سازه های چادری : ساخت پارچه های روکش دار (بخش اول)

سازه چادري

ساخت پارچه های روکش دار در سازه های چادری

برای آنکه بتوانیم از سازه های چادری و فویلها به عنوان عناصر باربر استفاده کنیم ،باید آنها را به نوارهایی تقسیم نموده ،سپس آنها را برش داده و تکه های برش  خورده را بر اساس الزامات طراحی سازه ای و هندسی به یکدیگر متصل نمائیم.تهیه نوارهای پارچه ای از متریال رول شده و اتصال تکه های بریده شده  به یکدیگر را از طریق چسباندن و یا سایر روشهای مکانیکی ،فرایند ساخت یا fabrication می نامند.

عوامل موثر در برش این قطعات ،ناشی از شکل ،رفتار باربری و نحوه نصب این قطعات بوده و این عوامل  تاثیر بسیار زیادی بر جنبه کاربری ساختار پوسته خواهند داشت.

۱-development

شکل ثابت سطح یک پوسته منحنی را که توسط طراح سازه های چادری محاسبه شده و از طریق تستهای آزمایشگاهی به دقت تست شده است را باید بر روی سطح مواد تولیدی طرح ریزی و پیاده نموده و به نوارهای دو بعدی تقسیم کرد تا بتوان آن را روی مواد رول شده ای که از کارخانه بافندگی به ماتحویل داده شده و عرض آنها ممکن است تا ۵ متر هم برسد، ببریم.این فرایند که در آن الگو های برش دو بعدی را ازروی شکل سه بعدی سطح پوسته بوجود می آورند development  می نامند.

محاسبات الگویابی

سطوح هندسی سه بعدی را تنها زمانی می توان به طرق ریاضی بر روی یک سطح دوبعدی انتقال داد،که منحنی گاوس آنها در هر نقطه برابر صفر باشد.از آنجائیکه سازه ای منحنی شکل ،همواره دارای یک منحنی گاوس می باشند، نمی توانند تحت فرایندdevelopment قرار گیرند.بنابراین برای ایجاد قطعات دو بعدی باید طولهای مختلف نوارها را که ناشی از محدودیت های هندسی و ریاضی می باشد را از طریق محاسبات الگویابی اصلاح نمود.اساس این محاسبات بر پایه خصوصیات مواد بوده و با استفاده از آن می توان رفتار مواد تحت تغییر شکل را پیش بینی کرد.

طرح ریزی

در هنگام طرح ریزی شکل مورد نظر بر روی مواد، نباید هیچ گونه تایی بر روی مواد وجود داشته باشد و یا اینکه میزان تا خودرگی باید بسیارکم باشد.از آنجا که ایجاد شکل مورد نظر به نوع مواد مصرفی بستگی دارد،دوشیوه بسیار متفاوت برای طرح ریزی بر روی سطح وجود دارد: طرح ریزی به روش true-length  برای صفحات بافته شده(پارچه) وطرح ریزی به روش true-angle برای فویل ها .

طرح ریزی به روش true-length

در پارچه ها اعمال یک تغییر شکل برشی که باعث جابجایی و حرکت یکی از لبه ها به صورت موازی نسبت به لبه دیگر می شود،به ما این اجازه را می دهد تا بتوان سطح مورد نظر را با طولهای واقعی آن بر روی  یک صفحه طرح ریزی کرد(true-length) .این تغییر شکل که به صورت موازی صورت می گیرد نباید باعث ایجاد تنش هایی حتی به میزان کم در مواد گردد.این نوع تغییر شکل تنها در موادی که مقاومت برشی کمی دارند مورد استفاده قرار می گیرد.پارچه های بافته شده مقاومت برشی کمی داشته و بدین خاطر برای تغییر زاویه بین نخهای تار و پود مناسب هستند.تا زمانی که نخهای تار و پود در اثر این نوع تغییر شکل در هم قفل نشوند،در مقابل انتشار  برش از خود مقاومت اندکی نشان داده و این مقاوت نیز اصولاً باعث تولید تنش های مقاوم بسیار شدید در مقابل انتشار برش نخواهدشد.

مدول برشی

میزان زاویه دوران (Y)اساساً به نوع بافت و پوشش روی آن بستگی دارد .تستها و محاسبات زیادی برای تعیین نسبت بین نیرو و تغییر شکل برشی و همچنین به منظور ارزیابی تاثیراتی که این جابجایی بین نخهای تار و پود ایجاد می کند ،انجام پذیرفته است.مواد پارچه ای مختلف زوایای تغییر شکل متفاوتی دارند .با توجه به مطالب ذکر شده ،به این نتیجه میرسیم که مدول برشی به عنوان یک معیار فیزیکی در تولید پارچه از اهمیت ویژه ای برخوردا می باشد.

طرح ریزی به روش true-angle

در فویلهای ایزوترئوپیک، طرح ریزی به روش true-angel باعث ایجاد یک کرنش ناهمگن در ماده خواهد شدو هر نقطه ای روی سطح ماده دارای حالت تنش متفاوتی خوهد بود.در فویلهای نازک این حالت تنش پائین تر از محدود پلاستیک می باشد ولی در فویلهای ضخیم آنچنان تنشهای شدیدی تولید می شود که  باعث جاری شدن مواد خواهد شد.

در هر دو شیوه طراحی(true-length)و(true-angle)،میزان خیز و تغییر شکل بوجود آمده در پارچه ،اولین چیزی است که مورد بررسی و ارزیابی  قرار می گیرد،زیرا طرح ریزی به روی یک صفحه  تنها از طریق شناخت و استفاده از خصوصیات موادمصرفی امکان پذیر خواهد بود.

