بررسی تأثیر هندسۀ پلان ساختمان‌های بلند با سازۀ دایاگرید بر رفتار سازه‌ای آن‌ها در برابر بار جانبی زلزله

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد فناوری معماری دانشکدۀ معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار دانشکدۀ معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

3 دانشیار دانشکدۀ معماری و شهرسازی، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

به دست آوردن درک شهودی رفتار سازه­ای فرم­های معماری همواره برای معماران مسئله­ای با­اهمیت بوده است. در دورۀ مدرن رابطۀ نزدیکی میان معمار و مهندس سازه در طراحی ساختمان بلند وجود داشته که، در پی کمرنگ شدن آن در دورۀ حاضر، کارایی سازه­ای فرم­های ساختمان بلند کاهش یافته است. ازآنجاکه هزینه­های بخش سازه در حدود یک­سوم هزینه­های ساخت است، دقت در ملاحظات سازه­ای در طرح اولیه و توجه به عملکرد سازه­ای در فرایند تولید فرم موجب صرفه­جویی چشمگیری در هزینه­های پروژه خواهد شد.در این پژوهش هدف یافتن تأثیرات فرم معماری بر رفتار سازه­ای است تا به تیم طراحی ساختمان بلند در مرحلۀ کانسپت در استفاده از گزینه­های با عملکرد سازه­ای مناسب یاری کند. ابتدا در محیط پارامتریک فرم­های متنوعی با متغیرهای پلان کف، بام، و نحوۀ شکل­گیری عمودی تولید می­شوند. سپس سازۀ خارجی دایاگرید فلزی بر روی پوستۀ هر فرم اعمال می­شود و بار جانبی زلزله به روش استاتیکی به این سازه­ها اعمال و رفتار سازه­ای فرم­های تولیدشده ارزیابی می­شود. نتایج این پژوهش نشان می­دهد که کمترین میزان جابه­جایی بالاترین تراز در میان همۀ فرم­ها در فرم با پلان کف 6ضلعی و بام 3ضلعی (7% کمتر از میانگین) است و بیش از آنکه جابه­جایی بالاترین تراز به وزن کل بستگی داشته باشد، به هندسۀ پلان سازنده فرم­ها بستگی دارد. در بین فرم­هایی که از یک نوع پلان بام و کف تشکیل شده بودند، کمترین میزان جابه­جایی در بالاترین تراز، در فرم 8ضلعی (6% کمتر از میانگین) است. فرم­های با پلان کف و بام 8 و 12ضلعی وزن کل و جابه­جایی بالاترین تراز کمتری نسبت به سایر فرم­ها دارند که می­توان گفت بهترین و فرم با پلان سقف و کف 3ضلعی بدترین رفتار سازه­ای را از خود نشان می­دهند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effect of the Geometry of Diagrid High-Rise Buildings on their Performance against Lateral Forces of Earthquakes

نویسندگان [English]

  • S. Pooyan Kazemi.S. Kazemi.S. 1
  • Roham Afghani Khoraskani 2
  • Mohammad Tahsildoost 3
1 Msc. Architecture Technology, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University
2 Assistant professor, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University
3 Associate professor, Faculty of Architecture and Urban Planning, Shahid Beheshti University
چکیده [English]

It has always been crucial for architects to obtain an intuitive understanding of the structural performance of architectural forms. During the modern period, there has always been a close collaboration between architects and engineers in designing high-rise buildings. With the recent dwindling of this closeness, the structural efficiency of high-rise forms has been in decline. Bearing in mind structure represents one-third of the entire construction costs, structural considerations at the early stages of a project will result in significant savings.
The present research is after finding the effects of form on structural performance in order to assist design teams at the conception stage. A variety of forms were initially generated in a parametric environment with floor plans, roofs, and vertical configuration as parameters. An external metal diagrid structure was then applied on the outer surface of models, and their performance against lateral forces of earthquakes was assessed using static methods. The results show that the least movement at the highest level occurs in hexagonal floor plans with triangular roofs (7% lower than average), with generative geometry playing a more significant role in movement compared with total weight. Among architectural forms with similar floor and roof plans, octagonal floor plans have the least movement (6% lower than the average), with octagonal and dodecagonal forms having the least total weight and movement. The latter can be considered as the best while triangular forms can be considered as the worst-performing structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tall building
  • parametric modelling
  • architectural form
  • diagrid structure
  • lateral load

مراجع

اردکانی، امیررضا و محمود گلابچی و سیدمحمود حسینی و متین علاقمندان. «بررسی تأثیر فرم ساختمان­های بلند بر پایداری سازه­ای آن­ها با هدف کاهش مخاطرات زلزله؛ نمونۀ موردی: تأثیر شکل پلان». در مدیریت مخاطرات محیطی، دورۀ 4، ش 1 (بهار 1396)، ص 27-42.
کاظمی سنگدهی، سید پویان، فرم­یابى معمارى در ساختمان­هاى بلند با سازۀ فلزى خارجى با رویکرد رفتار بهینۀ سازه، استادان راهنما: محمد تحصیلدوست و محسن سرتیپی­پور، 29 اردیبهشت 1397، دانشکدۀ معمارى و شهرسازى، دانشگاه شهید بهشتی.
کمیته دائمی بازنگری آیین­نامۀ طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله. آیین­نامۀ طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله­ استاندارد 2800، تهران: مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1392.
گونل، محمد هالیس و حسین امره ایلگین. سیستم­های سازه­ای و فرم آیرودینامیک ساختمان­های بلند، ترجمۀ محمد تحصیلدوست، تهران: انتشارات دانشگاه شهید بهشتی، 1396.
میرنیازمندان، سیده­آیدا. بهینه­یابی فرم و سازۀ ساختمان بلند با استفاده از الگوریتم ژنتیک طراحی پارامتریک ساختمان بلند چندعملکردی در تهران، پایان­نامۀ کارشناسی ارشدتکنولوژی معماری، تهران: دانشگاه تهران، 1396.
وزارت مسکن و شهرسازی، معاونت مسکن و ساختمان. «حفاظت ساختمان­ها در مقابل حریق»، در مقررات ملی ساختمان، مبحث سوم، 1392.
                     
