سایبان پارچه ای

طراحی و تحلیل سازه های کششی

از آنجایی که سازه های چادری نسبتاً جدید برای دنیای مهندسی هستند ، منابع نسبتاً محدودی در مورد چنین سازه هایی موجود است. این مقاله مباحثی را که شامل طراحی و تجزیه و تحلیل سازه های پارچه ای کششی شده است، مرور می کند.

ابتدا ، مروری بر اساس مفهومی غشاهای کشیده شده ، و همچنین اشکال مختلفی که با استفاده از دستکاری مفاهیم اساسی شکل می گیرند، مورد بحث قرار می گیرد.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

آنچه در این مقاله می‌خوانید

از آنجا که خواص مواد نقش کلیدی در دوام سازه های پارچه ای کششی ایفا می کند، ویژگی های مواد ایده آل و همچنین پارچه های موجود توضیح داده شده است. هم استحکام مصالح بکار گرفته شده و هم ملاحظات بار برای طراحی بیان شده است.

در ادامه این گزارش فرایند ارزیابی تقریبی محدوده یک پروژه و همچنین انواع تجزیه و تحلیل غیر خطی که باید انجام شود و روش های مورد استفاده برای انجام آنها توضیح داده می شود. این گزارش با جزئیات اتصال کلیدی که باید برای یک ساختار پارچه ای کششی موفق در نظر گرفته شود، خاتمه می یابد.

 

مقدمه

سازه های پارچه ای هزاران سال است که وجود دارد. با این حال ، تنها در پنجاه سال گذشته این “چادرها” به ساختارهایی تبدیل شده اند که از ویژگی های ساختاری ذاتی غشا استفاده می کنند.
در حالی که سازه های پارچه ای کشیده برای مهندسان برای تحقق مواد در حداکثر توان خود جذاب هستند، اما هرگز شگفت زده معمار در شکل و طراحی آزاد آن نمی شوند.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

عدم وجود اطلاعات کافی برای مقایسه

با این حال ، به دلیل ماهیت ساختارهای غشایی ، یک روش معمول طراحی و تجزیه و تحلیل کافی نیست. علاوه بر این، با داشتن سابقه ای کوتاه از نیم قرن، اطلاعات نسبتاً کمی در مقایسه با سازه های معمولی در دسترس است.

همه چیز از انتخاب مواد، ملاحظات بار گرفته تا روش تجزیه و تحلیل و اتصالات ساختاری باید برای نیازهای خاص ساختارهای غشایی کشیده طراحی شود.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

بررسی انواع سازه غشایی

به منظور درک کامل جنبه های طراحی و تجزیه و تحلیل ساختارهای غشایی کشیده شده، نه تنها باید مبنای مفهومی و رفتار غیر خطی 5 سازه را درک کرد، بلکه ویژگی های مواد و جزئیات ارتباط بین عناصر مختلف را نیز باید درک کرد. همچنین باید موارد زیر نیز در نظر گرفته شود :

1. مفهوم و فرم 1.1 توسعه مفهومی استفاده از مواد در خم شدن عناصر ناکارآمد است. الیاف داخلی هرگز به QI2IIIETI نمی رسند

2. انواع ممبران سازه های غشایی ، شامل پارچه کشیده و ساختار نگهدارنده ، می توانند از 3 تا 20 متر تا دهانه بیش از 200 متر را شامل شوند.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

طراحی برای دهانه های بزرگ

برای دهانه های بیش از 200 متر ، پارچه توسط کابل هایی با فولاد یا هوا پشتیبانی می شود به طوری که دهانه پشتیبانی نشده پارچه در واقع کمتر از 30 متر است. چندین سیستم برای سیستم های پارچه ای کشیده شده اتخاذ شده است.

با حفظ مفهوم طراحی پارچه کششی ، هر سیستم منحصر به فرد است. این سیستم ها را می توان با یکدیگر ترکیب کرد تا طرح های جالب و حتی پیچیده تری ایجاد شود. در این بخش، سیستم هایی که برای غشاهای ضد پلاستیک طراحی شده اند مورد بحث قرار خواهند گرفت.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

سازه های قوسی

2.1 ساختارهای پشتیبان قوس شکل غشای دارای قوس متشکل از زین با یک مرز منحنی و سه مرز منحنی است که در شکل 4 مشاهده می شود. این پیکربندی از نظر مفهومی بسیار دلپذیر است زیرا غشا در کشش کامل کار می کند در حالی که قوس در حالت ایده آل در فشرده سازی کامل کار می کند.

