در نظر گرفتن بار برف در طراحی سقف متحرک

در مناطق با بارش برف ،شدید بار برف باید بر روی عناصر و ساختارهای متحرک برای هر دو حالت باز و بسته در نظر گرفته شود. این عناصر در هنگام ریزش برف در حالت ثابت قرار دارند. در طراحی این سازه ها به دلیل تأثیر احتمالی برف بر روی سازه باید موارد زیر را در نظر گرفت:

• معمولاً تغییر شکل قسمت های متحرک ساختمان به دلیل استقلال سازه های هر یک از آنها در زیر بار برف متفاوت است؛ که نیاز به توجه در طراحی فضای مابین این قسمتها را ایجاب می کند.
• انباشته شدن برف بر روی سازه های متحرک به خصوص سقف های باز و بسته شونده ممکن است برای مدت طولانی ادامه داشته باشد که این امر در نظر گرفتن تأثیراتی از جمله خزش و خستگی بر روی سازه و پوشش را ایجاب می کند.
•  سازه سقف و غشاهایی که روی سازه های متحرک را می پوشانند بهتربهتر است به صورت شیب دار یا منحنی طراحی شوند که از تجمع برف و آب ناشی از ذوب برف جلوگیری کند.
• تجمع برف بر روی مسیرهای حرکتی و مکانیزم مکانیکی متحرک و همچنین یخ زدن آنها سازه را دچار مشکل می کند که تعبیه دستگاه ذوب برف می تواند تا حدود زیادی از
  این مشکل جلوگیری کند.

تعیین محل دقیق سقف ها, امکان محاسبه دقیق بار ها را فراهم می آورد. به عنوان مثال برای بار برف یا باد, مشخص کردن محل دقیق سقف, در حالت باز, بسته یا نیمه باز مهم است. همچنین مشخص کردن شرایط سقف در هنگام بارش اهمیت خاصی دارد. اگر بار برف زیاد باشد, حرکت سقف کار خطرناکی است؛ بنابراین اقتصادی تر آن است که هنگام بارش برف سقف باز باشد (فضا روباز باشد) و بار برف را تحمل نکند.

 در صورتی که سقف بسته باقی بماند, می توان آن را مانند یک سقف معمولی در برابر نیروی برف بررسی کرد. یخ زدن ریل ها یا کابل هایی که موتور های حرکتی بر روی آن ها حرکت می کنند, از سایر مواردی است که باید به آن توجه داشت. در بیشتر موارد استفاده از ناودان های انعطاف پذیر برای سازه های جمع شونده ضروری است؛ زیرا سیستم های صلب توانایایی انطباق پذیری با حرکت و تغییر فرم سازه را ندارند.

 با تشکیل مخفظه یا مخزنی برای تخلیه باران و برف؛ آب جمع آوری شده از پایین ترین نقطه سازه غشایی خارج خواهد شد.

سقف های جمع شونده به شکلی کلی متناسب با میزان بارش برف و بار ناشی از آن طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند به گونه ای که به سه ناحیه با بار برف کم، زیاد و متوسط تقسیم بندی می شوند. در کشور ایران نیز به این دلیل که هر سه ناحیه را در خود دارد می توان طراحی سقف متحرک را به این صورت برای طراحان توصیه کرد:

طراحی سقف متحرک برای نواحی با بارش و بار برف کم: 

در این نواحی می توان از سقف هایی با پوشش غشایی استفاده کرد که مقاومت کمی نسبت به سقف هایی با پوشش صلب داشته اما هزینه کلی آنها بسیار کم تر است. یکی از سیستم هایی که برای مکانهایی با دهانه زیاد در این نواحی توصیه می شود سیستم چرخ پره دار است.

بدین گونه که در مکان هایی که برای طراح عناصر اضافی در مرکز سقف و در هنگام باز شدن اهمیت ندارد می توان سقف به مرکز جمع شود مانند سقف جمع شونده میدان گاوبازی ساراگوسا.

و در مکان هایی که هیچ عنصر اضافی و مانعی بصری در هنگام باز شدن سقف نباید در مرکز آن وجود داشته باشد می توان سقف را به گونه ای طراحی کرد که در هنگام باز شدن در لبه بیرونی جمع شود مانند سقف جمع شونده میدان گاوبازی خائن اسپانیا.که در این حالت باید در هنگام بسته بودن سقف برای آب بندی مرکز آن تمهیدات ویژه ای را اندیشید.

البته می توان برای دهانه های کوچکتر از روش هایی دیگری نیز برای حرکت سقف های جمع شونده با پوشش غشایی و متکی بر کابل مورد استفاده قرارداد به گونه ای که متناسب با طرح معماری طراحی و اجرا شود مانند  هتل رویال تولیپ .

