مقاله توسعه ی مدل مفهومی جهت هتل شناور

بخشی از مقاله

چکیده

هتل های دریایی شناور موضوعی جدید در صنایع دریایی در کل دنیا می باشند و تا به حال بررسی های تحلیلی چه در داخل کشور و چه در خارج ک شور دراین زمینه انجام نگرفته ا ست. در مقاله موجود مدلی مفهومی از هتل شناور و ویژگی های هند سی این سازه ارائه شده ا ست در ادامه به تحلیل هیدرودینامیکی اولیه با ا ستفاده از روش 1BEM پرداخته شده ا ست که هدف از این تحلیل به د ست آوردن ضرایب هیدرودینامیکی وارد بر سازه از طرف محیط دریا و تحلیل رفتار این سازه می با شد که در این ر ساله تنها حرکت هیو سازه بهینه می شود. بدنه ی ا ستوانه شکل هتل رفتار هیدرودینامیکی چندان م ساعدی ندارد ولی با افزودن یک دی سک2با ضخامت م شخص به ق سمت زیر هتل می توان با افزایش ضریب جرم افزوده و ضریب میرایی دامنه ی حرکت هیو را کاهش داد. همچنین با تغییر ابعاد دیسک و موقعیت غوطه وری آن نسبت به سطح آب می توان نشان داد که با بزرگ شدن دیسک و افزایش عمق غوطه وری، ضرایب هیدرودینامیکی بزرگتر و حرکت هیو سازه کوچکتر می شود. فرکانس تشدید و موقعیت آن نیز در مقایسه با بدنه ی استوانه ای شکل بهبود می یابد.

کلمات کلیدی: هتل دریایی شناور، ضرایب هیدرودینامیکی، روش المان مرزی، حرکت هیو

1.مقدمه

با پیشرفت تکنولوژی و علاقه مندی بشر به کاووش و جستجوی مکان های جدید امروزه استفاده از دنیای زیر آب رواج یافته است که این استفاده شامل حمل و نقل زیر آبی، سکونت در زیر آب، غواصی و تفریح در زیر آب می باشد. امروزه بشر علاوهبر سازه های سطحی که قبلاً نیز در دریا احداث می کرد مانند :سکوها، جزایر مصنوعی و...به سمت احداث بناهایی در زیر آب نیز ترغیب شده است.که از جمله ی این بناها هتل ها و اقامتگاه های زیر آبی و تونل های زیر آبی هستند. دنیای زیر آب برای بشر همواره محیطی جذاب و هیجان انگیز بوده است ولی همواره زندگی کردن و اقامت در زیر آب در طول تاریخ فعالیت های دریایی بشر با چالش هایی مواجه بوده است.

اولین سازه های زیر آبی ساخته شده فقط به منظور تحقیقات علمی و مشاهدات و اهداف نظامی تا سال ها استفاده می شدند ولی استفاده از دنیای زیر آب به منظور تفریح و زندگی کردن ایده ی جدیدی است که وارد بحث های مهندسی دریا شده است. در بحث طراحی این سازه ها همواره دو گروه درگیر هستند مهندسان و معماران، بین این دو گروه تضادهایی می باشد چرا که در این سازه ها بایستی قوانین معماری و روانشناسی طراحی و قوانین مهندسی با هم رعایت شوند تا علاوه بر ایمنی سازه جذابیت سازه نیز بیشتر شود .امروزه این سازه بیشتر طرح های فانتزی و جدیدی بین مهندسان به حساب می آیند ولی در آینده ای نه چندان دور آنها بخشی از محیط دریا شده و قسمتی از زندگی انسان ها و سکونت افراد در مکان های زیر آب خواهند شد.

آنچه واضح است این است که برای طراحی بهینه ی این سازه ها هم بایستی قوانین معماری و استانداردهای هتل داری رعایت شوند هم استاندارد های طراحی سازه های دریایی. برخی از موسسات رده بندی مانند 3KR قوانین پایه ای را برای طراحی و ساخت این سازه ها منتشر کرده اند. تا به حال تحقیقات آکادمیک در زمینه هتل های شناور انجام نشده است و طرح های ارائه شده نیز بیشتر در حد طراحی مفهومی باقی مانده اند. لذا در این مقاله از پژوهش های مشابه برای سکوها و بویه های شناور استفاده شده است که برخی از آنها به ترتیب سال عبارتند از : در سال 2002 آقای باتا مقاله ای در مورد محاسبه ضرایب هیدرودینامیکی حرکت هیو استوانه شناور ارائه داد که در آن با استفاده از حل مساله مقدار مرزی4 ضرایب هیدرودینامیکی را محاسبه کرده است.[1]

