طراحی سازه چادری – مفاهیم و مزایای سازه چادری

آشنایی با اصول سازه چادری

مقدمه

طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه 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 :

 

 

سیستم های سازه ای در قالب پوشش سقف،  برای محیط های خارج از منزل در بازارها ، مناطق پارکینگ ،

مکانهای ورزشی در فضای باز و مکانهایی که برای محافظت از مردم یا کالاهای آنها از اثرات محیطی

مانند خورشید و باران شدید ساخته شده اند ، استفاده میشوند.

بنابراین ، چنین سیستم هایی کاربردهای  زیادی داشته و هر کشور برای ساخت این سیستم ها

مصالح عظیمی از مواد را صرف می کند تا کیفیت زندگی مردم در شهرها بهبود یابد.

کاهش هزینه با طراحی اصولی سازه چادری

بنابراین ، بدیهی است که تحقیقات بیشتر در مورد این سازه های پرکاربرد

و رعایت اصول طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

پتانسیل کاهش قیمت سایبان چادری ( سازه چادری – سازه پارچه ای ) و ساختن سیستم های کارآمد را دارد.

به طور کلی سیستم های سقفی با استفاده از مواد فولادی سازه ای ساخته می شوند.

همانطور که مشهور است ، فولاد دارای خواص مکانیکی بسیار خوبی  از قبیل استحکام بالا می باشد

و در مقابل بارهای وارده بسیار سنگین همچون زلزله ها دارای مقاومت مناسبی می باشد.

با این وجود ، استفاده از فولاد در این سیستم های سقف چادری  نیز معایبی دارد.

به عنوان مثال ، به دلیل وزن واحد مواد ، سقف های تولید شده با استفاده از فولاد بسیار سنگین هستند.

بنابراین ، روند ساخت و ساز نیاز به نیروی کار، هزینه  و زمان قابل توجهی دارد.

علاوه بر این ، این نوع سقفها که با استفاده از فولاد  تولید می شوند ،در استفاده انعطاف پذیر نیستند ،

یعنی  امکان برداشتن سقف و در صورت لزوم اجرای مجدد پوشش آن وجود ندارد.

مفهوم سازه چادری – طراحی سازه چادری ( سایبان چادری -سازه پارچه ای )

در این مقاله مفهوم جدیدی در دنیا به نام “سازه های چادری” مورد استفاده قرار گرفته است

تا با کمک آنها بتوان مناطق وسیعی در فضای باز را تحت پوشش قرار داد

این مفهوم در واقع ترکیبی از طرح های مهندسی عمران و برخی از جنبه های معماری است.

به جای استفاده از موادی با سختی بالا ، سازه های کششی ، مواد غشایی را برای پوشش مناطق وسیع مورد استفاده قرار می دهند.

عناصر کابلی بارهای وارده به  غشاها  را به ستون های سازه ای و از آنجا به زمین منتقل کنند.

اگرچه مواد غشایی نسبت به فولاد دارای مقاومت کمتری هستند ، اما این سازه ها قابلیت انعطاف پذیری در استفاده ،

پوشش های سبک ، هزینه کمتر و زمان ساخت سریعتر را ارائه می دهند.

روش های کلی در طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای)

از آنجا که این سازه ها با استفاده از مواد غشایی و کابل هایی که فقط نیروهای تنش را پشتیبانی می کنندساخته شده اند ،

روش های متداول تحلیل سازه ، قادر به انجام تجزیه و تحلیل ها و طرح های آن نیستند.

در نتیجه ، برای انجام چنین طرح هایی باید از روش های محاسباتی خاص استفاده شود.

در این مقاله از نرم افزار ویژه تجاری برای بررسی رفتار سازه های کششی استفاده شده است.

سه پیکربندی مختلف برای پوشش یک منطقه گسترده استفاده شده است.

روش تجزیه و تحلیل ساختاری از این تنظیمات انجام می شود و توزیع تنش در غشاها بررسی می شود.

نتایج این مطالعه نشان می دهد که این سازه های پارچه ای  پتانسیل جایگزینی برخی از کاربردهای سقف های فلزی را دارند

تا سازه های سبک تر ، انعطاف پذیر ، کم هزینه و زیبایی بیشتر برای محیط های بیرونی منجر شوند.

کاربردها و مزایای سازه چادری 

مقدمه – ( طراحی سازه چادری – سایبان چادری – سازه پارچه ای )

سیستم های بام طراحی شده توسط سازه های کششی استفاده شده برای پوشش سقف سازه های مدرن

مانند ورزشگاه ها و مراکز خرید، به معمار فرصت ایجاد تخیل و همان شبکه کابلهای باریک را می دهد

تا قدرت لازم برای پشتیبانی از بارهای وارده به سطح را فراهم کند

فعالیتهای فضایی کاربردهای دیگری را برای مفهوم ساختار کششی ارائه می دهند زیرا وزن عامل اصلی در تعیین امکان سنجی است [1].

