بخشی از مقاله
بررسی سازه های غشایی وفناوری نوین در این سازه ها
چکیده
در سازه غشایی که سازه پارچه ای وسازه چادری نیز نامیده می شود،زیرمجموعه ای از سازه های فضایی به شمار می رود و به دلیل سبکی،انعطاف و شفافیت و توانایی پوشش دهی دهانه های بزرگ توانسته اند فرم های زیبایی را به وجود آورند و توجه طراحان را به خود جلب کنند.امروزه با پیشرفت تکنولوژی سازه های سبک وتنوع آنها،صرفه جویی در زمان وانرژی،سهولت بهره برداری بیشتر از مکان وزمان و... شاهد استفاده روزافزون از این نوع سازه در بخش قابل توجهی از پوشش های ساختمانی در جهان هستیم. قدمت سازه های چادری به دوران اولیه حیات بشر وزندگی در چادرها باز می گردد،زمانی که انسان برای محافظت در برابر باران وآفتاب پناهگاهی از پارچه برای خود ساخت.از آن پس تاکنون با وجود پیشرفت فناوری ومعماری استفاده از سازه های پارچه ای نه تنها اهمیت خود را از دست نداده بلکه رونق روزافزونی یافته است.این مقاله ضمن معرفی انواع سازه های غشایی کششی وساختار تشکیل دهنده ی آن به معرفی انواع موادی که در ساخت این غشاها به کار می رود، وفناوری نانو وتاثیری که فناوری های نوین بر سازه های غشایی می گذارد وهمچنین مزایای این سازه هاپرداخته است،تا بتوان از شناخت مزایا ومحدودیت های این نوع سازه در ایده پردازی، الگوبرداری،طراحی واجرای بناهای نوین استفاده نمود.
واژه های کلیدی: سازه های غشایی،شفافیت،انعطاف،ساختارسازه
- مقدمه
امروزه با افزایش جمعیت نیاز بشر به مکانهایی برای اجتماع بیشتر شده وپاسخ این نیاز روزافزون توسط سازه های غشایی کششی تامین شده است. این سازه ها با حداقل اشغال فضا توسط فریم سازه ای وایجاد فضای باز وقابل توسعه مکانهایی مناسب برای ترمینالها،فرودگاهها،مراکز تفریحی وخرید،حتی کلیساها وزیارتگاهها می باشند.غشاها می توانند سقف دیوارهای مسطح یا منحنی باشند.خاصیت قابل ملاحظه آن ها داشتن کمترین سطح نسبت به سایر پوششها برای محدوده معین است،به همین دلیل نرمترین وهموارترین سطح در میان سایر پوششها برای اتصال نقاط مختلف یک محوطه محصور می باشند.سازه های غشایی با توجه به رفتار کششی خالص در برابر نیروها،زیرمجموعه ای از گروه بزرگ سازه های کششی محسوب می شوند،ازسوی دیگر به علت برخورداری از یک هندسه ی فضایی سه بعدی به خانواده ی سازه های فضاکار تعلق دارند وهمزمان به خاطر سبکی وزن در گروه سازه های سبک قرار می گیرند. نکته بسیار مهم در مورد سازه های غشایی یا چادری این است که آن ها همیشه باید در کشش باشند،در غیر این صورت با وزش باد مانند پارچه ای لخت ورها،چین وچروک برداشته وقسمت های مختلف آن،آنچنان به هم کوبیده می شوند که از بین می روند. [ ] امروزه با پیشرفت تکنولوژی وفناوری های نوین در زمینه ساختمان سازی،انسانها در پی این هستند که مصالحی با خواص بالاتر وارزانتروسازگار با محیط زیست تولید کنند.دراین زمینه فناوری نانو توانسته علاوه بر پایداری بیشتر انرژی کمتری نیز مصرف کند به گونه ای که کمتر به طبیعت آسیب برساند. در این میان سازه های غشایی نیز از فناوری نانو دور نمانده وتوانسته اند به استحکام بالاتر،مقاومت،سختی وهمچنین خاصیت خودتمیزشوندگی،دیرسوزترو... برسند واین سازه ها به سازه هایی با قابلیت های بالا تبدیل شوند.در این مقاله سعی شده علاوه بر بررسی سازه غشایی به تاثیرفناوریهای نانو که روی این سازه می گذارد نیز پرداخته شود.
