احجام هندسه آزاد

این احجام که اکثرا به دلیل هندسه پیچیده و نوع کاربری خاصشان به عنوان سقف و یا بخشی از نمای پروژه در نظر گرفته می شوند قابلیت پوشش کل ساختار بنا و ایجاد طرحی منحصر به فرد را نیز دارند.

یکی از موانع بزرگ به منظور استفاده هرچه بیشتر این سازه ها، نیاز بالای آنها به دانش روز سازه ای و طراحی های خاص مقاطع و دیتایل های اجرایی آنها می باشد که در مقایسه با دیگر انواع پوشش های ساختمانی به زمان و هزینه بیشتری نیازمند است. به طور کلی چنین می توان گفت که سیستم های اجرایی این نوع از سازه به دو روش کلی تک لایه و دولایه تقسیم می شود که مهم­ترین مشخصه­ی آنها در چگونگی اتصال اعضا به یکدیگر یا به اصطلاح قطعات Node (گره ها) می­باشد.

نودها یا مفاصل گره­ای سنتی برای سازه­های دولایه، مفاصل گره­ای کروی است.

این نوع مفاصل در سیستم­های سازه فضاکار مانند مرو، کروپ مونتال، زوبلین، توبال و ... بکار گرفته شده است. ترجیح بر این است که عناصر پوشاننده از طریق تکیه گاه های نقطه ای به گره های کروی متصل شود. مفاصل عنکبوتی معمولا به منظور اتصال شیشه ها استفاده می شوند. اگر عناصر پوشاننده نیازمند تکیه گاه های خطی باشد، قاب ها و پرلین های ثانویه می باید به گره های کروی متصل شوند.

افزایش اهمیت سازه­های تک لایه در سال­های اخیر با توجه به نیاز معمارانه به نماهای ساختمانی شفاف رشد قابل توجهی داشته است. مفاصل گره­ای برای سازه های تک لایه می تواند به دو گروه اصلی تقسیم شود؛ گره های اسپیلایس و گره های اند فیس.

در ادامه مفاصل گره ای که تاکنون ایجاد شده اند توصیف داده خواهند شد و با یکدیگر مقایسه می شوند. شکل های فرم آزاد نقش مهمی در معماری معاصر بازی می کنند. با ظهور سطوح فرم آزاد معماری در مقیاس بزرگ، سوال اساسی این است که چگونه از یک طرح پیچیده هندسی به سمت راه تولید قابل تامین و عملی پیش رویم. این مشکل اساسی در جامعه معماری، به عنوان عقلانیت، به طور گسترده ای مربوط به موضوع پانل سازی است.

برای مثال تقسیم کردن شکل به تکه های ساده تر سطح، به اصطلاح پانل ها، است که می تواند با هزینه معقول با فرآیند تولید انتخاب شده ساخته شود.

مشکل پانل سازی می تواند برای پوسته خارجی و داخلی ساختمان ایجاد شود و نقش مهمی در مرحله مشخصات طراحی هر پروژه معماری شامل هندسه فرم آزاد دارد.

پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر امکان تولید پانل های تک انحنا و دو انحنا را فراهم می کند که تقریب پایداری از سطوح منحنی را مجاز می کند. در حالی که پانل های مسطح همیشه ارزان ترین هستند .

اغلب پانل های منحنی با استفاده از قالب ها تولید می شوند که هزینه ساخت قالب اغلب به هزینه پانل چیرگی دارد.

بنابراین استفاده مجدد از همان قالب برای تولید چند پانل جهت کاهش هزینه کلی اهمیت دارد. با توجه به پیچیدگی بالا و محدودیت های بهینه سازی، طرح بندی دستی پانل ها برای این سطوح فرم آزاد امکان پذیر نمی باشد، و استفاده از ابزارهای پیشرفته محاسباتی ضروری است.

ما یک رویکرد محاسباتی را برای پانل سازی سطح فرم آزاد معرفی می کنیم. به عنوان مثال : شناسایی جنبه های کلیدی مشکل پانل سازی که قابل محاسبه هستند که یک چارچوب ریاضی را نتیجه می دهد و اهداف طراحی اساسی را در بر می گیرد.

ارائه یک راه حل الگوریتمی مبتنی بر روش جدید بهینه سازی جهانی که متناوباً بین مراحل بهینه سازی گسسته و پیوسته برای بهبود کیفیت پانل سازی با کاهش هزینه از طریق استفاده مجدد از قالب تغییر می کند.

