به نام خدا
عنوان:
طراحی و ساختار سازه فضا کار
پاییز 96
فهرست
مقدمه 19
تاریخچه: 19
کاربرد: 20
انواع: 20
سازه های فضاکار به دو روش تقیسم می شوند 20
اجزای تشکیل دهنده: 21
• تکیه گاه ها 21
بررسی کلی 22
مزایا 22
کاربرد 24
شبکه های دو لایه 25
شبکه های سه لایه 25
سازه های چلیکی 25
سازه های گنبدی 25
سازه های تاشو 25
سازه های بادشو 25
سازه های ماهواره ایی 26
سازه های فضاکار از لحاظ مصالح 26
سازه های فضاکار فولادی 26
سازه های فضاکار آلومینیومی 26
اجزای تشکیل دهنده 26
روش های طراحی 27
مراحل اجرای پروژه ها 27
روش های نصب 28
مدل سازی سازه 28
مقدمه
یک قاب فضایی یا سازه فضایی، عبارت است از سازه ای که از اجزای خرپا مانند سبک و محکم تشکیل شده از پایه هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرار گرفته اند. قاب های فضایی برای پوشش دادن دهانه هایی که تکیه گاه کم تعدادی دارند به کار گرفته می شوند. چون در قاب های فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می شود، لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب های فضایی می شود.
گاهی از سازه های فضاکار در ساخت موتور سیکلت و وسایل حمل و نقل نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
سازه فضاکار یک سیستم خرپا سه بعدی می باشد که دهانه های آن در دو جهت گسترش پیدا کرده اند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه ها از مدول های یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین (مشابه میله های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می شوند. سازه فضاکار، به مجموعه سازه های مشابهی گفته می شود که شامل شبکه ها، طاق ها، برج ها، شبکه های کابلی، سیستم های پوسته ای و غشایی، سازه های تا شونده و ترکیبات کش بستی می شود. این تعریف، یک تعریف ریخت شناسانه از سازه های فضا کار است.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به جای سازه فضاکار بکار می رود که این دو اصطلاح از لحاظ کلمه ای مترادفند؛ ولی از لحاظ معنا و مفهوم با هم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه ای گفته می شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورد استفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.
تاریخچه:
به عنوان قدیمی ترین ساخت ها برای سازه های فضاکار می توان از داربست هایی که برای نگهداری چادرهای انسان های آغازین بکار می رفت نام برد. از جمله قدیمی ترین چادرهای انسان های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف شده بود می توان اشاره کرد. کاربرد سازه های شبکه ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن های تجمع، آمفی تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه گر می باشد.
اولین شبکه چند لایه توسط الکساندر گراهام بل درسال ۱۹۰۶ برای کایت پرواز ساخته شد. در این شبکه طول اعضاء یکسان، اتصالات ساده بود. او اولین مهندسی است که حدود ۹۰ سال پیش نشان داد که می توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه ای در کنار هم سازه هایی محکم و سبک ساخت. می توان گفت کاربرد عملی و توسعه یا فته سازه های فضاکار و طراحی اصولی این گونه سازه ها از سال ۱۹۵۰ شروع شده است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آن ها موجود است مجذوب این گروه از سازه ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم ها آغاز گردید.
کاربرد:
قاب های فضایی در ساختمان های امروزی کاربرد زیادی دارند. این نوع از قاب ها بیشتر در سقف هایی با دهانه های بزرگ در ساختمان های مدرن تجاری و صنعتی دیده می شوند.
سیستم های سازه های فضاکار در سازه هایی که در آن ها احتیاج به پوشش دهانه های بزرگ و بدون ستون است از قبیل:
آشیانه هواپیماها، سالنهای کارخانه ها، پوشش استادیوم های ورزشی، باشگاه های ورزشی، پارکینگ های طبقاتی، مراکز فرهنگی وتفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)، ایستگاههای راه آهن، ترمینال ها و اهداف بسیار دیگربکار می رود. سیستم های سازه های فضاکار در سازه هایی چون دکل های انتقال نیرو، برج های مخابراتی، برج های ذخیره آب، بشقاب های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.
انواع:
سازه های فضاکار به دو روش تقیسم می شوند:
• انواع سازه های فضاکار از نظر مصالح
• انواع سازه های فضاکار از نظر ساختار
سازه های فضاکار از نظر مصالح:
• سازه های فضاکار فولادی:
فولاد پر کاربردترین ماده در ساخت سازه های فضاکار به شمار می رود. شاید مهمترین علت آن سختی و جوش پذیری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگیهای مفید فولاد، تنوع پروفیلهای فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.
