با پیشرفت جوامع بشری و افزایش دانش، تحولهای چشمگیری در حوزههای مختلف بهویژه ساختوساز شکل گرفته است. در میان سازههای متنوع، سازههای کابلی از مهمترین گزینهها برای پوششدهی دهانههای بزرگ بهشمار میروند و میتوانند دهانههایی با بیش از ۵۰۰ متر طول را نیز پوشش دهند.
در مقابل، سازههای چادری نوعی پوسته کششی یکپارچه و نازک هستند که توسط ستونها یا قوسهای فشاری نگه داشته میشوند. این سازهها شکل تکاملیافتهای از سیستمهای کابلی با انحنای مضاعفاند؛ بهطوری که فاصله بین کابلها در آنها به صفر رسیده و سطح به یک پوسته پیوسته تبدیل شده است.در این مقاله، گروه مهندسی تیوان تلاش کرده است تا ضمن معرفی سازههای کابلی و سازههای چادری، این دو سیستم از نظر توزیع نیرو، نیازهای عملکردی معماری، الزامات سازهای و سایر معیارهای مهم با یکدیگر مقایسه کند.
سازه چادری و انواع آن
سازههای چادری با وزن سبک و نیاز کم به فولاد، توانایی پوشش مناطق وسیع را دارند. مزایای آنها شامل نصب آسان، نگهداری کم، دوام بالا، تنوع رنگ و طرح پارچه، روشنایی طبیعی و ایجاد طاقهای برجسته است. این سازهها از دستاوردهای مهندسی مدرن بوده و علاوه بر ظاهر زیبا، کاربرد گستردهای در پوشش سقفها و سایهبانهای فضاهای تجاری، مسکونی، زیارتی و تفریحی دارند.
در سازههای چادری، خودِ پوسته، بارهای واردشده را بهطور کامل یا تا حد زیادی تحمل میکند. چادرهای کوچک معمولاً بهصورت کامل از پارچه ساخته میشوند و توسط دکلها یا قوسهای فشاری پشتیبانی میگردند.
سازههای چادری انواع مختلفی دارند:
- مخروطی که برای بارش زیاد مناسب است،
- زیناسبی با دو نقطه بالایی و پایینی که بهترین گزینه برای ایجاد سایه در فضاهای باز است،
- کششی که امکان شکلدهی دلخواه و اجرای پروژههای بزرگ را میدهد و هایپار که ساده، مینیمال و اقتصادی است.
مزایای سازههای چادری
سازههای چادری یا سازههای پارچهای، یکی از روشهای نوین و پرکاربرد ساخت سازه در عصر حاضر محسوب میشوند. از آنجا که پارچه در برابر نور خورشید مقاومت محدودی دارد و به مرور زمان فرسوده میشود، معمولاً این سازهها بهصورت موقت اجرا میگردند. به همین دلیل هم بیشترین کاربرد آنها در فضاهایی مانند سیرکها و سالنهای نمایش دیده میشود.
ایده اولیهی ساخت این سازهها از چادرهای اقوام کوچنشین الهام گرفته شده است. اما امروزه با استفاده از مصالحی مانند فلز، چوب و صفحات انعطافپذیر، این سازهها بسیار مقاومتر، منعطفتر و کاربردیتر شدهاند.
انعطافپذیری بالای سازههای چادری به معماران و مهندسان این امکان را میدهد که فرمهای متنوع و چشمگیری مانند خیمه، زیناسب یا فرمهای آزاد هندسی را خلق کنند. همچنین پارچههای مخصوص این سازهها، به دلیل سبک بودن و قابلیت ایجاد انحنا، گزینهای ایدهآل برای پوششهای معماری مدرن به شمار میروند.
این سازهها به دلیل صرفهجویی در مصرف مصالح، هزینه مناسب و امکان جابهجایی بسیار مورد توجهاند. امروزه بهعنوان پوشش فضاهای بازی، باغها، تراسها، پارکینگها و بسیاری از فضاهای روباز از آنها استفاده میشود.
سازههای کابلی + انواع سازه های کابلی
سازه کابلی نوعی فرم سازه ای است که در آن نیروهای وارده عمدتاً به صورت کشش خالص در اعضا عمل می کنند. در این سازه ها، اعضای اصلی از کابل هایی تشکیل شده اند که انعطاف پذیرند و نسبت طول به قطر بالایی دارند. در واقع هر عنصر کششی بلند و باریک مانند طناب یا سیم فولادی می تواند به عنوان کابل در نظر گرفته شود. به همین دلیل، طراحی سازه کابلی بر اساس کنترل نیروهای کششی، انتخاب نوع کابل، و نحوه اتصال آن به تکیه گاه ها انجام می شود.
این سازهها بخشی از سیستمهای کششی هستند و بهدلیل عملکرد مبتنی بر کشش، در طراحی پلها، سقفهای با دهانه بزرگ و سایر فضاهای مشابه کاربرد گستردهای دارند. سازههای کابلی انعطافپذیرند و اتصالات غیرصلب دارند؛ به همین دلیل نیروها در آنها از طریق فرمدهی ویژه و پایدارسازی شکل کلی سازه توزیع میشود.