معرفی یک فضای متریک جدید شش بعدی برای اجازه محاسبه سریع تقریب فاصله های بین پانلی، که به طور چشمگیری عملکرد بهینه سازی را بهبود می دهد و امکان مدیریت چیدمان های پیچیده با هزاران پانل را فراهم می کند، و نمایش روابط عملی سیستم با محاسبه راه حل های پانل سازی برای طرح های واقعی و پیشرفته که که در حال حاضر نمی تواند در کیفیت زیبایی شناسی مورد نظر تحقق یابد.

با توجه به سابقه شرکت سایتال در ساخت سازه های با هندسه آزاد اکنون این شرکت پتانسیل تولید تماما بومی این نوع سازه را داراست. این دانش که امروزه توسط این شرکت بومی سازی شده است ، در ابتدای امر این مهم با همکاری معتبرترین شرکت های بین المللی در این حوزه مانند شرکت ورنر سوبل حاصل شد و تولید بخش مهمی از قطعات نیز در خارج از کشور انجام می گرفت.

شرکت سایتال ساخت اولین شرکت ایرانی است که نه تنها اقدام به فراگیری دانش این موضوع پرداخته بلکه حتی در تولید تمام اجزای این نوع از سازه ها نیز کشور را به خودکفایی رسانده است.

پروژه فری فرم مشهد

روند فرمیابی این پروژه به صورت یک فعالیت تعاملی بین تیم مشاور کل و تیم پیمانکار سازه فری فرم ( شرکت سایتال ساخت) طی شد تا از رفت و برگشت های زمان بر اجتناب شود.

بدین منظور طرح ابتدایی مشاور به عنوان مبنای طراحی پارامتریک در نظر گرفته شد و سپس پارامترهای سازه ای و پارامترهایی که محدودیت هایی را برای طرح ایجاد می نمودند به الگوریتم اضافه شدند.

پس از تعریف تمامی پارامترهای دخیل در طراحی، از پلاگین کانگرو به منظور Mesh Relaxation و ایجاد یک سطح نرم و یکپارچه استفاده شد تا از ایجاد شکستگی های نامناسب در فرم جلوگیری شود. سپس با استفاده از پلاگین Karamba 3D، به تحلیل سازه‎ای و لحظه ای فرم پرداخته و با استفاده از الگوریتم ژنتیک عملیات Form Finding انجام گرفت. پس از تایید اولیه فرم ادیت هایی به منظور Finalize فرم در پلاگین Grasshopper صورت گرفت تا طرح کاملا قابل اجرا و مطابق با خواسته های کارفرما گردد.

پس از تکامل فرآیند طراحی به منظور ارتقا رفتار سازه ای و کاهش دهانه های موثر، دو تیر اصلی به عنوان المان های سازه ای این دهانه رو به سه بخش تقسیم کرده به گونه ای که این تیرها به عنوان تکیه گاهی برای Nodeهای میانی عمل کرده و دهانه موثر کل مجموعه را به حدود یک سوم دهانه اولیه کاهش می دهد.

پس از تکمیل فرآیند طراحی فرم و الگوی تقسیم بندی که محل و اندازه قطعات beams و Nodes را مشخص می کند و با استفاده از نتایج آنالیزسازه ای که ابعاد مقاطع سازه را مشخص می کند، مدلسازی beam ها شروع شده و سپس به مدلسازی Node ها پرداخته خواهد شد. چرا که ابعاد و طول و الگوی beam ها بر روی فرم نهایی Node ها موثر است.

مدلسازی شیشه ها می تواند به صورت مستقل از دو مورد گفته شده انجام گیرد با این پیش شرط که از دیتیل های اجرایی آگاهی داشته و موارد را در مدلسازی شیشه ها رعایت نماید.

در مدلسازی شیشه ها با عنایت به این نکته که شیشه ها دوجداره هستند، هر جداره از شیشه دارای ابعاد متفاوتی از جداره ی دیگر است که باید در مدلسازی و تولید نقشه های شاپ به آن دقت شود.

همچنین با توجه به الگوی Beam ها، عناصر اتصال دهنده آنها یعنی Nodeها نیز شکل گرفته و مدلسازی می شوند. توجه به این نکته ضروری است که با توجه به 3 بعدی بودن شکل node ها نقشه این قطعات نیز باید به صورت سه بعدی برای پیمانکار ارسال شده و با دستگاه های سی ان سی برش و فرز 5 محور ساخته شود.