آشنائی با سازه های چادری

سازه‌های غشایی که سازه چادری یا سازه پارچه‌ای نیز نامیده می‌شود، 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.

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.

مزایای سازه‌های غشایی (چادری)

دوام و طول عمر بالا در شرایط جوی مختلف، برای متریال‌های مرغوب پارچه تا 35 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 وسایه اندازی خوب.

فرم‌های سازه‌های چادری

برای انتقال نیروهای عمود بر سطح پارچه مانند بار باد به سمت بالا و بار برف به سمت پایین می‌بایست 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 آنتی کلاسیک 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 تشکیل شده‌اند.

- 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.

- خیمه (Conic):

در این نوع از سطوح با استفاده از انحنا در سطح پارچه نیروها به دو سمت سطح انتقال پیدا می‌کنند. 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.

- 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.

مراحل پیاده سازی و نکات فنی سازه های چادری

طراحی اولیه و فرم یابی: در طراحی سازه‌های پارچه‌ای می‌بایست 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 فوندانسیون: 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 لایه‌ها، نوع خاک زمین و شرایط آب و هوایی منطقه، می‌توان تیپ و ابعاد شالوده را انتخاب و مشخص کرد. ابعاد پی‌ها به میزان برف و وزش باد و نوع خاک محل بستگی دارد.
طراحی الگو و جوش پارچه: پارچه‌های مورد استفاده در این سازه‌ها، طی یک پروسه صنعتی تولید می‌ شود و در تولید آن از مدرن‌ترین تکنولوژی‌ها و استانداردها استفاده می‌شود. برای تولید پارچه‌های روکش دار باید استانداردهای 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 وظیفهٔ انتقال بار غشا به فونداسیون و سپس زمین را برعهده دارند. این عناصر به‌طور عمومی سازه نامیده می‌شوند. سازه‌ها 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 سازه‌های پارچه ای و غشایی طی می‌شود، رنگ آمیزی سازه و اتصالات می‌باشد . 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 سازه‌های غشایی، در لبه‌ها و مرزهای غشا، این قسمت‌ها نیاز به طراحی و مقاوم سازی ویژه دارند.
انتخاب تجهیزات نصب: در نصب سازه‌های غشایی به دلیل نحوه نصب پارچه، که نیاز است به تدریج و به صورت یکنواخت و از تمامی تکیه گاه‌ها، به پیش تنیدگی نهایی خود برسد، می‌بایست از نیروهای متخصص در این ضمینه به همراه تجهیزات مناسب برای این امر استفاده کرد.

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 شود و هیچ گونه فعالیت عمرانی در محل انجام نمی‌شود. 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 یکپارچه به‌طور یکنواخت به تکه پارچه کناری منتقل شود و موج یا پارگی بر روی آن اتفاق نیفتد، به‌طور کلی ما سه روش اصلی برای اتصال پارچه‌های کششی به یکدیگر داریم:

چسب پارچه
دوخت صنعتی
جوش پارچه

آشنائی با برخی پروژه های سازه چادری در ایران

آمفی تئاتر آب و آتش تهران

بازار گل ابریشم تهران

رستوران جزیره پارک آب و آتش

بوستان بانوان نرگس تهران

آشنائی با برخی پروژه های سازه چادری در جهان

مرکز آکواریوم پکن

فرودگاه بانکوک تایلند

سقف گنبد هزاره

ترمینال حجاج عربستان

طراحان هنگام بازدید از این منطقه به این مسئله پی بردند که انسان‌های بدوی ساکن در این منطقه آموخته بودند که زندگی در زیر سایه چتر در گرمای عربستان بهتر از ماندن در ساختمانی محصور و داغ می‌باشد و همچنین به عقیده طراحان تهویه مکانیکی هوا و نورپردازی ساختمان موردنیاز ترمینال با توجه به اوج استفاده دریک دوره کوتاه بسیار گرانقیمت می‌باشد. تمامی این دلایل معماران رابرآن داشت تا از یک سقف پارچه‌ای نیمه شفاف و پخش‌کننده نور برای ترمینال استفاده کنند. این فرم طبیعی چادر، در شب باعث انعکاس نورها به بالا می‌شود و مانع از ایجاد خیره گی درشب می‌شود و فرم و ارتفاع چادرها از جریان طبیعی هوا برای ایجاد سرما از طریق تهویه بیرون و درون از طریق بازشو های مرکزی در تابستان بهره می‌برند. این چادرها سطحی بیش از ۴۳۰ هزار مترمربع را پوشش می‌دهند. مدول اصلی یک پوسته چادری مربع شکل به ضلع ۳۹٫۴ مترمی باشد.