سازه فضایی تنسگریتی چیست ؟

سازه فضاکار تنسگریتی

سازه های کش بستی از جمله سازه فضاکار هایی می باشند که در آنها از کابل ها به عنوان اعضای کششی استفاده می شود. در این سازه ها اعضای فشاری به صورت سیستمی ناپیوسته و اعضای کششی به صورت سیستمی پیوسته به عنوان ارتباط دهنده بین اعضای فشاری می باشند تا فضایی پایدار را به وجود آورند چندین تعریف برای تنسگریتی بیان شده است که نشانگر اهداف مختلف آن می باشد . اگر بخواهیم جامع تر این سازه را تشریح کنیم می توانیم به دانشمندی به نام پاغ ارائه شد بپردازیم که در آن گفته شده است ، تاسیس سیستم کش بستی زمانی است که اجزای فشاری غیر پیوسته با مجموعه ای از اجزای کششی پیوسته ایجاد تاثیر متقابل می کنند .

نقش المان ها در سازه تنسگریتی

سیستم کش بستی یک سیستم مشبک سه بعدی پیش تنیده (در حالت خود تنش) می باشد. تمامی المان های آن دارای یک عنصر میانی مستقیم با اندازه های برابر هستند. المان های کششی در فشار هیچ صلبیتی ندارند و یک مجموعه پیوسته را تشکیل می دهند. در حالیکه المان های فشاری یک مجموعه ناپیوسته را تشکیل می دهند. هرگره تنها و تنها به یک المان فشاری متصل می باشد.

چرا سیستم تنسگریتی سازه فضا کار است ؟

سیستم کش بستی یک سیستم مشبک سه بعدی است. این اثبات حالت فضایی سازه می باشد و این که آرایش سازهای آن باعث می شود که در المان ها نیروهای خالص فشاری یا کششی تولید شود. سیستم های کششی زیر مجموعه سیستم های مشبک فضایی هستند. به این معنی که المان های آن هیچ گونه صلبیتی در فشار ندارند. این المان ها و تنها این المان ها در تمامی شرایط در حالت کشش می باشند. سیستم های کش بستی نیز دارای این خصوصیت می باشند و متعلق به این زیر مجموعه هستند.

انواع المان در سازه فضاکار تنسگریتی

تمامی المان های سازه فضاکار تنسگریتی دارای یک فیبر میانی مستقیم با اندازه های برابر هستند. به احتمال قوی این خصوصیت سازه کش بستی است که تناقضات زیادی را به همراه داشته بالاخص در مورد برابری اندازه های طناب.

المان های کششی

این المانهای کششی در فشار هیچ صلبیتی ندارند و یک مجموعه پیوسته را تشکیل می دهند. این المان ها به طور کلی کابل ها می باشند. پیوستگی مجموعه کششی به زیبایی سیستم کش بستی کمک می کند.

المان های فشاری

یک مجموعه ناپیوسته را تشکیل می دهند. المان های فشاری نیازی به صلبیت در کشش ندارند. از آنجایی که این المان ها همیشه در فشار هستند. اجرای تکنولوژیکی این شرط ممکن می باشد، اما بطور کلی یک المان صلب در فشار و کشش استفاده می شود حتی اگر هیچ گاه تحت تأثیر آخرین بار قرار نگیرند.

ویژگی های سازه فضایی تنسگریتی

سازه های کش بستی ویژگی های مختلفی دارند که در زیر به برخی از آنها اشاره می شود.

کارآمدی

سازه فضایی کش بستی با قرار دادن دقیق المان های فشاری قابلیت افزایش نسبت مقاومت به وزن سازه های سنتی را دارند. سازه های کش بستی همچنین از لحاظ انرژیکی بسیار کارآمد می باشند و می توانند انرژی را بصورت کشش یا فشار در اعضای خود ذخیره کنند.

گسترش پذیری

سازه های سخت قابلیت حرکت محدودی دارند اما از آنجایی که المان های فشاری در سازه فضاکار کش بستی منفصل می باشند، تغییر مکان های بزرگ بدون هیچ گونه مشکلی می توانند ایجاد شوند و در نتیجه با استفاده از این مزیت می توان سازه های متحرکی را ساخت .

تنظیم پذیری

وجود پیش تنیدگی در المان های سازه کش بستی این اجازه را به طراح می دهد تا سختی سازه را بهبود ببخشد . بنابراین می توان رفتار سازه را در زمان وارد شدن بارهای خارجی آن را به راحتی تغییر داد.

