تحلیل مکانیزم های جابجایی در سازه سقف های های تغییرفرم پذیر بر اساس بررسی نمونه های شاخص جهانی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار،دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد فنّاوری معماری، دانشکده معماری و هنر، دانشگاه کاشان

3 دانشجوی دکتری معماری، دانشکده‌ معماری و شهرسازی، دانشگاه هنر

چکیده

در سال‌های اخیر استفاده از سازه‌های باز و بسته‌شونده به دلیل قابلیت آن‌ها در دستیابی به یک معماری پویا و انعطاف‌پذیر موردتوجه بسیاری از معماران و مهندسان قرارگرفته‌است. سقف‌های تغییرفرم‌پذیر با تامین شرایط مطلوب و متفاوت برای یک فضای مشخص و ایجاد پویایی و انعطاف‌پذیری برای بنا، جایگاه ویژه‌ای در بسیاری از پروژه‌های موفق جهانی دارد. در این پژوهش مکانیزم‌های حرکتی سقف‌های متحرک بررسی و تحلیل شده‌است. ساختار حرکتی سقف‌های تغییرفرم‌پذیر در چهارگروه مکانیزم صلب، غشایی، قیچی‌سان و چتری دسته‌بندی شده و ضمن تشریح جزئیات و نحوة تغییرفرم در هر مکانیزم، یک پروژه شاخص به عنوان مصداق هر گروه تحلیل شده‌است. سپس با بررسی مشخصات ۶۰ پروژه شاخص جهانی که در حدود شش دهه اخیر احداث و در آن از سیستم سقف‌های تغییرفرم‌پذیر استفاده شده، ویژگی‌های مهم این سازه‌ها تحلیل و ارزیابی شده‌است. تحلیل‌ها نشان می‌دهد که استفاده از سقف‌های تغییرفرم‌پذیر در حدود دو دهه اخیر توسعه چشمگیری پیدا کرده و برای پوشش استادیوم‌ها و اماکن ورزشی به طور گسترده‌ای استفاده شده‌است. در بین مکانیزم‌های حرکتی، مکانیزم صلب و در مرحله بعد مکانیزم غشایی بیشترین کاربرد را داشته و سیستم سازه خرپا و سازه کابلی بیش از سایر سیستم‌ها استفاده شده‌است. این سقف‌ها برای پوشش دهانه‌های تا بیش از 300 متر نیز مورد استفاده قرار گرفته و نسبت طول دهانه به ضخامت سقف از حدود 30 تا 240 تغییر می‌کند و بیشترین مقدار آن برای مکانیزم غشایی است. برای پوشش سقف‌های متحرک در چهار گروه، عمدتا از مصالح سبک شامل تفلون، ETFE و PVC استفاده شده است.

