پیچیدگی‌های سیستم‌های نمای معلق: یک راهنمای جامع
مقدمه
سیستم نمای معلق (فِیساد)، که همچنین با نام نمای شیشه‌ای سازه‌ای، دیوار پرده‌ای معلق، یا دیوار پرده‌ای نقطه-اتصالی شناخته می‌شود، راه‌حلی معماری پیچیده است که زیبایی‌شناسی را با کارایی ترکیب می‌کند. این سیستم با استفاده از محفظه‌‌های شیشه‌ای که از طریق ابزارهای اتصال نقطه‌ای به یک قاب کابلی فولادی نصب می‌شوند، ظاهری یکپارچه و شفاف را به همراه پایداری سازه‌ای ارائه می‌دهد. این مقاله به پیکربندی‌های هندسی، اجرایی و اتصالی سیستم‌های نمای معلق می‌پردازد و نمای کلی از عملکرد، مونتاژ و یکپارچگی سازه‌ای آن‌ها ارائه می‌دهد.
پیکربندی هندسی، اجرایی و اتصالی قاب و اتصالات نمای معلق
مکانیزم ابزارهای اتصال
نمای معلق بر ابزارهای اتصال مهندسی‌شده با دقت بالا برای اتصال شیشه‌ها به سازه نگهدارنده تکیه می‌کند. این ابزارها، که معمولاً پیچ یا روتول (Rotule) هستند، برای جذب تنش‌های مختلف از جمله وزن، بار باد و انبساط حرارتی حیاتی هستند. هر ابزار از یک کره چرخان در حفره‌ها و اتصالات آلومینیومی نرم تشکیل شده است که برای وفق دادن با حرکات کابل‌های فولادی که به آن‌ها متصل هستند، طراحی شده‌اند. این طراحی انعطاف‌پذیری و دوام سیستم را تضمین می‌کند.
شکل ۱: تصویرسازی از ابزارهای اتصال استفاده‌شده در نمای معلق.
شفافیت و توزیع بار
یکی از ویژگی‌های کلیدی نمای معلق، توانایی آن در حفظ سطوح کاملاً شفاف بدون پروفیل‌های قابل مشاهده است. این شفافیت با استفاده از ابزارهای اتصال به سوراخ‌های پیشبینی‌شده در شیشه‌ها یا از طریق عناصر نگهدارنده‌ای که نیاز به روتول‌های سنتی را برطرف می‌کنند، حاصل می‌شود.
فرایند مونتاژ
مونتاژ نمای معلق شامل فرآیندی دقیق است که در آن پنل‌های شیشه‌ای به روتول‌ها مجهز شده و در جای خود محکم می‌شوند. این روش اتصال معمولاً شامل قرار دادن بوش‌هایی برای جلوگیری از تماس مستقیم فلز با شیشه است که از این طریق از تمرکز تنش که منجر به شکستگی می‌شود، جلوگیری می‌کند. روتول‌ها با استفاده از پیچ ثابت می‌شوند و هم پایداری و هم انعطاف‌پذیری لازم برای تحمل حرکات سازه‌ای را تضمین می‌کنند.
شکل ۲: نمای جزئی از فرآیند مونتاژ با استفاده از روتول‌ها.
انواع سوراخ‌ها و مونتاژ
شیشه‌های تک جداره می‌توانند دارای سوراخ‌های صاف یا رزوه‌دار (Threaded) برای جای‌گذاری پیچ‌های اتصال (Fixing Bolts) یا روتول‌ها باشند. در مورد شیشه‌های دوجداره، از سینک‌پیچ‌ها (Countersinks) برای جای‌گذاری پیچ‌های رزوه‌دار استفاده می‌شود، در حالی که عایق‌بندی از طریق اسپیسرهای درزبندی (Sealed Spacers) حفظ می‌شود.
تعلیق و جذب حرکت
نمای معلق برای جذب مؤثر حرکات و تنش‌ها طراحی شده است. شیشه‌ها معمولاً در نقاط اتصال بالایی خود برای تحمل وزن معلق می‌شوند، در حالی که نقاط پایین‌تر، حرکات ناشی از نیروهای خارجی را جذب می‌کنند. یاتاقان‌های ن oscillاتینگ (Oscillating Bearings) تعلیقی بدون تنش را تضمین می‌کنند و به سیستم اجازه می‌دهند تا با بارهای دینامیکی سازگار شود.
