Transcript Slide 1
مو ض و عت حق ی ق: ار اک تفحقض ای ازه یق: هع ضو سمو االت مغناط یس یدا کار اد:شهای مت حرکفضا رپستوش اتص ا بدکتر مرت ضی جمش یدی جن ادق:: ق ا م سحت اند دکیرا ایسم شاریدی هم ترجج آق انشج و: د اندار سم یرا جه مقدمه امروزه سازه های سقف فضاکار به دلیل امکان پوشاندن دهانه های وسیع و وزن در واحد سطح کم ̨به طور گسترده ای در پروژه های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند .بحث اتصاالت در این سازه ها چه در مرحله طراحی و چه در مرحله اجرا از اهمیت و حساسیت به سزایی برخوردار است .تاکنون روش های بسیاری برای اتصاالت سازه های فضا کار در جای جای دنیا ارائه شده و طراحان همچنان در صدد طراحی یک سیستم اتصاالت جدید که در عین پایداری و استحکام ̨ دارای انعطاف پذیری الزم بوده و بتواند نیازهای سازه ای و معماری قرن حاضر را ارضا نماید،می باشند چرا که مطالعات مربوط به طراحی سیستم های اتصاالت سازه های فضاکار به ده ها سال قبل بر می گردد و به نظر می رسد در مقایسه با پیشرفت های سایر علوم در قرن حاضر،این بخش از سهم کمتری برخوردار بوده است ؛لذا با توجه به این اصل اتصاالت مغناطیسی سازه های فضا کار با توجه به مسائل فوق ،روش اتصال جدیدی موسوم به اتصاالت مغناطیسی پیشنهاد شده که از نیروی موجود در میدان مغناطیسی اطراف آهن رباهای الکتریکی برای نگهداری لوله ها در اطراف گوی ها در سازه های فضاکار استفاده می کند .برای این منظور سیستمی طراحی شد که در آن پیوندهای گوی سان سازه های فضا کار از جنس فوالد به گونه ای ساخته شده اند که هنگام ساخت و در کارخانه،آهنرباهای الکتریکی داخل آنها تعبیه شده اند. آهنرباهای الکتریکی شامل هسته های فوالدی با سیم پیچی مسی هستند که در داخل گوی ها متصلند و درحالت عادی به دلیل باز بودن مدارشان،میدانی اطرافشان وجود ندارد و خاصیت آهنربایی ندارند.اما به محض اینکه لوله های سازه فضاکار با انتهای مخروطی به آنها متصل می شوند مدار آنها بسته شده و با بسته شدن مسیرشان،میدان مغناطیسی مورد نظر تشکیل شده و اتصال بین اعضای لوله ای و گوی ها به طور کامل برقرار می شود .بنابراین با این روش امکان ساخت سازه های فضاکار بدون دخالت نیروی انسانی و تنها با استفاده از جرثقیل و ماشین امکان پذیر می شود .بدین گونه که در کارخانه و یا در محل سایت ،جرثقیل ها با بلند کردن اعضای لوله ای و نزدیک کردن آنها به پیوند های گوی سان ،سازه فضاکار بدون نیاز به پیچ کاری و یا جوشکاری ،اعشا را به گره ها متصل می کنند. طرح شماتیک اولیه و جزئیات اتصال مغناطیسی در تصاویر 1و 2آمده است. تصویر شماره :1به ترتیب از راست ،پیونده گوی سان و اعضای سازه فضاکار با اتصال مغناطیسی /گرح شماتیک اتصال مغناطیسی تصویر شماره :2جزئیات اتصال مغناطیسی فواید استفاده از اتصاالت مغناطیسی عدم ایجاد ناپایداری ناشی از پدیده فروجهش گرهی به دلیل امکان افزایش صلبیت اتصاالت در دوران بهره برداری فروجهش گرهی در یک سازه فضاکار پدیده ای است که باعث ایجاد ناپایداری موضعی در سازه شده و می تواند زمینه را برای ایجاد ناپایداری کلی و در نتیجه فرو ریختن سازه فراهم کند.در سازه های فضاکار افزایش صلبیت اتصاالت امکان ایجاد پدیده فروجهش گرهی را به شدت کاهش می دهد(.