قابلیت انحنای ساختارپوسته

قابلیت انحنای ساختارپوسته با قابلیت انبساط مواد مصرفی رابطه مستقیم دارد.از آنجائیکه مواد مختلف زاویه انحراف  (Y)مختلفی دارند،باید بررسی و تحقیقات صورت گیردتا مشخص شود هر کدام از تغییر شکلهای ایجاد شده در مواد در نتیجه بروز کدام انحناء در سطح به وقوع پیوسته است.پارچه های محکمی  که تنها تغییر شکل های بسیار اندک لوزی شکل دارند ،به محاسبات بسیار دقیقی در حین الگویابی نیاز خواهند داشت .مواد انعطاف پذیر قابلیت تغییر شکل بیشتری دارند و همین خصوصیت آنها باعث می شود تا پیک های تنش وارده به واسطه تغییر شکل بیشتر و انعطاف پذیریی مواد تنزل یافته و این امر اکثرآً منجر به بروز تغییر شکلهای محدودتری در کل سیستم خواهد شد.

محاسبات برش

در ادامه الزامات لازم به منظور کاهش هر چه بیشتر میزان مواد پرتی (ضایعاتی )در حین بریدن پارچه ،باید به این نکته اشاره نمود که عرض مواد تهیه شده از رول ،نقشی اساسی در محاسبات برش ایفا می نماید.بنابراین این محاسبات برای سازه های کوچکتر مانند آلاچیق پارچه ای، چتر پارچه ای ،چتر باز و بسته شونده ،پارکینگ چادری و… بسیار سخت تر از سازه های بزرگتر مانند نما ساختمان، سقف پارچه ای، سقف اتوماتیک و… می باشد و از آنجائیکه در کل سطح یک تغییر شکل کلی مد نظر است،این تغییر شکل بین کلیه نوارهای تشکیل دهنده پوسته تقسیم شده و باعث می شود که طول انحراف هر یک از این نوارها برای طرح ریزی برش یک طرح سه بعدی  نسبتاً کم باشد.

۲-اصلاح ابعادی(compensation)و طرح بندی نوارها

از آنجائیکه مواد انعطاف پذیر تحت اثر  بارگذاری و دما تغییر شکل می دهند ،کرنشها ی ایجاد شده باید از طریق  تستهای تعیین شده و ابعاد هندسی مواد باید به گونه ای اصلاح شود تا بتوانند الزامات سازه ای را تا پایان عمر مفید سازه برآورده نمایند .اصلاح توسط هندسی تولید شده به منظور کشش که در نتیجه عوامل سازه ای صورت می گیرد را اصلاح ابعادی یا compensation   می گویند.اگر از طریق محاسبات توضیع تنش ،متوجه وجود نواحی  مشخص با کرنشهای منفی شدیم باید متریال موجود در این نواحی بیافزاییم که به  این مورد descompensation  گفته می شود.در سطوح پوسته غالباً لازم است  تا در نواحی کناری اتصالات که نیاز به افزایش سختی و مقاومت دارند از این روش استفاده نمائیم.

تغییر شکل در جهت تار وپود

نیروهای وارده به پارچه هایی که دارای خصوصیات کششی متفاوتی در جهت تار و پود هستند،باعث بروز تغییر شکلهای مختلفی در جهت آنیزوتروپی اصلی پارچه خواهند شد.در چنین حالتی ،جهت تار که محکم تر است به اصلاح ابعادی (compensatio)بسیار کمتری نسبت به پود نیاز خواهند داشت .در این نوع پارچه ها برای تعیین مقادیر اصلاح ابعادی مورد نیاز که در جهت تاروپود متفاوت است ،اطلاعات مربوط یه کرنش خزشی تحت اثر تنش اعمال شده و همچنین میزان کاهش تنش در طول عمر سازه ،از اهمیت بسیار بالایی برخوردار می باشند.

انتقال نیرو در سازه های سبک

انتقال نیرو در سازه های سبک می توان از میزان سطوح منحنی نوارها و هم جهت و یا در خلاف جهت با این سطوح صورت پذیرد .در حقیقت این نوع انحنای سطح سازه است که شکل و طریقه برش هر یک از نوارها را تعیین می سازد.برای اینکه بتوانیم سطح پوسته را بوسیله نوارهای پارچه ای به صورت منحنی درآوریم ،لازم است تا نوارها را در لبه هایشان با انحنا برش دهیم .سطوحی که منحنی گاوس مثبت دارند از نوارهایی ساخته شده اند که لبه هایشان به صورت محدب بریده شده اند و سطوحی که منحنی گاوس منفی دارند لبه های آنها مقعر بریده می شود که بعد از compersation   به شکل مورد نظر تبدیل خواهند شد.

ایجاد یک سطح هندسی صحیح و دوقوسی

به منظور ایجاد یک سطح هندسی صحیح و دوقوسی در سازه های پارچه ای ،باید پوسته را به صورت نوارهایی در طول خطوط  درز تعیین شده(خطوط ژئودتیک معمولی) برش داد.بدین منظور باید پهنای نوار با انحنای مورد نظر ،الزامات سازه ای و عرض رول موجود تطبیق داده شود.در انتها و بعد از  اتصال نوارهای تخت به یکدیگر که با استفاده از مقادیر compersation  اصلاح شده اند،شکل هندسی دلخواه ایجاد خواهد شد.