طراحی سازه‌های کابلی

طراحی سازه های کابلی

در رشته معماری، طراحی سازه‌های کابلی از جمله کارهایی است که زیبایی و کاربردی بودن را یک‏‌جا ایجاد می‌کند.
سازه‌های کابلی به خاطر کششی که توسط کابل به وجود می‌آید، تا حدود زیادی انعطاف‌پذیری دارند. این ویژگی کمک می‌کند تا بتوان طرح‌های هندسی مختلف و متنوعی طراحی نمود و خلق کرد.
حتما پل‌های کابلی بزرگی را دیده‌اید که بعضا دو شهر یا دو ساحل را به همدیگر وصل نموده‌اند. چون این نوع سازه رفتاری کاملا کششی داشته و توان حمل فشار بالایی دارد، ساخت پل‌های بزرگ و طولانی فقط با این نوع سازه امکان‌پذیر می‌باشد.
به جز این پل‌ها، موارد دیگری هم هستند که ساخت آن‌ها فقط با کابل امکان‌پذیر می‌باشد و در ادامه این موارد را بررسی خواهیم کرد. ضمنا ساخت سازه‌های کابلی در کنار مزیت‌ها و فوایدشان، معایب و مشکلاتی هم دارند که مهم‌ترین آن‌ها، دشوار بودن نصب آن‌هاست.

طراحی سازه های کابلی

یک سازه کابلی از چه اجزایی تشکیل می‌شود؟

در حالیکه در چنین سازه‌هایی، بیش از هر چیز کابل‌های تشکیل دهنده‌شان توی چشم می‌باشد؛ اما اجزای دیگری نیز وجود دارند که اهمیت‌شان کمتر از کابل نیست.

در آن‌ها یک دکل قائم یا مایل وجود دارد که نیروهای کششی کابل‌ها را مهار می‌نماید. این دکل ممکن است که یا به صورت متقارن و یا به شکل نامتقارن این کار را انجام بدهد. ولی مهم‌تر از آن؛ وظیفه این دکل‌هاست که در عمل نیروی کششی را به تنش فشاری بدل می‌کنند.

با تبدیل نیروی کششی به تنش فشاری، تنش مستقیما به پی سازه منتقل می‌گردد. نسبت تعداد دکل به طول کابل، باید توسط مهندسین دقیقا محاسبه شود. اما یکی از قوانین مهم در این زمینه، رابطه معکوس قطر و طول کابل‌هاست. به عبارت دیگر، هرچه طول کابل در این سازه‌ها بیشتر شود، می‌توان از قطر آن‌ها کاست و هرقدر که طول کابل کمتر شود، متقابلا باید قطر آن را افزایش داد.

به همین خاطر است که در پل‌های کابلی بزرگ و طولانی، کابل‌ها طول بسیار زیادی دارند اما قطرشان آن‌چنان زیاد نیست.

اما به جز کابل و دکل، اجزای دیگری نیز در این سازه‌ها موجود هستند مانند: میله‌های مهار فولادی، مهاربند ضربدری، خرپای منشوری شکل و خرپای ویرندیل عمودی، پنل عایق دار، میله‌های مهار، پی ستونی شکل و…

طراحی سازه های کابلی

انواع سازه‌های کابلی

طراحی سازه‌های کابلی بیش از هر چیز بر‌اساس سیستم تار عنکبوت انجام می‌شود. سبکی، مقاوم بودن و تحمل بارگذاری تعیین شده، از جمله دلایلی است که معماران بر‌اساس تار عنکبوت این سازه را خلق می‌کنند.

در دوران قدیم، چادرها و پوشش‌های سقفی همانند پوشش دور آمفی تئاترها از جمله نمونه‌های اولیه آن بودند. اما بعدتر، نمونه‌های مدرنی به این روش ساخته شدند از جمله:

  • پل‌های معلق
  • فرودگاه‌هایی مثل فرودگاه جده
  • برج‌ها و آسمان خراش‌های کابلی مثل بانک هنگ‌کنگ
  • زمین‌های ورززشی مثل پیست دوچرخه سواری یا استادیوم‌های فوتبال
  • ترمینال‌ها

البته در بعضی از نمونه‌ها، وجود سازه کابلی در آن‌ها بیشتر کاربرد تزئینی دارد و در برخی دیگر هم، از سازه‌ کابلی به خاطر مزیت‌هایی که دارد استفاده شده است. مثلا در استادیوم المپیک مونیخ، سیستم سازه‌ای سقف آن موسوم به کابل مضاعف بوده و همانند سازه‌های چادری عمل می‌کند.

