سازه حبابی چیست؟ و از چه مصالحی ساخته می شود؟

فهرست مطالب

سازه های حبابی چیست؟

سازه‌های حبابی (یا غشایی) نوعی از سازه‌های سبک و پیشرفته هستند که از موادی مانند پارچه‌های مقاوم، پلاستیک‌های خاص یا مواد غشایی دیگر ساخته می‌شوند. این سازه‌ها به دلیل شکل منحصر به فرد و قابلیت‌های ویژه‌ای که دارند، در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 ویژگی‌های سازه‌های حبابی:

1. سبکی: این سازه‌ها بسیار سبک هستند و می‌توانند به راحتی در مکان‌های مختلف نصب شوند.
2. انعطاف‌پذیری: غشاهای مورد استفاده در این سازه‌ها قابلیت تغییر شکل دارند و می‌توانند به شکل‌های مختلف درآیند.
3. قابلیت انتقال نور: برخی از مواد غشایی قابلیت عبور نور را دارند که می‌تواند در طراحی معماری و ایجاد فضای دلنشین مؤثر باشد.
4. مقاومت بالا: با وجود سبک بودن، این سازه‌ها مقاومت بالایی در برابر نیروهای مختلف مانند باد و برف دارند.

 کاربردها:

-ورزشگاه‌ها و سالن‌های ورزشی: به عنوان سقف سبک و مقاوم.

- نمایشگاه‌ها و مراکز تجمع: برای ایجاد فضاهای بزرگ بدون ستون‌های میانی.

- محافظت از فضاهای باز: مانند پارکینگ‌ها یا محوطه‌های باز.

این سازه‌ها به دلیل ترکیب سبک بودن، زیبایی و مقاومت، به ویژه در پروژه‌های معماری مدرن محبوبیت دارند.

سازه های حبابی چگونه ساخته می شوند ؟

سازه‌های حبابی یا غشایی با استفاده از فرآیندهای مهندسی و طراحی پیشرفته ساخته می‌شوند. این فرآیند شامل چند مرحله کلیدی است که به طور خلاصه به آن‌ها اشاره می‌کنم:

1. طراحی سازه:

   - تحلیل سازه: ابتدا مهندسان سازه، شکل و فرم کلی سازه را با استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته مدلسازی و شبیه‌سازی می‌کنند. این تحلیل‌ها شامل بررسی نیروها، فشارها و استرس‌های وارده به سازه است.

   -انتخاب مواد: بر اساس نیازهای پروژه، مواد مناسب (مانند پارچه‌های تقویت‌شده با فیبر، پلاستیک‌های خاص یا مواد کامپوزیتی) انتخاب می‌شوند.

2. ساخت غشاء:

   - برش و آماده‌سازی مواد: مواد انتخاب‌شده به دقت برش می‌خورند تا قطعات مورد نیاز برای ساخت سازه تهیه شوند. این برش‌ها معمولاً با دقت بسیار بالا و با استفاده از دستگاه‌های برش CNC انجام می‌شود.

   - جوش و اتصال قطعات: قطعات برش‌خورده به هم متصل می‌شوند. این اتصال‌ها می‌تواند از طریق جوشکاری، دوخت یا چسباندن انجام شود، بسته به نوع ماده و نیازهای سازه.

3. نصب و برپایی سازه:

   - آماده‌سازی زیرساخت‌ها: پیش از نصب، زیرساخت‌های لازم مانند فونداسیون‌ها و سازه‌های نگهدارنده (مانند ستون‌ها یا تیرها) آماده می‌شود.

   - نصب سازه: غشای آماده‌شده به محل پروژه منتقل می‌شود و بر روی ساختار نگهدارنده کشیده و نصب می‌شود. برای این کار معمولاً از کابل‌ها، تیرهای فلزی و یا سایر عناصر پشتیبانی استفاده می‌شود تا سازه به شکل مورد نظر درآید.

   - تنظیم و تثبیت: پس از نصب، سازه تنظیم و تثبیت می‌شود تا از استحکام و پایداری آن اطمینان حاصل شود. در این مرحله، کشش و فشار غشاء به دقت تنظیم می‌شود.