این سیستم ها می توانند برای بازه های حدود 25 فوت کاملاً کارآمد طراحی شوند. برهم کنش بین غشا و قوس ، که انحنای زین پارچه را ایجاد می کند ، مقاومت کافی را در برابر کمانش برای طاق های کوتاهتر ایجاد می کند. برای رسیدن به این هدف ، طاق باید نسبتاً سفت باشد.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

سازه های پشتیبان

با استفاده از شکل 4 : سازه های دارای قوس دارای اعضای فولادی لوله ای با خم شدن کم زین با یک مرز منحنی و سه سختی لازم است. عوامل دیگر، مرزهای مستقیم (هانتینگتون ، 2004) مانند سطح مقطع اعضای فولادی لوله ای ، هندسه ساختاری و خواص و پیش تنیدگی غشا می تواند بر میزان تعامل موفق و انتقال بارها بین غشا کشیده است.

شکل 5: نیروهای تثبیت کننده یک ساختار پشتیبان قوسی (Koch et al.، 2004) ساختار حمایتی در فشرده سازی. علاوه بر این ، حفظ جهت پیچ خورده (سفت تر) غشا در زاویه راست قوس و طراحی برای تکیه گاه های قوسی لولایی در این طرح ضروری است.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

ترکیب طراحی قوسی و غشاء

طراحی موفق ساختار غشا و قوس منجر به نیروهایی می شود که در شکل 5 نشان داده شده است و قوس را تثبیت می کند. برای بازه های طولانی تر، تثبیت بین دو سیستم کافی نیست. بنابراین، قوس ها باید استحکام خود را افزایش دهند-این معمولاً با طراحی عناصر خرپایی چند وتر انجام می شود.

در حالی که این امر سفتی خمشی را افزایش می دهد ، اتصال به زمین به گونه ای است که تفاوتهای جزئی با بارگذاری قوس باعث ایجاد نیروهای واکنش ناخواسته نمی شود.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

معایب سازه های قوسی

سیستم های سقف قوسی در مقیاس بزرگتر دارای معایب خاصی هستند ، زیرا به دلایل مختلف ، شکل ایده آل یا دایره ای قابل درک نیست. اول، هنگام پیدا کردن فرم، بارهای زنده مانند بارهای برف و باد که همیشه وجود ندارند، با بارهای ناشی از بارهای پیش تنش و بارهای مرده در نظر گرفته می شوند. همچنین ، بار نامتقارن که با occurs 7- ~ ~ r رخ می دهد.

شکل 6: تغییرات ساختارهای قوسی مورد مطالعه Frei Otto (رولند ، 1970)

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

تأثیر برف و باد بر سازه های چادری

برف و باد 4 فوت تنش های خمشی را بر قوس ایجاد می کند. ثانیاً، تثبیت سقف قوسی ضروری است و در مواقعی کاملاً دشوار است. با این حال، همانطور که قبلاً مورد بحث قرار گرفت ، غشاء می تواند به تثبیت قوس کمک کند. بنابراین، پایه می تواند و باید به عنوان یک لولا به هم متصل شود تا از نیروهای واکنش زیاد در پایه جلوگیری شود که می تواند به ساختار آسیب برساند.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

ملاحظات در طراحی ساختارهای غشایی

2.2 سازه هایی با پشتیبان اولیه سطوح زین نیز می توانند در غشاء بوسیله تکیه گاههای اصلی ایجاد شوند که بر خلاف سیستم دارای قوس ، در یک سطح قرار ندارند. باید مراقب بود که کابل بدون توجه به بارگیری در حالت کششی باشد.

نمونه ای از ساختارهای نگهدارنده نقطه اولیه ، ساختار مخروطی ساده ای است که از یک دکل در مرکز غشا تشکیل شده است. این را می توان در گروه ها تکرار کرد تا مساحت بیشتری از فضا را در بر گیرد.

اگرچه این می تواند بسیاری از برنامه ها را برآورده سازد و بیشترین طیف را ارائه دهد ، وجود یک عنصر ساختاری بزرگ در مرکز منطقه مورد استفاده می تواند ناخوشایند و مانع شود.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

روش های طراحی

یک راه حل برای این امر طراحی پست پادشاه است. در این طرح ، کابل ها از پایین دکل پشتیبانی می کنند که – قبل از برخورد با زمین خاتمه می یابد. کابل ها ، به نوبه خود ، V بارها را به سمت بالا – به بیرون ساختار – – – – – منتقل می کنند.

