یافتن فرم اولیه طراحی به روش تراکم نیروها

سازه های پارچه ای کششی که با نام سازه های کششی غشایی نیز شناخته می شوند، با توجه به رفتار کششی خاص در برابر نیروها، زیرمجموعه ای از مجموعه ی بزرگ سازه های کششی محسوب می شوند. از سوی دیگر به علت برخورداری از یک هندسه فضایی سه بعدی به خانواده ی سازه های فضایی تعلق دارند وهم زمان به خاطر سبکی وزن در گروه سازه های سبک نیز قرار می گیرند. استفاده از سازه های پارچه ای در طراحی استادیوم ها، مراکز خرید، پارکینگ ها و.... آزادی عمل فراوانی در زمینه ی انتخاب فرم به طراح می دهد. به طوری که در تمام دنیا غیرمنتظره ترین پروژه ها با استفاده از ویژگی سبکی و انحناپذیری این مصالح، قابل ساخت است. نکته حائز اهمیت ارتباط تنگاتنگ فرم و عملکرد سازه در این نوع مصالح است که مستلزم ارتباط وهمکاری متقابل مهندسین سازه و معمار در طراحی این سازه ها می باشد. بنابراین یکی از حساس ترین مراحل طراحی سازه های چادری یافتن فرمی است که بتواند به طور همزمان نیازهای مهندسین سازه و مهندسین معمار را برآورده نماید. با توجه به محدود بودن منابع فارسی در زمینه ی طراحی سازه های پارچه ای کششی و این نکته که همین منابع محدود نیز غالبا به بررسی این سازه ها از نظر معماری پرداخته اند، در این پایان نامه سعی شد تا در حد امکان بستری برای انجام مطالعات آینده در زمینه ی طراحی فرم اولیه، آنالیز و اجرای این سازه ها فراهم شود. از این رو علاوه بر مرحله یافتن فرم اولیه، که تمرکز اصلی پایان نامه بر این موضوع است، مراحل دیگر طراحی این سازه ها به همراه تاریخچه ی مختصری از مطالعات انجام شده و توضیح اجمالی بر هر کدام نیز ارائه شده است. همچنین با بررسی روش های موجود در زمینه طراحی فرم اولیه و در نظر گرفتن دغدغه ها و معضلات پیش روی معماران در طراحی فرم این سازه ها با رویکردی سازه ای به حل برخی از این دغدغه های پرداخته شد. برای حل این دغدغه ها برنامه ای تهیه شد که کار با آن نیاز به اطلاعات سازه ای پیشرفته ندارد و مهندسین طراح که آشنایی کامل با علم سازه ندارند، می‎ توانند به راحتی از آن به منظور یافتن فرم ایده آل و ممکن استفاده نماید؛ همچنین تا حد امکان سعی بر آن بوده است که از هزینه و زمان محاسبات کاسته شود. از آن جایی که یکی از مسائل مهم در انتخاب فرم توسط معمار، نحوه ارتباط فرم سازه با عوامل محیطی پیرامون آن می باشد، خروجی برنامه به صورتی است که توسط نرم افزارهای متداول طراحی قابل استفاده است و طراح می تواند با استفاده از این نرم افزارها فرم به دست آمده را در کنار مدل سه بعدی دیگر المان های معماری قرار داده و ارتباط آن ها را بررسی نماید. یکی دیگر از مشکلات پیش روی طراحان عدم آشنایی با عوامل و ابزارهای در دسترس به منظور رسیدن به فرم های مختلف می باشد؛ از این رو به بررسی عوامل موثر بر فرم اولیه از جمله مقدار نیروهای داخلی، شرایط مرزی و نحوه ی المان بندی پرداخته شد. با تغییر هر کدام از این عوامل اشکال جدیدی به دست می آید. مهندس معمار با استفاده از نتایج حاصل با نحوه و میزان تغییرات ایجاد شده توسط این عوامل آشنا شده و می تواند از آن ها به عنوان ابزاری مناسب در جهت رسیدن به فرم های مختلف استفاده نماید. برای یافتن فرم متعادل سازه از روش تراکم نیروها استفاده شد. در این روش محاسبات با استفاده از المان های میله ای انجام می شود و با ارضاء معادلات تعادل، مجموعه ای از فرم های متعادل با توجه به شرایط مرزی تحت نیروهای پیش تنیدگی به دست می آید؛ در ادامه به منظور جلوگیری از ایجاد چین و چروک در سطح سازه و حداقل سازی سطح مصالح مصرفی با استفاده از روش های تکراری همچون اصلاح چند مرحله ای نیرو یا اصلاح چند مرحله ای تنش، فرمی که در آن نیروی های داخلی در تمامی المان ها برابر باشد یافته شد. در نهایت به منظور کاهش زمان محاسبات و ایجاد امکان استفاده ی بهتر از شکل به دست آمده در نرم افزارهای متداول طراحی، از توابع نربز(nurbs) برای بیان خروجی برنامه تهیه شده استفاده شد.