معرفی سازه‌های پارچه‌ای کششی
سازۀ پارچه‌ای کششی غشایی است که می‌تواند بارهای وارده را تحت کشش تحمل کند. این سطوح با حداقل مساحت کارایی زیادی داشته و از بسیاری سیستم‌های دیگر به مصالح کمتری نیاز دارند. به این دلیل که غشا نمی‌تواند مانند یک تیر دربرابر خمش و مانند ستون دربرابر کمانش مقاومت کند، این سیستم‌ها بسیار سبک هستند. درواقع اعضای فشاری که چادرها را تحمل می‌کنند، اغلب وزنی برابر غشای کلی دارند. درحالی‌که سازه‌های هوای فشرده یک غشا را به‌وسیلۀ فشار هوای داخلی تحت تنش کششی قرار می‌دهند، سازه‌های چادری به‌وسیلۀ اعضایی صلب مانند قطعات فشاری، مهاربندی‌های طنابی و قوس‌ها نگه داشته می‌شوند. سازه‌های کابلی هم به تنش کششی متکی هستند، اگرچه، کابل‌ها بارها را در امتداد خطوطی نازک متمرکز می‌کنند، ولی سازه‌های چادری تنش کششی را در سرتاسر یک سطح عریض توزیع می‌کنند.
پیشینۀ تاریخی سازه‌های پارچه‌ای کششی
عشایر ایران، سرخ‌پوستان امریکا و قبیله‌های عرب برای هزاران سال از چادرها استفاده کرده‌اند. سبکی وزن این سیستم‌های سازه‌ای و استفادۀ مؤثر از مصالح محدود از مزایای این سیستم است. نزدیک ۲۰۰۰ سال پیش تصمیم گرفته شد که آمفی‌تئاتر روم باستان با یک سقف چادری متحرک، با استفاده از تکنولوژی مشابه بادبان‌های کشتی، پوشیده شود. اخیراً سازه‌های چادری بزرگ‌تر برای پوشاندن نمایشگاه‌هایی مانند سیرک‌ها استفاده می‌شوند. اما درواقع استفادۀ جدی در معماری با ظهور کار فرای‌اوتو و دیگران در پی جنگ جهانی دوم شروع شد. وی پیوسته به‌دنبال معماری بود که کمترین مصالح را مصرف کند. او با استفاده از مدل حباب صابون در رویکردی کامل، معماری را به استفاده از سازه‌های چادری و هوای فشرده ترغیب کرد و استفاده از این نوع سازه را توسعه داد.
در طبیعت، برگ درختان، پای پره‌دار قورباغه‌ها و بال خفاش‌ها همگی شبیه سازه‌های چادری هستند. استفادۀ غیرساختمانی از سازه‌های چادری شامل صندلی‌های گهواره‌ای، تورهای ماهیگیری، بادبادک‌ها، بادبان‌ها، گلایدرها و چترها می‌شود. برخی از مشهورترین نمونه‌های معماری از سازه‌های چادری عبارت‌اند از: استادیوم و سالن‌های ورزشی المپیک مونیخ طراحی فرای‌اوتو و همکاران، پل ابریشم II در ایران، مرکز زمین دینامیک در ادینبورگ طراحی مایکل هاپکینز و همکاران و غرفۀ کانادا برای نمایشگاه اکسپو ۸۶ در ونکوور.
انواع سازه‌های پارچه‌ای کششی
از نظر فشردگی بافت
سازه‌های چادری می‌توانند از غشاهای پارچه‌ای ساخته شوند، یا سطحی باشند که به‌وسیلۀ یک شبکۀ کابلی شکل گرفته است. غشاهای پارچه‌ای به‌طور هم‌زمان سازه و پوشش مقاوم دربرابر بارهای وارده و شرایط جوی را تأمین می‌کنند، اما فقط می‌توانند دهانه‌های محدود و با حداکثر طول ۴۵ متر را بپوشانند. شبکه‌های کابلی فقط تکیه‌گاه سازه‌ای را تأمین می‌کنند، اما می‌توانند دهانه‌های بسیار بزرگ بیش از چند صد متر را پوشش دهند.
از نظر مکانیزم تنش
دو نوع از سازه‌های چادری که بر پایۀ ماهیت تنش‌های داخلی شکل گرفته‌اند، وجود دارد. شبکه‌های کابلی یا غشاهای منحنی‌شکل فقط با وزن خود کشیده می‌شوند. صندلی گهواره‌ای به این گروه تعلق دارد. شبکه‌های کابلی یا غشاهای پیش‌تنیده برای تحمل بارهای خارجی مانند برف و باد از قبل تحت تنش کششی قرار گرفته‌اند. چتر به این گروه تعلق دارد.
