بخشی از مقاله
معرفي اصول حاکم بر هندسه ، ساخت پذيري و ملاحظات معماري سازه هاي بستاروند
خلاصه
سازه ها ي بستاروند (reciprocal) به ساختار هايي گفته مي شوند که در آن اعضا شيب دار بوده ، به صورت متقابل يکديگر را حمايت ميکنند و در يک دايره يا چند ضلعي بسته قرار ميگيرند. اعضا ي سازه هاي بستاروند يک شبکه سازه اي سه بعدي را تشکيل ميدهند که ميتوان آن را با سازه هاي فضاکار تک لايه مقايسه کرد. تفاوت اصلي اين دو با هم در نحوه اتصال اعضا به يکديگر است . بدين معني که در سازه هاي فضاکار اسکلتي متداول ، اعضاء در گره ها به يکديگر مي رسند. در حاليکه سازه هاي بستاروند بجاي برخورد اعضاء در گره ها از روي هم عبور کرده و در نتيجه اعضا در نقاط اتکايي تحت ، برش ، خمش و پيچش قرار مي گيرند. در اين مقاله پس از بررسي تاريخچه سازه هاي بستاروند، به فرم شناسي، بررسي هندسه ، رفتار سازه اي و در آخر مزايا و معايب اين خانواده جديد از سازه هاي فضاکار ميپردازيم .
کلمات کليدي: سازه هاي بستاروند، سازه هاي فضاکار، سازه هاي نوين
١. مقدمه
سيستم بستاروند يک سازه ي شبکه اي سه بعدي است که تا به حال بيشتر به عنوان سازه ي سقف به کار رفته است . ايـن سيسـتم شـامل تيرهـاي شـيب داري است که به طور متقابل يکديگر را حمايت کرده و در يک دايره بسته محاط مي شوند. در اين سيستم يک سرِ تير، روي تير مجاور و سرِ ديگـر روي تکيـه گاه (يا تيري ديگر) مي نشيند. اين سيستم ساخت و ساز داراي پيشينه اي طولاني در سرتاسر جهان ميباشـد و در مکـان هـا و دوره هـاي مختلـف اسـتفاده شده است . براي مثال در دوره ي قرون وسطي معمار فرانسوي ويلارد هانکور براي پوشاندن دهانه هاي بزرگ با استفاده از تيرهاي کوتاه از راه حـل هـاي مشابهي استفاده کرده است . همچنين ايده ي کلي اين سازه ها در اسکيس هاي هنرمنـدان مشـهوري ماننـد لئونـاردو داوينچـي و معمـاران مشـهور دوره ي رونسانس ، سباستين سرليو و والي مشهود است [١]. به تازگي مطالعات در اين زمينه تبديل به يک حوزه فعال پژوهشـي شـده اسـت . اخيـرًا محققـاني چـون اولگا پاپوويک لارسن [١]، چيلتون [٢]، دوث [٣]، باوارل [٤]، در زمينه هاي گوناگوني اعم از اصول هندسي حاکم بر سازه ، فرم شناسي، فرم يابي و تحليـل رفتار سازه اي، دستاورد هايي داشته اند.
بر مبناي اصول حاکم بر ساختار اين سيستم ميتوان طيف گسترده اي از اشکال و الگو هاي متنوع ايجـاد نمـود. تـأثير بصـري تيرهـاي دوران يافتـه و خـود ايستا، در معماري بنا زياد و قدرتمند است و به معمار اين امکان را ميدهد تا باتوجه به ملاحضات معمـاري و سـازه اي حـاکم بـر طـرح ، بـه گـزينش و بـه کارگيري بستاروندها بپردازد.
از آنجا که اين سازه ها رفتاري سه بعدي از خود نشان مي دهند و اعضاي آن خطي اند، ميتـوان آن هـا را زيرمجموعـه اي از سـازه هـاي فضـاکار در نظـر گرفت . اما نحوه اتصال در محل رسيدن اعضاء بستاروند به يکديگر نسبت به سازه هاي فضاکار معمول کمي متفاوت بـوده کـه در قسـمت مزايـا و معايـب بيشتر به آن خواهيم پرداخت .
