شیوه‌های مختلفی برای برپایی سازه‌ها در صنعت ساخت‌وساز به کار گرفته می‌شوند. سازه‌های کششی از جمله روش‌های ساخت‌وساز به شمار می‌رود که به انواع مختلفی نیز تقسیم بندی می‌شوند. سازه‌های کابلی و سازه‌های چادری دو نوع اصلی سازه‌های کششی به شمار می‌روند. امروزه سازه کابلی با توجه به امکان‌هایی که در اختیار مهندسین قرار می‌دهد استفاده‌های گسترده‌ای از خود را به نمایش گذاشته است. در ادامه با ویکی ساختمون و معرفی انواع سازه های کابلی همراه باشید.
سازه های کابلی چه نوع ساختاری دارند؟
سازه کابلی در واقع دارای یکی از خالص‌ترین رفتارهای سازه‌ای است. به طوری که تنش‌های وارد شده بر این نوع از سازه‌ها تنها به صورت فشاری و کششی است. سازه‌های کابلی نیز بر اساس ساختار و عملکرد به انواع مختلفی تقسیم بندی شده‌اند.
انواع سازه های کابلی بر اساس عملکرد
به طور کلی انواع مختلف سازه کابلی را بر اساس عملکردی که دارند می‌توان در دو دسته کلی زیر جای داد.
کابل‌های مهار شده
در سازه‌هایی با کابل‌های مهار شده اصلی‌ترین المان سازه یعنی کابل در وهله اول تحت تاثیر نیروی پیش کششی قرار خواهد گرفت و بعد از اعمال بار قائم توسط کف، کابل‌ها قطع می‌شوند تا بدین طریق نیروی ذخیره شده در کابل به بالا بردن کف کمک کند. آرایش کابل‌ها در این سازه‌ها عمدتاً به صورت موازی و شعاعی است.
کابل‌های معلق
در این نوع از سازه‌های کابلی، منظور معلق در واقع آن کابلی است که تحت تاثیر بارگذاری خارجی تغییر شکل می‌دهد و در وهله اول هیچ گونه کششی در آن وجود ندارد. آرایش کابل‌ها در این نوع از سازه نیز منحصر به فرد است. سازه کابل معلق به سه نوع کلی دسته بندی می‌شوند.
- سیستم کابل معلق با یک انحنا که در آن دو یا چند کابل زنجیره وار موازی که بین تکیه گاه‌‌های اصلی کشیده شده‌اند.
- سیستم کابل مضاعف که شبیه کابل دارای یک انحنا است. با این تفاوت که کابل‌های تثبیت کننده در زیر کابل‌های معلق اصلی برای مقابله با نیروهای رو به بالای باد به آن اضافه شده است.
- سیستم منحنی مضاعف با انحنای دوگانه در واقع از نوعی سازه یکپارچه است. در این نوع از سازه‌های کابل معلق انحنا در یک جهت مثبت و در جهت مخالف، منفی است. در ضمن کابل‌های معلق در یک جهت دهانه بین تکیه گاه‌ها قرار گرفته‌اند و کابل تثبیت کننده، عمود بر آن، برای مقابله با باد به سمت پائین کشیده شده است.
انواع سازه های کابلی بر اساس کاربرد
تقسیم بندی دیگری نیز از سازه های کابلی بر اساس کاربرد آن‌ها صورت گرفته است. بر اساس این دسته بندی سازه های کابلی به دو نوع پل‌ها و ساختمان‌ها تقسیم بندی می‌شوند که هر یک نیز انواع خود را دارند. جزئیات این دسته بندی را در زیر مشاهده می‌کنید.
ساختمان کابلی
- دکل مهار شده با کابل
- سقف معلق
- سقف متکی بر کابل
- سازه معلق با فرم طنابی
- سازه کابل مضاعف
- سازه منحنی مضاعف
پل‌های کابلی
- پل معلق
- پل متکی بر کابل
دکل مهار شده با کابل
در دکل مهار شده با کابل نقش کابل‌ها تأمین پایداری دکل است. در این سیستم کابل‌ها گای (Guy) نامیده می‌شوند. هدف از اجرای این نوع از سازه‌های کابلی ساخت دکل‌هایی ظریف با استفاده از کمترین مقدار مصالح است.
سازه منحنی مضاعف
در این نوع از سازه ها کابل‌های تثبیت کننده، عمود بر کابل‌های اصلی قرار می‌گیرند. انحنای این سازه‌ها در یک جهت مثبت و در جهت دیگر منفی است. از طرفی هم این سازه‌ها دارای فرم زین اسبی هستند. از نمونه‌های شاخص این سازه‌های کابلی می‌توان به استادیوم المپیک مونیخ در آلمان و اسکیلون (Skylon) اشاره کرد.
سازه معلق با فرم طنابی
در این نوع از سازه های کابلی یک دسته کابل آویخته موازی با هم سقف را تشکیل می‌دهد. به این صورت که خود کابل در واقع سقف را تشکیل می‌دهند که به این سقف، سقف منحنی می‌گویند و یا اینکه سقف به همراه آویز به کابل‌هایی متصل می‌شود که در این صورت به آن سقف تخت یا مسطح می‌گویند. کابل‌ها در جهت دهانه بزرگ‌تر یا همان طولی قرار می‌گیرند. مقاومت پایین در برابر نیروی رو به بالای باد مهم‌ترین ضعف این سیستم به شمار می‌رود. از نمونه‌های شاخص در جهان می‌توان به کارخانه تولید کاغذ بورگو در ایتالیا بانک مرکزی فدرال و ترمینال دالس در آمریکا اشاره کرد.