• سازه های فضاکار آلومینیومی:
یکی از مصالحی که اکنون مورد توجه قرار گرفته است، آلومینیوم است. از ویژگی های بارز آلومینیوم می توان به وزن کم آن اشاره نمود. به صورتی که وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. در نهایت آلومینیوم هنوز گرانتر از فولاد است.
• سازه های فضاکار چوبی:
چوب به عنوان یک ماده اولیه در قرون وسطی جهت پوشش سقف بکار می رفت. استفاده از چوب های ورقه ای جهت ساخت این سازه ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه ها قرار داد. گنبدهای چوبی در پوشش سالن های مدارس و سالنهای ورزشی بسیار متداول است.
اجزای تشکیل دهنده:
• گره ها:
شاید می توان گفت که اصلی ترین قسمت در سازه های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آن ها می باشد. پیونده مرو با قابلیت ۱۸ اتصال
• اعضاء:
بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می دهند. این اعضا در سازه های فضاکار، پروفیل هایی در اندازه و مقاطع مختلف می باشند. بیشترین مقاطع بکار رفته در سازه های فضاکار مقطع دایره ای، به صورت توپر یا توخالی ومقاطع نبشی یا قوطی است.
• تکیه گاه ها:
شکل و موقعیت تکیه گاه ها در سازه های فضاکار، تاثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آن ها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه گاه ها در این سیستم ها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه گا ه ها به پی منتقل می گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه گاه را پروفیل های تو پر و سنگین تشکیل می دهند.
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته اند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه ها از مدول های یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین (مشابه میله های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می گردند. سازه فضاکار، به مجموعه سازه های مشابهی اطلاق می شود که شامل شبکه ها، طاقها، برجها، شبکه های کابلی، سیستمهای پوسته ای و غشایی، سازه های تا شونده و ترکیبات کش بستی می شود. این تعریف، یک تعریف ریخت شناسانه از سازه های فضا کار است.
یک قاب فضایی یا سازهٔ فضایی، عبارت است از سازه ای که از اجزای خرپامانند سبک و محکم تشکیل شده از پایه هایی که در یک الگویهندسی در کنار هم قرار گرفته اند. قاب های فضایی برای پوشش دادن دهانه هایی که تکیه گاه کم تعدادی دارند به کار می روند. چون در قاب های فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می شود، لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب های فضایی می شود.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به جای سازه فضاکار بکار می رودکه این دو اصطلاح از لحاظ کلمه ای مترادفند؛ ولی از لحاظ معنا و مفهوم با هم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه ای اطلاق می شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورد استفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.
بررسی کلی
یک قاب فضایی ساده
ساده ترین نوع قاب های فضایی به این گونه است که هرم هایی با سقف تخت و با استفاده از میله های آلومینیومی یا فولادی میله ای شکل ساخته شوند. در بیشتر مواقع، این نوع از قاب ها شبیه به بازوی متحرک افقی یک جرثقیل برجی است که در کنار هم قرار گرفته اند. نوع دیگر قاب های فضایی که دارای استحکام بیشتری نیز هست، به صورت هرم های چهار وجهی به هم پیوسته اجرا می شوند. در این حالت، همهٔ اعضای محوری قاب، دارای طول یکسانی هستند. از نظر فنی، این نوع از قاب فضایی، مانند یک شبکهٔ برداری یا یک خرپای هشت گانه است. در انواع دیگر قاب ها نیز، با تغییر دادن طول اعضای محوری، شکل کلی سازه به صورت انحناء یا اشکال هندسی دیگر تغییر می یابد.
به عنوان قدیمی ترین ساخت ها برای سازه های فضاکار می توان از داربست هایی که جهت نگهداری چادرهای انسانهای اولیه بکارمی رفت نام برد. از جمله قدیمی ترین چادرهای انسان های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف شده بود می توان اشاره کرد. کاربرد سازه های شبکه ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن های تجمع، آمفی تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه گر است.
اولین شبکه چند لایه توسط الکساندر گراهام بل درسال ۱۹۰۶ برای کایت پرواز ساخته شد. در این شبکه طول اعضاء یکسان، اتصالات ساده بود. او اولین مهندسی است که حدود ۹۰ سال پیش نشان داد که می توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه ای در کنار هم سازه هایی محکم و سبک ساخت. می توان گفت کاربرد عملی وتوسعه یا فته سازه های فضاکار و طراحی اصولی این گونه سازه ها از سال ۱۹۵۰ شروع شده است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آنها موجود است مجذوب این گروه از سازه ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم ها آغاز گردید.