شکل ۳: نمونه‌هایی از انواع سوراخ‌ها و روش‌های مونتاژ برای ابزارهای اتصال.
اتصالات لبه‌ای
برای جلوگیری از تماس مستقیم بین شیشه و سازه نگهدارنده، از تکیه‌گاه‌های فلزی (Metal Supports) در گوشه‌ها استفاده می‌شود. این روش به شیشه‌ها اجازه می‌دهد تا خطوط خمش طبیعی را دنبال کنند، تنش‌ها را به طور یکنواخت‌تر توزیع کرده و دوام را افزایش دهند.
ویژگی‌های شیشه سکوریت
شیشه سکوریت (Tempered Glass) به دلیل استحکام بیشتر، جزء اصلی نمای معلق است. فرآیند سکوریت کردن، که شامل حرارت دادن و سرد کردن سریع است، به شیشه توانایی تحمل تنش کششی قابل توجهی می‌دهد و آن را برای کاربردهای معلق ایده‌آل می‌کند.
طراحی تولیدی ابزارهای اتصال نقطه‌ای با توجه به اتصال شیشه‌های سوراخ‌دار و مجاور:
جزئیات مکانیکی براکت اتصال مرکزی، روتول‌ها و اتصالات دایره‌ای برای دستیابی به حرکات نما:
طراحی تولیدی ابزارهای اتصال نقطه‌ای با توجه به اتصال شیشه‌های سوراخ‌دار و مجاور: اتصالات کابل‌های فولادی و براکت‌های تقویت‌کننده در اطراف روتول‌های تعبیه‌شده در شیشه‌ها.
طراحی تولیدی ابزارهای اتصال نقطه‌ای با توجه به اتصال شیشه‌های سوراخ‌دار و مجاور: مقاطع و اتصالات براکت‌های پشتیبانی به روتول‌های تعبیه‌شده در شیشه‌ها.
شکل ۴: ویژگی‌ها و مزایای شیشه سکوریت.
انتقال بار و سوراخ‌کاری
تنش‌های افقی از طریق ابزارهای اتصال و میله‌های اتصال (Connecting Rods) به سازه مهاربندی (Bracing Structure) منتقل می‌شوند. برای جای‌گذاری ابزارهای اتصال، سوراخ‌هایی در گوشه‌های ماژول‌های شیشه‌ای (Glass Modules) ایجاد می‌شود تا توزیع یکنواخت تنش و جلوگیری از ترک‌های میکروسکوپی (Micro-Fractures) تضمین شود.
ترکیب پیچ‌های مفصلی
بلوک‌های اتصال (Fixing Blocks) در نمای معلق دارای پیکربندی‌های “H” یا “X” هستند که برای وفق دادن با حرکت‌های تفاضلی (Differential Movement) در عین حال ایجاد اتصالات ایمن طراحی شده‌اند. این طراحی اطمینان می‌دهد که شیشه‌ها می‌توانند آزادانه حرکت و چرخش داشته باشند و بدون خدشه‌دار کردن پایداری، به حرکات سازه‌ای پاسخ دهند.
شکل ۵: ترکیب پیچ‌های مفصلی (Articulated Bolts) استفاده‌شده در نمای معلق.
ویژگی‌های مواد
سختی ماژول‌های شیشه‌ای ایجاب می‌کند که به خواص مواد توجه ویژه‌ای شود. عناصر فولادی به دلیل ماهیت پلاستیکی (Plastic Nature) و دقت بالا موردپسند هستند، در حالی که عناصر ترموپلاستیک (Thermoplastic) و آلومینیومی از لغزش جلوگیری کرده و اتصالات ایمن را تضمین می‌کنند.
1. فرانچسکو کوکو، پیپل موور، ایستگاه‌های “ترونچتو” و “پیااله روما”، ونیز:
ستون‌هایی که اتصالات کروی را پشتیبانی می‌کنند، از آن‌ها پایه‌های مورب به پایه‌های عرضی منشعب می‌شوند و روی آن‌ها کوپلینگ‌هایی برای اتصال موازی تیرهای لوله‌ای فوقانی قرار می‌گیرند: بالای اتصالات کروی، پین برای مونتاژ تیرها اعمال می‌شود، که اتصال روتول‌ها روی آن انجام می‌شود.
