چکیده

انسان در برخورد با موضوع ایجاد فضاهای زیستی یا هرگونه سرپناه،اجزا تشکیل دهنده آن فضا از جنبه های مختلف حائز اهمیت بوده و در عین متاثربودن از خصوصیات مصالح مصرفی،آنها را با آرایش و نظم خاصی(فرم)بکارگمارده که از یک جهت مفاهیم حسی متفاوتی را بیان و معرفی می نماید و از طرفی دیگر این اجزا بکمک عناصر و مصالح متشکله خود،با انتقال و تحمل نیروهای وارده بر کل سازه فضایی،ایستایی آن را تامین می کنند.

بطوریکه تلفیق این دو عملکرد متفاوت را در معماری سنتی و آثار موجود گذشتگانمان به بهترین روش های ممکن می توان مشاهده نمود که این موضوع نشات گرفته از فرهنگ خودبسندگی آنها بوده و براساس همین دیدگاه توانسته بودند برای محدودیت ها و مشکلات اجرایی خود راهکارهای بسیار منطقی را برگزینند.که با تغییراتی در فرم،امکان استفاده از همان مصالح ضعیف موجود را برای آنها میسر نموده بود. که حتی بعضی از آن ها را در معماری پیشرفته و منطبق بر اصول ریاضی امروز در مقیاس و مصالحی متفاوت آن دوران می توان یافت.

لذا در این مقاله با بررسی ومطالعه اجمالی:

1-      خاستگاه پوششی های قوسی

2-      مسجد جامع اصفهان،نمونه ای کامل

3-      خاستگاه و سیر تحول و تکامل کاربندی(راهکارهای متمایز)

4-      بررسی و تحلیل کلیات رفتار سازه ای پوشش های قوسی

5-      جایگاه راهکارهای سنتی در سیستم های مدرن و پیشرفته امروز

به توصیفی هر چند مختصر و مقدماتی از موضوعات فوق می پردازیم.باشد که بیاری خداوند متعال بدین وسیله بستری برای تبادل نظر و زمینه تحقیقی وسیع برای یکایکمان ایجاد گردد تا به پشتوانه شناخت دقیق این چنین معماری سنتی غنی،جایگاه شخصیت حرفه ای خود را در جهان شاخص تر نماییم.

خاستگاه پوشش های قوسی

کلیات ساده ترین و اولین فضاهای ایجاد شده چه در این دوران و چه در دوران گذشته،تشکیل شده است از عناصری عمودی بعنوان محدوده یا اطراف و یک عنصر افقی که بعنوان پوشش یا سقف ایفای نقش می کنند.

که همین عناصر در ترسیمات دو بعدی و برش های عمودی نیز بصورت خطوطی مطرح می شوند که از حداقل ابزار معرفی یک فضا می باشند.

حال آنکه منشاء فضاهای ایجاد شده و ساختار کلی آن ها را می توان در فرهنگ و تمدن سازندگان آن جستجو کرد.لذا بر همین اصل در دوران های اولیه و براساس درکی که از فضا(یک سر پناه) و شناخت مصالح موجود و قابل دسترس وجود داشت،فضاهای محدودی (کوچک)ایجاد شده که از لحاظ عملکرد وایستایی جوابگوی نیاز همان تمدن بوده است.

لذا با گذشت دوران و تغییرات ایجاد شده و ساختار کلی آن ها را می توان در فرهنگ و تمدن سازندگان آن جستجو کرد.لذا بر همین اصل در دوران های اولیه و براساس درکی که ازفضا(یک سرپناه)و شناخت مصالح موجود و قابل دسترس وجود داشت،فضاهای محدودی(کوچک)ایجاد شده که از لحاظ عملکرد وایستایی جوابگوی نیاز همان تمدن بوده است.

لذا با گذشت دوران و تغییرات ایجاد شده در فرهنگ و نحوه زندگی اجتماعی،انسان به فضاهای بزرگتر و متنوع تری که جوابگوی نیازهایش باشد فکر نمود و در همین راستا اولین تغییرات در فرم،عناصر تشکیل دهنده،مصالح مصرفی و تکنیک ساخت فضاها ایجاد شد.لذا مصالح اولیه ساخت فضا را عناصری مانند سنگ و خشت تشکیل می دادند که در مراحل بعدی چوب نیز به این عناصر اضافه شد و در مراحل تکامل بعدی با پختن خشت آنرا بصورت آجر بکار بردنند.

از طرفی دیگر فرم ها همانگونه که در شکل(1)مشهود است تغییر پیدا کرد و پوشش بنا از سطوح صاف بصورت فرم های قوسی شکل درآمده که علاوه بر پوشش دهانه های بزرگتر،خمش و کششی را که دراثر این افزایش طول دهانه در پوشش سقف بصورت بحرانی ایجاد می گردد به حداقل می رساند.

قواعد کلی آن در 2700 قبل از میلاد به وسیله سومری ها و مصری ها شناخته شده بود و اهالی بین النهرین شکل یک قوس واقعی را با سنگ های بریده شده(گوه)در یک نیمدایره بوجود آورده بودند.

لذا در معابد کندو شکل یونانیان باستان(سیرکا 1500قبل از میلاد،مایسنی)مثال های قابل توجهی را می توان یافت(1)و قدیمی ترین قوس بجای مانده در معماری ایران مربوط به ورودی های زیگورات چغازنبیل می باشد (2) که این فرم های قوسی بعدها در معماری ایران به دو شکل طاق و گنبد ظهور و تکامل پیدا نموده است.

لوئیس اچ سولیوان آن را چنین توصیف می کند:

قوس،مهیج ترین شکل ساختمانی است که برای ایجاد فرم های جدید و قابل تصور بیشترین استعداد و توانایی را دارد.

 

مسجد جامع اصفهان

یک مجموعه کامل از انواع پوشش های قوسی(طاق و انواع سیستم های گنبدسازی) می باشد که هر چند مختصر به توصیف و بررسی خصوصیات اصلی می پردازیم:

از شواهد بدست آمده این بنا در دوران اولیه احداث بعلت سیستم پوشش متداول آن دوران ،دارای سقف های مسطح با ابعاد فضایی محدود،متشکل از ستون های زیادی بوده لذابا پیشرفت دوران،تحولی در سیستم پوشش فضاها بوجود آمد و پوشش بصورت قوسی درآمد که امکان حذف تعدادی از ستون های داخل فضاها را ایجاد نمود که یکی از ثمرات تحول فرهنگی و تفکری در جامعه بوده است.

با این توصیفات مسجد جامع اصفهان در وضعیت و سیمای فعلی خود دارای 484 فضای سرپوشیده بوده که تمام این دهانه ها بصورت طاق و چشمه می باشد که هر کدام از این دهانه ها به خاطر ابعاد،شکل ظاهری،تکنیک ساخت و سیستم سازه ای و اسکلت بندی دارای مشخصات خاص و متفاوتی می باشد که حالت منحصربفردی را برای خود و مجموعه ایجاد کرده است.که طی بررسی های انجام شده سیر تکامل شیوه های طاق سازی در آن از اواخر قرن یازدهم میلادی شروع شده و به تدریج با گذشت زمان حداقل به قرن پانزدهم منتهی می گردد.که در کل بنا فعلی مسجد را می توان به معماری دوره سلجوقی اتلاق نمود و با مطالعات انجام شده در رابطه با معماری دوره سلجوقی می توان دو مطلب را مورد تاکید قرار داد:

1-      سازه های ظاهری طاق و چشمه های دوره سلجوقی یعنی آنهایی که در سطوح داخلی قابل رویت است به معنای واقعی کلام باربر بوده و اسکلت بندی اصلی پوشش طاق را تشکیل می دهند.قسمت های که در بین این سازه های باربر قرار گرفته اند تنها بعنوان پوشش فرعی و به مثابه تیغه نقش ایفا می کنند.(شکل 1)

2-      در اسکلت بندی طاق های آن دوره مسجد هیچگونه اثری از اجزاء پوشش های مضاعف (طاق دو پوش)وجود ندارد.