از نظر تناسب
به‌طورکلی سازه‌های کششی بر پایۀ تناسب ابعاد به سه گروه تقسیم می‌شوند. سیستم‌های خطی شامل سازه‌های کابلی می‌شوند. این سیستم‌های خطی می‌توانند با پیش‌تنیدگی تقویت شوند، یا با ایجاد انحنا شکل منحنی طنابی به خود بگیرند. غشاها یا شبکه‌های مسطح به چندین گروه طبقه‌بندی می‌شوند. شبکه‌های مسطح می‌توانند در هر وضعیتی (افقی، عمودی یا مایل) قرار گیرند. همچنین ممکن است مانند پوسته‌ها اشکال متنوعی به خود بگیرند، به‌خصوص اشکال تک‌انحنایی، سین‌کلاستیک و آنتی‌کلاستیک. پوسته‌ها و چادرها از صفحات تنشی برای رسیدن به این اشکال استفاده می‌کنند. پوسته‌ها فشار و برش و سازه‌های چادری فقط کشش در سطح را تحمل می‌کنند.
از نظر شکل
فرای‌اوتو سازه‌های چادری (شبکۀ کابلی یا غشا) را براساس شکل یا نوع تکیه‌گاه به گروه‌هایی تقسیم کرده است. این طبقه‌بندی‌ها عبارت‌اند از: آنتی‌کلاستیک یا زین‌اسبی، مواج، متکی بر قوس و کوژ.
معماری سازه‌های پارچه‌ای کششی و عملکردهای مناسب آن‌ها
سازه‌های چادری استفادۀ گسترده‌ای به‌عنوان سازه‌های موقت برای نمایشگاه‌ها، بازارها و سایبان‌ها دارند. اگرچه، آن‌ها برای سازه‌های دائمی مانند پایانه‌های هوایی، موزه‌ها و حتی آزمایشگاه‌ها هم استفاده می‌شوند. این سازه‌ها اغلب برای ساختمان‌های بیش از یک طبقه استفاده نمی‌شوند، زیرا نمی‌توانند یک سیستم طبقه‌ای معمولی را شکل دهند. عایق‌کردن غشاهای چادری سخت است، بنابراین بیشتر در مکان‌هایی با آب‌وهوای معتدل استفاده می‌شوند. به‌دلیل سبکی وزن، سازه‌های چادری انتخاب بسیارخوبی برای مناطق زلزله‌خیز هستند. درواقع، پس از زلزله بسیاری از بازماندگان برای دورشدن از ساختمان‌های فشرده و سنگین به چادرها نقل‌مکان می‌کنند. چادرها به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای برای مناطقی که بادهای شدید یک پدیدۀ منظم هستند، نامناسب‌اند.
رفتار سازه‌ای سازه‌های پارچه‌ای کششی
توزیع بار
تنوع اشکال سازه‌های چادری به‌قدری زیاد است که تحلیل کامل رفتارهای سازه‌ای آن‌ها امکان‌پذیر نیست. اگرچه، اصول اولیۀ تمام سیستم‌های چادری می‌تواند فقط با استفاده از غشاها یا شبکه‌های سین‌کلاستیک معرفی شود. تحلیل رفتار سازه‌ای چادرها را با غشاهای آنتی‌کلاستیک با دو کابل متقاطع در زوایای قائمه آغاز می‌کنیم. این دو کابل محورهای اصلی نامیده می‌شوند. در انتهای یک کابل به‌سمت پایین و در انتهای کابل دیگر به‌سمت بالا کشیده می‌شود. این سیستم دوکابلی ساده با کشش در هر چهار انتها، پیش‌تنیده شده است. نقطۀ تقاطع دو کابل جابه‌جا نخواهد شد؛ اگر میزان کشش به بالا و پایین، چپ و راست، داخل و خارج همگی مساوی باشند. این نقطه ایستاست.
