فرمهاي ساختماني بهينه

چكيده :

يكي از هدفهائي كه همواره در رشته هاي مهندسي معماري ، عمران ، مكانيك و رياضي مورد توجه قرار گرفته ، دست يافتن به فرمهاي ساختماني است كه در نوع خود از جنبه هائي بهترين و كاملترين طرح مي باشند . امروزه نيز در جوامع مختلف توجه بيشتري به مسائل يافتن بهترين فرم از نظر هندسي و فيزيكي معطوف گشته بنحويكه اين سلسله مطالعات خود رشته هاي خاص را بوجودآورده كه به بهينه سازي درساختمان معروف است .

فرمهاي ساختماني را كه از اين لحاظ در طبقه خود داراي بالاترين قابليت هاي مكانيكي و يا بالاترين ارزشهاي اقتصادي هستند ، فرمهاي بهينه مي گويند ، كه در اين مقاله به بحث كيفي در مورد فرمه اي ساختماني بهينه پرداخته و به ارائه نمونه هائي از اين فرمها مانند : كم وزنترين فرمهاي خرپائي ، كم وزنترين شبكه هاي تيري ، قوي ترين فرمهاي ساختماني فشاري و فرمهاي بهينه رفتاري خواهيم پرداخت .

واژگان كليدي : فرمهاي ساختماني، بهينه سازي، خرپاي ميچل، تير شبكه اي، بهينه رفتاري

مقدمه :

با توجه به انواع فرمها و ارزش هاي مختلف آنها براي دست يافتن به فرم هاي بهينه ، مسائل مهندسي زيادي را بايد مطرح و حل كرد و اين مطلب خود در قرون متمادي پيوسته مورد تحقيق و بررسي محققانه درجهان قرار گرفته است . امروزه نيز در ج وامع مختلف توجه بيشتري به مسائل يافتن بهترين فرم به لحاظ هندسي و فيزيكي معطوف گشته ، به طوريكه اين سلسله مطالعات خود رشته اي خاص را ايجاد كرده كه به بهينه سازي ساختمانهاي( Structural Optimization) معروف است . فرمهاي ساختماني را كه از اين نظر در نوع خود داراي بيشترين قابليت هاي مكانيكي و يا بالاترين ارزش هاي اقتصادي مي باشند فرمهاي بهينه (( Optimal Forms می گویند.

در سال 1869 كلرك ماكسول( Klerk Maxwell ) تئوري فرمهاي مقاوم با حد اقل وزن را بنيانگذاري كرد و در سال 1904 ميچل( Michell ) تئوري عمومي فرمهاي مقاوم را با حداقل وزن تعميم داده و آنرا براي بدست آوردن چندين فرم خرپا با حداقل وزن بكار برد . از آن زمان تا به حال محققين زيادي با استفاده از اين اصول فرمهاي ديگري را نيز بدست آورده اند . در اين مقاله ما به بحثي كيفي در مورد فرمهاي ساختماني بهينه خواهيم پرداخت و نمونه هايي از اين فرمها را ارائه مي دهيم.

1- كم وزن ترين فرم هاي خرپايي

يكي از معيارهاي اصلي براي سنجش درجه تكامل فرمهاي ساختماني اينست كه فرم ضمن ارضا ء شرايط مكانيكي ) تعادل ، پايداري، مقاومت و ارتجاع ( از نقطه نظر اقتصادي نيز نسبت به فرمهاي نظير داراي برتري باشند .

مصرف كم مصالح ) سبك وزن ( يكي از موازين اقتصادي است ، و سؤالي كه همواره در تاريخ تكامل علم مكانيك و كاربرد آن در انتخاب فرمهاي ساختماني از نقطه نظر هاي علمي و مهندسي مطرح گرديده هدف يافتن فرم و يا فرمهاي ي بوده است كه در ميان طرحهايي با قابليتهاي مكانيكي مشابه از همه سبكتر باشند .

فرمهايي كه پس از مطالعات طولاني بدست آمده و تا حدود زيادي جوابگوي اين نياز هستند بنام يكي از مبتكران اوليه اين طرحها شهرت يافته و بنام خرپاهاي ميچل( Mitchell Trusses ) خوانده مي شوند . در اين مقاله چندين نمونه از اين فرمها را كه براي انتقال نيروها به لحاظ مكانيكي كاملترين و در عين حال كم وزن ترين فرم ساختماني هستند ، مورد بررسي كيفي قرار مي دهيم…