عابدی ،شکسته بند)1388 ، در یک سازه فضاکار ،به ازای اتصاالت مفصلی ،پدیده فروجهش گرهی شدید بوده ولی با افزایش صلبیت اتصاالت ،این پدیده با شدت کمتری ظاهر می شود و یا اصال اتفاق نمی افتد.همچنین افزایش صلبیت اتصاالت ،تا حدی افزایش پیدا می کند(.همان) امروزه اشکال عمده ای که در روش های متداول ساخت سازه های فضاکار با اتصاالت پیچی یا جوشی وجود دارد این است که میزان صلبیت اتصاالت این سازه ها مقدار ثابت و تغییرناپذیری است.اما در سازه های فضاکار با اتصاالت مغناطیسی این امکان وجود دارد که پس از ساخته شدن سازه ،میزان صلبیت اتصاالت درهرزمان با توجه به شرایط بارگذاری و یا تغییرات هندسه سازه ،درصورت نیاز تغییر کند و نکته حائز اهمیت این است که در این سازه ها،تغییر دادن میزان صلبیت اتصاالت ،نه به روش های سخت بلکه تنها با تغییردادن میزان جریان عبوری از سیم پیچ ها انجام می گیرد که این اعمال می تواند به صورت کامال خودکارو طبق برنامه های از پیش تعیین شده انجام شود .درواقع این روش به طراحان و سازندگان امکان ساخت سازه های هوشمندی را می دهد که میزان صلبیت در اتصاالت آنها با توجه به شرایط بارگذاری و هندسه سازه قابل تغییر است .بدین ترتیب در مواقع ورود بارهای غیرمتعارف ،سازه هوشمند با افزایش صلبیت خود ،در برابر بارها مقاومت کرده و پایداری سازه حین ورود این بارها تامین می شود. این مسئله به بهینه ساختن سازه ها کمک شایانی می کند ،زیرا با استفاده از یک طراحی و تحلیل پارامتریک که در آن متغیر مستقل ،میزان بار ،پارامترهای هندسه سازه و درجه حرارت و متغیر وابسته ،میزان صلبیت اتصاالت و در حقیقت میزان شدت جریان عبوری از سیم پیچ های سیستم می باشد،می توان سازه هایی را طراحی نمود که در هر لحظه هر کدام از اتصاالت آنها بهینه ترین میزان صلبیت خود را داشته باشند .شاید اکنون زمان آن سررسیده که اتصاالت سازه ای را به صلب و مفصلی تقسیم نماییم و زمان آن رسیده که با طراحی ساختمان های دیجیتال به روش بیان شده از مبحثی نو با عنوان اتصاالت بهینه سخن بگوییم. سهولت اجرا و سرعت نصب باال از فواید دیگر اتصاالت مغناطیسی برای ساخت سازه های فضاکار،سهولت،دقت زیاد و سرعت نصب باال می باشد .در این روش ،پیوندهای گوی سان دارای آهنربای الکتریکی به طور کامل در کارخانه تولید می شوند و در محل سایت اعضای سازه توسط جرثقیل تنها با نزدیک شدن به پیوندهای گوی سان و بدون نیاز به عملیات پیچ کاری یا جوشکاری به گوی ها چسبیده و در جای خود محکم می شوند. اتصاالت مغناطیسی دریچه ای به سوی پیش ساخته سازی دیجیتال استفاده از اتصاالت مغناطیسی عالوه بر افزایش دقت و ایمنی در هنگام ساخت(دلیل استفاده از نیروی انسانی) ،دریچه ای به سمت صنعتی سازی و پیش ساخته سازی دیجیتال. به این ترتیب که کلیه مراحل طراحی ،ساخت و نصب سازه فضاکار با استفاده از برنامه های کامپیوتری قابل انجام است .کافی است در این برنامه ها پس از تحلیل سازه و به دست آمدن نیروها ،ابعاد پیونده های گوی سان ،اعضای لوله ای و آهنرباهای الکتریکی محاسبه شده، برنامه کامپیوتری دیگری نوشته شده و فرمان ساخت قطعات با ابعاد به دست آمده را به ماشین های ساخت بدهد .