3-      بیش از 40 نمونه طاق و چشمه از انواع طاق و چشمه های سلجوقی در مسجد جامع وجود دارد.

4-      حال به بررسی طاق بندهایی که بصورت سازه باربر عمل می کنند می پردازیم:

شکل(2) ساختمان یکی از این طاق بندها را که به صورت ترک بندی اجرا شده را نشان داده که یک طاق آجری به شیوه پر چسبان و از آجرهای مربع شکل تشکیل گردید که بصورت موازی در کنار یکدیگر کار شده اند و ردیف میانی آجرها کمی از بقیه پایین تر کار شده اند بطوری که این آجرها از پائین بصورت یک خط وخطوط باریک در پوشش آجری دیده می شود که می توان این موضوع را از اولین خاستگاه های نقوش هندسی در گنبدها دانست.

اختلاف قابل توجهی بین این طاقبندها(ترک بندی)و لنگه طاق ها اصلی که بین دو ستون یا جرز ساخته می شود وجود دارد،در ساختمان لنگه طاق های باربر اصلی که تمام هیات ساختمان گنبد و یا چشمه ها برآن استوار می شود در قسمت تکیه گاه ستون ها،بر ضخامت طاق افزوده می گردد در حالی که ضخامت ترک بندهای داخل گنبد و یا چشمه در تمام حرکت قوس ثابت می باشد.لبه سازی های لنگه طاق ها شیوه ای است فنی که حداقل در مسجد جامع اصفهان از دوره تیموری در عملیات ساختمانی ظاهر می شود در حالی که طاق بندهای فرعی داخل گنبد یا چشمه ها عموما بصورت متقاطع پرتوی قرار دارد.یعنی همگی در یک نقطه مرکزی همدیگر را قطع می کنند،از نمونه بارز آن می توان گنبد نظام الملک را نام برد.(شکل 3)

ولی نمونه زیادی از اسکلت بندی مشابه وجود دارد که طاق بندهای داخلی گنبد یا چشمه ها بطور متقاطع،حالت پرتوی ندارند.یعنی از نقطه مرکزی عبور نمی کند و بدین ترتیب به حالتی ساخته می شود که مرکز گنبد یا چشمه آزاد است و نقوش هندسی کامل تری را نسبت به نمونه قبلی بوجود آورده که از پائین قابل مشاهده می باشد ونوعی تزئین نیز محسوب می شود.(شکل 4)

در این زمینه می توان به این نکته اشاره کرد که در سازه های معماری،هم چون نقوش تزئینی ترکیب و طراحی خطوط در یک شکل پیچیده به صورتی که همواره قسمت مرکزی آن آزاد باشد همیشه بطور ثابت مورد تاکید و دلواپسی طراحی بوده بطوریکه این امر به شکل یک ضابطه و معیار زیبائی شناسی توسط هنرمندان پی گیری می شده آنچنان که این موضوع نه تنها در ایران بلکه در بقیه کشورهای اسلامی نیز مورد توجه بوده.(2)

مهارت و دقت سازندگان این پوشش ها آنچنان بوده است که به حرکت درآوردن این اسکلت بندیها در فضا و قابل رویت ساختن آنها از پائین تنها در بعضی موارد دارای خطوط ظاهری نسبتا طولانی است که مجموعه ای از طاق وچشمه های بسیار جالب توجه چه از نظر اشکال فضایی و ظاهری کار و چه از نظر فن ایستایی و تعادل بوجود آورده اند.(6)

یکی از نمونه های موجود و قابل تحسین از این مجموعه که با مهارت بسیار ساخته شده دهان ایست در ضلع جنوب شرقی و محلی که بنام کتابخانه شهرت دارد قرار گرفته و می توان تاریخ اجرا آنرا همزمان با ساختمان کل مجموعه دانست.(شکل 5)

طاق این دهانه به طریقی ساخته شده که ترک بندی های آن متقاطع بوده ولی از نقطه مرکزی نمی گذرد در نتیجه قسمت مرکزی دهانه آزاد بوده و امکان ایجاد روزنه نورگیر بوجود آمده است که اسکلت بندی این قسمت تقریبا حالت یک ساختمان فلزی را دارد و یکی از خصوصیات قابل توجه سازه های این دهانه در این است که بعضی از قسمت های طاق بندها که بصورت خطوط نیرو بوده از زیر قابل رویت است و گاه گاهی با یک نوع اجراء دقیق وعقب نشینی آجرها ناپدید می شود و آجر کاری پوشش بین سازه آن را در خود مخفی می سازد . با این بازی ماهرانه طاق بندهایی که عموما باربر می باشند به خطوط تزئینی تبدیل می شوند.

یکی از مشخصات دیگر دهانه مذکور در این است که بعد از طاق بندهای باربر در اطراف چشمه هشت دهانه لوزی شکل بدست آمده که در تیغه بندی آجری آن عقب رفتگی ایجاد شده و با این عمل شاپرک های مقعر به گونه ای جلوه می نماید که کاملا حالت سبکباری پوشش طاق القاءمی شود.(شکل 6)

کاربندی

با توجه به مطالب ارائه شده می توان کاربندی را از آن گروه عناصری دانست که از روح و فکر ایرانی نشات گرفته و در معماری آن پدید آمده است و آنچنان با نحوه زندگی و فرهنگ او آمیخته و عجین می باشد که بدون شک باید آنرا ماهیتی استوار بر تمدن غنی این سرزمین و معماری اصیل سنتی آن دانست.

اینکه چرا و چگونه کاربندی بوجود آمده و راه تکامل خود راپیمود و نقش و کاربرد حقیقی آن در بنا تا چه حد است مستلزم بررسی وسیع و فراگیر است و در این مختصر تنها زاویه نگاهی دقیق تر را بر این پدیده معماری از لحاظ عملکردی و جایگاهش درمعماری سنتی و مدرن امروز باز می نمائیم.

کاربندی درحجم(فضای سه بعدی)روشی است ترکیبی که هم خصوصیات گنبد(پوسته) را در برگرفته و هم از خصوصیات لنگه طاق ها(قوس کامل)بهره می گیرد و متشکل از باریکه طاقهایست که از تقاطع لنگه طاق ها ایجاد شده و به تبعیت آن ها و با توجه به فرم قوس اصلی پوشش بنا(سقف)را بوجود می آورند و اکثر مواقع بصورت پوشش دوم که نسبت به سقف اصلی نیز کوتاه تر می باشد اجرا شده که نشاندهنده خصوصیت انتقال نیروی خوبش می باشدو گاهی بصورت سقف اصلی نیز مورد استفاده قرار می گیرد که بطور کل نقش های عمده زیر را برحسب مورد در فضاهای معماری ایفاء می کند:

1-      در فضاهای شهری و اماکن عمومی که از مقیاس شهری برخوردار هستند برای مردم وار کردن فضاهای داخلی و ایجاد مقیاس و تناسبات انسانی در آن ها.

2-      فراهم آوردن امکان ایجاد فضاهایی متنوع تر از لحاظ ابعادی و تناسبات بعبارت دیگر کاربندی ابزاری بوده در دست معمار که او را از بند محدودیت های اجرایی تا حدود زیادی رها سازد تا فارغ از مسائل فضاهای دلخواه خود را بیافریند.

3-      امکان ایجاد اولین طرح های استاندارد هندسی و سه بعدی پیش فکر شده (دستوری بودن و قانونمند)

4-      در گنبدهایی که بصورت پوشش دوم اجرا می شود عایق حرارتی را نیز ایجاد می کند.

