طراحی سازه چادری، طراحی انواع سازه های پارچه ای

طراحی سازه چادری متحرک

 طراحی ساختمان‌های ثابت و ایستا تفاوت های زیادی با طراحی سازه های متحرک دارد. با هم‌فکری مهندسان معماری و مکانیک، سازه ای بی نقص برای متقاضی ساخته خواهد شد: سازه ای با عمر زیاد در برابر تمام شرایط محیطی و با طراحی کاملی از عوامل متحرک.

بخش های متحرک یک سازه یا سخت هستند یا نرم. در سازه های سخت، جرثقیل عنصری حذف نشدنی در حرکت دادن اجزا، به خصوص روی ریل است. یک طراح باید تمام قسمت‌های سازه ی سخت را با دقت نظم دهد تا از ایجاد انحنا و جنبش اضافی جلوگیری شود.

اما در سازه های نرم (که در آن اغلب از کابل برای حرکت دادن سقف استفاده می شود) چنین مشکلی وجود ندارد. زیرا انعطاف پذیری، سبکی و فرم پذیری سازه ی نرم و غشایی باعث سهولت بیشتر در حرکت آن می شود.

فرآیند طراحی سازه چادری ثابت

طراحی فرم غشا سازه های پارچه ای

در سازه های پارچه ای فرم معماری و عمل کرد سازه ای یکی هستند در نتیجه مهندسی ساختمان و معماری جدا نشدنی اند و درک رفتار سازه یک ابزار اساسی در طراحی این نوع از سازه ها می باشد.

طراحی تکیه گاه ها

بخش دیگری از سازه های غشایی عناصری هستند که وظیفه ی انتقال بار غشا به زمین را برعهده دارند. این عناصر به طور عمودی تکیه گاه نامیده می شوند. تکیه گاه ها در سازه های چادری به صورت دیرک های خارجی کابل های معلق از دیرک های خارجی و دیرک های داخلی هستند.

انتخاب مصالح در طراحی سازه های پارچه ای

یکی دیگر از انتخاب های موثر انتخاب مصالح مورد استفاده چه در مورد غشا و چه در مورد متعلقات سازه ای است که معمار با کسب دانش کافی می بایست به آن پاسخ دهد. انتخاب نوع پارچه براساس شرایط مهم اقلیمی و کاربری سازه بسیار حائز اهمیت می باشد. البته یکی از عوامل مهم در انتخاب نوع مصالح مقدار هزینه برای اجرا پروژه از طرف کارفرما می باشد.

طراحی لبه ها و مرزها

در لبه ها و مرزها به دلیل تنش های بالای ناشی از پیش تنیدگی و نیز بارگذاری سازه این قسمت ها نیاز به طراحی و مقاوم سازی دارند.

استفاده از رایانه در طراحی سازه های پارچه ای

رایانه ها به دلیل ظرفیت محاسباتی بالا و دقت و سرعت عمل در انجام محاسبات تاثیرات بسیار شگفتی در پیشرفت تکنولوژی مخصوصا صنعت معماری و طراحی داشته اند. امروزه استفاده از نرم افزارهای طراحی پارچه و سازه کار را برای معماران در این حیطه بسیار ساده تر و دقیق تر کرده است.

انواع طراحی سازه چادری

باتوجه به انواع معیارهای انتخاب می توان ساختارهای کششی را طبقه بندی کرد. یعنی باتوجه به معیار موردنظر، طبقه بندی ها با یکدیگر متفاوت هستند.

معمولا شکل سازه چادری باتوجه به لبه ها و عناصر ثابت داخلی آن تعیین می شود. بنابراین این طبقه بندی را می توان براساس ظاهر سازه های چادری انجام داد. بطور دقیق، برطبق ظاهر پایه ها، قاب ها، ظاهر چادر و تیرک های مهارکننده می توان طراحی سازه های چادری را به شکل های مختلف انجام داد.

طراحی سازه های پارچه ای خیمه ای

طراحی سازه های پارچه ای بصورتی انجام می شود که پایداری آنها با پشتیبانی در سطوح بالایی و کشش در سطوح پایینی تضمین شود. با این ساختارهای کشسان خیمه ای، بقیه کانتور آزاد می شود.

 ویژگی ها و نیازهای سازه های خیمه ای

از مهمترین نقاط ضعف در سقف کاذب پارچه ای خیمه ای این است که فشار و تنش زیادی به پایه ها انتقال می یابد. این فشار بدلیل ساختار این سازه ها است و پیش از دریافت بارهای خارجی ایجاد می شود. بنابراین، بنیاد سازه چادری تحت فشرده سازی و تنش شدید قرار می گیرد. مقدار فشار به اندازه ای است که تعادل به صفر می رسد.

برای طراحی سازه های خیمه ای، به زیرساخت های پایه ای گران قیمت نیاز است. بارهای خارجی سبب افزایش این واکنش ها و فشارهای وارده به این زیرساخت ها می شوند. چنین ساختاری به لنگرهای قدرتمند و تابلوهای بزرگ نیازمند است. این کشش به پایه ها و کابل های پایه نیز وارد می شود. در چنین سایبان هایی مهم است که لبه ها با ابعاد مناسب انتخاب شوند.

