این داده ها با تست های تک محوره بلند مدت ترکیب می شوند (در حال حاضر این تست ها در دانشگاه نیوکاسل در حال اجرا می باشد) تا مدلی دقیق و با جزییات کامل از خزش پارچه به دست آید. در این بخش از مقاله بر مزایای تحقیقات انجام شده در زمینه طراحی سازه های چادری و اهداف تحقیقاتی بلند مدت تاکید شده است. یک برنامه تحقیقاتی در حال اجرا در دانشگاه نیوکاسل قصد دارد نحوه عملکرد سازه های چادری با رویکرد معماری را به دقت مورد ارزیابی قرار داده و از دانش به دست آمده برای بهبود شیوه های طراحی بهره ببرد. شرایط تکیه گاهی نقش بسیار مهمی در تعیین فرم سازه و نحوه توزیع نیروها دارد؛ در حالت ایده آل بهتر است پیش تنیدگی یکنواخت بر پارچه اعمال شود. همواره باید ارتباطی تنگاتنگ میان معماران و مهندسین وجود داشته باشد به دلیل این که فرم های قابل اجرای سازه چادری به وسیله شرایط تکیه گاهی خود محدود می شوند. این مقدار با توجه به تطبیق داده های محدود به دست آمده از بررسی پیشینه موضوع، تعیین شده است و تجربه نشان داده که نتایجی مناسب و قابل قبول با توجه به فرضیات شبه خطی رفتار مصالح ارائه می دهد.
ارزیابی کیفیت الگوهای برش می تواند از طریق بررسی میزان یکنواختی میدان های تنش ایجاد شده در اثر پیش تنیدگی پس از شبیه سازی عملیات نصب، انجام گیرد. تست برشی دقیق میزان تغییر شکل برشی که در یک پارچه معین پیش از زاویه lock-up اتفاق خواهد افتاد را مشخص می کند و بنابراین چین خوردگی اتفاق می افتد. اتفاقی که در زمان شکسته شدن الیاف شکننده شیشه به وقوع خواهد پیوست. رفتار واقعی الیاف به هم بافته و روکش دار به مقدار زیادی غیر خطی می باشد و تنها از طریق تست های جامع دو محوره تعیین خواهد شد. این قاب در راستای قائم و جانبی توسط لچکی های ابر سازه اصلی فولادی پشتیبانی می شود که به واحد های تجاری در دو طرف خیابان متصل هستند. برای هر کانوپی در پارک دالتون، پانل های پارچه ای در ابتدا برش خورده، سپس جوش داده شده و به صورت یک واحد به سایت پروژه منتقل شدند. عملکرد پارچه های پلی استر با روکش پی وی سیدر برابر آتش شناخته شده است: این پارچه ها در برخورد با شعله آتش ذوب می شوند، در نتیجه با ایجاد حفره هایی در کانوپی امکان تخلیه دود و گرما فراهم می گردد.
پانل ها متعاقبا در محیطی کنترل شده به یکدیگر جوش داده می شوند تا کانوپی تکمیل شده ایجاد گردد و برای حمل به سایت و نصب آماده شود. یک سطح مینیمال نقاط محیطی را با کوچک ترین سطح ممکن به یکدیگر متصل می نماید و در کلیه نقاط از تنش های کششی داخل صفحه یکسان برخوردار است. لزوم تقویت پارچه با لایه های مضاعف که اغلب وزن کم و زیبایی سازه مینیمال را تحت تاثیر قرار می دهد با دقت بیشتری تعیین شده و تنها به قسمت هایی محدود می گردد که تنش در آن ها متمرکز شده است مانند قله مخروط ها و در نزدیکی بست های صفحه ای. هرچند، گروه مشارکتی اروپایی TensiNet قصد دارد پیش نویسی از یک دستورالعمل طراحی را در آینده نزدیک تهیه نماید که در آن روش های مفید رایج و پیشنهاداتی مطرح شده است. ⦁ جمع شدن آب باران در این قسمت ها می تواند باری بیش از حد توان سازه به آن وارد کرده و باعث فروریختن آن گردد.