مقاله آقای کویانسو در سال 2007 که در مورد ارائه دیدگاه هتل های دریایی شناور بود که در این مقاله به معرفی سیستم های مدیریتی و کارکردی هتل های دریایی و معرفی استانداردهای مربوطه و نحوه ی امکان سنجی محیط جهت طراحی و نصب این سازه ها پرداخته شده است .[2]در سال 2009 آقای ریگین مقاله ای با عنوان معرفی سکونت گاه های دریایی و تاریخچه ی پیدایش این سازه ها ارائه نمود که در این مقاله به معرفی کامل تاریخچه ی این سازه ها و نحوه ی تکامل پناهگاه های دریایی و همچنین معرفی سیستم های ضروری و اولیه برای این سازه ها پرداخته شده است .[3] در سال 2011 آقای جان مقاله ای ارائه نمود که در آن تاثیر امواج بر حرکت هیو استوانه شناور با بدنه ی دو تیکه با قطر متفاوت با استفاده از تئوری المان محدود بررسی شده بود.[4] در سال 2013 فینگان و مری مقاله ای جهت محاسبه نیروی موج وارد بر استوانه شناور در عمق نا محدود ارائه دادند و با استفاده از روش تحلیل جدایش متغیر ها پتانسیل سرعت را برای حرکت هیو، پیچ و سرج به دست آوردند.[5]

.2  ارائه مدل هتل دریایی شناور

به آن دلیل که قسمت چشمگیری از این سازه ها مغروق می باشد و تحت تاثیر فشار هیدرودینامیکی می باشد بهترین شکل که برای این سازه ها می توان انتخاب نمود به صورت ا ستوانه و همچنین کروی شکل می با شد زیرا در این ا شکال هم ف شار هیدرودینامیکی نا شی از سیال کمتر می شوند و هم مقاومت کمتری در برابر حرکت امواج و جریان آب از خود دارند. هرچند کره از نظر هیدرودینامیکی شرایطی م ساعدتر از ا ستوانه دارد ولی به دلیل سهولت در جانمایی های داخلی و ساخت سازه برای این سازه ها بیشتر شکل استوانه توصیه می شود. تا به حال نیز کلیه ی سازه های پیشنهادی جهت هتل های دریایی شناور و مغروق ترکیبی از این دو هندسه بوده اند. در طراحی هندسی همواره باید میزان هزینه ها و فرآیند ساخت نیز دقیق در نظر گرفته شود به طوری که هرچه هند سه پیچیده تر با شد هزینه و زمان ساخت سازه و همچنین هزینه تعمیر و نگهداری افزایش می یابد.[6]

الف . ملاک های انتخاب هندسه هتل های شناور

یکی از مهمترین ملاک برای انتخاب طرح ، بعد هیدرودینامیکی سازه می باشد ولی از نقطه نظرهای زیر بایستی در انتخاب هندسه و طرح دقت شود تا هتل حداکثر و بهترین کارایی را داشته باشد: [6 ]

·بادخور سازه حدالامکان کوچک باشد تا تاثیر مقاومت باد بر سازه کاهش یابد.

·نورپردازی سازه و توان سازه در استفاده از نور طبیعی خورشید.

·جانمایی تعداد حداکثر اتاق برای سازه با توجه به قید بویانسی.

·جانمایی مناسب سازه با توجه به مرکز ثقل هر قسمت به طوری که قسمت های سنگین سازه را در قسمت پایین تر قرار دهیم تا با کاهش ارتفاع متاسنتر سازه تعادل استاتیکی سازه بهبود یابد.

·جانمایی قسمت های داخل سازه به صورت طبقاتی جهت کاهش ابعاد و آبخور سازه

·دسترسی آسان به تمام قسمت های سازه برای ساکنان و واحد فنی

·تامین ایمنی سازه در صورت آسیب دیدگی و خروج آسان تمامی ساکنان و پرسنل در صورت آسیب جدی وارد بر سازه

·نمای مناسب اتاق ها و سایر قسمت ها

·سهولت در تعمیر و تمیزکاری خارجی سازه

·اندازه مناسب قسمت های مختلف به خصوص گذرگاه ها

·طراحی مناسب روسازه هتل جهت حفاظت از افراد هنگام برخورد امواج و طوفان شدید

·قسمت تفریحاتی باز روی عرشه هتل

ب.انتخاب مواد و مصالح مصرفی مناسب

مصالح مورد استفاده در سازه های دریایی به دلیل ویژگی های خاص محیط دریا بایستی مقاومت خاصی مقابل فشارهای ناگهانی و خوردگی رطوبتی داشته باشند، برای انتخاب مصالح برای سازه به دلیل دو قسمتی بودن سازه بایستی به صورت جداگانه انجام شود زیرا این امر باعث کاهش هزینه ها نیز می گردد. چند مورد از ویژگی های خاصی که مصالح مورد استفاده در سازه ی این هتل ها بایستی دارا باشند در زیر بیان شده اند: [6]
·مصالح شفاف برای قسمت مغروق سازه جهت سهولت در دید محیط بیرون