اگر این پیش‌تنیدگی کافی باشد، بارهای خارجی اضافی می‌توانند بدون تغییر زیادی در شکل سیستم، به این سیستم اعمال شوند. محل تقاطع مسطح‌تر این دو کابل کوچک‌تر می‌شود. بارهای برف رو به پایین به‌وسیلۀ کابل های خمشی رو به بالا (یا محور حامل) نگه داشته می‌شوند. مکش باد از بالا به‌وسیلۀ کابل‌های کششی رو به پایین (یا محور تثبیت) تحمل می‌شود. این رفتار آنتی‌کلاستیک به‌طور هم‌زمان در هر نقطه در یک سازۀ چادری زین‌اسبی عمل می‌کند. اگر آویختگی در هر نقطه در غشا به‌سبب بارهای اعمال‌شده یا پیش‌تنیدگی نامناسب افزایش یابد، چین‌های نامطلوب و نوسان در سازۀ چادری به‌وجود می‌آید. این نوسان یا لرزش بسیار شبیه به لرزش سازۀ چادری چادرنشینان در طوفان است.
تنش‌ها
شعاع کوچکی از انحنا در امتداد دو محور اصلی در سازه‌های چادری مناسب است. این انحنای کوچک، غشا را پایدارتر و تنش را در آن کمتر می‌کند. سطح غشایی کمینه را می‌توان با مدل‌سازی حباب صابون در روش فرای‌اوتو به‌دست آورد. شعاع کوچک دامنه و وسعت صفحات گسترش‌یافته را نیز محدود می‌کند. سازه‌های غشایی توانایی تحمل بارهای متمرکز را ندارند. ممکن است به غشاهای کوژ رو به بالا روی عناصر فشاری فشار آید، یا به‌وسیلۀ مهارها یا تیر اتصالی رو به پایین به‌سمت پایین کشیده شوند. در هریک از این موارد، تنش‌های نامطلوبی در سطح کوچکی از غشا متمرکز می‌شود. نوعی مکانیزم برای پخش این تمرکز تنش در سرتاسر سطح گسترده‌ای از غشا موردنیاز است. کابل‌های جانبی، حلقه‌های کابلی، حلقه‌های صلب و نیمه‌صلب و رئوس اعضای فشاری می‌توانند برای رسیدن به این نتیجه استفاده شوند.
گسیختگی‌ها
نیروی بالابرندۀ باد یک تهدید جدی برای سازه‌های چادری است، به‌خصوص وقتی که اطراف سازه کاملاً محصور نشده باشد. در چنین شرایطی نه‌تنها مکش باد در بالای چادر وجود دارد (شبیه نیروی بالابرنده در یک بال هواپیما)، بلکه باد می‌تواند زیر چادر نفوذ کند و غشای چادری بسیارسبک را بلند کند. اگر بارها بتوانند به‌طور مساوی در سرتاسر کل غشا توزیع شوند، سازه‌های چادری خوب عمل می‌کنند؛ اگرچه، تمرکز تنش می‌تواند سازه را به‌سمت گسیختگی به‌خصوص در درزها سوق دهد. غشایی که صاف‌تر است، باید با نیروهای بزرگ‌تری پیش‌تنیده شود.
این سطوح صاف‌تر توانایی کمتری را در پارچۀ چادری برای نگه‌داری هرگونه نیروهای اضافی اعمال‌شده تأمین می‌کنند. به همین دلیل انحناهای قوی با شعاع کم در امتداد محور اصلی غشاها ترجیح داده می‌شوند. این دلیلی است که دهانه‌های بزرگ‌تر را نمی‌توان با غشاهای ساده پوشاند، زیرا پارچه‌های رایج کنونی توانایی کشش کافی را ندارند. نوسانات باد در یک سازۀ چادری با طولانی‌شدن زمان، نیروی بزرگ‌تری ایجاد می‌کند و می‌تواند بارهای ضربه‌ای را هنگامی‌که چادر با برگشت یک تندباد ناگهانی از هم می‌پاشد، به‌وجود آورد.
سازه‌های چادری آنتی‌کلاستیک
این نوع سازه‌ها سازه‌ای کششی ارتجاعی بوده که از کابل‌ها و سازه‌های چادری به‌شکل زین‌اسبی ساخته می‌شوند. انحنای این نوع سازه‌ها قابل‌تغییر است. رفتار قابل‌انعطاف چادرها و انحنا و پیش‌تنیدگی کابل‌ها برای ایستایی این نوع سازه‌ها الزامی است. در کابل تقویتی به‌طرف مخالف فشار وارد کرده و پایداری آن را در چهار نقطۀ اتصال تضمین می‌کند. اگر کابل‌های تقویت‌کننده در سطوح غیرموازی باشند، دراین‌صورت پایداری آن‌ها سه‌بعدی خواهد بود. به بیان ساده اگر مجموعه‌ای از کابل‌ها به‌طور ضربدری متقاطع باشند، مجموعه‌ای از نقاط تقاطع پایدار ایجاد می‌کنند. نقاط ضربدری از یک سطح شکل می‌گیرند و به‌صورت یک تور درهم‌تنیده‌شدۀ مقاوم می‌شوند. این سطح می‌تواند از جنس کابل، چادر و دیگر مصالح باشد. کابل‌های فولادی با مدول الاستیسیتۀ زیاد، تغییرشکل کمتری نسبت به یک سطح چادری با سختی کمتر دارد.
