پژوهش سازه های باز شونده و جمع شونده

سازه‌های باز شونده و جمع شونده;سازه‌;سازه‌های فضایی

فهرست مطالب

فصل اول

1-1 مقدمه. 1

1-2 تعریف سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده 2

1-3 موارد كاربرد سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده 2

1-3-1 موارد نیاز به سازه‌های باز شونده و جمع شونده 2

1-3-2 مزایای سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده. 2

1-3-3 موارد استفاده 3

1-4 مكانیزم‌های مختلف در سازه‌های باز شونده و جمع شونده 4

1-4-1 مكانیزم‌های چتری.. 4

1-4-2 مكانیزم المان‌های تا شونده مفصلی (زانویی) 5

1-4-3 مكانیزم المان‌های قیچی سان.. 5

1-4-4 مكانیزم كشویی.. 5

1-4-5 سازه‌های باد شده با هوا 6

1-4-6 مكانیزم سازه‌های تا شونده صفحه ای.. 6

1-5 بافتار مختلف در سازه‌هایی باز شونده و جمع شونده 6

1-5-1 سازه‌های خطی.. 7

1-5-2 شبكه‌های تخت… 7

1-5-3 شبكه‌های بلوری.. 7

1-5-4 چلیك استوانه ای با نقش دو طرفه. 8

1-5-5 چلیك استوانه ای با نقش سه طرفه. 9

1-5-6 گنبدهای كروی با نقش دو طرفه. 9

1-5-7 گنبدهای كروی با نقش سه طرفه. 10

1-5-8 گنبدهای كروی با المان‌های قیچی سان 3 لولایی.. 10

1-5-9 گنبدهای كروی ژئودزیك…. 11

1-5-10 سایر انواع سازه‌های باز شونده و جمع شونده 11

1-6 طرح گره‌ها و اتصالات و روش‌های باز و بسته كردن سازه 11

1-7 تاریخچه سازه‌های فضا كار باز و جمع شونده 12

1-8 نمونه‌هایی از سازه‌های جمع شونده و باز شونده از سراسر دنیا 12

2-1 طراحی هندسی سازه های فضایی بازشونده وجمع شونده 16

2-1-1 اصول كلی و روابط هندسی.. 16

2-1-2 طراحی هندسی در شبكه‌های فضایی تخت مشكل از واحدهای چند ضلعی منتظم 17

2-2 رفتار سازه های باز شونده و جمع شونده در مرحله باز و بسته شدن.. 23

2-2-1 بررسی پارامترهای هندسی موثر بر رفتار سازه در حین باز و بسته شدن 23

2-2-2 تغییرات كمیت‌های سازه ای در حین جمع شدن سازه 26

2-2-3 پارامترهای موثر بر رفتار غیر خطی سازه در حین باز شدن.. 27

2-3 تحلیل و طراحی.. 32

2-3-1 روند آنالیز ماتریسی سازه‌های باز شونده و جمع شونده 32

2-3-2 روند طراحی سازه‌های باز شونده و جمع شونده 39

2-3-3 طرح المان‌های كابل و میله. 39

2-3-4 طرح المان‌های قیچی سان.. 40

2-4 بهینه یابی سازه های بازشونده و جمع شونده 41

2-4-1 فرآیند طراحی بهینه. 41

2-4-2 رابطه سازی مسائل بهینه یابی.. 41

2-4-3 رابطه سازی سازه فضا كار باز شونده و جمع شونده 42

2-4-4 متغیرهای از پیش تعیین شده 43

2-4-5 متغیرهای طراحی.. 43

2-4-6 تابع هدف… 43

2-4-7 قیدهای طراحی.. 43

2-4-8 نمودار جریان بهینه یای وزن سازه تاشو. 45

2-4-9 روش‌های نو در بهینه سازی.. 45

2-4-9 روش‌های نو در بهینه سازی.. 46

2-5 كارهای آتی و زمینه‌های تحقیق آینده 47

منابع.. 48

1-1 مقدمه

