کاربرد بادبند در صنعت ساخت و ساز

در این مطلب از خانه معماری به بررسی کاربرد بادبند در صنعت ساخت و ساز از جمله برج سازی و پل سازی می پردازیم. با ما همراه باشید.

بادبند چیست و عملکرد آن چگونه است؟

بادبند که با عنوان مهاربند نیز معرفی و شناخته می شود، المان هایی عموماً مورب است که سازه را در برابر نیروهای جانبی استوار کرده و معمولاً در قاب های سازه ای اجرا می شود. عملکرد بادبندها یا مهاربندها بر اساس خاصیت مثلث است. بدین ترتیب که با اتصال چند المان خطی یا صفحه ای به یکدیگر، دیگر حالت یکنواخت نداشته و یک یا چند مثلث تشکیل می دهند، اگر طول المان ها بدون تغییر باقی بماند، زوایای بین آن ها نیز تغییر نکرده و ثابت خواهد ماند. در نتیجه عضو ساخته شده در صورتی که تکیه گاه های ثابت وجود داشته باشد، قادر به نشان دادن مقاومت بیشتری از خود در برابر نیروهای خارجی خواهد بود.

همان طور که گفته شد، بادبند ها در قاب های سازه ای اجرا شده و مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی را با تشکیل چنین ساختاری افزایش می دهد. جالب است بدانید این خاصیت در مورد المان های خرپایی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. بدین ترتیب که اعضای خرپایی با تشکیل واحدهای مثلثی شکل متشکل از اتصال اجزای خطی، ایجاد سازه ای صلب می کنند که در برابر نیروهای کششی و فشاری مقاوم است. همین موضوع باعث شده تا عملکرد بادبند ها و خرپا ها مشابه باشد. به طوری که اجرای دهانه های بسیار بلند با استفاده از تیرهای خرپایی مهاربندی شده انجام می گردد. البته با این تفاوت که عملکرد بادبند ها معمولاً به صورت عمودی و عملکرد خرپاها بیشتر به صورت افقی مورد توجه می باشد.

بادبند در صنعت ساخت و ساز: بادبند در برج سازی

عملکرد بادبندها به گونه ای است که سازه را در برابر نیروهای جانبی، مقاوم کرده و مقاومت فشاری و کششی آن را در برابر عوامل مختلف بالا می برد. بسیاری از سازه های مهندسی به‌نام دنیا با استفاده از مهاربندها طراحی و ساخته شده اند که در ادامه به معرفی برخی از مهم ترین آن ها می پردازیم:

برج ایفل در پاریس فرانسه

طراحان چه در گذشته و چه در حال حاضر از بادبندها و مهاربندها در سازه های عظیم و مهم به صورت مستقل یا ترکیبی با خرپا ها یا سایر سیستم های باربر استفاده کرده و می نمایند. یکی از مشهور ترین و شاید مهم ترین سازه ها که در ساخت آن از مهاربند ها استفاده شده، برج زیبای ایفل فرانسه است که در سراسر آن می توان مهاربند های ریز و درشت را مشاهده نمود. شاید در گذشته استفاده از مهاربند به گستردگی امروز نبوده، ولی در عصر حاضر آثار مهاربندها را می توان در بیشتر سازه های بلند مرتبه مشهور دید.

برج العرب و برج خلیفه دبی

برج العرب و برج خلیفه دو سازه بلندمرتبه در امارات متحده عربی واقع در شهر زیبای دبی هستند که طراحی و ساخت آن ها بدون استفاده از بادبند ها و مهاربندهای عظیم الجثه ممکن نبود. در حال حاضر برج خلیفه با 723 متر ارتفاع، بلندترین برج موجود در جهان محسوب می شود. بدنه اصلی این سازه تا ارتفاع ۵۸۶ متری از بتن مسلح و سیستم باربر آن هسته بتن مسلح می باشد. بعد از این ارتفاع بدنه سازه از اسکلت فلزی کاملاً بادبندی شده می باشد. چرا که در چنین ارتفاعی وزش باد شدید تر بوده و سازه فلزی بادبندی شده باعث می شود تا سازه سبک تر شده و بدنه سازه در طبقات پایین تر متحمل نیروی کم تری شود. با توجه به این که دامنه حرکت جانبی سازه در چنین ارتفاعی افزایش می یابد، بادبند و مهاربند در کاهش دریفت سازه در این ارتفاع بسیار تاثیرگذار هستند.

