Blog

You Are Here:

معرفی سازه های پارچه ای

تاریخ

سازه های پارچه ای

در سال های اخیر استفاده از سازه های کششی – پارچه ای در سراسر دنیا با استقبال روبرو شده است در اینجا به بررسی خواص این سازه ها پرداخته و کاربردهای آن در سراسر جهان را به طور اجمالی بررسی می کنیم.
  جنس مصالح استفاده شده در سازه های پارچه ای نسبت به سایر مصالح ساختمانی بسیار متفاوت  است. وزن سبک آنها به همراه تنوع در شکل و ساختار باعث شده تنوع بسیار زیادی در طراحی معماری این سازه ها بوجود آید. در هنگام طراحی یک سازه کششی علاوه بر توجه به هویت معماری طرح می بایست محاسبات دقیق مهندسی مرتبط با نیروهای کششی موجود در چادر و سازه های فولادی انجام پذیرد. شرکت مهندسی ساینا با برند ساینا سایه با ارائه طرح های معماری متنوع با استفاده از نرم افزارهای شناخته شده در این حوزه به طور هم‌زمان طرح های معماری و محاسبات مهندسی مربوط به آن را به صورت کاملا تخصصی تهیه و اجرا می‌کند.
برای سال های متمادی بشر از چادر و طناب به عنوان ابزارهای کاربردی برای ایجاد سقف های موقت استفاده کرده است. در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و صنعت بشر توانست پارچه هایی با ترکیبات متفاوت و مقاوم در برابر شرایط محیطی تولید کند.  امروزه می توان با استفاده از پلی‌استر با روکش پی‌وی‌سی چادرهایی تولید کرد که نه تنها نیروهای کششی بسیار بزرگ را تحمل کند بلکه علاوه بر آن خصوصیات فیزیکی بسیار ارزشمندی از قبیل انعطاف پذیری بالا، قابلیت عبور نور، قابلیت تمیز شوندگی خوبی را دارا باشد. طول عمر این چادرها حداقل ۲۰ سال در شرایط آب و هوایی بسیار بد تخمین زده شده است. چادرهای تولید شده در سال های اخیر علاوه بر ویژگی های فوق دارای تنوع رنگی و قابلیت چاپ پذیری نیز هستند.
پس از تحول بزرگ در صنعت پارچه های سازه کششی، این سازه ها در مکان های متفاوت با کاربری های متفاوت بکار گرفته شدند. سازه های پارچه ای علاوه بر کاربری سقف، در پیاده‌روها و ورودی ها نیز بسیار متداول می باشند. به دلیل ظاهر زیبا و مهیج این سازه ها بکارگیری آنها در سالن ها و استادیوم های ورزشی بسیار مورد استقبال قرار گرفته است. برای مثال استادیوم های فوتبالAllianz arena  در شهر مونیخ و Hampshire Rose Bowl  در شهر ساوت همپتون از نمونه های بسیار زیبا و موفق این سازه های چادری هستند. در ایران نیز در سال های اخیر استفاده از سازه های پارچه ای مورد توجه طراحان و پیمانکاران قرار گرفته است، استفاده از سایبان پارچه ای در آمفی تئاتر رو باز پارک آب و آتش تهران و استادیوم امام رضا (ع) شهر مشهد از نمونه های اجرا شده و در حال اجرای سازه های بزرگ پارچه ای در ایران می باشند.

سازه های پارچه ای کاربرد های فراوانی دارند که این مهم به دلیل انعطاف پذیری زیاد این نوع سازه در طراحی به دست آمده است
از جمله کاربردهای این سازه میتوان موارد ذیل را نام برد:
⦁ نمای ساختمان
⦁ سازه های نمایشگاهی
⦁ سایبان معابر و ورودی ها
⦁ سایبان مراکز فرهنگی ورزشی
⦁ مبلمان شهری
⦁ سقف
⦁ آلاچیق فضای باز
⦁ سایبان رستوران و کافی شاپ
⦁ دکوراسیون داخلی
⦁ سقف ترمینال ها و پمپ بنزین ها
⦁ سقف پارکینگ و…

