مهندسي معماري پارچه
مهندسي معماري پارچه
مهندسي معماري پارچه
نويسنده: مريم دستمالچي
مقدمه
با آن كه تاريخ استفاده از چادر به گذشته‌هاي بسيار دور باز مي‌گردد، اصول سازه‌هاي پارچه‌اي در قرن نوزدهم ميلادي پايه‌ريزي شد. ماشين‌هاي نساجي بشر را آماده ساخت تا چادرهايي با قابليت جابه‌جايي براي برگزاري سيرك‌ها پديد آورد. ميراث احداث اين چادرها دو فاكتور از فاكتورهاي اساسي سازه‌هاي پارچه‌اي مدرن است: تغيير شكل‌پذيري و پيش‌تنيدگي (4).
هنر معماري سبك پوشش پارچه‌اي در سال 1950م. از سوي فراي اتو (5) و با كف صابون آغاز شد. پيدا كردن فرم به شيوه‌ي خودزا (6) فلسفه‌ي جديد مدرسه‌ي وي بود. او بناهايي با سازه‌هاي پارچه‌اي مدرن را بر اساس ايده‌ي پوشش‌هاي مينيمال با هدف به دست آوردن كم‌ترين سطح لازم و احتياج به كم‌ترين ميزان فعاليت براي به دست آوردن فرم مورد نظر طراحي كرد.
فراي اتو به همراه رلف گوتنبرد (7) نخستين تجربه‌ي خود را در طراحي سازه‌اي با شبكه‌هاي كابلي در اكسپومونترال در سال 1967م. به نمايش گذاشت. اين بنا هم از نظر معماري و هم از نظر سازه‌اي، حركتي كاملاً نوگرايانه بود: پلاني با فرم آزاد كه به دور درياچه‌اي موجود در سايت مي‌چرخيد. در چنين پلان بي‌قاعده‌اي، شبكه‌اي از كابل بر روي تيرهايي با ارتفاعات متفاوت قرار گرفته بود كه نيروها در نوك اين تيرها متمركز بودند و به حلقه‌هايي كه به سطح شبكه يا پوسته اتصال داشتند، منتقل مي‌شدند. مهندسي اين بنا بر عهده‌ي شركت آندرا و لئونهارت (8) بود كه در پروژه‌ي بعدي، بناي بازي‌هاي المپيك مونيخ 1972م. را اجراكرد. به دليل مقياس و اهميت اين پروژه، براي نخستين بار از نرم‌افزار كامپيوتري براي تحليل رفتارهاي سازه و حتا تعيين خطوط برش پارچه استفاده شد.
دسته‌بندي سازه‌هاي پارچه‌اي به لحاظ عملكرد
سازه‌هاي پارچه‌اي به لحاظ عملكرد پوسته به پنج دسته‌ي اصلي تقسيم مي‌شوند:
1- ساختمان‌هاي پارچه‌اي.
2- پوسته‌ي بيروني ساختمان.
3- پوسته‌ي داخلي ساختمان.
4- سقف.
5- نما.
هر يك از اين دسته‌ها مي‌تواند به شكل كاملاً محصور، باز و بسته شونده و يا باز مورد استفاده قرار گيرد.
ساختمان‌هاي پارچه‌اي
پوسته‌ي بيروني ساختمان
جدا كردن سقف پوسته‌اي كششي از ساختمان اصلي مي‌تواند گزينه‌اي براي دستيابي به يك سازه‌ي سبك‌تر باشد. اين اصل 35 سال پيش مورد استفاده قرار گرفته است و هنوز از آن در مناطق گرمسيري و مناطقي كه زمستان‌هاي سرد و تابستان‌هاي معتدل دارند، استفاده مي‌شود. در سازه‌هاي بزرگ اين عملكرد از اهميت بيش‌تري برخوردار است.
پوسته‌ي داخلي ساختمان
سقف‌هاي پوسته‌اي
نما
فرم و رفتار سازه‌هاي پارچه‌اي
تنوع فرم
انحناي پارچه، استقامت و استحكام پارچه را تأمين مي‌كند. هر چه قطر منحني بزرگ‌تر باشد، بار مرده‌ي كم‌تري دارد و هر چه بار مرده كم‌تر باشد، سازه سبك‌تر است. از اين رو، در طراحي سازه‌هاي پارچه‌اي بايد از ايجاد سطوح تخت جلوگيري شود تا سازه در برابر باد جابه‌جا نشود و در زير فشار برف تغيير شكل ندهد.
با توجه به اين كه سه‌بُعدي بودن پارچه‌هاي انحنا يافته طراحي آن‌ها بر روي كاغذ را ناممكن مي‌سازد، طراحي با ساخت ماكت صورت مي‌پذيرد. اين ماكت به طراحان كمك مي‌كند تا درك بهتري از فرم و فضا داشته باشند و به تعادل در سازه دست يابند. ماكت‌هاي كف صابون و پارچه‌اي از تكنيك‌هاي مفيد ماكت‌سازي در اين زمينه‌اند. مدل‌هاي كامپيوتري بر اساس نقاط اتصال پارچه به سازه و يا با تعيين لبه‌ها شكل مي‌گيرند.