مبانی طراحی سازه‌های پارچه‌ای کششی
دهانه
سازه‌های چادری برای پوشش دهانه‌هایی به طول چند متر تا چندین متر استفاده می‌شوند. نسبت دهانه به ارتفاع سازه‌های چادری از ۱:۲ تا ۱:۵ است. ضخامت این نوع سازه نسبت به طول دهانه ناچیز است. باید در هر دو محور اصلی چادرهای آنتی‌کلاستیک یک شعاع انحنای کم داده شود، تنش در سرتاسر شبکه یا غشا یکسان نگه داشته شده، از تمرکز تنش جلوگیری و کمترین میزان مصالح استفاده شود. متأسفانه، نگه‌داشتن چنین انحنایی برای یک دهانۀ طویل چادری ممکن است نیاز به فضای بیش‌ازحد در رأس داشته باشد. شاید گروهی‌کردن برخی غشاهای کوچک‌تر مقرون‌به‌صرفه باشد.
چادرهای متکی بر قوس ممکن است مشکلی مشابه ایجاد کنند، اما غشاهای مواج و چادرهای کوژ با اعضای فشاری چندگانه مشکل فضای رأس را ندارند. اگر ارتفاع اضافی برای زهکشی باران در میانۀ دهانۀ چادر نیاز باشد و یک عنصر فشاری عمودی اضافی در عملکرد زیر آن وقفه ایجاد کند (به‌طور مثال یک زمین ورزشی)، یک عنصر فشاری معلق می‌تواند استفاده شود.
اعضا
غشاهای پارچه‌ای بیشتر به اشکال غیرعادی مانند شکم ماهی و پانل‌های مخروطی، برش داده می‌شوند. شبکه‌های کابلی هم می‌توانند برای سادگی در حمل به سایت، به پانل‌هایی با اشکال غیرمعمول تقسیم شوند. پانل‌های غشایی در محل درزها با غلتک‌های درون‌قفلی به یکدیگر متصل شده‌اند و سپس دوخته می‌شوند. این لایه‌های متعدد استحکام بیشتری دارند. هنگامی‌که درزهای ضخیم‌شده در رئوس و شیارها در غشاهای کوژ همگرا شدند، به‌طور غیرمستقیم غشا را دربرابر تنش متمرکز در آن نقاط تقویت می‌کنند. شبکه‌های کابلی اغلب شامل اتصالاتی می‌شوند که توانایی چرخش دارند. این به شبکه اجازه می‌دهد که سطحی قابل‌توسعه باشد. مانند زره زنجیری یک شوالیۀ قرون وسطی، یک شبکۀ کابلی قابل‌توسعه ممکن است در زمین به‌طور مسطح قرار گیرد، سپس وقتی در موقعیت گذاشته می‌شود، شکلی خارق‌العاده به خود بگیرد. کابل‌ها اغلب برای سهولت در اضافه‌کردن پانل‌های مجاور به هم، مضاعف می‌شوند.
اتصالات
اتصالات کابلی برای یک سازۀ چادری نیاز به مطالعۀ زیادی دارد و زمان و بودجۀ کافی باید برای آن درنظر گرفت. مسائل رایج این اتصالات عبارت‌اند از: پیچیدگی اتصال کابل‌های چندگانه در زوایای غیرمعمول، جابه‌جایی زهکشی باران از هر نقطه در اتصالات سازه‌ای و کنترل تنش‌های مصالح که ناشی از بارهای اعمال‌شده است. مدل‌های آزمایشی در مقیاس واقعی از چنین اتصالاتی، مشکلات ساخت‌وساز را آسان خواهد کرد. تنظیم یا تعدیل قابل‌توجهی در سازه‌های چادری برای رسیدن به پیش‌تنیدگی مناسب و مهیا کردن مقاومت ضروری حین اجرا نیاز خواهد بود.
