بخشی از مقاله
بررسی و مقایسه سازههای کابلی و سازههای فضاکار
چکیده
با گسترش علم و پیشرفت صنعت شاهد تحولاتی در صنعت ساختمان سازی بودهایم. مسئلهای که بیشتر مورد توجه قرار گرفته است، ایجاد تعامل و تعادل بین سازه و معماری بوده است. استحکام و مقاومت سازه اولین وظیفهای است که سازه بر عهده دارد اما در کنار استحکام توجه به مسائل زیبایی و عملکردهای سازه نیز مورد توجه می باشد. در واقع یک اثر معماری زمانی میتواند موفق باشد که بین سازه و معماری آن تعامل لازم وجود داشته و طرح معماری و سازهی آن مکمل هم باشند. مقاله حاضر در پی آن است تا ضمن بررسی سازههای کابلی و سازهها فضاکار، معایب و مزایای آنها را شناسایی کند. روش تحقیق تحلیلی- توصیفی بوده است و جمع آوری اطلاعات از منابع اینترنتی و مطالعات کتابخانه ای بوده است. نتایج پژوهش گویای آن است که سازههای فضاکار با توجه به تنوعی که دارند از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفهتر و دارای زیبایی بیشتری میباشند اما شایان ذکر است که سازههای کابلی دارای مقاومت سازهای بیشتر و عمر سازهای طولانیتری هستند.
کلمات کلیدی: سازه در معماری، سازههای کابلی، سازههای فضاکار.
×
1
-1 مقدمه
تعامل سازه و معماری از جمله مواردی است که همواره مورد توجه معمـاران و مهندسـین سـازه بـوده اسـت. گرچـه نگـاه نخست به سازه مسئله استحکام و تحمل بارها توسط سازه است اما یک سازه باید علاوه بـر اسـتحکام، زیبـایی لازم را داشـته و عملکردهای مناسبی ارائه دهد. در برخی موارد شاهد آن هستیم که مهندسین سازه بـدون توجـه بـه مباحـث زیباشناسـانه در معماری و تنها توجه به استحکام سازه به طراحی سازه ها میپردازند که در این مواقع نمی توان انتظار تعامل و تبادل بین سـازه و معماری را داشته باشیم.در مقابل معماران نیز گاه در طراحیهای خود تنها به مفهوم انتزاعی معمـاری توجـه دارنـد کـه ایـن مسئله در اجرای سازه نمود پیدا میکند و مشکلاتی را به وجود میآورد. واژه تکتونیک معمـاری کـه نتیجـه فعالیـت مشـترک معماری و مهندسی است اساسا حاصل نحوه تفکر و فعالیت های هنری- تکنولوژیکی است که گسترهای از تعامل کامل و مطلـق فرم و سازه در بنا تا نگرش قانونمند به نظام ساختاری فضـا را شـامل مـیگـردد و بـه تعبیـر معمـار روسـی بـوروف. آک. تفکـر هنرمندانه در ارتباط با سازه است. در این مقاله به بررسی دو نوع از سازههای جدید و رایج با عنوان سازههای کابلی و سازههـای فضاکار پرداختهایم و ضمن بیان مزایا و معایب این سازهها، ویژگیهای آنها مورد تطبیق قرار گرفنه شده است.
-1-1 اهداف
در هر مقاله و پژوهشی، اهدافی مورد نظر است. مهمترین اهدافی که در این مقاله مورد توجه است عبارتند از: (1 بررسی و مطالعه سازههای کابلی و شناسایی مزایا و معایب آنها (2 بررسی و مطالعه سازههای فضـاکار و شناسـایی مزایـا و معایـب آنهـا (3 تطبیق و مقایسه مزایا و معایب سازههای کابلی و سازههای فضاکار.
