سازه غشایی

سازه‌های غشایی که سازه چادری یا سازه پارچه‌ای نیز نامیده می‌شوند، زیرمجموعه‌ای از سازه‌های فضایی هستند و به دلیل سبکی، شفافیت و انعطاف در خلق فرم‌های زیبا و بدیع، گسترش روزافزونی در ساخت بناهایی با عملکردهای مختلف تجاری، اداری، ورزشی و… یا به شکل سایه بان در فضاهای عمومی و شهری داشته‌اند.

ویژگی‌های مذکور ارتباط مستقیم با خواص مواد سازنده غشاهای این نوع سازه‌ها دارد. ساخت و تولید مواد کامپوزیت از الیاف و پلیمرها با طیف وسیعی از خواص فیزیکی، مکانیکی و سازه‌ای امکانات متعددی را پیش روی طراحان قرار داده است. این مواد دارای تفاوت‌هایی در اندازه، وزن و خواصی نظیر مقاومت گسیختگی، مقاومت در برابر ترک خمشی، انتشار آتش، گسترش پارگی و همینطور درجه شفافیت، دوام و ضمانتی که کارخانه سازنده می‌دهد، می‌باشند؛ بنابراین شناخت این ویژگی‌ها و تفاوت‌ها جهت انتخاب ماده مناسب از سوی طراحان و مهندسین، امری ضروری می‌نماید.

تعریف سازه‌های چادری

غشا ورقه‌ای نازک از ماده است که تنها دربرابر کشش مقاومت دارد و دربرابر فشار و خمش هیچ مقاومتی ندارد، پارچه را می‌توان بهترین نمونه ازغشاها و سازه چادری نام برد. سازه چادری از دو جزء تشکیل شده است؛

پارچه: پوسته کششی نازکی است که نیروی کششی را انتقال می‌دهد.
عناصر فشاری: قوس‌ها و ستون‌ها که نیروی فشاری را انتقال می‌دهند. لبهٔ چادر همواره تمایل به لرزیدن درمقابل نیروهای باد وسایر نیروها را دارد، به همین علت معمولاً لبه چادر را به صورت مقعر می‌سازند که همواره درکشش باقی بماند و از پارگی آن جلوگیری شود.

تاریخچه سازه چادری

اولین بنای واقعی معماری با این نوع سازه توسط ولادیمر شوخوف طراحی شد که وی تمامی محاسبات کاربردی تنش‌ها و تغییر شکل‌های حاصل از تنش‌ها را توسعه داد و پس از آن آنتونیوگائودی با معکوس کردن یک ساختار فشاری یک ساختار معلق کششی به دست‌ آورد که درکلیسای ساگرافمیلیا از آن استفاده کرد. و پس از آن فرای اتو از این سازه در سقف استادیوم المپیک مونیخ ۱۹۷۲ استفاده کرد.

ایران نیز دارای پیشینه بسیار غنی در مورد چادر و سازه‌های چادری است که بقایای آن هنوز در میان عشایر و کوچ نشینان دیده می‌شود.

طراحی سازه‌های چادری

طراحی ساختمان با سازه چادری با طراحی ساختمان‌های ساده بسیار متفاوت می‌باشد. درطراحی این سازه‌ها نمی‌توان ابتدا پلان بنا را کشید و سپس آن را اجرا کرد. در این نوع سازه‌ها، درگام اول طرح اولیه‌ای متناسب با عملکرد ارائه می‌شود، درگام بعدی با ساخت ماکتی شکل کلی آن را پیدا می‌کنند و سپس به تحلیل کلی سازه می‌پردازند و در نهایت تمامی جزئیات سازه را طراحی می‌کنند. به فرایندی که منجر به طراحی پوشش چادری می‌شوداصطلاحا form finding اطلاق می‌شود. امروزه این کار توسط نرم افزارهای تخصصی طراحی سازه چادری انجام می‌شود.

