سازه های غشایی (پارچه‌ای)

 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 این امکان فراهم شده تا پارچه هایی با ترکیبات متفاوت و مقاوم در برابر شرایط محیطی تولید شود. 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 و قابلیت تمیز شوندگی خوبی را دارا باشد

دنیای پردازش آنلاین:  طی سال های اخیر استفاده از سازه های کششی – پارچه ای در سراسر دنیا با استقبال روبرو شده است. سازه‌های غشایی که سازه چادری یا سازه پارچه‌ای نیز نامیده می‌شوند، 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… و یا به شکل سایه بان در فضاهای عمومی و شهری داشته‌اند.

جنس مصالح استفاده شده در سازه های پارچه ای نسبت به سایر مصالح ساختمانی بسیار متفاوت است. وزن سبک آن ها به همراه تنوع در شکل و ساختار باعث شده تنوع بسیار زیادی در طراحی معماری این سازه ها بوجود آید. 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.

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 این امکان فراهم شده تا پارچه هایی با ترکیبات متفاوت و مقاوم در برابر شرایط محیطی تولید شود.

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 و قابلیت تمیز شوندگی خوبی را دارا باشد.

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 ضمانت کارخانه سازنده هستند؛ بنابر این شناخت این ویژگی‌ها و تفاوت‌ها جهت انتخاب ماده مناسب از سوی طراحان و مهندسین، امری ضروری می‌نماید.

تعریف سازه‌های چادری

غشا، ورقه‌ای نازک ازماده است که تنها دربرابر کشش مقاومت دارد و دربرابر فشاروخمش هیچ مقاومتی ندارد، پارچه را می‌توان بهترین نمونه ازغشاهاوسازه چادری نام برد.
سازه چادری از دو جز تشکیل شده است؛

پارچه:
پوسته کششی نازکی است که نیروی کششی را انتقال می‌دهد.

عناصر فشاری:
قوس‌ها و ستون‌ها که نیروی فشاری را انتقال می‌دهند.
لبه ی چادر همواره تمایل به لرزیدن درمقابل نیروهای باد وسایرنیروهارا دارد، به همین علت معمولاًً لبه چادررابه صورت مقعر می‌سازند که همواره درکشش باقی بماند واز پارگی آن جلوگیری شود.

سازه چادری ازجمله سازه‌هایی است که فرم سازه دقیقاًً منطبق با عملکرد سازه است. با طراحی این سازه‌ها به صورت یک سازه کابلی با انحنای مضاعف توانایی باربری وطول عمر این سازه هابسیار بالا می‌رود.
طراحی ساختمان با سازه چادری باطراحی ساختمان‌های ساده بسیار متفاوت است.

درطراحی این سازه‌ها نمی‌توان ابتدا پلان بنارا کشید وسپس آن را اجرا کرد. دراین نوع سازه‌ها، درگام اول طرح اولیه‌ای متناسب با عملکرد ارایه می‌شود، سپس با ساخت ماکتی شکل کلی آن را مشخص کرده و بعد به تحلیل کلی سازه می‌پردازند ودرنهایت تمامی جزییات سازه را طراحی می‌کنند.

 

 

درحالت کلی دراین نوع سازه‌ها غالباً چادرتوسط ستون مرکزی نگاه داشته می‌شود.(در این حالت برای جلوگیری از پارگی درپارچه ستون به صورت قارچی اجرا می‌شود). درحالت‌های دیگر از قوس‌ها، کابل‌های زنجیرواره، ترکیب سیستم فشاری وکابل‌های زنجیرواره نیز دیده می‌شود.

طول عمر این چادرها حداقل ۲۰ سال در شرایط آب و هوایی بسیار بد تخمین زده می شود و همچنین 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 به کار گرفته شده اند.

سازه های پارچه ای علاوه بر کاربری سقف، در پیاده‌روها و ورودی ها نیز استفاده می شوند.
به دلیل ظاهر زیبای این سازه ها به کارگیری آن ها در سالن ها و استادیوم های ورزشی نیز بسیار مورد استقبال قرار گرفته است.

