سازه‌های غشایی

مقدمه

سازه‌های پارچه‌ای سازه‌های کششی هستند که در آنها یک غشاء ‘کشیده’ می‌شود تا یک سطح سه بعدی را تشکیل دهد که می‌تواند برای ایجاد سقف، سایه یا عنصری تزئینی استفاده شود. سازه‌های پارچه‌ای که گاهی به عنوان «چادرهای مدرن» توصیف می‌شوند، از مواد بسیار کمی در مقایسه با سایر اشکال ساخت‌وساز استفاده می‌کنند و معمولاً شفاف هستند، اما جرم یا عایق حرارتی کمی دارند و می‌توانند طول عمر کمتری نسبت به برخی مواد دیگر داشته باشند.

به طور معمول، غشا توسط یک پارچه سازه‌ای، متشکل از یک پارچه پایه بافته‌شده، از هر دو طرف پوشش داده شده است و توسط نیروهای کششی اعمال شده توسط یک چارچوب سازه‌ای یا یک سیستم کابل‌کشی در موقعیت خود قرار می‌گیرد. بر خلاف سیستم‌های سقف معمولی، سازه‌های پارچه‌ای می‌توانند دهانه‌های بسیار بزرگی را بدون ستون‌وشش دهند. این مسأله، این نوع سازه‌ها را به ویژه برای ساختمان‌هایی مانند سالن‌های ورزشی، سالن‌های وسیع، مراکز خرید، و مراکز حمل و نقل مناسب می‌کند.

سازه‌های غشایی می‌توانند نسبتاً سریع ساخته شوند و حتی جابه جا شوند و برای مصارف موقت مناسب شوند. بنابراین در طول تاریخ با سازه‌هایی مانند چادرهای سیرک یا استفاده‌های نظامی مرتبط بوده‌اند.

تاریخ

مبدا سازه‌های پارچه‌ای را می‌توان بیش از 44000 سال به عصر یخبندان و سیبری جستجو کرد، جایی که بقایای پناهگاه‌های ساده ساخته شده از پوست حیوانات بین چوب‌ها پیدا شده است. سازه‌های پارچه‌ای عمدتاً در مناطقی که مصالح کمیاب بودند، یا جایی که بقا و زندگی نیازمند تحرک بود، رشد یافت. دقیقا هر دو شرایطی که با بارش کم در ارتباط هستند.

با این حال، از این خاستگاه‌های صرفاً کاربردی، پارچه‌ها طی قرن‌های متمادی تکامل یافته است و به نمادی از سبکی تبدیل شده است. سازه‌های پارچه‌ای تقریباً کارکرد تفریحی دارند و به غیر از اهداف نظامی به روش‌های دیگری هم از آنها استفاده می‌شود.

معمار، فرای اتو، تحقیقات جامعی را در مورد اصول سازه‌ای پشت نسل جدیدی از ساختمان‌های پارچه‌ای آغاز کرد و در نهایت، این تحقیقات منجر به پیشرفت‌های خارق‌العاده‌ای شد که اکنون به صورت سازه‌های پارچه‌ای مدرن مانند سقف ترمینال حج در فرودگاه جده، گنبد هزاره و فرودگاه بین المللی دنور به نمایش درآمده است.

مواد و مصالح

اولین پارچه‌ها از غشاهای ساده استخراج شده از حیوانات یا سبزیجات تشکیل شده‌اند. بعداً این غشاها به صورت نوارها بریده شدند و در هم آمیختند تا منسوجات بزرگتر و کاربردی‌تر را تشکیل دهند و در نهایت این نوارها به بخش‌های دایره‌ای تبدیل شدند که امکان ساخت الیاف انعطاف‌پذیر و پیوسته با استحکام بیشتر را فراهم می‌کرد.

پنبه اولین ماده‌ای بود که دارای استحکام سازه‌ای قابل توجهی بود، اما سازه‌های پارچه‌ای مدرن با استفاده از پلی‌استر با روکش PVC یا شیشه با روکش PTFE ساخته می‌شوند.

پوشش‌های رویی لاک‌های پلیمری محافظ فلورینه (PVDF) که روی پلی‌استر روکش‌شده PVC اعمال می‌شود، «تمیزشوندگی» آن را افزایش می‌دهد و محافظت بیشتری ایجاد می‌کند. در آب و هوای متوسط، این پارچه می‌تواند 15 تا 20 سال دوام بیاورد. البته در مکان‌هایی که در معرض نور خورشید زیاد است حدود 5 سال کمتر دوام می آورد.

سازه پارچه‌ای شیشه‌ای با روکش PFTE گران‌تر است، اما قوی و بادوام است و می‌تواند بین 30 تا 50 سال عمر کند. همچنین مزیت نگهداری کم و خود تمیزشوندگی را دارد.

اخیراً، موادی با کارایی بالا مانند شیشه با روکش سیلیکونی، الیاف PTFE بافته شده، فویل ETFE، شبکه‌های بافت باز چند لایه و مواد عایق‌شده و تغییر فاز ساخته شده‌اند. با این حال، پلی‌استر روکش‌شده PVC و شیشه‌های روکش‌شده PTFE استانداردهای صنعت هستند.

این پارچه‌های کششی (که گاهی به عنوان غشاهای سازه‌ای یا پارچه‌های معماری نیز شناخته می‌شوند) در طیف وسیعی از ضخامت‌ها، استحکام، رنگ‌ها و شفافیت‌ها در دسترس هستند.

ویژگی‌ها و خصوصیات

سازه‌های پارچه‌ای عموماً با انحنای مضاعف، پایداری سازه‌ای خود را نشان می‌دهند. این ممکن است:

آنتی‌کلاستیک (زینی شکل)، که در آن دو محور پارچه در جهت مخالف منحنی می‌شوند.
سین‌کلاستیک (گنبدی شکل)، که در آن دو محور پارچه در یک جهت منحنی می‌شوند.
شکل‌های آنتی‌کلاستیک معمولاً توسط کابل‌هایی در محیط پانل‌های پارچه‌ای شکل می‌گیرند که آنها را به سمت یکدیگر می‌کشند، در حالی که اشکال سین‌کلاستیک معمولاً با فشار هوای داخلی شکل می‌گیرند. شبیه به منفجر کردن یک بالون، اما با فشار بسیار کم که برای کاربران قابل توجه نیست.

در حالی که خود پارچه ممکن است بسیار نازک باشد (شاید فقط 1 میلی متر)، نیروی کششی اعمال شده بر آن برای اطمینان از پایدار ماندن آن در زیر بار می‌تواند زیاد باشد و بنابراین سازه حمایتی مورد نیاز می‌تواند برای انتقال بارها به پایه‌ها قابل توجه باشد.

رفتار غیرخطی و پویای پارچه‌های معماری را می‌توان با استفاده از نرم‌افزار فرم یاب تخصصی مدل‌سازی کرد. این به طراحان اجازه می‌دهد تا عناصر، شرایط مرزی و هندسه طرح را تغییر دهند و به سرعت کارآمدترین راه حل سازه‌ای را تعیین کنند. همچنین می‌توان از این نرم افزار برای تولید الگوهای برش برای برش خودکار پانل‌های پارچه برای ایجاد فرم مورد نیاز استفاده کرد. ب

منبع: www.designingbuildings.co.uk