مزایا
سازه های فضاکار مزیت هایی دارند که در ذیل به آنها اشاره می کنیم:
* زیبایی:
طراحی اجزاء سازه ای در این سیستم به گونه ای است که سیستم اجرا شده از چنان زیبایی برخوردار است که در اکثر پروژ ه های اجرا شده، سازه بصورت نمایان باقی می ماند، حتی در بسیاری از موارد جهت نماسازی ها از این سیستم استفاده می گردد.
* امکان همزمانی اجرای سازه فضایی با عملیات ساختمانی دیگر از آنجایی که روش های مختلفی برای بافت در این سیستم وجود دارد، امکان همزمانی اجرای این سیستم با دیگر فعالیت های ساختمانی بطور همزمان و بدون مزاحمت وجود خواهد داشت.
* عبور تاسیسات از داخل سازه اجرا شده:
فضای موجود بین لایه های سازه فضایی اجرا شده محل مناسبی را جهت عبور تاسیسات برقی و مکانیکی که می بایستی در سطح سالن پراکنده شود فراهم می سازد با این مزیت که این تاسیسات از حداقل دید برخوردار می باشد و هم چنین اتصال این قطعات و قطعات الحاقی دیگر نظیر تابلوها، نور افکن ها و … به راحتی و در تمامی سطح ایجاد شده وجود خواهد داشت.
* عدم استفاده از عملیات جوشکاری در هنگام نصب
بواسطه پیش ساخته سازی اجزای سازه در کارخانه و پیچ و مهره ای بودن کلیه اتصالات هیچگونه عملیات جوشکاری در هنگام مونتاژ و نصب سازه بر روی قطعات انجام نمی پذیرد.
* سبک بودن
علیرغم انچه که از شکل ظاهری این سستم به نظر می آید سازه اجرا شده بسیار سبک می باشد بطوریکه در مقایسه با دیگر سازه های ساختمانی در شرایط مساوی ترجیح داده می شود و از این سیستم در اضافه اشکوب ها و در زمین های با مقاومت خاک پایین استفاده فراوانی صورت می گیرد.
* سرعت
استفاده از نرم افزارهای مختلف کامپیوتری و هم چنین نرم افزارهای خاص این سیستم که توسط متخصصین این شرکت طراحی وآماده شده است در مرحله طراحی استفاده از ماشین آلات اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در تولید قعات در مرحله تولید و روش های متعددی که در زمان اجرای سازه فضایی توسط نیروهای مجرب این شرکت بکار گرفته می شود.
* هزینه پایین در دهانه های بزرگ
ارزان تر بودن این سیستم در مقایسه با سایر سیستم های سازه ای به خصوص در سالن های با دهانه بالا این سیستم را تبدیل به تنها گزینه ای نموده که با توجه به سایر مزیت های آن دارای توجیه اقتصادی می باشد.
* امکان بازکردن و بستن مجدد سازه
از آنجایی که رد طول عملیات نصب سازه هیچگونه عملیات جوشکاری صورت نمی گیرد و کلیه اتصالات در سازه اصلی وقطعات الحاقی بصورت پیچ و مهره ای صورت می گیرد لذا سازه اجرا شده این قابلیت را دارا می باشد که بطور کامل مونتاژ گردد و در محل دیگر به همان شکل دیگری تنها با تغییرات اندکی در قطعات سازه ای نصب شود.
* تولید قطعات در کارخانه
ساخت و تولید قطعات سازه در کارخانه، کنترل کیفیت و دقت بسیار بالایی را موجب خواهد شد که این امر خود دقت وکیفیت بالا در کل سازه اجرا شده را به همراه خواهد داشت.
* تغییر در فضای ایجاد شده
به واسطه قابلیت خاصی که این سیستم سازه ای دارا می باشد کاهش یا افزایش سطح سازه فضایی اجرا شده از هر طرف و به هر شکل تغییر محل تکیه گاهها با حفظ سازه قبلی با رعایت نکات طراحی به راحتی امکان پذیر می باشد که این مطلب امکان فوق العاده ای را در سالن های تجاری و صنعتی جهت طرح های توسعه ایجاد می نماید که از این نظر با هیچ نوع از سازه های دیگر قابل مقایسه نیست.
* ضریب ایمنی بالا
درجه نامعینی بالای این سیستم، ژیچ و مهره ای بودن اتصالات و سهولت کنترل کیفیت قطعات و اتصالات و ساخت کارخانه ای قطعات بصورت پیش ساخته عواملی است که ضریب اطمینان و ایمنی سازه را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهد.
* ایجاد سقف افقی در فضایی داخلی
ایجاد سقف افقی در داخل سالن ها از دیگر مزیت این سیستم می باشد که علاوه بر زیبایی نسبت به سیستم هایی نظیر سوله در مصرف انرژی جهت گرمایش و سرمایش فضای داخل حداکثر صرفه جویی را موجب می گردد.
