در دوران معاصر ترکیب و تلفیق سازه و معماری به عنوان دو عنصر ضروری و جدایی ناپذیر برای ساختن هر ساختمان، نمود بیشتر و بارزتری یافته و توجه نکردن به هر یک از این عوامل و دخالت ندادن آن در ساخت موجبات به وجود آمدن نقص در شکل گیری و کاربرد ساختمان خواهد شد. اما در برخی موارد در آفرینش ساختمان، هماهنگی و تلفیق معماری و ملاحظات سازه ای بیشتر به عرصه بروز می رسند. در این راستا یکی از ایده هایی که امروزه مورد توجه قرار گرفته استفاده از معماری متحرک و یا ساخت بنا با سقف متحرک و باز و بسته شونده است. سازه‌هاي متحرک را مي‌توان به عنوان برگي بر گرفته از طبيعت دانست. فرم‌هاي طبيعي از صلبيت فوق العاده اي برخوردارند و از حداقل مصالح براي حداكثر استفاده سازه اي بهره مي‌گيرند . همانطور که در طبیعت پروسه ی جمع شدن در گیاهان مختلف وجود دارد سازه های متحرک هم این نوع برخورد را در خود دارند و به صورت چند منظوره به عمل می پردازند. استفاده از این سازه ها در کشورهای زلزله خیز و با سیلاب های مخرب می تواند کمک مؤثری به حفظ جان و مال این عزیزان داشته باشد. در دوران معاصر با پیشرفت علم و تکنولوژی، کاربردها و نیازهای جدید باعث پیشرفت این نوع سازه ها شده است. سازه های متحرک سازه هایی هستند که با تغییر فرم ، استفاده های متفاوتی از یک نوع سازه را امکان پذیر می سازند و در بسیاری از صنایع کاربرد دارند. سازه‌های  باز شونده و جمع شونده : يك سازه باز و جمع شونده تشكيل شده است از قطعات پيش ساخته يا المان‌هايي كه مي‌توانند باز و بسته شوند و در حالت‌هاي از پيش تعيين شده قرار بگیرند ضمن اين كه توانايي تحمل بار را نيز دارند.

ایلسکاس، اسپانیا. 2006

شاید بتوان تاریخچه این نوع از سازه ها را به چادر های سرخپوستان و سقف تاشو کلوسیوم برگرداند . سازه اصلی چادرهای مخروطی شکل از تیرهای چوب است. محل قرارگیری راه خروج دود در رأس چادر مطابق جهت باد تغییر می کند. همچنین پوسته های یکسان با ارتفاع متفاوت قابل برپایی بودند.

سازه های چادری سرخ پوستان

آمفی تئاتر کلوسئوم ، رم

سازه های قابل گسترش در ابتدا برای حفظ حالت باز و بسته شونده خود را در اندازه های کوچه ساخته می شدند. در پی تصمیم دولت ایالات متحده آمریکا در سال های 1980 برای تأسیس یک پایگاه فضایی، ناسا هزینه تحقیق در خصوص سازه های باز و بسته شونده را فراهم کرد. هدف از این تحقیق ساخت سیستم های مهندسی باز و بسته شونده ای بود که بتواند جهت حمل به فضا در فضاپیما جای بگیرد. حجم بسته بندی کم، سرهم بندی سریع و گسترش و بسته شدن آسان از معیارهای طراحی این سازه ها بود.  همچنین اولین ساخت ها از اصول تکنولوژی جرثقیل ها نشات گرفت. گفته می شود که سالن اجتماع شهری پیتسبورگ که در سال 1961 افتتاح شد اولین سقف جمع شونده با دهانه بزرگ بود.

سالن ملون آرنا، سالن اجتماعی مدنی. پنسیلوانیا

طراحی سیستمی که تغییر شکل می دهد، شامل برخی از اصول است که می توان آنها را به قرار زیر بیان کرد :

• شیئی که تغییر شکل می دهد شامل بخش های کوچکتری است که با هم و به صورت کامل و یکپارچه عمل می کنند.
• دارای دو ماهیت است ،نیمی از آن سازه ای و نیمی دیگر مکانیکی است.
• دارای اتصال دهنده هایی است که هر کدام خواص ویژه خود را دارند و با نام بلوک های دینامیکی نامگذاری می گردند.
• رفتار اشیایی که قابلیت تغییر شکل دارند بر اساس اصول هندسی بنا شده است. یکی از موضوعات جنجالی و مهم در سازه های تغییر پذیر، شکل آنها و چگونگی ایجاد گروه های بزرگ و مختلفی از شکل های سازه های متحرک و تغییر پذیر است . نکته مهم در این زمینه این است که این شکل ها هیچ گاه تمام نمی شوند و محدود به تعدادی خاص از شکل ها و یا گروه های استوانه ای و چند ضلعی نمی گردند.