سایبان های چادری  و آلاچیق های چادری در مناطقی همچون  نمایشگاه در فضای باز ،محل اجرای موسیقی ، مناطق پارکینگ ،

مسیرهای ورودی ، راهروها ، تئاترها ، فرودگاه ، گنبدها  و … مورد استفاده قرار می گیرند.

این سایبان های پارچه ای به عنوان سایبان های قابل تخریب یا دائمی طراحی شده اند ،

آنها به عنوان یک فویل برای  جذب روشنایی به خوبی عمل می کنند

لزوم استفاده از طرح های معماری در شهر ها

پس از جنگ ، معماران ، مهندسین و کارآفرینان جوان به جای آن به دنبال بخش جدیدی از سازه های چادری بودند.

این موضع از آن جهت دارای اهمیت ویژه ای بود که با کمترین مواد و انرژی ،

شهرهای ویران شده را به روشی مؤثرتر و زیبا تر در آن زمان بازسازی کنند[2].

امروزه برای نخستین بار به رسمیت شناخته شده است که حفاظت و مراقبت از طبیعت

و یک محیط پایدار باید با کمک انتخاب و طراحی فرم های معماری باشد.

حفظ و حراست از خانه بنیادی بشر بسیار ضروری است [3].

ساختار اصلی در طراحی سازه های چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

کلیات طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

ساختار کششی از مواد کششی ، کابل ها و اتصالات  ساخته شده است ،

که در آن هیچ خمشی ، فشاری  و پیچ خوردگی وجود ندارد بلکه فقط نیروهای / تنش های کششی وجود دارند.

معمولاً به دلیل ویژگیهای سبک وزن مصالح سازه ای، از آن به عنوان یک ساختار بزرگ استفاده می شود.

از طریق ساختارهای تنشی در اندازه ، مقیاس ، شکل و فرم های مختلف می آیند ، همه آنها از همان عناصر اساسی تشکیل شده اند: [4]:

عناصر اساسی مورد توجه در طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

• اعضای پارچه ای سبک و انعطاف پذیر ، برای پایدار بودن و معمولاً به عنوان عنصر بام استفاده می شوند ،

• عناصر خطی انعطاف پذیر مانند پیوندها یا کابل ها ، که معمولاً در مرزها یا لبه ها استفاده می شوند ،

• اعضای حامی سفت و سخت مانند دکل ، قاب ، حلقه ، قوس و تیرهای لبه ، که معمولاً بارهای فشاری را منتقل می کنند.

این تکیه گاه های صلب معمولاً از مصالح ساختمانی سنتی مانند فولاد ، بتون و چوب ساخته می شوند.

روش های مختلفی برای طبقه بندی ساختار سازه غشایی کششی وجود دارد. لوئیس [5] آنها را به سه گروه اصلی تقسیم کرد:

طبقه بندی در طراحی سازه های چادری

1- غشاهای کششی مرزی

غشاهای کششی مرزی ، از جنس غشای اصلی بوده و وظیفه پوشش برای کابلهای کششی را برعهده دارد

عناصر مرزی بخش مهمی از ساختار تنش هستند زیرا شکل و ماهیت نه تنها برای عملکرد کشش در حاشیه ،

بلکه تاثیر مستقیمی در عملکرد کششی و سطح نهایی سازه غشایی دارد [5 ، 6].( طراحی سازه چادری)

تحت فشارهای تحمیلی ، مانند باد و برف ، تنش در سطح می تواند افزایش یابد و طراحی غشاهای تنشی

برابر است با هدف حفظ کشش اولیه در حدود 1/20 از قدرت پارگی پارچه ( تنش کششی نهایی ) [5].

2-سازه های پنوماتیک یا سازه های بادی

سازه های پنوماتیک یا “سازه های بادی ” غشاهای نازکی هستند که تحت فشار هوای داخلی ایجاد می شوند.

شکل آنها بسیار تحت تأثیر تفاوت فشارهای خارجی و داخلی است که به طور مداوم تغییر می کند ،

در نتیجه تغییر دمایی که در  شرایط بارندگی و باد و برف رخ می دهد باعث تغییرات در انها می گردد

لذا بالشتکهای هوایی برای حفظ فشار داخلی بین 0.2 KN / M2 و 0.55 KN / M2 طراحی شده اند.( طراحی سازه چادری )

3- شبکه کابل و تیر های کابل

شبکه های کابل را می توان به طور مستقیم با استفاده از تکیه گاه های صلب

مانند تیرهایی به شکل حلقه فشاری یا کابل های لبه انعطاف پذیر ایجاد کرد.

