سایبان چادری-رفتار کششی پارچه در طراحی

سایبان چادری-کلیات

سایبان چادری  ( سایبان پارچه ای ) ؛

قبل از پرداختن به این موضوع ؛ می توانید انواع سازه چادری که توسط شرکت سازه چادری و سایبان چادری آلفا طراحی و تولید می گردد

را در ویدئوی زیر مشاهده نمایید :

 

 

سایبان های چادری امروزه در طراحی معماری بسیار محبوب هستند.

روند استفاده از سایبان پارچه ای به نحوی است که هم از طراحی معمار جذاب و هم از لحاظ ساختاری عالی است.

به دلیل وزن کم ، نیروی زمین لرزه در طراحی مطرح نیست  ، در حالی که بار باد برای سازه  چادری بسیار مهم است.

به دلیل وزن کم و خاصیت کششی ، می توان از سازه پارچه ای در مکان هایی مانند استادیوم ، پارکینگ بزرگ و غیره استفاده کرد.

از وسایل رایانه ای مانند فرم یاب ، Dlubal RFEM و AutoCAD برای مدل سازی و تحلیل استفاده می شود.

هدف از این تحقیق نتیجه گیری از این است که آیا توصیه می شود از سایبان پارچه ای به عنوان سقف برای هر ساختمان مسکونی استفاده شود.

 

مقدمه-سایبان چادری

جزئیات سایبان چادری –  اتصالات سازه چادری

سایبان چادری کششی بخشی از فناوری منحصر به فرد را تشکیل می دهند.

این موضوع به طراحان  این امکان را می دهد تا با هر فرمی طراحی خود را انجام دهند.

این سازه چادری نه تنها از لحاظ بصری هیجان انگیز هستند ، بلکه از نظر اقتصادی قابل رقابت نیز هستند.

از آنجا که مواد پارچه کششی سبک وزن هستند ، در کاربردهای طولانی بسیار کارآمد هستند.

غالباً با صرفه جویی قابل توجهی در طراحی سازه پشتیبان روبه رو هستیم.

به عنوان یک مزیت اضافی ، سایبان چادری فقط نیروها را به زمین انتقال می دهند و این یک حالت بهینه است.

مبانی طرح سایبان چادری

سازه چادری فرم معماری اساسی را ارائه می دهد و بخش زیادی از پوشش ساختمان را تأمین می کند.

این سازه غشایی در طراحی پیچیده هستند زیرا تمایل به رفتار بسیار غیر خطی دارند.

همچنین از زمان شروع طراحی ، شکل آنها مشخص نیست.

پارچه کششی ظرفیت خود را برای حمل بار در هنگام تغییر شکل افزایش می دهد.

آنها می توانند نسبت به سازه های فلزی و بتنی برای همان دهانه، بار اعمال شده بیشتری نسبت به وزن خود را حفظ کنند.

بر اساس طرح و تحلیل ، باید بیان کنیم سایبان چادری به عنوان سقف ساختمان مسکونی یا خانه های کوچک مناسب است یا نه؟

 

سایبان چادری – دلیل فرم کششی در پارچه

کلیات

تکه های بزرگ پارچه ای از مقاومت در برابر بارهای بسیار ضعیف است.

تصور کنید چهار نفر که رشته های متصل به توپ تنیس را می کشند.

یک نفر پنجم که با فشار به پایین توپ می تواند آن را به راحتی حرکت دهد ، مانند سقف چادری تخت.

مجدداً ، سعی کنید دو رشته مخالف را بالا ببرید و دو مورد دیگر را پایین بیاورید.

اکنون توپ در فضا قفل خواهد شد.

با استفاده از این اصل به غشای پارچه ای و فرم اصلی سازه چادری می رسیم.

سایبان چادری-دسته بندی

اشکال مختلف و کلی در سایبان چادری و یا به عبارتی سازه پارچه ای به شرح زیر است

• هایپر-کایت
• مخروط-گنبد
• زین اسبی

محدودیت های  طراحی سایبان چادری

مقدمه

استفاده از ساختار غشای پارچه ای به دلیل گستردگی موضوع در مورد رفتار ، قدرت ، کاربرد و روند طراحی آن محدود است.

اول از همه ، هیچ کد استاندارد استاندارد (IS) برای طراحی سازه چادری در دسترس نیست.

از این رو ، طراحی بستگی به تحقیق و تجربه گذشته دارد.

با این حال ، داده های یافت شده دارای اشکالاتی اندک نیز هستند.

محدودیت ها

یافتن مطالب بسیار مرتبط با تحقیق در مورد سایبان چادری که قدرت تجربی را فراهم می کنند دشوار است.

بنابراین ، محققان مجبورند از زمان زیادی برای تجزیه و تحلیل این اطلاعات استفاده کنند و هزینه های بیشتری را به روند تحقیق اضافه کنند.