مدل پذیری

بدلیل قوانین طراحی سازه فضایی کش بستی تمامی بارهای خارجی وارد بر المان ها تنها ایجاد نیروی محوری کششی یا فشاری می کنند.

بنابراین مدلی که برای این رفتار سازه در نظر گرفته می شود مطمئن تر است زیرا پدیده خمش را در نظر نگرفته است.

تعداد المان ها برای تحمل بار

سازه کش بستی سازه ای است که المان های آن به طور همزمان می توانند به عنوان سنسور محرک و باربر عمل کنند. بنابراین می توان انتظار داشت که چندین المان در یک زمان به وظایف خود عمل کنند و اگر یکی از المان ها به هر دلیلی از بین رفت ، المان های دیگر جای المان از بین رفته را بگیرند .

مقیاس پذیری

اصلی ترین خواص محاسباتی سازه فضایی کش بستی به غیر از محدودیت های حاکم بر مصالح فیزیکی توسط هندسه سازه دیکته می شود، بنابراین در مقیاس های کوچک و بزرگ قابل اجرا هستند.

کاربرد های سازه فضاکار تنسگریتی

در این نوع سازه بخش عمده و اساسی را اعضای کششی و بخش کمتر را اعضای فشاری به خود اختصاص داده اند؛ بنابراین بنا کردن ساختمان ها، پل ها و انواع سیستم هایی که در آنها به نوعی از این سازه استفاده شده است تا حد زیادی از نظر اقتصادی به صرفه می باشند.

پروژه های هوافضا

این سازه ها قابلیت تاشوندگی دارند. تاشوندگی ضمن کاهش حجم سیستم های کش بستی، انبار کردن و انتقال این سیستم ها را آسان می سازد. این قابلیت تاشوندگی برای سیستم های کش بستی استفاده از آنها را به عنوان سازه های فضاکار با کاربردهای هوافضا میسر می سازد.

مجسمه سازی

یکی از کاربردهای مهم این سازه ها در مجسمه سازی است. کنت اسنلسون بعد از ابداع سازه های تنسگریتی به کار مجسمه سازی پرداخته و مجموعه ای از کارهای هنری خود را در پارک ها و موزه های مختلف به نمایش گذاشت.

فرم های گنبدی

سازه های تنسگریتی به دلیل انعطاف پذیری زیاد و وزن سبک میتوانند در فرم های گنبدی شکل در مقیاس های وسیعی مورد استفاده قرار گیرند.

نمونه هایی از سازه های گنبدی تنسگریتی

استادیوم المپیک مونیخ که به وسیله فرای اتوو برای المپیک تابستانی1972 طراحی شد و گنبد میلنیوم که توسط ریچارد راجرز برای جشن

گرفتن ابتدای هزاره سوم طراحی شد هر دو جزو سازه های کش بستی هستند. سالن ژیمناستیک المپیک سئول برای المپیک تابستانی ۱۹۸۸ و گنبد جورجیا برای المپیک تابستانی ۱۹۹۶ نیز مثال هایی از تنسگریتی در سازه های بزرگ هستند.

فرم های مختلف سازه فضا کار تنسگریتی

برای به دست آوردن یک آرایش کش بستی باید در اتصالات آن دقت شود. به دست آوردن مدل مناسب اولین مسئله ای است که باید در سیستم های کش بستی حل شود زیرا الزامات پایداری باید توسط شکل و هندسه تأمین گردد. تحقیقات مهندسان فعال در حوزه سازه فضا کار کش بستی سه روش ممکن اتصال را بصورت زیر تشریح کرده اند.

گره به گره

در این روش یک گره از یک مدل به گره ای از مدل دیگر متصل می شود. چنین سازه ای با تعریف پاغ (تعریف جامع) در مورد سازه های کش بستی مطابقت نمی کند.

اتصال گره به کابل

در این روش کابل یک مدل پاره می شود تا به گره یک مدل دیگر متصل شود و بنابراین سازه بدست آمده با تعریف پاغ مطابقت می کند . نمونه این سازه برج سوزنی است که در موزه هیرشهورن و پارک مجسمه واشنگتن به نمایش گذاشته شد.

کابل به کابل

در این روش دو کابل از دونمونه مختلف به هم وصل می شود تا یک گره جدید بدون هیچ المان فشاری را ایجاد کند.