بعد از ساخت قطعات برنامه دیگری نوشته می شود که به جرثقیل فرمان می دهد هرعضو را دقیقا به کدام گره متصل کند .برنامه های کامپیوتری می توانند به هرکدام از زبان های برنامه نویسی مانند ، fortran، c++،visual basic ،و یا هر زبان دیگری در مدت زمانی بسیار کوتاه در حد چند دقیقه نوشته شوند. امکان پیش ساخته سازی بدون محدودیت پیمون بندی با امکان ایجاد فرم های آزاد روش های صنعتی سازی و پیش ساخته سازی سازه های فضاکار ،اغلب با ایجاد پیمون بندی (مدوالسیون) همراه هستند که این مسئله از میزان زیبایی سازه و توانایی معمار در جهت خلق آثار بدیع تا حد زیادی می کاهد ،چرا که سازه های مدوالر با توجه به ویژپی ذاتی شان از خالقیت و زیبایی کمتری برخوردارند .اما در ساخت سازه های فضاکار با اتصاالت مغناطیسی ،می توان فرم های آزاد و زیبایی را با استفاده از روش های صنعتی و جرثقیل ها ،بدون نیاز به نیروی انسانی در کوتاهترین زمان سرهم کرد و در واقع با این روش ،مشکالت زمان ساخت و اجرا به یکباره به میزان قابل توجهی تعدیل می شوند. روند طراحی جزئیات اتصال مغناطیسی محاسبه نیروی ناشی از میدان مغناطیسینیروی ایجاد شده توسط میدان مغناطیسی اطراف آهنرباهای الکتریکی داخل پیونده گوی سان که اعضای سازه فضاکار را نگه می دارد،طبق رابطه زیر به دست می آید: )(1 که در آن Bشدت میدان مغناطیسی برحسب تسال Aسطح مقطع سیم پیچ برحسب مترمربع و𝜇 ضریب گذردهی خال می باشد. 𝐴𝐵2 𝜇2 =F باتوجه به قانون آمپر ،چگالی میدان مغناطیسی برای یک هسته سیم پیچی شده با فاصله هوایی به صورت زیر محاسبه می شود: 𝑒𝑟𝑜𝑐NI = H + HgapLgap(2)Lcore Lcore Lgap 𝜇 𝜇0 )NI =((3 (+B در رابطه فوق LCOREطول متوسط هسته Lgap ،طول فاصله هوایی N ،تعداد دور سیم پیچ ،و Iمقدار جریان سیم پیچی است. 𝜇 𝜇0 = 4𝜋 ∗ 10−7 𝜇0=𝜇r برای بیشتر هسته های فلزی μrبین 2000تا 6000است و برای فوالد این مقدار برابر 5000می باشد .نکته حائز اهمیت در چنین طراحی با استفاده از نیروی مغناطیسی ،مسئله اشباع آهنربای الکتریکی می باشد .در هسته آهنربای الکتریکی وقتی جریان را افزایش می دهیم به جایی می رسیم که دیگر با افزایش جریان ،شار مغناطیسی افزایش پیدا نمی کند که در این صورت در هسته حالت اشباع رخ داده است. چگالی اشباع میدان مغناطیسی به ماده مورد استفاده برای ساخت هسته آهنربای الکتریکی بستگی دارد .باتوجه به اینکه جنس هسته ها از فوالد می باشد ،چگالی میدان مغناطیسی در داخل هسته کمتر از مقدار فوق باشد .مقدار چگالی میدان مغناطیسی از رابطه زیر به دست می آید: 𝜑 𝐴=B که در آن φ :شار مغناطیسی و Aسطح مقطع می باشد. طراحی سقف های فضاکار متحرک با استفاده از اتصاالت مغناطیسی با استفاده از سیستم اتصاالت الکترومغناطیس ،امکان طراحی و ساخت سقف های فضاکار متحرک با فرم های بدیع و جذاب به سهولت به وجود می آید .بدین ترتیب که برای طراحی سقف های فضاکار متحرک ،پیوندهای گوی سان فوالدی در قسمت های باالیی آهنربای الکتریکی، درست در زیربخشی که قسمت هرمی شکل عضو فوالدی در قسمت باالیی آهنربای الکتریکی، درست در زیر بخشی که قسمت هرمی شکل عضو فوالدی در آنجا قرار می گیرد یک عدد فنر تعبیه می شود .