اصول طراحی و اجرای سازه های غشایی

تحریریه شرکت دکوراسیون داخلی آریاناعمران

تعریف سازه

مجموعه پایداری از عناصر باربر که برای عمل کردن به صورت یک مجموعه واحد در تحمل و انتقال ایمن بارهای وارده به زمین طرح و اجرا شده را سازه می­ نامند.

سازه های غشایی

زیرمجموعه­ ای از سازه­ های فضایی هستند و به دلیل سبکی شفافیت و انعطاف در خلق فرم­ های زیبا و بدیع گسترش روزافزونی در ساخت بناهایی با عملکردهای مختلف داشته اند.

سازه­های غشایی ورقه­ های نازکی از ماده هستند که تنها در برابر کشش مقاومت دارند و در برابر فشار وخمش مقاومتی از خود نشان نمی­ دهند.

اجزای سازه ­ای

اجزای سازه­ای در سازه­ های چادری شامل غشا و تکیه­ گاه می­ باشد.

غشا:

غشاها به سه دسته تقسیم بندی می­ شوند

پارچه­ ها

فیلم­ ها

پفیلم­ های تقویت شده .

غشا­ی مورداستفاده عمدتا از جنس PVC /PVDF/PTFE/SILICON و در هر طرح با توجه به نیاز محیطی و سازه نوع خاصی از آنها انتخاب می­ شود.

از بین موادی که به عنوان روکش استفاده می­ شود می­توان به روکش­های پلی­ استری پلی­ وینیل کلرید و پشم شیشه اشاره کرد.

ار آنجایی­که پلی استر از نظر مقاومت دوام هزینه و ایجاد کشش به مراتب بهتر از سایر مواد است بیشترین کاربرد را در ساخت سازه­ های پارچه­ ای دارد.معمولا مواد پلی استری که روکش پی وی سی دارند از هزینه کمتری برخوردارند.

تکیه­ گاه:

بخش دیگری از سازه­ های غشایی عناصری هستند که وظیفه انتقال بار غشا به زمین را برعهده دارند.این عناصر به طور عمودی تکیه­ گاه نامیده می­ شوند.

سقف‌های پارچه‌ای چون بر مبنای کشش‌ کار می‌کنند، نیازمند عناصر فشاری و خمشی هستند که آن‌ها را نگه دارند و نیروهایشان را به زمین منتقل کنند. تکیه‌گاه‌ها معمولا وسیله‌ای برای اعمال کشش به پارچه نیز هستند.

بتن مسلح، چوب و فلز از مصالحی هستند که کشش و مقاومت خمشی لازم را به صورت مقرون به صرفه فراهم می‌کنند و هر یک در تکیه‌گاه‌های سقف‌های پارچه‌ای کاربردی دارند.

معرفی انواع پوشش غشایی 

آنتی کلاستیک :

نقاط در سطوح یکسان قرار ندارند و در و منحنی مخالف قرار دارند.

سین کلاستیک : 

نقاط در سطوح یکسان قرار دارند و در و منحنی موافق هم قرار دارند.

فرم های اصلی سازه پارچه ای

قوسی ARC

زین اسبی Saddle

خیمه ای Highpoint 

شاید دوست داشته باشید بخوانید : مراحل طراحی و اجرای نمای ساختمان

برای سالیان سال استفاده از سازه های غشایی همیشه محدود به فرم چادر بوده است که در این فرم ما بین نقطه اتصال طناب به زمین و علم وسط چادر، در غشا و پارچه، کشش ایجاد شده و این کشش امکان مقاومت سازه در برابر بار باد، باران و برف را فراهم می کند.

درادامه چند نمونه مدرن و جدید از سازه های غشایی را خواهیم با آریاناعمران همراه باشید .

نمایشگاه بین المللی گیاهان طراحی شده توسط آتلیه فرای اتو

از دورانی که اولین نمونه چادرها ساخته شده اند، زمان بسیاری می گذرد. با فعالیت ها و تحقیقات بسیار بر روی چنین سازه هایی از سوی معمارانی مانند فرای اتو که شیفته این سازه بود، در کنار پیشرفت مداوم تکنولوژی، امکان ساخت انواع فرم های خلاقانه با استفاده از پارچه آسان تر شد. به علاوه سازه های بزرگ چادری نیز در طول سال های اخیر شناخته تر شده اند و پیچیدگی بیشتری پیدا کرده اند.
معماران امروز، که در طول دوران پیشرفت هایی که بر روی این نسل از سازه ها صورت می گرفت، رشد و پرورش یافته اند، با استفاده از سازه های پارچه ای در قالب بام های معلق، سایه بان های زیبا و پاویون های قابل جابه جایی و متحرک آثاری خلق کرده اند. در طول زمانی که طراحان و معماران در حال بررسی رویکردهای مختلف برای حل مسئله محدودیت های فرم این سازه بودند، برای سازه های پارچه ای فرم های شگفت انگیزی خلق شده است که انحناهای زیبایی دارند. گاهی این فرم ها در مقطع عرضی انحناهای ملایم و گاهی نوک تیز دارند در عین حال که ترکیب های نو و غیرقابل باوری از این اشکال نیز با استفاده از این سازه ها به وجود آمده است.

