سازه های چادری به همراه تحلیل نمونه موردی استادیوم ریاض

سازه های چادری به همراه تحلیل نمونه موردی استادیوم ریاض

سازه های چادری :

چادر، یک پوسته کششی یکپارچه نازک است که به وسیله یک ستون یا قوسی فشاری نگاه داشته میشود.

چادر نوعی متفاوت از سازه کابلی با انحنای مضاعف است که در آن فاصله بین کابل ها کاهش یافته و به صفر رسیده و سطح آن یک پوسته پیوسته گردیده است.

در چادر، پوسته تمامی بار یا بخشی از آن را حمل می نماید.

چادرهای کوچک، که کاملا از پارچه ساخته شده اند، معمولا به وسیله دکلها (ستونها) یا قوسها نگاه داشته میشوند (تصویر ۱)

با افزایش طول دهانه، نیروهای کششی پوسته افزایش یافته و سطح آن باید به وسیله کابلهایی که بارهای اصلی کششی را انتقال می دهند با پارچه ای که فاصله بین کاباها را می پوشاند به بخش های کوچکتر تقسیم شود.

لبه کناری چادر قابل انعطاف بوده (غیرمتصل) و معمولا برای اطمینان از اینکه در کشش باقی می ماند به شکل مقعر است.

به علت این که لبه کناری تحت تنش بالا می گیرد. معمولا به وسیله کابلهایی که تا نقطه اتصال ادامه می یابد، مسلح می گردد.

نقطه اتصال ممکن است به یک کابل طنابی که نیروهای کششی را به پی منتقل می کند) متصل شود یا از طریق دکل یا میله مهار فشاری ( که بارهای فشاری را به زمین منتقل میکند ) نگاه داشته شود .

 

الف ) دیرک های داخلی

ب) قوس های اخلی

ج) دیرک های خارجی

طراحی سازه های چادری :

هورست برگر ، یکی از مهندسین درگیر با طراحی تعداد زیادی از سازه های چادری اخیر مینویسد :

با وجود پیشرفت بسیار زیاد مصالح ساختمانی و فن آوری در سالهای اخیر ، فقدان اساسی از شناخت طراحی و رفتار سازه های چادری در بین بیشتر معماران وجود دارد .

طبیعت آسیب پذیری با کلمات پوسته و چادر برای مبهم کردن این حقیقت که چنین سازه هایی امن تر و قابل اطمینان تر از بسیاری از سیستم های سنتی می باشند، ترکیب شده است.

زیرا آنها در عمل بسیار سبک بوده و یک پوسته ضدآب یکپارچه و قابل انعطاف را فراهم می سازند.

خصوصیات فرم زین اسبی در بیشتر سازه های چادری را میتوان با کشیدن چهارگوشه یک جسم قابل ارتجاع مطالعه کرد.

توجه داشته باشید که به علت اینکه لبه ها به طور طبیعی با مقطع مقعر در نظر گرفته می شوند، در کشش باقی می مانند (لبه های مستقیم تمایل به لرزش خواهند داشت).

در چادرهایی با اندازه کامل، این لبه ها سطوحی هستند که در تنش بالا قرار گرفته اند و از طریق کابل های زنجیرواره فولادی مسلح شده اند.

 

ساختار سازه های چادری :

پیچیدگی سازه های چادری شامل وضعیت خط و منحنی، سادگی رفتار این سازه را که مبتنی بر کشش و انحناست و توانایی آن را برای حمل بارها، پنهان می سازد.

این سادگی فرم، پوسته قابل مشاهده ای را می سازد.

تصویری حقیقی از اینکه نیرو از آن پیروی می کند.

در سازه های چادری، فرم معماری و عملکرد سازهای یکی هستند.

در نتیجه، مهندسی ساختمان و معماری جدانشدنی بوده و درک رفتار سازه یک ابزار اساسی در طراحی این نوع از سازه ها میباشد.

به علت ارتباط نزدیک بین ظاهر بصری و رفتار سازه ای، درک چنین مفهومی برای استفاده از این سیستم مشکل نیست.