-تاریخچه سازه های غشایی یا چادری
سازه های غشایی ابداع تازه ای نیستند،دریانوردان رومی،برای مسقف کردن کولوسئوم در روم بادبانهای قایق را با مهارت به کار می بردند و به کمک این بادبانهای کرباسی که به شکلی خاص طراحی وتوسط طنابهایی کشیده می شد،برای تماشاچیان سایه ایجا می کردند.اقوام بادیه نشین بدوی پوست بز را صدها سال برای پوشش چادر وتقسیم بندی های داخل آن جهت جداساختن انسان از گوسفندان به کار برده اند [ ] استفاده از سازه های غشایی جدید در طی جنگ دوم جهانی آغاز شد،زمانی که ارتش امریکا به دنبال نوعی از سازه بود که بتواند آنتن های رادار را بدون اینکه سد راه پرتوهای الکترومغناطیسی شود ومزاحم انتقال و دریافت آنها باشد،پنهان کند.این نیاز،والتربرد((Walter Bird را واداشت تا در سال اولین گنبدها را با سیستم هوای فشرده طراحی کند و در حال حاضر هرسال،صدها سازه غشایی کوچک وبزرگ در نقاط مختلف دنیا برپا می شود. [ ]
پوسته های سبک در ابتدا در سازه های متعارف بسیاری،مورد استفاده قرار می گرفت.ولی با پیشنهاد سازه های پیچیده کششی توسط دفتر کار"فرای اتو"معماری به مرحله جدیدی ازطراحی پانهاد.اواز این سازه در سقف استادیوم المپیک مونیخ استفاده کرد.در ایران نیز پیشینه بسیار قوی در زمینه سازه های غشایی وجود دارد،تکیه دولت،حیاط مرکزی حسینیه یزد وپوشش حسینیه کرمان از نمونه های خاص سازه های چادری وسایبان های کوچ نشینان در مناطق مختلف ایران نمونه
هایی از موارد استفاده عمومی سازه های پارچه ای به شکل سنتی در ایران هستند. > @
-سازه های غشایی
سازه غشایی((membrane structures نوعی از سازه ها هستند که در آن یک ماده کشسان به منظور مسقف کردن یا پوشاندن یک سطح یا حجم به کار می رود.
غشاها به سه دسته تقسیم می شوند:پارچه ها،فیلم ها وفیلم های تقویت شده.
- -پارچه ها
معمول ترین و رایج ترین غشاها هستند که در آن ها الیاف هایی به صورت تار((warp وپود (weft) به هم تابیده می شوند که در مطلوبترین شرایط نیز بر اثر بارهای متغیر فشار باد تکان می خورد. پارچه نوعی متفاوت از سازه کابلی با انحنای مضاعف است که در آن فاصله بین کابل ها کاهش یافته وبه صفر رسیده وسطح آن یک پوسته پیوسته گردیده است. چادرها معمولا برای سازه های موقتی استفاده می شود در پیشرفت های اخیر این پوشش ها دوام بیشتری در مقابل نور خورشید دارند. پارچه ها و روکش هایی که در سازه غشایی استفاده می شوند،انواع مختلفی دارند که در اینجا رایجترین نوع آن ها معرفی می شوند:
- - -الیاف پلی استر همراه با روکش پی وی سی( (PVC-coated polyester
غشای پلی استر با روکش پی وی سی،معمول ترین غشای پارچه ای است که ماده ای مقاوم در برابر آتش محسوب می شود.این الیاف مقاومت کششی وخاصیت کشسانی خوبی دارند.از معایب این پوشش می توان به خزش سریع آن به خاطر وجود وینیل اشاره کرد.همچنین عمر پلی استر با روکش پی وی سی کوتاه است وحدودا به سال می رسد. به همین دلیل این پوشش ها برای سازه های دائمی مناسب نمی باشد،عیب دیگر وینیل موجود در این پوشش ترک برداشتن آن است که در برابر نور خورشید وهوای سرد سریع ترک برمی دارد.این روکش ها پس از تا سال رنگ آن نیز متمایل به زرد می شود.[ ] برای مقاومت بیشتر در برابر عوامل محیطی وافزایش دوام آن بر روی این ماده روکشهای دیگری نظیرPVDF،PVF،Acrylic استفاده می گردد و ماده ای مقاوم در برابر آتش محسوب می شود.[ ]
- - -الیاف شیشه با روکش تفلون((Silicon-coated glass fiberو سیلیکون((PTFE-coated glass fiber
در زمره باداوام ترین پوشش ها هستندکه مقاومت آن در برابر نیروهای کششی از فولاد نیز بیشتر است. تفلون ماده ای اینرتیک است و بخوبی با خاک و کثیفی مقابله می کند و ظاهری چشم نواز دارد. عمری حدود سال دارد و دیرتر ازسیلیکون کثیف می شود اما انعطاف پذیری کمی دارد در مقابل، سیلیکون مقاومت کمتری نسبت به تفلون در برابر آتش دارد. این محصول از فایبرگلاس با روکش تفلون، انعطاف پذیرتر است اما مقاومت آن در برابر آتش از فایبرگلاس با روکش تفلون کمتراست. در عوض انعطاف پذیری بالاتری نسبت به روکش تفلون دارد.[ ]