برای کسب این نتایج غشاها اغلب شامل نوارها، بست‌های دوتایی و تجهیزات تنظیم و تعدیلی انتهایی رزوه‌شده هستند. به‌عنوان یک سازه برای دهانۀ طولانی، انبساط و انقباض حرارتی می‌تواند تغییرات غیرقابل‌قبولی را در تنش‌های یک شبکۀ کابلی به‌وجود آورد. گاهی اوقات یک سازۀ چادری می‌تواند به‌آسانی شکل و انحنای خود را برای تطبیق تغییرات در بارگذاری تغییر دهد، اما برای حل این مشکل تعویض اتصالات با وزنه‌های قالب بتنی در انتهای کابل‌ها نیز امکان‌پذیر است. هنگامی‌که تنش افزایش می‌یابد، بیشتر بلوک‌ها بالا می‌روند تا به تنش درون کابل اجازۀ کنترل در یک محدودۀ قابل‌قبول را بدهند.
تکیه‌گاه جانبی
بیشتر سازه‌های چادری با مهاربندی خارجی، دربرابر بارهای جانبی مانند باد پایدار شده‌اند. این مهاربندی طنابی اغلب در هر صورت برای پیش‌تنیدگی یک غشای چادری موردنیاز است و می‌تواند به‌صورت دومنظوره به‌عنوان وسیله‌ای مطلوب برای حفظ پایداری جانبی به‌کار برده شود. پایداری جانبی برای قوس‌ها اهمیت خاصی دارد. اگر یک قوس به‌عنوان تکیه‌گاهی صلب برای یک سازۀ چادری استفاده شود، غشای چادری تکیه‌گاه جانبی پیوسته‌ای برای قوس دربرابر خمش یا چرخش خارج از سطح تأمین خواهد کرد.
خاک و پی
پی‌های ثقلی معمولی رانش رو به پایین سازه‌های فشاری را که بر خاک تکیه کرده‌اند، تحمل می‌کنند. برعکس، سازه‌های چادری، رو به بالا و تحت زاویه کشیده می‌شوند که به معنای استفاده از اشکال غیرمعمول در پی است. سازه‌های چادری موقت ممکن است از وزنه‌های سنگین در سطح زمین، نوعی شمع کوبیده، یا از یک مته استفاده کنند. سازه‌های چادری موقتی‌تر از نوعی پی حجیم بتن زیرخاکی یا یک پی زیرخاکی شبیه به لنگر کشتی استفاده می‌کنند. در داخل سنگ انواع گوناگون پیچ‌های انبساطی استفاده می‌شود.
پوشش
سازه‌های چادری پارچه‌ای پوشش مقاوم دربرابر هوا را شکل می‌دهند، اما شبکه‌های کابلی این‌گونه نیستند. پوشش شبکۀ کابلی ممکن است یا پانل‌هایی باشد که درون شبکه را پر کند، یا یک غشای چادری باشد که جداگانه روی شبکۀ کابلی قرار گیرد، یا از زیر معلق شود. وقتی یک سقف غشایی یا شبکۀ کابلی به یک دیوار محصورکننده در زیر نیاز داشته باشد، طراحی با چالش‌های جدی روبه‌رو می‌شود. تدابیر مختلف و جزئیات متفاوتی در این اتصال بین سقف و دیوار استفاده شده است.
غشای سقف ممکن است به‌آسانی به زمین محکم شود، یا ممکن است روی حلقۀ صلبی کشیده شود و برای شکل‌دادن یک دیوار به‌سمت پایین امتداد یابد. غشای سقف ممکن است در بالای یک دیوار صلب با مهارهای خارجی محکم به‌سمت پایین کشیده شود، یا سازۀ چادری ممکن است فقط غشایی محصورکننده باشد که روی یک قاب فشاری معمولی مضاعف کشیده شده است. درنهایت، یک عنصر انتقالی می‌تواند بین یک دیوار محصورکنندۀ صلب معمولی و سقف چادری منحنی‌شکل و انعطاف‌پذیر قرار گیرد.
زیربنای عملکردی
سازه‌های چادری وسیع‌ترین محدودۀ دهانه و گوناگون‌ترین اشکال زیربنا را نسبت به هر سیستم سازه‌ای شناخته‌شده می‌پوشانند. اگرچه، شکل زیبایی‌شناختی چادرها بیشتر با نیروهای فیزیکی کنترل می‌شود تا با خواست طراح.