4-1 شکل 7: تغییرات ساختارهای پشتیبان اولیه مورد مطالعه Frei Otto (رولند ، 1970) شکل غشای قیف نمونه دیگری از ساختار تکیه گاه نقطه اولیه است که غشای مخروطی را معکوس می کند 11-~ U .- = — ‘-*—-. – — – – ~ – – – – – – – – – – – فرم.

نقاط بالا نیروهای نزولی و نقاط پایین نیروهای صعودی را به خود می گیرند. هنگام طراحی این سیستم سازه ای ، مسائل کلیدی باید مورد توجه قرار گیرد. یکی ، تأثیرات غشا بر پایداری جانبی باید مورد بررسی قرار گیرد تا بتوان هرگونه سازه تکیه گاه باربر مورد نیاز را طراحی کرد. سناریوهای بارگذاری مختلف، به ویژه بارگذاری نامتقارن و خرابی باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

اضول و ملاحظات

2.3 سازه های خط الراس و دره مفهوم سازه های خط الراس و دره بر ایجاد زین خفیف با گذاشتن کابل در یک الگوی مجاور با انحنای مخالف استوار است.
غشاء توسط خطوط متناوب و کابل های دره ایجاد و مهار می شود.

شکل 8: تغییرات ساختار خط الراس و دره مورد مطالعه Frei Otto (رولند ، 1970)

انحنای ایجاد شده بسیار کوچک است و بنابراین این نوع ساختار را نمی توان در همه شرایط تحقق بخشید. بسیاری از آزمایشات و سناریوهای بارگیری باید قبل از تصمیم گیری در مورد امکان این نوع طراحی ، مورد بازبینی قرار گیرند.
12 2.4 سازه های دکل در سازه های پارچه ای کشیده شده که ساختار نگهدارنده از دکل ها تشکیل شده است ، پارچه از کابل هایی که از دکل ها یا سایر عناصر فشاری آویزان شده اند، معلق است. این نوع سیستم برای سقف های با طول طولانی ایده آل است.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

انواع ساختارهای غشایی

اشکال مختلفی از ساختارهای دکل وجود دارد. سه شکل اصلی به شرح زیر است: دکل با تکیه گاه های لولایی تثبیت شده با پایه های کابل ، دکل ها با تکیه گاه های لولایی تثبیت شده توسط غشاء و دکل ها با تکیه گاههای ثابت.
دکل ها باید بارگذاری محوری و بار جانبی و بارهای مرده (برای دکل های زاویه دار) را تحمل کنند. برای مقاومت در برابر کمانش ، که دکل ها در نتیجه افزایش نیروهای محوری بسیار مستعد هستند.
شکل 9: یک ساختار پشتیبانی دکل در لحظه تنش ، دکل ها در شبکه های (کوچ و همکاران ، 2004) ساخته می شوند. پایه لولایی باید بتواند در هنگام چرخش دکل ها بچرخد ، اما پس از 2 درجه چرخش ، لولا باید قادر به سر خوردن باشد. در ساخت و ساز و مصالح باید دقت شود تا اصطکاک زیاد مانع این عمل نشود.

 

طراحی و تحلیل سازه های کششی

تکنیک ها

به منظور جلوگیری از شکست های مشابه اثر دومینو ، باید از تکنیک های تحلیلی استفاده کرد. آزمایش ماژول های مقیاس کامل نیز می تواند برای تأیید ایمنی چنین سازه ای مورد استفاده قرار گیرد.
نمونه ای از سیستم دکل ، گنبد هزاره در گرینویچ انگلستان است که 80000 متر مربع را پوشش می دهد. این یک ماژول واحد است که از 12 دکل فولادی خرپایی تشکیل شده است که کابل ها از 72 خط کابل شعاعی پشتیبانی می کنند. کابلهای تثبیت کننده به غشاء و نقاط پایین آن متصل شدند
شکل 10: دکل های دکل برای مقاومت در برابر نیروهای باد و بالا آمدن.

 

منابع

راهنمای پایان نامه: Jerome J. Connor عنوان: استاد مهندسی عمران و محیط زیست

طراحی و تجزیه و تحلیل سازه های پارچه ای کششی توسط میریام یون سون ارسال شده به گروه مهندسی عمران و محیط زیست در 18 مه 2007 ،

در برآورد جزئی الزامات درجه کارشناسی ارشد مهندسی در مهندسی عمران و محیط زیست

تصویر شماره دو (2) – نمایی از سایبان های چادری