-2-1 پیشینه تحقیق
شناخت پژوهشهای انجام گرفته در خصوص هر عنوان پژوهشی و ارزیابی آنها در سطوح مختلف و با معیارهـای متنـوع از ضروریات هر پژوهش است. هرچند مطالعه و پژوهشی در دسترس نیست که سازههای کابلی و سازههای فضاکار را مقایسه کنـد اما مطالعاتی در مورد هر یک از این سازهها به طور جداگانه صورت گرفته است که چند نمونـه از ایـن مطالعـات بـه شـرح زیـر میباشد: فولر مور در کتاب خود با عنوان درک و رفتار سازه ها، ضمن بررسی انواع سازه های معماری در مورد سازه های کـابلی و سازههای فضاکار توضیحاتی را ارائه داده است. مور در این کتاب بیشتر بـه بحـث رفتـار سـازه ای توجـه کـرده اسـت و نحـوه بارگذاری سازه ها راتشریح کرده است. مهرداد جواهریان در مقاله خود با عنوان سازه در معماری، تعامل میان سازه و معمـاری را بررسی نموده است و در نتیجه گیری مقاله خود عنوان کرده است که باید یک سازه علاوه بـر اسـتحکام، زیبـایی و عملکـرد آن مرتبت با طرح معماری باشد.امین قنادی اصل در پژوهش خود با عنوان تحلیل سیستمهای کابلی، سازههای کـابلی را معرفـی و مزایا و معایب این سازه ها را تشریح نموده است. نسترن عرب اسماعیلی و همکارانشان در مقاله خود با عنوان بررسی سـازههـای فضاکار با الگوهای معماری، ضمن معرفی سازههای فضاکار، نوع تعامل این سازهها با طرح معماری را بیان نموده است.
-2 مبانی نظری پژوهش
1-2 سازه و استحکام
سازه عبارت است از عضو یا مجموعه ای از اعضا که به منظور تحمل و انتقال نیـرو بـه کـار مـیرود .[1] سـازه متـرادف بـا نگهدارنده است، به زبانی سادهتر ترکیبی از عناصر است که طراح برای عملی کردن و تقویت ایده خود از آن بهـره مـیجوید.بـه زبان تخصصی، سازه عبارت است از مجموعه ای یکپارچه و پایدار از عناصر که برای تحمل و انتقال ایمن بارها بدون تجاوز از حد تنشهای مجاز در اعضا طراحی و اجرا میشود .[2] فلسفه وجودی سازه حفظ ساختار یک سیستم در مقابل بارهـا و نیروهـای وارد بر آن میباشد .[3] با توجه به گسترش علم و پیشرفت صنت ساختمانسازی، سازههای مختلفی به وجود آمـدهانـد امـا در
2
حالت کلی سازهها معمولا به سه گروه تقسیم میشوند: الف) سازههای وزنی، پایداری و مقاومت این سـازههـا در مقابـل بارهـای وارده بستگی به وزن آنها دارد.دیوارهای حایـل و سـدهای وزنـی آجـری، سـنگی و بتنـی مثـالهـایی بـرای سـازههـای وزنـی هستند(شکل1،الف). ب) سازههای قاب بندی شده،این نوع سازهها غالبا مجموعهای از میلهها و یا اعضای سبک هستند کـه بـه وسیله اتصالات پرچی،پیچی، ویا جوشی به یکدیگر متصل شده اند. پایداری این قبیل سازهها بستگی به ترکیب هندسی اجـرای آنها داشته و معمولا وزن مجموعه در مقایسه با بارهای اعمال شده کوچک میباشد.قابهای چوبی، فلزی و بتنی سـاختمان هـا، پلها، شبکهها، قوسها و سازههای فضاکار مثالهایی از این قبیل سازهها هستند (شـکل1، ب). ت) سـازههـای پوسـتهای، ایـن سازهها از پوستههای فلزی یا بتنی تشکیل میشوند(شکل1، ج). منابع ذخیره مایعات، مخازن تحـت فشـار، سـیلوها و دالهـای بتنی مثالهایی از این نوع سازهها میباشند .[1]
