سازه کابلی چیست ؟ عضو سازه ای انعظاف پذیر را کابل می گویند. هر آنچه که قطرش نسبت به طولش کم باشد را می توان کابل قلمداد کرد. بنابراین اصطلاح کابل می تواند در برگیرنده کابل (رشته های در هم تافته) و عناصر صلب (میله) باشد. در سیستم های ساختمانی نمونه های کابل عبارت است از : میله های فولادی سیم به هم بافته از هفت مفتول یا بیشتر (سختی بالا انعطاف پذیری کم)، کابل بهم بافته از هفت سیم (انعطاف پذیری مناسب سختی پایین).
یکی از ساده ترین فرم های سازه ای که در آن اجزا عمدتا تحت کشش خالص قرار می گیرند سازه های متکی به کابل است. سازه هایی از این نوع می توانند سازه های ساده ی نگهداشته شده توسط طناب و سیم و یا سیستم های بام و پل های معلق بزرگ نگه داشته شده توسط کابل باشند.
ساده ترین مثال از یک سازه کششی وزنه ی آویزان از یک کابل می باشد. وزنه دقیقا در امتداد نقطه اتصال کابل در حالت سکون قرار می گیرد. در حالی که کابل بین نقطه اتصال و وزنه به صورت کششی در یک خط مستقیم قرار گرفته است. یک ترکیب کاربردی تر سازه ای کابلی میان دو تکیه گاه برای تحمل بار معلق در در وسط دهانه می باشد. در زیر چنین باری کابل از وسط خم می شود و هر تکیه گاه نیمی از وزن بار را تحمل می کند. با توجه به اینکه وزن کابل در برابر بار وارده ناچیز است، کابل شکل V به خود می گیرد.
انواع سازههای کابلی
سازهای کابلی بر اساس عملکرد به دودسته کابل های مهار شده و کابلهای معلق که از نظر ساختار به انواع منحنی دارای یک انحنا، کابل مضاعف و منحنی مضاعف تقسیم می شوند که هرکدام از نظر کاربردی انواع مختلفی دارند که در ادامه به شرح آنها میپردازیم.
کابلهای مهار شده
آرایش کابلها در این سازهها عمدتاً موازی و شعاعی است. در این نوع از سازهها، کابل تحتتأثیر نیروی پیش کششی قرار میگیرد و بعد از اعمال بار قائم توسط کف، کابلها قطع شده و نیروی ذخیره شده در کابلها به بالابردن کف کمک میکند.
کابلهای معلق
در این سازهها، کابلی وجود دارد که در وهله اول هیچگونه کششی در آن وجود ندارد اما تحتتأثیر بارگذاری خارجی تغییر شکل می دهد. آرایش کابلها در این سازهها از الگوی خاصی پیروی نمی کند. کابلهای معلق از نظر ساختاری به سه دسته زیر تقسیم میشوند:
منحنی دارای یک انحنا:
در این نوع از سازههای کابلی، دو یا چند کابل زنجیروار و بهصورت موازی بین تکیهگاههای اصلی کشیده شدهاند.
کابل مضاعف:
این نوع از سازهای کابلی شبیه به کابلهای دارای یک انحنا هستند، با این تفاوت که برای مقابله با نیروهای رو به بالای باد، کابلهای تثبیتکنندهای در زیر کابلهای معلق اصلی به سازه اضافه شده است.
منحنی مضاعف با انحنای دوگانه:
این سازه بهصورت یکپارچه است و انحنای این سازه، در یکجهت مثبت و در جهت مخالف منفی است و شبیه به انحنای زین اسب است. این سازهها تکیهگاههایی دارند که کابلهای معلق بین آنها قرار میگیرند و کابل تثبیتکننده عمود بر آن به سمت پایین کشیده می شود تا برابر باد از سازه محافظت کند.
سازههای کابلی بر اساس کاربرد به دو نوع پلها و ساختمانها تقسیم می شوند. پلهای کابلی شامل پلهای معلق و پل متکی بر کابل هستند و ساختمانهای کابلی شامل سازه معلق با فرم طنابی، سقف معلق، دکل مهار شده با کابل، سقف متکی بر کابل، سازه منحنی مضاعف و سازه کابل مضاعف هستند که هرکدام ساختار و عملکرد مختلفی دارند و برای کاربریهای متفاوتی به کار می روند.
