سازه های کابلی چیست؟

امروزه در صنعت ساخت و ساز از روش های متفاوتی جهت برپایی سازه ها استفاده می گردد. یکی از بهترین روش های ساخت و ساز را می توان استفاده از سازه های کششی دانست که دارای انواع مختلفی است. اصلی ترین انواع این سازه ها شامل سازه های کابلی و چادری هستند. البته سازه کابلی به دلیل کاربردهای متنوعی که دارد مورد توجه اکثر مهندسین قرار گرفته است. در کل سازه کابلی نوعی سازه می باشد که عنصر اصلی آن از سیستم کابل است. در نتیجه موجب می گردد تا بتواند بار اولیه را به خوبی تحمل کند. علاوه بر آن از جمله دلایلی که باعث شده تا سازه کابلی بازدهی بالایی داشته باشد تنش خالص کششی آن است. تنش خالص در واقع تنشی است که در تمامی سطح مقطع کابل یکسان است. همچنین سازه های کابلی بسیار سبک هستند که این موضوع در زمان وزش باد یا وقوع زلزله باعث بروز مشکلاتی مانند لرزش یا ارتعاش در سازه می گردد.

توضیحی در مورد سازه کابلی:

در یک تعریف ساده می توان سازه های کابلی را نوعی سازه دانست که با دهانه باز طراحی می شوند و این سازه ها در معرض کشش قرار خواهند داشت. همچنین برای پشتیبانی آن ها از کابل های تعلیق استفاده می شود. از جمله کارآمد ترین انواع سازه کابلی می توان به سقف کابلی، پل معلق، پل متکی بر کابل و... اشاره نمود. به طور کلی کابل سازه ای انعطاف پذیری است که دارای قطری بسیار کمتر از طولش می باشد. پس اصطلاح کابل در سازه کابلی نوعی رشته در هم تافته یا میله می باشد. از جمله کابل هایی که در ساخت سازه ها، مورد استفاده قرار می گیرند می توان به کابل های در هم تنیده شده از هفت سین که انعطاف پذیری مناسب و سختی پایینی دارند و همین طور میله های فولادی که از هفت مفتول یا حتی بیشتر به یک دیگه بافته شده اند و سختی بالا و انعطاف پذیری کم دارند اشاره کرد.

انواع سازه کابلی:

به طور کلی سازه های کابلی را در دو دسته کابل های معلق و کابل های مهار شده دسته بندی کرده اند.همچنین کابل های معلق از نظر منحنی نیز در چند دسته مختلف تقسیم بندی شده اند. در ذیل هر کدام از انواع سازه کابلی را به صورت مختصر توضیح داده ایم.

کابل های معلق:

در این نوع از سازه کابلی، کابل به صورتی استفاده می گردد که با توجه به بارگذاری خارجی دچار تغییر شکل خواهد شد. به گونه ای که هیچ گونه کششی در زمان اول در آن وجود نخواهد داشت. نوع آرایش کابل های در این سازه ها کاملا منحصر به فرد است. این کابل ها به سه دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

سیستم کابل با یک انحنا:

در این نوع از سازه کابلی 2 یا چند عدد کابل استفاده شده است. در واقع این کابل ها به صورت زنجیره وار و همین طور موازی مابین تکیه گاه های اصلی قرار گرفته اند.

سیستم کابل مضاعف:

این مدل از سازه کابلی نیز همچون سیستم کابلی با یک انحنا می باشد. البته تفاوتی که بین این دو سازه وجود دارد آن است که در سیستم کابل مضاعف، در زیر کابل های معلق اصلی از نوعی کابل تثبیت کننده استفاده شده است. این موضوع در واقع برای مقابله سازه با نیرو های رو به بالای باد خواهد بود.

سیستم کابل مضاعف با منحنی دوگانه:

این سیستم از سازه کابلی نوعی سازه یکپارچه می باشد. البته انحنای آن در جهت مثبت و همین طور در جهت مخالف یعنی منفی قرار دارد. در یک توضیح ساده تر می توان آن را به انحنای زین اسب تشیبه کرد. علاوه بر آن بهتر است بدانید که این نوع از سازه ها دارای تکیه گاه هایی نیز هستند که کابل معلق در یک جهت دهانه آن ها قرار خواهد گرفت. سپس کابل تثبیت کننده برای محافظت سازه در برابر باد عمود بر آن قرار می گیرد.