برای مثال استادیوم های فوتبال (Arianz arena) در شهر مونیخ و (Hampshire Rose Bowl) در شهر ساوت همتون از نمونه های بسیار زیبا و موفق این سازه های چادری محسوب می شوند.
در ایران نیز طی سال های اخیر استفاده از سازه های پارچه ای مورد توجه طراحان و پیمانکاران قرار گرفته است.

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 هستند.

آمفی تئاتر بوستان جوانمردان نیز به زیربنایی بالغ بر 1500 مترمربع با استفاده از سازه های چادری در بوستان جوانمردان ایران در حاشیه اتوبان همت تهران در سال 2011 احداث گردید.
از مشخصات بارز این سازه، می توان به دهانه های بلند و بدون ستون میانی با استفاده از سازه های خرپایی آن نام برد.

ترمینال حجاج جده

طراحان هنگام بازدید ازاین منطقه به این مسأله پی بردند که انسان‌های بدوی ساکن دراین منطقه آموخته بودند که زندگی درزیر سایه چتر درگرمای عربستان بهترازماندن در ساختمانی محصور وداغ است وهمچنین به عقیده طراحان تهویه مکانیکی هوا ونورپردازی ساختمان موردنیاز ترمینال باتوجه به اوج استفاده دریک دوره کوتاه بسیارگران تمام می شود. تمامی این دلایل معماران رابرآن داشت تا از سقفی پارچه‌ای نیمه شفاف وپخش کننده نور برای ترمینال استفاده کنند.

ترمينال حجاج فرودگاه «ملك عبدالعزيز» با 210 چادر فايبرگلاس سفيد كه گرماي وحشتناك عربستان را به محيطي دلچسب براي زایران تبديل مي‌كند در رتبه اول بهترين فرودگاه‌هاي دنيا قرار دارد.
210 چادر فايبرگلاس اين ترمينال فرودگاهي كه بيش از 80 هزار زایر را در خود جاي مي‌دهد، بدون نياز به هواكش‌هاي گرانقيمت مي‌تواند دماي هواي تا 50 درجه را براي زائرين به محيطي خنك تبديل كند.

انواع سقف های جمع شونده چادری (پوشش پرگولا)

استفاده از سازه چادری به عنوان سایبان یکی از متداول ترین کاربردهای این نوع سازه محسوب و در بسیاری از موارد که استفاده از سازه های ثابت مورد نظر کارفرما نبوده سایبان متحرک به عنوان گزینه ای جایگزین برای این منظور پیشنهاد می شود.

در بسیار از کاربردهای از جمله سقف کافی شاپ، آمفی تئاتر و استادیوم، کارفرمایان سازه متحرک را ترجیح می دهند. سقف بازشو در بسیاری موارد قابلیت استفاده از فضای باز در شرایط مناسب آب و هوایی و تامین سقف در شرایط بارانی و برفی را برای استفاده کنندگان را فراهم می آورد. به صورت کلی، سقف کششی پارچه ای در دو حالت کلی قابل اجرا است که در ادامه انواع آن ها بررسی شده است.

سقف پارچه ای متحرک هیدرولیکی

 

سازه پارچه ای کششی متحرک هیدرولیکی در موارد بسیار خاصی در سراسر دنیا به کار گرفته شده اند. این سازه به عنوان سقف متحرک بازشو در اماکن عمومی مانند ورودی مساجد و صحن های مساجد به کار گرفته شده است. از بزرگ ترین نمونه های سقف چادری متحرک می توان به پروژه های مسجد النبی اشاره کرد.

پروژه مسقف کردن صحن مسجد النبی (ص) یکی از بزرگ ترین و جسورانه ترین پروژه های سقف بازشو است. این پروژه توسط شرکت آلمانی (Rasch) با همکاری شرکت معماری (SEFAR) طراحی و اجرا شده است.
تمامی سقف های متحرک پیش بینی شده تا سال ۲۰۱۰ به اتمام رسید.

این سازه های چادری با 0 متر ارتفاع، حدود ۱۴۳ هزار متر مربع را پوشش می دهند.
جنس پارچه های این سازه رنگ خاکی انتخاب شد و جنس آن ها از نوع سفارشی (PTFE) است. جنس سفارشی آن ها به نحوی انتخاب شد تا نیازهای مشتریان که شامل مقاومت در برابر تابش (UV) و همچنین مقاومت در برابر آتش، پوسته شدن، رنگ پریدگی و مقاومت در برابر بادهای شدید را تامین کند.