ایستگاه Denver Union طراحی شده توسط SOM

غشا PTFE تولید شده توسط شرکت Structyrflex

مشخصه سازه غشایی با یک سیستم پارچه ای در حال کشش شناسایی می شود که از کابل، سیم، فولاد و یا هر نوع سیستم پشتیبان دیگر استفاده می کند. با کشش در پارچه، نه تنها ظاهر این سازه بدون چین وشکن بوده و ظاهری یکدست به آن می دهد بلکه این متریال همچنین به واسطه کشش، تحکیم شده و در برابر شرایط آب و هوایی و آسیب های بالقوه مقاوم می شود.
درحالی که فرم های دراماتیک متنوع و بی پایانی برای این سازه ممکن شده است، اما می توان گفت بسیاری از سازه های غشایی از دو شکل عمده به وجود آمده اند. فرم زین اسبی و فرم مخروطی. فرم زین اسبی یک هذلولوی پارابولید است که ویژگی آن دو نقطه اوج و دو نقطه فرود می باشد. به معنای دیگر فرم زین اسبی به مانند یک شبک مستطیلی خم شده است. فرم مخروطی به مانند یک آتشفشان است که ویژگی آن یک قله می باشد.
این دو فرم می توانند با هم ترکیب شوند تا بی نهایت فرم متفاوت به وجود آورندم نقش این دو فرم در سازه های پارچه ای مانند نقش دایره و مستطیل در معماری کلاسیک است.

سالن موسیقی soundform طراحی شده توسط Flangan lawrence

سازه غشایی تولید شده توسط Architen Landrell

سازه های پارچه ای کششی مبتکرانه امروز به صورت کلی می توانند به دو دسته پارچه های مش و روکش دار تقسیم شوند. پارچه های روکش دارد از پارچه های بافته شده ساخته شده اند که با یک روکش محافظ از تمام جهات پایدار می شوند. این پارچه ها معمولا برای استفاده خارجی می باشند و بنابراین بالاخص مورد بحث این مقاله هستند. در عین حال پارچه های مش نیز نوعی از پارچه های روکش دار هستند اما فواصل کوچکی بین کلاف های نخ آنها وجود دارد و بنابراین بیشتر برای فضای داخلی و برای کاربری محافظت در برابر آفتاب به کار می روند.
دو نوع از متداولترین پارچه های روکش دار، پلی استر دارای روکش پلی وینیل کلراید (PVC) و الیاف شیشه ای دارای روکش پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE) هستند.

سالن تیراندازی لندن طراحی شده توسط MAGMA Architecture

پلی استر دارای روکش PVC :

این متریال می تواند انتخاب خوبی برای هر دو سازه های پارچه ای کششی موقت و دائمی باشد. پلی استر دارای روکش PVC به واسطه استحکام، انعطاف پذیری و خاصیت نیمه شفاف بودن و همینطور قیمت مناسب نسبت به الیاف شیشه ای دارای روکش PTFE و ETFE، شناخته شده است. روکش PVC که بر روی پلی استر کشیده شده است، شامل تثبیت کننده های UV، افزودنی هایی برای تاخیر آتش و مواد ضدقارچ می باشد. پارچه های پلی استر دارای روکش PVC طول عمری بیش از 20 سال دارند. با این حال ممکن است پیش از 20 سال تغییراتی در ظاهر آنها رخ دهد چرا که به مرور زمان تمییز کردن این سطوح سخت تر می شود. به همین دلیل تولیدکنندگان این محصول ممکن است تنها به طول عمر 10 تا 15 سال برای آنها اشاره کنند.
به غیر از دوام PVC و قیمت ارزان آن، متفاوت از سایر پلیمرها، PVC شامل کلرین می باشد، که ثابت شده است اثرات منفی بر سلامت انسان دارد. افزودنی های شیمیایی آن نیز می توانند اثرات منفی زیادی بر روی روند بازیافت مواد PVC بگذارند. به همین دلیل معمارانی همچون Perkins+will و بعلاوه سیستم های پیشتاز ارزش دهی متریال ها مانند Cradle to Cradle و Living Building Challenge پیشنهاد می کنند که تنها راه اجتناب از خطرات وابسته به سلامتی متریال PVC این است که کلا از این متریال استفاده نشود.

