هياكل الشد المعلقة
تصنيف الهياكل المشدودة يتم على المستوى الذي تؤثر فيه قوى الشد على الهيكل. في هذا السياق، يتم تقسيم أنظمة الشد المعلقة إلى الأنواع التالية.
1.أنظمة الشد المعلقة الخطية
الهياكل الخطية هي الأنظمة التي تتأثر فيها جميع عناصر الهيكل بقوى الشد الخطية. هذه العناصر الخطية تدعمها عناصر الضغط، ولكن الأحمال الرئيسية يتم نقلها بواسطة عناصر الشد. مثال شائع على هذه الهياكل هو الجسور المعلقة بالحبال. العناصر الحاملة الرئيسية تعمل كعناصر ضغط، لكن جميع الأحمال تُحمل بواسطة الحبال المشدودة. كما يتم تصنيف الهياكل المعلقة الخطية إلى الأنواع التالية،
- الجسور المعلقة
- الحبال المعلقة
- العتبات المعلقة بالحبال أو العوارض الشبكية
- نظام الحبال المائلة
- الكابلات الشد المستقيمة
2.أنظمة الشد المعلقة ثلاثية الأبعاد 3D
الهياكل المشدودة ثلاثية الأبعاد تتكون من مكونات تكون في الغالب مشدودة، حيث يتم نقل الضغط إلى الأعمدة والأرضية.
يتم تصنيف الهياكل المشدودة ثلاثية الأبعاد إلى الأنواع التالية:
- عجلة الدراجة (يمكن استخدامها كغطاء سقفي أفقي)
- نظام الحبال المائلة ثلاثية الأبعاد
- الهياكل المشدودة
3. أنظمة الشد المعلقة السطحية
الهياكل المشدودة السطحية هي نفسها الفئات الهيكلية الأخرى، ولكن العناصر السطحية هي العناصر الحاملة. أنظمة أغشية التغطية المشدودة هي الأنظمة التي تحتفظ فيها الأعمدة الحاملة بتغطية مشدودة مصممة خصيصًا. يتم تصنيف الهياكل المشدودة السطحية إلى الأنواع التالية:
- هياكل الأقمشة النسيجية
- الهياكل الغشائية المشدودة مسبقًا
- الهياكل الهوائية المنفوخة
- الهياكل الشبكية القشرية
الأشكال الأساسية الأربعة المستخدمة في الهياكل المشدودة؛
1. الشكل المخروطي
يعد الشكل المخروطي من أكثر الأشكال فعالية لتغطية المساحات الواسعة، ويمكن التعرف عليه بسهولة من شكله الذي يشبه الخيمة. يمكن أن يكون التصميم المخروطي يحتوي على حامل واحد أو عدة حوامل. في كلا الخيارين، يتم شد الغشاء بين حلقة في القمة وأعمدة الحامل في الجزء السفلي. تُستخدم الأنظمة المخروطية بشكل فعال خاصة في المناطق التي تتعرض لحمولات عالية من الأمطار أو الثلوج.
v
2. الشكل الهيبار أو الشكل المعكوس
بسبب مظهرها الجمالي، تعد الأشكال الهيبار (الهرمية البرابولية) واحدة من أكثر الهياكل الغشائية شيوعًا، حيث تتمتع بالوظائف الجذابة التي تتعلق بتشكيل الأشكال بين الارتفاعات وتدفق المياه. تعتمد هذه الهياكل على منحنيين متعاكسين يعرفان أيضًا بالمنحنيات المعكوسة من أجل استقرارها. يعد هذا النوع من الهياكل مثاليًا للواجهات بين المباني، الحدائق/المساحات الخضراء/مناطق اللعب ومسارات المشي التي بها حركة مرور المشاة.
3. الشكل القوسي الموازى أو الشكل القبو البرميلي
تصاميم الأقواس الموازية المنحنية المتماثلة هي شكل وظيفي للغاية يوفر التغطية في المساحات الأصغر مثل الملاعب الرياضية ذات الفتحات الواسعة أو المظلات المدخلية.
يعتمد النظام القبو القوسي على الفتحات، حيث يشرح لنا بسبب الطبيعة المتماثلة للتصميم وكفاءة المواد، المزايا الاقتصادية التي يخلقها في الميزانية الإجمالية، لماذا يجب علينا تضمين نظام الغشاء المشدود في المشروع.