الف ب ج
شکل :1 الف. سازه وزنی ب. سازه قاب بندی شده ج. سازه پوسته ای
-2-2 سازه و عملکرد
هیچ سازهای بخاطر خود سازه ایجاد نمی شود.[4] خلق فضاهای زیستی جهت پاسخگویی بـه نیازهـای انسـان از تکـالیف عمده معماری به شمار میرود. عناصر سازهای به عنوان شکل دهنده و سازماندهی فضا نقش مهمی دارند. از سازه میتوان برای محصور کردن فضا، به وجود آوردن حوزه فضایی، تفکیک، تاکید یا ایجاد سیرکولاسـیون، اسـتنباط حرکـت، گسـترش ترکیـب بندی ابداعی و مدولاسیون استفاده نمود.[5]
-3-2 سازه و زیبایی
بکارگیری تدابیر خاص در اجزای سازه امکان بیان احساسات هنری را ممکن میسازد. در تمدنهای آغازین، ایران باسـتان، مصر و معماری یونان، ستون ها در آراستگی و القای معانی و احساسات بکار گرفته شـدهانـد و بـا اسـتقرار در جهـات مختلـف و بکارگیری خصوصیاتی همچون: حجم، وزن، اندازه، جنس، نقش و فاصله قرارگیری آنها نسبت به یکدیگر توانـایی بیـان مفـاهیم هنری، ایدئولوژی یا حتی جهان بینی خاص را ممکـن نمودنـد. در معمـاری مـدرن و دوران بعـد از آن امکـان خلـق و ترکیـب حجمهای خالص و ناخالص با هندسه متفاوت، ایجاد فرم های بدیع، تفکیک عملکردها و تحقق زبان زیباشناسی خاص خـود بـه کمک سازه میسر گردید و قابلیت آن در ارایه ترکیب های متنوع پلانی- حجمی و نمای ساختمان ها باغـث شـده تـا بـه عنـوان عنصر تاثیرگذار از عناصر معماری در ارزیابی زیباشناسه آثار معماری قرار گیرد.[2]
-3 سازههای کششی
سازههای کششی سازههایی هستند که در آنها اعضای اصلی باربر بارهای وارده را به شکل تنشهای کششی و بدون اعمـال فشار یا خمش به پی یا تکیه گاهها انتقال میدهند (شکل.(2 ابعاد سطح مقطع و طرز ساخت قطعات تشکیل دهنده ایـن گونـه سازهها چنان است که صلابت برش وخمش ومقاومت کمانش آنها قابل اغماض است. این نوع سـازههـا تحـت اثـر بارهـای وارد تغییر شکل داده وبدین ترتیب از افزایش میزان تنش جلوگیری می کنند.سازه های کششی برای تحمل بارهای گسترده بسـیار
3
مناسب بوده است[6] .هورست برگر معتقد است که بهترین مهندس در دنیای حیوانات عنکبـوت اسـت.تار عنکبـوت ماننـد آب لطیف و همچون درخت قابل انعطاف است که تمامی مهارتها در آن به کار رفته است .[7]
شکل :2 سازههای کششی (الف) (ب)
در چند دهه اخیر، دیدگاه های معمارانه فراوانی در رابطه با طبیعت به وجود آمده، که یکی از مهمترین آنها، نگرش سازهای در معماری بوده و در بعضی از موارد منجر به خلق آثار بدیع سازهای و حتی سیستمهای سازهای جدید در معماری شده است.