یک غشای چادری به عنوان سازه و ساختار پوشاننده عمل می کند، در نتیجه با استفاده از آن وزن ساختمان، هزینه ها و تاثیرات زیست محیطی روند ساخت و ساز کاهش می سایت senaghsh یابد. این امر موجب دستیابی به درجه بالاتری از مقاومت پارچه می گردد و فرم های پیچیده تری برای آن قابل طراحی و ساخت خواهند بود. اگرچه در زاویه بحرانی lock-up الیاف مجاور با یکدیگر برخورد می کنند و این امر موجب افزایش ناگهانی سختی برشی می شود. استفاده از داده های مفصل و مناسب تست دو محوره در آنالیز سازه های چادری می تواند دقت و ضریب اطمینان در محاسبات جابه جایی و تنش پارچه را افزایش دهد. ورق های غشا پارچه را در محل خود میان دو صفحه فولادی که به یکدیگر پیچ شده اند نگه می دارد، مقاطع کوتاهی از لوله های فولادی به قسمت پایین این صفحات جوش داده شده اند که اتصال به کابل های گوشه را تسهیل می کنند.
احتمال از هم گسیختگی سازه بر اساس سطوح تنش و نواحی سازه غشایی که تحت تاثیر این تنش ها واقع شده اند، تعریف می گردد. که این امر از طریق کاهش تمرکز تنش های اولیه صورت گرفته و نصب سریع تر با ریسک کمتر آسیب دیدگی پارچه را به دنبال خواهد داشت. سطح کلی سازه غشایی اندکی بیشتر از ۵۰۰۰ متر مربع بوده و هزینه حدودی ۱٫۲۵ میلیون دلار را برای پارچه، کابل ها و قاب فولادی به دنبال داشته است. رفتار غیر خطی پارچه، جابه جایی های بزرگ و استفاده از عملکرد غشایی برای تحمل بارها، به رویکردی اساسا متفاوت در طراحی سازه ای در مقایسه با سازه های پوشاننده متداول نیاز خواهد داشت. این تکنیک در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد اما کارایی این روش بسیلر بیشتر خواهد بود اگر سطح دقیق کرنش منفی الیاف پود پارچه (و در نتیجه تنش ایجاد شده در الیاف تار) برای تمام مراحل عمر سازه مشخص گردد. هدف تحقیقات بعدی محاسبه عددی مقدار زاویه برشی lock-up به عنوان شاخصی از تنش های مستقیم ایجاد شده در تار و پود پارچه برای طیفی از پارچه های مختلف می باشد.
در نتیجه، مشخصاتی معادل و به صورت خطی و الاستیک برای مصالح در آنالیز و طراحی در نظر گرفته می شود. این متریال از نظر گسترش شعله در رده A طبقه بندی می شود و ذرات شعله ور تولید نمی کند. این اتصالات همچنین شامل یک بست قورباغه ای رزوه شده – پیچ تنظیم دو طرفه – از جنس فولاد ضد زنگ می شود که امکان تنظیم و تعدیل موقعیت یا اعمال نیرو در آینده را فراهم می آورد. طراحی سازه های چادری روندی پیچیده است، این پیچیدگی به دلیل واکنش پیچیده بافت روکش دار پارچه به بارهای دو محوره در داخل صفحه است. در حال حاضر مقررات استانداردی در انگلستان یا اروپا برای طراحی سازه های چادری وجود ندارد. در نظر داشتن درزها و المان های تقویتی امکان ارزیابی این مسئله را فراهم می کند که افزایش سختی پارچه در این نواحی به چروک خوردگی و تمرکز تنش منجر خواهد شد یا خیر. از آنالیز دقیق رفتار برشی پارچه عموما چشم پوشی می شود؛ مقدار سختی برشی معمولا پایین فرض شده و به صورت مجزا بدون توجه به رفتار تنشی- کرنشی و به صورت الاستیک و خطی در نظر گرفته می شود.