4. نظام الغطاء الحامل بالحبال
يُفضل عادة في الملاعب، تغطيات الساحات العليا، والمناطق بين المباني في المراكز التجارية. يوفر النظام ميزة كبيرة في الحالات التي لا يجب أن تحتوي فيها المساحة تحت السقف على أعمدة داعمة من الناحية التصميمية. تعتبر هياكل الشبكات الحبلية أو الحبال الشبكية حلاً فعالًا في التصميم للهياكل الخفيفة.
مزايا الهياكل المعلقة الشد
- توفير الحماية من الشمس والمطر والرياح
- وجود بدائل معتمة وشبه معتمة وشفافة
- الخفّة وتوفير تنوع كبير في تصميم النظام الحامل من حيث القوة والمتانة
- توفير تصميم جذاب وحديث مع تقليل مدة بناء المشروع
- القدرة على تغطية المسافات الكبيرة
- إمكانية إعادة التدوير والصداقة البيئية
- القدرة على العمل مع جميع تقنيات البناء (الفولاذ، الألومنيوم، الزجاج، الأسمنت، الحجر)
- سهولة الصيانة والإصلاح وطول العمر الافتراضي
تاريخ الهياكل المعلقة الشد
تاريخ أنظمة الأغشية المعلقة الشد يعكس تطور الهياكل الخفيفة والمرنة المستخدمة في الهندسة المعمارية والهندسة. على الرغم من أن هذه الأنظمة أصبحت شائعة كنتيجة للابتكارات في العمارة الحديثة، إلا أن جذورها تمتد إلى العصور القديمة. إليك بعض النقاط الهامة عن تاريخ هذه الأنظمة:
العصور القديمة والعصور الوسطى
– العصور القديمة: تم استخدام مبادئ الشد والتعليق منذ العصور القديمة. على سبيل المثال، استخدم الآشوريون، الرومان، واليونانيون تقنيات شد الأقمشة للأغطية والمظلات. وكانت تستخدم عادة في الأسواق أو الأماكن العامة لتوفير الظل.
– العصور الوسطى: يمكن رؤية مبادئ الشد والتعليق في خيام السيرك والأسواق المتنقلة. كانت هذه الهياكل عملية بسبب خفتها وقابليتها للنقل ويمكن إقامتها في أماكن مختلفة.
القرن العشرون: الابتكارات في العمارة الحديثة
– عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين: ظهور أنظمة الشد المعلقة في العمارة الحديثة يعود إلى عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. كان عمل المهندس المعماري فري أوتو في ألمانيا رائدًا في هذا المجال. كان أوتو يستلهم من الطبيعة ويهدف إلى تحقيق أقصى كفاءة هيكلية بأقل كمية من المواد. كان رائدًا في استخدام الهياكل الخفيفة وأنظمة الشد في العمارة.
– ستينيات وسبعينيات القرن العشرين: أصبحت أبحاث وتصاميم فري أوتو، وخاصة في الجناح الألماني في إكسبو مونتريال 1967 واستاد أولمبياد ميونيخ 1972، مشهورة عالميًا. أظهرت هذه المشاريع إمكانيات أنظمة الأغشية المعلقة الشد من الناحية الجمالية والوظيفية والهندسية.
أواخر القرن العشرين والقرن الواحد والعشرون: التطور والانتشار
– ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين: أصبحت أنظمة الأغشية المعلقة الشد أكثر شيوعًا بفضل تطور المواد والتقنيات الحديثة. زيادة استخدام المواد المبتكرة مثل الأقمشة المغلفة بالبوليسترين (PTFE) والألياف الزجاجية المغلفة بالبوليسترين والـ ETFE (إيثيلين تيترافلورويتين) ساعدت على زيادة متانة ومرونة هذه الهياكل.
– القرن الواحد والعشرون: في الوقت الحاضر، تُستخدم أنظمة الأغشية المعلقة الشد بشكل شائع في المشاريع الكبيرة مثل الاستادات والمطارات والمراكز التجارية. يتم تفضيل هذه الأنظمة بفضل جاذبيتها الجمالية وخفتها وكفاءتها في استخدام الطاقة وخصائصها المستدامة.
الملخص
أنظمة الأغشية المعلقة الشد هي نوع من الهياكل التي تعود جذورها إلى العصور القديمة، ولكنها تطورت بفضل الابتكارات في الهندسة وعلوم المواد الحديثة. خاصة في القرن العشرين، من خلال جهود المعماريين مثل فري أوتو، تم تطوير هذه الأنظمة التي تقدم مزايا جمالية وهندسية في العمارة.