طراحی سازه های پارچه ای قاب دار

برای طراحی سازه های چادری قاب دار، تلاش های زیادی توسط طراحان جهان بطور مطلوب انجام شده است. چنین سازه هایی با نصب یک قاب فلزی بر روی پایه ها و اتصال پارچه کشسان به این قاب انجام می شود.

ویژگی های سازه های قاب دار

چنین ساختارهایی صرفا بارهای خارجی را به پی و بنیاد سازه انتقال می دهند. این سازه ها متمایل به سازگاری و متعادل شدن با ساختارهای سفت و سخت هستند. علاوه براین، از لحاظ ظاهری سادگی زیادی دارند. درصورت تمایل برای محدود ساختن سازه های یک فضا بصورت شبکه ای، نیازی نیست آنها بطور کامل در کانتور محدود شوند.

با مرتبط ساختن سازه های قاب دار با منحنی های فضایی تار عنکبوتی، طرح هایی بسیار زیبا ارائه می گردد. این گستردگی و وسعت، سبب اقتصادی شدن طراحی عملکرد در واحد سطح می شود. علاوه براین، می توان پایه ها را بسیار اقتصادی انتخاب نمود.

طراحی سازه های مخروطی

نوعی دیگری از طراحی سازه های پارچه ای، سازه های مخروطی شکل هستند. سازه های کشسان مخروطی شکل، با اتصال به سازه های کششی، اضافی و سفت و سخت طراحی می شوند. چنین سازه های چادری به راحتی موارد قبلی نصب نمی شوند و صرفه اقتصادی کمتری دارند.

ویژگی های سازه های مخروطی

پایه های موردنیاز برای طراحی و نصب سازه های مخروطی، باید دارای لبه هایی قوی باشند. این لبه ها قیمت بالایی دارند. بدلیل وجود مشکلات زیاد، برخی افراد از ساخت این سازه ها منصرف می شوند. اما گاهی تنها راه حل برای ایجاد سایبان در مکان های بزرگ با ویژگی های هندسی خاص، نصب سازه های مخروطی است. بنابراین، در این موارد چاره ای نیست که این سازه گران قیمت طراحی و نصب شود.

مصالح موردنیاز برای طراحی سازه چادری

طراحی و ساخت سازه های چادری در هر اندازه و با بکارگیری هر نوع مصالحی که باشد، از سه بخش اصلی تیرها یا ستون ها، کابل ها یا سیم ها، سقف یا گنبد ساخته و اجرا می شود.

به منظور انتخاب مصالح مناسب برای طراحی سازه، باید اندازه و نوع کاربری چادر را مورد توجه قرار داده و تیرها در اندازه و جنس موردنظر را انتخاب کرد. از رایج ترین مصالح، تیرهای با جنس فولاد، چوب و آلومینیوم هستند. معمولا سیم ها یا کابل ها نیز یا از جنس مس یا فولاد یا نخ هستند. گنبد چادر را نیز می توان از متریال های مختلف مانند پارچه پی وی سی یا پارچه نخی ساخت:

• پارچه پی وی سی (PVC) با یک روکش پلی استر
• پارچه پی وی سی با روکش پلی استر و یک لایه اضافه دیگر
• پارچه PVC مجهز به لایه ای خاص در سطح بیرونی ضد گرد وغبار
• پارچه اچ دی پی ای (HDPE) دارای الیاف درهم تنیده برای مقابله با تابش نور خورشید
• پارچه های مقاوم به آتش و اشعه ماوراء بنفش

اجرا و طراحی سازه کششی

طراحی سازه های پارچه ای در هر مقیاسی از سه مرحله طراحی، ساخت و نصب تشکیل می شوند. تمامی مراحل اجرای سازه چادری به شرح زیر خلاصه می گردد:

• بررسی دقیق نوع کاربری سازه چادری موردنظر
• بررسی محل موردنظر به منظور نصب چادر
• نقشه برداری از محل نصب چادر
• مدل سازی سازه چادری
• انتخاب شکل ظاهری متناسب با کاربری سازه
• صفحه گذاری با هدف اتصال دیرک ها و ستون ها
• انتقال سازه طراحی شده به محل نصب
• مونتاژ سازه چادری در محل نصب
• نصب پوشش بر روی سازه مونتاژ شده

فهرست منابع:

کتاب درک رفتار سازه ها، نویسنده فولر مور، ترجمه محمود گلابچی.

کتاب معماری تغییر فرم پذیر، مولفان: دکتر محمود گلابچی-دکتر کتایون تقی زاده-لادن وجدان زاده.

مقاله “کاربرد سازه های غشایی و چادری به عنوان سازه های نو در ساخت فضاهای ورزشی” نویسندگان شکوفه صالحی و محمد پیرمحمدی.