بخشی از مقاله
سازه های نوین در معماری
سازه های کابلی
سیم های فلزی، رشته ها و میله های باریک مثال هایی از اعضای کششی هستند که رفتاری مانند کابل ها دارند. ساده ترین مثال از یک سازه کششی وزنه ای آویزان از یک کابل می باشد. وزنه دقیقا درامتداد نقطه اتصال کابل در حالت سکون قرار م یگیرد در حالی که کابل بین نقطه اتصال و وزنه به صورت کششی در یک خط مستقیم قرار گرفته است.
یک ترکیب کاربردی تر، سازه ای کابلی مابین دو تکیه گاه برای تحمل باری معلق در وسط دهانه می باشدد در زیر چنین باری از وسط خط می شود و هر بار وارده ناچیز است. کابل شکل v به خود می گیرد. نیروی کششی درکابل نزدیک بوده و شیب کابل هم زیاد باشد، نیروی کششی در کابل تقریبا برابر نصف بار وارده خواهد بود(هر طرف کابل نصف بار را تحمل می کند) بر عکس اگر تکیه گاهها از هم دور باشند و شیب کابل نیز کم باشد نیروی کشش در کابل به مراتب بیشتر از حالت قبل خواهد بود.
برای درک بهتر چنین مثالی، نیروهای عکس العمل هر یک از تکیه گاهها را در نظر بگیرید. به یادآورید که یک نیرو را می توان به وسیله مولفه های موثر آن در جهت عمودی و افقی معرفی نمود. مولفه های عمودی عکس العمل ها در اینکه باروارده p در وسط دهانه قرار دارد، هر یک از مولفه های عمودی نیروی عکس العمل برابر p/2 می گردد. با توجه به اینکه کابل شیب دار است(عمودی
نیست)یک نیروی رانشی افقی در هر یک از تکیه گاهها به وجود می آید که تمایل دارد تکیه گاهها را به هم نزدیک کند. این مولفه افقی نیروی عکس العمل است تا زمانی که مولفه عمودی نیروی عکس العمل در هر یک از تکیه گاهها در همان حالت صرفنظر از شیب کابل قرار دارد مولفه افقی نیروی عکس العمل با شیب کابل متفاوت خواهد بود. اگر شیب از حالت عمودی به حالت نیمه
افقی نزدیک شود مولفه افقی نیروی عکس العمل از صفر به بی نهایت خواهد رسید. نیروی کشش در کابل معمولا برابر بر آیند مولفه های عمودی و افقی نیروی عکس العمل است.
در مثال بالا اگر بار وارده خارج از مرکز وارد شود، تکیه گاهها مولفه های عمودی متفاوت ولی مولفه های افقی برابر خواهند داشت (مولفه های افقی باید برای رسیدن به حالت تعادل برابر باشند) نیروی کششی در کابل در یک از دو قسمت متفاوت است و برابر جمع جبری نیروهای عکس العمل افقی و عمودی در هر طرف خوهد بود.
کابل هایی که بار یکنواخت برطول آنها وارد می شود زنجیره وار نامیده می شوند، این سیستم به طور مجزا مورد مطالعه قرار خواهد گرفت.
کابل ها می توانند دارای تکیه گاه در وسط دهانه باشند و برای حمل بارهای وارد بر انتهای یک میله یا عضو کششی به کار روند. به طور معمول کابل های اضافی برای ایستایی هر یک از دو انتها به کار برده می شوند. این حالت مشابه بادبان هایی است که در قایق ها و برای حفاظ تعادل آن به کار می رود. در قایق های بادبانی، هدف اصلی ممانعت از واژگون شدن دکل و ایجاد یک تکیه گاه میانی(میله های رابط که پخش کننده نامیده می شوند) برای جلوگیری از کمانش است. در ساختمان ها، هدف مهارکردن سقف (به عنوان همان میله یا عضو خمشی) به وسیله کابل از بالای دکل نگهدارنده است.
ساختمان های مهار شده با کابل، دهانه های افقی را به وسیله کابل های قطری که از یک تکیه گاه بلندتر آویزان هستند می پوشانند. به کاربردن اصطلاح کابل در این حالت به طور معمول شامل عناصر انعطاف پذیر (کابل) وصلب (میله) می گردد. (این سیستم از سازه های زنجیره واره مانند کابل های در یک پل متعلق متفاوت بوده و در بخش های بعدی مورد بحث قرار می گیرند. غالب
سیستم های مهار شده با کابل به گونه ای طراحی می شوند که دکل های نگهدارنده آنها با اتصال صلب به پی متصل شده اند. برای ایجاد مقاومت جانبی اضافی در برابر رانش، کابل های اضافی در جهات مختلف کشیده می شوند. در سازه های بزرگ، اقتصادی ترین روش استفاده از مهارهای متقارن در اطراف دکل های قائم است. وجود تقارن بارهای افقی روی دکل را متعادل کرده و خمش را به حداقل می رساند.