فرم های اصلی سازه های کششی

نحوه باربری و محاسبات مهندسی سازه های پارچه ای کششی از پیچیدگی های بسیار بالایی برخوردار است. در کنار پیچیدگی های مهندسی استفاده از فرم های پیچیده معماری انجام محاسبات تنش و بار در پارچه های سازه چادری را بسیار پیچیده می کند. عدم وجود دانش فنی کافی در بین مهندسان ایرانی و لزوم استفاده از نرم افزارهای پیچیده برای انجام محاسبات یکی از دلایل استفاده محدود از این سازه های پارچه ای در کشور ایران می باشد. در این بخش انواع فرم های کلی قابل استفاده در سازه های کششی بررسی شده است و نحوه باربری هر یک از آنها به صورت کامل بیان شده است.
در سازه های کششی بر خلاف سازه های متداول بنایی انتقال بار از طریق یک پوسته غشایی (پارچه) انجام می گردد. با توجه به مقاومت پایین پوسته ها تحت نیروهای فشاری و برشی تنها شیوه باربری در این سازه ها از طریق کشش انجام می گیرد. از همین رو به سازه های پارچه ای سازه های کششی نیز گفته می شود.
برای انتقال نیروهای عمود بر سطح پارچه مانند بار باد به سمت بالا و بار برف به سمت پایین می بایست در سطح پارچه انحنا هایی عمود بر هم ایجاد کرد. در ریاضیات فضایی به سطوحی که در هر نقطه دو انحنای عمود بر هم داشته باشند سطوح آنتی کلاستیک گفته می شود. سطوح انتی کلاستیک انواع متفاوتی دارند که در ادامه به بررسی ۳ نوع از آنها که بیشتر در سازه های پارچه ای کاربرد دارد خواهیم پرداخت. به جرآت می توان ادعا کرد تمامی سازه های پارچه ای ایجاد شده در جهان از ترکیبی از این سه نوع رویه کلی تشکیل شده اند.


سطح زین اسبی (Hyperbolic):

در این نوع از سطوح بار وارده از طریق گوشه انتقال پیدا می کند. در این نوع سطوح دو گوشه به سمت پایین و دو گوشه به سمت بالا خواهد بود. گوشه های پایین نیروهایی به سمت بالا و گوشه های بالا نیروهایی به سمت پایین را انتقال خواهند داد. از فرم های استاندارد این سازه کششی می‌توان سایبان های با فرم شید، سایبان های با فرم کایت و قله دره را نام برد. از مزایای این فرم می توان به حالت مدرن، زیبایی بسیار و انعطاف پذیری کافی برای طراحی فرم های سفارشی و دهانه های متوسط اشاره کرد. همچنین از معایب این فرم کاربری کمتر نسبت به فرم های دیگر در تأمین سایه نسبت به مساحت و عدم توانایی طراحی و اجرای دهانه های خیلی بزرگ است. این فرم برای ابعاد متوسط دهانه (تا حدود 8-10 متر) مناسب می باشد و برای ابعاد بزرگ تر نیاز به مشاوره متخصص فنی دارد.

خیمه (Conic):

در این نوع از سطوح با استفاده از انحنا در سطح پارچه نیروها به دو سمت سطح انتفال پیدا می کند. این نوع از سطوح سال های زیادی است به عنوان سطوح باربر خیمه های 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 ستون های میانی رویه مهار می شود. فرم های وارون، خیمه و خیمه چند راس، پارادایس و تترا از فرم های سازه چادری هستند که دارای رویه به فرم خیمه می باشند. از مزایای این فرم حالت سنتی تر، توانایی اجرا در ابعاد دهانه بزرگ (تا حدود 15 متر) و انعطاف پذیری در فرم های تیپ می باشد. معایب این فرم نیاز حتمی به ستون یا ستونچه وسط و ابعاد بزرگ تر ستون ها در فرم های سان شید و شبیه آن است.

آرک (Arch):

رویه آرک از نظر ظاهری شباهت بسیار زیادی به سقف های سنتی طاق ضربی دارد اما از نظر عملکرد و انتقال نیرو شباهتی به این سیستم سنتی ندارد. به دلیل استفاده زیاد از طاق ضربی به عنوان سقف راهرو ها در بناهای قدیمی این فرم با نمونه بنا های سنتی کشور تطابق بهتری خواهد داشت. از مزایای این فرم میتوان سادگی طراحی و اجرا، اجرا با ستون های در یک سمت سازه و قابلیت طراحی در طول بسیار زیاد را نام برد. از معایب این فرم عدم وجود انعطاف‌پذیری زیاد در فرم های سفارشی و ابعاد دهانه کوچک تر نسبت به دیگر فرم ها (حداکثر تا 7 متر) است.

در اکثر پروژه های سازه کششی بزرگ دنیا با استفاده از ترکیب این رویه ها فرم های معماری بسیار پیچیده و جذابی ایجاد می کنند. ارائه طرح های معماری متناسب با فضا و انجام محاسبات مهندسی برای تنش چادر و ابعاد سازه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. شرکت ساینا با در اختیار داشتن نرم افزارهای به روز مهندسی و همکاری با نیروهای مجرب متناسب با فضای کارفرما طرح های معماری و محاسبات مهندسی بهینه را ارائه می دهد.

