در معماری مدرن، سازه‌های کششی پارچهای که یکی از مبتکرانه‌ترین روش‌ها برای مسقف نمودن و پوشش فضاهای بزرگ و کوچک است مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سازه‌های پارچه ای، با استفاده از پارچه و کابل و اجزاء فلزی به عنوان عناصر اصلی خود، اشکال و فرم های جدیدی را در معماری به وجود می‌آورد و طراحان را به خلق آثار بی‌نظیر و جذاب ترغیب می‌کنند.
شرکت سازه پارچهای افرا، به عنوان یکی از پیشروان در زمینه معماری و سازه، با بیش از دو دهه تجربه، پیشگام در ارائه کانسپت‌های جدید از سازه‌های کششی پارچهای می‌باشد. افرا با ارائه راهکارهای خلاقانه و نوآورانه در زمینه طراحی و اجرای سازه‌های کششی پارچهای، به طراحان و معماران این امکان را می‌دهد تا از مزایای بی‌نظیر این سازه‌ها در پروژه‌های خود بهره‌برداری کنند.
در ادامه به بررسی و آشنایی با سازه‌های کششی پارچهای و تاریخچه و پیشینه استفاده از این سازه‌ها در معماری و انواع مختلف آنها و روش‌های طراحی و اجرا و همچنین، به بررسی مزایا و معایب استفاده از سازه‌های کششی پارچهای و مثال‌هایی از کاربردهای آنها در معماری و طراحی فضا ارائه می‌دهیم.
سازه کششی چیست؟
“سازه‌ای که به واسطه اعمال تنش کششی به متریال‌های کشسانی مانند پارچه یا مواد قابل انعطاف (معمولاً به وسیله سیم یا کابل) حالت پایدار در سازه ایجاد می‌کند.” – انجمن سازه‌های پارچهای Fabric Structure Association
پیشینه‌ی تاریخی سازه‌های پارچهای:
برخی از اولین پناهگاه‌های ساخته شده توسط انسان مانند چادرهای سیاه، از اشکال اولیه سازه پارچهای بودند که برای نخستین بار توسط عشایر صحرانشین در عربستان سعودی و ایران با استفاده از چرم شتر و گاو ساخته شدند. اصول اولیه سازه‌های پارچهای که امروزه با آن آشنا هستیم اولین بار در قرن 19 میلادی پایه ریزی شد که با آماده سازی ماشین های نساجی برای تولید چادرهایی با استحکام زیاد و خصوصیات فیزیکی مناسب و قابلیت جابه‌جایی برای برگزاری سیرک‌ها شکل گرفت.
اصطلاح سازه‌های پارچهای معمولاً به ساختارهای سقفی که با استفاده از غشا و کابل‌های فولادی اجرا می‌گردند، اطلاق می‌شود. ویژگی‌های اصلی اینگونه سازه‌ها: شیوه نصب آنها تحت تنش‌های کششی، آسانی تولید، قابلیت پوشش فضاهای وسیع و قابلیت اصلاح پذیری آنها است.
سازه‌های پارچهای عمدتاً در پوشش مراکز ورزشی، پارکینگ‌ها، سایبان‌ها، سالن‌ها و سازه‌های صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شوند.
چگونگی ایجاد و استفاده از کشش:
مدل بالون و خیمه دو طرح از معمول برای سازه پارچهای است. در مدل بالون، با ایجاد فشار هوا در ماده انعطاف‌پذیر، در دیواره‌ها و سقف غشا کشش ایجاد می‌گردد و در مدل چادری، کابل‌ها به یک ستون ثابت متصل شده و دیواره‌ها و سقف غشا را تحت تنش کششی قرار می‌دهند.
اجزای عمومی برای مدل چادری شامل ستون ثابت یا مجموعه‌های ستون و تیرها به عنوان سازه وکابل یا سیم بکسل به عنوان نگهدارنده و یا کشنده ها و غشا پارچهای به عنوان پوشش می‌باشد.
به‌طورکلی سازه‌های کششی بر پایۀ تناسب ابعاد به سه گروه تقسیم می‌شوند:
1. از نظر فشردگی بافت:
- سازه‌های چادری از غشاهای پارچهای یا هر سطح توری منعطف که توسط یک شبکه کابلی کشیده شده است ساخته می‌شوند.
- غشای پارچهای وظیفه پوشش را به عهده دارد و مقاومت در برابر بارهای وارده و شرایط جوی مانند باد، باران، اشعه UV را فراهم می‌کنند.