معروف ترین سازه های کابلی در دنیا
پلها و ساختمانهای زیادی در دنیا با سیستم کابلی طراحی و اجرا شدن که چند نمونه شاخص آن را برای شما معرفی کردهایم:
• فرودگاه بینالمللی جان اف کندی
این فرودگاه در سال ۱۹۴۸ تحت عنوان فرودگاه بینالمللی نیویورک افتتاح شد و در سال ۱۹۶۳ به جان اف کندی تغییر نام یافت. این فرودگاه جایزه طراحی و همچنین نشان تاریخی ملی را نیز دریافت کرده است. در این سازه از سقف متکی بر کابل استفاده شده است.
ویژگی سازههای کابلی
انواع مختلف سازههای کابلی در جهان ساخته می شوند که هرکدام ویژگیهای منحصربهفردی دارند. سازههای کابلی علاوه بر مزیتهای مهندسی، از نظر معماری و زیباییشناختی بسیار در این صنعت محبوب است و این سازهها را از دیگر سازههای ساخته شده متمایز می کند. از مزایای اصلی این سازهها می شود به موارد زیر اشاره کرد:
• خالصترین رفتار سازهای دارند و مقاومت کششی بالا که سختی سیستم را افزایش می دهد.
• سطح مقطع کم و وزن پایین نسبت به دیگر سازهها و مقاومت بیشتر در برابر زلزله.
• انعطافپذیری بالا در شکل.
• انعطاف در تحمل بارگذاریها.
• مقرونبهصرفه بودن در دهانههای بزرگ.
• سهولت و سرعت در اجرا.
• مقاومت بالا در برابر خوردگی و سایش.
• سهولت کار معماران در مقایسه با سازههای مهاربندی و دیوارهای برشی
نمونه طبیعی سازه کابلی
بهترین مهندسی در دنیای حیوانات عنکبوت است. ساختار تار عنکبوت یکی از معجزات ساختمانی طبیعت است. آن ها از سیم های فولادی با همان قطر قوی ترند و دارای خاصیت کشسانی هستند که به آنها اجازه می دهد ۲۵ برابر سیم های فولادی کش بیایند. این ساختار سبک، ظریف و مقاوم توجه مهندسان را به خود جلب کرده است. تارهای عنکبوت به عنوان نمونه اولیه سازه های ساختمانی پل های معلق به کار رفتند.
در سازه های کابلی عنصر باربر اصلی شبکه های فولادی است که بر روی آن غشاهایی از مصالح مختلف می تواند قرار گیرد. در مقایسه با تار عنکبوت سازه های کابلی ساخته دست بشر با اینکه در آن ها از مصالح مقاومی مانند فولاد استفاده می شوند هنوز کامل نیستند.
مزایا و معایب سازه های کابلی
سازه های کابلی خالص ترین رفتار سازه کششی را دارند.
بار مستقیم و به طور یکنواخت در جهت مصالح به کار رفته بین اجزا توزیع می شود.
این نوع سازه ها بسیار انعطاف پذیر و پویا هستند و خود را با نیروهای وارده تطبیق می دهند. در اصل این سازه ها از تمام مقاومت خود بهره می برند.
فرم در این سازه از فرم های طبیعی خود مصالح شکل گرفته است. زمانی که بار یکنواخت در راستای کابل و طول منحنی آن توزیع شده باشد این عنصر شکلی به خود می گیرد که زنجیرواره نامیده می شود و چنانچه بار گسترده در دهانه افقی کابل اعمال شود کابل فرم سهمی به خود می گیرد.
کابل بدون افت نمی تواند بار تحمل کند. طول کابل با افت کابل نسبت مستقیم دارد.
از مهم ترین معایب سازه های کابلی عدم تحمل نیروهای خمشی است. این عامل باعث شده که این سازه ها در مقابل باد و زلزله بسیار آسیب پذیر باشند. این سازه ها همچنین در مقابل لرزش و ارتعاشات ضعیف هستند.