کابل های مهار شده:

کابل های مهار شده به طور معمول شعاعی و موازی هستند. کابل ها در این سازه ها تحت نیروی کششی قرار خواهند داشت. البته در این نوع از سازه کابلی اصلی ترین نکته آن است که در ابتدا نیروی پیش کششی بر روی آن تاثیر گذار خواهد بود. پس از آن بار قائم به کف اعمال می شود و کابل نیز قطع خواهد شد. این موضوع موجب خواهد شد تا نیرویی که در کابل ذخیره شده است به بالا رفتن کف کمک نماید.

تقسیم بندی سازه کابلی با توجه به کاربرد:

البته سازه های کابلی با توجه به کاربردی که دارند در دو دسته مختلف قرار خواهند گرفت. در این دسته بندی سازه های کابلی به دو دسته ساختمان ها و پل ها تقسیم می گردند که هریک از این دسته ها دارای انواع مختلفی هستند. از جمله این موارد می توان به پل های کابلی که شامل پل معلق و پل متکی به کابل است و همین طور ساختمان کابلی که شامل دکل مهارشده با کابل، سقف معلق، سقف متکی بر کابل، سازه کابل مضاعف، سازه منحنی مضاعف و سازه معلق با فرم طنابی است اشاره کرد. هر کدام از این موارد در زیر به صورت مختصر توضیح داده شده است.

پل های کابلی:

پل معلق:

در این مدل از سازه کابلی، از نوعی کابل استفاده شده است که وظیفه اصلی آن تحمل نیرو های کششی می باشد که از وزن سواره رو ها ایجاد می گردد. سواره رو ها را می توان سطحی دانست که محل پایدار سازی و عبور کابل پل می باشد. در این پل ها معمولا برج هایی وجود دارند که وظیفه آن ها نیز انتقال نیرو از کابل به زمین است. در واقع این برج ها نوعی تکیه گاه هستند. علاوه بر آن جهت مهار نمودن رانش کابل ها و انتقال این رانش به زمین از نوعی بلوک بتنی استفاده شده است. از جمله معروف ترین این سازه ها می توان به پل آکاشی کایکو، پل زنجیری در مجارستان، پل کلیفتون در بریتانیا و همین طور پل گلدین گیت در آمریکا اشاره کرد.

پل متکی بر کابل:

این سازه کابلی تفاوت اساسی با پل معلق خواهد داشت. این تفاوت در آن است که پل متکی بر کابل فاقد کابل اصلی می باشد. البته بجای یک کابل اصلی در این پل از چندین کابل دیگر استفاده شده است. سپس تمامی این کابل ها به محل سواره رو متصل می شوند تا وزن آن ها را تحمل کنند. از جمله نمونه های پل متکی بر کابل می توان به پل راک اند چاکی در آمریکا، پل تاتارا در ژاپن، پل نور ماندی در فرانسه، پل ریون آنتیریون در یونان و همین طور پل آلامیلو در اسپانیا اشاره نمود.

ساختمان های کابلی:

دکل های مهار شده:

دکل های مهار شده با کابل نوعی سازه کابلی ساختمانی می باشد که اصلی ترین نقش کابل ها در آن تامین پایداری در دکل خواهد بود. در این سازه به کابل ها گای گفته می شود. همچنین هدف از ساخت این نوع ازسازه کابلی ساخت دکل هایی است که هم ظریف باشند و هم به متریال بسیار کمی نیاز داشته باشند.

سقف معلق:

برای ساخت این نوع از سازه کابلی باید از کابل هایی با یک انحنا استفاده کرد. البته توجه داشته باشید که در سازه کابلی سقف معلق میزان ناپایداری بسیار زیاد است. در نتیجه باید وزن سقف نیز بسیار زیاد باشد تا پایدارسازی در آن ایجاد شود. البته باید در طراحی آن پیش تنیدگی نیز در نظر گرفته شود. از جمله سازه های کابلی با سقف معلق می توان به مواردی مانند ورزشگاه اشتوتگارد در آلمان اشاره نمود.

سقف متکی بر کابل:

در این مدل از سازه کابلی وظیفه تقویت تیر های سقف و یا تحمل سقف بر عهده کابل ها خواهد بود. البته به این نکته مهم دقت نمایید که کابل به عنوان سازه اصلی مطرح نمی شود. در واقع کابل مورد استفاده در این سازه ها فقط به دلیل کمک به سازه در نظر گرفته شده است. از نمونه های شاخص سازه سقف متکی بر کابل می توان فرودگاه جان اف کندی آمریکا را بیان کرد. علاوه بر آن گنبد هزاره از دیگر نمونه های شناخته شده این سازه می باشد. در کل این سازه ها تشکیل شده از یک سقف چادری معلق و کابل هایی هستند که به دکل متصل شده اند و سقف را نگه داشته اند.