مطالعات موردی:
هنگامی که یک اتصال سازه ای قابل مشاهده است بیان کننده ویژگی ها و مشخصات سازنده آن می باشد.
پت سنتر Patvanter
پت سنتر(1986: پرینستون، نیوجرسی، مهندس معمار: ریچارد راجرز و همکاران ، مهندس سازه: اوو آروپ و همکاران) مرکز تحقیقات در زمینه فن آوری P,A. است و با هدف ایجاد حداکثر انعطاف پذیری در ارتباط داخلی، گردش فعالیت ها واستفاده از فضاها به عنوان دفاتر، آزمایشگاه ها سرویس های خدماتی طراحی شده بود. چنین هدفی با استفاده از یک شبکه وسیع سازه ای از فضاهای آزاد بدون ستون تامین گردید. سازه نمایان و آشکار این ساختمان کاملا با نظرات کارفرما
برای یک حضور بصری قوی، گرایش به فن آوری جدید را مورد تاکید قرار می دهد. طراح با ایجاد سازه ای که با تاکید بسیار بیان کننده عملکرد سازه ای طرح در بخش خارجی ساختمان می باشد در تضاد با فضای خشک و بی روح اطراف، وجود چنین مرکز تحقیقاتی را در اطراف پرینستون به
خوبی مشخص می کند بدین ترتیب به نیاز کارفرما پاسخ داده است. (بروکز وگرچ Brookesand Grech) 1990) ایده اصلی طرح استفاده از یک ستون فقرات مرکزی به عرض 5/29 فوت (9 متر) و ایجاد مجموعه از سازه ای A شکل با نمای شیشه ای می باشد. سیستم های تاسیساتی ساختمان به طور مستقیم روی قسمت مرکزی ساختمان وقاب های معلقی که از سازه اصلی ساختمان آوزیزان هستند، قرار گرفته اند.
دو طرف این ستون فقرات ارتباط مرکزی ساختمان را تامین می کند دو فضای بزرگ یک طبقه به ابعاد 74× 236 فوت (5/22× 72 متر) قرار گرفته اند که برای انجام تحقیقات مورد نظر به کار می روند. برای ایجاد انعطاف پذیری لازم در بخش های تحقیقاتی، از یک سازه کابلی خاص (با اعضای کششی فولادی باریک ویژه) با زیبایی های بصری که دهانه های سقف را می پوشاند و فضای وسیع و عریضی را در بین ستون ها فراهم می کند، استفاده شده است
. در سازه های اصلی یک قاب فولادی مستطیل شکل به عرض 6/24 فوت (5/7 متر) که به عنوان پایه ای برای تیر A شکل لوله ای بلند به طول 49 فوت (15 متر) عمل می کند، استفاده شده است. این سیتم تکیه گاه عمودی اصلی برای کل ساختمان می باشد.
از قسمت بالای سازه A شکل، کابل های فولادی مجزا در هر طرف به صورت قطری کشیده شده است تا به یک عضو کششی فولادی که چهار کابل کوچکتر را نگه می دارد(شبیه یک درخت معکوس) متصل گردد و بدین ترتیب سقف را در دو نقطه انتهایی و دو نقطه میانی تحمل نماید. اتصالات موجود در سازه A شکل وبین اعضای کششی اصلی و فرعی بام با دقت بسیار و به شکل صفحه ای فولادی مدور وتوخالی (به شکل دونات) برای نگه داشتن کابل ها اجرا شده است.
کابل های عمودی متصل به پی در انتهای دهانه ها در برابر نیروی باد مقاومت می کند عملکرد این مهارهای باریک و بلند به وسیله جدا نمودن آنها از نمای بیرونی ساختمانی مورد تاکید قرار گرفته است. ترکیب سازه A شکل فوق الذکر در هر 5/29 فوت (9 متر) و در مجموع 9 مرتبه تکرار می شود. برای حفظ وضوح بصری این سیستم، پایداری طولی نه تنها به وسیله مهاربندی های ضربدری بلکه به وسیله اتصالات صلب بین تیرهای نگهدارنده سیستم های تاسیساتی و سازه A شکل ساختمان تامین شده است. در نتیجه دکل ها هر یک به طور مستقل رفتار می نمایند تا بدین وسیله انعطاف پذیری هر دهانه را مستقلا فراهم نمایند.