2. EFA، خانه پروانه کلوودی، کلوودی (پیستویا):
پایه‌های عمودی ساخته شده از صفحات شیشه‌ای برای پشتیبانی از دستگاه‌های اتصال شیشه عنکبوتی برای مونتاژ مکانیکی صفحات شیشه‌ای، با در نظر گرفتن اتصال متقاطع‌های فولاد ضد زنگ که برای اتصال روتول‌ها (مجهز به یک توپ چرخشی داخلی) ضروری است.
3. EFA، خانه پروانه کلوودی، کلوودی (پیستویا):
ورق‌های شیشه‌ای ماژولار که باید در چندین نقطه اتصال به شبکه سازه‌ای مونتاژ شوند (شامل پنل‌های شیشه‌ای لمینه و سکوریت برای سقف) که به تیغه‌های عمودی به وسیله روتول‌هایی متصل می‌شوند که برای انتقال تنش‌های خودبارگذاری، بارهای خارجی و پیچش و تنش‌های خمشی طراحی شده‌اند.
شکل ۶: خواص مواد و نقش آن‌ها در سیستم‌های نمای معلق.
روش‌های عملکردی، سازه‌ای و ساخت قاب و ابزارهای معلق
سیستم تعلیق
یکی از جنبه‌های حیاتی نمای معلق، سیستم تعلیق است که وزن شیشه را به طور یکنواخت توزیع می‌کند، حتی در صورت خرابی یک ماژول. از فنرهای مارپیچی (Helical Springs) برای آویزان شدن مستقل نما و حفظ پایداری در برابر بارهای متغیر استفاده می‌شود.
ساخت پوسته از شیشه تک سکوریت (Toughened Glass) به وسیله مونتاژ مکانیکی به ابزارهای نقطه‌ای در مجاورت زاویه‌ای شیشه‌ها، با هدف تحمل وزن آن‌ها (به عنوان بار کاملاً عمودی که به سازه ثانویه داخلی منتقل می‌شود)، مقاومت در برابر تنش‌های افقی و پشتیبانی از تغییر شکل‌ها.
اتصالاتی که از لولاهای کروی فولاد ضد زنگ در داخل سوراخ‌های مخروطی شیشه‌های دوجداره تشکیل شده و به چهار براکت هر اتصال “متقاطع” اعمال می‌شود (با قابلیت جذب، با شکاف‌ها و سوراخ‌های خود، تلرانس‌های پردازش شیشه و سازه پشتیبان).
ساخت مسطح پوسته خارجی شیشه‌ها با پشتیبانی از براکت‌های تنظیم‌شده، که از طریق شاخه‌های پروفیل مرتبط تا سازه ثانویه باربر مونتاژ می‌شوند و ابزارهای اتصال نقطه‌ای (نوع روتول) را در خود جای می‌دهند.
BDP، فروشگاه مارکس و اسپنسر، منچستر
فروشگاه مارکس و اسپنسر، منچسترشکل ۷:
سازه اصلی باربر
سازه اصلی باربر از پروفیل‌های فولادی عمودی تشکیل شده است که گاهی اوقات با سازه‌های مشبکی (Grid Structures) تقویت می‌شوند. این پروفیل‌ها از اسپیسرهای عرضی (Transverse Spacers) و مهاربندهای متقاطع فولاد ضد زنگ (Stainless Steel Cross Braces) که به نقاط اتصال متصل می‌شوند، پشتیبانی می‌کنند و پایداری کلی سیستم را تضمین می‌کنند.
اتصالات قابل تنظیم
برای جبران اختلافات ابعادی و اطمینان از هم‌ترازی صفحه‌ای، از اتصالات قابل تنظیم استفاده می‌شود. این لوازم جانبی خاص شامل براکت‌ها (Brackets) و پروفیل‌های لوله‌ای (Tubular Profiles) ساخته‌شده از آلومینیوم و فولاد ضد زنگ هستند که امکان تنظیمات دقیق را فراهم می‌کنند.