 4. بازرسی و نگهداری:

   - بازرسی نهایی: پس از نصب، سازه به دقت بازرسی می‌شود تا از صحت اجرا و کیفیت ساخت اطمینان حاصل شود.

   - نگهداری: برای حفظ عمر مفید سازه، لازم است که به طور منظم بازرسی و نگهداری شود. این شامل بررسی دوره‌ای اتصالات، غشا و سازه‌های پشتیبانی است.

این فرآیندها به دقت و با استفاده از دانش تخصصی انجام می‌شوند تا سازه‌ای سبک، مقاوم و زیبا ایجاد شود.

در ساخت این سازه چه محصولاتی نقش دارد؟

در ساخت سازه‌های حبابی یا غشایی، محصولات و مواد مختلفی به کار گرفته می‌شوند که هر یک نقش مهمی در ایجاد و پایداری این نوع سازه‌ها دارند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین محصولات و مواد مورد استفاده اشاره می‌کنم:

 1.مواد غشایی (پارچه‌ها و فیلم‌های غشایی)

   - پارچه‌های تقویت‌شده با فیبر (Fiber-Reinforced Fabrics): این پارچه‌ها معمولاً از جنس پلی‌استر یا فایبرگلاس هستند که با پوشش‌هایی از جنس پلی‌وینیل کلراید (PVC) یا پلی‌تترا فلورو اتیلن (PTFE) پوشیده شده‌اند. این مواد سبک و مقاوم به کشش و شرایط آب و هوایی هستند.

   - فیلم‌های ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene): فیلم‌های نازک و شفاف از جنس ETFE که بسیار سبک و مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش و شرایط آب و هوایی هستند. این فیلم‌ها برای پوشش‌های شفاف در سقف‌ها و نماها استفاده می‌شوند.

 2. کابل‌ها و سیم‌های مهار

   - کابل‌های فولادی: برای ایجاد کشش و نگهداری غشاء در محل خود، از کابل‌های فولادی با مقاومت بالا استفاده می‌شود. این کابل‌ها معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ یا گالوانیزه هستند و نقش اصلی در تحمل بارهای وارده را دارند.

   - کابل‌های فیبر کربن: در برخی موارد از کابل‌های ساخته‌شده از فیبر کربن استفاده می‌شود که نسبت به فولاد سبک‌تر و قوی‌تر هستند.

 3. اتصالات و ابزارهای مهندسی

   - قطعات اتصالی فلزی: این قطعات شامل بست‌ها، قلاب‌ها، پیچ‌ها و مهره‌هایی است که برای اتصال کابل‌ها و غشاء به سازه‌های پشتیبان استفاده می‌شوند. این اتصالات باید بسیار مقاوم و دقیق باشند تا پایداری سازه تضمین شود.

   - ابزارهای کششی: دستگاه‌ها و ابزارهایی که برای کشش و تنظیم غشاء و کابل‌ها به کار می‌روند. این ابزارها امکان ایجاد تنش مناسب در سازه را فراهم می‌کنند.

4. سازه‌های پشتیبان

   - فریم‌ها و تیرهای فلزی: این فریم‌ها و تیرها از جنس فولاد، آلومینیوم یا دیگر فلزات سبک و مقاوم ساخته می‌شوند و نقش اصلی در نگهداری و تثبیت غشاء دارند.

   - ستون‌ها و پایه‌ها: در برخی سازه‌های حبابی، از ستون‌های عمودی یا پایه‌هایی استفاده می‌شود که ساختار کلی را پشتیبانی می‌کنند.

 5. پوشش‌های محافظ

   - پوشش‌های ضد آب و ضد UV: برای محافظت از غشاء در برابر شرایط محیطی و افزایش دوام آن، از پوشش‌های مخصوصی استفاده می‌شود که مقاومت در برابر آب و اشعه UV را افزایش می‌دهند.

