سازه‌های غشایی که سازه چادری یا سازه پارچه‌ای نیز نامیده می‌شود، زیرمجموعه‌ای از سازه‌های فضایی هستند و به دلیل سبکی، شفافیت و انعطاف در خلق فرم‌های زیبا و بدیع، گسترش روزافزونی در ساخت بناهایی با عملکردهای مختلف تجاری، اداری، ورزشی و... یا به شکل سایه بان در فضاهای عمومی وشهری داشته‌اند.
ویژگی‌های مذکور ارتباط مستقیم با خواص مواد سازنده غشاهای این نوع سازه‌ها دارد. ساخت و تولید مواد کامپوزیت از الیاف و پلیمرها با طیف وسیعی از خواص فیزیکی، مکانیکی و سازه‌ای امکانات متعددی را پیش روی طراحان قرار داده است. این مواد دارای تفاوت‌هایی در اندازه، وزن و خواصی نظیر مقاومت گسیختگی، مقاومت در برابر ترک خمشی، انتشار آتش، گسترش پارگی و همینطور درجه شفافیت، دوام و ضمانتی که کارخانه سازنده می‌دهد، می‌باشند؛ بنابراین شناخت این ویژگی‌ها و تفاوت‌ها جهت انتخاب ماده مناسب از سوی طراحان و مهندسین، امری ضروری می‌نماید.[۱]
عریف سازه‌های چادری
غشا ورقه‌ای نازک از ماده است که تنها دربرابر کشش مقاومت دارد و دربرابر فشار و خمش هیچ مقاومتی ندارد، پارچه را می‌توان بهترین نمونه ازغشاها و سازه چادری نام برد.[۲] سازه چادری از دو جزء تشکیل شده‌است؛
پارچه: پوسته کششی نازکی است که نیروی کششی را انتقال می‌دهد.
عناصر فشاری: قوس‌ها و ستون‌ها که نیروی فشاری را انتقال می‌دهند. لبهٔ چادر همواره تمایل به لرزیدن در مقابل نیروهای باد وسایر نیروها را دارد، به همین علت معمولاً لبه چادر را به صورت مقعر می‌سازند که همواره درکشش باقی بماند و از پارگی آن جلوگیری شود.[۳]
تاریخچه سازه چادری
اولین بنای واقعی معماری با این نوع سازه توسط ولادیمر شوخوف طراحی شد که وی تمامی محاسبات کاربردی تنش‌ها و تغییر شکل‌های حاصل از تنش‌ها را توسعه داد و پس از آن آنتونیوگائودی با معکوس کردن یک ساختار فشاری یک ساختار معلق کششی به دست آورد که درکلیسای ساگرافمیلیا از آن استفاده کرد. و پس از آن فرای اتو از این سازه در سقف استادیوم المپیک مونیخ۱۹۷۲ استفاده کرد.
ایران نیز دارای پیشینه بسیار غنی در مورد چادر و سازه‌های چادری است که بقایای آن هنوز در میان عشایر و کوچ نشینان دیده می‌شود[۴].
طراحی سازه‌های چادری
طراحی ساختمان با سازه چادری با طراحی ساختمان‌های ساده بسیار متفاوت می‌باشد. درطراحی این سازه‌ها نمی‌توان ابتدا پلان بنا را کشید و سپس آن را اجرا کرد. در این نوع سازه‌ها، درگام اول طرح اولیه‌ای متناسب با عملکرد ارائه می‌شود، درگام بعدی با ساخت ماکتی شکل کلی آن را پیدا می‌کنند و سپس به تحلیل کلی سازه می‌پردازند و در نهایت تمامی جزئیات سازه را طراحی می‌کنند.[۵] به فرایندی که منجر به طراحی پوشش چادری می‌شوداصطلاحا form finding اطلاق می‌شود. امروزه این کار توسط نرم افزارهای تخصصی طراحی سازه چادری انجام می‌شود.
مراحل پیاده سازی و نکات فنی سازه های چادری
طراحی اولیه و فرم یابی: در طراحی سازه‌های پارچه‌ای می‌بایست چهار عامل مورد توجه قرار گیرد و با توجه به عملکرد و نیروهای وارده، فرم مناسب جهت پارچه را به دست آورد.
طراحی و اجرای فنداسیون: بخشی از سازه پارچه ای است که وظیفه انتقال نیرو از ستون‌ها به زمین و خاک اطرافش را بر عهده دارد بر اساس نوع سازه پارچه ای و میزان نیروهای وارده، بافت لایه‌ها، نوع خاک زمین و شرایط آب و هوایی منطقه، می‌توان تیپ و ابعاد شالوده را انتخاب و مشخص کرد. ابعاد پی‌ها به میزان برف و وزش باد و نوع خاک محل بستگی دارد.
