سازه های کششی چگونه کار می کنند؟ راهنمای کامل غشاهای معماری کششی

غشای معماری کششی چیست؟

A غشای معماری کششی یک ماده پارچه ای نازک و انعطاف پذیر است که تحت کشش کشیده می شود تا یک سطح ساختاری را تشکیل دهد، به جای اینکه برای حفظ شکل خود به تیرها یا ستون های سفت و سخت تکیه کند. بر خلاف سیستم های سقف معمولی که از طریق مقاومت خمشی در برابر بارها مقاومت می کنند، غشاهای کششی بارها را صرفاً از طریق کشش حمل می کنند، به این معنی که پارچه بین نقاط لنگر، دکل ها یا کابل ها کشیده می شود تا زمانی که به سطحی پایدار و منحنی دوگانه دست یابد. این رویکرد به معماران این امکان را می‌دهد که دهانه‌های بزرگ را با مواد نسبتاً کمی بپوشانند، سقف‌های سبک وزن برای استادیوم‌ها، فرودگاه‌ها، مراکز نمایشگاهی و میدان‌های عمومی ایجاد کنند که ساخت آن‌ها با استفاده از روش‌های ساخت سنتی بسیار سنگین‌تر و گران‌تر است.

سازه های کششی چگونه به پایداری دست می یابند

اصل تعیین کننده پشت هر سازه کششی انحنای مضاعف است که گاهی اوقات انحنای ضدآواری نامیده می شود. این بدان معناست که غشاء در یک جهت به سمت بالا و در همان نقطه در جهت عمود بر پایین منحنی می شود، شبیه به شکل یک زین. این هندسه ضروری است زیرا یک سطح پارچه ای منحنی منحنی مانند یک بادبان صاف، هیچ مقاومتی در برابر بال زدن باد یا تغییر شکل تحت بار ندارد. هنگامی که یک غشاء با منحنی های مخالف شکل می گیرد و در حین نصب پیش تنیده می شود، هر نیروی خارجی مانند باد یا برف به جای اینکه در یک نقطه ضعیف متمرکز شود، به طور یکنواخت در سراسر پارچه توزیع می شود.

نقش پیش تنش

پیش تنیدگی در حین نصب به غشا اعمال می شود و قبل از اینکه بار خارجی را تجربه کند، آن را تا یک سطح تنش خاص کشیده می شود. این کشش اولیه به سازه سفتی و قابلیت نگهداری شکل می دهد. بدون پیش کشش کافی، پارچه دچار افتادگی می شود، در باد تکان می خورد و در نهایت در درزها و نقاط اتصال خسته می شود.

عناصر پشتیبانی

دکل ها، حلقه های فشاری و کابل های فولادی با غشا کار می کنند تا بارها را به طور ایمن به فونداسیون منتقل کنند. دکل ها پارچه را به سمت بالا فشار می دهند تا نقاط بالایی ایجاد کنند، کابل ها نقاط پایین و لبه ها را مشخص می کنند و لنگرهای فونداسیون در برابر نیروهای کششی به سمت بیرون تولید شده توسط غشای کشش مقاومت می کنند. این تعادل بین کشش در پارچه و فشرده سازی در عناصر نگهدارنده چیزی است که به سازه های کششی اجازه می دهد در طول دهانه های بزرگ و بدون ستون پایدار بمانند.

• انحنای مضاعف از بال زدن جلوگیری می کند و بارها را به طور یکنواخت توزیع می کند
• پیش کشش به غشا سفتی و شکل آن را می دهد
• دکل ها و کابل ها نیروهای سازه ای را به فونداسیون منتقل می کنند
• نقاط لنگر باید در مقابل نیروهای کششی عمودی و بیرونی مقاومت کنند

مواد غشایی کششی رایج

عملکرد و طول عمر یک سازه کششی به شدت به مواد غشایی انتخاب شده بستگی دارد. بیشتر غشاهای معماری در چند دسته بندی به خوبی تثبیت شده قرار می گیرند که هر کدام با بودجه، اقلیم و اهداف طراحی متفاوتی سازگار هستند.