-1-3سازههای کابلی
در حدود 80 سال پیش از کابل برای پلها استفاده میشده و در قـدیم نیـز در پـلهـای دهنـه بـزرگ از سیسـتم طنـاب استفاده میکردند. کابلها اعضای کششی هستند که مواد تشکیل دهنده آنها دارای مقاومت کششی مناسبی در مقابـل بارهـای وارده هستند . کابلها با هم متفاوت هستند. نوع چینش اعضای تشکیل دهنده کابلها با هم، وزن، سـاختار و .... از تقـاوتهـای کابلها با هم هستند .[8] کابلها در بسیاری از انواع سازههای مهندسی مورد استفاده قرار میگیرند.عنصر اصلی باربر در پـلهـا یا سقف معلق، کابل است. کاربرد مهم دیگر کابلها، استفاده به عنوان عناصر مهار کننده سازهای بلند و لاغر نظیر جرثقیـلهـا، دودکشها و دکلهای مخابراتی یا انتقال نیرو میباشد.[1] سازههای کابلی خالص ترین رفتار سازهای را دارند ، آنها دارای رفتـار خالص کششی هستند.اعضای اصلی همان کابلها هستند.این سازهها از تمام مقاومت خود بهره میبرند.جز با سازه کابلی با هیچ سازه دیگری نمی توان از دهانه بیش از یک کیلومتر عبور کرد(شکل.(3 ساختمانهای کابلی را از نقطه نظر نقشی که در انتقال نیروها دارند معمولا به دو گروه تقسیم میکنند: الف) ساختمانهای معلق: فرم این سازهها، ساختمان آویـزان از کابـل خـود بـه خود شکل گرفته و فرمی پر بازده است.در این سازه یک دکل قایم یـا مایـل بـه صـورت متقـارن (بـار مسـتقیما بـه کابـل وارد میشود) یا نامتقارن، وظیفه مهار نیروهای کششی کابل ها و تبدیل آنها به تنش فشاری و انتقـال آن بـه پـی را بـر عهـده دارد. ب) ساختمانهای مقاوم شده با کابل :ساختمان هایی هستند که در آنها کابلهـا نقـش تقویـت کننـده سـاختمان را بـر عهـده دارند.در این قبیل ساختمان ها بارها به اعضای اصلی دیگر وارد میآیند و نقش کابلها ایجاد مهار بیشتر سـاختمان و کمـک بـه اعضای اصلی در تحمل و انتقال نیروها میباشد.
شکل :3 سازههای کابلی
4
جدول :1 مزایا و معایب سازههای کابلی، منبع نگارندگان
مزایا سازههای کابلی معایب سازههای کابلی
(1 رفتار دو طرفه دارند (1 دارای لرزش و ارتعاش
(2 فرم هندسی متنوعی میدهند (2 آسیب پدیر در برابر باد
(3 خطی و غیر ایستا هستند (3 عدم استفاده در ساختمانهای کوچک به علت پایداری
(4 در برابر کشش مقاومت بالایی دارند (4 پیچیدگی فراوان در طراحی و اجرا
(5 مقاومت در برابر زلزله (5 مقاومت ناچیز در برابر فشار
(6 قابلیت افزایش ابعاد دهانه (6 هزینه اجرایی بالا
(7 زمان وسرعت ساخت سریع
-4 سازههای فضاکار
سازههای فضاکار گروهی از سازهها میباشند که رفتار سه بعدی داشته و معمولا دارای فرمهای بدیع مستوی یا منحنـی در فضا میباشند که با مدولهای تکرار شوند و یکسان، طراحی و احداث میگردند (شکل.(4 این سازهها بـه دلیـل تعـدد و تشـابه اعضا، مناسب تولید صنعتی میباشند. متداول ترین کاربرد سازه های فضـاکار، پوشـش سـاختمان هـایی بـا دهانـه هـای وسـیع میباشد. فضاهای ورزشی، سالن اجتماعات، نمایشگاه های چند منظوره، مراکـز فرهنگـی و هنـری، مصـلیهـا، مسـاجد، آشـیانه هواپیما، سالنهای بزرگف انبارهای وسیع و انواع پایانههای باری و مسافری متناسب و هماهنگ با سازههای فضاکار است .[9]