- شبکه‌های کابلی به عنوان تکیه‌گاه سازه عمل می‌کنند و با استفاده از طراحی مهندسی و محاسبات دقیق شبکه کابلی می‌توان دهانه‌های بزرگتر از چند صد متر را پوشش داد.
2. از نظر تنش های وارده به سازه:
دو نوع سازه چادری براساس تنش‌های داخلی مورد بحث قرار می‌گیرد:
- کابلی یا غشاهای منحنی‌شکل که تنها تحت وزن خود کشیده می‌شوند. مدل گهواره‌ای شبکه‌های به این گروه تعلق دارد.
- شبکه‌های کابلی یا غشاهای پیش‌تنیده که از قبل تحت تنش کششی قرار گرفته‌اند تا بارهای خارجی مانند برف و باد را تحمل کنند که سازه پارچه ای به این گروه تعلق دارد.
3. از نظر شکل و فرم:
- فرای‌اوتو (اوتو در زمینه سازه‌های غشایی و کششی مهم‌ترین صاحب نظر به شمار می‌رود و یکی از پیشگامان ریاضیات سازه‌ای و مهندسی عمران است) سازه‌های چادری (شبکه کابلی یا غشا) را براساس شکل یا نوع تکیه‌گاه به گروه‌هایی تقسیم کرده است.
- این طبقه‌بندی‌ها شامل هایپر یا آنتی‌کلاستیک یا زین‌اسبی، مواج، قوس دار و کوژ هستند.
سازه‌های چادری فرم آنتی‌کلاستیک از کابل‌ها و پوششی که به شکل زین اسب طراحی می‌گردند گفته می‌شوند. رفتار قابل‌انعطاف چادرها و انحنا و پیش‌تنیدگی کابل‌ها برای پایداری این سازه‌ها ضروری است. کابل‌های تقویت‌کننده به طرف مخالف کشش وارد می‌کند و پایداری را در نقاط اتصال تضمین می‌کنند. اگر کابل‌ها در سطوح غیرموازی باشند، پایداری سه‌بعدی خواهند داشت. نقاط تقاطع کابل‌ها سطح تعادل را شکل می‌دهند و پایداری را فراهم می‌کنند.
طراحی سازه‌های پارچهای کششی:
– دهانه:
- سازه‌های چادری برای پوشش دهانه‌هایی به طول تا چندین متر استفاده می‌شوند.
- نسبت دهانه به ارتفاع سازه‌های چادری از ۱:۲ تا ۱:۵ است.
- ابعاد مقاطع فلزی سازه‌های چادری نسبت به طول دهانه بسیار کم است.
- برای جلوگیری از تمرکز تنش و استفاده بهینه از مصالح، در هر دو محور اصلی چادرها باید از شعاع انحنا مناسب استفاده شود.
- در دهانه‌های بلند، نگه‌داشتن انحنای مطلوب ممکن است به فضای بیشتری در رأس نیاز داشته باشد.
- استفاده چادرهای کوچک‌تر به جای یک چادر بزرگ می‌تواند جایگزینی مقرون به صرفه باشد.
– اجزا:
پوشش پارچه با استفاده از سشوار های صنعتی (حرارتی) و یا جوش فرکانس (امواج اولتراسونیک) به یکدیگر متصل و جوش می‌خورند.
– اتصالات:
- اتصالات کابلی سازه‌های چادری نیاز به محاسبات بار وارده را دارند.
- مسائل رایج در اتصالات کابلی شامل پیچیدگی در زوایای کشش و کنترل تنش‌های مصالح است.
- اتصالات سازه فلزی عموما برای راحتی در اجرت و نصب پیچ و مهره‌ای هستند اما امکان استفاده از اتصالات دائم ساخت و جوشکاری در محل نیز وجود دارد.
- استفاده از مدل‌های آزمایشی در مقیاس واقعی می‌تواند در حل مشکلات ساخت‌وساز کمک کند.
- مقدار کشش در اتصالات و پوشش سازه‌های چادری برای رسیدن به پیش‌تنیدگی مناسب و مقاومت لازم ضروری است.
- در سازه‌های چادری با دهانه طولانی، تغییرات حرارتی می‌توانند تنش‌های ناخواسته در سازه وکابل های اتصال ایجاد کنند.
تکیه‌گاه جانبی
- سازه‌های چادری با مهاربندی خارجی (اکثر موارد کابل و سیم) مقابل بارهای جانبی مانند باد پایدار شده‌اند.
