اگر با قطار به منچستر انگلستان سفر کنید، حتما تلسکوپ باشکوه لاول (Lovell) که بر فراز رصدخانهJodrell Bank قرار دارد را خواهید دید. تلسکوپ لاول (Lovell) در سال1957 بزرگترین بشقاب قابل هدایت با قطر 76.2 متر در جهان بود. استفاده مجدد از مجموعه دنده های برجک کشتی های جنگ جهانی اول، خلاقیت و نبوغ خالق تلسکوپ، برنارد لاول (Bernard Lovell) را نشان می دهد. تلسکوپ لاول که هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد، یکی از چهار تلسکوپ رادیویی در رصدخانهJodrell Bank است که مرکز اصلی مجموعه تلسکوپ هایی است که به عنوان شبکه تداخل سنج متصل به رادیو چند عنصری پیشرفته شناخته می شود. در ادامه به معرفی این سازه منحصر به فرد می پردازیم. با ما همراه شوید.
ایده پروژه غرفه (pavilion) از کجا آمد؟
دانشگاه منچستر در نظر داشت مکانی ساخته شود که بتواند نمایشگاهی که داستان تلسکوپ لاول را روایت می‌کند، به‌طور انعطاف‌پذیر در خود
جای دهد. با این حال، سازه باید با ارتفاع کمتری نسبت به تلسکوپ طراحی می شد تا در عملکرد تلسکوپ تداخل وارد نشود و از طرفی باید به طور یکپارچه با درختکاری ملک رصدخانه ترکیب می شد، زیرا این منطقه در سال 2019 توسط یونسکو به عنوان میراث جهانی نامگذاری شد. پروژه حاصل که به عنوان اولین غرفه نور First Light Pavilion شناخته می شود، اولین سازه پوسته ای در مقیاس بزرگ است که در 25 سال گذشته در بریتانیا ساخته شده است.
برگزاری مسابقه و انتخاب طرح برتر
هاسل (Hassell) معمار پروژه از شرکت مهندسی آتلیه وان (Atelier One) درخواست کرد تا برای مسابقه ساخت First Light Pavilion واقع در Jodrell
Bank به تیم طراحی بپیوندد. در این مسابقه طراحان مختلفی شرکت کردند که در نهایت، طرح ارسالی این شرکت در جولای2016 توسط دانشگاه منچستر، که مالک و اداره کننده رصدخانه Jodrell Bank است، انتخاب شد.
معرفی طرح پیشنهادی
معمار و طراح نمایشگاه (Hassell) و (Casson Mann)، تصمیم گرفتند یک گنبد با قطر 76.2 متر برای مطابقت با قطر بشقاب تلسکوپ لاول طراحی کنند. این طرح شامل پوسته ای به قطر 50 متر است که بر روی یک دیوار محیطی بلند قرار می گیرد که یک سالن نمایشگاه مرکزی بدون ستون به ابعاد 20*36 متر، یک سالن دیگر، یک کافه و فضاهای اداری را در خود جای داده است. در این طرح، شکاف ها و بریدگی هایی تعبیه شدند که دسترسی به ورودی اصلی، قسمت نشیمن کافه و حیاط را تسهیل می کنند. یک قسمت نشیمن در قسمت بریدگی کافه گنجانده شده است. سطح گنبد پوشیده از چمن است که کمک می کند تا گنبد با چشم انداز اطراف ادغام شود.
فرم گنبد، ساختار مدفون و دهانه های طولانی بدون ستون، نظر طراحان را جلب کرد تا در طرح خود از سازه پوسته بتنی استفاده کنند. آن ها برای مقایسه بهتر یک نسخه فولادی از پروژه را نیز تهیه کردند اما متوجه شدند که نسخه فولادی گران‌تر است و افزایش ارتفاع سازه می تواند فضاهای کلیدی را به خطر بیاندازد. در نتیجه، پوسته بتنی به تصویب رسید.
بررسی نمونه های مشابه
از آنجایی که پروژه First Light Pavilion اولین سازه پوسته ای در مقیاس بزرگ بریتانیا در 25 سال گذشته است، نمونه های مدرن بسیار کمی برای بررسی در دسترس بودند. به همین دلیل برای درک کامل و بهتر پوسته های بتنی، مطالعات بسیاری از جمله مطالعه آثار استادان برجسته و مطرح انجام شد.
شرکت طراح آتلیه وان در این خصوص گفته است: « برای این منظور، ما با جان چیلتون، دکترای مهندسی عمران، استاد بازنشسته معماری و تکتونیک در دانشگاه ناتینگهام و متخصص در سازه های پوسته‌ای، از جمله آثار هاینز ایسلر و فلیکس کاندلا، که هر دو مشهور هستند، صحبت کردیم. دکتر چیلتون با تجربه خود به ما کمک کرد تا درک بهتری از سازه های پوسته ای داشته باشیم و نکات کلیدی که باید در طراحی و ساخت پوسته بتنی به آنها توجه کنیم را توصیه کرد.»
