مقاله تحلیلی: پروژه Wiikiaami، هنر طراحی سازه

 شهر کلمبوس، به فاصله تقریباً ۴۵ دقیقه از جنوب ایندیاناپولیس قرار دارد و با توجه به جمعیت ۵۰۰۰۰۰ نفری، معماری پیشگامانِ ای دارد. این شهر تا جایی پیشرفت کرده است که موسسه معماران آمریکا از آن به‌عنوان رتبه ششم طراحی و نوآوری در معماری نام برده است. جشنواره Exhibit Columbus هرساله با ارائه هنر و معماری معاصر، میراث طراحی شهر را جشن می گیرد. Wiikiaami که یک سازه فولادی مخروطی شکل و متقارن است و از خانه های بومیان میامی در ایندیانا الهام گرفته‌شده، در نمایشگاه سال ۲۰۱۷ معرفی شد. Wiikiaami در زبان بومی به معنای خیمه است و شکل مدرنی از خانه هایی است که قبلاً در ایندیانا وجود داشت. سازه از یک بیضی ۳۷ در ۲۲ فوت در کف شروع می شود و به تدریج به یک بیضی ۶ در ۴ فوت در بالای سازه می‌رسد. یک طرف مخروط کاملاً عمودی است درحالی که در طرف دیگر، شیب در طول سازه که ۳۰ فوت است به‌تدریج افزایش می یابد- از ۲۵ درجه تا تقریباً عمود.

برای رویه بیرونی Wiikiaami، معمار از ورق های سوراخ داری استفاده کرد که یادآور کاورهای سنتی است که روی خیمه کشیده می‌شدند. بعد از درنظرگرفتن چندین گزینه برای این هندسه خاص با بودجه محدود، آرماتور A706 چون به‌اندازه مقاطع HSS خمیده گران نبود و بیش تر اندازه های میلگرد را می‌شد در محل ساخت به شکلی که موردنیاز است خم کرد، انتخاب شد.

 انحنا و شیب زیاد سازه باعث شد که بارهای وابسته به هندسه، مثل بار باد، برف و یخ، به طور خاصی باعث چالش شوند. درنظرگرفتن فرضیه هایی برای ساده سازی یا در نظر گرفتن بارها در تمام ارتفاع سازه باعث شد که قاب میلگرد بسیار متراکم تر از اهداف معمار شود و قطر میلگردها خیلی بیشتر از اندازه ای شود که بتوان در محل خم کرد؛ بنابراین، سازه در ارتفاع به قسمت های کوچک تری تقسیم شد و بارها برای هر بخش به طور مجزا محاسبه شدند. بار یخ به دلیل نسبت زیاد مساحت به حجم پوسته و قاب میلگردی، مقدار قابل‌توجهی بود و درنتیجه بار ثقلی ناشی از انباشتگی برف و یخ عامل مهمی محسوب می‌شد.

جابه جایی های جانبی تحت بارهای ثقلی به خاطر عمود نبودن سازه و مقدار زیاد اثر P-Δ و جابه جایی های ناشی از باد، مقدار قابل‌توجهی بود. حرکات عضوهای عمودی و عضوهای افقی قاب به‌تنهایی سختی جانبی کافی را فراهم نمی‌کرد. در نظر گرفتن ورق های سوراخ دار برای انتقال برش درون صفحه بی نتیجه بود چون این ورق ها خمیده بودند (بنابراین خیلی انعطاف-پذیر بودند) و بنابراین به جوشکاری گسترده با هزینه زیاد احتیاج داشت؛ بنابراین از اعضای قطری که دور صفحه شیب دار پیچیده شده بودند، استفاده شد تا سازه مهار گردد.

سختی اضافه‌شده اگرچه احتیاج بود اما پیچیدگی های بیشتری را به وجود آورد. مهاربندها مسیر بار مستقیم تری را به وجود آوردند چون به‌طور ذاتی سخت بودند. ازآنجایی‌که امکان خم کردن مهاربند ها در محل وجود نداشت، اندازه آن ها در طرح های اولیه غیرمنطقی بود. طرح نهایی با قرار دادن مهار بندها به‌طوری‌که بارها مسیر مستقیم کم تری به سمت اعضای فونداسیون داشته باشند، بهینه شد. یک مدل سه‌بعدی از اعضای خمیده، اثر P-δ/Δ، سختی خمشی اعضای پیوسته و اتصالات جوشی تهیه شد. خیز حداکثر تحت اثر بارهای عمودی ۱ اینچ بود و در۲۰ فوتی بالای سطح شیب دار اتفاق افتاد. بااین‌حال جابه جایی جانبی در بیش از ۶۰% این خیز دخالت داشت.

لازم بود که اتصالات گرهی بین ستون ها، مهار بندها و تیر ها سریع سرهم شوند و علاوه بر این مقرون‌به‌صرفه باشند و درعین‌حال برای تأمین پایداری به‌اندازه کافی صلب باشد. با گیردار حساب کردن انتهای عضو، طول مؤثر کمانش برای میلگردها در فشار کاهش یافت بنابراین سختی پیچشی در گره ها ضروری بود. ازآنجایی‌که نقطه وسط بسیاری از عضوهای خمیده خارج از صفحه بود و لنگرهای P-δ را با شروع بارگذاری تجربه کردند، این مسئله به طور ویژه مهم بود. اگرچه اتصالات پیچ و مهره ای در نظر گرفته‌شده بود اما درنهایت اتصالات جوشی به خاطر سختی و توانایی شان در انتقال لنگرها بین اعضای متقاطع، انتخاب شدند. اتصالات جوشی با توجه به تعداد اتصالاتی که وجود داشت برای پایداری ضروری بود؛ بنابراین در اتصالات، جوش شیاری u شکل ۱۶/۵ اینچ، در هر دو سمت میلگرد انجام شد. به طور مشابه، در محل وصله ها ۱۲ اینچ میلگرد روی هم قرار گرفته و در هر دو سمت جوش داده شد.

برای ساخت دقیق این هندسه پیچیده، صفحه های تخته چندلا از طریق CNC به شکل بیضی بریده شدند و توسط داربست برپا شدند. بعدازآن ستون ها و تیر ها جوش شدند. شکل مخروطی Wiikiaami نیروهای فشاری قابل‌توجهی در فونداسیون به وجود آورده است. هشت میل مهار مارپیچی با قطر ۸/۳ ۲ اینچ مقاومت لازم در برابر نیروهای جانبی و نیروهای بلند کننده ساختمان را تأمین می کنند. تعداد مشخصی میل مهار دور از مهاربند ها و ستون ها قرار داده شد تا توزیع بار از فونداسیون به سمت میل مهارهای کناری و تحت بارهای سبک تر صورت گیرد.

از Wiikiaami در  Exhibit Columbus خیلی خوب استقبال شد و جایزه Miller ۲۰۱۷ را دریافت کرد.

منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.