روش‌های طراحی
استفاده از شبکه‌های منحنی‌شکل و مدل‌های حباب صابون برای فهم اولیۀ چادرها بسیار مناسب‌اند. آن‌ها می‌توانند برای تعیین فرم‌های منحنی طنابی به‌وسیلۀ صفحاتی که تحت تنش کششی مساوی در سرتاسر غشا هستند، استفاده شوند. اگرچه، مدل‌های پایدار بیشتری برای مطالعۀ فرم‌های معماری حین روند طراحی نیاز خواهد بود. برای بررسی دیگر فرم‌های چادری جوراب‌های نایلونی اغلب نخستین انتخاب هستند. صفحات فلزی ساخته‌شده با اتصالات قابل‌چرخش، مانند پوسته‌ها، برای سازه‌های چادری هم می‌توانند به فرم‌های سین‌کلاستیک و آنتی‌کلاستیک درآیند. برای آزمایش، مدل‌های با مقیاس مناسب از جزئیات و مدل‌های در مقیاس حقیقی ممکن است نیاز شود. چون باد مسئله‌ای بحرانی است، ممکن است مدل تونل باد نیاز شود. درحالی‌که شکل تعیین‌شدۀ کلی چادر ممکن است به‌طور آسان و مساعد با استفاده از مدل‌های بالا کامل شود، آنالیز و سیر تکاملی سازه‌ای خاصی آن‌سوی طراحی مقدماتی اولیه موردنیاز است.
الگوی توسعه
سازه‌های چادری با اضافه‌کردن یک چادر یا یک سازۀ صلب در مجاورشان توسعه پیدا می‌کنند. آن‌ها به‌آسانی می‌توانند مماس شوند یا روی هم قرار گیرند، هرچند، اگر دو چادر کاملاً به هم متصل شوند، نیروهای وارده در هر دو چادر تغییر خواهند کرد. بنابراین چنین اتصالی امکان‌پذیر اما غیرمعمول خواهد بود. این توسعه می‌تواند در یک نقطۀ مشترک، در امتداد یک خط مشترک یا در یک سطح مشترک اتفاق بیفتد.
ساخت و اجرای سازه‌های پارچه‌ای کششی
ساخت
پارچه‌ها یا همگن (دارای مقاومت یکسان در تمام جهات) یا ناهمگن (در یک محور قوی‌تر از بقیه) هستند. با توجه به مصالح انتخاب‌شده و شکل برش آن‌ها، سطوح قابل‌توسعه یا غیرقابل‌توسعه ایجاد می‌شوند. این امر توالی حمل‌ونقل و ساخت را ایجاب می‌کند، زیرا در یک زمان در محل، برش‌های خاص و اشکال غیرمعمول باید به‌خوبی به هم متصل شوند.
توالی ساخت
به‌دلیل تفاوت در اندازه، شکل و نوع سازه‌های چادری هیچ توالی ساختی نمی‌تواند تعریف شود. ساخت در محل می‌تواند به سه دسته یا ترکیبی از این سه دسته تقسیم شود. غشاها و شبکه‌های کوچک‌تر از قبل در کارخانه برش داده و به‌صورت پانل به محل تحویل داده می‌شوند و در سطح زمین روی هم نصب و سپس در موضع بالا کشیده می‌شوند. اگر یک چادر برای این روش بسیار بزرگ باشد، پانل‌ها می‌توانند به‌طور جزئی در مقاطعی در سطح زمین روی هم نصب شده و سپس بالا برده شوند. سازه‌های کابلی بسیار بزرگ هم می‌توانند به‌طور کامل با استفاده از از تک‌کابل‌ها و تک‌پانل‌ها در فضا نصب شوند.
نصب غشاها و شبکه‌های کابلی نیاز به طراحی و مطالعات سازه‌ای با جزئیات کامل دارد. سازه‌های کابلی با تغییر بارها و تکیه‌گاه‌ها به‌طور چشمگیری تغییرشکل می‌دهند. این وضعیت وقتی کابل‌ها در شبکه‌ها بافته شده‌اند، تغییری نمی‌کند. کشش در یک سمت، الزامات سازه‌ای اساسی در سمت دیگر دارد. بیشتر سازه‌های چادری برای پایداری نهایی متکی بر پیش‌تنیدگی هستند اگرچه هنگامی‌که سازه به‌طور جزئی ساخته شد، چنین پایداری متوازنی هنوز موجود نیست. در حین ساخت، غشاهای چادری حتی نسبت به بادهای ملایم هم کاملاً آسیب‌پذیرند.