تحلیل معماری موزه هنرهای معاصر
مطالعه می‌کنم

طراحی سازه های کابلی

مزایای طراحی سازه کابلی چیست؟

  • داشتن خالص‌ترین رفتار سازه‌ای (تحمل نیروی کششی)
  • داشتن مقاومت بالا
  • فرمی طبیعی دارد و بر اساس فرایند تولید شکل می‌گیرد.
  • انعطاف‌پذیری بالا در شکل و تحمل بارگذاری‌ها
  • تولید صنعتی از جنس فولاد
  • در دهانه‌های بزرگ کاملا به صرفه می‌باشند (مثل پل‌های معلق بزرگ).
  • داشتن وزن سبک و امکان حمل، نصب و تخریب راحت آن‌ها.
  • امکان تولید انبوه این سازه‌ها در کارخانه (همانند سقف‌های کابلی اماکن).
  • می‌توان این سازه‌ها را از یک بنا برداشت و بر روی بنای دیگری نصب نمود.

بررسی انواع پل‌های کابلی

با توجه به اینکه پل‌های کابلی رایج‌ترین شکل این نوع سازه هستند، در ادامه انواع این پل‌ها را بررسی می‌کنیم.

اگر چه پل‌های معلق بیشتر از بقیه انواع آن شناخته شده هستند، اما باید بدانید که دسته‌بندی‌های مختلفی در پل‌های کابلی وجود دارند. مثلا بر‌اساس چینش کابل‌ها، این پل‌ها شامل: چینش تکی، موازی (چنگی)، شعاعی (پنکه‌ای) و ستاره‌ای می‌باشند.

یا مثلا دسته‌بندی دیگری وجود دارد که بر‌اساس تعداد و نوع برج‌های به کار رفته در ساختمان پل انجام می‌شود. تکی، دوتایی، دروازه‌ای و برج‌های  A شکل، انواع مشخص شده در این دسته‌بندی هستند.

اما دسته‌بندی دیگری نیز وجود دارد که پل‌های کابلی را به پل معلق و پل ترکه‌ای تقسیم می‌نماید. پل معلق، در دهانه‌های بسیار بزرگ ساخته می‌شود و از دو پایه بلند در دو طرف دهانه، دو دسته کابل در بالای دهانه و بلوک‌های بزرگ بتنی و یک عرشه اصلی تشکیل می‌شود.

دهانه‌هایی که بیش از 300 متر طول دارند و عرشه فلزی برای‌شان مناسب‌ می‌باشد، انتخاب اقتصادی‌تری برای پل کابلی معلق هستند.

اما پل‌های کابلی ترکه‌ای از نظر طراحی و اجرا راحت‌تر بوده و هزینه ساخت‌شان  هم کمتر می‌باشد. در این نوع پل تعداد زیادی کابل به یک پایه بلند وصل می‌شوند. در کنار این کار عرشه آن‌ها از یک طرف با کوله پایه و از طرف دیگر هم به وسیله کابل مهار می‌شود. طراحی و ساخت پل‌های ترکه‌ای به دلیل سهولتی که در فرایند تولید و زیبایی‌ خاصی که در فرم دارند، در سال‌های اخیر بسیار رایج شده‌اند.

چند مثال از سازه‌های کابلی مشهور جهان

پیست دوچرخه‌سواری معلق هلند

این پیست دوچرخه‌سواری که در شهر آمستردام هلند ساخته شده، از جمله سازه‌های مدرن مشهور دنیاست. این پیست دوچرخه‌سواری، به دلیل معلق بودنش در معرض وزش شدید باد قرار دارد. به همین خاطر نیز، ضربه‌گیر، تنظیم کننده هوا با فرکانس بالا و تنظیم کننده هوا با فرکانس پایین برای آن تعبیه شده است.

دکل اصلی این سازه حدود 70 متر ارتفاع دارد که از این دکل، کابل‌هایی آویزان گشته‌اند. کابل‌های آویزان در واقع اسکلت اصلی آن‌جا را تشکیل می‌دهند و کشش وارده را از دکل به چهار عدد پی قرار گرفته در زمین انتقال می‌دهند.