سازه پارچه ای متحرک به عنوان سایبان استخر

 

یکی دیگر از کاربردهای سازه پارچه ای متحرک به عنوان سایبان استخر است.
در طول روز احتمال ورود زباله به استخر و گرم شدن آب وجود دارد، به همین دلیل در بسیار از ویلاهای شخصی استفاده از سقف پارچه ای به عنوان محافظ استخر و همچنین سایبان اطراف استخر بسیار کاربرد دارد.

ایجاد حریم خصوصی برای استفاده کنندگان از استخر در بسیاری از موارد که همسایه ها بر روی استخر تسلط و دید دارند نیز ضروری به نظر می رسد. استفاده موقت از سایبان به عنوان حریم خصوصی و استفاده از آفتاب در سایر زمان ها تنها در صورت استفاده از سازه چادری متحرک امکان پذیر است. علاوه بر آن ایجاد ظاهری مدرن و زیبا، معماری منظر خاصی را به ویلای شخصی و محوطه سازی فضای سبز می بخشد.

سایبان پارکینگ با فرم آرک

 

پارچه کششی در ترکیب با سازه می تواند اشکال و طرح های هندسی و معماری متفاوتی به خود بگیرد، تنوع موجود در سازه پارچه ای این امکان را برای معماران ایجاد می کند تا بتوانند سایبان پارکینگ محوطه خارجی ساختمان و یا جلوی نمای ورودی را منطبق بر طرح اصلی معماری بنا طراحی و انتخاب نمایند.

این همگونی و سنخیت با فضا و رنگ بندی گسترده پارچه موجب می شود تا برخلاف سایر المان های به کار رفته معمول برای سایبان پارکینگ، سایبان پارچه ای به عنوان بخشی از سازه اصلی خود را نمایان کند و جزیی از طرح معماری کلی بنا قرار گرفته و در محیط های شهری نیز به راحتی با طراحی شهری و شهرسازی و همچنین مبلمان شهری ترکیب شود.

فرم آرک یکی از فرم های بسیار متداول برای سایبان پارکینگ ست.
یکی از ضعف های عمومی سایبان های پارکینگ پایه ستون های زیاد و امکان برخورد خودروها با پایه ستون سازه است.

یکی از قابلیت های سازه کششی داشتن حداقل پایه ستون است که احتمال برخورد خودرو با سازه و آسیب دیدن هر دو را به مقدار زیادی کاهش می دهد.
قابلیت دیگر مهندسی ساز بودن این سازه ها بر اساس آیین نامه های ساختمانی است، از این رو حتی در صورت برخورد احتمالی خودرو با پایه ستون، این سازه همانند یک ساختمان مسکونی با سازه فلزی در برابر ضربه مقاومت کرده و خسارات جانبی ناشی از حادثه را کاهش می دهد.

مقاومت در برابر آتش

بهترین عبارت برای تعریف عملکرد سازه پارچه ای در برابر آتش « قابلیت اشتعال محدود است ». یعنی این چادرها در صورت قرارگیری در مجاورت منبع آتش می سوزند اما به محض حذف منبع آتش متوقف شده به عبارت دیگر پارچه‌های سازه پارچه ای خودسوز نیستند. این سازه ها حتی طبق استانداردهای ایران قابل استفاده برای پمپ بنزین هستند که خطر آتش سوزی در آن ها بسیار بالاست.

ضد حریق بودن و مقاومت در برابر آتش پارچه کششی به خصوص پارچه (UPVC)موجب می شود تا در صورت بروز حادثه آتش سوزی تحت هیچ شرایطی آتش از سقف به پایین منتقل نگردد و برخلاف سایبان های دیگر قطعه آتش زا بر روی خودرو نیفتد و خسارتی از این جهت متوجه خودرو سواری نگردد.