5-      امکان تنظیم نور و صدا را داخل بنا ایجاد می نماید.(شکل 2)

6-      مرتبط ساختن خطوط عمودی جداره ها با خطوط منحنی شکل هماهنگ و چشم نواز سقف.(شکل3)

7-      بوسیله هندسه خود در نظم فضای داخلی بسیار موثر است.

حال پس از شرحی هر چند محدود و مختصر بر کاربندی به بررسی تاریخچه پیدایش و تکامل آن را در ادوار تاریخی می پردازیم:

اولین ردپای که می توان به کاربندی مرتبط دانست در زیر گنبدهای کاخ های ساسانی مثل کاخ سروستان و فیروزآباد می توان پیدا کرد.(شکل 4)که به صورت گوشه سازی دیده می شود و پس از آن دو قرن سوم هجری در مسجد جامع شیراز به نمونه ای برمی خوریم که اگرچه هنوز کاربندی نیست ولی از لحاظ فرم شباهت زیادی به کاربندی دارد و در واقع مقدمه ایست برای کاربندی.(شکل 5)

نمونه کامل کاربندی را در قرن چهارم هجری در گنبد مقصوره مسجد جامع نائین می بینیم که نمونه ایست از کاربندی که کاملا باربر و سازه اصلی پوشش بنا است در مسجد جامع نائین دو نمونه دیگر از کاربندی وجود دارد که یکی در ایوان کوچک شمالی مسجد ودیگری در دو گنبد طرفین مقصوره مشاهده می شود.البته می توان از نمونه دیگری یعنی مسجد جامع اردستان نامبرد که مربوط به همین قرن وحتی متقدم تر از مسجد جامع نائین می باشد.نمونه دیگر همانطور که قبلا مطرج شد مسجد جامع اصفهان است که مربوط به دوران سلجوقی است.

لازم بذکر است که فرم پتکانه را که مقدمه ای برای کاربندی است در قرن سوم هجری در مقبره امیر اسماعیل سامانی در بخارا می بینیم.(شکل 6)

از نمونه کاربندی در قرن پنجم می توان به کاربندی شبستان شرقی گنبد خواجه نظام الملک مسجد جامع اصفهان نام برد.

در قرن ششم زیر گنبد چهل دختران و گنبد شیخ جنید توران پشت یزدکاربندی های ساده ای را می بینیم در صورتی که در مقبره سلطان سنجر مرو نیز نمونه کاملی از کاربندی اجرا شده است.(شکل 7)

ولی تا اوایل قرن هفتم هجری قمری هنوز کاربندی رسمی نیست و طبق یک دستور العمل معین قابلیت اجرا را ندارد و می توان گفت از این قر ن تا اوایل قرن دهم بود که کاربندی راه تکامل خود را پیمود و بعد از آن برای متناسب کردن ابعاد بنا و کنترل فضا از داخل بخصوص در بناهای عمومی و رفیع در متنوع ترین فرم ها بکار گرفته شد.بطوری که از قرن پنجم هجری به بعد اغلب گنبدها رادوپوش منفصل می ساختند که عایق حرارتی مناسبی هم برای بنا باشد.

آغاز قرن هفتم مصادف است با حمله مغول و پس از آن،که نیاز شدید برای ساخت و ساز وجود داشت و رواج طراحی یکنواخت که بتوان در تعداد زیادی از بناهای در حال ساخت بدون نقص و اشکال اجرا نمود.

کاربندی را بعنوان چاره و ابزاری برای معمار مطرح نمود و آغازی شد که بتدریج هنری شود همه جانبه و در اوج کمال و شکوفایی.

بنظر می رسد که کاربندی ابتدا در جنوب و مرکز ایران آغاز شده،نمونه های اولیه قبل و بعد اسلام تا قرن ششم هجری همه یا در جنوب ساخته شدند یا در مرکز و بعد از این مناطق در دوران تیموری توسط معمارانی نظیر قوام الدین شیرازی و پسرش غیاث الدین به سمرقند و بخارا و خراسان رفت بتدریج در همه قسمت های ایران ارزش حقیقی خود را نمایان کرد.

بطوریکه در بعضی از بناها دیده می شود که دو کاربندی بر روی هم اجرا شده یا کاربندی از الگوی معمول خود خارج گردیده و بصورتی بسیار جسورانه سازنده با اضافه کردن یکسری از قوس ها از طول آزاد دیگر قوس ها کاسته و به عبارتی پایاریک ها را کوتاه نموده است.کاربندی گنبد کوتاه در پشت ایوان بلند درگاهی است از بناهای غیرعادی خراسان می باشد.(شکل 8)

انواع واصول کلی ترسیم

کاربندی در کل به چند نوع متفاوت دسته بندی می شود:

کاربندی شاقولی:عبارتست از رسمی هایی که از قالب های قوسی(تویزه)تشکیل شده اند.که هر دو قالب آن در امتداد یکدیگر و بر یک صفحه قرار دارند لذا می توانند بصورت یک دور(قوس)کامل بار را به تکیه گاه منتقل نمایند و باربر باشند و درکل رسمی مانند یک چشمه یا گنبد باربر عمل می نماید.

کاربندی سرسفت: به کاربندی اتلاق می شود که خاصیت باربر ندارد و این موضوع از آنجا نشات می گیرد که اضلاع آن در امتداد یکدیگر و دریک صفحه قرار نمی گیرد و یک قوس کامل را تشکیل نمی دهد.همان طور که در ترسیم دوبعدی ورسم بندی نیز مشهود است اضلاع بصورت قرینه در امتداد یکدیگر قرار نمی گیرد.

یزدی بندی:یزدی بندی یکی دیگر از انواع کاربندی است که مانند یک سقف کاذب و برای پوشاندن و تزئین بین طاق ها قابل استفاده خواهد بود.

مقرنس: با گذراندن چند آلت زیر در کنار هم مقرنس ها ساخته می شوند: 1- تخت ها 2-پا باریک ها 3-شاپرک ها 4- طاس ها 5- سرسفت. البته مقرنس در معماری سنتی ما بعنوان تزئینات یک مبحث بسیار مهمی را بخود اختصاص داده که در این مجال نمی گنجد.

اکنون به شرح کاربندی قالب شاقولی پرداخته که بعلت عملکرد همه جانبه ای (باربری و تزئینی)که دارد بیشتر مدنظر بوده و در مکان هایی مانند چهارسوهای بازار اغلب از این رسمی استفاده می شود . که در آن رسمی بندی در بلندترین بخش خود به شمسه که ختم کننده رسمی است منتهی می شود.

در کل این کاربندی خود به دو گونه رسمی واختری اجرا و شناخته شده است:

کاربندی رسمی:نوع کلاسیک و معمولی این کاربندی است که در صفحه دو بعدی(پلان)این نقوش بر پایه خصوصیات اشکال چند ضلعی ها شکل می گیرد و با ارتباط بین گوشه های شکل توسط خطوطی که بموازات اضلاع رسم می شوند و با هم متقاطع می باشند سطح چند ضلعی اصلی به سطوحی کوچکتر تقسیم می شود که دارای خصوصیات زیر می باشد:

سطوح بوجود آمده هر چه از مرکز دورتر هستند و به اضلاع محیطی چند ضلعی نزدیک تراند سطوحی بزرگتر را تشکیل می دهند که عبارت دیگر با تصور حجمی کاربندی،هرچه عمودی تر قرار گرفته اند بزرگتر و در نزدیکی مرکز تقریبا هر چه به زاویه افق نزدیکتر می باشند سطوحی کوچکتر را تشکیل می دهند.