در یک سازه کابلی، زمانی که باری در وسط دهانه قرار می گیرد، کابل به شکل منحنی یا V درمی آید و تکیه گاه ها وزن بار را به صورت متقارن تحمل می کنند. این ویژگی باعث شده است سازه های کابلی معروف جهان مانند پل گلدن گیت آمریکا یا پل میلائو فرانسه، به عنوان نمونه های برجسته ای از ترکیب مهندسی، زیبایی شناسی و کارایی در طراحی سازه های مدرن شناخته شوند.
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.
1. 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.
2. 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.
مزایای سازه های کابلی
ساختار سازههای کابلی یادآور شبکه ظریف و مقاوم تار عنکبوت است. سازه های کابلی در معماری مانند شبکهای گسترده طراحی میشوند که بارهای کششی و فشاری را به بهترین شکل منتقل میکنند. بهدلیل وزن سبک، مقاومت بالا و قیمت مناسب، سازههای کابلی به گزینهای محبوب در پروژههای بزرگ تبدیل شدهاند.
در گذشته، نمونههای اولیهی این سازهها در قالب نردبانها و بالابرهای ساختهشده از طناب یا الیاف طبیعی دیده میشد. اما امروزه از کابلهای فولادی مقاوم برای ساخت پلها و سازههای بزرگ استفاده میشود.
یکی از تفاوتهای اصلی سازههای کابلی و چادری این است که در سازههای کابلی، کابلها نقش تکیهگاه و عضو اصلی نگهدارنده را دارند. درحالیکه در سازههای چادری، پوسته پارچهای بارهای سازهای را تحمل میکند.
یکی از چالشهای سازههای کابلی، ناپایداری در برابر بادهای شدید است؛ زیرا کابلها ذاتاً سبک و انعطافپذیرند. با این حال، استفاده از تیرهای جانبی، دکلها و کابلهای کناری این مشکل را تا حد زیادی برطرف میکند.
جدول مقایسه سازههای چادری و کابلی
| موضوع | سازه چادری (پارچهای) | سازه کابلی |
|---|---|---|
| ماهیت سازه | پوسته نازک و کششی ساختهشده از پارچههای مقاوم | شبکهای از کابلهای کششی همراه با تکیهگاهها |
| نوع پایداری | پایداری از طریق انحنا و پیشتنیدگی پارچه | پایداری از طریق کشش کابلها و تکیهگاههای فشاری |
| دوام در برابر آفتاب و UV | دوام کمتر؛ نیاز به تعویض دورهای (سازه غالباً موقت) | دوام بالا بهدلیل کابلهای فولادی و سازهای (قابلاستفاده دائمی) |
| انعطافپذیری فرم | بسیار بالا؛ تولید فرمهای خیمهای و منحنیهای آزاد | متوسط؛ فرمها محدود به الگوی کابلکشی هستند |
| مواد سازهای | پارچههای PVC، PTFE، ETFE | کابل فولادی + دکلها + تیرهای جانبی |
| کاربری رایج | سایهبانها، فضاهای تفریحی، استیج، رستورانها، سیرک، تراس | پلها، سالنهای بزرگ، سقفهای وسیع، استادیومها |
| نقش باربری | پوسته بخش زیادی از بار را تحمل میکند | کابلها بار اصلی را منتقل میکنند |
| قابلیت جابهجایی | بالا؛ در بسیاری موارد قابل باز و بسته شدن و انتقال | کم؛ عموماً سازه دائمی است |
| مقاومت در برابر باد | متوسط؛ نیازمند مهاربندی مناسب | ممکن است در بادهای شدید ناپایدار شود (به دلیل نرمی کابلها) |
| هزینه ساخت | مقرونبهصرفه | نسبتاً اقتصادی ولی وابسته به نوع دهانه و تکیهگاهها |
مزایای مشترک سازههای چادری و کابلی
هر دو نوع سازه دارای ویژگیهای مشترکی هستند که آنها را به گزینههایی جذاب برای پروژههای مدرن تبدیل کرده است:
- هزینه ساخت و نگهداری مناسب
- اجرای راحت و بدون پیچیدگیهای سنگین سازهای
- وزن بسیار سبک و ایمنی بالاتر در برابر آوار ناشی از بلایای طبیعی
- قابل استفاده در هر اقلیم و شرایط آبوهوایی
- مقاومت بالا و دوام مناسب در فضاهای روباز
- کاربرد بهعنوان سایهبانهای چهارفصل در معابر و فضاهای عمومی
- قابلیت استفاده موقت یا دائمی، ثابت یا متحرک
- مناسب برای استخرها، پارکها، ویلاها، رستورانها، محوطههای تفریحی و…
در نهایت، انتخاب بین سازههای کابلی و چادری بستگی به نیاز پروژه، بودجه و شرایط محیطی دارد. سازههای کابلی برای فضاهای مدرن و سبکهای معماری با انعطاف بالا مناسباند، در حالی که سازههای چادری گزینهای اقتصادی، سبک و ایدهآل برای ایجاد سایه و پوشش در فضاهای باز محسوب میشوند. با درک ویژگیها و کاربردهای هر نوع سازه، میتوان تصمیمی هوشمندانه برای طراحی و اجرای پروژه اتخاذ کرد.