سازه‌های فضایی را می‌توان به عنوان برگی بر گرفته از طبیعت دانست، فرم‌های طبیعی از صلبیت فوق العاده ای برخوردارند واز حداقل مصالح برای حداكثر استفاده سازه ای بهره می‌گیرند ]1[ سبكی و نصب سریع، چند منظوره بودن، تنوع در شكل و طرح عدم نیاز به نیروی زیاد در مراحل نصب و برچیدن، سهولت حمل ونقل، قابلیت استفاده در ابعاد ودهانه‌های مختلف و … از جمله عواملی می‌باشند كه استفاده روز افزون این نوع سازه‌ها را در دنیای علم و فن آوری توجیه پذیر می‌سازند ]2[ توسعه قابل توجه سازه‌های فضا كار مرهون تلاش و فعالیت مهندسان نخبه دنیا در اواخر قرن نوزدهم می‌باشد. ]3[

گر چه در ابتدا هدف از بكار گیری سازه‌های فضا كار بعنوان سازه‌هایی موقت بود ولی در عمل از آنها به عنوان سازه‌هایی دائمی‌استفاده شد و به انواع مختلف و با مصالح متفاوت در كشورهای گوناگون طراحی و اجرا گردید.

احتیاج به سازه‌های متحرك كه به طور ساده و سریع نصب گردد و قابل حمل و نصب مجدد در مكانهای مورد نیاز باشد باعث پیدایش سازه‌های فضا كار باز شونده و جمع شونده شد كه با رشد روز افزون استفاده از این نوع سازه‌ها بخصوص در كشورهای صنعتی توجه پژوهشگران و صنعت گران به این سازه‌ها افزایش یافت. ]6[ در كشور ما هر سال زلزله‌های مخرب و سیل‌های وایرانگر عده ای از هموطنانمان را بی خانمان می‌كند، زلزله زدگان و سیل زدگان نیاز مبرم به سر پناه دارند در این میان استفاده از این سازه‌ها می‌تواند كمك موثری در حفظ جان و مال این عزیزان داشته باشد، به غیر از این كاربردهای فراوان این نوع از سازه‌های فضایی تلاش روز افزون پژوهشگران و صنعت گران این مرز و بوم را می‌طلبد و امید آنست كه آن چه در این سمینار ارائه می‌گردد، ذره ای هر چند كوچك در راه رشد و اعتلای كشور عزیزمان باشد.

1-2 تعریف سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده

یك سازه باز و جمع شونده تشكیل شده است از قطعات پیش ساخته یا المان‌هایی كه می‌توانند باز و بسته شوند و در حالت‌های از پیش تعیین شده قرار بگریند ضمن این كه توانایی تحمل بار را نیز دارند. ]4[

1-3 موارد كاربرد سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده

برای این كه كاربردهای مختلف این نوع سازه‌ها را بررسی ‌كنیم ابتدا باید موارد نیاز و همچنین مزایای آنها در مقایسه با انواع سازه‌ها مورد مطالعه قرار بگیرد و سپس كاربردهای مختلف آنها ذكر شود.

1-3-1 موارد نیاز به سازه‌های باز شونده و جمع شونده

سازه‌های باز شونده و جمع شونده زیر مجموعه ای از آن دسته از سازه‌ها هستند كه به سرعت و سهولت قابل نصب بوده و می‌توان آنها را به راحتی برای استفاده مجدد جمع آوری كرد نیاز به چنین سازه‌هایی از زمان‌های قدیم وجود داشته است ]10[. یعنی از هنگامی‌كه قبایل چادر نشین برای یافتن مرتع و چراگاههای بهتر از جایی به جایی دیگر نقل مكان می‌كردند سازه‌های كوچك وسبك و متراكم شده ای مانند سیاه چادرها، خیمه سرخ پوستان و چادر كروی عشایر چنین نیازی را بر آورده می‌كردند، اكثر این سازه‌ها با وصل كردن میله‌های راست ساده در روی زمین به یكدیگر نصب شده و با پارچه‌ها ی سخت پوشیده می‌شوند. باز كردن و نصب آنها برای ابعاد متوسط هر چند .وقت زیادی نمی‌گرفت اما به هر حال وقت گیر بود، مخصوصا در شرایط نامساعد آب وهوایی مشكل آفرین می‌نمود]12[

1-3-2 مزایای سازه‌های فضایی باز شونده و جمع شونده.