به عنوان مثال، از لحاظ بصری فرم یک سازه چادری سفید رنگ و صاف در درجه اول توسط درزهای آن تعریف می شود. فرم های مشخصی که عموما با استفاده از سازه های چادری به دست می آیند، عامل محبوبیت آن ها از طریق خلق آثار معماری با بیانی جسورانه هستند. پارچه هایی که در این سبک مورد استفاده قرار می گیرند، نیمه شفاف بوده و باعث پخش شدن نور عبوری می شوند. با استفاده از انواع سبک تر پارچه برای طرحی معین هزینه ها به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد. این امر به طراحان این امکان را می دهد تا پارچه مناسب تری را برای یک سازه معین به راحتی انتخاب کنند یا این که در نقطه مقابل بتوانند به سطح انحنای مناسب برای یک پارچه معین دست یابند. این مسئله تعریف کننده الزامات معماری در تعریف فرم می باشد که به نوبه خود در روند تحلیل سازه و انتخاب جنس چادر نیز تاثیرگذار خواهد بود. استفاده از داده های دقیق تست دو محوره می تواند در جهت پیشروی بهتر روند نصب موثر واقع گردد. به عنوان مثال، دو حلقه با قطرهای متفاوت عموما برای شکل دادن به یک فرم مخروطی مورد استفاده قرار می گیرند (تصویر a1).
وزن پایین پارچه باعث می شود که نیروی گرانش یا بار ناشی از “وزن خود سازه” اغلب قابل چشم پوشی باشد. برای زوایای برش کوچک، سختی برشی پایین است به دلیل این که الیاف در محل تقاطع با یکدیگر از امکان چرخش برخوردارند و مقاومت در برابر برش به وسیله روکش و اصطکاک میان الیاف تامین می گردد. پارچه هایی که در آثار معماری مورد استفاده قرار می گیرند عموما دارای رشته های فایبرگلاس با روکش پلی تترا فلوئور اتیلن (PTFE) و یا رشته های پلی استر با روکش پلی وینیل کلراید (PVC) می باشند. اگرچه، سازه های چادری مدرن که از مصالح مصنوعی و ترکیبی استفاده می کنند تنها ۳۰ سال است که مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین میزان انحنای مورد نیاز نوع پارچه قابل استفاده را بر اساس زاویه lock-up تعیین می کند. تعریف فرم به صورت سطحی مینیمال (پروسه فرم یابی) و تعیین میزان جابه جایی های بزرگ تحت بارهای وارده به آنالیز المان محدود غیر خطی نیاز خواهد داشت. نیاز به ثابت نگه داشتن میزان پیش تنیدگی در طول عمر سازه مسئله ای بزرگ در طراحی و نصب سازه های چادری است. تست هایی در زمینه کرنش گسیختگی پارچه و میزان کاهش تنش گسیختگی متناسب با این مسئله باید به انجام برسد.
پارگی های کوچکتر ممکن است قابل رویت نباشد و بنابراین پارچه باید از مقاومت کافی برخوردار بوده تا با صدماتی که قابل تشخیص نیست دچار خرابی کلی نگردد. انتشار پارگی فاکتور غالب است. ضرایب مربوط به تنوع مواد و مصالح، صحت ویژگی های تعریف شده برای مصالح، تغییرات بارگذاری، فرسایش محیطی (ناشی از اشعه فرابنفش، بارگذاری متناوب، دمای بالا، خزش، رطوبت و آلودگی)، عدم قطعیت در میزان بارگذاری و انتشار پارگی با هم ترکیب شده و در نظر گرفتن ضرایب اطمینان بزرگی را برای این سازه ها لازم می سازد. آزمایش بر روی نمونه پارچه های پلی استر با روکش پی وی سی به عرض ۴۰۰ میلی متر نشان می دهد که پارگی به طول ۴۰ میلی متر در غشا تنش گسترش پارگی به میزان ۲۵% مقاومت کششی پارچه ایجاد می نماید، که این امر در نظر گرفتن یک ضریب اطمینان ۴ را در شرایط صدمه دیدن پارچه لازم می کند. برای دستیابی به این شرایط، پیش تنیدگی اسمی مورد نظر برای سازه های چادری پارک دالتون، برای کانوپی های اصلی ۱٫۵ کیلو نیوتن بر متر، برای فضاهای کمربندی ۳ کیلو نیوتن بر متر و برای کانوپی ورودی ۲ کیلو نیوتن با توجه به تفاوت های هندسی کانوپی ها در نظر گرفته شد.