سازه با سقف معلق
این نوع از سازه های کابلی در واقع از نوع کابل‌های تک انحنا است و ناپایداری آن بسیار زیاد و برای پایدار سازی آن اولاً وزن سقف باید بسیار زیاد باشد و علاوه بر آن پیش تنیدگی نیز در طراحی آن در نظر گرفته شود. از نمونه‌های شاخص این سازه‌های کابلی می‌توان به ورزشگاه اشتوتگارد در آلمان اشاره کرد.
سازه کابل مضاعف
شبیه کابل با یک انحناست اما با دو ردیف کابل با انحنای معکوس هم است، کابل‌های تثبیت کننده برای مقابله با نیروی رو به بالای باد اضافه می‌شود. کابل اصلی و کابل تثبیت کننده ممکن است در یک صفحه نباشد. از نمونه‌های شاخص آن می‌توان به فرودگاه بین‌المللی دنور در کانادا اشاره کرد که پوشش سقف پارچه ای است.
بیشتر بخوانید: نحوه اجرای سازه چادری
سقف متکی بر کابل
در این نوع از سازه‌ها، کابل‌ها وظیفه تحمل سقف و یا تقویت تیرهای سقف را بر عهده دارند. با این همه باید دقت داشت که کابل سازه اصلی نیست و تنها برای کمک به سازه استفاده می‌شود. از نمونه‌های شاخص این نوع از سازه‌های کابلی می‌توان به فرودگاه جان اف کندی در آمریکا اشاره کرد. گنبد هزاره (Millennium dome) نمونه بارز دیگری از این نوع سازه‌ها است. از یک سقف چادری معلق تشکیل شده است. کابل‌های متصل به دکل مورد این سقف را نگه می‌دارند.
پل معلق
کابل‌ها مسئول تحمل نیروهای کششی ناشی از وزن سواره رو هستند. سواره رو در واقع ایجاد سطحی برای عبور و پایدار سازی کابل پل است. برج‌هایی نیز وجود دارند که انتقال دهنده نیرو از کابل اصلی به زمین و به عبارتی تکیه گاه پل‌ها هستند. بلوک‌های بتنی مهاری نیز مهار رانش کابل‌ها و انتقال آن به زمین بر عهده دارند. یک سری از آویزها وجود دارند که در واقع رابط بین سواره رو و کابل اصلی هستند. از نمونه‌های شاخص می‌توان به پل زنجیری در مجارستان، پل گلدین گیت در آمریکا، پل آکاشی کایکیو در ژاپن و پل کلیفتون در بریتانیا اشاره کرد.
پل متکی بر کابل
این پل در مقایسه با پل‌های معلق، فاقد کابل اصلی است و در ازای آن دارای چندین کابل است که همگی آن‌ها به‌طور مستقیم به سواره رو متصل‌اند و وزن آن را متحمل می‌شوند. از نمونه‌های شاخص آن می‌توان به پل نورماندی در فرانسه، پل راک اند چاکی در آمریکا، پل آلامیلو در اسپانیا، پل تاتارا در ژاپن و پل ریون آنتیریون در یونان اشاره کرد.
مزایای سازه‌های کابلی کدام‌ها هستند؟
- رفتار خالص کششی به علت انطباق بر جریان طبیعی نیروها و تغییر شکل با هر وضعیت بارگذاری جدی
- قابلیت استفاده در دهانه‌های بزرگ
- دارای عملکردهای داخلی بهتر برای فضاهای وسیع و بدون ستون
- سبک بودن سازه که منجر به مقاومت زیاد در مقابل زلزله می‌شود.
- سرعت زیاد در نصب و برچیدن سازه که جهت عملکردهای موقت مناسب می‌باشند.
- شفافیت و عدم محدود کردن مناظر اطراف (به ویژه در پل‌ها)
- استفاده از مصالح کمتر با توجه به نسبت وزن به دهانه آن‌ها، سبب می‌شود که اقتصادی‌ترین سیستم جهت پوشاندن فضا باشند با دهانه‌های بزرگ باشند. در ضمن کابل آویخته فقط با کشش و فشار ساده تنیده می‌شود.
معایب سازه‌های کابلی کدام‌ها هستند؟
- عدم کنترل سازه، نوسان آن که به دلیل وزن ناچیز آن در مقایسه با دهانه‌اش است و انعطاف پذیری کابل آویخته در مقابل نیروهای برکنش باد، ارتعاشات، بارهای نامتقارن و متحرک
- در سازه‌های طبقه‌ای کاربرد کمتری دارند.
- نگهداری پرهزینه
سخن آخر
سازه کابلی همیشه بعد از اجرا نما و منظره‌ای بسیار شاخص و متمایز را از ساختمان و سازه مورد نظر به دست می‌دهد. علاوه بر مزیت‌های بالقوه‌ای که از این سازه‌های بیان شد، بی شک جنبه زیباشناختی آن‌ها از دلایل عمده استفاده از آن‌ها است. انواع مختلفی از سازه های کابلی در صنعت ساخت‌وساز استفاده می‌شوند که هر یک از ویژگی‌های منحصر به فرد خود برخوردار هستند.