کاربرد
قاب های فضایی در ساختمان های مدرن کاربرد فراوانی دارند. این نوع از قاب ها بیشتر در سقف هایی با دهانه های بزرگ در ساختمان های مدرن تجاری و صنعتی دیده می شوند.
سیستم های سازه های فضاکار در سازه هایی که در آنها احتیاج به پوشش دهانه های بزرگ و بدون ستون است از قبیل:
آشیانه هواپیماها، سالنهای کارخانه ها، پوشش استادیوم های ورزشی، باشگاه های ورزشی، پارکینگ های طبقاتی، مراکز فرهنگی وتفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)، ایستگاههای راه آهن، ترمینال ها و اهداف بسیار دیگربکار می رود. سیستم های سازه های فضاکار در سازه هایی چون دکل های انتقال نیرو، برج های مخابراتی، برج های ذخیره آب، بشقاب های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.
شبکه های دو لایه
شبکه های دو لایه یکی از مهمترین و متداول ترین انواع سازه های فضاکار به شمارمی روند. این نوع سازها از دو صفحه عناصر که این دو صفحه که با یکدیگر موازی و توسط عناصر میانی به یکدیگر متصل اند تشکیل شده است.
شبکه های سه لایه
شبکه های سه لایه از دو صفحه بالا و پایین و یک صفحه میانی تشکیل شده اند که هر یک از صفحات بالا و پایین توسط اعضای میانی به صفحه میانی متصلند. این شبکه ها در مواقعی به کار می روند که سازه دارای دهانه خیلی بزرگی باشد و ارتفاع شبکه دو لایه جوابگوی قیود آن نباشد. به عنوان مثال:ایستگاه راه آهن جمهوری اسلامی ایران – تهران، نماز جمعه تهران – دانشگاه تهران[۵]
سازه های چلیکی
اگر شبکه ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه های چلیکی نامیده می شود. این بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی شکل بکاربرده می شوند.
سازه های گنبدی
در صورتی که شبکه ای در دو جهت دارای انحناء باشد، سازه گنبدی نامیده می شود. در ساخت گنبدها سعی بر آن است که اعضا دارای یک اندازه باشد اما به هر حال تعداد انواع اعضا زیاد خواهد بود. برای ایجاد ساختار گنبدی کافی است یک شبکه را (به هر شکل دلخواه) روی یک کره تصویر نمود.
سازه های تاشو
این نوع سازه ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند و کاربرد عمده آنها در مکانهایی است که به دلیل محدودیتهای جوی، مکانی، زمانی ومصالح، ساخت دیگر سازه ها امکانپذیر نباشد. سازه های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرکها، نمایشگاه ها ومناطق سیل و زلزله زده بکار می رود.
سازه های بادشو
سازه هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی یا پلاستیکی ساخته می شوند و در مواقع استفاده با پمپ باد می شوند.
سازه های ماهواره ایی
سازه هایی هستند که به صورت خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می شوند و کاربرد آنها درسازه های ماهواره ای، خطوط انتقال نیرو وبرج های مخابراتی است.
سازه های پل های فضاکار
پل هایی هستند که از خر پاهای مرکب فضایی ساخته می شوند. این نوع پل ها برای دهانه های بزرگ بعد از پل های کابلی در درجه اهمیت اند.
سازه های فضاکار از لحاظ مصالح
سازه های فضاکار فولادی
فولاد پر کاربردترین ماده در ساخت سازه های فضاکار به شمار می رود. شاید مهمترین علت آن سختی و جوش پذیری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگیهای مفید فولاد، تنوع پروفیلهای فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.
سازه های فضاکار آلومینیومی
یکی از مصالحی که اکنون مورد توجه قرار گرفته است، آلومینیوم می باشد. از مزیتهای بارز آلومینیوم می توان به سبک بودن آن اشاره نمود. بطوریکه وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. در نهایت آلومینیوم هنوز گرانتر از فولاد است.
سازه های فضاکار چوبی
چوب به عنوان یک ماده اولیه در قرون وسطی جهت پوشش سقف بکار می رفت. استفاده از چوب های ورقه ای جهت ساخت این سازه ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه ها قرار داد. گنبدهای چوبی در پوشش سالنهای مدارس و سالنهای ورزشی بسیار متداول است.
اجزای تشکیل دهنده
گره ها (پیونده ها)
شاید می توان گفت که مهمترین قسمت در سازه های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آنها می باشد. پیونده مرو با قابلیت ۱۸ اتصال
اعضاء
بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می دهند. این اعضا در سازه های فضاکار، پروفیلهایی در اندازه و مقاطع مختلف می باشند. عمده ترین مقاطع بکار رفته در سازه های فضاکار مقطع دایره ای، به صورت توپر یا توخا لی ومقاطع نبشی یا قوطی است.