آنها می توانند با استفاده از روکش متداول ، به شکل ساختار معلق تثبیت شوند یا در بتن قابل محافظت باشند.

فرصت ایجاد شکل ساختاری جدید بسیار زیاد است. اگر شبکه کابل کششی بخشی از پوسته بتونی را تشکیل دهد ،

دیگر یک ساختار تنش سبک نیست و مزیت انعطاف پذیری از بین می رود.

با این حال ، به دلیل سبکی و شکل ظاهری ، اشکال سازه های شبکه کابل به اشکال صلب تبدیل می شوند ،

همانطور که در مورد چادرهای بتونی ساخته شده در خاورمیانه در سال1991 ساخته شده است [5].( طراحی سازه چادری )

تفاوت اصلی بین شبکه های کابل و سازه های پارچه ای  ، از نظر ساختاری این است که

ساختارهای پارچه ای قادر به حفظ نیروهای برشی غشایی هستند در حالی که شبکه های کابل به دلیل تغییر شکل پذیری اینگونه نیستند.

مزایای ساختارهای غشایی کششی – بر اساس طراحی مناسب سازه چادری

کلیات

علاقه فزاینده به سازه های پارچه ای کششی را می توان به مزایای زیر نسبت داد:

در صورت استفاده از فرم های ساختاری مناسب و به خوبی طراحی شده ،

این ساختار می تواند به نقاط دیدنی معماری بسیار جذاب تبدیل شود.

بسیاری از سازه های معماری پارچه به گونه ای طراحی شده اند که در صورت وجود خطر طوفان می توان پارچه را از آن جدا کرد.

این کمک می کند تا از آسیب دیدن یک سازه به روشی که با سازه های ساختمانی سنتی امکان پذیر نیست جلوگیری کند.

به دلیل منحصر به فرد بودن و اصالت آنها ، ساختارهای پارچه ای می توانند توجه بیشتری را به یک تجارت جلب کنند.

اضافه کردن علائم جذاب و آرم برای کمک به تبلیغات مشاغل نیز جزو نقاط قوت این سازه های چادری می باشد.

مزایا

برخی از مزیت های این سازه های چادری به شرح ذیل است:

                  • وزن آنها سبک است و با هزینه نسبتاً کم می توان آنها را حمل کرد.
                  • این سازه ها می توانند برای پوشش مناطق بزرگ با هزینه های بسیار رقابتی در واحد سطح مورد استفاده قرار گیرند.
                  • این اشکال ساختاری منجر به سازه هایی می شود که نیازی به در نظر گرفتن خم شدن یا کمانش ندارند
                  • این سازه ها ممکن است از پیش ساخته بوده و با کارآمدترین روش تولید شوند.

 

طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

ملاحظات طراحی

طراحی سازه های غشایی کششی با ملاحظات متعددی همراه است که نیازی به ساخت ساختارهای معمولی نیست.

اینها شامل شرایط بار و شرایط خاص آب و هوایی ، در دسترس بودن مواد و نیروی کار ، عملکرد صوتی ،

محافظت در برابر آتش ، استفاده از انرژی و چراغها و همچنین نگهداری مواد ، دوام و بازرسی دارد.

تیرها و ستون های موجود در این سازه ها می توانند در برابر فشارهای محوری ، برشی و خمشی مقاومت کنند.

از طرف دیگر ساختارهای پارچه ای آنقدر سبک هستند که جاذبه اثر جدی بر عملکرد آنها ندارد.

بنابراین بحث در مورد رفتار یک کابل واحد می تواند به نشان دادن ویژگی های رفتاری خاصی از غشای پارچه کمک کند.

برای درک این رفتار ، پرتوی یکنواخت بارگذاری شده و نمودار لحظه خمش را در شکل 1 در نظر بگیرید.

شکل 1. نمودار تیر یکنواخت و نمودار لحظه ای

 

حال کابل با یکنواخت بارگذاری شده و شکل انحراف یافته را در شکل 2 در نظر بگیرید ،

ѡ بار در طول واحد ، L طول کل کابل ، h حداکثر انحراف عمودی در خط میانی است و H و V به ترتیب نیروهای واکنش افقی و عمودی هستند.

شکل 2. کابل بارگذاری شده یکنواخت

فرآیند طراحی غشای کششی به شرح ذیل می باشد

 

شرح روند طراحی غشای کششی در شکل 3 ، از مقدماتی تا تحقق ساختار ، نشان داده شده است.