که از انواع کاربندی قالب شاقولی:رسمی هشت،ده،دوازده،چهارده،شانزده که رسمی ده و چهار ده صورتی دیگر هم دارند که بنام مشتک شکسته می باشد.

کاربندی اختری:در این کاربندی نقاط نقسیم دایره محیطی را بطور دلخواه سه به سه یا چهار به چهار و ….بهم وصل می کنند شکل منظمی که بدست می آید اختری نامیده می شود.در این کاربندی اگر شکل بدست آمده از مربع کثیر الضلاع تر باشد اختری گسیخته می نامند.(شکل 8)ولی اگر این کثیرالضلاع ها از نقطه ای در محیط دایره شروع بعد از تکراربهمان نقطه برسد اختری پیوسته یا متصل می گویند.(شکل 9)

یک نمونه دیگری که می توان آنرا با استفاده از ترکیب خصوصیات قوس ها(لنگه طاق ها)و کاربندی پیاد نمود چهار شمسه و یک آویز می باشد.

اما کاربندی در برش کل گنبد از قوس های معمول زیر که چفد می نامند تبعیت می کند:1- چفد پنج و هفت 2- چفد کفته.

چفد پنج و هفت خود بدو نوع تندوکند دسته بندی می شود که معمولا در کاربندی از نوع تند آن استفاده می شود.

اصول ترسیمی چفد تند:

–          نصف طول دهانه برابراست با ارتفاع اولیه قوس.

–          از A بشعاع AD دایره رسم می کنیم تا AB را قطع کند و M بدست آید.

3- از Mبه شعاع MB دایره ای دیگر رسم نموده تا امتدادCD را قطع کند و آن را E می نامیم.

4-از M به Eوصل کرده و امتداد می دهیم تا خط عمود بر AB خارج شده از A را قطع کند و H بدست آید.

5-خط ME را امتداد داده تا دایره ای را که بمرکز M رسم شده قطع نماید و F بدست آید.(پاکار)

6-ادامه قوس قسمتی از دایره ایست که از H به شعاع HFرسم می کنیم و خط را قطع می کند.

کلیات سازه ای:

اکنون با مدنظر گرفتن سیر تحول و تاریخچه پوشش بناها به تشریح عناصر سازه ای ونحوه عملکرد و انتقال نیرو درآن ها می پردازیم:

همان طور که قبلا به آن اشاره شد عناصری مانند سنگ و خشت که از اولین مصالح ساختمانی بشمار می روند فقط می توانند متحمل نیروهای فشاری باشند و در برابر نیروهای کششی بسیار ضعیف هستند.

لذا برای پوشش فضاهای بزرگتر که در آن ها نیروی خمش و کشش اعضاء شدت پیدا می کند دو راه حل زیر مطرح می گردد:

1-      تحقیق و جستجوی عناصری بعنوان اعضاء سازه ای بتوانند هر چه بهتر کلیه نیروهای وارده را تحمل و رفتار قابل قبولی از خود بیان نمایند.

که درهمین خصوص عنصر چوب در سیر مراحل تکاملی مورد استفاده قرار گرفت و با تحمل نیروهای کششی و خمشی تا حدی توانست مشکل را برطرف کند.که در کشور ما در بعضی نقاط تا چندی پیش نیز مورد استفاده قرار می گرفت. اما مشکل آسیب پذیری(رطوبت،موریانه)و عدم دسترسی آسانش در سراسر کشور،زمینه استفاده آن را محدود می نمود.

لذا انسان با شناخت خصوصیات آهن به نقشی که می تواند در عناصر سازه ای بنا ایفاء نماید پی برده و در همین راستا سعی در استفاده هر چه بهینه تر از آنرا بطرق زیر دارد

1-      با استفاده از علم شیمی،آلیاژهای متفاوتی همچون فولاد را از آن بدست می آورد.

2-      از آن جهت بتن مصلح استفاده می نماید و عنصر سازه ای مرکبی را ایجاد نموده که هم از خصوصیات خوب مقاومت فشاری بتن و هم از مقاومت کششی آهن بهره مند می باشد.

3-      ایجاد سیستم های سازه ای خاص ترکیبی(انواع خرپاها و سازه های فضاکار)

از طرفی دیگر در مراحل اولیه که انسان شروع به طرح فضاهای بزرگتر و متنوع تری نمود تحول درفرم نیز در امتداد این بوجود آمد.که تغییری دو منظوره بوده و در عین حالی که فضاهای جدیدی را ایجاد می نمود این تغییر در راستای غلبه بر محدودیتهایی بود که از ضعف مصالح همان دوران ایجاد شده بود.

لذا فرم قوسی پوشش ها ظهور می نماید و طاق های قوسی ایجاد می گردد که با بررسی و تحلیل این فرم می بینیم که نیروهای وارده بر اثر وزن خود طاق و بارهای دیگر را تقریبا بصورت محوری انتقال می دهد و برهمین اساس با افزایش فشارو کاهش خمش در عضو توام خواهد بود.که این عملکرد را با تجزیه نیروها به دو مولفه زیر مورد بررسی قرار می دهیم.(شکل1)

یکی در جهت محور قوس (عنصر سازه ای)که نقش انتقال نیرو به پاقوس و تکیه گاه را به کمک عناصر تشکیل دهنده که همان مصالح مصرفی می باشد بعهده دارد. در صورتی که،مولفه دیگر عمود برآن بوده و تا حدی نقش خنثی کردن نیروی رانش بالا دست را ایفا نموده و ایستایی پوشش را به کمک عوامل دیگر مانند چسبندگی ملات و اصطکاک بین مصالح تامین می نماید و همانطور که از دیاگرام تجزیه نیرویی استباط می شود اگر یک تیر قوسی شکل درمیانه خود تحت تاثیر نیرویی عمودی قرار گیرد بهترین شکل را برای انتقال آن دارا می باشد.بطوریکه می توان گفت برای هر دسته از نیروها،شکل مخصوصی از قوس وجود دارد(منحنی طنابی آن نیروها)که در آن تمام قوس تحت فشارساده قرار می گیرد و فرم منحنی طنابی یک قوس همزمان با خط رانش آن که برآیند رانش و وزن هر بخش از قوس می باشد شکل می گیرد وروی لایه زیرین آن اعمال نیرو می نماید.چنین شکلی را در عمل می توان از آویختن بارها به یک کابل بدست آورد. که با معکوس کردن آن،شکل قوس بدست می آید.

منحنی های طنابی حد نهایت یک طرف رفتار عضوهای سازه ای قرار دارند که در آن ها خمش مساوی صفر و فشار یکپارچه است. در حالیکه تیرها در انتهای طرف دیگر این رفتار،که در آنها تنها خمش ایجاد می شود و فشار یکپارچه وجود ندارد.(1)بطور کلی هر نوع دیگری از اعضاء سازه با انحنای روبه پائین بارها را به صورت ترکیبی از فشار و خمش تحمل می کند.

لازم بذکر است در طراحی با مصالح بنایی،چون قوس تحت بارگذاری سنگینی بر اثر وزن دیوارها قرار می گیرد،شکل قوس معمولا تابع منحنی طنابی بارهای مرده بوده و مقدار کمی خمش در اثربارهای زنده در آن ایجاد می شود.که این موضوع ارتباط مستقیمی با فرم قوس در نظر گرفته شده دارد.

بطور کلی در رفتار سازه ای طاق ها این کلیات موجود است:

1-      همانطور که مشهود است طاق (سقف های قوسی)تشکیل شده از تعدادی تیر قوسی که بصورت موازی مجاور هم قرار گرفته اند که در کل پوششی استوانه ای شکل را بوجود می آوردند.بطوریکه در طاق ها اگر پاطاق از حالت تعادل و ایستایی خود خارج نشوند هر قسمت و یا هر واحد عرض طاق به صورت جز مستقل عمل نموده و به بقیه قسمت های طاق بستگی ندارد.(2)

2-      قوس فرمی است که در محیط دو بعدی ایجاد شده و از همین بابت برای تحلیل آن می توان از رابطه های ساده و معادلات ریاضی معمولی استفاده نمود.