مرکز نمایشگاهی بندرگاه دارلینگ Darling Harbor
ساختمان این مرکز نمایشگاهی (1986: سیدنی، استرالیا، مهندس معمار: فیلیپ کوکس و همکاران، مهندس سازه: اووآروپ و همکاران) یک مجموعه مرکب از 5 دهانه متناوب است که اندازه آنها با مقیاس ساختمان های مجاور بزرگراه متناسب است. هر دهانه به صورت مستقل ترکیبی از چهار دکل تکیه گاهی که فضاهای بزرگ نمایشگاهی را با ارتفاع مفید 44 فوت(5/13 متر) و یک دهانه 302 فوتی (92 متر) شکل می دهد، ساخته شده است. (بروکز وگرچ ،1990)
هر دهانه دارای چهاردکل مرکب است (تکیه گاههای عمودی اصلی) که هر کدام از چهار ستون فولادی لوله ای شکل تشکیل می شوند که در رئوس یک مربع قرار گرفته اند. هر دکل در پی به یک دال بتنی پیچ و مهره شده است. میله های قطری در بالای دکل ها دو انتهای خرپاهای فضایی اصلی را به صورت معلق نگاه می دارند. خرپا دهانه ای برابر 49 فوت (15 متر) را می پوشانند. خرپا ها دارای اتصال مفصلی جهت امکان ایجاد حرکت در اثر انبساط های حرارتی می باشند. خرپاهای
فرعی در دهانه های 86 فوتی (3/26 متر) عمود بر خرپاهای اصلی هستند و برای فراهم کردن امکان تخلیله آب باران در بام دارای کمی انحنا می باشند. دکل ها که در گوشه های ساختمان قرار دارند. دارای مهارهای قطری از بالا برای توازن نیروی کششی در کابل های نگهدارنده بام هستند. کابل های مهاری به لبه بیروین خرپا اتصال دارند
. این نیروی متوازن کننده در سطح بام که در خلاف جهت نیروی وارد از سوی کابل های نگهدارنده سقف است. برای به حداقل رساندن خمش در دکل ها می باشد و در نهایت میله های انتهای خرپای فضایی سقف به وسیله کابل های عمودی مهارکننده به زمین متصل می شوند.
پل آلامینو Alamillo Bridgo
این پل زیبا، بدیع و قابل توجه (1992: سویل، اسپانیا، مهندس سازه: کالاتروا) برای نمایشگاه جهانی اکسپو 92 طراحی شد و نشان دهنده زیبایی و نیز ابداع، خلاقیت و مهارت در طراحی سازه و معماری یک پل توسط معمار- مهندس اسپانیایی این پل می باشد. بخش سواره رو این پل دهانه ای برابر 656 فوت (142 متر) آویزان هستند نگاه داشته می شود. در اغلب دهانه های بزرگ اجرا شده با سازه سیستم کابلی، ترکیب متفاوتی از مهارهای معلق از دکل یا دیرک با تکیه گاه مفصلی برای حذف خمش به چشم می خورد . این شیوه طراحی به علت اجرای کابل در یک طرف و ایجاد تعادل یک جانبه ونیز اتصال طره ای دکل در پی کاملا غیرمعمول است.
نیروی وارده از کابل ها به وسیله وزن دکل های فولادی که با بتن پر شده اند؛، خنثی گردیده است دکل با زاویه 58 درجه جهت مخالف کابل ها قرار گرفته اند و نیاز به کابل های مهار کننده در طرف دیگر را برطرف می نمایند ستون فقرات اصلی سطح پل یک تیر فولادی جعبه ای با مقطع شش ضلعی است که به کابل های مهاری متصل شده است. سطح پل که دارای سه خط ماشین رو در هر طرف می باشد در طرفین این تیر اصلی به صورت طره ای اجرا شده است. (فرامپتون ودیگران Farampton، 1993)
کابل های با فرم منحنی طنابی
زنجیره وار، فرمی ازمنحنی طنابی برای یک کابل بدون بارگذاری است که تحت تاثیر وزن کابل (و فقط زن کابل ) ایجاد می شود (باری که به طور یکنواخت در طول کابل وارد می شود) سهمی فرمی از منحنی طنابی یک کابل معلق با بارگذاری یکنواخت در طول افقی دهانه صرف نظر از وزن کابل می باشد در جایی که نسبت دهانه به خیز بیشتر از 5 است هر دو فرم به طور نزدیکی یکسان و شبیه هستند و با محاسبات ساده ریاضی می توان به تعیین فرم و تحلیل آنها پرداخت.
در عمل، عبارت زنجیره وار (Catenary) برای هر عضو معلق منحنی شکل که در طول آن بارگذاری شده صرف نظر از نحوه توزیع بارها به کارمی رود. برای مثال کابل های اصلی یک پل معلق از نوع کابل های زنجیره وار هستند گرچه شکل منحنی آنها نزدیک به یک سهمی است.