از آنجایی که مساحت طبقات بالا نسبت به طبقات قبلی کم تر بوده و دیوارها و ستون های برشی بتنی و قطور، فضای زیادی را اشغال می کنند، استفاده از استراکچر و اسکلت فلزی در این طبقات گزینه بهتری است، چرا که داری مقاطع کوچکتری نسبت به مقاطع بتنی می باشد. همچنین سرعت کار در مقاطع فلزی بالا می رود. جالب است بدانید، عملیات بتن ریزی طبقات پایینی برج خلیفه دبی با استفاده از قالب های دوکا و به صورت طبقه طبقه انجام شده که بسیار زمانبر است. ولی سرعت کار در طبقات بالاتر، در قسمت فلزی بیشتر بوده و عملیات بتن ریزی نیز به صورت یکجا و از قسمت میانی سازه انجام شده است و سرعت بیشتری نسبت به طبقات پایین داشته است. نکته قابل توجه این که، بیش از یک چهارم از ارتفاع برج خلیفه دبی با استفاده از اسکلت فلزی بادبندی شده ساخته و اجرا شده است.

برج میلاد و برج ملنیوم تهران

برج میلاد که در حال حاضر بلندترین سازه موجود در کشور است، یکی دیگر از سازه های بلندمرتبه ایست که با استفاده از بادبند و مهاربندها ساخته شده است. البته باید این را بدانید، بدنه اصلی این برج از دیوارهای برشی عظیم به عنوان سیستم باربر جانبی ساخته شده و بادبندها در سازه راس برج به کار گرفته شده اند. به عبارتی این سازه بر روی یک ساختار کاملا مهاربندی شده از مقاطع گرد با اتصالات فلنجی سوار و ساخته شده است. بادبندهای ضربدری غول پیکر را در سرسرای پایین برج میلاد نیز می تواند مشاهده کرد که مقطع آن ها بتنی است و و برج را احاطه کرده و منجر به مهار پایه آن شده اند.

برج ملنیوم تهران (هزاره سوم) که هنوز به بهره برداری نرسیده، یکی دیگر از برج هایی است که با استفاده از بادبند های بسیار قوی در حال ساخت است. جالب است بدانید، به دلیل وجود برخی از محدودیت های معماری، امکان ادامه ستون ها در برخی از دهانه های این ساختمان تا روی فونداسیون وجود نداشته، از این رو در زیر ستون ها از بادبند های هشتی با مقاطع بسیار بزرگ و قوی استفاده شده است. بدین ترتیب بار طبقات به ستون های کناری و در نهایت به فونداسیون انتقال می یابد.

برج کانتون درچین و برج اسکای تری در ژاپن

از نمونه های دیگر سازه های بلندمرتبه و برج هایی که با استفاده از بادبندها ساخته شده اند می توان به برج کانتون در کشور چین با ارتفاع ۶۰۰ متر و همچنین برج توکیو اسکای تری در ژاپن با ارتفاع ۶۳۴ متر ارتفاع اشاره کرد. این دو برج مخابراتی که از بلندترین برج های موجود در دنیا هستند تنها با استفاده از سیستم سازه ای مهاربند قابل طراحی و ساخت بوده اند.

به طور کلی مهاربند ها نقش مهمی را در طراحی سازه های بلندمرتبه و برج ها ایفا می کنند. این المان های مهم و ضوری با پخش کردن نیروهای وارده به سازه، عملکرد سازه در مقابل آن ها را به طور قابل توجهی بهینه کرده و بدین ترتیب است که امروزه سازه های بسیار بلند و آسمان خراش های عجیبی را می توان طراحی کرد و ساخت.

برج تبر سنت ماری و نیوفاندلند در لندن

تمامی برج ها و سازه های بلندمرتبه ای که در بالا درباره آن ها نوشته شده، با استفاده از بادبندهای EXPOSE یا CROSS BRACING ساخته شده اند. برج سنت ماری یا سوییس ری در لندن یکی دیگر از مواردی است که مهاربندی های ضربدری سرتاسر آن را احاطه کرده و یکی از زیباترین برج های موجود در جهان به شمار می رود که در سال ۲۰۰۴ میلادی به بهره برداری رسید. نمای مارپیچ شیشه ای این برج به دلیل ساختار مهاربندهایی است که در طراحی و ساخت آن به کار رفته اند.

برج نیوفاندلند در لندن با استفاده از یک هسته بتنی در مرکز و بادبند ها در دورتا دور آن طراحی و ساخته شده است. این برج که یکی از کم عرض ترین برج های جهان است، ارتفاع بسیار زیادی دارد و با توجه به عرض کم زیر بنا، ساخت چین برجی با چنین ارتفاعی بدون وجود بادبندهای مهاربندی شده امکان پذیر نیست. توجه داشته باشید، عامل کنترل کننده در طراحی مقاطع در سازه های اینچنینی، دریفت سازه است. چرا که مهاربند ها در کنار هسته بتنی منجر به کاهش بسیار زیاد دریفت سازه می شود. بادبندهای به کار رفته در دورتا دور این برج، نه تنها موجب تقویت سازه شده، بلکه برای اجرای نمای مد نظر معماری نیز به کار گرفته شده است. از دیگر نمونه های بادبندی مهارشده می توان به برج های: جیانو تاور و اینترنشنال پلازا در چین و همچنین برج هرست در نیویورک اشاره کرد.

