سازه های تاشو یکی از انواع جالب و پیچیده از سازه های فضاکار می باشند که کاربردهای بسیار زیادی در زمینه های مختلف

مهندسی از جمله مهندسی عمران، مکانیک و هوافضا دارند. در این مقاله، پس از مرور کلی بر انواع سازه های فضاکار تاشو، نحوه

طراحی با هندسه آزاد سازه های تاشوی یک و چند لایه قیچی سان بررسی شده و شرایط و روابط تاشوندگی برای این نوع سازه ها

ارائه شده است. شرایط تاشوندگی به گونه ای توسعه داده شده است که در حالت های باز شده و جمع شده و در حین بازشدن هیچ

تنشی در سازه ایجاد نمی شود. بنابراین آزادی در هندسه و چند لایه بودن ، طراحی این سازه ها را پیچیده تر میکندو شرایط خاص

برای امکان تاشوندگی نیاز میباشد. روش طراحی سازه های چند لایه تشریح شده و چند نمونه از این سازه ها برای نشان دادن

صحت روابط، طراحی و ارائه شده اند که نشان دهنده کارایی روابط میباشند..

 کلمات کلیدی: سازه فضاکار، سازه فضایی، سازه های فضاکار، سازه های فضایی، ، شرکتهای سازه فضایی، شرکتهای سازه فضاکار،

تولیدکنندگان سازه فضایی، چلیک های دو لایه، سازه های فضاکار تاشو، شرایط تاشوندگی، هندسه آزاد، سازه های چند لایه.

مقدمه

نیاز به سازه های متحرک که بطور ساده و سریع نصب شده و قابل حمل و نصب مجدد در مکان های مورد نیاز باشند،باعث پیدایش

سازه های فضاکار تاشو شده است.خصوصیت باز شوندگی ممکن است تنها برای یکبار یا برای چندین بار استفاده شود.شبکه

فضایی،در هر زمان که ساختمان ساخته(برپا)میشود،باز شده و سپس قبل از انتقال به انبار یا محل دیگر بصورت یک بسته فشرده

شده،تا می شود،بطوریکه روند فوق می تواند برای چندین بار تکرار شود.ار بین مطالعات فراوان سازه ها،متفکر و هنرمند دوره

رنسانس،لئوناردو داوینچی یک مکانیزم بازشوی ساده طراحی کرده است.سازه های سه بعدی از این نوع برای اولین بارتوسط

مهندس اپانیایی امیلیو پرز پینرو توسعه داده شده است.در سالهای بعد نظریه او توسط دیگران دنبال شد و بیش از همه توسط

افرادی چون  Caiatrava Ziegler ,Valcarcel ,Escrig ,Hernandez ,Gantes ,Shan ,Rosemfeld   و سایر محققان توسعه

بیشتری یافت.

برخی از کاربردهای مهم سازه های تاشو عبارتند از:سرپناههای اضطراری،جرثقیلها،پله ها ،برجها و دکلهای بازشو و تاشو،ساختمانها و

سر پناههای موقت در نقاط دوردست،گنبدها یا چلیک های کروی و سهموی ثابت ویا متحرک،داربستها ،قالب بندیها،اسکلت بندی

برای سازه های دائمی،سرپناه بعنوان سایه بان یا محافظت در برابر بارندگی،انبارها،پوششها،مخازن و تعمیرگاههای سهل الوصول

موقت یادائمی،آنتن های بشقابی،بازوها و اندامهای رباتها،اردوگاههای سبک وزن موقت و سازه های تفریحی،دیوارهای جداکننده

،پرده ها،قوسها و تیر و دیوارهای سازه ای،گلخانه ها و سایر فضاهای سرپوشیده مورد نیاز کشاورزی،تئاترها و کنسرتهای سیار،صنایع

بسته بندی و صنایع اسباب بازی،ابزار و وسایل مکانیکی وصنعتی،اجزاء ایستگاههای فضایی،پنلهای خورشیدی ، رادیاتورها،بالها و

تیرکهای تاشو،سیستم های محافظ ضربه،رفلکتورها و آنتن های سهمی وار،واحدهای اسکان برای ایستگاههای فضایی.

مزایای اصلی سازه های تاشو عبارتند از :پیش ساخته بودن و سهولت ساخت،قابلیت سرعت و سهولت در نصب،سهولت انتقال و

انبار کردن،سبک بودن و کم حجم بودن در تاشه تا شده،قابلیت جمع آوری،انتقال و نصب مجدد به دفعات نامحدود،قابلیت استفاده

در ابعاد و دهانه های مختلف،چند منظوره بودن ،اقتصادی بودن و بالاخره سبز بودن.