ویژگی‌های زیبایی‌شناسی سازه‌های پارچه‌ای کششی
زیبایی یک چادر از انحنای رفت‌وبرگشتی صفحات و لبه‌ها، نیمه‌شفافی بافت و امکان استفاده از رنگ‌های زنده و لطیف است. به‌دلیل قابلیت پوشاندن دهانه‌های طویل، سازه‌های چادری می‌توانند به میزان قابل‌توجهی از مقیاس انسانی فراتر روند. برای مثال به مقیاس یک نفر در بین جمعیت یک ورزشگاه با سازۀ چادری دقت کنید، مدل‌های کوچکی از سازه‌های چادری اغلب به‌عنوان سایه‌بان در ورودی مغازه‌ها، جایی‌که هویت تجاری منحصربه‌فردی با هزینۀ کم به‌وجود می‌آورند، استفاده می‌شوند. بافت و الگو نقشی قوی در زیبایی شبکه‌های کابلی دارد. تار و پود شبکۀ کابلی حس انحنا را در سطح چادر تشدید می‌کند.
مطالعات موردی
مرکز همایش‌های سان‌دیگو (۱۹۸۷)
مهندس معمار: آرتور اریکسون و همکاران
مهندس سازه: هورست برگر
انجمن مرکزی سان‌دیگو با مساحتی معادل ۱۶۰ هزار مترمربع ساخته شده است. بخش ورودی و سردر آن به‌صورت فضای باز طراحی شده تا با ایجاد سطوح منحنی به ابعاد ۹۱×۹۱ متر به‌صورت مواج دیده شود. سطوح چادری بین خط‌الرأس و خط‌القعر کابل‌ها که از پایه‌های بتنی با شبکۀ شطرنجی به ابعاد ۱۸×۹۱ متر معلق هستند، به‌شکل مواج اجرا شده‌اند. ایجاد سطوح مدور و سطوح قوسی، عبور هوای طبیعی را برای گردش در زیر سازه میسر می‌سازد. بازشوها به‌وسیلۀ غشای ثانویه‌ای که در بالا قرار گرفته است، نگه داشته می‌شوند.
پایه‌های دارای پشت‌بند معلق به‌وسیلۀ کابل‌های اصلی نگه داشته می‌شوند و فضای آزادی را در اطراف خود به‌وجود می‌آورند که به‌نسبت فضای زیادی است. همچنین کابل‌های اصلی از پایه‌های بتنی با مقطع مثلثی معلق هستند. چنین سیستم سازه‌ای سقفی نورگذر را ایجاد می‌کند که به‌نظر می‌رسد روی ساختمان شناور است. سقف از جنس فایبرگلاس با پوشش تفلون نسوز است که فضایی مقاوم دربرابر آتش را برای چنین عملکردی تأمین کرده است.
مرکز تحقیقاتی اشلامبرگر، کمبریج، انگلستان (۱۹۸۵)
مهندس معمار: مایکل هاپکینز
مهندس سازه: اوه آروپ
این مرکز تحقیقاتی برای تحقیقات اکتشاف نفت که شامل استخراج، مکانیک سیالات و غیره است، طراحی شده است که با یک سیستم مجموعه‌ای کار می‌کند. این مجموعه به‌منظور تحقیق و کشف و آزمایش طراحی شده که خواسته‌های مختلف کارفرما را ازجمله تأمین دفاتر اداری مناسب تأمین می‌کند. طراحی به‌گونه‌ای است که یک فضا برای سیستم استخراج از زمین و تحقیقات این رشته در فضایی به عرض ۲۴ متر ایجاد کرده و دفاتر طراحی که در کنار آن قرار دارد، به این کار اختصاص داده شده است.
اتاق جلسات و آزمایشگاه‌ها و تمام قسمت‌ها با فضاهایی از یکدیگر جدا شده‌اند که با عایق صوتی ۲۱میلی‌متری پوشیده شده‌اند. فضای مرکزی با یک سقف معلق پارچه‌ای متشکل از شبکۀ کابل‌ها که از ستون‌های مهاربندی‌شده فولادی آویزان‌اند، پوشانده شده است. در سازه‌های چادری که سه موج دارند، دو کابل کناری در لبه‌ها هستند. این کابل‌ها روی کابل‌های اصلی آویزان هستند. پوشش نورگذر سقف نور طبیعی فضاهای داخلی را فراهم می‌کند و متحرک‌بودن آن جابه‌جایی تجهیزات حفاری را میسر می‌سازد.