طراحی الگو و جوش پارچه: پارچه‌های مورد استفاده در این سازه‌ها، طی یک پروسه صنعتی تولید می شود و در تولید آن از مدرن‌ترین تکنولوژی‌ها و استانداردها استفاده می‌شود. برای تولید پارچه‌های روکش دار باید استانداردهای لازم در تمام مراحل از مرحله تولید الیاف تا بافت و اتصال روکش، رعایت شود.
طراحی و ساخت سازه: بخش دیگری از سازه‌های پارچه ای، عناصری هستند که وظیفهٔ انتقال بار غشا به فنداسیون و سپس زمین را برعهده دارند. این عناصر به‌طور عمومی سازه نامیده می‌شوند. سازه‌ها در این سیستم به صورت دیرک های خارجی، کابل‌های معلق و دیرک های داخلی هستند.
رنگ آمیزی و بسته بندی: یکی دیگر از مراحلی که در فرایند ساخت سازه‌های پارچه ای و غشایی طی می‌شود، رنگ آمیزی سازه و اتصالات می‌باشد . به علت نمایان بودن سازه و اتصالات در سایبان مدرن، زیبایی و ظرافت در سازه و اتصالات از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
طراحی و ساخت اتصالات: به دلیل تنش‌های بالای ناشی از پیشتنیدگی و نیز بارگذاری سازه‌های غشایی، در لبه‌ها و مرزهای غشا، این قسمت‌ها نیاز به طراحی و مقاوم سازی ویژه دارند.
انتخاب تجهیزات نصب: در نصب سازه‌های غشایی به دلیل نحوه نصب پارچه، که نیاز است به تدریج و به صورت یکنواخت و از تمامی تکیه گاه‌ها، به پیشتنیدگی نهایی خود برسد، می‌بایست از نیروهای متخصص در این ضمینه به همراه تجهیزات مناسب برای این امر استفاده کرد.
نصب و تحویل پروژه]: تیم اجرایی با پیشرفته‌ترین تجهیزات نصب و ایمنی و با استفاده از نیروی‌های آموزش دیده و مجرب سعی بر آن دارد که پروژه‌های این شرکت طبق نقشه‌های اجرایی را در کمترین زمان و با کیفیت به اتمام برساند.[۶]
فرم‌های سازه‌های کششی
برای انتقال نیروهای عمود بر سطح پارچه مانند بار باد به سمت بالا و بار برف به سمت پایین می‌بایست در سطح پارچه انحناهایی عمود بر هم ایجاد کرد. در ریاضیات فضایی به سطوحی که در هر نقطه دو انحنای عمود بر هم داشته باشند سطوح آنتی کلاسیک گفته می‌شود. سطوح انتی کلاستیک انواع متفاوتی دارند که در ادامه به بررسی ۳ نوع از آن‌ها که بیشتر در سازه‌های پارچه‌ای کاربرد دارد خواهیم پرداخت. به جرات می‌توان ادعا کرد تمامی سازه‌های پارچه‌ای ایجاد شده در جهان ترکیبی از این سه نوع رویه کلی تشکیل شده‌اند.[۷]
سطح زین اسبی (Hyperbolic):
در این نوع از سطوح بار وارده از طریق گوشه انتقال پیدا می‌کند. در این نوع سطوح دو گوشه به سمت پایین و دو گوشه به سمت بالا خواهد بود. گوشه‌های پایین نیروهایی به سمت بالا و گوشه‌های بالا نیروهایی به سمت پایین را انتقال خواهند داد.
خیمه (Conic):
در این نوع از سطوح با استفاده از انحنا در سطح پارچه نیروها به دو سمت سطح انتفال پیدا می‌کند. این نوع از سطوح سال‌های زیادی است به عنوان سطوح باربر خیمه‌های موقت نیز کاربرد دارد. در این فرم تمامی بارها به سمت لبه پایینی و بالایی رویه انتقال پیدا کرده و در نهایت از طریق اتصال به زمین یا ستون‌های میانی رویه مهار می‌شود.
آرک (Arch):
رویه آرک شباهت بسیار زیادی با زین اسبی دارد با این تفاوت که گوشه‌های بالا و پایین در کنار همدیگر قرار گرفته‌اند. این فرم از رویه در گذشته برای انتقال بار در سقف‌های سنتی طاق ضربی استفاده شده‌است.