Stelmach & Partners, CSK, Centrum Spotkania Kultur (“مرکز دیدار فرهنگ‌ها”)، لوبلین:
استفاده از سیستم نمایه‌ای که بر اساس چیدمان سری پروفیل‌های فولادی به عنوان پایه برای مونتاژ براکت‌های زاویه‌ای فولادی تنظیم شده است: این براکت‌ها برای ایجاد نقاط اتصال به پین‌های انتهایی طناب‌هایی که سازه کششی را تشکیل می‌دهند، مطابق با چیدمان سوراخ‌ها و اتصالات نقطه‌ای از تیرها در نظر گرفته شده‌اند.
تنظیم در محل قطعات فولادی که از براکت‌ها بیرون زده‌اند برای پشتیبانی از فاصله‌گذارها برای اتصال مکانیکی ابزارهای اتصال.
توسعه طناب مفصلی با توجه به پیشرفت‌های خطی عمودی (داخلی و خارجی) و مورب، مطابق با عبور از طریق دستگاه‌های هدایت‌کننده یا اتصال به فلنج‌های متصل به براکت‌های فولادی افقی.
Stelmach & Partners, CSK, Centrum Spotkania Kultur (“Centre for Encountering Cultures”), Lublin.
شکل ۸: نمونه‌های کاربرد ابزارهای اتصال نقطه‌ای
سازه‌های ارتفاع بلند
برای سازه‌هایی که ارتفاع قابل توجهی دارند، از دستگاه‌های مهاربندی (Bracing Apparatuses) اضافی برای تنظیم بارها استفاده می‌شود. اسپیسرها و کابل‌های تنش‌دهنده (Tensor Cables) به متقاطع‌ها و قاب اصلی متصل می‌شوند و پایداری نما و توزیع یکنواخت بار را تضمین می‌کنند.
مرحله اجرایی تنظیم سازه کششی کابل‌های طولی و متقاطع با فاصله‌گذارهای میانی.
شکل ۹: دستگاه مهاربندی برای سازه‌های ارتفاع بلند.
نتیجه‌گیری
سیستم‌های نمای معلق، اوج مهندسی معماری را نشان می‌دهند و شفافیت، انعطاف‌پذیری و پایداری سازه‌ای را به هم می‌آمیزند. این سیستم‌ها با استفاده از اجزای مهندسی‌شده با دقت و درک عمیق از خواص مواد و دینامیک بار، نمای‌هایی بصری خیره کننده ایجاد می‌کنند که هم کاربردی و هم انعطاف‌پذیر هستند. مکانیزم‌های دقیق ابزارهای اتصال، فرآیندهای مونتاژ و سازه‌های باربر، پیچیدگی و نوآوری ذاتی در نمای معلق را برجسته می‌کنند و آن‌ها را به گواه توانایی معماری مدرن تبدیل می‌کنند.
شکل 01: نمای نهایی یک سیستم نمای معلق تکمیل‌شده.
این راهنمای جامع، جنبه‌های کلیدی سیستم‌های نمای معلق را از پیکربندی‌های مکانیکی تا رویه‌های سازه‌ای آن‌ها شرح داده است. با گنجاندن تصاویر و توضیحات دقیق، امیدواریم درک روشنی از پیچیدگی‌های فرآیند طراحی و ساخت این راه‌حل‌های معماری پیشرفته ارائه داده باشیم.
The Intricacies of Suspended Façade Systems: A Comprehensive Guide
Introduction
The suspended façade system, also known as the structural glass façade, suspended curtain wall, or point-fixed curtain wall, is a sophisticated architectural solution that combines aesthetics with functionality. Characterized by the use of glass enclosures mounted via point-fixing devices to a steel cable frame, this system offers a seamless, transparent appearance while ensuring structural stability. This article delves into the geometric, executive, and connective configurations of suspended façade systems, providing a detailed overview of their mechanics, assembly, and structural integrity.
The Geometrical, Executive, and Connective Configuration of the Suspended Façade Framing and Joints
Mechanics of Fixing Devices
Suspended façades rely on precision-engineered fixing devices to connect glass panes to the supporting structure. These devices, typically bolts or rotulles, are crucial for absorbing various stresses, including weight, wind loads, and thermal expansion. Each device consists of a rotating sphere housed within soft aluminum cavities and joints, designed to accommodate the movements of the steel cables to which they are attached. This design ensures the system’s flexibility and longevity.
Figure 1: Illustration of fixing devices used in suspended façades.