3-      نیرویی را به پاقوس ها منتقل می کند که در صورت در نظر نداشتن آن به عدم ایستایی کل ساختار منجر می شود.(نیروی رانشی یا برشی در تکیه گاه) لذا که از همین بابت در دو طرف ایوان ها و طاق ها ازجرزهایی قوی و سنگین استفاده می شود یا در بعضی از طاق ها بالای پاقوس هایشان از تیرهای چوبی استفاده شده که با استفاده از این عضو نیروهای مذکور کنترل و مهار گردیده و از حرکت یا تخریب تکیه گاه جلوگیری می شود.(شکل2)

4-      فرم منحنی طنابی یک قوس تحت تاثیر بارگذاری یکنواخت به صورت یک سهمی می باشد.

5-      با فرض پوسته بودن تنش های طولی در یک طاق

6-      طویل(طاقی که طولش حداقل سه برابر عرضش است)مشابه تنشهای ایجاد شده دریک تیر است. بطوریکه این تنش ها در عمق طاق بطور خطی توزیع شده و تارهای بالایی تحت فشار و تارهای پایینی تحت کشش قرار می گیرند.(3)

7-      تنش های خمشی که بر اثر جلوگیری تکیه گاه از تغییر مکان رو به خارج قوس بوجود می آید.

فقط در یک قسمت کوتاهی از قوس بوجود آمده که اغلب با افزایش ضخامت در آن ناحیه جذب می شوند.(4) همانطور که قبلا اشاره شده یک طاق تشکیل شده است از تعداد زیادی تیر قوسی با ویژگی توزیع و انتقال نیروها دریک جهت،که این نوع سازه ها را سازه های مقاوم یک بعدی(در یک جهت)می نامند.این فرم که در یک صفحه می توان آن را تعریف نمود فرمی تک بعدی است زیرا فقط یک عدد مثلا فاصله نقطه از انتهای یک خط کافی است که وضع آن نقطه را روی خط مشخص می کند.

حال پس از قوس ها و برای بررسی سیر تکاملی آن به توصیفی هر چند مختصر از سیستم های سازه ای(پوشش ها) تیرهای متقاطع،صفحه ها و غشاء ها می پردازیم:

لذا اگر از عناصر مقاوم یک بعدی برای پوشش یک سطح چهار گوش استفاده شود.این روش غیر علمی و با بازده پایین می باشد.زیرا که اگر بار متمرکزی بر سطح وارد شود فقط بوسیله تیری که در آن قرار دارد تحمل می شود در حالیکه تیرهای دیگر بدون تنش و عملکرد خاصی باقی می مانند.

در صورتیکه اگر امکان انتقال بار در دوجهت را داشته باشیم عناصر سازه ای می توانند موثرتر واقع گردیده و توزیع و انتقال بار در چنین شرایطی بوسیله شبکه ها و صفحه ها که از انواه سازه های مقاوم دو بعدی اند میسر است.بطوریکه اگر دو تیر با مقاومت یکسان وتکیه گاه ساده که با زاویه قائمه نسبت به هم قرار دارند را در محل تقاطع به هم متصل کرده و درآن نقطه بار متمرکزی را بر آنها وارد کنیم هر دو تیر بطور مشترک بار را به تکیه گاه منتقل می کنند و به این ترتیب بار بطور دو طرفه منتقل می شود.(شکل 3)

این مکانیزم مستلزم این است که دراثر بارهای وارده هردو تیر یک تغییر شکل مشابهی داشته باشند. در نتیجه هر تکیه گاه یک چهارم بار وارده را تحمل می کند.لذا انتقال بار دو طرفه بوده،بار روی تکیه گاه ها و هر عضو را به نصف مقداری که در حالت انتقال یک طرفه به تکیه گاهها وارد می شود کاهش می دهد . که این امر فقط در صورتیکه دوتیر از نظر سختی کاملا یا تقریبا مساوی باشند می توان به این آسانی تحلیل و بررسی شود.در غیر اینصورت باید نسبت سختی اعضاء را در این تحلیل دخیل نموده و از یک رابطه ساده مستقیم دو طرفه فراتر رفته و مولفه های دیگری نیز وارد می گردد.

بر اثر ترکیب این دو فرم تک بعدی فرمی متفاوت بوجود می آید که علاوه بر رفتار سازه ای فوق هر کدام رفتار متفاوتی را که نشات گرفته از اتصالات صلب تیرها می باشد را در شبکه ارائه می دهند.

وقتی دو تیر که در وسط دهانه به هم متصلند تحت تاثیر یک بار متمرکز درنقطه تقاطعشان قرار گیرند،مقاطع وسط دهانه آن ها به طرف پایین حرکت می کنند اما به علت تقارن همچنان عمودی باقی می مانند وقتی محل تقاطع دو تیر در وسط دهانه نباشد مقاطع تیر منحرف شده و محور آن حول خود می چرخد.پیوستگی حاصل از اتصالات صلب،تغییر شکل خمشی یک تیر را به تغییر شکل دورانی (پیچشی)تیر دیگر تبدیل می کند،این موضوع نشان می دهد که مکانیزم پیچش تحمل بار را در شبکه افزایش می بخشد.(شکل 4) بطوریکه در سیستم های معمولی که از تیرهای موازی استفاده می شود نسبت ضخامت به دهانه حدود 1/10 تا 1/20 می باشد در صورتیکه در سیستم های شبکه ای این نسبت به حدود 1/30تا 1/40 کاهش پیدا می کند.(5)

حال یک مرحله پیش رفته و شبکه های مورب را مطرح می نماییم که راهکار دیگری برای کاهش هرچه بیشتر ضخامت و استفاده بهینه تر از مصالح می باشد و در آن بجای تیرهای عمود برهم،تیرها را بصورت مورب در نظر گرفته و به هم اتصال می دهیم .(شکل 5)

مزیت این روش نسبت به روش قبل در این موضوع است در صورتیکه یک ضلع مجموعه بسیار بزرگتر از ضلع دیگر باشد،بیشتر دهانه های تیر های شبکه مورب برابر خواهند بود و در نتیجه ضعف رفتار دو طرفه تا حدود زیاد جبران می شود.از طرف دیگر تیرهای قطری نزدیک به رئوس مستطیل کوتاهتر و در نتیجه سخت تر از سایر تیرها بوده،تکیه گاه قویتری برای تیرهایی که باآنهاتقاطع دارند خواهند بود و برهمین اساس شبکه مورب از توان سازه ای بیشتری برخوردار بوده و نسبت ضخامت به دهانه آن ها می تواند حتی به 1/40 تا 1/60 کاهش یابد.(6)

حال یک صفحه را در نظر گرفته و عملکرد دو طرفه شبکه تیرهای متقاطع را در آن بررسی می کنیم.چنین عملکردی در صفحه بسیار مشخص تر است،زیرا سوراخ های میان تیرها بوسیله صفحات یا ورق های مسطح پوشانده می شوند و باعث یکپارچگی بیشتر سازه می گردند لذا رفتار یک صفحه بمانند شبکه ای از تیرهای بسیار باریک به هم متصل می باشد که تعداد تیرها در آن بسیار زیاد و فاصله آن ها نسبت به هم بی نهایت کم است . اما تیرهای این شبکه می توانند در هر مسیری عمل نمایند.زیرا می توان صفحه را به باریکه های عمود یا مورب تقسیم کرد و این باریکه ها می توانند هر دو نقطه ای از مرز صفحه را هم متصل کنند و به مانند یک تیر عمل نمایند و براساس این ترکیب رفتار خمشی یک صفحه به مراتب مطلوب تر از یک تیر بوده و این تنش در صفحه به حداقل ممکن ظهور و به تکیه گاه انتقال پیدا می کند.