بادبند در صنعت ساخت و ساز: بادبند در پل سازی

علاوه بر برج سازی، در پل سازی نیز از بادبند ها و سیستم های مهاربندی شده استفاده می شود. بادبند ها و مهاربند ها از جمله عناصری هستند که منجر به پیوند معماری و سازه به یکدیگر می شوند. یکی از نمونه های بارز در این زمینه، پل طبیعت تهران است که از یک سازه و معماری برخوردار می باشد. جالب است بدانید طراحی این پل زیبا یک معمار خانم ایرانی است که برنده جایزه یک میلیون دلاری برترین معماران در سال 2016 شد. پل طبیعت تنها نمونه ای کوچک از به کارگیری بادبند و مهاربند است. توجه داشته باشید، به طور کلی در پل سازی معمولاً مهاربند ها در قالب خرپا مورد استفاده قرار می گیرند.

بادبند در صنعت ساخت و ساز: کاربردهای دیگر بادبند و مهاربند

بادبند یا مهاربند کاربردهای بسیاری در ساخت و ساز و صنایع مختلف دارد که مهم ترین آن ها پل سازی و برج سازی است که در بالا بررسی شد. در ادامه کاربردهای دیگر بادبند را مورد بررسی قرار می دهیم:

بادبند در مخازن در ارتفاع و خطوط انتقال نیرو

یکی از بهترین گزینه ها برای اجرا و نصب مخازن و تاسیسات در ارتفاع مانند: مخازن آب، مخازن سوخت، دکل های انتقال نیرو، دکل های مخابراتی و بسیاری موارد دیگر، سازه های بادبندی شده است. این سازه ها علاوه وزن سبک تری که نسبت سایر سازه ها دارند، کار اجرا و نصب را تسریع می بخشند. بسیاری از مخازن آب در ارتفاع باید بر روی یک استراکچر و سیستم بادبندی شده نصب شوند. اجرای مخازن بتنی در مقایسه با سازه فلزی بادبندی شده بسیار دشوارتر است و زمان زیادی را نیز می طلبد. چرا که اجرای مخازن بتنی نیازمند داربست بندی و قالب بندی و بتن ریزی مرحله ای می باشد.

دکل های برق نمونه ای دیگر از سازه هایی است که با استفاده از مهاربندها ساخته می شوند. به طوری که می توان گفت تقریبا کلیه دکل های انتقال برق فشار قوی و مرتفع را با استفاده از سازه های سبک بادبندی شده می سازند. چنین دکل هاییف انتقال برق از نقاط صعب العبور را امکان پذیر می کنند. دکلهای مخابراتی نیز با استفاده از بادبندهای مهار شده ساخته می شود. بدین ترتیب که قطعات دکل را پس از این که در کارخانه ساخته شد، مونتاژ کرده و پس از برطرف کردن اشکالات احتمالی، باز شده و بارگیری می شود. از این بادبند ها در ساخت سازه های صنعتی و نیروگاهی نیز استفاده می شود. برای مثال میتوان از نیروگاه سیکل ترکیبی عسلویه در سالن اصلی توربین بخار نام برد. لازم به ذکر است، مقاطع به صورت کامل در کارخانه ساخته شده و به سایت محل نصب انتقال می یابد.

بابند های سقفی در ساخت سوله ها و سازه های صنعتی

در ساخت سوله ها و سازه های صنعتی از بادبند های سقفی استفاده می شود و بدون این سیستم اجرای این سازه ها امکان پذیر نیست. به ویژه اگر بار دینامیکی جرثقیل سقفی یا مونوریل به سقف وارد شود. این بادبندها در پایپ راک ها و سازه های مربوط به خطوط انتقال لوله در نیروگاهها و پتروشیمی ها کاربرد فراوانی دارند.

بادبندهای ضربدری که مقاطع کمی دارند، به دلیل داشتن ظرفیت کششی در طراحی دیواره و سقف های سوله های سبک که درجه اهمیت آن ها متوسط بوده و بارهای استاتیکی و دینامیکی زیادی به آن ها وارد نمی شود، همچنین فاصله دهانه ستون ها کم است، مورد استفاده قرار می گیرند. این در صورتی است که بادبند ها به طور کامل در حالت کشش قرار گرفته باشند. در طراحی و اجرای این بادبندها از مقاطعی مانند پروفیل های گرد و یا میلگرد استفاده می شود. توجه داشته باشید، در هر کدام از این بادبند ها، به منظور قرار دادن بادبند در حالت کشش پس از نصب، یک پیچ دو سر رزوه برای هر بازو تعبیه می شود. سفت بودن کامل پیچ ها باید توسط ناظران پروژه به دقت کنترل شده تا تحت فشار هیچ گونه حرکتی نداشته باشند.