کلیدواژه‌ها


ـ احمدنژادکریمی، مجید، مازیار آصفی، و فرزین حق‌پرست. ۱۳۹۵. الگوی سازه‌ای حرکتی سقف‌های باز و بسته‌شوندۀ منحنی‌شکل توسط میله‌های متحرک. نقش جهان ۶ (۳): ۲۷ـ۳۷.
ـ بانی مسعود، امیر. ۱۳۹۵. تاریخ معماری غرب. تهران: خاک.
ـ تقی‌زاده، کتایون، محمود گلابچی، و لادن وجدانزاده. ۱۳۹۷. معماری تغییر فرم‌پذیر. تهران: دانشگاه تهران.
ـ سرکرده‌ئی، الهام، احمد جامعی، و محمدرضا مجاهدی. ۱۳۸۹. بررسی انواع سقف‌های باز و بسته‌شونده و ملاحظات مرتبط با آن‌ها. ارائه‌شده در اولین همایش ملی فناوری‌های نوین در علوم مهندسی. تهران.
ـ صادقپور، امیرحسین، و فائزه تفرشی. ۱۴۰۰. ارزیابی انواع مکانیزم‌های تغییر شکل در ساختمان پل‌های متحرک. جاده ۲۹ (۱۰۹): ۱۹ـ۳۴.
ـ صادقپور، امیرحسین، و نرگس یاوری. ۱۴۰۱. ارزیابی مکانیزم‌های پویایی در نمای ساختمان. دوفصلنامه انرژی‌های تجدیدپذیر و نو ۹ (۲): ۱۰۱ـ۱۱۲.
ـ عالمی، بابک، شهرام پوردیهیمی، و سعید مشایخ فریدنی. ۱۳۹۵. سازه، فرم و معماری. مطالعات معماری ایران ۹ (۵): ۱۲۳ـ۱۴۰.
ـ قوچانی، محیا، محمد تاجی، و مجتبی دربانیان. ۱۳۹۸. کاربرد سقف‌های متحرک به‌منظور آماده‌سازی حیاط مرکزی مساجد جهت اسکان موقت در شرایط بحران. شهر ایمن 2 (۵): ۶ـ۱۹.
ـ گودرزی، رفیدا، و حشمت‌اله متدین. ۱۳۹۰. طراحی فضایی برای اجرای هنرهای نمایشی با کاربرد سازۀ متحرک و باز و بسته‌شونده. پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تهران، ۱۳۹۰.
ـ محمدیان‌منصور، صاحب، و سینا فرامرزی. ۱۳۹۲. بررسی وجود نظم شبه تناوبی در ساختار هندسی پتکانه. نشریه هنرهای زیبا ـ معماری و شهرسازی 18 (۱): 43ـ54.
ـ موسوی، ‌سیده‌ فائزه، و حمیدرضا ‌داودآبادی‌فراهانی. ۱۳۹۸. ارائۀ طرح ترکیبی از سازه‌های اوریگامی و قیچی‌سان به‌عنوان سایه‌بان‌های متحرک متصل به ساختمان. نخبگان علوم و مهندسی ۴ (۱): ۴۰ـ۵۲.
ـ  Akgün, Yenal. 2010. A Novel Transformation Model for Deployable Scissor ـ hinge. Structures Engineers. 21.
 ـ Akgün, Yenal, Walter Haase, and Werner Sobek. 2007. Proposal for a New Scissor ـ hinge Structure to Create Transformable and Adaptive Roofs. In Proceedings IASS 2007 (International Association of Spatial Structures) Symposium.
 ـ Arnouts, Liesbeth IW, Thierry J Massart, Niels De Temmerman, and PZ Berke. 2020. Multi ـ objective Optimisation of Deployable Bistable Scissor Structures. Automation in Construction. 114: 103 ـ 154.
 ـ Asefi, Maziar, Sh Valadi, and Elia Ebrahimi Salari. 2013. New Proposal for a Retractable Roof Over a Courtyard in Tabriz Islamic Art University. International Journal of Architecture & Urban Planning (IJAUP). 23: 113 ـ 20.
 ـ Bhavana, B, and M Shilpa. 2018. Modeling and Analysis of Retractable Roofs. International Journal of Applied Engineering Research. 13: 89 ـ 93.
 ـ Chen, Yao, Linzi Fan, and Jian Feng. 2017. Kinematic of Symmetric Deployable Scissor ـ hinge Structures with Integral Mechanism Mode. Computers & Structures. 191: 140 ـ 52.
 ـ Dinevari, Najmeh Faghih, Yaser Shahbazi, and Feray Maden. 2021. Geometric and Analytical Design of Angulated Scissor Structures. Mechanism and Machine Theory. 164: 104 ـ 124.
 ـ El ـ Zanfaly, Dina Ezz ElDin. 2011. Active Shapes: Introducing Guidelines for Designing Kinetic Architectural Structures. Massachusetts Institute of Technology.
 ـ Elkhayat, Youssef Osama. 2014. Interactive Movement in Kinetic Architecture. JES Journal of Engineering Sciences. 42: 816 ـ 845.
 ـ Hemmerling, Marco. 2017. Architecture by Numbers. An Interdisciplinary Approach Towards Computational Design and Architectural Geometry.
 ـ Jensen, Frank Vadstrup. 2005. Concepts for Retractable Roof Structures. University of Cambridge.