غشاء در کل همان صفحه می باشد با این تفاوت که تشکیل شده است از تعداد زیادی شبکه کابل های متصل بهم بجای شبکه تیرها در صفحه لذا از همین بابت هر چند که به مانند صفحه ها،سازه های مقاوم دو بعدی هستند.اما نمی توانند تنش های صفحه ای (خمشی و برش) قابل توجهی ایجاد کنند زیرا ضخامت آن ها در مقایسه با گستردگی سطحشان بسیار کوچک است. از طرف دیگر غشاها نمی توانند بدون کمانش فشار تحمل کنند و لذا رفتار کابلی آن ناشی از شکل منحنی وار غشار یا بعبارت دیگر ناشی از خصوصیات هندسی شکل آن می باشد.(7)

لازم بذکر است که در پوسته های نازک با حفظ اکثر امتیازات غشاها،تقریبا تمامی معایب آنها از بین رفته است.

پوسته های نازک سازه هایی با فرم پایدار هستند که بقدی نازک می باشند که تنش های خمشی در آن ها پدید نمی آید،در عین حال به اندازه کافی ضخیم هستند که توانایی تحمل بار را با ایجاد کشش و برش داشته باشند.(8)

پس از طاق ها و سیر مراحل تکامل تیرها،فرم قوسی در فضایی سه بعدی به دوران در آمده و گنبد را ایجاد نموده که نوعی پوسته می باشد و از این لحاظ رفتار سازه ای متمایزی را نسبت به طاق ها دارا است . بطوریکه بارهای وارده را بیشتر از طریق نیروهای غشایی(نیروهایی در صفحه) منتقل می نماید و لنگر خمشی در آن بسیار محدود بوده و این موضوع دلیلی است بر ضخامت کم گنبد نسبت به تیرهای قوسی ولذا رفتار سازهای این پوسته (غشا)متاثراز خصوصیات هندسی آن می باشد بطوریکه پیشینیان ما معتقد بودند اگر تخم مرغ را بصورت عمودی روی زمین قرار دهیم حتی شتر هم بر روی آن پا بگذارد نمی شکند و این اشاره به مقاومت فوق العاده پوست بیضوی است که نسبت طول به ضخامت آن حدود 100 می باشد.(9)

نقطه قوت دیگر گنبد (پوسته) آن است که معمولا تحت بارهای واره تنش ها در قسمت اعظم سازه از یک نوع (فشاری یا کششی)بوده و برهمین اساس در ساخت گنبد توانسته اند از مصالح بنایی که قابلیت تحمل نیروهای کششی را ندارند به خوبی استفاده نمایند.

همانطورکه گفته شد گنبد نوعی پوسته است که نسبت به محورش تقارن دارد .لذا تنش های حاصله از نیروهای وارده بر اثر وزن و غیره بطور یکنواخت در آن توزیع شده که در مسیر نصف النهارها تنش ها فشاری می باشند و در طول مدار بطور ثابت اثر می کند.(10)(شکل 6)

لذا لازم بذکر است که جهت درک آسان تر موضوع هر گنبد را متشکل از تعدادی المان های نصف النهاری و تعداد المان های مداری در نظر گرفته که در واقع از آن ها بعنوان مقاطع متحمل تنش های اصلی نام می بریم.

اکنون برای تشریح نحوه عملکرد نصف النهار و مدارها،یک گنبد با خیز نسبتا زیاد که تحت بارهای وزنی خود قرار گرفته را درنظر می گیریم و با استفاده از تغییر شکل حاصله نیرو ها وارده را تحیل می کنیم.(شکل 7)

همانطور که مشاهده می شود قسمت بالایی آن مسطح و قسمت پائینی آن باز می گردد ونقاطی که در بخش بالایی قرار دارند تحت اثر بارها به سمت داخل حرکت می کنند اما نقاط پائینی به سمت خارج و دور از محور حرکت می نمایند.برهمین اساس مدارها در قسمت بالایی گنبد کوتاه می شوند و در آن ها تنش های فشاری ایجاد می گردد.درحالی که مدارها قسمت پائینی گنبد کشیده شده و تحت تاثیر تنش های کششی قرار می گیرند . بطوریکه در یک گنبد این چنین مداری که در زاویه 52 درجه از محور اصلی قرار دارد تغییر در اثر انتقال نیروی نصف النهار ایجاد می گردد و همین موضوع(کشش و فشار در مدارها)باعث هماهنگ شدن یا رفتار یکنواخت(طنابی)نصف النهارها می شود(11)

حال به شرح یکی از مزیت های عملکردی فرم قوسی در گنبد نسبت به طاق می پردازیم که می توان گفت از مزیت های تکامل سه بعدی این فرم می باشد.قوس ها در یک طاق صرفا برای یک سری از بارها بصورت طنابی عمل می کنند در صورتیکه در یک گنبد برای هر گروه از بارهای متقارن بصورت طنابی عمل می نمایند.این اختلاف در رفتار سازه ای نتیجه این است که در قوس های منفرد تکیه گاه جانبی موجود ندارد در صورتیکه نصف النهارهای یک گنبد توسط مدارها نگه داشته می شوند و با ایجاد تنش های حلقه ای از جابجایی و تغییر شکل در آن ها جلوگیری می شود بطوریکه مقاطع نصف النهاری با توجه به شکلشان(قوسی شکل)نیروهای وارده رابصورت یک قوس طنابی و بدون تنش خمشی تحمل می کنند و همان گونه که منحنی طنابی به شکل سهمی بوده و بهترین رفتار را برای تحمل و انتقال بار دارد گنبد های سهموی نیز مزایای سازهای بیشتری نسبت به دیگر اشکل گنبد دارا می باشد.

اما در گنبدهای اگر تنش های مستقیم در طول مدارها و نصف النهارها نتوانند کل بار را تحمل کنند،مکانیزم سومی نیز ایجاد تعادل وجود دارد. که مکانیزم برشی درون پوسته ای می باشد. در صورتی که تنش های از حد مجاز زیادتر نباشند تنش های مستقیم (فشاری و کششی)به کمک برش دورن پوسته در تحمل کل بار و ایجاد تعادل در یک گنبد همواره ایفاء نقش می کنند. حال با در نظر گرفتن این مکانیزم،می توان تحت هر بارگذاری گنبد را سازه ای طنابی و پایدار دانست.(12)(شکل8)

تنش خمشی در گنبدها که بارها را با تنش های غشایی(فشار،کشش و برش)تحمل می کند و معمولا ضخامت کمی نیز دارند در صورت ایجاد غالبا از حد مجاز بیشتر می باشد.اما می توان گفت این خمش اکثرادر نزدیک لبه های آزاد،تکیه گاه ها و در مجاورت محل اعمال بارهای منفرد پدید می آید.بطوریکه یک گنبد کروی تحت اثر بار در ناحیه مدار استوا باز می شود،بنابراین مرزهای آن(هرچند به مقدار ناچیز )به سمت خارج جابجا می گردند.از آنجا که قوس های نصف النهاری تحت اثر بار باید بصورت منحنی طنابی عمل کنند،نیروهای عکس العمل در جهات دیگر در گنبد خمش ایجاد خواهند کرد.لذا بر اثر حرکت و دوران مدار استوایی آن در مرز تکیه گاهیش تغییر شکلی ایجاد شده و درنتیجه تنش های خمشی در اطراف مرزش ایجاد می شود که این آشفتگی های خمشی در مرز پوسته بوجود آمده و بصورت عمقی در گنبد نفوذ نمی کنند و تنها به نوار باریکی در مجاورت مرز محدود می شوند.(13)

همان طور که در مطالب فوق و درباره گنبد ذکر شده استنباط می گردد نمی توان آنرا در دو بعد براساس تصویرش بطور دقیق تحلیل نمود.بلکه در آن علاوه بر خود عضو تاثیرات عضوهای جانبی و متقاطع بر آن یا هر مولفه دیگری را باید در نظر گرفت و رفتار سازه ای دقیق تری را از عضو بدست آورد.از همین بابت برای تحلیل و طراحی سازه های فضایی یا پوسته ها در پیشرفته ترین شیوه های آنالیزی دانش امروزی از سیستم غیرخطی استفاده می شود.