استادیوم da Amazonia طراحی شده توسط Schlaich bergermann partne

سازه غشایی PTFE تولید شده توسط Cento Tec

الیاف شیشه ای دارای روکش PTFE: الیاف شیشه ای دارای روکش PTFE توسط شرکت DuPont برای اولین بار در دهه 60 تولید شد و از اوایل دهه 70 برای ساخت در سازه غشایی مورد استفاده قرار گرفت. در اصل این متریال 25 سال طول عمر دارد اگرچه این بازه امروز از 25 سال گسترده تر شده و انتظار می رود این متریال حدود 30 تا 50 سال عمر کند. امروزه این متریال به عنوان باکیفیت ترین متریال مناسب برای ساخت سازه غشایی محسوب می شود و همینطور اگر در انتخاب متریال پروژه خود، به دنبال عمر طولانی و هزینه نگهداری کم هستید، این متریال می تواند بهترین انتخاب باشد.

گالری Serpentine Sackler طراحی شده توسط زاها حدید

PTFE تولید شده توسط Architen Landrell

یکی از جالب توجه ترین کیفیات PTFE این است که این ماده با نور UV کاملا رنگ بری و سفید می شود، این بدان معناست که حفظ ظاهر سفیدرنگ این متریال برای ده ها سال آسان خواهد بود. PTFE پیش از نصب دارای یک رنگ خاکستری مایل به قهوه ای است که این رنگ حاصل از پروسه تولید می باشد. به علاوه این پوشش در برابر آلودگی های زیست محیطی حفظ شده و از بین نمی رود و به علاوه به صورت طبیعی با آب باران پاک می شود.
الیاف شیشه دارای روکش PTFE امروز با مقاومت های مختلف در دسترس می باشند. به صورت عمومی پارچه های ضخیم تر نیروی کششی بیشتری دارند و میزان نور کمتری را از خود عبور می دهند درحالی که پارچه های لطیف تر مقاومت کمتری داشته اما نور روز را بیشتر از خود عبور می دهند.

پاویون تابستانی گالری Serpentine در سال 2015 اثر Selgascano

ETFE:

اگرچه ETFE در حقیقت یک غشا است و نه یک پارچه، اما لازم است که به آن اشاره ای بکنیم چرا که این متریال به صورت گسترده به عنوان جایگزین الیاف شیشه سازه ای به کار می رود و کاربرد آن نیز به صورت گسترده ای رو به افزایش است. اگر اولویت شما در پروژه متریالی است که عایق خوب حرارت باشد، ETFE گزینه فوق العاده ای محسوب می شود.

کتابخانه و مرکز علمی Bankstown طراحی شده توسط fjmt
ابعاد: سازه های غشایی می توانند در ابعاد و اشکال مختلف ساخته شوند اما زمانی که به ابعاد این سازه ها فکر می کنید مهم است که در نظر داشته باشید که پارچه زمانی که قرار است برای ایجاد کشش، کشیده شود، چه فرمی پیدا می کند. ابعاد هر پانل عموما با استفاده از نتیجه مدل کامپیوتری به دست می آید که سپس این ابعاد با توجه به این که پارچه ها در طول نصب تغییراتی خواهند کرد اصلاح می شود.

کتابخانه و مرکز علمی Bankstown طراحی شده توسط fjmt

ابعاد:

سازه های غشایی می توانند در ابعاد و اشکال مختلف ساخته شوند اما زمانی که به ابعاد این سازه ها فکر می کنید مهم است که در نظر داشته باشید که پارچه زمانی که قرار است برای ایجاد کشش، کشیده شود، چه فرمی پیدا می کند. ابعاد هر پانل عموما با استفاده از نتیجه مدل کامپیوتری به دست می آید که سپس این ابعاد با توجه به این که پارچه ها در طول نصب تغییراتی خواهند کرد اصلاح می شود.

المان Dismemberment, Site 1 طراحی شده توسط آنیش کاپور که در آن از پارچه های غیرمتداول دارای روکش PES