6. سیستم‌های نگهداری و ایمنی

   - سیستم‌های مهار باد: برای محافظت از سازه در برابر بادهای شدید، از سیستم‌های خاصی استفاده می‌شود که باعث پایداری بیشتر سازه می‌شوند.

   - سیستم‌های گرمایشی و تهویه: در برخی سازه‌های حبابی، به ویژه در مناطق سردسیر، سیستم‌های گرمایشی و تهویه برای حفظ دمای مطلوب داخل سازه به کار می‌رود.

این محصولات و مواد، هر یک به نوبه خود نقش مهمی در ایجاد سازه‌ای پایدار، مقاوم و زیبا ایفا می‌کنند. ترکیب مناسب این محصولات با طراحی مهندسی دقیق، تضمین‌کننده عملکرد بهینه سازه‌های حبابی است.

بیشترین کاربرد سازه حبابی چیست؟

سازه‌های حبابی یا غشایی به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی مانند سبکی، انعطاف‌پذیری، و قابلیت طراحی آزادانه، در بسیاری از حوزه‌ها کاربرد دارند. با این حال، بیشترین کاربرد این سازه‌ها در موارد زیر مشاهده می‌شود:

1. سازه‌های ورزشی و تفریحی

   - استادیوم‌ها و سالن‌های ورزشی: به دلیل نیاز به پوشش دهی فضاهای بزرگ بدون ستون‌های میانی، سازه‌های حبابی برای سقف‌های ورزشگاه‌ها، سالن‌های ورزشی و استخرهای سرپوشیده بسیار مناسب هستند. این سازه‌ها می‌توانند به خوبی در برابر شرایط آب و هوایی مختلف مقاومت کنند.

   - مراکز تفریحی و پارک‌های آبی: در این مکان‌ها از سازه‌های حبابی برای ایجاد سایه‌بان‌های بزرگ و یا پوشش دهی فضاهای باز استفاده می‌شود.

 2. نمایشگاه‌ها و مراکز همایش

   - سالن‌های نمایشگاهی: سازه‌های حبابی برای ساخت سالن‌های نمایشگاهی بزرگ و موقت بسیار مناسب هستند، زیرا می‌توانند در مدت زمان کوتاهی نصب و یا جمع‌آوری شوند.

   - مراکز همایش و گردهمایی: برای ایجاد فضاهای انعطاف‌پذیر که بتوان به سرعت تغییر کاربری داد، این سازه‌ها کاربرد دارند.

 3. سازه‌های موقت و قابل حمل

   -  سازه‌های امدادی و موقت: در مواقع اضطراری مانند حوادث طبیعی یا جنگ‌ها، سازه‌های حبابی به عنوان پناهگاه‌های موقت یا بیمارستان‌های صحرایی استفاده می‌شوند. این سازه‌ها به سرعت قابل نصب و انتقال هستند.

   - سازه‌های نمایشگاهی موقت: برای نمایشگاه‌های بین‌المللی یا رویدادهای خاص که نیاز به سازه‌های موقتی دارند، این نوع سازه‌ها به دلیل قابلیت حمل و نقل آسان و نصب سریع، بسیار محبوب هستند.

4. فضاهای عمومی و شهری

   - سایبان‌ها و محافظ‌ها در پارک‌ها و فضاهای باز: سازه‌های حبابی به عنوان سایبان‌های پارک‌ها، مکان‌های تفریحی شهری، و حتی بازارچه‌های سرپوشیده استفاده می‌شوند.

   - محافظت از بناهای تاریخی: در برخی موارد از سازه‌های حبابی برای محافظت از آثار باستانی و بناهای تاریخی استفاده می‌شود تا این مکان‌ها در برابر شرایط جوی محافظت شوند.

5. معماری مدرن و نوآورانه

   - سقف‌ها و نماهای معماری خاص: معماران از سازه‌های حبابی برای طراحی سقف‌ها و نماهای خاص و نوآورانه استفاده می‌کنند. این سازه‌ها به دلیل قابلیت طراحی آزادانه و انعطاف‌پذیری، به ایجاد بناهای منحصر به فرد کمک می‌کنند.