رانش در سازه های کششی:
برای یک بارگذرای معین، میزان خیز در یک سازه کششی از نوع زنجیره وار، مقدار رانش افقی ایجاد شده به سمت داخل را تعیین می کند، هر چه انحنا کمتر باشد رانش درونی بیشتر خواهد شد.
سازه های کابل های زنجیره وار قابلیت پوشاندن دهانه های متنوعی را دارند.
در دهانه های و شرایط بارگذاری معمولی، نسبت خیز به دهانه یکی از مسائل مهم در طراحی اولیه سازه است نیروهای وارد بر کابل طول و قطر آن کاملا به این نسبت بستگی دارند. این نسبت ارتفاع ستون های اصلی، نیروهای فشاری و میانگین مقاومت داخلی فشاری که در کابل به وجود می آید را نیز تعیین می کند.
معمولا نیروهای کابلی نسبت عکس با خیز دارند، به عبارت دیگر، با کاهش طول کابل، قطر آن باید افزایش یابد. این مساله در به حداقل رساندن مجموع فولاد به کار رفته در کابل مورد استفاده قرار می گیرد. یک کابل کوتاه با حداقل خیز، به علت وجود نیروهای کششی بسیار بزرگ به قطر زیادی نیاز دارد. بر عکس این حالت، یک کابل با خیز بسیار زیاد می تواند قطر کوچکی برای تحمل نیروهای کششی کم داشته باشد که کاملا طولی عمل می کند برای بار متمرکز که در وسط دهانه وارد
می شود، خیز مناسب در حدود 50درصد طول دهانه است. برای بار یکنواخت روی یک کابل سهمی شکل، خیز مناسب تقریبا 33 درصد طول دهانه است. برای بار یکنواخت روی یک کابل سهمی شکل، خیز مناسب تقریبا 33 در طول دهانه می باشد. گرچه در عمل، دیگر عوامل فنی (ارتفاع مفید خیز و محل تکیه گاه عمودی) این نسبت را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. در بیشتر کابل هایی که در سازه سقف ساختمان ها به کار می روند نسبت ارتفاع به دهانه 1:8 تا 10:11 است. سازه های معلق با فرم منحنی طنابی به سه بخش تقسیم می شوند: منحنی دارای یک انحنا: کابل های مضاعف و منحنی های مضاعف
.
سازه هایی با یک انحنا:
سازه های با یک انحنا عبارتند ازدو یا چند کابل زنجیره وار موازی که بین تکیه گاه های اصلی کشیده شده اند آنها ممکن است یک سطح را به صورت مستقیم (منتج از سقف منحنی) ی به صورت غیر مستقیم (استفاده از کابل های عمودی ثانویه برای نگاه داشتن بام مسطح یا سطح پل ) نگاه دارند.
پل ها:
پلهای معلق با فرم منحنی طنابی (نمونه های اولیه آن در چین، هند و آمریکای جنوبی شناسایی شده اند) نمونه هایی از سازه های با یک انحنا می باشند نمونه ای موجود در بخش دور افتاده در هندوستان متشکل از یک طناب بافته شده از جنس بامبو است که دهانه ای با طول 660 فوت (200 متر) را می پوشاند. مسافران از حلقه ای پایین رفته و از سمت مخالف آن خود را به سمت
بالا می کشند. در نمونه های دیگر از دو طناب بلند به عنوان جان پناه استفاده شده است. پل های پیشرفته بعدی شامل یک کف و دو سطح جانبی که از تعداد زیادی طناب به هم پیچیده تشکیل شده اند و فرمی U شکل شبیه یک گهواره طولانی را بخود می گیرند، می باشند.
سطح سخت شده فایندلی (Findley):
مشکل اصلی در یک پل با چنین قابلیت انعطافی آن است که با حرکت مسافران، فرم آن در واکنش به بار متحرک وارده تغییر می کند. سطح سخت شده پل که در سال 1801 به وسیله جیمز فایندلی مورد استفاده قرار گرفت، کلید پیشرفت در سیر تکاملی پل های معلق است. طول دهانه در اولین پل فایندلی 200 فوت (61 متر) می باشد که بر روی رودخانه ژاکوب در یونیون تاون پنسلوانیا ساخته شده است. سطح سخت شده از تغییر شکل در زیر بار متحرک با تکیه گاهی از جنس زنجیر آهنی به وسیله توزیع بارها روی یک بخش بزرگ از دهانه ممانعت به عمل می آورد.(براون Brawon، 1993)
پل فایندلی از همان هندسه اصلی که در تمام پل های معلق بعدی به کار برده شد، استفاده کرد. دو یا چند برج که یک جفت از کابل های معلق اصلی را نگاه میدارند و از آنها هم کابل های ثانویه معلق که سطح پل را نگاه می دارند آویزان هستند. برای تعادل عکس العمل های جانبی در بالای برج ها، کابل های اصلی ادامه یافته و در هر انتها به پشت بندهای حجیم بتنی متصل شده اند. به علاوه به علت نیاز به سختی عمودی (به منظور توزیع بار) سطح پل باید برای مقاومت در برابر تغییر شکل در اثر نیروی باد سختی جانبی داشته باشد.
