بررسی تأثیر تغییر زاویه پاکار قوس پنج او هفت در عملکرد سازه‌ای آن در کاربندی 16 دو پا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه معماری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران

2 گروه معماری، دانشکده امام خمینی،‌دانشگاه قم، شهر قم

10.22059/jfaup.2025.369628.672932

چکیده

در میان مطالعات مختلف در معماری ایران، پژوهش‌های کمتری در ارتباط با تأثیر هندسه بر نیارش سازه‌های سنتی وجود دارد. کاربندی عنصری است که هندسه در آن نقش زیبایی‌شناسانه و سازه‌ای دارد. در اغلب کاربندی‌های موجود در ایران از قوس پنج‌او‌هفت برای ساخت لنگه تاق‌ها استفاده‌شده است. این قوس دو حالت تند و کند دارد که زاویه پاکار آنها 45 و 54.7 درجه است. سؤال اینجاست که «آیا اتخاذ زوایایی خاص برای زاویه پاکار قوس پنج‌اوهفت معیاری نیارشی دارد؟» این پژوهش با استفاده مدل‌سازی پارامتریک تأثیر تغییر زاویه پاکار را بر رفتار سازه‌ای کاربندی بررسی می‌کند. لذا ابتدا با استفاده از الگوریتم‌نویسی، قوس پنج‌او‌هفت به‌صورت پارامتریک به‌عنوان لنگه‌تاق کاربندی تعریف می‌شود. تغییر در زاویه‌ی پاکار قوس باعث تغییر در جرم نهایی شمسه می‌شود. با استفاده از تحلیل سازه‌ای می‌توان به بازه‌ای از زوایا دست‌یافت که باتوجه‌به نیروی حاصل از وزن شمسه، حالت بهینه‌تری داشته باشند. نتایج نشان می‌دهد که در بازه‌ی زوایای 50 تا 53 درجه برای پاکار قوس توزیع نیرو بین اعضای کاربندی به‌صورت یکنواخت‌تری صورت پذیرفته است. از طرفی میزان رانش در محل تکیه‌گاه در بازه‌ی 42 تا 51 تغییر کمتری دارد، در نتیجه دو شیوه‌ی ترسیم سنتی قوس پنج‌او‌هفت در نزدیکی بازه‌ی بهینه‌ی آن قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Examining the role of base arc in Panj-O-Haft Arch in Structural functionality in Karbandi-16 2-leg

نویسندگان [English]

  • Hamed Hayaty 1
  • marzieh moradi 2
1 Architecture Department, Engineering Faculty, University of Qom, Qom, Iran
2 Department of Architecture, Imam Khomeini Faculty, Qom University, Qom city
چکیده [English]

1 Aims

The inherent limitations of brick and mortar necessitate the strategic use of geometry to overcome their weaknesses. This paper is specifically centered on discerning the role of geometry in the Panj-O-Haft arch and the Karbandi vault within Persian architectural practices. Notably, the study seeks to explore the intricate correlation between the base arc angle and the structural functionality of the Karbandi, emphasizing the profound influence of varying angles on the dimensions and strength of architectural elements.

2 Methodology

This study utilizes parametric and algorithmic design methods to analyze the Panj-O-Haft arch and its application as ribs for the Karbandi. A structural analysis algorithm is developed to connect with the modeling algorithm, allowing for the examination of various base arc angles and their impact on the structural analysis results. By selecting a base angle range of 20 to 70 degrees, the study generates 50 different Karbandi analysis results, which are then compared based on axial force in Karbandi elements and the thrust vector amount in supports. The research employs linear models and utilizes the Karamba3D plug-in for analysis.

3 Results and Discussion

The Karbandi features interconnected rib geometry, with all ribs dividing into 72 sub-elements. Altering the base arch angle impacts the geometry of these sub-elements and the Shamseh (a type vault) above them, leading to varying ranges of axial force in the sub-elements across different Karbandi models. A smaller range of axial force in the sub-elements indicates a more even force distribution. The study reveals that base arc angles within the 50 to 53 range result in the lowest range of axial force and are the most suitable option for the Panj-O-Haft arch as a rib in the Karbandi. Notably, the traditional base arc degrees for this arch (45 and 54.7) closely align with the optimized range for the base arc.

In every two-leg Karbandi, there are a total of 8 supports, regardless of its division. Due to the symmetrical geometry and topology of the Karbandi, all supports exhibit an equal amount of thrust in different directions within a horizontal plane. A specific support is chosen for comparing thrust amounts in various Karbandi models. The lowest thrust within the 20-to-70-degree angle range is observed at 20 degrees, as this smaller angle tends to straighten the Panj-O-Haft, reducing its curvature and enabling it to withstand higher force. Conversely, within the 42 to 51-degree range, the thrust amount remains relatively consistent and even slightly decreases.

4 Conclusion

This paper presents structural evidence supporting the drawing logic and geometry of the Panj-O-Haft arch. In addition to other factors such as aesthetics, construction technique, material, and dimensions, structural functionality is a crucial aspect linked to the arch's geometry. The selected arch features two base arc angles, namely 45 and 54.7 degrees. The results indicate that these angles are positioned close to the optimal range and exhibit lower thrust amounts at the support location compared to higher angles. While these two arch types may not excel in a single factor, they demonstrate multifaceted functionality and achieve an overall high rating.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arch Geometry
  • Axial Force
  • Karamba3D plugin
  • Panj-O-Haft Arch
  • Parametric Modeling
  • Structural Functionality