سازه پارچه ای مدرن

سازه های پارچه ای

پیشینه تحقیق در زمینه پوسته های پارچه ای مدرن

در این بخش قصد داریم تا تحقیقات انجام شده برروی سازه پارچه ای مدرن را که سبب گسترش استفاده از آنها در طول ۵۰ سال اخیر شده است را شرح داده وبه نکات مهم آن اشاره نمائیم.متاسفانه به علت جدید بودن این علم هنوز هیچگونه تحقیقی در این باره در ایران انجام نشده است و لذا دربررسی ها وجستجو های متعدد خود به هیچ مقاله یامطلب تحقیقاتی در این باره برخورد نکرده ایم تا در این بخش از آن استفاده نمائیم.

توسعه پوسته های سازه ای:

پارچه های اولیه که به عنوان پناهگاه مورد استفاده قرارمی گرفتند در حقیقت پوسته های ساده ای بودند که منشاءگیاهی یاحیوانی داشتند.این پوسته هارا به صورت نوارهای می بریدند وبه هم می دوختند تا طول وقابلیت استفاده از آن ها افزایش یابد و در نهایت پارچه تولید شده را می پیچیدند(اصطلاحاًرول میکردند).این کار علاوه برکمک کردن به جمع کردن پارچه ،باعث افزایش انعطاف پذیری ومقاومت پیچشی پارچه نیز می شد.

پارچه های چادرهای سیاه

پارچه های استفاده شده در چادرهای سیاه به طور معمول بافت شلی داشته و ازموی بز بافته می شدند،اما بسته به نوع منطقه وحیوانات محلی  موجود در هر ناحیه ،مواد اولیه به کار رفته در بافت این نوع چادرها متفاوت بود.به طور مثال از موی گاو میش (به ویژه گاو میش های تبتی ),پشم گوسفند و موی شترو….نیز در ساخت این نوع چادر ها نیز استفاده می شده است.

نوع دیگرپوسته ها از چرم عمل آوری شده،پوست بز کوهی ،پوست خوک آبی وحتی پوست درخت درست می شد.سایبان های رومی وچادر های سیرک اولیه از پارچه کتان (FLEX)ساخته می شدند واین در حالی بود که پارچه های پنبه ای اولین پوسته ای بودند که تمام خصوصیت مقاومتی سازه ای را در بین سایر مواد دارا بودند.

پارچه های پنبه ای معمولی

Frei Ottoبرای ساخت اولین نمونه ازسازه ها یش از پارچه های پنبه ای معمولی بهره گرفت.این پارچه ها همان پارچه هایی بودند که در شرکت Stromeyer And Co مورد استفاده قرار گرفت و ماده اصلی کار آن ها به شمار می رفت.البته این نوع پاره ها بسیار ضعیف وناکارآمد بودند.بنابراین برای بهبود عملکرد سازه ها از پارچه های پنبه ای سنگینتری استفاده کردند.اما این پارچه ها هم مقاومت محدودی داشتند و در برابر اشعه UVخورشید نیز آسیب پذیر بودند.این بدان معنی بود که نهایت دهانه ای را که می شد توسط این نوع پارچه ها ایجاد نمود ۲۵ متر بوده  و طول آنها نیز حول و حوش ۳ سال بود.

در طول ده های ۵۰ و۶۰ تحقیقات گسترده ای برروی ترکیبات وساختار پوسته ها به منظور یافتن یک جایگزین مناسب به جای پارچه های پنبه ای صورت گرفت و آزمایش های زیادی برروی طیف گسترده ای از مواد انجام گرفت.جایگزینهای احتمالی عبارت بودند از:پارچه شیشه روکش شده،مشهای فولادی،مشهای آلمینیومی،ورقهای اکریلیک،پارچه های مصنوعی روکش شده،پارچه های عایق بندی شده با فوم،سیم های مقاوم شده با زین و….علاوه بر این ،OTTOبا پلی استر ونایلون پوشیده شده با روکش PVCنیز نمونه هایی ساخت،اگر چه این نوع پارچه ها جدید بودند و در ابتدا خصوصیت آنها غیر قابل پیش بینی بود.