هنگامی که تمامی اعضای سقف فضاکار به پیونده ها متصل هستن و درواقع، سقف در حالت کامال باز شده قرار دارد ،میزان جریان عبوری از سیم پیچ ها به اندازه ای است که اتصال اعضا به پیونده به طور کامل برقرار باشد و اعضا بدون لغزش و جابجایی در جای خود قرار گرفته اند .برای بستن سقف کافی است میزان جریان عبوری از سیم پیچ کاهش یابد تا میدان مغناطیسی جذب کننده عضو کاهش یابد ،بدین ترتیب فنر فشرده شده تا حدی آزاد می شود و انرژی ذخیره شده در فنر صرف حرکت و تغییر زاویه عضو می شود که این تغییر زاویه ممکن است نسبت به هریک از محورهای مختصات و یا ترکیبی از آنها اتفاق بیفتد که بسته به الگوی تغییر شکل مورد نظر در مورد هریک از گوی ها این کاهش شدت جریا ن می تواند مقدار متفاوتی داشته باشد .بدین ترتیب با این روش امکان طراحی سقف های فضاکار متحرک با الگوهای باز و بسته شوندگی متفاوت و متنوع به وجود می آید به طوری که هرکدام از اعضای سقف می تواند تغییر زاویه خاص خود را داشته باشد که با تغییر زاویه عضو دیگر متفاوت است.این توانایی امکان طراحی الگوهای باز و بسته شوندگی با فرم های آزاد و بی قاعده را به طراح می دهد و این امکانی است که تاکنون در دنیای معماری و سازه وجود نداشته و می تواند آغازی بریک مکتب معماری پویا و سیال شود .با این روش حتی می توان سقف های متحرکی را طراحی کرد که می توانند به چندین الگو باز و بسته شوند ،بدین ترتیب که در برنامه کامپیوتری نوشته شده برای هر الگو ،یک حالت در نظر گرفته می شود که در هر حالت محاسبه می شود برای بسته شدن سقف ،میزان کاهش شدت جریان در هرکدام از الگوها باید چقدر باشد. بنابراین در شرایط مختلف برای باز و بسته کردن سقف ،تنها کافی است کاربر مربوطه حالت و الگود مورد نظر را انتخاب نماید و با اجرای برنامه ،سقف مورد نظر طبق آن الگوی خاص باز یا بسته می شود که البته طراحی چنین سقفی ،نیاز به خالقیت طراح معمار دارد زیرا معمار برای طراحی چنین سقفی باید بتواند در یک پالن معین ،هندسه ها و الگوهای متنوع باز و بسته شدن سقف را با استفاده از یک سری اعضای با طول ثابت که قادرند تغییرات زاویه ای متنوع و متفاوتی داشته باشند ،طراحی کند .امروزه نرم افزارهایی مانند Rhino Cerosو امکاناتی چون Grasshopperوجود دارد که به طراح معمار امکان طراحی های پارامتریک را جهت خلق سطوح و احجام متحرک با تغیییرات پارامترهایی مانند زوایای بین اعضا می دهند. نتیجه گیری با توجه به اینکه درسازه های فضاکار حساسترین بخش چه در طراحی و چه در مراحل اجرائی ،اتصاالت می باشد و اغلب خرابی ها ناشی از ضعف در اتصاالت این سازه ها می باشند و سیستم های اتصاالت رایج در برابر بارهای غیر عادی انعطاف پذیر نیستند و خطر وقوع پدیده خرابی پیش رونده همیشه در این سازه ها وجود دارد ،لذا اتصاالت مغناطیسی پیشنهاد شده می تواند عالوه بر حل معضالت اتصاالت کنونی ،دریچه ای جدید رو به سازه هایی در خور کیفیت زندگی انسا باز نماید .با اتصاالت مغناطیسی می توان سقف های متحرکی طراحی نمود که الگوهای باز و بسته شدن متنوعی داشته باشند .سقف هایی که به یک الگو برای گسترش وابسته نیستند و مانند خود انسان در شرایط گوناگون از خود رفتارهای متفاوتی نشان می دهند.