نکات مهم در طراحی سازه
1. بارگذاری
از آنجایی که این گنبد برای ادغام یکپارچه با باغ‌های Jodrell Bank طراحی شده، باید تحت بارهای ناشی از راه رفتن افراد بر روی آن، مقاوم باشد. بنابراین، طراحان وضعیتی را تحت عنوان بدترین حالت در نظر گرفتند یعنی 100 نفر در یک منطقه 20مترمربعی از گنبد متمرکز باشند که این وضعیت همان تعداد بازدیدکنندگان واقعی است.
2. ارتفاع و ضخامت گنبد
ارتفاع سازه باید به اندازه ای باشد که عملکرد تلسکوپ را محدود نکند. از این رو گنبدی کم ارتفاع تر از آنچه که معمولاً برای گنبدی که تحت فشار است توصیه می شود، در این پروژه اجرا شد. هنگامی که گنبد فقط با تکیه گاه محیطی آنالیز شد، رانش بزرگ به بیرون منجر به کشش حلقه بزرگ در سطح مشترک با دیوار محیطی شد. برای حل این مشکل، طراح از دیوار مرکزی واقع بین فضای نمایشگاه و سالن به عنوان یک تکیه گاه سازه ای برای کاهش نیروی رانش پوسته استفاده کرد. اگرچه این راه حل نیروهای خمشی را به پوسته وارد می‌کند، اما می‌توان با افزایش آرماتور در نواحی محلی در برابر ممان‌های خمشی مقاومت کرد. ترکیب پوسته فشاری و سطح فعال خمشی باعث شده تا بین ضخامت پوسته، میزان آرماتورهای تقویتی مورد نیاز و سطح نیروهای رانش در محیط تعادل ایجاد شود.
درنتیجه یک دال بتنی منحنی شکل به ضخامت 200میلی متر با فاصله 90متری از سطح زمین طراحی شد که نسبت دهانه به عمق آن1:100 است. برای به اثبات رساندن این موضوع که فرم گنبدی شکل عملکرد سازه را بهبود می بخشد، سقف به عنوان یک دال مسطح با شرایط پشتیبانی یکسان مدل شد. با اطمینان بیان شد که فرم گنبدی شکل در مقایسه با دال مسطح، انحراف را با ضریب 40 کاهش می دهد.
3. انتخاب فونداسیون مناسب
با توجه به شرایط ژئوتکنیکی پروژه، خاک زمین نرم و اشباع گزارش شده که در این صورت باید از شالوده های شمعی اجتناب شود. بنابراین فونداسیون سازه به صورت گسترده طراحی شد تا تمام نیروهای رانشی به جای اینکه به زمین منتقل شوند در داخل سازه حل می شوند.
4. تحلیل و انتخاب نرم افزار مناسب
یکی از چالش های طراحی این سازه‌ی خاص، تحلیل تنش های داخلی گنبد بوده که به دلیل ترکیب پوسته و عملکرد خمشی به وجود می آیند. این تحلیل ها به دلیل پیچیدگی به صورت دستی قابل پیش بینی نبوده و نیاز به انجام آنالیز اجزای محدود در دو برنامه نرم افزار سازه، Robot Structural Analysis و Midas FEA NX دارد. قبل از وارد کردن مدل ها به نرم افزار، بهتر است آن ها را به صورت دستی مش بندی کرد تا درصد خطا کاهش یابد.
به منظور استفاده کمتر از آرماتور، سقف بر اساس نیروهای موجود به مناطق تقویتی تقسیم بندی شد. از آنجایی که اکثر سقف ها زمانی که تحت فشار قرار دارند به عنوان یک پوسته عمل می کنند، آرماتور کمتری مورد نیاز بود. این درحالی ست که در نواحی نزدیک تکیه گاه ها و بریدگی ها، آرماتورهای بیشتری به کار رفت زیرا ممان های خمشی و کششی بیشتری را تجربه می کنند.
زمان اتمام ساخت و افتتاح پروژه
شرکت آتلیه وان (Atelier One) طراحی سازه‌ی پروژه را تا مرحله 4 یا همان مرحله طراحی فنی که توسط موسسه سلطنتی معماران بریتانیا برای توسعه فرآیند برنامه ریزی، طراحی، تحویل، نگهداری، بهره برداری و استفاده از ساختمان سازماندهی شده است، تکمیل کرد. سپس شرکت (Kier Group plc) در مناقصه تحویل غرفه در کنار شرکت پیمانکار (Mayo Civil Engineering Ltd) که عملیات بتن ریزی را بر عهده داشت، برنده شد. کارگران توانستد در دو شیفت کاری 10 ساعته، 381 متر مکعب بتن در نوارهایی به عرض حدودا 4 متر بریزند و بدین صورت بتن ریزی گنبد در یک روز انجام شد.
پروژه اولین غرفه نور (First Light Pavilion) که ارزش آن 21.5 میلیون پوند (26.8 میلیون دلار) برآورد شده است، در ژوئن 2022 افتتاح شد. در طول مراسم افتتاحیه، جشن ها در داخل دهلیز برگزار شد، جایی که قوس های متعادل دوقلو با ساختار پوسته بالا برخورد می کنند.
سخن پایانی
امیدواریم همانطور که تلسکوپ لاول الهام بخش تیم مهندسی این پروژه بود، ترکیب منحصر به فرد علم، مهندسی و فناوری که در اولین پاویون نور منعکس شده است نیز بتواند الهام بخش نسل های آینده باشد.