حال پس از شناخت و تحلیل رفتار سازه ای عناصر فوق برای شناخت بهتر کاربندی اول به بررسی مختصر صفحات تقویت شده با تیرهای عمود بر هم که به دال وافل شهرت دارند می پردازیم:

در صفحات بخاطر توزیع خطی تنش در مقطع صفحه راندمان سازه ای پایین می بوده و فقط تارهای تحتانی و فوقانی که در امتداد تنش های ماکزیمم قرار دارند،در حدوده تنش مجاز قرار می گیرند. برای رفع این اشکال در تیرها،تاحدی که امکان دارد بین مصالح و تار خنثی فاصله ایجاد می کنند و بدین ترتیب مقاطع I و T شکل بدست می آید. این راهکار می تواند در صفحه ها نیز بکار گرفته شود. بنابراین می توان با انتقال مقداری از جرم صفحه به فاصله نسبتا بیشتری از سطح خنثی صفحه،تیرهایی در یک ،دو یا سه جهت مختلف ایجاد نمود.صفحات تقویت شده مزیت پیوستگی را به دلیل عملکرد صفحهای و مزیت افزایش عمق مقطع را بدلیل دارا بودن تیر از خود نشان می دهند.(14)

از این نوع صفحات تقوبت شده می توان به طاق های لا ملا اشاره کرد که متشکل از قوس های مورب متقاطعی است.که ساختمان آن را متشکل از اعضای کوتاه متصل به یکدیگر با زاویه ای که فرم یک سبد بافته شده را تشکیل می دهند تعریف نمود و در سال 1908 در کشور آلمان ابداع شده است.(15)

اکنون کاربندی را بررسی می نماییم که راهکاری متمایز،پیشرفته و جامع می باشد و می توان آنرا تلفیقی از تیرهای قوسی و گنبد ها دانست و با این تفاوت که درکاربندی بر اثر تقاطع تیرهای قوسی در فضا علاوه بر اسکلت بندی مناسبی که برای گنبد یا همان پوسته ایجاد شده،از نقاط ضعف تیرهای قوسی در هنگامی که بشکل منفرد استفاده می شوند خبری نیست.

الف:با ایجاد نقاط تقاطعی که در کاربندی برای تیرهای قوسی طرح و محاسبه می شود رفتار سازه ای متمایزی را از خود نشان داده و همانطور که در (شکل 9)مشاهده می شود بر اثر تقاطعی که بین آن ها بوجود می آید نوعی تکیه گاه جانبی یا گره برای هر تیر قوسی ایجاد می شود و در صورت وارد شدن یک بار متمرکز بر نقطه ای از این سازه می بینیم که از طریق اعضا و براساس تقاطعی که بایکدیگر دارند در مسیر حرکت بسمت تکیه گاه اصلی تجزیه شده و به اعضای پایین دست وارد و منتقل می شود .از طرفی دیگر طول آزاد اعضا نیز براثر این تقاطع متناسب با خصوصیات نیرویی که متحمل می شوند تعیین می کند و به عبارت دیگر هر تیر به اعضایی کوچکتر تقسیم می شود.

آن اعضایی که به زاویه افق نزدیکتر هستند به مانند پل عمل نموده که با ایجاد گرههایی(نقاط تقاطع)نزدیکتر،طول آن ها کم می شودو در این صورت با وجود نیروهای زیاد و نوع انتقال آن که به زاویه افق نزدیک می باشد،کوچک بودن اعضا باعث بالا رفتن سختی و تقویت عضو شده که می تواند از مقاطع سبکتری انتخاب شود و هرچه به اعضاءعمودی نزدیک تر می شویم طول عضو نیز بزرگتر شده از لحاظ انتقال نیرو به ستون شبیه تر است تا حدی که تقریبا مقدار نیرویی که منتقل می شود محوری و در راستای عضو بوده و به همین علت باز در حداقل سطح مقطع می تواند نقش خود را ایفاء نماید بطوری که برای مقاطع در نظر گرفته شده پیش از اینکه مقدار نیروی وارده تعیین کننده باشد این نسبت لاغری عضو است که باید کنترل شود.(شکل 10)که در مجموع این عناصر یک اسکلت بندی کامل و متعادل را برای پوشش بناهای عظیم بوجود آورده اند.

ب: با توجه به رفتار مناسب سازه ای عناصر کاربندی از طرفی دیگر پوششی که براین اسکلت قرار می گیرد همانند پوسته یک گنبد رفتار می نماید با این تفاوت که با اتکا به اسکلت بندی مناسبی که برای آن ایجاد گردیده در شرایط یکسان با یک گنبد ساده رگ چین می تواند ضخامت کمتری داشته بمانند پوسته های نازک وسازه ای سبکتر را بوجود آورد و در همین راستا با انتقال نیرویی بهتر می تواند برای پوشش دهانه هایی بزرگتر یا با فرم متفاوت مورد استفاده قرار گیرد و درکل مانند صفحات تقویت شده که بدان ها اشاره شد رفتار نموده و علاوه بر انتقال نیروهای وارده به این اسکلت باعث یکپارچگی و رفتار یکنواخت کل سازه می شود.

سازه های فضاکار:

قبلا به نام سازه های فضایی خوانده می شدند کا آقای پرفسور نوشین این واژه را جایگزین و معادل سازی نموده اند .که خدمات شایانی را در زمینه ایجاد و توسعه فن آوری سازه های فضاکار داشته اند و یکی از مهمترین اقدامات ایشان در این زمینه ابداع جبر فرمکسی است این جبر خاص برای بیان ایده های هندسی به روش ریاضی بکار می رود و در واقع ابزار بسیار مناسبی برای طراحی معماری مهندسی سازه های فضاکار است.(16)

بطوریکه سازه های فضاکار یکی از پیشرفته ترین سیستم های سازهای فعلی دنیامی باشد که برای پوشش فضاهای وسیع با دهانه های بزرگ و بدن ستون های میانی استفاده می شود. ازقبیل استادیوم های ورزشی،آشیانه های هواپیما،پارکینگ ها مسقف،مراکز تفریحی و فرهنگی و در سازه هی خاصی چون برج های مخابراتی،برج های انتقال نیرو و پل های بلند نیز کاربرد دارد یا حتی می توان از این سازه برای قسمت هایی مانند دیوارها،سقف های شیبدار و یا منحنی استفاده کرد.(17)

این نوع سازه که از اتصال تعداد زیادی اعضای دو بعدی(که در یک صفحه معرفی و رفتارشان با ساده ترین روش ها و بطور دقیق تحلیل و بررسی می شوند) بوجود می آید بصورتیکه عملکرد آن ها در کل سازه،تغییر کرده و بصورت سه بعدی رفتار می کنند.بعبارت ساده تر سازه فضاکار،سیستم خرپای سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته اند بطوریکه در آن اعضا رفتار منظم تری از خود نشان می دهند و فقط در کشش یا فشار می باشند.(18)