سازه های تاشوی قیچی سان

سازه های X  مجموعه هایی از قیچی های متعدد می باشند.هر کدام از اتصال قیچی بصورت نشان داده شده در شکل 1 می

باشد.اگر این الگوها به یکدیگر متصل شوند،بطوریکه سازگاری جابجایی هر قطعه فراهم شود،یک سیستم مختلطی که قادر است در

یک یا دو یا سه جهت فضایی رشد یابد،بدست می آید.المانهای سازه ای،میله هایی هستند که در انتهایشان به یکدیگر متصل شده

اند و در یک گره میانی بصورت لولا به هم اتصال یافته اند.(شکل 2)

هرگاه ارتفاع شکل افزایش یابد،طول ان کاهش می یابد و بر عکس(شکل3).در ادبیات فنی این یک مکانیزم نالمیده می شود،که

کاربرد بعنوان یک سازه ،معنی ندارد،زیرا حرکتهای آن،آنرا برای تحمل بارها ناتوان میکند.اما اگر با استفاده از میله های اضافی یا تکیه

گاهها،ارتفاع h یا طول L  آنرا ثابت نگه داریم.(شکل های 4و5)،سپس این مجموعه قادر به مقاومت در برابر بارها خواهد بود.

در سازه ای مشابه شکل6 ،اگر یک جهت تغییر شکل یابد،جهت دیگر همان شکل را به خود خواهد گرفت و این کار برای تغییر دادن

ارتفاع H  کل مجموعه ،برای باز شدن یا فشرده شدن کل مجموعه کافی می باشد.با استفاده از این خصوصیت می توان یک ترکیب با

تعدادی از این المانهای مسطح بسازیم(شکل7).دربسیاری مواقع نیاز به یک پوشش سطح برای محافظت از باران ،آفتاب یا باد می

باشد که می تواند به خود سازه متصل شود.این پوشش ها معمولا از پارچه می باشد(شکل 8).

اگر بطور همزمان میله هایی با طول های متفاوت و اتصال های خروج از مرکز را بکار بریم،گستره وسیعی از المانهای قیچی سان

بدست می آید( شکل های 9تا13).

سازه های پانتوگراف همساز و غیر همساز:سازه های پانتوگراف ممکن است بسته به روشی که دوپلت ها در مراحل مختلف تاشدن

،تغییر شکل می یابند به دو گروه سازه های پانتوگراف همساز و غیر همساز رده بندی می شوند.یک سازه پانتوگراف تاشو،همساز گفته

میشود،در صورتیکه هیچ تغییر شکل داخلی در یونیپلت ها در هر مرحله از تاشدن وجود نداشته باشد،و در غیر اینصورت غیر همساز

نامیده میشود.

شرایط تا شوندگی و فرمولابندی

دوپلت:واحد سازنده سازه های تاشوی پانتوگراف دوپلت نامیده می شود؛که شامل دو یونیپلت می باشد که توسط یک لولا به هم

متصل شده اند(شکل 14-الف).هر یونیپلت آزادانه حول محور چرخشی لولا و مفصل های متصل شده به انتهایش قابلیت دوران

دارد.دوپلت ها می توانند مستطیلی،ذوزنقه ای و لوزی باشندکه هر جفت مجاور ،رابطه زیر را ارضاء می کند(شرط تا شوندگی):

P₁R+P₁S=P₂R+P₂S

که P₁R وP₁S وP₂R وP₂S به ترتیب طول یونیپلت های نشان داده شده می باشند.

حال اگر به تعداد n دوپلت (n≥2)به گره های RوS از شکل فوق وصل شود،شرایط قابلیت تاشوندگی را می توان بصورت زیر نوشت:

P₁R+P₁S=P₂R+P₂S=…=P_iR+P_iS

که در آن P_i لولای دوپلت iام و R وSاتصال مفصلی دوپلت iام و (i+1) ام است.

1-4 فرمولاسیون کلی

با توجه به محدودیت نرم افزار فرمین برای ایجاد هندسه سازه های تاشو،در این مقاله فرمولاسیون هندسی بطور کامل انجام گرفته

است.برای فرموله کردن هندسه در حالت کلی دو نوع دوپلت مستطیلی و ذوزنقه ای در یک صفحه در نظر گرفته میشود(شکل

15).شکل 16 مقطع یک سازه چلیکی یا گنبدی با قوس دایره و شکل17 یک سازه با انحنای اختیاری را نمایش می دهد.معادلات

مربوط به هر دوپلت بصورت زیر می باشد :

شرایط تاشوندگی:

O₁A+O₁B=O₂A=O₂B                                                                                                                          (6)

پارلامترهای لازم برای معرفی هندسه عبارتند از:

S:زاویه ی مرکزی چلیک(مجموع کل زوایای b)

b:زاویه مرکزی هر دوپلت ذوزنقه ای

r:شعاع داخلی هر دوپلت ذوزنقه ای

H:عمق سازه ای چلیک

L:طول هر یونیپلت

ازبین چهار پارامتر r,b,h,L  سه پارامتر باید انتخاب شودوپارامتر چهارم براساس شرایط تاشوندگی و معادلات هندسی تعیین می شود.