پس از اعلام نوآوری فایندلی در سال 1823، پل های معلق بسرعت ساخته شدند، که نمونه هایی از ان شامل پل منائی استریت توماس تلفورد {1826، ولز، طول دهانه 327 فوت (99 متر)} پل جیمز روبلبینگ در سینسیناتی {1866، طول دهانه 1057 فوت (322 متر)} ، (پل روبلینگ در بروکلین {1883 طول دهانه 1268 فوت (386 متر) می باشند. با وجود گیرایی و جذابیت چنین نمونه هایی در قرن نوزدهم، دهانه های آنها در مقایسه با نمونه های ساخته شده در قرن بیستم بسیار کوتاه تر می باشند
.
با کم شدن محدودیت ها در طراحی، طول دهانه ها افزایش یافته و هر دو برج تکیه گاهی و سطوحن پل به میزان قابل ملاحظه ای سبک تر شدند. هنگامی که سازه ابتکاری پل گلدن گیت در سال 1937 سطح خرپایی را برای سختی با نسبت ارتفاع به دهانه 1:168 به کار برد، (که هنوز هم نسبت به نمونه های قبلی کم ارتفاع تر می باشد). یک حرکت جانبی موجی غیر قابل انتظار (حتی
با وزش بادی ملایم) نیاز به 4700 تن (4622 تن متریک)مهاربندی جانبی اضافی در زیر تممی طول پل را الزامی نمود. هنوز هم طراحان برای طرح پل هایی سبک تر تلاش می کنند. با هدف رسیدن به سبکی و زیبایی، در پل برونکس- واست استون(1939، نیویورک، مهندس سازه: امان) نسبت عمق به دهانه تا میزان 1:209 کاهش یافت.
گالوپینگ گرتی (Galloping Gertie)
پل تاکومانرو (1940: تاکوما، واشنگتن، مهندس سازه: ال، موی سیف) به باریک ترین سطح پل دست یافت. با وجود آنکه طول دهانه 2800 فوتی (853 متر) آن طولانی تر از پل برونکس- واست استون است، ولی برای ترافیک کمتری طراحی شده و فقط دو خط ماشین رو با یک پیاده رو دارد. صفحه تیرآهن سطح پل فقط 8 فوت (4/2 متر) ارتفاع دارد. در نتیجه نسبت ارتفاع به دهانه فقط 1:350 است. پل بزودی نام گالوپینگ گرتی (Galloping Gertie) به علت حرکت متناسب با نیروهای ملایم باد را به خود گرفت. پل به چپ و راست تکان می خورد و حرکت موجی را در طول خود
افزایش می دهد. در 7 نوامبر 1940 بادی ملایم با سرعت 42 مایل در ساعت (mi/h) {68 کیلومتر در ساعت{(kph) موجب پیچش جانبی شدیدی در سطح پل شد و حرکت موجی در طول آن ایجاد کرد حرکت شدید سطح پل بسرعت باعث گسیختگی کابل های عمودی گردید، باروارده روی باقیمانده پل بسرعت باعث گسیختگی کابل های عمودی گردید، بار وارده روی باقیمانده پل بیش از حد گردید و در یک حرکت عکس العملی تشدید شونده کابل های باقیمانده جدا شده و سطح بزرگی از دهانه مرکزی درون آب زیر پل ریخت.(براون، 1993)
از آنجایی که پل با قابلیت انعطاف محدودی طراحی شده بود، آنچه را که مهندسین در پیش بینی آن دچار اشتباه شدند، لرزش آئرودینامیکی پل بود که سرانجام باعث ریختن آن شد. درشرایطی که سطح پل دارای تغییر شکل جانبی بود و تمایل به پیچش افقی داشت، سطح پل با حرکتی شبیه بالا رفتن بال پرندگان بالا و پایین می رفت تا آنکه سطح پل شروع به پیچش در جهت عکس نمود و
سبب فروریختن آن در آب گردید. به دلیل همراه شدن با حرکت عمودی (و پیچشی) که به طور چشمگیری افزایش یافته است. آزمایش تونل باد مشخص کرد که وضعیت تیرآهن های اصلی پل سبب افزایش تاثیر نیروهای آئرودینامیکی (در مقایسه با خرپاای باز که جریان باد را به جریان کوچکترین تقسیم می کند)گردیده است.