فايل ديجيتال پوشش نهايي، براي تحليل رايانه‌اي سازه به كار مي‌رود. پس از مهندسي سازه، اين فايل‌ها مي‌توانند به طور مستقيم براي توليد سازه‌ي پارچه‌اي به كمك كامپيوتر مورد استفاده قرار گيرند. در واقع، به دليل وابستگي فرم و سازه به يكديگر، پوشش بر اساس شيوه‌ي خودزايي به صورت فيزيكي يا به كمك رايانه طراحي مي‌شود.
سازه‌هاي كششي به دو دسته تقسيم مي‌شوند:
1- آنتي كلاستيك كه در آن پارچه كشيده شده و با پيش‌تنيدگي استوار شده است.
2- سين كلاستيك كه فشار پنوماتيك يا هيدروليك در جهت عمود بر سطح پارچه وارد مي‌شود. (سازه‌هاي بادي)
سازه هاي کششي پارچه اي آنتي کلاستيک (9)
پوشش پارچه‌اي اصلي‌ترين عنصر سازه است. اين پوشش با كابل‌ها و تسمه‌هاي تقويت كننده در لبه‌ها سازمان مي‌يابد و به تعادل مي‌رسد. براي پوشش يك سطح وسيع مي‌توان از تركيب عناصر سازه‌اي كمك گرفت و به فرم‌هاي بسيار متنوعي دست يافت. دو شيوه در طراحي پايه براي يك سقف پارچه‌اي وجود دارد:
1- آزادي عمل در تنظيم تكيه‌گاه‌هاي داخلي و خارجي و لبه‌ها براي ايجاد تعادل در فرم مورد نظر، ابداعات و آزادي عمل معمارانه‌ي بي‌مانندي را پديد مي‌آورد.
سازه‌هاي آنتي كلاستيك سازه‌هايي هستند كه در آن‌ها غشا در دو جهت داراي انتهاست، ولي در يك جهت انحنا محدب و در جهت ديگر مقعر است. ابتدايي‌ترين سازه‌ي آنتي‌كلاستيك فرم زين اسبي است. سازه‌هاي زين اسبي به صورت تكي يا مدولار در مسيري مدور يا صاف، در يك يا چند سطح با ارتفاع متفاوت و به صورت متقارن يا در يك سامانه‌ي آزاد طراحي مي‌شوند.
سازه‌ها با فرم آزاد رفتارهاي بسيار پيچيده‌تري از خود نشان مي‌دهند و به طرح جزئيات بيش‌تري نياز دارند. فرم سازه‌هاي پارچه‌اي به ابعاد ساختمان نيز بستگي دارد، زيرا پارچه‌ي كششي به فضاي كافي براي گسترده شدن و انحنا يافتن احتياج دارد. پوشش‌هاي زين اسبي از سودمندترين و سبك‌ترين گزينه‌ها براي دهانه‌هاي 15 تا 20 متري هستند.
در صورت گستردگيِ بيش از حد سازه‌هاي زين اسبي، ارتفاع آن‌ها و ميزان تجمع نيروها در تكيه‌گاه‌ها افزايش مي‌يابد و در نتيجه احتمال دارد سازه خاصيت معمارانه‌ي خود را از دست بدهد. براي سازه‌هاي وسيع، لبه‌هاي خطي مثل فرم‌هاي قله و دره مناسب‌تر هستند. پاسخ‌هاي معمارانه بايد با عملكرد بنا متناسب باشد. در مسائل سازه‌اي، نمود فرمال و مسائل اقتصادي و رعايت اصول طراحي مينيمال، به انتخاب ساده‌ترين پاسخ مي‌انجامد كه در بيش‌تر موارد سودمندترين است.
سازه‌هاي كششي پارچه‌اي سين كلاستيك (10)
تغييرات فشار روي سطوح سازه‌هاي سين كلاستيك، بدون نياز به عناصر و تكيه‌گاه‌هاي صلب مثل ستون‌ها، ديوارها و تاق‌ها صورت مي‌گيرد.
اين ويژگي، سازه‌هاي بادي را به سبك‌ترين سازه‌هاي موجود تبديل مي‌كند. اين سازه‌ها به لحاظ تئوريك توانايي پوشش سطوح چند كيلومتري را هم دارند. با اين حال مي‌توان از پوشش‌هاي زين اسبي نيز براي اتصال سازه‌ها استفاده كرد. از سوي ديگر مي‌توان سازه‌هاي بادي را به گونه‌اي طراحي كرد كه توسط نيروي منفي هوا به تعادل دست يابند. در اين حالت هواي درون سازه به صورت مكانيكي تخليه مي‌شود تا با افت فشار داخل به پايداري برسد.
بالشت‌هاي بادي
طراحي سازه‌هاي پارچه‌اي
1- انتخاب شكل سطح ـ پوشش
2- ميزان پيش‌تنيدگي
3- انعطاف‌پذيري و تغيير شكل
شكل سطح ـ پوشش
منحني قوس‌هاي مقعر نيروي وارده بر اثر برف و منحني قوس‌هاي محدب نيروي حاصل از باد را تحمل مي‌كنند.