سازه کابل مضاعف:

سازه کابل مضاعف نیز همچون کابل با یک انحنا می باشد. البته در این نوع سازه کابلی دو ردیف کابل وجود دارد که در انحنای معکوس هم قرار دارند.همچنین در آن نوعی کابل تثبیت کننده نیز اضافه شده است که جهت مقابله برای نیروی رو به بالای باد خواهد بود. یک نکته مهم دیگر در این سازه کابلی آن است که ممکن است کابل تثبیت کننده و کابل اصلی در یک صفحه قرار نگیرند. یکی از معروف ترین سازه های کابل مضاعف فرودگاه بین المللی دنور کانادا می باشد که دارای پوشش سقف پارچه ای است.

سازه منحنی مضاعف:

در این مدل از سازه کابلی از کابل های تثبیت کننده استفاده شده است که جهت قرار گیری این کابل های تثبیت کننده به صورت عمود بر کابل های اصلی خواهد بود. همچنین انحنای سازه منحنی مضاعف در دو جهت است که  در یک جهت منفی و در جهت دیگر مثبت می باشد. این سازه ها نیز دارای فرمی همچون زین اسب می باشند. از معروف ترین سازه های منحنی مضاعف می توان استادیوم المپیک مونیخ آلمان را نام برد.

سازه معلق با فرم طنابی:

یکی دیگر از انواع سازه کابلی را می توان سازه معلق با فرم طنابی دانست که در آن برای تشکیل سقف از دسته ای کابل آویخته موازی استفاده شده است. در واقع در این سازه ها، خود کابل ها سقف را ایجاد می کنند. معمولا به این سقف ها سقف منحنی گفته خواهد شد. همچنین ممکن است در مواردی سقف به کمک آویز به برخی کابل ها متصل شود. به این نوع از سقف ها نیز سقف مسطح یا سقف منحنی گفته می شود. علاوه بر آن باید بدانید که در این سازه، کابل ها در جهت طولی و یا در جهت دهانه بزرگ تر قرار خواهند گرفت. البته این سیستم دارای یک ضعف اساسی نیز است که آن را مقاومت پایین در برابر نیروی رو به بالابی باد می دانند. از نمونه های سازه معلق با فرم طنابی می توان به ترمینال دالس در آمریکا، بانک مرکزی فدرال در آمریکا و همین طور تولید کاغذ بورگو در ایتالیا اشاره نمود.

مزایای سازه کابلی چیست؟

به طور کلی می توان گفت سازه های کابلی دارای مزایای زیادی هستند. از جمله مهم ترین مزایای این سازه ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• سازه های کابلی معمولا بسیار سبک هستند. پس مقاومت بالایی در برابر زلزله دارند.
• اجرا و برچیدن آن ها در زمان های موقت بسیار راحت و سریع انجام می شود.
• همچنین سازه های کابلی در تحمل بارگذاری و شکل انعطاف پذیری بالایی دارند.
• از جمله مزایای دیگری که سازه کابلی دارد آن است که مقاومت بسیار بالایی در برابر مشکلاتی مانند سایش و خوردگی دارد.
• این سازه ها موجب محدود شدن مناظر اطراف نمی شوند و به گونه ایی دارای شفافیت هستند.
• از دیگر مزایای آن می توان به امکان استفاده در دهانه های بزرگ نیز اشاره نمود.
• همچنین این سازه ها برای فضاهای بدون ستون و بسیار بزرگ دارای عملکرد داخلی بهتری خواهند بود.
• علاوه بر تمام این موارد سازه های کابلی از جمله پرژه های اقتصادی شناخته می شوند. زیرا در فضاهایی با دهانه بزرگتر نیاز به مصالح کمتری خواهند داشت.

دلیل محبوبیت سازه های کابلی چیست؟

همان طور که در بالا اشاره شد سازه کابلی دارای کاربردها و مزایای بسیار زیادی می باشد. همچنین این سازه ها پیش از اجرا منظره ایی بسیار خاص نسبت به سایر ساختمان ها ایجاد می کنند. البته این نکته را در نظر داشته باشید که کابل های مورد استفاده فولادی هستند. بنابراین انتخاب متریال مرغوب و با کیفیت اهمیت بسیاری خواهد داشت .همچنین نوع کابل ها با یک دیگر بسیار متفاوت است. بنابراین بهتر است قبل از هر اقدامی اطلاعات کافی در مورد کابل ها به دست آورید تا با خیال راحت خرید نمایید. پس پیشنهاد می شود برای دریافت مشاوره با افراد متخصص در این زمینه و خرید محصولات مرغوب با شرکت همکار آهن تماس بگیرید.