پس از فروریختن پل تاکومانروز، رفتار آئرودینامیکی برای طراحان پل های معلق در سراسر جهان مورد توجه قرار گرفت. بعضی از مهندسین قصد داشته اند با استفاده از خرپاهای باز لرزش آئرودینامیکی را کاهش دهند در حالی که بقیه مهندسین امروزه استفاده از آزمایش تونل باد در طراحی سطح پل برای رسیدن به نیروی رو به پایین و کاهش گرداب های تولیدی نوسانی شدید را ترجیح می دهند نتیجه آن ساختمانی است که 50 درصد سبک تر از طرح های مشابه آمریکایی آن می باشد.
مطالعات موردی پل های معلق با یک انحنا:
کارخانه کاغذ سازی بورگو (Burgo Paper Mill)
این ساختمان با سقفی شبیه پل (1962: مانتوا، ایتالیا، مهندس معمار و مهندس سازه: پیرلوئیجی نروی) سطحی معادل 86 هزار فوت مربع (7992 متر مربع) را پوشش میدهد و بعنوان کارخانه I کاغذسازی استفاده می شود. پوشش دهانه در جهت بلندتر (به طور معمول نسبت به جهت کوتاه تر اقتصادی تر است).
برای ایجاد فضایی مرکزی و بدون ستون جهت توسعه آتی برای خطوط تولید اضافی در نظر گرفته شده است.
طول دهانه مرکزی و بدون ستون جهت توسعه آتی برای خطوط تولید اضافی در نظر گرفته شده است.
طول دهانه مرکزی این ساختمان 535 فوت (163 متر)است که از چهار کابل اصلی معلق با کابلهای ثانویه عمودی که سطح صاف فولادی بام را در زیر را نگاه می دارند، تشکیل شده است. در هر یک از آنها یک طره به طول 140 فوت (43 متر) طراحی شده است.
از بار مرده سطح بام برای خنثی کردن نیروهای روبه بالای باد استفاده شده است. تکیه گاههای بتنی با قاب صلب پایداری جانبی مورد نیاز را عمود بر دهانه اصلی فراهم می کنند. تمامی سازه اصلی روی چهار ستون بتنی به ارتفاع 164 فوت(50 متر) نگاه داشته شده است.
با وجود آنکه رفتار سازه کابلی در پل های معلق یکسان است ولی رفتار عکس العمل فشاری آنها که در هر دو انتها حل شده است، متفاوت می باشد. کابل های پل در هر انتها با پایه های حجیم بتنی برای مقاومت در برابر نیروی رانشی داخلی به زمین محکم شده اند، کابل های سقف کارخانه کاغذسازی بورگو به زمین متصل نمی باشند ولی به دو سر سطح طره شده بام اتصال دارند. در نتیجه، نیروی عکس العمل رانش کابل باعث فشار شدید در سطح بام می گردید.
فدرال ریزرو- میناپلولیس (Minneapo; FEDERAL Reserve Bank)
این ساختمان طویل دارای دهانه های بزرگی است (1973: میناپولیس، مهندس معمار: جی، بیرکرتز و همکاران، مهندس سازه: اسکیلنگ ، هل، کریستین سن ورابرت سون) که برای آزاد کردن زیر میدان عمومی شهری از انسداد و حذف ستون هایی که امکان تداخل با طراحی بخش زیرزمینی ساختمان در زیر میدان مذکور را داشتند طراحی شد. ساختمان در دو بخش طراحی
گردید: یک بخش حفاظمت شده زیرزمینی بسیار بزرگ (برای دریافت و عملیات بانکی میزان زیاد پول) و بخش اداری در 10 طبقه روی ان {مساحت هر طبقه 16800 فوت مربع (1560 متر مربع) است} میدان عمومی وسیعی بین این دو بخش با هال ورودی و فضاهای پشتیبانی و خدماتی که در قسمت انتهایی طراحی شده اند قرار دارد. بیرکرتز این گونه توضیح می دهد از یک سو مبهم بودن و امنیت ساختمان مد نظر بوده و از طرف دیگر شفافیت و گویا بودن آن (مک کوی، 1973)
این ساختمان بیشتر به علت پوشاندن دهانه 270 فوتی (3/82 متر) در طول میدان عمومی با استفاده از سازه معلق بخش اداری مورد توجه قرار گرفته است. دو برج خدماتی در دو انتهای ساختمان (شامل: پلکان، سرویس های بهداشتی، آسانسور های خدماتی وفضاهای تاسیساتی) کل تکیه گاههای عمودی و پایداری جانبی را برای بخش اداری مورد توجه قار رگرفته است.
و برج خدماتی در دو انتهای ساختمان (شامل: پلکان، سرویس های بهداشتی، آسانسورهای خدماتی و فضاهای تاسیساتی) کل تکیه گاههای عمودی و پایداری جانبی را برای بخش اداری تامین می کنند. هر یک از این برج ها با نمایی از جنس سنگ گرانیت سازه ای برشی به شکل H از جنس بتن مسلح دارند که به طور عمودی از سطح زمین طره شده اند.