می‌توان بر اساس نحوه ساخت و استفاه مزایای زیر را برای این نوع سازه‌ها ذكر كرد

1- پیش ساخته بودن

2- سبك وكم حجم بودن

3- سهولت حمل ونقل

4- نصب سریع و آسان

5- عدم نیاز به نیروی متخصص و تجهیزات كم برای نصب و برچیدن سازه

6- قابلیت جمع آوری و انتقال و نصب مجدد

7- نوع در شكل و طراحی

8- قابلیت استفاده در ابعاد وانداره‌های مختلف

9- چند منظوره بودن

1-3-3 موارد استفاده

برخی از كاربردهای مورد انتظار برای این نوع سازه‌ها عبارتند از:

1- سرپناههای اضطراری

2- پل‌های اضطراری

3- ساختمان‌ها در نقاط پرت و دور دست

4- گنبدها و یا چلیك‌های كروی و سهموی ثابت و متحرك

5- پوشش‌های محافظتی موقت

6- جرثقیل‌ها، پله‌ها، برج‌ها، و دكل‌های باز و جمع شونده

7- داربست‌ها، قالب بندیها، اسكلت بندی یا آمارتور بندی برای سازه‌های دائمی‌

8- سر پناه به عنوان سایبان یا محافظ در برابر بارندگی

9- آنتن‌های بشقابی

10- اردوگاههای سبك وزن و سازه‌های تفریحی

11- دیوارهای جدا كننده یا سازه ای

12- درب‌ها و دریچه‌های ورود و خروج

13- گلخانه‌ها و سایر كاربرد‌های كشاورزی

14- بازو‌ها و اندامهای سیار

15- وسایل اسباب بازی

16- ابزارها و وسایل مكانیكی و صنعتی

17- صنایع هوا فضا

1-4 مكانیزم‌های مختلف در سازه‌های باز شونده و جمع شونده

به طور كلی می‌توان سازه‌های باز شونده و جمع شونده را از لحاظ مكانیزم و طرح اولیه به چند دسته تقسیم كرد كه در زیر به آنها اشاره می‌كنیم.

1-4-1 مكانیزم‌های چتری

ایده و طرح این دسته از سازه‌ها بر اساس عملكرد چتر ساده باران می‌باشد و شامل یك پایه ثابت و یا متحرك بوده كه گرد آ گرد آن گروهی از میله‌ها وجود داشته و بوسیله لغزاندن یك گره در امتداد پایه به سمت بالای آن باز می‌شود البته سازه‌های چتری دیگری نیز وجود دارند كه با استفاده از مكانیزم‌های دیگر مانند مكانیزم المان قیچی سان (SLE) [1] ساخته می‌شوند كه به آنها مكانیزم چتری نمی‌گویند ]2[

1-4-2 مكانیزم المان‌های تا شونده مفصلی (زانویی)

این مكانیزم شامل میله‌هایی است كه وقتی مكانیزم باز می‌شود مفصل‌هایی كه دو میله را به هم متصل كرده اند طوری قفل می‌شوند كه دو میله مانند قطعه پیوسته منفرد عمل كند ]6[

1-4-3 مكانیزم المان‌های قیچی سان

اصول كار این مكانیزم بر اساس عملكرد پانتو گراف می‌باشد، برای استفاده سازه ای از این مكانیزم باید آن را محدود نمود تا قابلیت باربری پیدا كنند و پایدار شود. ]2[ ]13[