فونداسیون، طراحی و اجرای سازه غشایی
در طراحی فونداسیون سازه های کششی باید به شرایط خاک و خواست کارفرما توجه شود که ممکن است منتج به فونداسیون سطحی یا عمیق شود. سازه هایی مانند سان شید که لنگر خمشی زیادی به ستون وارد می کنند پی های بزرگ تر و سازه های متقارن یا سازه ای که ستون ها در آن از بالا کلاف می شوند پی های به مراتب کوچک تری دارند. در طراحی پی از نرم افزار Safe استفاده می شود که نرم افزار تخصصی طراحی پی می باشد.
در برخی موارد امکان اجرای فونداسیون وجود ندارد. مانند بام و تراس ساختمان ها، در جوار دیوارها و… که در این موقعیت ها راه حل هایی چون استفاده از سر ستون های ساختمان در بام و تراس یا استفاده از پلیت های دیوار به جای بیس پلیت روی زمین است. در برخی موارد خاص نیز امکان استفاده از پی های پیش ساخته و کیسون نیز وجود دارد.
به طور کلی در طراحی سازه های غشایی از مبحث ششم (بارگذاری) و دهم (فولاد) مقررات ملی ساختمان و آیین نامه سازه های کششی امریکا و همچنین از نرم افزارهای روز مهندسی سازه های غشایی برای تهیه نقشه های شاپ و برش و دوخت پارچه استفاده می شود.
در بحث طراحی و ابعاد اعضای سازه قطر های تیپ موجود در بازار 60، 76، 90، 114، 140، 168 و 220 میلیمتر است که قطرهای مرسوم برای ستون ها 140، 168 و 220 است و قطرهای مرسوم دستک ها 76، 90 و در برخی موارد 60 و 114 است. همچنین در بخش سازه های آماده حتما باید با مشورت متخصص فنی امکان اجرای چادر روی آن بررسی شود.

سازه خاص لیفه

این سازه به دلیل امکان ایزولاسیون خوبی که دارد مورد اقبال برخی کارفرمایان قرار می گیرد. در حقیقت در این سازه به جای مکانیزم گره و کابل، حاشیه پوشش چادری توسط یک قاب فولادی به صورت کلاف در آمده و پارچه کاملا به این کلاف می چسبد تا شکلی خطی و منظم به وجود بیاید. فرم های خیمه و آرک قابلیت لیفه شدن را دارند و این سیستم برای فرم زین اسبی چندان مناسب نیست. همچنین از معایب این سیستم از بین بردن زیبایی سازه و محدود کردن طرح های معماری، افزایش قیمت و محدودیت های اجرایی خاصی است که با مشورت متخصص فنی معلوم می شود.

خرپا

از خرپا تنها در پروژه های خاص با متراژهای بالا و شرایط اجرایی خاص استفاده می شود. جایی که دهانه های بزرگ قرار دارد و محدودیت هایی در پروژه وجود داشته باشد ممکن است خرپا کمک خوبی به بخش طراحی و اجرا بکند. در این خصوص نیز مشورت متخصص فنی توصیه می شود.

مصالح

در پایان می پردازیم به مصالح تشکیل دهنده سازه پارچه ای و خواص آنها

سازه

ستون ها و دستک ها عموماً از جنس فولاد st37 (قوطی یا لوله درزدار)
اتصالات از جنس فولاد پرمقاومت (در صورت شرایط آب و هوایی بد دارای روکش گالوانیزه)
در صورتی که قطعات کوتاه تر از 4 متر باشند رنگ کوره و در صورتی که قطعات بلند تر از 4 متر باشند یا شرایط آب و هوایی محل پروژه خاص باشد رنگ اپوکسی مناسب استفاده می شود.

پوشش پارچه ای
تنوع جنس پارچه در بازار بسیار زیاد است؛ از جمله پارچه های به ترتیب کیفیت چینی (FIT)، کره ای (HANWA)، آلمانی (Mehler,Verseidag) و فرانسوی (Dickson,Ferrari)… همچنین پارچه های استرالیایی و ایتالیایی هم در بازار موجود هستند که چندان پرمصرف نیستند.
دو نوع دوخت برای پوشش پارچه ای در بازار رایج هست که اولی معروف به دوخت لستر است؛ به این صورت که دو لایه پارچه روی هم قرار گرفته و به وسیله سشوار صنعتی به هم می چسبند؛ با کشیدن یک غلتک روی اتصال چروک گرفته شده و اتصال کامل می شود. این دوخت به دلیل اعمال دستی کیفیت زیادی ندارد.
دومی جوش فرکانس بالا (HF) است که با دستگاه جوش فرکانس بالا به صورت مکانیزه و تنها با یک اپراتور انجام می شود و کیفیت بسیار بالایی دارد.

اتصالات
پلیت های چادر که ابتدا CNC و سپس آبکاری می شوند تا جلوه خوبی پیدا کنند
کابل ها که به متراژ مورد نیاز بریده شده و سرشان پرس می شود
اتصالات دیگر از جمله شگل، مهارکش، بست کابل،گوشواره کابل و… که بنا به شرایط خریداری و استفاده می‌شوند.