کافه Interbau

کافه Interbau ساخته شده توسط   در نمایشگاه شهر آینده در برلین(۱۹۵۷)،اولین تلاش وی برای استفاده از پارچه ای غیر پنبه ای در یک پروژه واقعی  بود.این سازه از یک پوسته پلی اورتان تخت و بسیار الاستیک ساخته شده بود و به واسطه فریم داخلی بکار رفته در آن ،یک شکل سه بعدی و دو قوسی به خودگرفته بود ولی متاسفانه فرم پلی اورتان آزمایشی به سرعت رو به زوال گذاشت که دلیل آن احتمالاً به خاطر اشتباه در اضافه کردن اکسید تیتانیوم به الیاف بود و به ناچار مجبور شدند تا این پوسته را با یک پارچه پنبه ای سنگین جایگزین کنند.

علاوه بر موارد فوق ، پوسته های با ساختار پیچیده تر هم مورد آزمایش قرار گرفتند .به عنوان مثال برای ساخت سقف زمین یخ دورتمند (۱۹۶۳)از پارچه پلی استر (با نخ فیلامت) استفاده شد و از فویلهای نورد شده آلمینیومی به عنوان روکش بر روی این پارچه استفاده کردند تا از خرابی پارچه در مقابل اشعه UV خورشید محافظت کند وبه منظور محافظت از خوردگی از یک لایه پلی اکریلونیتریل(Polyacrylonitrile) بر روی فویلهای  آلومینیومی بهره گرفتند.طول عمر  پیش بینی شده برای این سقف ۲۰ سال بود ولی این سقف هم غیر شفاف بوده وقابلیت عبور نور را نداشت و هم اینکه قیمتی چهار برابر بیشتر از نوع پارچه ای داشت.

پوسته پلی لستر با روکش PVC

در این دوران پوسته های زیادی مورد آزمایش قرار گرفت ولی به تدریج تحقیقات بر روی چند جایگزین عملی متمرکزگشت.قرفه کلاه فرنگی آلمان در نمایشگاه EXPO 67 در مونترال کانادا یکی از اولین پروژه های ساختمانی بود که در آن از پوسته پلی لستر با روکش PVC استفاده شد. البته این سازه بعد از ۶سال دمونتاژ شد ولی در حین دمونتاژ نشانه های بسیار کمی از خرابی درآن دیده شد.طی یک دوره زمانی نسبتاً کوتاه ،پوسته های پلی استر ونایلون با روکش PVCکه بخاطر خاصیت الاستیسیته بالایشان در خانه های بادی مورد استفاده قرار می گرفتند،به پوسته های استاندارد در این صنعت تبدیل شدند.

پارچه شیشه ای باروکش PTFE

از آنجائیکه به مرور زمان تقاضا برای سازه های پارچه ای با ثبات وبا دوام تر بالا می گرفت،تولیدکنندگان به دنبال جایگزینی بهتر برای پارچه های پلی استرو نایلون با روکش PVC پرداختند.در سال ۱۹۷۲پارچه شیشه ای باروکش PTFE به بازار معرفی گردید.این پارچه در پی تحقیقات ناسا (NASA) ساخته شده بودوقصد داشت تا آن زمان برای ساخت لباس فضانوردان استفاده نماید.پارچه شیشه با روکش PTFEنسبتاً غیر الاستیک بوده و بنابراین الگو یابی آن نسبت به پارچه های پلی استر و نایلون به دقت بسیار زیاد تری نیاز داشت.در ضمن این پارچه جدید ازپلی استر و نایلون خیلی گرانتر بود ولی طول عمر بیشتری داشت.از این پارچه برای اولین بار در مرکز کالج La Verne در کالیفرنیا (۱۹۷۳) استفاده شد.۲۰ سال بعد یعنی در سال ۱۹۷۳ پوسته اصلی بکار رفته در این ساختمان هنوز پابرجا بود وهنوزهم قادر به تحمل تقریباً ۷۵% از بار اصلی  طراحی خویش بود.