تولید شده توسط شرکت Structurflex

رنگ: زمانی که از سازه های غشایی صحبت می کنیم، قطعا رنگ سفید، رنگ استاندارد کارخانه ای برای این سازه است. با استفاده از پارچه هایی به رنگ های روشن می توانید به میزان موثری مقدار حرارتی که به داخل بنا جذب می شود را کاهش دهید و در نتیجه انتخاب پایدارتری از نظر زیست محیطی داشته باشید. بعلاوه زمانی که از PTFE استفاده می کنید انتخاب رنگ سفید انتخابی مقرون به صرفه تر است چرا که این متریال به صورت طبیعی با استفاده از نور UV رنگ بری و سفید می شود. البته لازم به ذکر است که بسیاری از تولیدکنندگان پارچه های کششی متنوعی را با طیف وسیعی از رنگ های درخشان ارائه می دهند.
شفافیت: پلی استر دارای روکش PVC می تواند با میزان شفافیت متفاوت و قابلیت انتقال نور متفاوت تولید شود. از پارچه های کاملا شفاف گرفته تا کاملا مات. پارچه های PTFE در مورد شفافیت متفاوت بوده و میزان انتقال نور در آنهها معمولا بین 7% تا 15% می باشد. کیفیت نوری که از این غشا می گذرد، به لحاظ رنگی متعادل شده و بدون سایه و درخشندگی بیش از حد، در فضا پخش می شود. در بسیاری موارد ETFE بسیار شفاف است و حدود 85% نور را انتقال می دهد. با این حال فویل ETFE می تواند مانند شیشه های لمینیت، فریت شود تا میزان شفافیت های متفاوتی در اختیار قرار دهد. به طور کلی پارچه های نیمه شفاف می توانند برای پخش نور به صورت ملایم به کار رفته و فضایی روشن و جالب توجه، که به صورت طبیعی نور آن تامین شده است، به وجود آورند.

نمایشگاه اتوموبیل Chedraui Supermarket کمپانی سانتافه هیوندای، طراحی شده توسط Rojkind Arquitectos

عملکرد حرارتی:

به گفته کمپانی Architen Landrell زمان زیادی می گذرد از دورانی که سازه های پارچه ای فقط برای فضاهای بزرگی که به لحاظ حرارتی تمهیداتی برای آنها اندیشیده نشده بود، به کار می رفتند. پارچه Thermal، محصول پارچه ای تولید شده توسط شرکت Architen Landrell می باشد که از چندین لایه برای شکل دهی پوسته خارجی استفاده کرده است و می تواند برای هر بنایی، تا 0.18 مقدار U-Value (فاکتور اندازه گیری میزان اثربخشی ایزولاسیون یک متریال) به دست دهد و بر محدودیت های حرارتی که همیشه با سازه های پارچه ای همراه بوده است، غلبه کند.
بسیاری از دیگر تولیدکنندگان این غشاها از ایروژل ( کاراترین متریال برای ایزولاسیون حرارتی تا به امروز) برای افزایش ایزولاسیون حرارتی سازه های کششی پارچه ای استفاده می کنند. در پروژه هایی که ایزولاسیون حرارتی مهمترین فاکتور موفقیت پروژه است می توان با تولیدکننده پارچه سازه ای، جهت امکان ایزولاسیون محصول، رایزنی کرد.

پاویون United Nations Porte Cochere طراحی شده توسط استودیو طراحی و مهندسی FTL

آکوستیک :

مشابه ایزولاسیون حرارتی، سازه های کششی پارچه ای با آستری های دارای خاصیت اکوستیک نیز در دسترس می باشد که به این ترتیب می توانند به میزان موثری زمان خاموشی پس از تولید صوت را تغییر داده و میزان قابلیت فهم یک سخنرانی در فضا را افزایش دهند.
نگهداری: سازه های پارچه ای کششی به واسطه آسانی نگهداری آنها، معروف هستند. بسیاری از تولیدکنندگان این محصولات مانند Architen Landrell توصیه می کنند که این سازه ها سالانه یک بار تحت عملیات کنترل و نگهداری قرار گیرند تا بتوان مطمئن بود که همه اجزا به خوبی عمل می کنند.

استادیوم کیپ تاون طراحی شده توسط GMP Architects ، Louis Karol & Associates و Point Architects

سازه غشایی تولید شده توسط کمپانی Hightex

عملکرد در برابر بارش باران: سازه های غشایی باید به گونه ای طراحی شوند که آب باران را به انتهایی ترین قسمت خود هدایت کنند و سپس به صورت طبیعی آب باران از روی سازه به زمین بریزد. بسیاری از تولیدکنندگان این محصولات بعلاوه گاتر(ناودان های پیش ساخته) نیز نصب می کنند تا هر نوع آبی روی این سازه را از آن دور کرده و به سمت زمین هدایت کند.
عملکرد در برابر بارش برف: بار برف می تواند یک جنبه چالش برانگیز سازه های غشایی باشد چرا که برف به سادگی از روی این سازه، به روشی که آب باران خارج می شود، به پایین نمی ریزد. در برخی از این نوع سازه ها از سیستم های ترکیبی حرارتی استفاده می شود تا برف را به سرعت آب کند.

کتابخانه ملی ملک فهد در ریاض طراحی شده توسط Gerber Architekten

سازه غشایی تولید شده توسط کمپانی Sefar

کتابخانه ملی ملک فهد در ریاض طراحی شده توسط Gerber Architekten، سازه غشایی تولید شده توسط کمپانی Sefar

تحریریه شرکت دکوراسیون داخلی آریانا عمران تاثیر رنگ فرش در دکوراسیون داخلی چیست ؟ و اصول طراحی روف گاردن وفضای سبز برای مطالعه به شما بیشنهاد میکند .