تکیه گاه ها
شکل و موقعیت تکیه گاه ها در سازه های فضاکار، تاثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آنها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه گاه ها در این سیستمها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه گا ه ها به پی منتقل می گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه گاه را پروفیلهای تو پر و سنگین تشکیل می دهند.
روش های طراحی
در صورتی که بار به گره آبی رنگ اعمال شده و عضو سرخ رنگ وجود نداشت، آنگاه رفتار سازه کاملاً به سختی خمشی گره آبی بستگی داشت. اما اگر عضو قرمز رنگ را در نظر گرفته و از سختی خمشی گره آبی و سختی عضو قرمز صرف نظر کنیم، در این حال، می توان این سیستم را با استفاده از ماتریس سختی و بدون درنظر گرفتن تغییرات زاویه ای محاسبه کرد.
قاب های فضایی معمولاً با استفاده از ماتریس سختی، طراحی می شوند. ویژگی ماتریس سختی، مستقل بودن آن نسبت به تغییرات زاویه ای است. اگر مفصل ها به حد کافی محکم و سخت باشند، برای سادگی در محاسبات، می توان از تغییرات زاویه ای صرف نظر کرد.
مراحل اجرای پروژه ها
1. طراحی
2. محاسبات
3. تولید هموندها
4. رنگ آمیزی هموندها
5. ستون گذاری
6. بافت سازه فضاکار
7. نصب سازه فضاکار
8. نصب پوشانه
روش های نصب
* گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه به صورت یکجا، سپس نصب آن محل دائمی.
* گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه در بخش های کوچک بر روی زمین سپس بالا بردن آنها تا موقعیت نهایی و نصب روی تکیه گاه دائمی.
* گسترش و تثبیت اعضای سازه قطعات بزرگتر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آنها در هوا به قسمت هایی از سازه که قبلاً نصب شده اند.
* گسترش و تثبیت اعضای سازه به صورت یکجا بر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آن در محل دائمی.
از روش های یاد شده روش اول به دلیل وزن سازه و دشواری عملیات نصب اجزا در ارتفاع بلند کمترین کاربرد را در میان سایرین ارد.
مدل سازی سازه
امروزه در کشورهای صنعتی و پیشرفته با تعریف کاتالوگ محصولات از فولاد و بتن تا سنگ نما در نرم افزارهای مدل سازی اطلاعات ساختمان BIM سازنده،طراح و مالک به سادگی در مراحل ابتدایی با انتخاب محصول مشخص شده و جایگذاری آن در مدل با خصوصیات و رفتار ناشی از قرارگیری هر المان در ساختمان آشنا شده و میتواند به صرفه ترین انتخاب از لحاظ اقتصای،انرژی و مقاومت را انجام دهد.
سازه فضاکار چیست؟
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته اند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه ها از مدول های یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین (مشابه میله های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می گردند. سازه فضاکار، به مجموعه سازه های مشابهی اطلاق می شود که شامل شبکه ها، طاقها، برجها، شبکه های کابلی، سیستمهای پوسته ای و غشایی، سازه های تا شونده و ترکیبات کش بستی می شود.
یک قاب فضایی یا سازهٔ فضایی، عبارت است از سازه ای که از اجزای خرپامانند سبک و محکم تشکیل شده از پایه هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرار گرفته اند. قاب های فضایی برای پوشش دادن دهانه هایی که تکیه گاه کم تعدادی دارند به کار می روند. چون در قاب های فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می شود، لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب های فضایی می شود.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به جای سازه فضاکار بکار می رودکه این دو اصطلاح از لحاظ کلمه ای مترادفند؛ ولی از لحاظ معنا و مفهوم با هم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه ای اطلاق می شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورد استفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.
بررسی کلی سازه های فضاکار:
ساده ترین نوع قاب های فضایی به این گونه است که هرم هایی با سقف تخت و با استفاده از میله های آلومینیومی و یا فولادی میله ای شکل ساخته شوند. در بیشتر مواقع، این نوع از قاب ها شبیه به بازوی متحرک افقی یک جرثقیل برجی است که در کنار هم قرار گرفته اند. نوع دیگر قاب های فضایی که دارای استحکام بیشتری نیز هست، به صورت هرم های چهاروجهی به هم پیوسته اجرا می شوند. در این حالت، همهٔ اعضای محوری قاب، دارای طول یکسانی هستند. از نظر فنی، این نوع از قاب فضایی، مانند یک شبکهٔ برداری و یا یک خرپای هشت گانه است. در انواع دیگر قاب ها نیز، با تغییر دادن طول اعضای محوری، شکل کلی سازه به صورت انحناء یا اشکال هندسی دیگر تغییر می یابد.