طراحی سازه های کابلی

ساختمان ترمینال دالاس

ترمینال مشهور شهر دالاس آمریکا، در سال 1962 تاسیس شده و از جمله سازه‌های مدرن دهه 70 امریکا می‌باشد.

آموزش نقشه کشی ساختمان
مطالعه می‌کنم

ساختمان ترمینال دالاس بیش از هر چیزی شبیه به یک گهواره است. گهواره‌ای شکل بودنش به این دلیل است که ساختار و بدنه این ساختمان با دکل و کابل ساخته شده است.

طراحی سازه های کابلی

نمایشگاه زین اسبی کلگری

شهر کلگری در کشور کانادا میزبان یکی از سازه‌های کابلی بزرگ و پیچیده جهان است. اسکلت این نمایشگاه در هر جهت دارای یک انحنا می‌باشد، انحنایی که در جهت طولی قرار گرفته مثبت است و انحنای آن در جهت عرضی منفی می‌باشد.

طرحی که برای این سازه کابلی به کار گرفته شده، موجب گشته تا به بهترین شکل در مقابل وزش باد در امان باشد. کابل‌های اصلی آن دهانه‌ای به طول 90 متر را بین قوس‌ها در بر می‌گیرند. ضمنا فاصله بین هر کابل را هم چیزی در حدود 2 متر در نظر گرفته‌اند. به جز کابل‌های اصلی، کابل‌های فرعی نیز به کار رفته‌اند که به عنوان تثبیت کننده از آن‌ها یاد می‌شود، این کابل‌های تثبیت کننده در جهت مخالف تعبیه شده‌اند تا فشار بادهایی را که به سمت بالا فشار می‌آورند خنثی سازند.

طراحی سازه های کابلی

موزه هنر میلواکی

در سال 2001 معمار معتبری با نام «کالاتراوا» موزه هنر شهر میلواکی را طراحی نمود. این موزه در 5 طبقه ساخته شده که 4 طبقه آن، به عنوان الحاقات این ساختمان شناخته می‌شود و بدنه این الحاقات، شبیه یک کشتی طراحی شده است.

طبقه موسوم به «پاویلیون» هم سالنی بزرگ دارد که دورتا دور آن با دیوارهای شیشه‌ای در بر گرفته شده است.

پی این ساختمان بسیار ضخیم کار شده و دهانه‌ای 18 متری دارد. یکی از مهم‌ترین مسائلی که حین طراحی این بنا با آن روبرو بوده‌اند، وزش بادهای شهر میلواکی بوده است. وجود 17 قاب فولادی از پیش ساخته شده در این ساختمان، در حالیکه توسط کابل‌های ضخیمی به هم وصل شده‌اند، این مساله بزرگ را حل کرده است.

طراحی سازه های کابلی

استادیوم ورزشی آتن

با توجه به گنجایش 100 هزار نفری این استادیوم و به خاطر اینکه باید کلیه ابزار و لوازم رفاهی را برای آنان در نظر می‌گرفتند، لازم بود تا به صورت یک سازه کابلی طراحی می‌شد.

به این ترتیب دو ستون بزرگ که از جنس لوله بر قسمت بالای سر تماشاچیان تعبیه شده‌اند، توسط تعدادی کابل به هم وصل گشته‌اند. این استادیوم چنین پوشش سقفی بی‌همتایی را در سال 1979 از آن خود کرد و تاکنون یک الگوی عالی برای چنین ورزشگاه‌هایی بوده است.

طراحی سازه های کابلی

استادیوم هاکی دانشگاه ییل آمریکا

بنای تخم مرغی شکل این ورزشگاه،  حدود ۳‎‎‎‎‎‎‎‎‌ هزار نفر را در خود جای می‌دهد. تیر قوسی شکلی که در وسط اسکلت این بنا تعبیه شده، دهانه‌ای حدودا 70 متری دارد. همچنین دورتا دور آن‌جا نیز توسط تیرهای قوسی شکل کوچک‌تری قرار گرفته‌اند و همگی بواسطه کابل‌های فولادی به هم متصل گشته‌اند.

طراحی سازه های کابلی

 

مپسا | نرم‌افزار آنلاین حسابداری پروژه ساخت و ساز

ثبت نام رایگان

[تعداد: 1   میانگین: 5/5]