غشاهای پارچه ای در سایت بر روی زمین گسترده شدند (با انجام تدابیر لازم تا از صدمه رسیدن به پارچه جلوگیری شود) و به دیرک های معلق و کابل های لبه اتصال یافتند. برای مقاومت در برابر نیروها بالابرنده و نیروهای رو به پایین (عموما بر اثر بار باد و برف) سطح کانوپی باید دارای انحنای مضاعف و پیش تنیده باشد. کانوپی های چادری یکی از قدیمی ترین فرم های ساخت سرپناه می باشند و برای هزاران سال به عنوان فرم های سنتی در ساخت و سازها مورد استفاده قرار گرفته اند. یک لایه پارچه اضافی برای مقاوم سازی در این نواحی که ممکن است محل تمرکز تنش ها باشند، مورد استفاده قرار می گیرد. ضرایب اطمینان بالایی که در حال حاضر در بارگذاری غشا اعمال شده و بر سازه فولادی نگه دارنده وارد می گردد، به وضوح بیان کننده عدم اطمینان در آنالیز سازه پارچه ای می باشد و نشان می دهد با انجام آنالیزی دقیق تر چه مقدار تغییر ایجاد خواهد شد.
کانوپی ها به منظور تامین سرپناهی در برابر باد و باران و به عنوان سایبانی در برابر نور خورشید طراحی شده اند، و این در حالی است که محیطی نیمه باز، روشن و زنده ایجاد می کنند. این کانوپی ها مخروط های مجزای کم ارتفاعی را شکل می دهند که با حلقه های بیضی شکل بزرگ از دیرک های متکی به کابل آویزان شده اند. چنین ضرایب بزرگی به دلیل رفتار غیر خطی و وابسته به زمان پارچه ای که به صورت ضعیف و با دقتی پایین مدل سازی شده است و بر اساس مقادیر فرض شده برای مدول یانگ و ضریب پواسیون، لازم خواهد بود. روش های کنونی طراحی سازه چادری بدین صورت است که ضرایب اطمینان بزرگی (بین ۵ تا ۱۰) در نظر گرفته می شود. این امر می تواند از لحاظ بصری باعث گردد سقف از داخل مسطح به نظر بیاید و همین مسئله از جلوه فضای داخلی می کاهد.
هدف از تحقیقات انجام شده در دانشگاه نیوکاسل تبیین دقیق تر ویژگی های حقیقی غیر خطی تنش – کرنش پارچه می باشد. مشخص کردن دقیق ویژگی های مصالح در نصب موفق غشاهای پارچه ای نقشی حیاتی دارد. تنش ماکزیمم طراحی با مقاومت پارچه تطابق دارد (مقاومت کششی نهایی خالص،BS EN ISO 1421:1998) و با یک ضریب اطمینان ترکیبی کاهش خواهد یافت. سازه فولادی سنگین و جزییات مفصل تقویت کننده از بین برنده جلوه و سادگی سازه های کششی می باشند. بنابراین سازه های چادری با انحنای کافی طراحی می شوند تا بارهای محیطی به صورت نیروهای کششی در داخل صفحه پارچه تحمل شوند. این مسئله در طراحی سازه ای بسیار نامناسب است زیرا تنش های ایجاد شده در اثر بارهای محیطی عموما به مقدار قابل ملاحظه ای بالاتر از نیروهای پیش تنیدگی هستند. بنابراین ابعاد پانل های پارچه ای باید طوری تعیین گردد تا پس از پیش تنیدگی از ابعاد مناسب و دقیق برای تعریف هندسه سقف برخوردار باشد. برای دستیابی به این حالت فرم پارچه باید به صورت یک سطح مینیمال تعریف گردد.