اساس هندسی مثلثی شکل در سازه های متحرک

• مقیاس ، پایداری و حرکت
• تغییر پذیری و حرکت در مقیاس سازه های بزرگ ، مستلزم رعایت بسیاری از نکات اجرایی و طراحی است و مهمترین و ابتدایی ترین موضوع، پایداری در هنگام جابجایی است . در اینجا پایداری به معنای صلبیت مطرح نمی شود و منظور از حرکت نیز، تغییر شکل های کوچک در محدوده الاستیک مواد نیست. این تغییر شکل های کوچک که با تغییر دهانه کم و زیاد می شوند در موضوع پایداری لحاظ شده و منظور از حرکت ، جابجایی کامل و کنترل شده سازه می باشد. مهمترین جمله در مورد پایداری سازه های متحرک این است که : پایداری یک فرآیند است نه یک حالت.

  مزاياي سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده مي‌توان بر اساس نحوه ساخت و استفاه مزاياي زير را براي اين نوع سازه‌ها ذكر كرد :

• پيش ساخته بودن.
• سبك وكم حجم بودن
• سهولت حمل ونقل
• نصب سريع و آسان
• عدم نياز به نيروي متخصص و تجهيزات كم براي نصب و برچيدن سازه
• قابليت جمع آوري و انتقال و نصب مجدد
• تنوع در شكل و طراحي
• قابليت استفاده در ابعاد و اندازه‌هاي مختلف.
• چند منظوره بودن

 مكانيزم‌هاي مختلف در سازه‌هاي باز شونده و جمع شونده

• قابلیت جمع شدن با حرکت بدنه ای صلب

فرای اتو سقفهای تغییر پذیر را بوسیله قالب حرکتی دسته بندی کرد . این تصویر نشان می دهد که جمع شوندگی می تواند بوسیله لغزش، تاشوندگی و یا چرخش پانلها در جهت های متفاوت حاصل شود . پانل ها می توانند به هنگام جمع شدن و حرکت مستقل همپوشانی داشته باشند.

دسته بندی فرای اتو برای حرکت سازه های باز شونده

سازه متحرک تاشونده موازی بر روی استخر ، خانه ای در توکیو

سازه متحرک مرکزی چرخنده ، استادیوم بنز در آتلانتا

سازه متحرک کشویی دایره ای، ملون آرنا ، پنسیلوانیا

• سازه های پانتوگراف

تعداد زیادی از سازه هایی که می توانند باز و بسته شوند بر اساس ایده شناخته شده  سیستم زبان تنبلی هستند.کوچکترین جز این سیستم به اصطلاح قیچی وار نام دارد .

سازه های پانتو گراف (قیچی وار)

•  Sle شامل دو میله متصل به همدیگر توسط یک اتصال پیچیده است. با اتصال sle ها ساده ترین سازه جمع شونده 2 بعدی، سیستم زبان تنبلی ساخته میشود. با اتصال حداقل 3 تا از sle ها از طریق اتصالات مفصلی کامل یک حلقه ای با ایجاد واحد دومی از این سازه قابی شکل می گیرد. با اتصال دیگری از مدولهای ثانوی تقریبا همه انواع شکلهای 3 بعدی با تا شدن در دسته شکل می گیرند. با افزودن المانهای سیم یا غشا مانند به فرم توسعه یافته اش ، خرپای سه بعدی شکل می گیرد  و مقاومت موثری پیدا میکند، بنابراین برج ها، پلها، گنبد ها و فصاهای سه بعدی به سرعت ساخته می شوند

سازه پانتوگراف (سیستم قیچی وار)

• سازه های باز و بسته شونده تا شونده در یک مجموعه

در حالی که سازه های پانتوگراف المان های پایدار کننده اضافی همچون کابلها و دیگر ابزارهای قفل کننده نیاز دارند، امکان طراحی سازه های جمع شونده  که خود پایدارند در طرح های برپاشده بدون هیچ عضو اضافه ای با کاربرد شکل بندی هندسی فضایی وجود دارد. این با افزودن sleهای اضافی به مدولهای ثانوی نخستین حاصل می شود. این sle ها به هنگام تا شدن ناشی از ناسازگاری های هندسی تغییر شکل می یابند که نتیجتاً یک مکانیزم  خود قفل شونده و خود پایدار شونده که در حالت باز سازه را قفل می کند، بوجود می آورد.

سازه های پانتوگراف جمع شونده

پیشنهاد می کنم کتاب الکترونیکی سازه های ورق تاشده و 3 نمونه موردی را مشاهده فرمایید

• سازه های کش بستی

بیشتر سیستم های شبکه ای باز شونده بوسیله سازه های قیچی وار شکل می گیرند . با این وجود گرایش به سمت سازه های تنسگریتی در سیستم های باز شونده وجود دارد.  سازه کش بستی نوعی سازه فضاکار سه بعدی پایدار، متشکل از کابل ها و عناصر فشاری است که در آن کابل ها ممتد و عناصر فشاری غیر ممتد هستند و با یکدیگر اتصالی ندارند. این سیستم به وسیله مجسمه سازی به نام اسنلسون در سال 1984 ابداع شد و باک مینستر فولر آنرا گسترش داد. پایداری اینگونه سازه ها در اثر نگه داری میله های فشاری بین یکسری کابل در جهات مختلف بدست می آید.

