سازه غشایی

با سازه های غشایی و کاربردهای آن چقدر آشنا هستید؟

سازه غشایی نوعی سازه فضایی است که در معماری و طراحی مکان هایی همچون ورزشگاه ها، پارکینگ ها و … مورد استفاده قرار می گیرد. پایه و اساس این سبک سازه های کششی، استفاده از پارچه و تکیه گاه فلزی، چوبی و یا بتنی می باشد.

در این مطلب به معرفی سازه غشایی و کاربردهای آن می پردازیم.

سازه غشایی چیست؟

طراحی و ساخت فضاهای متعدد در صنعت معماری متاثر از مصالح مورد استفاده، بسیار گسترده است. سازه غشایی یکی از روش های مدرن در خلق فرم های هندسی زیبا و خاص است که امروزه در ساخت بناها به کار گرفته می شود.

این سازه به دلیل بهره گیری از پارچه به عنوان یکی از اجزای اصلی خود وزن کمی داشته و سبک است. انعطاف پذیری بالا و نیمه شفاف بودن از دیگر ویژگی های این محصول است. از این جهت نور به راحتی به آن نفوذ کرده و می توان از مزایای نور طبیعی طی روز استفاده نمود.

این سازه ها در برابر کشش مقاوم هستند اما به راحتی می توان با فشار و خم کردن در آن ها شکل و فرم مورد نظر را به وجود آورد.

سازه غشایی از چه اجزایی تشکیل شده است؟

سازه مورد بحث دارای دو بخش اصلی است که عبارتند از غشا و تکیه گاه. در ادامه ویژگی های هر یک از این اجزا را با هم بررسی می کنیم:

جزء اول: غشا

غشا ورقه نازکی است که در سه گروه پارچه ای، فیلم و همچنین فیلم های تقویت شده طبقه بندی می شود. این ورقه پوسته نازکی است که نیروی کششی را منتقل می کند و اغلب در تهیه آن از SILICON، PTFE، PVC و PVDF استفاده می شود.

در این میان روکش های پلی استر به دلیل مقاومت بالا، دوام طولانی مدت، داشتن کشش مناسب و همچنین هزینه مقرون به صرفه پرکاربردترین روکش ها در ساخت سازه غشایی محسوب می شوند. استفاده از پارچه برزنتی قیمت مناسب در این سازه ها نیز بسیار مرسوم است.

سازه غشایی با توجه به اجزای آن به سازه پارچه ای ، سازه چادری و سازه کششی نیز مشهور است.

جزء دوم: تکیه گاه

اساس کار سازه غشایی ، نیروی کششی است. از این رو سقف های پارچه ای آن این کشش را تامین می کنند اما برای انتقال وزن به زمین نیازمند بهره گرفتن از پایه های عمودی و قوس ها هستند که در برابر فشار و خم شدگی مقاومت بالایی داشته باشند.

موادی همچون فلز، چوب و بتن بیشترین کاربرد را سازه های کششی تحت عنوان تکیه گاه دارند. این مصالح مقاومت بالایی در برابر فشار و خمیدگی دارند و به وفور در دسترس هستند. از این جهت استفاده از آن ها مقرون به صرفه و کارآمد می باشد. در حال حاضر بهترین تکیه گاه های مورد استفاده در این سازه ها از فولاد تهیه می شوند. استقامت بالا و قیمت مناسب فولاد از موارد اصلی در این مهم می باشد.

فرم دهی در سازه های غشایی به چه صورت است؟

همان طور که گفتیم ورقه غشا به آسانی در برابر نیروی بار خم می شود و تکیه گاه ها موظف به حفظ غشا در فرم مشخصی هستند و نیروی وارد بر آن را به زمین منتقل می کنند. بنابراین طراحی و حفظ فرم سازه بر عهده ستون ها و قوس های تکیه گاه است.

مهم ترین مسئله هنگام ایجاد فرم کلی سازه در نظر گرفتن نقاطی برای انتقال نیروی بار به زمین می باشد که این نقاط معمولا با قوس هایی عمود بر هم به وجود می آیند.

فرم دهی به سازه غشایی به طور کلی در سه حالت رخ می دهد که به سطوح زین اسبی، خیمه و آرک مشهور هستند.

در واقع می توان اظهار داشت اغلب سازه های پارچه در دنیا با ترکیبی از این سطوح طراحی و اجرا می شوند. در ادامه برخی از ویژگی های مهم هر یک از این فرم ها بیان می کنیم:

سطح زین اسبی

طراحی سطح زین اسبی که به آن Hyperbolic نیز گفته می شود به گونه ای است که دو گوشه آن به سمت بالا و دو گوشه دیگر به سمت پایین انحنا دارند. این امر کمک می کند که هر یک از گوشه ها نیروهای مخالف جهت خود را کنترل نموده و به زمین منتقل کنند. به عبارت دیگر گوشه های پایینی قادر هستند نیروهای به سمت بالا همچون نیروی باد را دفع نموده و گوشه های بالا برای کنترل نیروهای به سمت پایین مانند فشار ناشی از برف تلبار شده بر سطح غشا مورد استفاده قرار می گیرند.

سطح خیمه

در سازه غشایی با فرم سطح خیمه طوری ستون ها و قوس ها طراحی می شوند که تمام نیروهای وارد بر سطح به دو سمت لبه های پایینی و بالایی منتقل شده و از این نقاط توسط ستون ها به زمین وارد شوند. سطح خیمه یا Conic یکی از فرم هایی است که در طول سالیان متمادی مورد استفاده بشر بوده است.

سطح آرک

سطح آرک نیز یکی از فرم های سنتی است که در گذشته برای سقف های طاق ضربی مورد استفاده معماران بوده است. این رویه شباهت بسیاری با سطوح زین اسبی دارد و نحوه انتقال نیروی آن نیز همچون رویه زین اسبی است با این تفاوت که در سطوح آرک (Arch) گوشه های بالا و پایین در کنار یک دیگر واقع شده اند.

استفاده از سازه غشایی به دلایل مختلفی همچون سرعت اجرای بالا، وزن متوسط، طول عمر مناسب، دوام و مقاومت در شرایط آب و هوایی مختلف در طی سال های متمادی یکی از انتخاب های اصلی معماران سنتی و مدرن بوده است. از دیگر قابلیت های این سازه ها می توان به داشتن مقاومت بالا در شرایط بحرانی همچون آتش سوزی و ایجاد سایه مناسب در عین عبور نور خورشید برای روشنایی اشاره نمود که این امر به جهت نیمه شفاف بودن روکش سقف امکان پذیر است.

کاربرد سازه های غشایی در معماری بناها چیست؟

سازه غشایی در کنار مزایای متعددی که دارد از زیبایی خاصی نیز برخوردار است که این امر آن را به یکی از انتخاب های اصلی معماران به خصوص در دنیای مدرن تبدیل نموده است. فرم های به خصوص و چشم نواز در این سازه ها در کنار ویژگی هایی همچون فراهم آوردن سایه و نور به صورت همزمان موجب شده این سازه های غشایی در بناهایی همچون ورزشگاه ها، سالن های نمایش، ورودی برخی از پاساژها، ترمینال های مسافربری، فرودگاه ها و … به عنوان سایه بان های مدرن مورد استفاده قرار گیرند.