- - -الیاف کولار روکش شده((Coated Kevlar fibers
الیاف کولار می تواند با تفلون،یورتان،نئوپرن،وینیل یا هایپالون روکش شود.کولار وکولار جدیدترند.یکی از مزایای کولار
کاهش وزن خود غشا است(حدود درصد) عمر مفید آن سال است. حدود برابر گران تر از پارچه های دیگر است اما
مقاومت کششی وخاصیت کشسانی بهتر،وزن کمتر خود غشا، وطول عمر بیشتر از مزایای آن است.[ ]
- -فیلم ها
این مواد،ورقه های همسانی از لاستیک یا پلاستیک هستند که می توانند کاملا شفاف و یا مات باشند.بسیار انعطاف پذیر ودر حالت عادی ایزوتروپیک(یعنی در دو جهت طول وعرض رفتار مشابهی دارند)اما ضعیف تر هستند ومقاومت گسیختگی کمتری
نسبت به پارچه های بافته شده دارند.به دلیل هزینه پایین وانعطاف پذیری زیاد مناسب برای سایبان ها یا ساختمان های موقت هستند.[ ]
- - فیلم تقویت شده
این مواد از یک پارچه که بین دو لایه نازک فیلم چسبیده یا با حرارت جوش داده می شود،تشکیل شده اند.لایه های این نوع غشا،هم نفوذپذیری فیلم ها را دارند و هم مقاومت وپایداری پارچه ها.به دلیل مقاوم تر بودن فیلم ها برای سازه های دائمی تر مناسب می باشند.[ ]
- دسته بندی سازه های چادری از لحاظ فرم
- -سین کلاستیک
سقف های پارچه ای که تمام نقاط آن ها همانند گنبد،انحنای رو به بیرون دارند(دارای دو انحنای هم جهت در هر نقطه از سقف نظیر شکل حباب) سین کلاستیک ها به دو دسته تقسیم می شوند: سازه بادی و گنبدهای کابلی
- - - سازه های بادی
به کمک اختلاف فشار هوا پیش تنیده می شوند وبه دودسته ی کلی تقسیم می شوند: سازه های هوانشین وسازه های پرشده با هوا(به شکل محفظه هایی باد شده)
- - -گنبدهای کابلی
جای سقف های هوانشین با نیمرخ کوتاه را گرفته اند و در آنها شکل گنبد حفظ می شوند.(رفتار حقیقی گنبد که تحمل بار در فشار خالص ناپدید می شود.) در این چادرها کابل ها به صورت شعاعی شکل می گیرند ودر مرکز بیشترین کشش را دارند.
- - آنتی کلاستیک
به پارچه ها یا دیگر سطوح که دارای دو انحنای مختلف الجهت هستند گفته می شود.(انحنای قوسی کمتر از صفر ودارای شکل زین اسبی می باشند.) آنتی کلاستیک ها به دسته رایج تقسیم می شوند: - مخروطی - زین اسبی - مخروطی معکوس - تیزه ودره ای - طره ای
- - -مخروطی وزین اسبی
طراحی که قادر به تجسم ودستکاری شکل های آنتی کلاستیک باشد به دامنه ی وسیعی از فرم های تماشایی وبسیار زیبا که در سقف های پارچه ای کششی امکان پذیر است،دسترسی پیدا می کند. این طیف اشکال با دستکاری اجزای متفاوتی که پارچه را نگه می دارد یا مهار می کنند. مثل کابل ها،قوس ها،پایه ها،خرپاها وتیرهای حلقوی قابل دستیابی است فرم هایی که به این شکل حاصل می شوند و می توان به طور کلی به عنوان زین اسبی یا مخروطی طبقه بندی کرد و این دو گونه را می توان برای خلق کل دامنه اشکال سقف پارچه ای دستکاری وترکیب کرد .
در این سازه ها اتصالات در بخش میانی به وسیله رینگ،کابل وکلاهک نگه داشته می شوند.در گوشه ها به وسیله قلاده وحلقه ها اتصال می یابد.[ ]
- - -مخروطی معکوس
یک گونه جالب از مخروط کلاسیک،مخروط معکوس است که در آن پارچه از پیرامون خود به سمت نقطه پایین تر در مرکز آن خم می شود. دلایل عملی متعددی برای پرهیز از چنین شکلی وجود دارد،از جمله دیوارها یا ستون های تکیه گاهی بلندی که در اطراف محیط آن لازم است. مانع بزرگی که توسط خود نقطه پایینی سقف در مرکز فضا ایجاد می شود اغلب این شکل به دلیل ظاهر چشمگیرش انتخاب می شود.[ ]
- - -تیزه ودره ای
آرایش سازه ای،مرکب از سطوحی که میان یکسری ازکابل های فوقانی وتحتانی قرار می گیرند همانند یک بادبزن چین دار.
- - -سازه های طره ای
خانواده سازه هایی را در بر می گیرند که در آنها یک یا چند لبه ی سقف به جای اینکه در زیر خود پایه داشته باشند،توسط بازوها یا قوس هایی که از نقطه ای واقع بر لبه داخلی یا عقب تر همان سازه به سمت خارج،طره می شوند نگه داشته خواهند شد. این نوع سایبان ها اغلب در جاهایی مناسب اند که مزاحمتی برای میدان دید ایجاد نکند.[ ]