Afghani, R. & P. Kazemi & M. Tahsildoost. “ADAPTATION OF HYPERBOLOID STRUCTURE FOR HIGH-RISE BUILDINGS WITH EXOSKELETON”, in the 5th International Conference on Architecture and Built Environment with AWARDs, S.ARCH 2018 Conference Proceedings, Erlangen: Verlag e.K, pp. 126-135.
Alaghmandan, M. & M. Elnimeiri & R.J. Krawczyk & P.Von Buelow. “Modifying Tall Building Form to Reduce the Along-wind Effect”, in CTBUH Journal, (2) (2016), pp. 34-39.
Ali, M.M. & K.S. Moon.”Structural Developments in Tall Buildings: Current Trends and Future Prospects”, in Architectural Science Review, No. 50, Issue 3 (2007), pp. 205-223.
Boake, T.M. Diagrid Structures Systems/ Connections/ Details (2nd ed.), Basel: Birkhäuser Verlag GmbH. 2014.
Council on Tall Buildings and Urban Habitat: http://www.ctbuh.org/
Elnimeiri, M. & A. Almusharaf. “Structure and Architectural Form of Tall Buildings”, in International Conference on Sustainable Building Asia, 2010, pp. 54-61.
Elnimeiri, M. & M. Nicknam. “A Design Optimization Workflow for Tall Buildings Using Parametric Algorithm”, in CTBUH 2011 Seoul Conference, 2011, pp. 561-569.
Elnimeiri, M. & S.M. Park & D. Sharpe & R. Krawczyk. “Tall Building Form Generation by Parametric Design Process”, in CTBUH 2004 Seoul Conference, pp. 1-7, Retrieved from http://mypages.iit.edu/~krawczyk/spctbuh04.pdf
Kazemi, P. & R. Afghani & M. Tahsildoost. “Achieving Structural Efficiency of Tall Buildings by Means of Parametric Design”, in Proceedings of the CTBUH 2018 international conference; Dubai and Abu Dhabi, Chigaco: Council on Tall Buildings and Urban Habitat, 2018, p. 282.
Kazemi, P. & R. Afghani & M. Tahsildoost. “INVESTIGATING THE EFFECT OF ARCHITECTURAL FORM ON THE STRUCTURAL RESPONSE OF LATERAL LOADS ON DIAGRID STRUCTURES IN TALL BUILDINGS”, in The 5th International Conference on Architecture and Built Environment with AWARDs, S.ARCH 2018 Conference Proceedings, Erlangen: Verlag e.K, 2018, pp. 340-350.
Khodadadi, A. & P.V.O.N. Buelow. “Form Exploration and GA-Based Optimization of Lattice Towers Comparing with Shukhov Water Tower”, in IASS-SLTE 2014 Symposium Shells, Membranes and Spatial Structures: Footprints, 2014.
Kloft, H. “Non-Standard Structural Design for Non-standard Architecture”, in Kolarevic, B., Performative Architecture: Beyond Instrumentality, London: Spon Press, 2005.
Maenpaa, Jukka. Algorithm-Aided Structural Engineering of Steel-framed Warehouse. Master dissertation, Tamper University of Technology, Finland: Civil engineering faculty, 2018.
Mirniazmandan, Seyedehaida & Matin Alaghmandan & Farzad Barazande & Ehsan Rahimianzarif. “Mutual Effect of Geometric Modifications and Diagrid Structure on Structural Optimization of Tall Buildings”, in Architectural Science Review, DOI: 10.1080/00038628.2018.1477043
Moon, K.S. “Sustainable Structural Design of Contemporary Tall Buildings of Various Forms”, in CTBUH 2012 9th World Congress, Shanghai, 2012, pp. 271-279.
Oliyan Torghabehi, O. & P. Von Buelow. “Performance Oriented Generative Design of Structural Double Skin Facades Inspired by Cell Morphologies”, in IASS-SLTE 2014 Symposium Shells, Membranes and Spatial Structures: Footprints. https://doi.org/10.13140/2.1.2743.9363
Park, S.M. TALL BUILDING FORM GENERATION BY PARAMETRIC DESIGN PROCESS, Unpublished Doctoral dissertation, Illinois Institute of Technology. Retrieved from Dissertations & Theses @ Illinois Institute of Technology, 2005 (database on-line); available from http://www.proquest.com.
________ . “Innovative Tall Building Form Development”, in CTBUH 2005 7th World Congress, New York, 2005.
Preisinger, C. “Linking Structure and Parametric Geometry”, in Archit Design, 83(2013), pp. 110-113, Doi: 10.1002/ad.1564.
Robert McNeel & Associates, Grasshopper 3D
Robert McNeel & Associates, Rhinoceros 3D.
Turrin, M. & P. Von Buelow & R. Stouffs. “Design Explorations of Performance Driven Geometry in Architectural Design Using Parametric Modeling and Genetic Algorithms”, in Advanced Engineering Informatics, 25(4) (2011), pp. 656-675, in https://doi.org/10.1016/j.aei.2011.07.009

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 17 اسفند 1398
  • تاریخ بازنگری: 04 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش: 11 دی 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار