بهينه‌سازي فرم ستون‌هاي خرپايي با الهام از ساختار مارپيچ در استخوان

Form Optimization of Truss Columns with Inspiration from the Helix Bone Structure

طراحي فرم با عملكرد سازه‌ا‌ي بهينه همواره توجّه تعداد زيادي از متخصصين را به خود جلب كرده‌ است؛ در اين زمينه، علم بايونيك (bionic) نيز مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. در موجودات زنده، استخوان‌ها، عناصر سازه‌اي اصلي بدن هستند كه به نسبت وزن خود نيروي زيادي را تحمل مي‌كنند. اين عناصر كه داراي ساختار مارپيچ‌ هستند، در اين تحقيق مورد تجزيه و تحليل قرارگرفته‌اند؛ در اين مقاله، تلاش شده‌ تا مكانيزم انتقال نيرو در آن‌ها شناسايي گردد؛ سپس با كاربست اصول سازه‌اي موجود در آن، مجموعه‌اي از ستون‌هاي مارپيچ با زواياي چرخش مختلف، طراحي شده است. در ادامۀ مقاله، با استفاده از مدل‌سازي و بارگذاري ستون‌ها و تحليل يافته‌ها توسط نرم‌افزار SAP2000، به روش شبيه‌سازي، به تجزيه و تحليل فرم‌هاي مختلف پرداخته شده است. بر پايه‌‌ي يافته‌هاي اين پژوهش، ساختار مارپيچ براي يك ستون، به‌ازاي زواياي چرخش مشخص، در كنار رفع الزامات سازه‌اي، وزن كمتري نسبت به خرپا‌ي متعارف داشته، مصالح كمتري در آن مورد استفاده قرار مي‌گيرد و از اين رو ضمن برآورده كردن اقتضائات اقتصادي مي‌تواند منجر به فرمي بهينه‌ شود؛ اين فرم مي‌تواند در ايجاد يك فضاي معماري همچون نظرگاه مورد استفاده واقع شود.

Optimization of form and structure have always been challenging for civil engineers and architects. In this regard, most natural (biological) materials of which mechanical properties are often outstand, are inspiring. One of these materials is the bone. The structure of the bone is like a helix. In this article, the helix structure of the bone is analyzed to understand the mechanism of carrying its imposed load. According to the analyzes, in order to optimize structure of a truss column, this structure by different degrees of orientation is designed. After this, the structures are analyzed by modeling these structures in SAP2000 software. According to the movement of the structure, the study concludes that in some degrees of orientation the helix column is more optimized than conventional columns. In other words, the weight of the helix column is less than conventional columns and therefore needs less material and is optimized from an economic perspective.