دو سازه زنجیر واره معلق اصلی (به علت بار یکنواخت افقی که بر آنها وارد می شود بیشتر به شکل سهمی نزدیک هستند(متشکل از صفحه فولادی جوش داده شده که بطور متوسط 3 فوت (91 متر) عمق دارد و شامل کابل های پس کشیده به قطر 40 اینچ(100 میلیمتر)است، می باشند، 8 کابل در بالای هر منحنی طنابی وجود دارد که به ترتیب به 6، 4، و 2 عدد کابل در پایین کاهش می یابند.
نیروی افقی رانشی درونی در بالای فرم منحنی طنابی به وسیله یک خرپا به شکل جعبه در بالای ساختمان خنثی می گردد. این خرپا 28 فوت(5/8 متر) ارتفاع و 60 فوت (3/18 متر) عرض و270 فوت (3/82 متر) طول دارد. راستای برج ها، خرپا و منحنی طنابی روی یک خط در هر انتها با هم تلاقی دارند. اتصال بحرانی این سه عامل اصلی در بالای هر گوشه از ساختمان یک لنگر فولادی به وزن 920 تن 85 متریک) است.
طبقات بالای فرم منحنی طنابی به وسیله ستون هایی نگاه داشته می شوند (که در بالای فرم منحنی طنابی باقی می مانند)طبقات زیر فرم منحنی طنابی به وسیله مقاطع عرضی فولادی از ان آویزان شده اند.
برای ایجاد تاثیر بصری ناشی از رفتارهای متفاوت سازه ای، شیشه ای که با سطح زیرمنحنی طنابی در یک تراز قرار دارد و در بخش بالایی عقب تر نشسته است طراحی شده است. کف طبقات متشکل از بتن سبک روی سطح فولادی و خرپاهای فولادی سبک به ارتفاع 10 فوت (3 متر) در مرکز است. این خرپاها سرتاسر فضای داخلی بدون ستون دفاتر به عرض 60 فوت (3/18 متر) را می پوشانند و فضایی یکپارچه ایجاد می نمایند. بارهای ناشی از نیروی باد با عملکرد دیافراگم طبقات که بارها را به برج های انتهایی انتقال می دهند خنثی می شوند.
ساختمان ترمینال دالاس (Dulles Terminal)
ساختمان ترمینال دالاس (1962: واشنگتن، مهندس معمار: اروسارنین و همکاران، مهندس سازه: امان و ویتنی) ترکیبی از طراحی هوشمندانه و معماری رسا و پرمعناست. این ساختمان به علت پلان فشرده و ایجاد مسافت های کوتاه برای عبور مسافران (فرودگاهی مناسب با اتاق های استراحت متحرک) و همچنین به علت سقف معلق زیبا و راهروهایی که از شاه تیرهای تکیه گاهی منشعب شده اند مورد توجه قرار گرفته است. ()سارنین 1963 و ناشر 1960، 1963)
سقف به وسیله یک ردیف از تیرهای اصلی بتنی با فواصل 40 فوت (2/12 متر) از یکدیگر نگاه داشته می شوند ارتفاع آنها 65 فوت (8/19 متر) در قسمت دسترسی اصلی و 40 فوت(2/12 متر ) در جهت مخالف آن می باشند. این ساختمان شبیه به یک گهواره معلق در بین درختانی از بتن، متشکل از ستون های با فرم منحنی طنابی موازی از جنس کابل فولادی با قطر 1 اینچ (25 میلیمتر) با فاصله 10 فوت(3 متر) از یکدیگر و پانل های پیش ساخته بتنی که بین انها را پوشانده است. لبه بیرونی بام از بتن در جا است که به شکل یک تیر انتهایی برای نگاهدری سه ستون از کابل ها
ی بین تیرها طراحی شده است. در مدت زمان ساخت، کیسه های موقتی شن روی سطح پیش ساخته توزیع شده بود تا فرم منحنی طنابی کابل ها تامین گردد. هنگامی که فرم منحنی دلخواه به دست آمد، بتن اطراف کابل ها ریخته شد و کابل ها برای ایجاد قوس های معکوس به منظور مقاومت در برابر نیروی رو به بالای باد، سخت گردیده (همراه با بار مرده سطح سقف) تیرهای بتنی ستون های عظیم طره شده موربی هستند که در مقابل رانش داخلی کابل های معلق مقاومت می نمایند. هریک از 16 برج با ارتفاع بیشتر، 20 تن (1/18 تن متریک) وزن از جنس فولاد مسلح دارند.