مشاهده چنین سازه هایی روشی مناسب برای شناخت توانایی طراحی آنهاست (برگر،۱۹۸۵).

روش دیگر برای درک حسی شکل مناسب برای سازه های چادری آزمایش بر روی یک مدل با مقیاس کوچکتر است که از یک پوسته دولایه متصل به هم، کشدار و سبک که به وسیله طناب، ستون ها با قوسها نگاه داشته می شود، تشکیل شده است.

در مقیاس واقعی ساختمانها، گرچه، حداقل کشش مورد نظر است ولی در حقیقت، پوسته چادرها برای مقاومت در برابر کشش زیر بار (در بین دیگر کمیتها) انتخاب شده اند.

فرم سه بعدی که در مدل نمونه به وسیله پارچه کشیده شده ارائه شده است، از طریق منطبق ساختن فرم و موقعیت پانل های منفرد قبل از یکپارچه کردن و اتصال اجزای مجموعه با مقیاس واقعی ساخته شده است.

همچنین این شیوه در طراحی و ساخت بادیان قایق ها برای تأمین فرم مناسب آئرودینامیکی به کار می رود.

در سازه های چادری امروزی، مدل های سه بعدی کامپیوتری برای طرح فرم چادر و پانل های منفرد و محاسبه تنش های کششی داخلی به کار برده می شوند.

برای مقاومت در برابر نیروی باد (همچنین افزایش عمر ساختمان)، شرط اساسی آن است که چادرها مانند یک سازه با انحنا مضاعف طراحی شوند( تصویر ۲).

چادرها به گروه سازه هایی با تکیه گاه مرکزی مانند پل های معلق و کابل های تثبیت کننده و طره های مضاعف تعلق دارند.

 غرفه سی ورلد :

غرفه سی ورلد (۱۹۸۰، ساندیه گو، کالیفرنیا، مهندس سازه: هورست برگر).

توجه کنید که میله های مهار فشاری که برای نگاهداری خط الرأسهای سقف به کار رفته اند، نیاز به دیرک مرکزی را از بین برده اند.

همچنین نیاز به کابل های طنابی که در زیر سازه پیرامونی کشیده شده اند از طریق میله های مهار افقی که مساله نیروهای رانشی داخلی را حل کرده اند، از بین رفته است.

تکیه گاهها :

به طور ساده آنها به وسیله ستونهای مرکزی نگاه داشته میشوند، ولی در عمل ممکن است به دلایل غیر سازه ای ناخواسته از روشهای دیگر استفاده شود.

قوس ها یا بیشتر سازه های ترکیبی فشاری ممکن است برای تامین تکیه گاه عمودی در آنها به کار برده شوند . (تصویر ۳)

کابل های زنجیرواره می توانند در کنار ستونها برای نگاهداری خط الرأس چادرها در چندین نقطه به طور معلق طراحی شوند (تصویر ۴).

کابل های زنجیر واره معلق از دیرک ها ممکن است برای نگاهداری خطالراس های چادر یه کار روند :

الف ) دیرک های خارجی

ب) دیرک های خارجی با کابل معلق

ج) دیرک های داخلی با کابل معلق در زیر میله های مهار نگاهدارنده پارچه سقف

در جایی که از تکیه گاه های مرکزی استفاده می شود، تنش پوسته ممکن است با پخش بار روی یک سطح بزرگتر به واسطه استفاده از یک ستون قارچی شکل مرکزی کاهش یابد ( تصویر ۵ )

ساختمان خیالی (۱۹۹۴: لندن، مهندس معمار: گروه هرون و همکاران).

مقطع از درون سری نشان دهنده فرم قارچی میله مهاری فشرده رو به بالا که برای نگاهداری مرکز سقف پارچه ای به کار رفته، می باشد .

مصالح :

چادرها معمولا برای استفاده در سازه های موقتی در نظر گرفته می شوند، زیرا پارچه مقاومت کمی در برابر نور خورشید داشته و به سرعت از بین میرود .