پارچه شیشه با روکش سیلیکون

اخیراً نیز موادی با کارای بالا  مانند پارچه های شیشه با روکش سیلیکون تولید شده است .تفلون ماده ای نیمه شفاف است در حالیکه سیلیکون ماده ای شفاف است .انتظار می رود که پارچه شیشه با روکش سیلیکون تا حدود ۵۰ سال دوام بیاورد ولی مجموعه ای از مشکلات مانند هزینه بالا،مشکل بودن تولید ونوع عملکرد اولیه این نوع پارچه سبب شد تا استفاده از آن تا به حال با محدودیتهایی همراه باشد.نوآوریهای دیگری که در زمینه پوسته ها انجام شده عبارتند از :الیاف PTFE به هم بافته شده (این نوع پارچه آبریز ،دارای خلل وفرج بسیار کم و دوام بسیاربالا می باشد),شبکه های لایه لایه باز وبه هم بافته شده ،فویلها،پوسته های چند لایه وبسیاری دیگر از پوسته های  تئوری که از لحاظ عملی نیز قابل استفاده می باشند.

انواع پوسته های ساخته شده:

در زیر لیستی جامع از انواع پوسته هایی را که در حال حاظر در دسترس هستند (برحسب ترکیبات بکار رفته در آنها )ارائه  شده است. این لیست براساس اطلاعات بدست آمده از طرف سازندگان و بروشورهای ارئه شده از محصولات جدید  گردآوری شده است.

  • انواع پارچه های بدون روکش :

  1. پارچه پنبه
  2. پارچه بافته شده از الیاف PTFE
  • انواع غشاءها:

  1. Polyethylene
  2. PVC
  3. Polyester
  4. FEP
  5. ETFE
  6. PTFE
  7. Vinyl
  8. PVF
  • انواع غشاءهای تقویت شده با مش:

  1. Polyester reinfirced
  2. Glass reinforced
  3. Aramid reinforced  FEP
  4. Steel reinforced   FEP
  5. Glass reinforced ETFE
  6. Aramid reinforced    ETFE
  7. Steel reinforced
  8. Polyester reinforced    ETFE
  9. Glass reinforced    PTFE
  • انواع پارچه های روکش شده:

  1. Acrylic painted   cotton
  2. Vinyl coated  cotton
  3. Hypalon coated polyester
  4. Neoprene coated nylon
  5. Hypalon coated  nylon
  6. Polyester coated   cotton
  7. PVC coated  nylon
  8. PVC coated polyester
  9. PTFE coated glass
  10. PTFE coated  polypropylene
  11. PTEF coated polyester
  12. PTFE coted acrylic
  13. ETFE coated glass
  14. ETFE coated polyester
  15. PVF coated glass
  16. PTFE coated aramid
  17. PVC coated aramid
  18. PVDF coated polyaster
  19. PVDF coated glass
  20. Silicon coated glass
  21. Vinyl coated nylon
  22. Vinyl laminated   polyester
  23. Vinyl laminated polyester
  24. Acrylice coated polyester
  25. Copolymer olefine  coated  polyester
  26. Polyurethane coated  nylon

برخی خصوصیات برجسته سازه پارچه ای در معماری:

برای ساخت پوسته های اولیه سعی می شود تا حد امکان از مواد موجود ودر دسترس استفاده شود.درحالی که در ساخت پوسته های مدرن اکثراً سعی می شود تا بسته به عملکرد مورد نظر از یک بیس مصنوعی (پارچه ساخته شده با الیاف بشر ساخته )مناسب استفاده شود.با این حال همه پوسته ها دارای یکسری خصوصیات مشترک هستند یعنی همه دارای سختی و انعطاف پذیری زیاد وجرم با مقاومت فشاری کم می باشند.

topcoat

در ساخت پوسته های کششی مدرن سعی بر این است تا از یک لایه پارچه ای بافته شده  به عنوان بیس استفاده گردد و برای محافظت از این لایه اصلی در مقابل تخریب ناشی از اشعه uvخورشید و یا عوامل محیطی دیگر،از یک لایه پوش پلاستیکی بی اثر بر پارچه (با پارچه واکنش نمی دهد) استفاده می کنند.تحقیقات جدید باعث شده است تا از یک لایه روکش  اضافی بر روی سطح خارجی روکش اولیه استفاده شود که topcoat نامیده می شود و در حقیقت کار PTFE را انجام می دهد و اینگونه ادعا می شود که بعد اضافه کردن این لایه اضافی برروی روکش اولیه ،کل روکش روی پارچه قابلیت  self cleaning  پیدا خواهد شد.