بطوریکه سازه های فضاکار،سیستم هایی با بازدهی بالا وایمن می باشند زیرا هر یک از اعضای آن متناسب با مقاومت خود با وارده را تحمل می نمایند.بارهای وارده از طریق کوتاهترین مسیر به تکیه گاه های مختلف و متعدد منتقل می شوند.بیشترین بارها از طریق مقاوم ترین اعضا به تکیه گاه های مختلف و متعدد منتقل می شوند. بیشترین بارها از طریق مقاوم ترین اعضا به تکیه گاه منتقل می شوند.با حذف تعدادی از اعضا ایستایی و پایداری سازه فضاکار از بین نمی رود زیرا این باعث تعیین دوبار جریان نیروها می شود و اعضا متناسب با مقاومت یا سختی شان نیروهای اضافی را بطور مشترک تحمل می نمایند.این افزایش مقاومت ذاتی دلیل تعادل پایدار سازه فضاکار است،حتی هنگامی که بار اضافی برآنها وارد شود.(19)

از طرفی دیگر به دلیل ترکیب سه بعدی سیستم در سازه های فضاکار،گره هایی که اعضا در سه بعد به آن ها متصل می شوند بطور ذاتی پیچیده می باشند(20) و در حالیکه اصطلاح قاب بدرستی به سازه هایی با اتصالات صلب اشاره می کند،سازه فضاکار بطور مشترک باری سازه هایی با اتصالات مفصلی،صلب و یا حتی ترکیبی از این دو به کار می رود. در سیستمی که اتصالات آن مفصلی است،نیروی اعضا عمدتا محوری بوده و خمش بسیار ناچیزی نیز ناشی از وزن عضو بوجود می آید،لیکن مقدار آن در حدی است که معمولا در طراحی اعضا می توان از آن در مقابل نیروی محوری صرف نظر نمود.(21)

لذا برای تحلیل سازه هایی اینچنین که پرعضو بوده و نیروی المان ها ممکن است بسیار با یکدیگر اختلاف داشته و در جهات مختلف تغییر و تاثیری متفاوت را بروز دهند و همچنین رفتار محل اتصال اعضا بیکدیگر(گره ها)بسیار مهم می باشد،استفاده از رابطه های معمولی و یا سیستم تحلیل خطی مجموعه غیرممکن و نادرست می نماید. بطوریکه امروزه در پیشرفته ترین سیستم های تحلیلی،این سازه ها را به روش شبکه های عصبی مصنوعی که از سلول های عصبی مغز انسان الهام گرفته بررسی و آنالیز می نمایند.

این سازه تا کنون براساس شکل ظاهری و نحوه عملکردشان در انواع زیر طراحی و ارائه گردیده:

1-      شبکه های دو لایه و سه لایه 2- سازه های چلیکی 3- سازه های گنبدی 4- سازه های تاشو 5- سازه های باز شو 6-پل های فضاکار 7-سازه های ماهواره ای

از مزیت سازه های فضاکار این چنین می توان گفت:1- وزن سبک 2- پوشش فضاهایی با دهانه زیاد 3- نصب و مونتاژ سریع 4- سازه های فضاکار جزء صلب ترین سازه های محسوب می شوند و در مقابل زلزله بسیار مقاوم خواهد بود.

همانطور که مطرح شد یک نوع از سازه های فضاکار،سازه گنبدی آن می باشد که در الگوهای مختلف طراحی گردیده که ساده ترین آن ها مانند گنبدهای رگ چین تشکیل شده از تعدادی عناصر سازه ای که در لایه های مختلف بهم وصل گردیده و یک سازه گنبدی شکل را بوجود می آورند یا در حالتی کامل تر بصورت ترک بندی مطرح شده اند. نوع دیگر آن را می توان الهام گرفته از طاق های لاملا دانست که تا حدودی شبیه به خطوط کاربندی نیز می باشد.

لذا همانطور که از تعاریف سازه های فضاکار بر می آید،در کاربندی نیز عضوهای قوسی شکل در فضا و در سه بعد به هم متصل شده و نوعی اسکلت یا شبکه سازه ای بوجود می آورند که می توان از آن ها بعنوان ابتدایی ترین الگوی سازه های فضاکار نام برد که با تغییر در جنسیت،طرح نقاط تقاطع اعضاء(گره ها)و کنترل مسایل حائز اهمیت در یک سازه فضاکار،به تکامل رسیده وبا اتکاء به پشتوانه تاریخش ایرانی از سازه های فضاکار،به جهان ارائه نمود.

نتابج:

1-      تیرها قوسی که از منحنی طنابی تبعیت می کنند برخلاف تیرهای مستقیم عمل نموده و فقط رفتار فشاری در آن ها مشاهده می شود.

2-      با ترکیب و تقاطع تیرها کمیت و کیفیت رفتاری در آن ها تقریبا بصورت تصاعدی افزایش می یابد.

3-      در تیرهای متقاطع اگر این تیرها بصورت مورب با هم تقاطع نمایند رفتاری مناسب تر از حالت تقاطع عمودی از خود نشان می دهند.

4-      صفحات و پوسته ها را بعلت یکپارچه بودن می توان متشکل از تعداد زیادی تیرهای متقاطع در تمام جهات یک صفحه دانست.

5-      گنبد سهموی که از دوران فرم منحنی طنابی یک قوس بوجود می آیند از لحاظ رفتار سازه ای از مناسبترین انواع گنبد می باشند.لازم بذکر است که درگنبدها همانند تیرهای قوسی باید از ایجاد خمش درسازه پرهیز نمود.

6-      گنبدها را می توان نوعی پوسته یا صفحه منحنی در نظر گرفت.

7-      گنبدها در برابر تمامی بارهای وارده به کمک تنش های داخلی(فشار،کشش و برش)بصورت طنابی رفتار می کنند.

8-      گنبدها باید دارای ضخامت کم باشند.زیرا در این حالت قادر به ایجاد رفتار خمشی قابل توجهی نخواهند بود.

9-      انحنا گنبد باید به طرز صحیحی طراحی شود . در این حالت گنبد به علت فرم مقاومش سخت و مستحکم خواهد بود.

10-   گنبد باید به شکلی مناسب دارای تکیه گاه های لازم باشد.در این حالت صرفا مقدار ناچیزی خمش برسطح محدودی از پوسته ایجاد خواهد شد.

11-   کم شدن ضخامت به دو صورت رفتار سازه ای گنبد را بهبود می بخشد:الف- سبک شدن کل سازه ب- تبدیل شدن صفحه در گنبد به پوسته نازک که از لحاظ رفتاری مشابه غشاها می باشد.

12-   رفتار غشایی درگنبد براساس خصوصیات هندسی آن (انحنا در دو جهت)بهینه تر از حالات دیگر غشا می باشد.

13-   برای تقویت پوسته نازک گنبدها بمانند صفحات تقویت شده با تیرها می توان عمل نمود.

14-   کاربندی را می توان راهکاری مناسب دانست که همانند تیرهای مورب در دال وافل عمل نموده و باعث تقویت پوسته نازک گنبد می شود.

15-   به کمک کاربندی می توان گنبدها را در مقیاس و فرم های متفاوتی طرح و اجرا نمود.

16-   کاربندی را می توان به مصابحه یک قاب یا اسکلت پایدار برای گنبد در نظر گرفت که هم از خصوصیات تیرهای قوسی و هم از رفتار تیرهای متقاطع و مورب بهره می برد.

17-      کاربندی یک سازه سه بعدی می باشد بطوریکه تصویرش در صفحه بیانگر شخصیت و خصوصیات آن نیست.

18-      فضاکارها یک راهکار امروزی برای پوشش دهانه هایی بزرگتر.

19-      یکی از انواع سازه های فضاکار،سازه های گنبدی می باشند..

20-      کاربندی ابتدایی ترین سازه فضاکار.

تهیه کننده:آرش ضیاء آبادی