طراحی سقف متحرک برای نواحی با بارش و بار برف زیاد:

در این نواحی بهتر است از سقف های با پوشش صلب استفاده کرد که از مقاومت بیشتری نسبت به سقف هایی با پوشش غشایی برخوردارند.

این گونه سقف ها را می توان به شکل های یک دو یا چند تکه طراحی کرد و باید به این نکته توجه نمود که در سقف های یک تکه مکان زیادی برای ذخیره سازی سقف در هنگام جمع شدن نیاز است اما هزینه کلی آن نسبت به سقف های دو یا چندتکه پایین تر است مانند سقف جمع شونده میدان گاوبازی توروس ایلسکاس.

و در مورد طراحی سقف متحرک دو یا چند تکه, هر چه به تعداد سقف های متحرک افزوده می شود هزینه های ساخت و به حرکت درآوردن آنها نیز بیشتر می شود اما مساحت مکانی برای ذخیره سازی سقف در هنگام جمع شدن کاهش میابد.

البته کاهش مکان ذخیره سازی در سقف های دو یا چند تکه در صورتی رخ می دهد که قطعات به گونه ای طراحی شده باشند که در زمان جمع شدن بر روی یکدیگر قرار گیرند نه در کنار هم مانند طراحی سقف متحرک در ورزشگاه سیفکوفیلد .

طراحی سقف متحرک برای نواحی با بارش و بار برف متوسط:

در این نواحی نیز می توان از سقف های صلب استفاده کرد. البته می توان مقاومت سقف را نسبت به اقلیم هایی با بار برف زیاد، کمتر در نظر گرفت. همچنین در این نواحی می توان از پوشش های غشایی با مقاومت بالاتر نسبت به پوشش هایی که در اقلیمهای با بار برف کم استفاده می شوند در نظر گرفت، مانند پوشش استفاده شده در سقف جمع شونده ورزشگاه المپیک مونترال.

البته در کنار این سیستم باید سیستمی گرمایشی به منظور آب کردن برفهای احتمالی که در صورت انباشته شدن موجب آسیب دیدگی پوشش غشایی می شوند نیز استفاده کرد مانند جمع شونده استخر بلوار کارنو .
علاوه بر تقسیماتی که بر اساس میزان بار برف صورت گرفت می توان برای هر اقلیمی سقف هایی را طراحی کرد که در فصول گرم سال به گونه ای با حرکت آفتاب حرکت کند که در طول روز سقف باز یا نیمه باز بوده اما از ورود نور آفتاب به داخل بنا جلوگیری کند.

و یا می توان سقف را به گونه ای طراحی کرد که در هنگام وزش باد به گونه ای روبه بالا باز شود، (مانند سقف جمع شونده در تئاتر نورستاره). تا بتواند مانند بادگیر عمل کرده و باد را به داخل بنا هدایت کند و موجب تهویه و کاهش دمای محیط شود.

مانند تنوعی که در تمام طرح های معماری وجود دارد می توان هزاران روش برای شکل ظاهری و نوع باز شدن سقف های جمع شونده ابداع کرد که علاوه بر متناسب بودن با طرح معماری به آن انعطاف پذیری و جذابیتی بخشید که همراه آن کاهش مصرف انرژی را نیز در بر داشته باشد.

منظور کردن بار باد در طراحی سقف متحرک

طراحی سقف متحرک برای سه حالت باز, بسته و نیمه باز بسیار هزینه بر است و ابعاد عناصر سازه ای را افزایش می دهد. مکانیزم سقف متحرک باید به اندازه کافی قوی باشد که در هنگام وزش باد های سهمگین, سازه در برابر باد مقاومت کافی را داشته باشد و از وارونه شدن منحنی غشا ها جلوگیری و نیروی رو به بالای باد مهار شود.

موقعیت بنا در زمان وزش باد یا بارش باران بسیار مهم است. اگر باز بودن سقف در هنگام وزش باد یا بارش باران سبب ایجاد خسارت ها در فضای داخلی شود, در چنین شرایطی باید سقف به حالت بسته نگاه داشته شود.

با توجه به متحرک بودن این سقف ها اتصال بین سازه تکیه گاهی که بصورت ثابت و متحرک طراحی می شود و سازه متحرک (بخش غشا) بسیار اهمیت دارد. زیرا در هنگام حرکت غشا ها یا به عبارت دیگر هنگام گسترش و جمع شدن سقف, در صورت بروز لغزش, حرکت یا لرزه ناشی از حرکت ریل ها یا تکیه گاه, روند حرکت طبیعی سقف را با مشکل مواجه خواهد کرد.