 6. کشاورزی و محیط زیست

   - گلخانه‌ها و ساختارهای کشاورزی: در کشاورزی مدرن، از سازه‌های حبابی برای ساخت گلخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود که امکان کنترل دقیق دما و رطوبت را فراهم می‌کنند.

   - سازه‌های محافظ محیط زیست: این سازه‌ها می‌توانند برای حفاظت از مناطق طبیعی یا پروژه‌های خاص زیست‌محیطی به کار روند.

به طور کلی، سازه‌های حبابی به دلیل تطبیق‌پذیری و مزایای فنی، در بسیاری از صنایع و کاربری‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما بیشترین کاربرد آن‌ها در ساخت و پوشش دهی فضاهای بزرگ و آزاد مانند ورزشگاه‌ها، نمایشگاه‌ها و فضاهای عمومی است.

استحکام سازه حبابی

استحکام سازه‌های حبابی به عوامل مختلفی مانند نوع مواد استفاده‌شده، طراحی سازه، و نحوه نصب بستگی دارد. در زیر به برخی از عوامل کلیدی که بر استحکام این نوع سازه‌ها تأثیر می‌گذارند، اشاره می‌کنم:

1. مواد غشایی (Membrane Materials)

   - استحکام کششی: مواد غشایی مانند پارچه‌های تقویت‌شده با فیبر یا فیلم‌های ETFE دارای استحکام کششی بالایی هستند. این مواد می‌توانند تحت تنش‌های زیادی قرار گیرند بدون اینکه دچار پارگی یا آسیب شوند.

   - مقاومت در برابر شرایط جوی: این مواد به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در برابر اشعه ماوراء بنفش، رطوبت، باد، برف و تغییرات دمایی مقاوم باشند. مثلاً، فیلم‌های ETFE بسیار مقاوم در برابر اشعه UV هستند و دچار زردی یا تخریب نمی‌شوند.

 2. طراحی سازه

   - توزیع یکنواخت نیروها: طراحی مهندسی سازه‌های حبابی به گونه‌ای است که نیروها به طور یکنواخت در سطح غشاء توزیع می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود که سازه تحت بارهای مختلف مانند باد یا برف، پایداری خود را حفظ کند.

   - استفاده از کابل‌ها و اتصالات قوی: کابل‌ها و اتصالات فلزی که غشاء را به سازه پشتیبان متصل می‌کنند، به نحوی طراحی می‌شوند که تنش‌ها و بارهای وارده را به خوبی تحمل کنند. این اتصالات نقش مهمی در پایداری کلی سازه دارند.

3. پایداری در برابر باد و برف

   - مقاومت در برابر باد: سازه‌های حبابی به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بتوانند در برابر بادهای شدید مقاومت کنند. طراحی آیرودینامیک و استفاده از کابل‌ها و مهارهای مناسب، به افزایش پایداری سازه در برابر باد کمک می‌کند.

   - تحمل بار برف: در مناطق سردسیر، سازه‌های حبابی به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بتوانند بار برف را تحمل کنند. این سازه‌ها معمولاً به صورت قوسی یا منحنی طراحی می‌شوند تا برف به راحتی از روی آن‌ها سر بخورد و تجمع نکند.

4. استفاده از فریم‌های فلزی مقاوم

   - فریم‌های فولادی یا آلومینیومی: این فریم‌ها که به عنوان ساختار پشتیبان عمل می‌کنند، باید از مواد بسیار مقاوم ساخته شوند. استفاده از فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم، باعث افزایش استحکام و دوام سازه می‌شود.

 5. سیستم‌های نگهداری و ایمنی

   - نگهداری منظم: برای حفظ استحکام و دوام سازه‌های حبابی، نگهداری منظم و بازرسی دوره‌ای از اهمیت زیادی برخوردار است. این شامل بررسی اتصالات، کابل‌ها و غشاء به منظور شناسایی و رفع هرگونه مشکل قبل از تبدیل شدن به یک خطر بزرگ‌تر است.