·خزش سیال روی مصالح انتخابی کم باشد - برای قسمت مغروق سازه -

·مقاومت مناسب در برابر ضربه امواج یا برخورد حیوانات دریایی با سازه

· عایق مناسب برای دما و صوت

·بالا بودن نسبت مقاومت به وزن در مصالح مورد استفاده

·استحکام کششی بالا مصالح مصرفی

·مقاومت در برابر رطوبت و خیسی

·تمیزکاری و نگهداری آسان

·آسانی کار با مصالح برای برشکاری و همچنین شکل دادن

·مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی

·هزینه و وزن کم مصالح

·به راحتی بتوان مصالح را تهیه کرد

با در نظرگرفتن موارد فوق تقریبا می توان برای قسمت روسازه همچنین قسمت مغروق هتل مصالح مورد نظر با ویژگی مناسب برای هر محیط را تعیین کرد.[6] بهترین مصالح برای ساخت این نوع سازه ها استفاده از کامپوزیت یا آلومینیوم برای قسمت روسازه هتل و استفاده از اکریلیک برای قسمت های شفاف قسمت مغروق هتل می باشد.

ج. معرفی طرح اولیه در نظر گرفته شده برای هتل

در ابتدا با توجه به هیدرودینامیکی بودن شکل استوانه و سهولت جایگذاری قسمت های مختلف سازه هتل و همچنین نمای مناسب، سازه هتل به صورت یک استوانه مهار شده در نظر گرفته شده است. در این حالت ضرایب هیدرودینامیکی سازه با استفاده از تئوری گرین و مشخص نمودن توزیع پتانسیل سرعت حول استوانه به دست می آید. پس از حصول نتایج تحلیل هیدرودینامیکی هندسه در نظر گرفته شده مشاهده می شود که تغییرات آبخور تاثیر بیشتری بر هیدرودینامیک هتل نسبت به تغییر عمق آب خواهد داشت. به دلیل جانمایی بهتر سازه هتل در بخش مغروق یک استوانه با قطر بزرگتر از قطر بدنه مغروق هتل به زیر هتل افزوده می شود که این استوانه - این استوانه همانند دیسک مغروق متصل به بدنه عمل خواهد کرد - علاوه بر جانمایی بهتر در سازه با تغییر ضریب جرم افزوده و میرایی می تواند شرایط هیدرودینامیکی هتل را بهبود بخشد.

د. بهینه سازی بدنه با افزودن استوانه ای با قطر بزرگتر به بدنه مغروق هتل

افزودن قسمت استوانه شکل با قطر بزرگتر به انتهای بدنه مغروق هتل شناور می تواند علاوه بر بهینه کردن جانمایی هتل با تغییرات ضرایب هیدرودینامیکی هتل رفتار هیدرودینامیکی هتل شناور را تغییر دهد که با استفاده از تحلیل به روش المان مرزی در نرم افزار Aqwa و همچنین مقایسه نتایج با نتایج به دست آمده از تحلیل هتل با بدنه ساده استوانه شکل نشان دهنده بهبود شرایط هیدرودینامیکی هتل می باشد. تحلیل هیدرودینامیکی هتل با بدنه استوانه شکل برای حرکات پیچ، هیو و سرج می باشد ولی تحلیل عددی فقط برای حرکت هیو انجام شده است و با نتایج به دست آمده برای حرکت هیو در قسمت اول مقایسه شده است.

حرکات پیچ و همچنین سرج با استفاده از خطوط مهار تا حد زیادی قابل کنترل است ولی حرکت هیو به دلیل بزرگ بودن جرم افزوده حرکت هیو و همچنین ایجاد خستگی در خطوط مهار و همچنین بحث دریازدگی مسافران اهمیت بیشتری دارد از طرفی تاثیرات هیدرودینامیکی افزودن بدنه با قطر بیشتر به انتهای مغروق هتل فقط برای حرکت هیو قابل بررسی می باشد. هتل های دریایی که تا به حال طراحی و ساخته شده اند به صورت ثابت هستند و با استفاده از پایه هایی به بستر دریا محکم شده اند. هتل های دریایی شناور که تا به حال مطرح شده اند مهار شده می باشند که سیستم مهار می تواند با استفاده از مهار مورینگ5 باشند یا بدنه هتل به شناور قابل جابه جایی وصل شده باشد.6

طراحی هتل های دریایی شناور هم شامل سیستم های داخلی هتل می شود و هم شامل طراحی قسمت های خارجی سازه. شکل عمومی برای این سازه ها به شکل کلی یک استوانه می باشد ولی از آنجا که نمی توان سیستم مهار بزرگ برای این سازه ها طراحی نمود بایستی خود سازه پایداری دینامیکی بهتری نسبت به بدنه ی استوانه داشته باشد، یکی از دلایل دیگر افزودن استوانه با قطر بزرگتر به انتهای بدنه اصلی هتل همین موضوع می باشد. در شکل زیر مدل استوانه شکل اولیه و مدل تصحیح شده ثانویه برای هتل نمایش داده شده است.