انواع سازه های تنگریستی

انواع سازه های کش بستی: خرپا سازه های فضاکار گنبد ژئودزیک گنبدهای کابلی سقف چرخ دوچرخه ای

سازه کش بستی، گنبد تنگریتس، باک مینستر فولر

سازه تنگریستی، جورجیا ، آتلانتا

• سازه های غشایی تاشونده

مشکل عمده سازه های غشایی بازشونده پایدار سازی غشا در تمامی حالات ممکن است. در حالت توسعه یافته غشا می تواند بوسیله پیش کشیده سازی تثبیت شود که این امر یا بوسیله سیستم رانشی خود سازه ویا ابزارهای پیش کشیده سازی خاص در لبه های سقف حاصل می شود. پوشش سقف غشا از پوشش پارچه پلی استر با روکس PVC ضد لک است. به دلیل میزان زیاد تاب خوردگی در پوسته مقداری پیش تنیدگی در جهت تار و پود ایجاد می شود. غشا تاشونده متفاوت می تواند با اصل چتری تکامل یابد. یک مثال خوب پوشش قابل تغییر حیاط مسجد مقدس در مدینه است . 12 چتر بزرگ هر کدام به ابعاد 18*17در حالت باز ، ایده توسعه یافته فرای اتو هستند. این چترها تأمین سایه به هنگام روز و تهویه و خنک سازی را شب هنگام بر عهده دارند.

مراحل باز شدن سقف متحرک مسجد مدینه

بررسی استادیوم ملی سنگاپور به عنوان نمونه موردی سقف متحرک سقف محافظ این استادیوم با مساحت 310 مترمربع و با فرم گنبدی، بزرگترین نمونه موجود است که با توجه به قرارگیری در اقلیم گرم و مرطوب، به عنوان سایه بان حمع شونده برای محافظت در برابر تابش آفتاب و بارندگی مورد استفاده قرار می گیرد.

استادیوم ملی سنگاپور با سقف متحرک

اسکیس هایی از استادیوم ملی سنگاپور

بررسی  آمفی تئاتر کارلوس موسلی به عنوان سقف غشایی این مجموعه به عنوان محلی برای برگذاری کنسرت های تابستانی در نیویورک طراحی شد. این پوشش باید به گونه ای طراحی می شد که نصب و باز کردن مجدد آن ظرف مدت چند ساعت امکان پذیر باشد. این پروژه یک پیشرفت جدید با ساختار کشش مکانیکی بود که با پنج نیمه تریلر و دو کامیون به محل آورده شد که این تریلرها بعداً نقش مهمی در نگهداری سازه داشتند. برپایی سازه ابتدا با دو خرپای سوار بر تریلر ها در دو طرف سن قرار می گیرد و سپس با کمک جک های دو طرف تریلر پایه های دو خرپا قفل می شود. سپس این دو خرپا را در محل رأس خود به خرپای سوم  که با حالت عمود بر صحنه می باشد وصل می شود و با صاف شدن خرپای سوم در خرپای دیگر نیز بالا کشیده می شوند و در ارتفاع قرار می گیرند.  سه خرپا در محل رأس محکم شده و خرپای سوم با استفاده از دو جفت جک هیدرولیک که در وسط خرپا و در محل لولای موجود در آن، عمود بر خرپا قرار گرفته انجام می شود. پس از خرپای سوم با هرم ایجاد شده سقف غشایی به آن وصل خواهد شد.  برای ایجاد نما و فرم مناسب بهتر یک پوسته دایره در بالاتر از غشا به حالت تعلیق است و محلی برای نورپردازی شبانه می باشد.

آمفی تئاتر کارلوس موسلی

جزئیات اتصالات در لبه چادر

کلام آخر

ارائه ایده های جدید از سمت معماران و طراحان سازه همراه با پیشرفت تکنولوژی در این عرصه این امکان را به ما می دهد که بتوان از فضاهای ساختمانی استفاده مطلوب تری داشته و به انعطاف پذیری فضا بیفزاییم. در این حین نیز در وحله اول دقت به اتصالات سازه های متحرک و پس از آن دقت و توجه به عمر مفید آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است. تعداد و  نحوه باز و بسته شدن آن و چه تأثیری بر این زمان عمری آن خواهد داشت.   منابع

• گلابچی، محمود. “درک رفتار سازه ها”. دانشگاه تهران. مهر 1397
• غفوری، افسانه. “سازه های بازشونده و جمع شونده، متحرک”. دانشکده هنر و معماری دانشگاه آزاد یزد. مرداد 1393
• مشکسار، مهشاد. روشن ضمیر، علی. “بررسی سازه های متحرک و باز و بسته شونده با نمونه مورزی آمفی تئاتر کارلوس موسلی”دانشگاه شیراز. دانشگاه استهبان .

سایت های اینترنتی www.tensinet.com