پلی استر با روکش پی وی سی مقرون به صرفه ترین و پرکاربردترین گزینه باقی می ماند که استحکام و انعطاف پذیری خوبی را با قیمتی متوسط ارائه می دهد و آن را برای سایبان های رویداد، سایبان های خرده فروشی و سقف های میانی محبوب می کند. در مقابل، فایبرگلاس با روکش PTFE به دلیل دوام استثنایی، سطح خود تمیز شونده، و مقاومت در برابر تخریب اشعه ماوراء بنفش، ارزشمند است، به همین دلیل است که در ساختارهای نمادین با دهانه بلند که برای چندین دهه با حداقل تعمیر و نگهداری طراحی شده اند، دیده می شود. فویل ETFE، یک جایگزین سبک وزن و بسیار شفاف، به طور فزاینده ای برای نماها و سقف هایی که انتقال نور روز در اولویت است، مانند گلخانه ها، آکواریوم ها و مکان های ورزشی انتخاب می شود.

فرم های سازه ای مورد استفاده در معماری کششی

غشاهای کششی معمولاً به تعداد انگشت شماری از اشکال ساختاری قابل تشخیص مرتب می شوند که هر کدام قابلیت های پوشا و ویژگی بصری متفاوتی را ارائه می دهند.

اشکال مخروطی و هایپار

ساختارهای مخروطی از یک دکل مرکزی برای کشیدن غشاء به شکل مخروطی استفاده می کنند که معمولاً در سایبان های مستقل و سازه های سایه دیده می شود. فرم های هایپربولیک پارابولوئید یا هایپار شکل کلاسیک زین را بین چهار نقطه تکیه گاه ایجاد می کند و به دلیل ظاهر زیبا و مجسمه ای خود اغلب برای آلاچیق های کوچکتر و سایبان های ورودی استفاده می شود.

سیستم های ریج و دره

پیکربندی‌های برآمدگی و دره، کابل‌های برجستگی بلند را با کابل‌های دره پایین در سراسر یک الگوی تکرار شونده جایگزین می‌کنند، که به سازه اجازه می‌دهد مناطق بسیار بزرگ‌تری مانند سقف استادیوم و سالن‌های نمایشگاه را بپوشاند. این رویکرد مدولار، مقیاس بندی سقف های کششی را برای پوشاندن فضاهای وسیع و در عین حال حفظ کارایی سازه آسان تر می کند.

ملاحظات طراحی و مهندسی

طراحی یک سازه کششی نیاز به همکاری نزدیک بین معماران و مهندسان سازه از همان مراحل اولیه دارد، زیرا شکل نهایی غشاء را نمی توان به طور دلخواه به روشی که یک سقف مسطح می توان انتخاب کرد. مهندسان از نرم‌افزار فرم‌یابی برای محاسبه هندسه‌ای استفاده می‌کنند که هدف زیبایی شناختی را با نیاز فیزیکی برای انحنای مضاعف و توزیع تنش متعادل می‌کند. محاسبات بار باد و برف بسیار مهم است، زیرا سازه های غشایی به گونه ای دینامیک به نیروهای محیطی پاسخ می دهند که سقف های صلب این کار را نمی کنند.

جزئیات اتصال در دکل ها، گیره های کابل و لنگرهای فونداسیون نیز به دقت نیاز دارد، زیرا این نقاط نیروهای ساختاری قابل توجهی را متمرکز می کنند. اتصالات با طراحی ضعیف یکی از شایع ترین علل شکست زودرس در پروژه های غشای کششی است، که کار با سازندگان با تجربه را که هم خواص مواد و هم فرآیند کشش نصب را درک می کنند ضروری می کند.

تعمیر و نگهداری و عملکرد بلند مدت

غشاهای کششی معمولاً به نگهداری کمتری نسبت به سیستم های سقف معمولی نیاز دارند، اما بازرسی دوره ای برای اطمینان از عملکرد طولانی مدت مهم است. درزها، اتصالات کابل و نقاط لنگر باید به طور مرتب از نظر نشانه های سایش، خوردگی یا کشش سست بررسی شوند، زیرا غشاها می توانند در طول زمان به دلیل خزش مواد مقدار کمی کشش را از دست بدهند. تمیز کردن دوره‌ای سطح غشاء به حفظ ظاهر و خواص انتقال نور آن کمک می‌کند، به‌ویژه برای مواد PTFE و ETFE که برای عملکرد صحیح ویژگی‌های خود تمیز شوندگی به سطح تمیز متکی هستند.

با انتخاب صحیح مواد، مهندسی صدا، و نگهداری معمول، غشاهای معماری کششی می توانند چندین دهه عملکرد قابل اعتماد ارائه دهند و در عین حال زیبایی متمایز و سبکی را ارائه دهند که تعداد کمی از سیستم های ساختاری دیگر می توانند با آن مطابقت داشته باشند.