زمان مورد نیاز برای برپایی و نصب یک سازه چادری اساسا با توجه به شرایط و فاکتورهای محیطی مانند دما و بار باد وارد شده بر آن در زمان نصب، نوع متریال، فرم سازه و روش نصب، متفاوت خواهد بود. پارچه پلی استر با روکش پی وی سی انعطاف پذیرتر می باشد و احتمال این که چین و چروک در آن ایجاد گردد بسیار کمتر است. این امر با نحوه عملکرد سازه متداول سقف ها در تناقض است، سازه هایی که در آن ها بار معمولا از طریق رفتار قوسی فشاری و یا از طریق سختی خمشی تحمل می شود. پارچه پلی استر با روکش پی وی سی به دلایل متنوعی مورد استفاده قرار گرفت از جمله قیمت پایین و مقاومت آن در برابر آسیب دیدگی در مدت زمان ساخت و برپایی. پارچه های فایبرگلاس با روکش پی تی اف ای که عموما دارای بافت مستحکم تر و سطح بالاتری از چین خوردگی هستند زاویه lock-up پایین تری نسبت به پارچه های پلی استر با روکش پی وی سی دارند.
لبه های کانوپی های پارچه ای در پارک دالتون با استفاده از کابل های فولادی، ورق های غشا و اتصالات پیوسته به لوله های فولادی با مقطع دایره در محل حلقه ها و کمان ها تقویت شده اند (تصویر ۱۰). کانوپی ورودی در ابعاد تقریبی ۱۶ متر در ۱۸ متر از یک مخروط تشکیل شده است که توسط یک دیرک مرکزی معلق و شیبدار نگه داشته می شود (تصویر۹). روش هایی که ضرایب اطمینان بیش از حد بزرگ و ملاحظه کارانه ای را به دست خواهند داد. این رویکرد همچنین اطلاعات بارگذاری دقیق تری را برای سازه فولادی نگه دارنده و جزییات تکیه گاهی تولید می کند. اطلاعات بسیار کمی در زمینه فرسایش پارچه در دسترس است تا بتوان در شرایطی معین ارزیابی دقیقی از این مسئله به عمل اورد. اطلاعاتی که در زمینه شدت بارهای وارده به دست می آید، سطوح تنش در سازه را بیان می کند که این موضوع در ترکیب با اطلاعات به دست آمده از مدت بارگذاری و میزان خزش، سطوح کرنش خزشی را مشخص خواهد نمود.
قسمتی از خیابان توسط هفت کانوپی پارچه ای به فرم های تک و چند مخروطی پوشانده شده است (تصویر ۲). تنش های کششی و برشی در پارچه در ترکیبات متناسب با بار برف و باد در نظر گرفته می شوند (تصویر ۱۱) تا مقاومت پارچه مورد بررسی قرار گرفته و بارهای طراحی کابل های نگهدارنده و سازه فولادی تعیین گردد. برای مدت زمانی معین (به عنوان مثال ۶ ماه، دو سال، به صورت بلند مدت) آنالیز دوره بازگشت بارهای محیطی (باد و برف) شدت و مدت زمان قابل پیش بینی اعمال بار را ارائه می دهد. برنامه ای جامع از تست های پارگی پنل های عریض (به صورت تک محوره و دو محوره) هم اکنون در دانشگاه نیوکاسل در حال اجراست تا تاثیرات آسیب دیدگی بر مقاومت پارچه را مورد ارزیابی قرار دهد. سازه های چادری طوری طراحی می شوند که پارگی حتی در اثر بار باد و برف گسترش پیدا نکند.