سالن بازی اسکیت، ویلارس، سوییس (۱۹۵۹)
مهندس معمار و سازه: فرای‌اوتو
این سالن ورزشی پایین‌تر از سطح زمین ساخته شده و دورتادور آن را صندلی‌های تماشاچیان دربرگرفته است. سقف آن به‌شکل مخروطی از جنس پارچه به ابعاد ۳۲×۶۴ متر است. این سقف به‌وسیلۀ سه کابل معلق نگه داشته می‌شود؛ کابل‌ها هم به‌وسیلۀ دیرک‌های فولادی در دو انتها ثابت نگه داشته می‌شوند. صفحات فلزی در تکیه‌گاه‌ها تنش سقف پارچه‌ای را توزیع می‌کنند. تجهیزات نورپردازی هم از تکیه‌گاه‌ها آویزان شده‌اند. کابل‌های نگه‌دارنده، کابل‌های کناری سقف را به زمین محکم کرده‌اند.
غرفۀ گل و گیاه، هامبورگ، آلمان (۱۹۶۳)
مهندس معمار و سازه: فرای‌اوتو
این غرفه برای نمایشگاه بین‌المللی گل و گیاه در سال ۱۹۶۱ ساخته شد. محوطه آن ۶۴×۲۹ متر و ارتفاع تیرهای نگه‌دارندۀ آن ۵٫۵ متر است. سقف مخروطی آن تاحدممکن ساده طراحی شده است. پارچۀ سقف را با دقت زیاد و کشش مناسب بین بالاترین نقطه و پایین‌ترین نقطۀ سقف نصب کرده‌اند تا انحنای مناسبی را نشان دهد. بالاترین نقطۀ سقف روی تیرهای فلزی قرار گرفته است. این تیرها فنرهای چوبی چندلایه دارند که روی حلقه‌های فلزی هشت‌وجهی نصب شده‌اند تاحدامکان از تنش‌ها جلوگیری کند. نقاط کم‌ارتفاع سقف هم به زمین محکم شده‌اند تا در صورت وزش باد سقف پارچه‌ای به بالا حرکت نکند. این قسمت سقف به‌عنوان یک آب‌راه برای خروج آب باران از سقف هم عمل می‌کند که برای جمع‌آوری آن در قسمت پایین محفظه‌هایی قرار داده شده است. کابل‌های محیطی هم به‌وسیلۀ کابل‌های نگه‌دارنده به زمین محکم شده‌اند.
سالن بازی اسکیت، مونیخ، آلمان (۱۹۸۳)
مهندس معمار: کورت آکرمن
مهندس سازه: اشلایش برگرمن
این سازه دراصل برای بازی پاتیناژ طراحی و ساخته شد؛ اما در سال‌های اخیر به میدان اسکیت تغییر کاربری داده است. این میدان به‌شکل بیضی به ابعاد ۶۷×۸۸ متر ساخته شده و سقف آن متشکل از شبکۀ کابل‌هاست. این سقف در بخش مرکزی آویخته شده و برای نگه‌داری آن در لبه‌ها از پایه‌های فولادی و کابل‌های نگه‌دارنده استفاده شده است. یک قوس فلزی منشوری‌شکل بین دو پایۀ اصلی بتنی با دهانه‌ای به طول ۱۰۴ متر قرار گرفته است. این قوس به‌وسیلۀ شبکۀ کابل‌ها مهار و محکم می‌شود. شبکۀ کابل‌ها از این قوس آویزان است و کابل‌هایی در قسمت وسط به این قوس متصل شده است.
فضای بین کابل‌ها به‌شکلی طراحی شده است که نور طبیعی روز به داخل راه یافته و نور مناسب را برای فضا فراهم کند. شبکۀ کابل‌ها از دو لایه کابل‌های فلزی به ابعاد ۷۵×۷۵ سانتی‌متر تشکیل شده‌اند. برای پوشش بازشوها از پی‌وی‌سی نیمه‌شفاف استفاده شده است. این ترکیب غیرمعمول مصالح سبب شده که کیفیت فضای داخلی منحصربه‌فرد و جذاب باشد؛ تضادی از روشنایی یک مادۀ نیمه‌شفاف با گرمای خاص چوب در زمینه‌ای با شبکۀ فولادی.
منبع: سیستم‌های ساختمانی، محمود گلابچی، کتایون تقی‌زاده و محمدرضا گلابچی، انتشارات دانشگاه پارس، ۱۳۹۲
