همراه مزایا ومعایب نسبی هر کدام از این گنبدها منتشر کرده است .مبانی طراحی
از لحاظ پخش منظم نیرو، گنبدهای ژئودزیک ، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.
گنبدهای ژئودزیک
گنبد ژئودزیک از طریق تکمیل و توسعۀ گنبدهای دنده ای مهار شده به وجود آمده اند.
« ژئو» پیشوندی است که از زبان یونانی مشتق شده
و به معنی «زمین » آمده است و به معنای تقسیم زمین است.گنبدهای ژئودزیک
در رابطه با گنبدها ، کلمه ژئودزیک را می توان خیلی ساده ، به مفهوم کروی معنی کرد .
گنبد ژئودزیک ، سازۀ فضاکاری است که بارهای وارده را از طریق اعضای خطی که در یک گنبد کروی شکل قرار گرفته اند ،
به تکیه گاه ها منتقل می کند
و تمامی اعضا در آن در تنش مستقیم (کشش یا فشار)هستند.
در تصویر2-75-ذ یک ترکیب گنبدی ژئودزیک نشان داده شده
این سازه ها تمام یا بخشی از کرۀ شبیه زمین هستند گنبدهای ژئودزیک
و نیم کره ها یا هر بخش جدا شدۀ دیگری از پایین یا بالای خط میانی را شامل می شوند .
معمولا این شبکه ها دارای نقش مثلث هستند که گنبد را نزدیک به شکل یک کره می کنند .
هرچند تعداد مثلث بیشتر بتشد ،مقاومت بیشتری در برابر گسیختگی سازه ایجاد می گردد.
تاریخچه ساخت گنبدهای ژئودزیک
گنبدهای ژئودزیک واقعی از طریق توسعه و تکمیل گنبدهای دندانه ای مهار شده به وجود آمده اند .
گنبد شودلر (اقتباس از نام مهندس آلمانی ، که این گنبد توسط وی در اواخر قرن نوزدهم اختراع شد) متشکل از حلقه ها با اعضای نصف النهاری می باشد
که با رابط های قطری برای پایداری بیشتر تقویت گردیده است .
که با استفاده از بتن تکمیل کننده سیستم یک پوستۀ نازک بتنی بوجود می آ ید .تاریخچه ساخت گنبدهای ژئودزیک
باکمینسترفولر ،گنبدهای ژئودزیک امروزی را در سال 1948 اختراع و به نام خود ثبت کرد.
او در آغاز برای ساخت یک گنبد ژئودزیک در کالج بلک ماونتیندر طول تابستان 1948 سعی و تلاش نمود
البته این اولین گنبد ژئودزیک نبود. شرکت زایس نوعی از این گنبد را در سال 1922 ساخت .
باکمینستر فولر و دانشجویان وی گنبدی آزمایشی به قطر 15 متر با استفاده از پنجره ای کرکره ای قدیمی می باشد .
تیغه های پنجره ها در محل تقاطع 310 دایره بزرگ به یکدیگر وصل شدند .
یک سال بعد مجددا تلاش خود را برای ساخت گنبدهای ژئودزیک در یک پروژه به نام «واحد مسکونی دارای کنترل داخلی» آغاز کرد .
هندسه
گنبدهای ژئودزیک
هندسه گنبدهای ژئودزیک به میزان زیادی شبیه به اسکات میکروسکوپی مرجان های دریایی می باشد .
با کمینسترفولر به عنوان پیشگام و مبتکر گنبدهای ژئودزیک برای انتخاب آرایش سازه ای بهینه در میان احجام افلاطونی بیست وجهی را از آن نظرکه بیش از سایر احجام به شکل کره نزدیک است برگزید. بیست وجهی ، دارای 30یال ،20 وجه و 12 راس است .
صورت می توان بر روی سطوح چند وجهی قرار داد .
در حالت اول که آن را آلترنیت هم می نامند ،
،مثلث های کوچکتری را بر سطح آن پدید می آورند.
خطوط شبکه عمود بر اضلاع وجوه مثلثی هستند .
درهردو حالت تعداد تقسیمات هر یال را فرکانس می نامیم.
– در حالت اول ،تعداد تقسیمات می تواند هم زوج و هم فرد باشد.
،اختلاف طول اعضای غیر هم اندازه در مقایسه با حالت اول بیشتر بوده
، بنابراین یکنواختی توزیع تنش کمتراست .