به عنوان قدیمی ترین ساخت ها برای سازه های فضاکار می توان از داربست هایی که جهت نگهداری چادرهای انسانهای اولیه بکارمی رفت نام برد. از جمله قدیمی ترین چادرهای انسان های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف شده بود می توان اشاره کرد. کاربرد سازه های شبکه ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن های تجمع، آمفی تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه گر است.
اولین شبکه چند لایه توسط الکساندر گراهام بل درسال ۱۹۰۶ برای کایت پرواز ساخته شد. در این شبکه طول اعضاء یکسان، اتصالات ساده بود. او اولین مهندسی است که حدود ۹۰ سال پیش نشان داد که می توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه ای در کنار هم سازه هایی محکم و سبک ساخت. می توان گفت کاربرد عملی وتوسعه یا فته سازه های فضاکار و طراحی اصولی این گونه سازه ها از سال ۱۹۵۰ شروع شده است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آنها موجود است مجذوب این گروه از سازه ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم ها آغاز گردید.
مزایای سازه فضاکار:
سازه های فضاکار مزیت هایی دارند که در ذیل به آنها اشاره می کنیم:
* زیبایی:
طراحی اجزاء سازه ای در این سیستم به گونه ای است که سیستم اجرا شده از چنان زیبایی برخوردار است که در اکثر پروژ ه های اجرا شده، سازه بصورت نمایان باقی می ماند، حتی در بسیاری از موارد جهت نماسازی ها از این سیستم استفاده می گردد.
* امکان همزمانی اجرای سازه فضایی با عملیات ساختمانی دیگر از آنجایی که روش های مختلفی برای بافت در این سیستم وجود دارد، امکان همزمانی اجرای این سیستم با دیگر فعالیت های ساختمانی بطور همزمان و بدون مزاحمت وجود خواهد داشت.
* عبور تاسیسات از داخل سازه اجرا شده:
فضای موجود بین لایه های سازه فضایی اجرا شده محل مناسبی را جهت عبور تاسیسات برقی و مکانیکی که می بایستی در سطح سالن پراکنده شود فراهم می سازد با این مزیت که این تاسیسات از حداقل دید برخوردار می باشد و هم چنین اتصال این قطعات و قطعات الحاقی دیگر نظیر تابلوها، نور افکن ها و … به راحتی و در تمامی سطح ایجاد شده وجود خواهد داشت.
* عدم استفاده از عملیات جوشکاری در هنگام نصب
بواسطه پیش ساخته سازی اجزای سازه در کارخانه و پیچ و مهره ای بودن کلیه اتصالات هیچگونه عملیات جوشکاری در هنگام مونتاژ و نصب سازه بر روی قطعات انجام نمی پذیرد.
* سبک بودن
علیرغم انچه که از شکل ظاهری این سستم به نظر می آید سازه اجرا شده بسیار سبک می باشد بطوریکه در مقایسه با دیگر سازه های ساختمانی در شرایط مساوی ترجیح داده می شود و از این سیستم در اضافه اشکوب ها و در زمین های با مقاومت خاک پایین استفاده فراوانی صورت می گیرد.
* سرعت
استفاده از نرم افزارهای مختلف کامپیوتری و هم چنین نرم افزارهای خاص این سیستم که توسط متخصصین این شرکت طراحی وآماده شده است در مرحله طراحی استفاده از ماشین آلات اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در تولید قعات در مرحله تولید و روش های متعددی که در زمان اجرای سازه فضایی توسط نیروهای مجرب این شرکت بکار گرفته می شود.
* هزینه پایین در دهانه های بزرگ
ارزان تر بودن این سیستم در مقایسه با سایر سیستم های سازه ای به خصوص در سالن های با دهانه بالا این سیستم را تبدیل به تنها گزینه ای نموده که با توجه به سایر مزیت های آن دارای توجیه اقتصادی می باشد.
* امکان بازکردن و بستن مجدد سازه
از آنجایی که رد طول عملیات نصب سازه هیچگونه عملیات جوشکاری صورت نمی گیرد و کلیه اتصالات در سازه اصلی وقطعات الحاقی بصورت پیچ و مهره ای صورت می گیرد لذا سازه اجرا شده این قابلیت را دارا می باشد که بطور کامل مونتاژ گردد و در محل دیگر به همان شکل دیگری تنها با تغییرات اندکی در قطعات سازه ای نصب شود.