به عنوان مثال با معلوم بودن سه پارامتر b,h,r  مقدار L بصورت زیر قابل محاسبه خواهد بود:

برای سهولت در طراحی هندسی این نوع سازه های تاشو؛برنامه کامپیوتری مربوطه تهیه شده است.اتصالات این سازه های در مرجع

(10) بررسی شده است.

سازه های تاشو چند لایه

شبکه های تاشو چند لایه برای افزایش مقاومت سازه ای یا به دلایل زیبایی شناسی مورد توجه می باشند. شکل 18 یک شبکه دو

لایه را نشان میدهد.به طور کلی می توان شبکه های چند لایه را براساس زاویه داخلی دوپلت لایه های روی هم به دو نوع تقسیم

کرد. 1.شبکه های با زاویه داخلی ثابت برای لایه ها،2.شبکه های با زاویه داخلی متغیر برای لایه ها.نوع اول پیچیدگی کمتری داشته

و از نظر اجرایی مزیت دارد. این نوع در عین سادگی منجر به شکلها و احجام مورد نظر خواهد شد.نوع دوم ازادی بیشتری داشته و از

طرف دیگر طراحی آن نیز مشکل تر خواهد بود.

(11)

روش طراحی شبکه های چند لایه را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

طراحی لایه های تحتانی (پایین ترین لایه)با معلوم بودن 3 پارامتر هندسی و محاسبه پارامتر چهارم با استفاده از فرمولهای ارائه شده

در بخش قبلی.روند طراحی در مرجع (11) توسط بابائی و ثنائی (2009)بررسی شده است.

طراحی لایه بعدی با در نظر گرفتن نوع شبکه (براساس تقسیم بندی بالا).در نوع اول که rوb معلوم باشند(زاویه داخلی ثابت)اگر

ارتفاع لایه ها یکسان فرض شوند،طول دوپلت ها به کمک فرمولها بدست می آید،اما اگر طول دوپلتها بابر فرض شوند و ارتفاع سازه

ای لایه مجهول باشد ممکن است مساله جواب نداشته باشد.زیرا منجر به حل معادله درجه 2 خواهد شد که بعضی مواقع جواب

ندارد.در نوع دوم نیز ممکن است بعضی مواقع مساله جواب نداشته باشد.دراین حالت متغیرهای طراحی هندسی را باید تا زمان

رسیدن به جوابهای قابل قبول تغییر داد و فرایند طراحی را تکرار کرد.

نتیجه گیری

در این مقاله،ابتدا مروری کلی بر انواع سازه های فضایی تاشو انجام شده است.توسعه شرایط تاشوندگی برای فراهم کردن امکان

بازشدن و تاشدن این سازه ها انجام شده است.این شرایط به گونه ای توسعه داده شده است که در حالت های باز شده و جمع شده

و در حین باز شدن و تاشدن هیچ تنشی در سازه ایجاد نمیشود.فرمولها و مراحل طراحی سازه های تاشوی یک و چند لایه قیچی

سان ارائه شده و شرایط و روابط تاشوندگی برای این نوع سازه ها در حالت هندسه آزاد ارائه گردیده است.

برای طراحی هندسی سازه های تاشو تعدادی از پارامترهای طراحی باید فرض شده و پارامترهای دیگر براساس آنها بدست آیند که

درحالت کلی نیاز به حل معادلات درجه دوم میباشد.با توجه با اینکه آزادی هندسه و چند لایه بودن ،طراحی این سازه ها را پیچیده

تر میکنددر برخی حالتها با فرض مقدار مشخص برای تعدادی از پارامترها حل این معادلات درجه دوم به جوابهای غیر ممکن منجر

می شوند و لذا فرایند طراحی هندسی باید بامقایر جدید برای پارامترها تا زمانی که جوابهای قابل قبول ایجاد شوند باید تکرار

شوند.اما به هر حال ،نتایج این تحقیق نشان میدهد که امکان آزادی هندسی برای سازه های تاشوی قیچی سان وجود دارد و با یک

فرایند طراحی مناسب می توان به جوابهایی دست یافت که قابل قبول و عملی بوده و ملاحظات معماری را نیز تامین کند.

مراجع