سازه های با کابل مضاعف
سازه های با کابل مضاعف شبیه به سازه های با یک انحنا هستند با این تفاوت که کابل های تثبیت کننده در زیر کابل های معلق اصلی برای مقاومت در برابر نیروی رو به بالای باد به آن اضافه شده است. اگر هر دو سری کابل ها در یک سطح باشند، تعدادی کابل اضافی برای تامین پایداری جانبی( عمود بر این دهانه) باید استفاده شود.
مطالعات موردی سازه های معلق با کابل های مضاعف
ترمینال فرودگاه بین المللی دنور Denver International Airport)
یک مثال کاربردی از سقفهای کابلی با کابل های مضاعف و در خلاف جهت هم، سالن اصلی ترمینال فرودگاه دنور است که بزرگترین سازه کششی سقف و بزرگترین فضای یکپارچه در جهان می باشد/.(1995: دنور، کانکتیکات، مهندس معمار: فنترس ، بردبرن و همکاران، مهندس سازه: سورود و همکاران) سقف پارچه ای به علت سبکی و سرعت ساخت و به دلیل زیبایی ان انتخاب شده است مشابه قله های پوشیده از برف رشته کوه راکی، قله های این ساختمان به وسیله 34 ستون اصلی فولادی، شامل ستون های 150 فوتی (45 متر) با فاصله (3/18 متر) از یکدیگر ایجاد
شده اند.
انحنای پارچه های بین قله ها 240 فوت 630 متر) دهانه طول سالن اصل را می پوشاند. پوشش پارچه ای سقف به وسیله کابل هایی که از خط الراس ها و خط القعر ها عبور کرده که بیشترین بارهای کششی را نیز تحمل می نمایند، مسلح شده اند. کابل های خط الراس معلق بارهای
ناشی از وزن ساختمان و برف را تحمل می نمایند، در صورتی که کابل های تثبیت کننده خط القعر در برابر نیروی باد مقاومت می نمایند. سومین سری از کابل ها، کابل های خط الراس و خط القعر را در فاصله 40 فوت (2/12 متر) سقف پارچه ای مسلح به هم متصل می کنند. (لندکر Landeker 1994، استین Stein 1993، بلیک Blake 1995)
: ترمینال فرودگاه بین المللی دنور، نمای خارجی نوک چادرها را که شبیه قله های پوشیده از برف رشته کوه راکی است ، نشان می دهد.
: ترمینال فرودگاه بین الملل دنور، شبکه ژئودزیک بام پارچه ای
سقف از پارچه دو لایه تشکیل شده است که جنس هر دو از فایبر گلاس با پوشش تفلون می باشند. لایه بیرونی با ضخامت 28% اینچ (7 میلیمتر) ، لایه سازه ای اصلی است در حالی که لایه داخلی مانعی آکوستیکی را فراهم کرده و یک لایه هوا برای جلوگیری از اتلاف انرژی ایجاد می کند. جزئیات حساس و بحرانی در این ساختمان اتصال بین سقف پارچه ای قابل انعطاف و دیوارهای صلب زیر آن می باشد. در بالای باجه های فروش بلیط یک پنجره مثلثی شیشه ای مربوط به بام وجود دارد که امکان دیدن آسمان را از کف سالن اصلی فراهم می نماید.
لبه بالایی پنجره بام به سقف پارچه ای متصل شده است. سطح بام به انداز
ه 3 اینچ (75 میلیمتر) به وسیله لوله های پنومتاتیک باز و بسته می شود و با حرکت پارچه سقف حرکت می کند.
پارچه و کابل ها امتداد یافته و از روی دکل های (دیرک ها) فولادی با مقطع لوله ای عبور می کنند تا به سازه موجود ساختمان در هر انتها مهار شوند. این لنگر ها در مقابل رانش داخلی که به وسیله فرم منحنی طنابی سقف پارچه ای ایجاد می شوند مقاومت می نمایند دکل ها فقط تکیه گاه عمودی را تامین کرده و مانند اتصال مفصلی در تکیه گاه ها رفتار می کنند.
سالن کنفرانس یوتیکا (Utica Auditorium)
یکی از مشکلات در چیدن کابل های مضاعف در یک آرایش موازی مانند آنچه که در سازه ساختمان فرودگاه دنور به کار رفت، تامین مقاومت لازم در برابر نیروی رانشی داخلی کابل های معلق می باشد. در حالت دایره ای شکل، این نیروهای رانشی می توانند به وسیله یک حلقه فشاری بدون نیاز به کابل های طنابی یا تیرهای طراحی شده حجیم (مانند آنچه که در ساختمان ترمینال دالاس به کار رفته است) متعادل گردند. یک نمونه از چنین سیستمی سقف چرخ دو چرخه ای تالار کنفرانس یوتیکاست (1962: یوتیکا نیوجرسی، مهندسی سازه: لولتلین و همکاران)