درست است که با افزایش فن آوری ، کیفیت مواد نیز افزایش می یابد.

به منظور بهبود ایمنی ، کار و طراحی نوآورانه ، مهم است که تکنیک ها تدوین شوند. تحقیقات مرتبط تر باید انجام شود

 

مواد مورد استفاده در پوشش پارچه

دو ماده متداول مورد استفاده عبارتند از:

• پارچه پلی استر با روکش PVC 1.4.1
• پارچه های شیشه ای با پوشش PTFE

پارچه پلی استر با روکش PVC 1.4.1

PVC مخفف پلی وینیل کلراید است و به عنوان خمیر روی پارچه اعمال می شود.

این پوشش ، خاصیت حرارتی نخ را بهبود می بخشد. و باعث تسریع در تمیزی سطح می شود.

برای مقاومت در برابر آتش ، یک لایه ثانویه از پلاستیک ها مانند فتالات ، فسفات ها یا استرها استفاده می شود.

روکش PVC با داشتن مولکولهای تثبیت شده جهت دستیابی به محافظت حرارتی ، اکسیداسیون و اشعه ماوراء بنفش استفاده می شود.

پارچه های شیشه ای با پوشش PTFE

PTFE مخفف پلی اتیلن فلورو است.این ماده رایج ترین و پرکاربردترین ماده پوشش است

این یکی از بهترین عایق های حرارتی است.

زیرا می تواند در برابر دمای حرارتی بالا مقاومت کند و از ضریب هدایت حرارتی نسبتاً کم برخوردار است.

در برابر سایش و مواد خورنده مانند اسید هیدروکلریک یا اسید سولفوریک بسیار مقاوم است.

پارچه های شیشه ای با روکش سیلیکون

پوشش سیلیکون با اتصال متقابل ماکرومولکول های سیلیکون بدست می آید.

زنجیره سیلیکون برای تهیه پوشش محافظ روی نخ اعمال می شود.

پارچه های فویل ETFE

ETFE مخفف اتیلن تترا فلورو اتیلن است.

این کوپلیمر اتیلن و تترا فلورو اتیلن است که از نقطه ذوب بسیار بالایی در حدود 250 تا 270 درجه سانتیگراد است.

فویل ها نسبت به سایر مواد مزیت شفافیت دارند. این اجازه باعث می شود تا حدود 90٪ از نور را عبور می دهند.

مزیت دیگر توزیع تنش است. فویل های ETFE دارای رفتار توزیع ایزوتروپی الاستیک دوطرفه تنش هستند.

 

سایبان چادری – روند طراحی

فرآیند طراحی سازه چادری  توضیح داده می شود که در سه مرحله اصلی انجام می شود. به شرح زیر است:

فرم یافتن – طرح برش پارچه کششی

یافتن فرم در سایبان چادری را می توان به روش های زیر تعریف کرد:

“یافتن فرم فرایندی تکراری است که از طریق آن طراح به بهترین شکل ممکن

که اعضا بتواند تحت نیروی اولیه اعمال شده یا پیش تنیدگی برسد ، دست میابد”

فرایند یافتن فرم اساساً به شرایط مرزی و نیروی اولیه بستگی دارد که شکل سازه چادری را تعیین می کند.

تعادل استاتیک و پویا

برای طراحی سازه ، در نظر گرفتن ترکیبات مختلف بار با در نظر گرفتن بزرگی و جهت ، ضروری است.

انحنایی که با یافتن فرم به دست می آید ، گرفته شده و تجزیه و تحلیل برای بررسی انحراف های مجاز انجام شده است.

تجزیه و تحلیل پویا رابطه بین بار نوسان اعمال شده و هندسه سازه چادری را ارزیابی می کند.

از آنجا که باد عامل مهمی است ، هدف اصلی انجام تجزیه و تحلیل دینامیکی بررسی ثبات غشاء در موارد بار باد است.

الگو

یافتن الگو فرآیندی است که با استفاده از آن ، غشای سه بعدی از پیش تنش(ساختار یافت شده) به یک الگوی 2D برای طرح برش تبدیل می شود.

در این مرحله شکل تولید شده از پیش تنیدگی استفاده شده است.

بنابراین الگوی برش باید همانطور که در شکل زیر نشان داده شده کوچکتر از شکل نهایی باشد.

 

سایبان چادری – مدل سازی ساختاری و تجزیه و تحلیل

مقدمه

در این کار ، نرم افزارهای مورد استفاده اتوکد ، Dlubal RFEM5 ، فرم یاب و Mpanel هستند.

برای مطالعه مفهوم هندسه پارچه (فرم یافتن) ، با دو نوع مختلف از سازه پارچه ای با خواص مختلف نامگذاری شده است.