* تولید قطعات در کارخانه
ساخت و تولید قطعات سازه در کارخانه، کنترل کیفیت و دقت بسیار بالایی را موجب خواهد شد که این امر خود دقت وکیفیت بالا در کل سازه اجرا شده را به همراه خواهد داشت.
* تغییر در فضای ایجاد شده
به واسطه قابلیت خاصی که این سیستم سازه ای دارا می باشد کاهش و یا افزایش سطح سازه فضایی اجرا شده از هر طرف و به هر شکل تغییر محل تکیه گاهها با حفظ سازه قبلی با رعایت نکات طراحی به راحتی امکان پذیر می باشد که این مطلب امکان فوق العاده ای را در سالن های تجاری و صنعتی جهت طرح های توسعه ایجاد می نماید که از این نظر با هیچ نوع از سازه های دیگر قابل مقایسه نیست.
* ضریب ایمنی بالا
درجه نامعینی بالای این سیستم، ژیچ و مهره ای بودن اتصالات و سهولت کنترل کیفیت قطعات و اتصالات و ساخت کارخانه ای قطعات بصورت پیش ساخته عواملی است که ضریب اطمینان و ایمنی سازه را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهد.
* ایجاد سقف افقی در فضایی داخلی
ایجاد سقف افقی در داخل سالن ها از دیگر مزیت این سیستم می باشد که علاوه بر زیبایی نسبت به سیستم هایی نظیر سوله در مصرف انرژی جهت گرمایش و سرمایش فضای داخل حداکثر صرفه جویی را موجب می گردد.
کاربرد سازه فضاکار:
قاب های فضایی در ساختمان های مدرن کاربرد فراوانی دارند. این نوع از قاب ها بیشتر در سقف هایی با دهانه های بزرگ در ساختمان های مدرن تجاری و صنعتی دیده می شوند.
سیستم های سازه های فضاکار در سازه هایی که در آنها احتیاج به پوشش دهانه های بزرگ و بدون ستون است از قبیل:
آشیانه هواپیماها، سالنهای کارخانه ها، پوشش استادیوم های ورزشی، باشگاه های ورزشی، پارکینگ های طبقاتی، مراکز فرهنگی وتفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)، ایستگاههای راه آهن، ترمینال ها و اهداف بسیار دیگربکار می رود. سیستم های سازه های فضاکار در سازه هایی چون دکل های انتقال نیرو، برج های مخابراتی، برج های ذخیره آب، بشقاب های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.
انواع سازه فضاکار:
سازه های فضاکار به سه روش دسته بندی می شوند:
* انواع سازه های فضاکار از لحاظ کاربرد و نحوه عملکرد
* انواع سازه های فضاکار از لحاظ مصالح
* انواع سازه های فضاکار از لحاظ ساختار
سازه های فضاکار از لحاظ ساختار:
شبکه های فضاکار تخت:
در سازه فضایی ،سازه فضاکار شبکه های تخت به ترکیب یک سیستم یک یا چند وجهی با لایه های واحد شبکه گفته می شود. شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می باشد . شبکه های تخت در سازه فضاکار می توانند دارای یک ، دو یا سه و حتی چند لایه باشند ، ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می گیرند. شبکه های سازه فضایی دو لایه از دو صفحه موازی که بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند. یک نمونه استفاده از این شبکه های سازه فضاکار در آشیانه هواپیما است. زمانی که اعضا در شبکه دو لایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه های سازه های فضاکار را پیوندها تشکیل می دهند این نوع سازه های فضاکار اغلب غیر اقتصادی است. نکته دیگری که در طراحی شبکه های سازه فضاکار دو لایه و اکثر سازه های فضاکار باید در نظرگرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون های سازه فضایی در داخل شبکه قرار می گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه های فضایی در اطراف کنسول داشته باشیم.
سازه های فضاکار چلیکی:
اگر شبکه ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه های چلیکی نامیده می شود. این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است، قرار می گیرند. چلیک ها دارای محور می باشند. اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است. چلیک ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می شوند و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک ها به یکدیگر را بازی می کنند. نکته ای که در طراحی این نوع سازه های فضاکار باید در نظرگرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر و تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد. انواع چلیک ها در سازه فضاکار عبارتند از : چلیک اریبی ،چلیک لملا (lamella) با مقاطع بیضی گونه ،سهمی گون ،هذلولی گون و … در شکل زیر انواع سازه فضاکار چلیکی آورده شده اند.