عمر بالا

اسکلت اصلی سازه کششی عموماً از پروفیل آهن با روکش کروم و یا پروفیل استیل استفاده می شود، برای اتصالات از کابل های مقاوم فولادی و پیچ و مهره های فولادی استفاده می گردد. به دلیل فلزی بودن اسکلت سازه کششی و اتصالات کششی به کار رفته در آن، عمر بهره برداری از این نوع سازه در صورت نگهداری صحیح و اصولی بسیار بالا است.

برخلاف مصالح رایج در ساختمان و بسته به جنس پارچه بین ۱۵ الی ۳۰ سال دوام و پایداری خواهند داشت. این عمر وابسته به پارامترهایی است که در طراحی در نظر گرفته شده اند نظیر میزان دوام پارچه، استحکام، کشیدگی و مقاومت کششی.

شرکت های صاحب نام در زمینه پارچه کششی به راحتی آن ها را برای ۱۰ سال در برابر هرگونه تغییر شکل و یا پارگی گارانتی می کنند. طول عمر این پارچه ها حدود ۲۰ سال برای شرایط آب و هوایی بد تخمین زده می شود. لازم به ذکر است که بعد از گذشت ۲۰ سال پارچه همچنان از لحاظ سازه ای قابلیت باربری را خواهد داشت اما ظاهر کدر و فرسوده ی آن بعد از گذشت ۲۰ سال عمر مفید چادر را به پایان می رساند.

معماری نمای پارچه ای

فری اوتو (Frei Otto) برنده جایزه پریتکرز ۲۰۱۵، از پیشگامان استفاده از سازه های پارچه ای در سالن های بزرگ چند منظوری و استادیوم های ورزشی و به خصوص استادیوم مونیخ موسوم به لانه پرنده المپیک بود. بدون شک آثار و ایده پردازی های وی بر دیگر معماران اثرگذار بوده و موجب شد تا طرح های او برای ساخت یک نمای پارچه ای از خیال به واقعیت تبدیل شود.

این پروژه ها مرزهای استفاده از سازه پارچه ای را به میزان قابل توجهی ارتقا داد.
انعطاف پذیری بسیار بالای پارچه کششی، دوام بسیار بالا در برابر نور خورشید، مراقبت در برابر اشعه های مضر خورشید و ایجاد یک لایه شفاف بر روی ساختمان و با امکان نورپردازی داخلی در زیر سطح پارچه و نورپردازی خارجی بر روی نمای ساختمان از جمله قابلیت های این روش محسوب می شوند.

هر پروژه جدید سازه پارچه ای که در دنیا ساخته می شود از یک حیاط کوچک تا آسمان خراش، درک جدیدی از سازه کششی را به بقیه معماران و طراحان می دهد.
با استفاده از نمای پارچه ای معماران می توانند انواع قوس را بر روی سطح نما پیاده کنند و محدودیتی بابت ایده پردازی و طرح خود نداشته باشند.

ساخت نمای پارچه ای کششی

استفاده از پارچه کششی در نمای ساختمان دسته بندی جدیدی در انواع نمای ساختمانی است. با این حال با پیشرفت های صورت گرفته در زمینه تکنولوژی های مرتبط با پارچه کششی، پارچه های با طول عمر بالاتری ساخته شده اند که قابلیت کاهش مصرف انرژی در ساختمان ها را دارند و موجب گسترش استفاده از آن ها در صنعت ساختمان سازی شده اند. نمای پارچه ای را می توان بر روی ساختمان های قدیمی و نوساز اجرا کرده و به سرعت و سادگی سازه پارچه ای را نصب نمود.

نمای پارچه ای نه تنها مصرف انرژی برای گرم کردن ساختمان در زمستان را کاهش می دهد بلکه در فصل تابستان سطح نما را نسبت به سایر انواع نمای ساختمانی خنک تر نگه می دارد. در نمای پارچه ای معمولاًً از پارچه های مش دار کششی استفاده می شود که بر خلاف سایر مصالح معمول که برای جلوگیری از تابش نور خورشید ساختمان را تاریک می کنند، این پارچه ها دید بیرونی و نور داخل ساختمان را تامین می کنند.