نکات فنی در اجرای سازه های چادری

طراحی اولیه و فرم یابی: در طراحی سازه‌های پارچه‌ای می بایست چهار عامل مورد توجه قرار گیرد و با توجه به عملکرد و نیروهای وارده، فرم مناسب جهت پارچه را به دست آورد.
طراحی و اجرای فنداسیون: بخشی از سازه پارچه ای است که وظیفه انتقال نیرو از ستونها به زمین و خاک اطرافش را بر عهده دارد بر اساس نوع سازه پارچه ای و میزان نیروهای وارده، بافت لایه ها، نوع خاک زمین و شرایط آب و هوایی منطقه، می توان تیپ و ابعاد شالوده را انتخاب و مشخص نمود. ابعاد پی‌ها به میزان برف و وزش باد و نوع خاک محل بستگی دارد.
طراحی الگو و جوش پارچه: ارچه های مورد استفاده در این سازه ها، طی یک پروسه صنعتی تولید می گردد و در تولید آن از مدرن ترین تکنولوژی ها و استانداردها استفاده می شود. برای تولید پارچه های روکش دار باید استاندارد های لازم در تمام مراحل از مرحله تولید الیاف تا بافت و اتصال روکش، رعایت شود.
طراحی و ساخت سازه: بخش دیگری از سازه‌های پارچه ای، عناصری هستند که وظیفه‌ی انتقال بار غشا به فنداسیون و سپس زمین را برعهده دارند. این عناصر به طور عمومی سازه نامیده می‌شوند. سازه ها در این سیستم به صورت دیرک ‌های خارجی، کابل‌های معلق و دیرک ‌های داخلی هستند.
رنگ آمیزی و بسته بندی: یکی دیگر از مراحلی که در فرایند ساخت سازه های پارچه ای و غشایی طی می شود، رنگ آمیزی سازه و اتصالات می باشد. به علت نمایان بودن سازه و اتصالات در سایبان مدرن، زیبایی و ظرافت در سازه و اتصالات از اهمیت ویژه ای برخوردار است
طراحی و ساخت اتصالات: به دلیل تنش‌های بالای ناشی از پیش‌تنیدگی و نیز بارگذاری سازه های غشایی ، در لبه‌ها و مرزهای غشا، این قسمت‌ها نیاز به طراحی و مقاوم سازی ویژه دارند.
انتخاب تجهیزات نصب: در نصب سازه های غشایی به دلیل نحوه نصب پارچه، که نیاز است به تدریج و به صورت یکنواخت و از تمامی تکیه گاه ها، به پیشتنیدگی نهایی خود برسد، می بایست از نیروهای متخصص در این ضمینه به همراه تجهیزات مناسب برای این امر استفاده کرد.
نصب و تحویل پروژه: تیم اجرایی با پیشرفته ترین تجهیزات نصب و ایمنی و با استفاده از نیروی های آموزش دیده و مجرب سعی بر آن دارد که پروژه های این شرکت طبق نقشه های اجرایی را در کمترین زمان و با کیفیت به اتمام برساند.

فرم‌های سازه‌های کششی

برای انتقال نیروهای عمود بر سطح پارچه مانند بار باد به سمت بالا و بار برف به سمت پایین می بایست در سطح پارچه انحناهایی عمود بر هم ایجاد کرد. در ریاضیات فضایی به سطوحی که در هر نقطه دو انحنای عمود بر هم داشته باشند سطوح آنتی کلاسیک گفته می‌شود. سطوح انتی کلاستیک انواع متفاوتی دارند که در ادامه به بررسی ۳ نوع از آن‌ها که بیشتر در سازه‌های پارچه‌ای کاربرد دارد خواهیم پرداخت. به جرات می‌توان ادعا کرد تمامی سازه‌های پارچه‌ای ایجاد شده در جهان ترکیبی از این سه نوع رویه کلی می باشند:

۱- سطح زین اسبی (Hyperbolic):
در این نوع از سطوح بار وارده از طریق گوشه انتقال پیدا می‌کند. در این نوع سطوح دو گوشه به سمت پایین و دو گوشه به سمت بالا خواهد بود. گوشه‌های پایین نیروهایی به سمت بالا و گوشه‌های بالا نیروهایی به سمت پایین را انتقال خواهند داد.