 ـ Liao, Yuan, and Sudarshan Krishnan. 2017. Geometric Design and Kinematics of Curvilinear Deployable Structures. In Proceedings of IASS Annual Symposia. 1 ـ 10. International Association for Shell and Spatial Structures (IASS).
 ـ Maden, Feray, Yenal Akgün, Gökhan Kiper, Şebnem Gür, Müjde Yar, and Koray Korkmaz. 2019. A Critical Review on Classification and Terminology of Scissor Structures. Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures. 60: 47 ـ 64.
 ـ Megahed, Naglaa Ali. 2017. Understanding Kinetic Architecture: Typology, Classification, and Design Strategy. Architectural Engineering and Design Management. 13: 130 ـ 146.
 ـ Mira, L Alegria, R Filomeno Coelho, Ashley P Thrall, and Niels De Temmerman. 2015. Parametric Evaluation of Deployable Scissor Arches. Engineering Structures. 99: 479 ـ 491.
 ـ Mollaert, M. 1996. Retractable Membrane Roofs. WIT Transactions on the Built Environment. 24.
 ـ Pawlak ـ Jakubowska, Anita, and Krystyna Romaniak. 2020. Retractable Roofs in Engineering Education. Technical Transactions/Czasopismo Techniczne. 13.
 ـ Pellegrino, Sergio. 2001. Deployable Structures in Engineering. Deployable Structures (Springer).
 ـ Ramzy, Nelly, and Hatem Fayed. 2011. Kinetic Systems in Architecture: New Approach for Environmental Control Systems and Context ـ Sensitive Buildings. Sustainable Cities and Society. 1: 170 ـ 177.
 ـ Sharaidin, Kamil. 2014. Kinetic Facades: Towards Design for Environmental Performance. RMIT University.
 ـ Siotor, Igor G, and Thomas Hermeking. 2017. Convertible Architecture with Lightweight Technology. In Proceedings of IASS Annual Symposia, 1 ـ 8. International Association for Shell and Spatial Structures (IASS).
 ـ Smith, Julie Katherine. 2003. Current Technologies and Trends of Retractable Roofs. Massachusetts Institute of Technology.
 ـ Takahashi, Kenryo, Axel KÖrner, Valentin Koslowski, and Jan Knippers. 2016. Scale Effect in Bending ـ Active Plates and a Novel Concept for Elastic Kinetic Roof Systems. In Proceedings of IASS Annual Symposia, 1 ـ 10. International Association for Shell and Spatial Structures (IASS).
 ـ Temmerman, Niels, and Lara Alegria Mira. 2011. Development of a Sustainable Construction System for Temporary Structures.
 ـ Van der Wijk, V, G Kiper, and A Yasır. 2015. Synthesis and Experiments of Inherently Balanced Umbrella Canopy Designs. In Proceedings of the TrC ـ IFToMM Symposium on Theory of Machines and Mechanisms.
 ـ Yar, Müjde, Koray Korkmaz, Gökhan Kiper, Feray Maden, Yenal Akgün, and Engin Akta. 2017. A Novel Planar Scissor Structure Transforming Between Concave and Convex Configurations, The International Journal of Computational Methods and Experimental Measurments. 5: 442 ـ 450.
 ـ You, Z, and J Springer. 2000. A New Approach to Design of Retractable Roofs. In IUTAM ـ IASS Symposium on Deployable Structures: Theory and Applications. 477 ـ 483. Springer.
 
 
 ـ URL 2: https://www.kugel ـ architekten.com/
 ـ URL 6: https://en.wikipedia.org/wiki/Retractable_roof.Accessed 22 ـ November ـ 2022.
 ـ URL7: https://www.businesswire.com/news/home/20160518005426/en/New ـ Vikings ـ Football ـ Stadium ـ First–in ـ the ـ U.S. ـ to ـ Use ـ Lightweight ـ ETFE ـ Film ـ Roof. Accessed 10 ـ January ـ 2022.
 ـ URL 9: https://www.pinterest.com/rollacover/_created.Accessed 22 ـ November ـ 2022.
 ـ URL 11: https://www.mhi.com/products/living/culture_sports_movable_roof.html.Accessed 22 ـ November ـ 2022.
 ـ URL 14: https://www.johndesmond.com/blog/design/lilles ـ grand ـ stadium. Accessed 10 ـ January ـ 2022