تا بر روی سطح کرۀمحیطی قرار گیرند . برای این کار دو روش وجود دارد:
در روش اول، اضلاع وجوه مثلثی را به قسمت های مساوی تقسیم نموده ،
تا بروی سطح کرۀ محیطی قرار بگیرند .
در روش دوم ، زاویۀ مرکزی رو به یال را به قسمت های مساوی تقسیم نموده
انتخاب فرکانس
انتخاب مناسب تعداد تقسیمات یال ها، در طراحی یک گنبد ژئودزیک بر اساس حداکثر طول قابل قبول اعضا (که مقدار آن به شعاع گنبد و ضریب وتر بیشینه بستگی دارد ) صورت می گیرد.
برای گنبدهایی با دهانه های بزرگ ، باید به منظور جلوگیری از بزرگ شدن بیش از حد اعضا که منجر به استفاده از مقاطع سنگین جهت مقابله با کمانش خواهد شد ،
تعداد تقسیمات یال ها افزایش یابد .
از طرفی از آنجا که افزایش تعداد تقسیمات ،افزایش تعداد اعضا و به تبع آن تعدد طول اعضا را در پی خواهد داشت ،
باید سعی شود تا تقسیمات به کمترین تعداد ممکن تقلیل یابد .
به عنوان یک قانون کلی ، برای گنبد های یک لایه ،بهتر است
تعداد تقسیمات یال ها از عدد بیشتر نباشد.
غرفۀ سفینۀ فضایی زمین ، در مرکز دیزنی در ارلاندو نمونه ای از یک کرۀ زئودزیک کامل است .
الگوی اصلی این سازه ها به صورت بیست وجهی منحنی وار است
که پنج ضلعی را شکل می دهد.
از آنها به گنبد ژئودزیک تک تناوبی یاد می شود .
تقسیم کردن یک کره با تناوب اول به مثلث های کوچکتر، تشکیل شش ضلعی هایی را بین پنج ضلعی ها می دهد.
تعداد این تقسیمات تناوب گنبد را مشخص می کند .
هرچه تعداد این تناوبات بیشتر باشد ، سطح صاف تر خواهد بود
چرا که تمام اتصالات مثلث ها شعاعی یکسان از مرکز کره دارند .
عدد تناوب ، تعداد مثلث هایی است که بین دو پنج ضلعی کنار هم قرار می گیرند .
توزیع نیروها در گنبدهای ژئودزیک
در گنبدهای ژئودزیک ، بارها از طریق نیروهای محوری ( کشش و فشار) موجود در اعضای قاب به پی ها منتقل می شوند .
تمام اعضایی که در بالای گنبد نیم کروی قرار گرفنه اند
د زیر بار یکنواخت ، تحت فشار و تمامی اعضای پایینی تحت کشش و اعضای نزیک به خط عمود نیز تحت فشار قرار خواهند گرفت.
شکل گنبد جهت نیروی عکس العمل رانشی (فشاری)را در پی تعیین می کند.
گنبد های نیم کره در تکیه گاه نزدیک به خط عمود هستند ،
یک خط پایه نزدیک به خط افق قرار دارند و مقداری جزئی نیروی رانشی بیرونی ایجاد می نمایند .
گنبدهای ربع دایره (تقریبا نصف ارتفاع یک گنبد نیم کره ) 5 نقطه اتکا دارند
و نیروی رانشی قابل توجهی ایجاد می کنندو باید به وسیلۀ پشت بندها یا حلقه های کششی در برابر این نیرو مقاوم گردد.
گنبدهای سه چهارم کره هم دارای پنج نقطه اتکا هستند ولی نیروی رانشی بیرونی ایجاد می نمایند.
بارهای متمرکز وارد بر گنبد از طریق خرپاهایی که به وسلۀ دو یال مجاور هم تشکیل می شود ،
تحمل می گردد. در جایی که تعداد تقسیمات و طول میله های خرپا زیاد است ،
ارتفاع خرپا و مقاومت در برابر بارهای متمرکز افزایش می یابد. اگر تعداد اعضا در گنبد ژئودزیک افزایش یابد
، ارتفاع مقطع خرپا و مقاومت آن در برابر بارهای متمرکز کاهش می یابد .
کتاب : مبانی طراحی سازه های فضا کار
تالیف:
پروفسور محمود گلابچی
دکتر محمد رضا گلابچی