 

 

نتایج برای هایپر

برای هر دو مدل ، پس از تجزیه و تحلیل تغییر شکل کلی و توزیع کرنش مشاهده شده است.

 

تغییر شکل کلی

 

 

توزیع کرنش در جهت X

 

توزیع کرنش در جهت Y (Ey)

در اینجا ، در نمودارهای توزیع کرنش ، کرنش در یک الگوی توزیع می شود ، فقط مقدار تغییر می کند.

 

نتایج برای مخروط

تغییر شکل کلی

در اینجا ، در مورد ساختار مخروطی ، اثر شرط مرزی را ثابت مشاهده خواهیم کرد.

 

 

آنالیز بار باد- سایبان چادری

کلیات

همانطور که از مطالعات قبلی مشخص شده است ، بار باد برای سایبان چادری به جای نیروی EQ بسیار مهم است.

بنابراین ، کاربرد بار باد در اینجا مورد مطالعه قرار گرفته است.

برای این کار ، ساختار مخروطی با پایه و قطر بالا به ترتیب 10 متر و 1 متر ، با بیش از همه ارتفاع 7 متر مدل سازی شده است

 

استانداردها

برای بار باد بر روی غشای پارچه در سایبان پارچه ای ، ابتدا باید جهت عمل و همچنین فشار و مکش روی غشاها را در نظر بگیریم.

از آنجا که هیچ کد IS برای فشار و مکش باد وجود ندارد ، باید ضریب حاکم (Cpe) را بدانیم که تحت راهنمای طراحی اروپایی برای ساختارهای کششی سطح – ضمایم A 1.2 داده شد.

با توجه به  مقدار Cpe ، فشار باد و مقادیر مکش باد مطابق IS: 875 Part-3 محاسبه می شوند.

علاوه بر این در تجزیه و تحلیل ، قاب فولادی ساده برای پشتیبانی از غشاء مطابق با IS: 800 طراحی شده است.

 

 

بارگذاری و طراحی سایبان چادری در نرم افزار

در اینجا ، موارد بار برای تجزیه و تحلیل در نظر گرفته شده عبارتند از:

• بار باد (LC1) ،
• فشار باد (LC2)
• باد مکش باد (LC3).

طبق IS: 800 ، RF Dlubal RFEM ترکیب بار را به صورت خودکار انجام می دهد.

• الف) LC1
• ب) LC1 + LC2
• ج) LC1 + LC3

پس از تجزیه و تحلیل بار باد ، ساختار قاب فولادی مفهومی برای حمایت از غشای پارچه ، مطابق با IS: 800 طراحی شده است.

مطابق با IS: 800 ساختار بخش فولادی انتخاب شده است. IS 513 D | IS 800: 2007

 

نتیجه گیری

کلیات

از مقالات و مقالات قبلی می توان دریافت که سایبان چادری دارای مزایایی از قبیل

ساخت و ساز در مقیاس بزرگ و ساده ، دوام و ایمنی در طول عمر مفید و همچنین  طاقت تحمل نور خورشید و قابلیت کنترل حرارت است.

در تجزیه و تحلیل مشاهده شده  که ، شکل غشاء به پیش تنش یا نیروی اولیه بستگی دارد.

اما به نوع یا خاصیت پارچه بستگی ندارد.

مقادیر

به عنوان نیروی اولیه 1 KN / m و 2 KN / m اعمال می شود ، تغییر شکل غشایی ایجاد می شود.

همچنین ، با افزایش مدول Elasticity EX & EY ، سویه های Ex & Ey کاهش می یابد.

کد طراحی جدید IS برای تجزیه و تحلیل باد برای سازه چادری، به عنوان یک پیش فرض و تجربه می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

در ساختار گنبدی، فرم پارچه بستگی به شرایط مرزی دارد.

پس از تجزیه و تحلیل ، می توان اعضای فولاد را همانطور که در جدول 3 ذکر شد خلاصه کرد.

 

مراجع

1) A. Rezaei, M. Mollaert, T.D. Dinh, S. Puystiens “A study of tension fabric membrane structures under in-plane loading: Nonlinear finite element analysis and validation” Composite Structures 2016

2) Bridgens, B., Gosling, P., Birchall, M.: ‘Membrane material behavior: concepts, practice & developments’, The Structural Engineer, 2004

3) Conceptual Design and Analysis of Membrane Structures, Erica Henrysson. Department of Applied Mechanics, Division Of Material And Computational Mechanics. Chalmers University Of Technology.

 

4) Tensile Fabric Structures Design, Analysis and Construction” Task Committee on Tensioned Fabric Structures, The American Society of Civil Engineers

5) “Tensile Fabric Structures Design, Analysis, and Construction” Task Committee on Tensioned Fabric Structures, Structural Engineering Institute of ASCE.