   - سیستم‌های ایمنی: در برخی موارد، از سیستم‌های ایمنی مانند حسگرهای باد و برف برای کنترل شرایط محیطی و اتخاذ تدابیر لازم برای حفاظت از سازه استفاده می‌شود.

 6. مقاومت در برابر آتش

   -مواد ضد حریق: بسیاری از مواد غشایی مورد استفاده در سازه‌های حبابی دارای ویژگی‌های ضد حریق هستند که می‌تواند از گسترش آتش جلوگیری کند. برخی از این مواد در دمای بالا ذوب می‌شوند و باعث کاهش سرعت انتشار آتش می‌شوند.

 نتیجه‌گیری

سازه‌های حبابی با وجود سبکی، از استحکام و پایداری بالایی برخوردارند. این استحکام ناشی از استفاده از مواد پیشرفته، طراحی مهندسی دقیق، و نصب مناسب است. با این حال، نگهداری منظم و توجه به شرایط محیطی از عوامل کلیدی در حفظ دوام و استحکام این سازه‌ها است.

کاربرد فلز در سازه حبابی

فلز در سازه‌های حبابی یا غشایی نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند و به عنوان یکی از اجزای اصلی در ایجاد پایداری و استحکام سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربردهای فلز در این سازه‌ها عبارتند از:

 1. فریم‌ها و ساختار پشتیبان

   - تیرها و ستون‌ها: در سازه‌های حبابی، تیرها و ستون‌های فلزی به عنوان عناصر پشتیبان اصلی استفاده می‌شوند. این فریم‌ها از جنس فولاد یا آلومینیوم هستند و وظیفه نگهداری غشاء و توزیع بارها را بر عهده دارند. استفاده از فلز در این بخش‌ها باعث ایجاد استحکام و پایداری سازه در برابر نیروهای مختلف مانند باد، برف و زلزله می‌شود.

   - فریم‌های آلومینیومی: در برخی سازه‌های کوچک‌تر یا موقت، از فریم‌های آلومینیومی به دلیل سبکی و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شود. این فریم‌ها به راحتی قابل حمل و نصب هستند و در پروژه‌های موقت یا سازه‌های با قابلیت حمل و نقل کاربرد دارند.

 2. کابل‌ها و سیم‌های کششی

   - کابل‌های فولادی: یکی از مهم‌ترین کاربردهای فلز در سازه‌های حبابی، استفاده از کابل‌های فولادی برای ایجاد تنش در غشاء و تثبیت آن است. این کابل‌ها به ساختار پشتیبان متصل می‌شوند و غشاء را تحت کشش قرار می‌دهند تا سازه پایدار بماند. کابل‌های فولادی به دلیل استحکام بالا و توانایی تحمل بارهای سنگین، به طور گسترده در این سازه‌ها استفاده می‌شوند.

   - مهارها و قلاب‌ها: برای اتصال کابل‌ها و تنظیم کشش آن‌ها از قلاب‌ها و مهارهای فلزی استفاده می‌شود. این قطعات باید بسیار مقاوم باشند تا بتوانند تنش‌های وارده را بدون تغییر شکل یا شکست تحمل کنند.

3. اتصالات و بست‌ها

   - بست‌ها و اتصالات فلزی: برای اتصال غشاء به فریم‌ها یا کابل‌ها، از بست‌ها و اتصالات فلزی استفاده می‌شود. این اتصالات باید دقت بالایی داشته باشند و از مواد مقاوم ساخته شوند تا از جدا شدن یا پارگی غشاء جلوگیری کنند.

   -پیچ‌ها و مهره‌ها: پیچ‌ها و مهره‌های فلزی در اتصالات مختلف سازه‌های حبابی به کار می‌روند. این قطعات نقش حیاتی در تضمین استحکام و پایداری سازه دارند.

4. پایه‌ها و فونداسیون‌ها

   - پایه‌های فلزی: در برخی سازه‌های حبابی، به ویژه در مناطق با شرایط جوی سخت یا زمین‌های ناپایدار، از پایه‌های فلزی برای تثبیت سازه استفاده می‌شود. این پایه‌ها به فونداسیون یا زمین متصل می‌شوند و به تثبیت کل سازه کمک می‌کنند.