شکل 3. روشهای چگالی نیرو

نمونه هایی از طراحی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

مش طراحی غشا کششی

نمونه ای از سه نوع غشای کششی که با استفاده از نرم افزار Forten2000 طراحی شده اند ، شامل کلیه طراحی فرآیند غشای کششی است.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است ، نوع غشاهای کششی مرزی مراحل نوع مرزها را نشان می دهد.

در شکل 4 مراحل مرزی با قطب مش و Tri-mesh قبل از یافتن فرم نشان داده شده است ،

در شکل 5 مرزها را نشان داده و پس از یافتن فرم سایه می زنند و یا بعد از پیدا کردن فرم نمای کلی ساختار را نشان می دهند.

شکل 6 طرح نهایی را نشان می دهد که تنش غشایی (σ11) یافتن فرم را نشان می دهد.

نشان داده شده در شکل 6 ، تنش غشایی (σ11) پس از یافتن فرم برای نوع مرز تغییرات غشای کششی بین 0 کیلوگرم بر متر و 1348.259 کیلوگرم بر متر.

مراحل مشابه برای انواع دیگر مش طراحی غشاء کششی

شکل 7 مرحله نهایی شکل نمونه مخروطی با دکل وسط نوع دوم طراحی غشاء کابلها و پرتوهای کابل را نشان می دهد.

همانطور که در شکل 7 مشاهده می شود ، تنش غشایی (σ11) یافتن فرم بین 0kg / m و 981.187kg / m است.

شکل 8 ، به عنوان مثال ساختارهای پنوماتیک نشان داده شده است ،

همانطور که تنش غشایی (σ11) از محدوده یافتن فرم بین 6/95 959 کیلوگرم بر متر و 620.575 کیلوگرم بر متر مشاهده می شود.

دامنه استرس کمتر از انواع دیگر به دلیل نازک بودن غشاء ، استرس زیادی ندارد.

شکل 4. مش قطبی مرزی (A) قبل از پیدا کردن فرم (B) مش سه تایی قبل از پیدا کردن فرم

شکل 5. مرزها و سایه پس از پیدا کردن فرم

شکل 6. تنش غشایی (σ11) یافتن فرم برای غشاهای کششی مرزی

شکل 7. تنش غشایی (σ11) یافتن فرم برای شبکه های کابل و کابل

شکل 8. تنش غشایی (σ11) یافتن فرم برای ساختارهای غشای پنوماتیک.

نتیجه طراجی سازه چادری ( سایبان چادری – سازه پارچه ای )

نتیجه گیری کلی

سازه های غشایی کششی فصل جدیدی از تاریخ سازه های ساختمان را نشان می دهند.

تحولات در طراحی سازه غشای کششی می تواند به طرز چشمگیری روش مفهومی سازی ساختمان دائمی ساختمان را تغییر دهد.

تغییرات کوچک در ابعاد یا مشخصات یک ساختار سازه پارچه ای  معمولاً منجر به طراحی بهتر و کاملتری  می شود.

ظهور فن آوری رایانه معماری کششی را دچار تحولات اساسی کرده است.

امکان محاسبه دقیق فرم و مقادیر برای طرحهای پیچیده تر پروژه ، از توانایی های نشات گرفته از سیستم های کامپیوتری است.

برای مطالعه بیشتر در مورد ساختارهای غشایی کششی ، لازم است یک نرم افزار تجزیه و تحلیل مهندسی و طراحی مهندسی تهیه کنید.

نکات کلیدی در توسعه نرم افزار تجزیه و تحلیل مهندسی برای سازه های غشایی کششی این است که

نباید هیچ محدودیتی را در روند طراحی قرار داد ، باید قیاس فیزیکی روشنی داشته باشد ،

باید یکپارچه سازی هندسه به کمک رایانه ، روشهای ساختاری و بهینه سازی و از همه مهمتر ، با درک کامل توسط مهندسی را پشتیبانی کند.

مراجع

 [1] Bogner F.K., (1968). Analysis of tension structures. Bell Telephone Laboratories, Incorporated Whippany, Report No: AFFDL-TR-68- 150,New Jersey.

[2] Ishii K., (1999). Membrane designs and structures in the world. Shinkenchikusha Co., Ltd., Tokyo.

[3] Zhang J., (2005). Optimization Problems for Design and Maintenance of Forces and Shape of Tension Structures. M.Sc. thesis, Department of Architecture and Architectural Engineering, Kyoto University, Japan.

[4] BAKBAK D., (2011). Architectural Form Design and Structural Analysis of Tensile Structures. M.Sc. thesis, Department of Civil Engineering, Gaziantep University, Turkey.

[5] Lewis W. J., (2003). Tension structures: form and behaviour, Thomas Telford, London. [6] Kronenburg R., (1996). Portable Architecture. Architectural Press

 

Visits: 1223