Nexorade  یا سازه­‌های فرم آزاد چیست؟

امروزه نیاز به سازه‌های بزرگ و بدیع، معماران را بر آن داشته است که بیش از پیش به سازه‌های فضایی فرم آزاد روی آورند. این گونه سازه‌ها به معماران این امکان را می‌دهد تا دهانه‌هایی بسیار بزرگ‌تر ازالمان‌های سازه‌ای که در اختیار دارند را بپوشانند. ضمن این که به دلیل پیش‌ساخته بودن و کوچک بودن قطعات امکان ساخت آن به وسیله کارگر ساده در هر مکانی به راحتی وجود دارد. از متداول­ترین کاربردهای سازه­ های فرم آزاد در ساختِ پوششِ بناهایی است که دارای دهانه آزاد تقریباً بزرگ باشند مانند تالار اجتماعات، نمایشگاه، استادیوم های ورزشی و … .

Nexorade یا بستاروند ساختاری برای فرم­های آزاد در معماری است، خانواده ای از ساختارهای متصل بهم. تعاریف و توصیف­های زیادی در مورد فرم­های آزاد وجود دارد. فرم های آزاد یا شبکه­ های متقابل چندگانه، ساختارهایی هستند که اجزای آن یکدیگر را در امتداد دهانه شان نگهداری می­کنند و در یک دایره یا چند ضلعی بسته قرار میگیرند. این اصول ساختاری نصب ساده و جزئیات اتصال شده را هموار می سازد، یک شبکه سازه­ای سه بعدی را ایجاد می­کند. سازه­ های بستاروند در نقاط اتصال به جای برخورد با یکدیگر، از روی هم، زیر هم می گذرند یا مورد برش، خمش و پیچش قرار می­گیرند.

این فرم­ها به علت پویایی زیاد، همواره مورد توجه معماران قرار گرفته ­اند. در تعریف فرم­های آزاد، در صورتی که تعریف ساده ریاضی برای رسم فرم مورد نظر نباشد، به آن فرم آزاد گفته می شود. به طور کلی از نظر نحوه ساخت، با دو راستا یا بدون راستای آزاد تعریف می­گردند. با این حال، ساخت و ساز چنین فرمها در دنیای حقیقی به علت هندسه پیچیده، سخت است. در اصل مسئله ای که معماران بیشتر با آن درگیر هستند اجرای فرم­های آزاد با استفاده از مصالح موجود است.

بستاروندها می توانند اشکال متفاوتی داشته باشند. برای مثال به تصویر زیر توجه کنید. این ساختار توسط اجزای چوبی با “الگوی متصل بهم” ساخته شده است. عناصر چوبی حدود یک متر طول دارند و مقطع عرضی مربعی با ابعاد ۲۷*۲۷ میلیمتر دارند. ارتباط میان آنها از طریق عبور قطعات سیم از میان سوراخهایی در داخل عناصر صورت می گیرد. این ساختار توسط Oliver Baverel طراحی و ساخته شد و در دانشگاه ناتینگهام انگلیس در سال ۱۹۹۷ به نمایش گذاشته شد.

هریک از عناصر ساخت بستاروند یک “نکسور” نامیده می شود. هر نکسور چهار نقطه اتصال دارد، دو تا از آنها در انتهای نکسور بوده و دو تای دیگر در نقاط میانه ای در طول نکسور واقع شده است. “نکسور” لغت لاتینی به معنای زنجیر است و بستاروند به معنی اتصال زنجیری است. در طول تاریخ، اسکیس های لئوناردو داوینچی نشان می دهد که وی اصول بستاروند ها را در فضای سه بعدی درک می کرد. او از این ایده در جهت طراحی پل موقت استفاده کرد. همچنین هنرمند دیگری به نام رینوس کارهای زیادی در این زمینه داشت اما تاکنون هیچ فعالیت علمی صورت نگرفته بود.

در واقع لئوناردو داوینچی تنها کسی نیست که به فکر ساختن پل با عناصر متصل بهم افتاد. چینی ها می دانستند که چگونه پل نشان داده شده در تصویر را حداقل ۹۰۰ سال گذشته بسازند.

 

تصویر ۲: پل چینی

دید از کنار ساختار پل در تصویر زیر نشان داده شده است که به وضوح نشان می دهد که پل عناصر متصل بهم دارد.

تصویر ۳: دید از کنار پل چینی

نحوه فرم بستاروندها به چهار پارامتر که توپولوژی بستگی دارد:

• توپولوژی شبکه انتخابی
• قطر نکسورها
• طول اشغالی
• طول نکسورها

نکسورها مزیتهای زیادی دارند:

1. آنها می توانند تنها با یک نوع عنصر ساخته شوند.
2. می توانند تنها با یک نوع اتصال ساخته شوند.
3. می توان آنها را با کمترین مولفه های تکنولوژی ساخت.
4. اشکال مختلفی با تنها یک نوع عنصر و یک نوع اتصال می توان ساخت.

روشی برای یافتن فرم های بستاروندها

روشی با استفاده از الگوریتم تکوینی برای یافتن فرمهای بستاروند ارائه شد. مفهوم کلی به این صورت است:

• یک شکل ساده بدون خروج از مرکز
• و درگیری کامل طول و تغییر شکل آن به بستاروند

 

انواع بستاروندها

آزمونهای مختلف(اعم از اعدادی و مدلهای درجه بندی کامل) نشان داده اند که ما سه خانواده مختلف از بستاروندها را داریم:

1. بستاروندهای تمام سازگار
2. بستاروندهای سازگار تحت فشار
3. بستاروندهای سخت

بستاروندها در طبیعت

شاید تصور کنید که طرح و مفهوم بستاروندها اختراعی به دست بشر بوده است اما در حقیقت، این واقعیت ندارد. مثال ارگانیسم های کوچک بنام “cocolithophore” نشان می دهند که سیستم های متصل بهم و درگیر درهم در طبیعت وجود دارد. “cocolithophore” دارای سطوحی مرکب از cocolith است که به یکدیگر اتصال دارند.