5. قطعات مهندسی و تنظیم‌کننده‌ها

   - تنظیم‌کننده‌های کشش: برخی از قطعات فلزی در سازه‌های حبابی به عنوان تنظیم‌کننده‌های کشش عمل می‌کنند. این قطعات به تنظیم دقیق تنش در غشاء و کابل‌ها کمک می‌کنند تا سازه در شرایط مختلف محیطی پایداری خود را حفظ کند.

 6. پوشش‌های محافظ فلزی

   - روکش‌های گالوانیزه: برای جلوگیری از خوردگی و افزایش دوام، قطعات فلزی سازه‌های حبابی معمولاً با پوشش‌های گالوانیزه یا سایر روکش‌های محافظ پوشانده می‌شوند. این پوشش‌ها به محافظت از فلز در برابر زنگ زدگی و تخریب ناشی از عوامل محیطی کمک می‌کنند.

 نتیجه‌گیری

فلزات، به ویژه فولاد و آلومینیوم، در سازه‌های حبابی نقش حیاتی دارند و به عنوان عناصر کلیدی در ایجاد استحکام، پایداری و ایمنی این سازه‌ها عمل می‌کنند. استفاده از فلزات مناسب و با کیفیت، به همراه طراحی مهندسی دقیق، تضمین‌کننده عملکرد بهینه و طول عمر بالای این سازه‌ها است.

معروف ترین سازه حبابی

یکی از معروف‌ترین و برجسته‌ترین سازه‌های حبابی جهان، استادیوم آلیانتس آرنا(Allianz Arena) در مونیخ، آلمان است.

 استادیوم آلیانتس آرنا:

- مکان: مونیخ، آلمان

- افتتاح: 2005

- ظرفیت: حدود 75,000 نفر

 ویژگی‌های برجسته:

1. طراحی غشایی منحصر به فرد: آلیانتس آرنا به دلیل استفاده از پنل‌های غشایی ETFE در نمای خارجی خود مشهور است. این پنل‌ها باعث می‌شوند که استادیوم به طور منحصربه‌فردی در شب بدرخشد و به رنگ‌های مختلف تغییر کند. این ویژگی به استادیوم امکان می‌دهد تا بسته به تیم میزبان، رنگ خود را تغییر دهد (قرمز برای بایرن مونیخ، آبی برای مونیخ 1860).
2. ساختار حبابی: نمای استادیوم شامل بیش از 2,800 پنل غشایی هوایی (حبابی) است که با هوا پر شده‌اند. این ساختار نه تنها ظاهر بسیار جذاب و آینده‌نگرانه‌ای به استادیوم می‌دهد، بلکه وزن سازه را کاهش داده و به عملکرد حرارتی بهینه کمک می‌کند.
3. نورپردازی دینامیک: یکی از ویژگی‌های بارز آلیانتس آرنا، نورپردازی دینامیک آن است که به لطف پنل‌های ETFE شفاف و قابل تنظیم، امکان‌پذیر شده است. این قابلیت به استادیوم این امکان را می‌دهد که با تغییر رنگ و نور، جلوه‌های بصری خیره‌کننده‌ای ایجاد کند.

 اهمیت و تاثیر:

آلیانتس آرنا به عنوان یکی از موفق‌ترین نمونه‌های استفاده از تکنولوژی سازه‌های حبابی در جهان شناخته می‌شود. این استادیوم نه تنها به یک نماد معماری مدرن تبدیل شده است، بلکه استانداردهای جدیدی را برای طراحی و ساخت استادیوم‌های ورزشی بزرگ تعیین کرده است.

این استادیوم به دلیل نوآوری در طراحی، استفاده از فناوری پیشرفته و ایجاد تجربه‌ای منحصربه‌فرد برای تماشاگران، در میان مشهورترین سازه‌های حبابی جهان قرار دارد.