پوشش‌هاي آنتي‌كلاستيك به چهار فرم اصلي تقسيم مي‌شوند:
1- مخروطي (خيمه‌اي) (13).
2- زين اسبي (14).
3- هذلولوي (15).
4- قله و دره‌اي (16).
طراح بيش‌تر به امر تعيين لبه‌ها و مكان ستون‌ها، تيرها، كابل‌ها و ... مي‌پردازد و در كل، فرم يك سازه‌ي پارچه‌اي كاملاً وابسته به تعريفي‌ست كه طراح از لبه‌ها ارائه مي‌دهد.
پيش تنيدگي
T=R*R
(نيروهاي وارد بر پوسته = P، قطر منحني پوسته = R، كشش پوسته = T)
البته هيچ‌گاه ـ حتا زماني كه محاسبات بسيار دقيق باشند ـ نمي‌توان با استفاده از اين فرمول به طراحي سازه پرداخت. در سازه‌هايي كه بيش‌ترين و كم‌ترين نيروي وارد بر يك قسمت سازه، اختلاف عمده داشته باشد، اقتصادي‌تر آن است كه در جايي كه P زياد است، R كم‌تر و جايي كه P كم‌تر است، R بيش‌تر است.
انعطاف‌پذيري و تغيير شكل
با وارد آمدن نيرو در قسمتي از سازه، تغييرات به صورت خطي در يك بخش صورت نمي‌پذيرد، بلكه اين تغييرات در سازه پخش مي‌شود. يكي از خطراتي كه اين سازه‌ها را تهديد مي‌نمايد، جمع شدن برف در بخشي از پوشش است كه فرورفتگي ايجاد مي‌كند و پس از آب شدن برف و يخ زدن آب، آن سازه آسيب مي‌بيند. سازه‌هايي با فرم قله و دره‌اي راه‌حل خوبي براي اين مشكل هستند.
آب و هواي داخل پوسته
روش طراحي
مرحله‌ي اول پس از انتخاب فرم، مرحله‌ي تعيين تركيب فيزيكي عناصر مانند انتخاب مصالح، قدرت و انعطاف‌پذيري آن‌ها، ابعاد عناصر و اتصالات بين آن‌ها و ميزان پيش‌تنيدگي و كشساني آن‌هاست. در مرحله‌ي شبيه‌سازي و ساخت ماكت آن دسته از عناصل حمل كننده كه برآيند نيروهاي وارد بر آن‌ها صفر است و همچنين آن بخش‌هايي كه كشش آن‌ها صفر است، حذف مي‌شوند. عناصر در نرم‌افزارها در راستاي دوخت‌ها و درزهاي ميان پنل‌هاي پوشاننده گسترش مي‌يابند. از اين رو، جاي‌گيري و تعيين راستاي درزها در اين پوشش‌ها بر اساس نيروهاي وارد به سازه مشخص مي‌شود. در ماكت تحليلي ساخته شده نحوه‌ي توزيع نيروهاي باد و برف چه در هنگامي كه سازه در حالت عادي‌ست و چه در آن زمان كه تغيير شكل يافته، مورد بررسي قرار مي‌گيرد. احتمال ايجاد حوضچه‌ها در پوشش سازه در اثر وزن خود پوشش يا برف بايد مورد مطالعه قرار گيرد. مرحله‌ي بعدي تصميم‌گيري درباره‌ي چگونگي ساخت سازه‌ي سيستم، يعني سر هم كردن سازه به شكل گام به گام و فراهم كردن پيش‌تنيدگي و كشش مورد نياز است. هدف از اين مرحله آن است كه مشخص شود هر جزء سازه به شكل خاص چه نيروهايي را تحمل خواهد كرد و چه حركت‌هايي خواهد داشت. چنين اطلاعاتي بايد در مرحله‌ي طراحي جزئيات مورد استفاده قرار گيرد.
ساخت و نصب (19)
پي‌نوشت‌ها:
1- اين مقاله برگرفته از كتاب راهنماي طراحي براي پوشش‌هاي پارچه‌اي در اروپاست كه در سال 2004م. گروه Tensinet آن را چاپ و منتشر كرده است.
Forster, Brain & Mollaert, Marijke (2004) European Design Guide For Tensile Surface Strictures. Tensinet
2- تصاوير 1، 11 و 12 نتيجه‌ي جست‌وجو در پايگاه اينترنتي www.google.com و تصاوير 2 تا 10 برگرفته از پايگاه www.tensinet.com هستند.
3- Membrane Structures
4- Prestress
5- Frei Otto
6- Self-forming
7- Rolf Gutbord
8- Andra & Leonhardt Co
9- Anticlastic
10- Synclastic
11- Arching
12- Hanging
13- Cone
14- Saddle
15- Hypar
16- Ridge and Valley
17- CargoLifter Airship Hangar
18- Calgary
19- برگرفته از كتاب Guide to Textile Architecture
20- زمان‌هاي ارائه شده تقريبي و بسته به نوع ومقياس پروژه، متغير هستند
/ج
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}