سازه پارچه ای می تواند به صورت یکپارچه بر روی نما کار شود و یا در قطعات مختلف و با توجه به زاویه تابش خورشید قرار گیرد.
غشاهای بزرگ پارچه نیاز به یک سازه قوی برای نگهداری دارند تا سطح پارچه ای نما در برابر باد و تکان های دینامیکی سازه در برابر زلزله مقاومت داشته باشد. بدین منظور از کابل های کششی قوی استفاده می شود تا سازه ساکن و مقاوم باشد.

انواع پارچه نمای ساختمان

از انواع پارچه های کششی می توان در نمای ساختمان استفاده کرد.
پارچه های کششی با روکش (PVC) یا روکش (PEC)، پارچه های (PTFE) یا پارچه های روشن (ETFE).

این نوع پارچه ها ۱۰۰درصد قابل بازیافت هستند و با گارانتی های ۱۰ ساله برای نما ارایه می شوند و بسته به جنس، عمری بین ۱۸ تا ۳۰ سال را دارند.
با توجه به بازگرداندن گرمای تابش خورشید و عبور نور، این نوع نما به عنوان راه حلی سبز و محیط زیستی نیز شناخته می شود.

مزایای نمای پارچه ای

یکی دیگر از مزایای نماهای پارچه ای امکان چاپ و نورپردازی بر روی پارچه است.
بسیاری از صاحبان ساختمان های اداری و تجاری ترجیح می دهند تا ساختمان خود را با یک نام شاخص کنند. این امکان برند سازی با چاپ نوشته بر روی پارچه کششی میسر خواهد شد.

در کشورهای اروپایی امروزه بخش هایی از نمای پارچه ای ساختمان ها در اختیار شرکت های تبلیغاتی قرار می گیرد تا با چاپ و نورپردازی روی آن ها به تبلیغ خدمات و محصولات بپردازند. با استفاده از نمای پارچه ای بر روی یک ساختمان قدیمی می توان آنرا به سادگی در ظاهر تبدیل به یک ساختمان لوکس و مدرن نمود.

امکان ایجاد اشکال سه بعدی و خلاقانه بر روی سطح ساختمان ها موجب شده تا حتی ساختمان های صنعتی، کارخانه ها و پارکینگ های شهری نیز اقدام به نصب نمای پارچه ای روی سطح خارجی خود نمایند.

عملکرد آکوستیکی سقف پارچه ای

عملکرد صوتی سقف چادری به طور معمول با خصوصیاتی نظیر پژواک آن ها و میزان مقاومت در برابر انتقال نویز (noise) سنجیده می شود.
پژواک در مکان های ویژه اجرای موسیقی، سخنرانی های عمومی و یا آمفی تئاترها اهمیت حیاتی دارد، درحالی که کاهش انتقال صوت هنگامی اهمیت دارد که یا نویز خارجی باید بیرون نگه داشته شود ( همانند فرودگاه)، یا اینکه فضای بیرونی باید از موسیقی بلند و یا سرو صدای داخلی حفاظت شود ( همانند کنسرت).

در نکات مورد توجه وابسته به پژواک، طراح باید زمان پژواک درون فضای محصور را ارزیابی کند که با حجم فضای اتاق تناسب داشته و با جذب یکپارچه و دیگر مصالح درون فضا نسبت معکوس داشته باشد.
قابلیت فهم گفتار به ویژه مسلتزم زمان های پژواک به نسبت کوتاه است که در فضاهای محصور کوچک این امر به راحتی محقق می شود اما دستیابی به آن در اماکن ورزشی یا تفریحی بزرگ دشوارتر است.
در این موارد جذب صوت بالا می تواند برای صدابندی فضا حیاتی باشد.

جذب کلی صدای مصالح به خصوص مصالح پارچه ای روی دامنه وسیعی از فرکانس ها توسط ضریب کاهش نویز آن ماده اندازه گیری می گردد که می تواند از 1/0 برای یک سازه غشایی سنگین تا 8/0 برای یک سازه غشایی سبک وزن متغییر باشد.
خواص آکوستیکی پارچه ها همراه با اثرات انرژی، نورپردازی و مقاومت در برابر آتش در موفقیت سقف پارچه ای نقشی حیاتی دارند.

منبع: ماهنامه دنیای پردازش