- مهاربندی کابلی برای پیش‌تنیدگی و حفظ پایداری جانبی استفاده می‌شود.
- پایداری جانبی برای قوس‌ها اهمیت دارد و غشای چادری تکیه‌گاه جانبی را در برابر خمش و چرخش خارج از سطح تأمین می‌کند.
– خاک و پی
ستون سازه‌های چادری متصل به زمین می‌تواند به شکلی غیرمعمول و زاویه‌دار بر سطح بیس پلیت(صفحه ستون) قرار گیرد.
• برای مقاومت سازه در برابر بارهای اعمالی به آن از وزنه‌های سنگین (فونداسیون)، شمع زدن و پیچ‌های انبساطی تنظیم ارتفاع استفاده می‌شود.
– پوشش
- پوشش سازه‌های چادری از پارچهای مقاوم که به صورت عمومی پارچه پی وی سی (PVC) نام گرفته است و دارای مقاومت کششی بالا و لاک براق و ضد یووی که باعث کاهش پوسیدگی آن در برابر اشعه فرابنفش و تار پود از جنس پلی استر می‌باشد.
- غشای سقف ممکن است با مهارهای خارجی به دیوار محکم شود یا به روی یک قاب معمولی کشیده شود.
مزایای سازه‌های چادری
- ظاهر زیبا و منحصربه‌فرد: سازه‌های پارچهای کششی به دلیل طراحی خاص و ظاهر زیبا، قابلیت ایجاد فضاهای جذاب و منحصربه‌فرد را دارا هستند. طرح و شکل‌دهی پوشش‌های پارچهای می‌تواند برای خلق فضاهای نمایشی، پوشش‌دهی موقتی یا حتی برای مقاصد هنری استفاده شود.
- وزن سبک و نصب آسان: سازه‌های پارچهای کششی دارای وزن سبکی هستند که نصب و تعویض آنها را آسان می‌کند. به دلیل استفاده از مصالح و ساختار سبک، نصب و جابه‌جایی سازه‌های پارچهای کششی به راحتی انجام می‌شود.
- انعطاف‌پذیری و تغییرپذیری: سازه‌های پارچهای کششی قابلیت انعطاف و تغییر شکل را دارند. این امکان وجود دارد که با تنظیم کابل‌ها و سیستم‌های مکانیکی، شکل سازه به طور دلخواه تغییر کند. این خاصیت به طراحان امکان می‌دهد تا در طرح و شکل‌دهی فضاها و سازه‌ها ابتکاری بیشتر داشته باشند.
- استفاده از منابع پایدار: در سازه‌های پارچهای کششی، معمولاً از منابع پایدار مانند پارچه‌های بازیافتی یا قابل بازیافت استفاده می‌شود. این به معنای استفاده بهینه از منابع طبیعی و کاهش مصرف مواد می‌باشد.
- قابلیت ساخت سریع: به دلیل استفاده از اجزاء قابل حمل و سبک، سازه‌های پارچهای کششی قابلیت ساخت سریع و ساده را دارند. علاوه بر این، فناوری های مدرنی مانند ماشین‌های خودکار برش و دوخت، فرآیند ساخت را سریعتر و دقیق‌تر می‌کند.
شرکت افرا با توانایی طراحی و تولید این سازه ها، نقش برجسته‌ای در صنعت سایبان ها و آلاچیق ها ایفا می‌کند. سازه های پارچهای کششی با ویژگی‌های منحصر به فردی همچون سبکی، انعطاف‌پذیری، قابلیت تغییر شکل و مقاومت در برابر نیروهای خارجی، امکان ایجاد طرح‌ها و فضاهای خلاقانه را فراهم می‌کنند. همچنین، این سازه ها به دلیل کاهش هزینه‌های تولید، زمان کوتاه ساخت و نصب، قابلیت حمل و نقل آسان و پایداری در مقابل شرایط محیطی متفاوت، مزایای قابل توجهی را برای مشتریان ارائه می‌دهند. برای مشاوره در زمینه طراحی، ساخت و دریافت نمونه کارهای بیشتر با ما تماس بگیرید.
منابع:
• “Tensile Architecture: Design, Structure, and Analysis” – Michael Dickson and John Chilton
• “Fabric Architecture: Creative Resources for Shade, Signage, and Shelter” – Richard Beckett
• “Tensile Surface Structures: A Practical Guide to Cable and Membrane Construction” – Michael Seidel
• https://luckytech.in/shapes-of-tensile-fabric-structures/
• https://mahoot.ir/en/home-2/
• https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Tensile_structures