پیشرفتهای اخیر، استفاده از پوسته ها (فایبر گلاس به میزان زیاد) و پوشش هایی که کمترینفرسایش را در برابر نور خورشید دارد (برای مثال، تفلون داپونت ) افزایش داده است .

عمر مفید پوسته های چادری بیش از ۲۰ سال میباشد که آنها را برای استفاده در سازه های دائمی مناسب ساخته است .

لبه ها ، مرزها :

اگر کناره های یک چادر قابل انعطاف باشد ، معمولا به وسیله کابل ها مسلح میشوند . لبه چادرها معمولا شکل مقعر را در نتیجه کشش پوسته و سیستم تکیه گاهی سازه به خود میگیرند .

لبه های صلب ، مانند دیوار ها ، تیرها و قوس ها ، میتوانند هر فرمی با طول دلخواه که قوس مناسبی را در لبه پوسته ایجاد کند به خود بگیرند و در برابر تنش های وارده نیز مقاومت نمایند .

مطالعات موردی چادرها :

مطالعه موردی استادیوم ریاض :

این ساختمان متشکل از ۲۴ مدول چادر یکسان است که حول یک دایره برای ایجاد سایبانی مدور که جایگاه تماشاچیان را می پوشانند، تکرار شده اند.

زمین بازی در وسط چادرها قرار گرفته و بدون سقف است.

ستونها، مشابه استادیوم المپیک مونیخ، برای ایجاد فضایی باز و بدون ستون و دید مناسب از جایگاه به زمین های ورزشی در پشت جایگاه ۶۰ هزار نفره آن قرار گرفته اند.

چادر این ساختمان سطحی برابر ۵۰۰ هزار فوت مربع (۴۶۵۰۰ مترمربع ) را می پوشاند .

پوسته پارچه ای بین کابل های تیزه سقف، کابل های مقعر لبه و کابل های زنجیرواره کناری کشیده شده است.

کابل های تیزه سقف به ستون اصلی متصل شده اند و در پلان به صورت شعاعی می باشند.

کابل های مقعر لبه که بین کابل های تیزه سقف قرار دارند به مهار پائینی متصل شده اند و سازه را در برابر نیروی رو به بالای باد پایدار نموده اند.

این کابل ها هم، در پلان به شکل شعاعی هستند.

لبه بیرونی کابل های تیزه سقف و لبه بیرونی کابل های زنجیرواره کناری در یک نقطه ثابت که به وسیله ستونهای شیبدار و دو کابل طنابی مثلثی ایجاد شده اند ، نگاه داشته میشوند .

انتهای اخلی پوسته به یک کابل حلقه ای که انتهای داخلی پوسته به یک کابل حلقه ای که نیروی رانش بیرونی ستون شیب دار و طنابها را متعادل می کند، رسیده است.

برای افزایش سختی هنگام ساخت یک سیستم کابل اضافه گردیده است.

این سیستم، متشکل از یک کابل معلق، یک کابل تثبیت کننده و یک کابل تکیه گاهی بالاتر که همگی با کابل های کناری هر مدول در یک ردیف قرار گرفته اند می باشد.

کل این مجموعه متشکل از ستونها، کابل های تکیه گاهی پشت و کابل حلقه ای با یکدیگر یک سیستم سازهای پایدار که نیازی به مشارکت پوسته ندارد را به وجود می آورد (ناشر، ۱۹۸۵).

این ساختمان شامل سیستم شست و شوی سقف است که برای نگاهداری ۸ درصد انتقال نور روز و ۷۵ درصد انعکاس نور خورشید طراحی شده است .

انعکاس بالای نور خورشید با یک تهویه هوای طبیعی به بازشوهایی در خط الراس برای کمک به آسایش و راحتی تماشاچیان متصل شده است .

آبا باران در بالا جمع آوری شده و به اتصال زمین منتقل میشود و به آبگیر آبروی باران در اطراف بنا میرسد .

کابل حلقوی مرکزی بلندگوها و سیستم های روشنایی زمین های بازی را نگاه میدارد .

نورهای انعکاسی در سطح زیرین چادر روشنایی جاگاه ها را در شب تامین میکند .