Transparency and Load Distribution
A key feature of suspended façades is their ability to maintain completely transparent surfaces without visible profiles. This transparency is achieved by applying fixing devices to pre-drilled holes in the glass panes or through holding elements that eliminate the need for traditional rotulles.
Assembly Process
The assembly of suspended façades involves a meticulous process where glass panels are fitted with rotulles and secured in place. This connection method typically includes the insertion of bushings to prevent direct metal-to-glass contact, thereby avoiding stress concentrations that could lead to fractures. Rotulles are fixed using bolts, ensuring both stability and the necessary flexibility to handle structural movements.
Figure 2: Detailed view of the assembly process using rotulles.
Types of Holes and Assembly
Single glass panes can feature smooth or threaded holes to accommodate fixing bolts or rotulles. In the case of double-glazing sheets, countersinks are used to house threaded screws while maintaining insulation through sealed spacers.
Suspension and Movement Absorption
Suspended façades are designed to absorb movements and stresses efficiently. Glass panes are typically suspended at their upper fixing points to bear their weight, while lower points absorb movements caused by external forces. Oscillating bearings ensure a stress-free suspension, allowing the system to adapt to dynamic loads.
Figure 3: Examples of hole types and assembly methods for fixing devices.
Edge Connections
To prevent direct contact between glass and the supporting structure, metal supports are employed at the corners. This approach allows the glass panes to follow natural bending lines, distributing stresses more evenly and enhancing durability.
Tempered Glass Characteristics
Tempered glass is a fundamental component of suspended façades due to its increased strength. The tempering process, which involves heating and rapid cooling, imparts the glass with the ability to withstand significant tensile stress, making it ideal for suspended applications.
Figure 4: Characteristics and benefits of tempered glass.
Load Transfer and Drilling
Horizontal stresses are transferred to the bracing structure through fixing devices and connecting rods. Glass modules are drilled at the corners to accommodate fixing devices, ensuring uniform stress distribution and preventing micro-fractures.
Articulated Bolt Composition
Fixing blocks in suspended façades feature “H” or “X” configurations, designed to accommodate differential movement while providing secure connections. This design ensures that glass panes can move and rotate freely, responding to structural movements without compromising stability.
Figure 5: Composition of articulated bolts used in suspended façades.
Material Characteristics
The rigidity of glass modules necessitates careful consideration of material properties. Steel elements are favored for their plastic nature and precision, while thermoplastic and aluminum elements prevent slippage and ensure secure connections.
Figure 6: Material properties and their roles in suspended façade systems.
The Functional, Structural, and Constructive Procedures of the Suspending Framing and Devices
Suspension System
A critical aspect of suspended façades is the suspension system, which distributes the weight of the glass evenly, even in the event of a module failure. Helical springs are employed to allow the façade to hang independently, maintaining stability under varying loads.
Figure 7: Helical springs used in the suspension system.
Main Load-Bearing Structure
The primary load-bearing structure consists of vertical steel profiles, sometimes reinforced with grid structures. These profiles support transverse spacers and stainless steel cross braces, which connect to the fixing points, ensuring the system’s overall stability.
Adjustable Connections
To accommodate dimensional differences and ensure planar alignment, adjustable connections are utilized. These special accessories include brackets and tubular profiles made from aluminum and stainless steel, allowing for precise adjustments.
Figure 8: Adjustable connections for dimensional compensation.
Extended Height Structures
For structures extending over significant heights, additional bracing apparatuses are included to regulate loads. Spacers and tensor cables connect to the crosses and the main frame, ensuring the façade’s stability and uniform load distribution.
Figure 9: Bracing apparatus for extended height structures.
Conclusion
Suspended façade systems represent a pinnacle of architectural engineering, combining transparency, flexibility, and structural integrity. Through precision-engineered components and a thorough understanding of material properties and load dynamics, these systems create visually stunning façades that are both functional and resilient. The detailed mechanisms of fixing devices, assembly processes, and load-bearing structures underscore the complexity and innovation inherent in suspended façades, making them a testament to modern architectural prowess.
Figure 10: The final appearance of a completed suspended façade system.
This comprehensive guide has outlined the key aspects of suspended façade systems, from their mechanical configurations to their structural procedures. By incorporating images and detailed explanations, we hope to have provided a clear understanding of the intricacies involved in designing and constructing these advanced architectural solutions.