۲- خیمه (Conic):
در این نوع از سطوح با استفاده از انحنا در سطح پارچه نیروها به دو سمت سطح انتفال پیدا می‌کند. این نوع از سطوح سال‌های زیادی است به عنوان سطوح باربر خیمه‌های موقت نیز کاربرد دارد. در این فرم تمامی بارها به سمت لبه پایینی و بالایی رویه انتقال پیدا کرده و در نهایت از طریق اتصال به زمین یا ستون‌های میانی رویه مهار می‌شود.

۳- آرک (Arch):
رویه آرک شباهت بسیار زیادی با زین اسبی دارد با این تفاوت که گوشه‌های بالا و پایین در کنار همدیگر قرار گرفته‌اند. این فرم از رویه در گذشته برای انتقال بار در سقف‌های سنتی طاق ضربی استفاده شده‌است.

مزایای سازه‌های غشایی

  • دوام وطول عمربالا در شرایط جوی مختلف، برای متریال‌های مرغوب پارچه تا ۳۵ سال
  • در هنگام آتش‌سوزی، باعث کاهش گسترش آتش‌سوزی می‌شود
  • می‌توان آن را متناسب با شرایط جوی هراقلیم طراحی کرد
  • سرعت اجرا بالا
  • وزن متوسط
  • دارای سطحی براق و صیقلی مناسب برای انعکاس اشعه‌های آفتاب و سایه اندازی خوب

انواع دوخت

بر خلاف مصالح ساختمانی سنتی از قبیل آجر ، سنگ و بتن ، سازه پارچه‌ای کششی به‌طور کامل از قبل در کارگاه ساخته می‌شود و در محل به مشتری تحویل می گردد و هیچ گونه فعالیت عمرانی در محل انجام نمی شود. در نتیجه کارگاه دوخت پارچه کششی سالن‌هایی با متراژهای بزرگ چند صد متری هستند تا بتوانند پارچه کششی مورد نیاز یک سازه غشایی را بدوزند. به علت تنوع پارچه‌های کششی و تنوع مصارف مختلف آن‌ها می‌توان از روش‌های گوناگونی برای برش و دوخت پارچه کششی استفاده کرد، اتصال پارچه کششی باید به نحوی انجام گردد که تنش و کشش یک پارچه به‌طور یکنواخت به تکه پارچه کناری منتقل شود و موج یا پارگی بر روی آن اتفاق نیفتد ، بطور کلی ما سه روش اصلی برای اتصال پارچه‌های کششی به یکدیگر داریم :

  • چسب پارچه
  • دوخت صنعتی
  • جوش پارچه

رفتارسازه‌ای

سازه چادری ازجمله سازه‌هایی است که فرم سازه دقیقاً منطبق با عملکرد سازه می‌باشد. با طراحی این سازه‌ها به صورت یک سازه کابلی با انحنای مضاعف توانایی باربری وطول عمر این سازه هابسیار بالا می‌رود.

تکیه گاه‌ها

درحالت کلی در این نوع سازه‌ها غالباً چادرتوسط ستون مرکزی نگاه داشته می‌شود.(در این حالت برای جلوگیری از پارگی درپارچه ستون به صورت قارچی اجرا می‌شود). درحالت‌های دیگر از قوس‌ها، کابل‌های زنجیرواره، ترکیب سیستم فشاری وکابل‌های زنجیرواره نیز دیده می‌شود.

 

سازه غشایی آمفی تئاتر بوستان جوانمردان
« بازگشت به دانشنامه