1-4-4 مكانیزم كشویی

در این مكانیزم اجزای سازه در حالت جمع شده بوسیله كشوهایی در یكدیگر فرو می‌روند و هنگام باز كردن المان‌ها یكی پس از دیگری و یا باهم از داخل یكدیگر خارج می‌شوند. ]2[

1-4-5 سازه‌های باد شده با هوا

این نوع سازه‌ها به دو شكل می‌توانند ساخته شوند در نوع اول بوسیله یك دمنده هوا، با فشار داخلی خیلی كم كه برای افراد داخل سازه قابل توجه نمی‌باشد سازه در محل خود نگهداشته می‌شود نوع دوم سازه‌های هوایی باد شده هستند كه دارای دو یا چند جدار می‌باشند ]3[

1-4-6 مكانیزم سازه‌های تا شونده صفحه ای

در این مكانیزم صفحات صلب در لبه‌های انتهایی خود با مفصل‌هایی به یكدیگر متصل شده اند و ابعاد و زوایای آنها طوری انتخاب می‌شوند كه قابل جمع شدن در یك بسته و باز شدن بصورت مورد نظر باشند. ]7[

1-5 بافتار مختلف در سازه‌هایی باز شونده و جمع شونده

یك المان قیچی سان از دو میله مستقیم الخط كه در نقطه‌های میانی (این نقطه لزوما وسط میله‌ها نخواهده بود) به یكدیگر مفصل شده اند تشكیل شده است كه این میله‌ها در نقاط انتهای می‌توانند در جهات مختلف به صورت مفصلی به المان‌های قیچی سان دیگر متصل شوند بدین ترتیب می‌توان واحدهای جمع شونده و باز شونده كوچكی را ساخت كه هر یك این واحدها می‌توانند به تنهایی باز شده و یا جمع شوند. ]2[

بسته به نحوه اتصال واحد‌های اولیه به یكدیگر می‌توان سازه‌هایی با كاربردها وشكل‌های متفاوت ایجاد كرد كه در قسمت‌های بعد به معرفی و شرح آن می‌پردازیم.

1-5-1 سازه‌های خطی

سازه‌های خطی (در این جا به سازه‌های خطی می‌گوییم كه دو بعد آنها نسبت به بعد سوم آن خیلی كوچكتر است) را ممكن است با اتصال طرح‌ها و واحدهایی در یك امتداد بدست آورد، برای ساخت سازه‌هایی سخت تر می‌توانیم از المان‌هایی استفاده كنیم كه یك اتصال میانی دارند، با واحدهای تابیده شده نیز می‌توانیم قطعات انحناء میانی بسازیم ]6[

1-5-2 شبكه‌های تخت

این شبكه‌ها از سلولهای منظم ساخته شده اند و می‌توانند بصورت سقف، پل یا چتری‌های سخت شده به وسیله كابل یا پارچه مورد استفاده قرار گیرند ]6[

1-5-3 شبكه‌های بلوری

اگر از واحدهایی كج شده استفاه كنیم می‌توانیم سازه‌هایی مانند آنچه در شكل نشان داده شده است را ایجاد كنیم در این واحدهای كج شده خطوط محیطی المان‌های قیچی سان در راستای كج شده محیط یك متوازی الاضلاع می‌باشند ]6[.

1-5-4 چلیك استوانه ای با نقش دو طرفه

می‌توان یك شبكه دو طرفه را طوری بر روی یك استوانه رسم كرد كه خطوط شبكه در امتدادهای طول و عرضی استوانه قرار گیرند چنانچه اضلاع این شبكه را با المان‌های قیچی سان عوض كنیم و طرح فاصله محدودیت‌های تعریف شده پیشین را ارضا كند آنگاه به یك ساز چلیكی باز شونده و جمع شونده با كاربردهای فراوان دست خواهیم یافت

لینک دانلود و توضیحات فایل”پژوهش سازه های باز شونده و جمع شونده”