در  طول ۲۰ سال اخیر طیف وسیعی  از پوسته های مختلف توسط کارخانه های سازنده تولدشده و در اختیار مهندسان و معماران قرار گرفته است. دلیل این امر تلاش سازندگان برای تغییر ویافتن ترکیب اصلی یک پوسته مناسبتر بود،بنابراین به طور مداوم دست به تغییر در محصولات خود می زدند تا بتوانند محصولی مناسب را هم از لحاظ  صنعتی و هم از لحاظ اقتصادی تولید نمایند.تنوع بسیار زیاد موجود در نوع پارچه اصلی ،پوششها و topcoat ها سبب پدیدار شدن طیف وسیعی  از پوسته ها با مقاومت ها و فراتابی های گوناگون گردید.

به خاطر وجود این تنوع روز افزون در صنعت ساخت پوسته ،لازم گردید تا برای این صنعت و محصولات آن استانداردی  تعریف شود تا طراحان به واسطه آن بتوانند  به راحتی عملکرد نسبی گزینه های مختلف را نسبت به هم بررسی و مقایسه نمایند.

تقسیم بندی پارچه

تا کنون هشت نوع پارچه پلی استر با روکش pvc استاندارد  تعریف شده است که از نوع صفر تا هفت طبقه بندی می شوند که این تعداد برای پارچه شیشه  با روکش PTFE پنج نوع می باشد.شماره استفاده شده برای هر پارچه به میزان استحکام آن پارچه بستگی دارد.از نوع صفر تنها برای ساخت چادر استفاده می شود و به دلیل اینکه نیروهای لازم (مانند نیروهای  پیشکشیدگی ) برای کار با پارچه  نوع پنجم بسیار زیاد است کمتر مورد استفاده قرار می گیرد که با این تفاصیل بیشتر از پوسته های تیپ یک تا چهار استفاده می گردد.

در این تقسیم بندی و استاندارد ساز ی اشاره ای به مشخصات زیست محیطی محصولات تولید شده توسط سازندگان نشده بود و دلیل آن هم محدود بودن و در دسترس نبودن تکنیک های مناسب با شرایط زیست محیطی بود.هدف اصلی در این تقسیم بندی دستیابی به مقاومت کششی  مورد نظر است.البته لازم به ذکر است هرچه مقاومت پوسته بیشتر باشد پارچه ضخیمتر خواهد بود و به تبعیت از آن فراتابی پوسته کمتر خواهد گشت.

پیشرفت در تولید الیاف

با پیشرفت های به عمل آمده اخیر در زمینه تولد الیاف با مقاومت بالا و غشاءهای شفاف و با دوام ، به راحتی میتوان نیاز های سازه ای و زیست محیطی را برآورده ساخت . در ضمن با استفاده از فویلهای تقویت شده با استفاده از مشهای سخت به راحتی می توان هم پوسته را تقویت نمود و هم به خاصیت   فراتابی پوسته آسیب نرساند. پیشرفت های جدید باعث شده است تا تولید کنندگان بتوانند به راحتی ترکیبات مختلف را  بر حسب نیاز مشتری تولید کنند و می توان گفت طراحان در حین طراحی  با هیچ محدودیتی  در این زمینه روبه رو نخواهند شد.

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

برداشت : کتاب سازه های پارچه ای تحت کشش(فصل اول ـــ بخش آخر)

نویسنده : میشل زایدل

تألیف و ترجمه : مهندس علی عبدی راد