در عناصر معماری متحرک رفتار باد برای هر یک از شرایط حرکتی در حالت های باز بسته نیمه باز و در حین حرکت متفاوت است. اگرچه از لحاظ تئوری کامل ترین محاسبات در طراحی این عناصر در نظر گرفتن حداکثر بار باد در هر یک از شرایط مختلف حرکتی است، ولی در عمل از نظر سازه ای و اقتصادی به صرفه نیست.

از آنجا که این عناصر متحرک در اکثر مواقع در شرایط وزش باد شدید بسته هستند و تنها در زمانی که سرعت باد کم است، باز هستند، در نتیجه حداکثر بار باد در حالت بسته محاسبه می شود. آزمایش تونل باد برای این عناصر در تمامی حالات حرکتی لازم است. در طراحی این سازه ها به دلیل تأثیر احتمالی باد بر سازه باید موارد زیر را در نظر گرفت:

• رفتار پانل ها و عناصر متحرک در زیر بار باد به دلیل مستقل بودن هر یک از آنها نسبت به هم با یکدیگر متفاوت است؛ بنابراین برای پر کردن فاصله بین قسمت های عناصر متحرک بایستی از درزگیرهای مناسبی استفاده شود تا وضوح حرکتی در رفتار پانل های مستقل مشاهده شود.
• فضاها و روزنه های مابین قسمتهای مختلف عناصر متحرک باید به طور مناسب درزبندی شود تا در برابر باران و باد محافظت شود. انعطاف پذیری در برابر تغییر شکل و لرزش پانل ها باید از ویژگی های این درزبندها باشد.
• پانلهای متحرک ممکن است در برابر باد جابجا یا شناور شوند که در این صورت اگر مکانیزم حرکتی بر روی ریل باشد، نیروی اصطکاک بین مکانیزم و مسیر حرکتی کاهش می یابد.
• درعناصر و سازه های متحرک با ساختار غشایی تنیده کردن این پوشش ها و کابل ها برای جلوگیری از صدمات ناشی از وزش باد شدید باید در نظر گرفته شود. در زمانی که پانل ها و عناصر متحرک در حالت باز و آزاد قرار دارد باید تأثیر نیروی رو به بالای باد را به خصوص در سازه های سبک در نظر گرفت. 

پیش بینی زلزله در طراحی سقف متحرک

در جاهایی که احتمال وقوع زلزله وجود دارد طراحی لرزه ای در سازه های متحرک به خصوص در حین حرکت بسیار اساسی است. در شرایط کلی احتمال وقوع زلزله در حین حرکت بسیار کم است. در نتیجه طراحی لرزه ای در حین حرکت در مورد سازه های کوچک نادیده گرفته می شود.

ولی در مورد سازه های بزرگ به دلیل اهمیت بنا و تعداد زیاد کاربران این احتمال را در طراحی لرزه ای لحاظ می کنند، رعایت نکات زیر برای سازه های متحرک در طراحی لرزه ای لازم است:

• هر یک از قسمتهای متحرک سازه باید رفتار الاستیک و پلاستیک را به خوبی تحمل کند تا اینکه از سقوط سقف جلوگیری شود.
• با توجه به اینکه در زمان زلزله هر یک از قسمت های مستقل سازه متحرک در جهات مختلف حرکت در می آیند انتخاب درزبندهای انعطاف پذیر و مستحکم بین این سازه ها نیاز به دقت دارد.
• استفاده از المانهای انعطاف پذیر سبب حرکت آزادانه آن در برابر بارهای جانبی میشود و از صدمات احتمالی جلوگیری می کند.
• چنانچه در حین حرکت سازه های متحرک به خصوص در زمان باز و بسته شدن سقف زمین لرزه رخ دهد باید از حرکت آن توسط ترمز یا قفل و مکانیزم های کنترلی ممانعت به عمل آورد.
• در سازه های کابلی، امکان پارگی کابل ها و نیز تاب خوردن عناصر متحرک وجود دارد درنتیجه در نظر گرفتن سازه اضافی برای افزایش ضریب ایمنی لازم است.

 وقوع زلزله به ویژه زمانی که سقف در حرکت است, بسیار خطرناک خواهد بود و حرکت سقف باید به سرعت متوقف شود. در سیستم حرکتی سقف ها, همیشه باید از یک سیستم پشتیبان استفاده کرد تا در صورت بروز هر مشکلی در سیستم حرکتی, سیستم پشتیبان وظیفه حرکت را به عهده بگیرد. همان طور که در بخش بار باد نیز اشاره شد با توجه به متحرک بودن این سقف ها باید ملاحظات خاصی را در مورد اتصالات بین عناصر ثابت و متحرک به دلیل جلوگیری از لغزش و ایجاد مشکلات در حرکت طبیعی سقف در نظر گرفت.