٢. تاريخچه
بيان اين مطلب که اولين مرجع در مورد سازه هاي بستاروند به چه کسي اطلاق دارد و يا اينکـه سـاخت و ايـده آن از کجـا بـه دسـت آمـده بسـيار مشـکل است ، اما مي توان به راحتي اثبات کرد که قوانين و اصول آن سال هاي زيادي است که مورد استفاده قرار گرفته و ميگيرد. شايد بتـوان گفـت کـه اصـول اصلي اين سازه ها براي پاسخ به نياز معمار براي پوشاندن دهانه مورد نظرش در شرايطي که طول تير کوتاه تر از طول دهانه بود، پايه گذاري شده است .
سازه هايي مثل «خانه گودال نوسنگي » يا «خيمه مخروطي سرخ پوستان » يا «خانه هوگان »، شباهت زيادي به سازه هاي بستاروند دارند. (شکل هاي ١ و ٢ و ٣). اگر نگاهي به تاريخ معماري غرب بياندازيم ، مشهود است که در عصر قرون وسطي بيشتر ساختمان ها با کف چوبي ساخته مي شدند و به مرور که ساختمان ها بزرگتر شدند نياز به الوار هايي بود که بتواند دهانه هاي بزرگتري را پوشش دهد. در نتيجه راهي پيدا شد که با ٤ تير کوچکتر از دهانه ، بتوان آن را پوشش داد.
مصداق هاي ديگري که شباهت زيادي به بستاروندها دارند، شبکه هاي تير در برخي از سقف هاي ساختمان هاي قرون وسطي است که دست نوشته هاي هانکور، اسکيس هاي لئوناردو داوينچي، سباستين سرليو و والي شاهدي بر آن مي تواند باشد (شکل ٤ و ٥). متاسفانه اکثر اين سازه ها به دليل استفاده از مصالح ناپايداري مثل چوب به مرور زمان از بين رفته اند و هيچ کدام باقي نمانده اند.
شکل ٤- ساختار سقف هاي ساختمان هاي قرون وسطي [١]
شکل ٥- اسکيس هاي هانکور از سازه هاي بستاروند [١]
٣. فرم شناسي
منظور از فرم شناسي ، توصيف ترکيب اعضاي سازه اي است که مدول بستاروند را شکل مي دهند. يک معمار يا طراح با تغيير پارامترهاي هندسي مدول بستاروند (طول ، تعداد تيرها، شعاع چند ضلعي داخلي يا خارجي و شيب تيرها) به مدول هاي متعددي مي تواند دست پيدا کند. به طور کلي يک سازه بستاروند ميتواند از مدول هاي واحدي شکل گيرد که الگوي هر يک از مدول ها به پارامترهاي زير بستگي دارد.
• تعداد اعضاي تک مدول (شکل ٦)
• محل قرار گيري چند ضلعي داخلي و خارجي نسبت به هم (شکل ٧)
• جهت چرخش اعضا (شکل ٨)
اگر چند ضلعي داخلي در ترازي بـالاتر از سـطح تکيـه گـاه باشـد بـه ايـن مـدول upward و اگـر در تـرازي پـايين تـر از سـطح تکيـه گـاه باشـد بـه آن downward مي گوييم . (شکل ٧)
همچنين اگر يک عضو مدول بستاروند را به سمت راست چرخانديم و با عضو ديگري برخورد نکرد به آن ساعت گرد و اگر بـه سـمت چـپ چرخانـديم به آن پاد ساعت گرد مي گوييم (شکل ٨).
سازه هاي بستاروند را مي توان بر مبناي مدول تشکيل دهنده آن ها به سه دسته کلي تقسيم کرد: مـدول پايـه ، مـدول مضـاعف و مـدول پيچيـده . در مـدول
پايه ، کل سازه شامل يک واحد بستاروند مي شود(شکل ٩). در حالي که در مدول مضاعف ، سازه ي بستاروند از کنار هم قـرار گـرفتن چنـد مـدول سـاده شکل می گیرد.(شکل 10) در نهایت اگر یک مدول ساده در مرکز وجود داشته و ان را از اطراف گسترش دهیم یک مدول پیچیده بدست خواهد امد .شکل 11
4- هندسه سازه های بستاروند
برای فهم و طراحی بهتره سازه های بستار وند لازم است هندسه و پارامتر هایی ان تعریف شود .در ادامه این پارامتر ها برای واحد پایه بستاروندی که دارای چند ظلعی منظم است تعغریف شده اند .شکل 12