سازه های فضاکار گنبدی:
در سازه فضاکار اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می شود. شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط با اتصال چندین رویه باشد. گنبدها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود ۲۵۰ متر مورد استفاده قرار می گیرند. ارتفاع گنبد باید بزرگتر از ۱۵% قطر پایه گنبد باشد. گنبدها دارای مرکز هستند. از انواع گنبدها می توان گنبد از نوع دنده ای اشاره کرد که در صورتیکه تعداد دنده ها زیاد باشد باید به مسئله شلوغی اعضا در راس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده های نزدیک راس حذف شود. گنبد دیگری در سازه فضاکار به نام اشفدلر ( مهندس آلمانی ) وجود دارد که تعداد زیادی از این نوع گنبدها بعد از قرن ۱۹ توسط اشفدلر و دیگران ساخته شده است. از ایرادات این گنبد می توان به مسئله شلوغی اعضا در راس اشاره کرد ،که برای حل این مشکل همان راه حل بالا ارائه می شود. نمونه دیگر از گنبدها در سازه فضایی ،گنبد لملا است. این گنبد را می توان به نوعی ترکیبی از یک یا چند حلقه که با یکدیگر متقاطع هستند ،دانست. از نمونه دیگر گنبدها در سازه فضاکار می توان به گنبدهای دیامتیک و گندهای حبابی و ژئودزیک اشاره کرد. اتصالات در گنبدهای دنده ای و اشفدلر حتما صلب هستند. از لحاظ پخش منظم نیرو ،گنبدهای ژئودزیک ،دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند .
سازه های فضاکار تاشو:
این نوع سازه ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند و کاربرد عمده آنها در مکانهایی است که به دلیل محدودیتهای جوی، مکانی، زمانی ومصالح، ساخت دیگر سازه ها امکانپذیر نباشد. سازه های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرکها، نمایشگاه ها ومناطق سیل و زلزله زده بکار می رود.
سازه های فضاکار بادشو:
سازه هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی و یا پلاستیکی ساخته می شوند و در مواقع استفاده با پمپ باد می شوند.
سازه های فضاکار ماهواره ایی:
سازه هایی هستند که به صورت خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می شوند و کاربرد آنها درسازه های ماهواره ای، خطوط انتقال نیرو وبرج های مخابراتی است.
سازه های پل های فضاکار:
پل هایی هستند که از خر پاهای مرکب فضایی ساخته می شوند. این نوع پل ها برای دهانه های بزرگ بعد از پل های کابلی در درجه اهمیت اند.
سازه های فضاکار از لحاظ مصالح:
سازه های فضاکار فولادی:
فولاد پر کاربردترین ماده در ساخت سازه های فضاکار به شمار می رود. شاید مهمترین علت آن سختی و جوش پذ یری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگیهای مفید فولاد، تنوع پروفیلهای فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.
سازه های فضاکار آ لومینیومی:
یکی از مصالحی که اکنون مورد توجه قرار گرفته است، آلومینیوم می باشد. از مزیتهای بارز آلومینیوم می توا ن به سبک بودن آن اشاره نمود. بطوریکه وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. در نهایت آلومینیوم هنوز گرانتر از فولاد است.
سازه های فضاکار چوبی
چوب به عنوان یک ماده اولیه در قرون وسطی جهت پوشش سقف بکار می رفت. استفاده از چوب های ورقه ای جهت ساخت این سازه ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه ها قرار داد. گنبدهای چوبی در پوشش سالنهای مدارس و سالنهای ورزشی بسیار متداول است.
اجزای تشکیل دهنده سازه های فضاکار:
گره ها
شاید می توان گفت که مهمترین قسمت در سازه های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آنها می باشد. پیونده مرو با قابلیت ۱۸ اتصال
اعضاء سازه های فضاکار:
بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می دهند. این اعضا در سازه های فضاکار، پروفیلهایی در اندازه و مقاطع مختلف می باشند. عمده ترین مقاطع بکار رفته در سازه های فضاکار مقطع دایره ای، به صورت توپر یا توخا لی ومقاطع نبشی یا قوطی است.
تکیه گاه های سازه های فضاکار:
شکل و موقعیت تکیه گاه ها در سازه های فضاکار، تاثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آنها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه گاه ها در این سیستمها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه گا ه ها به پی منتقل می گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه گاه را پروفیلهای تو پر و سنگین تشکیل می دهند.
روش های طراحی سازه ای فضاکار:
در صورتی که بار به گره آبی رنگ اعمال شده و عضو سرخ رنگ وجود نداشت، آنگاه رفتار سازه کاملاً به سختی خمشی گره آبی بستگی داشت. اما اگر عضو قرمز رنگ را در نظر گرفته و از سختی خمشی گره آبی و سختی عضو قرمز صرف نظر کنیم، در این حال، می توان این سیستم را با استفاده از ماتریس سختی و بدون درنظر گرفتن تغییرات زاویه ای محاسبه کرد.
قاب های فضایی معمولاً با استفاده از ماتریس سختی، طراحی می شوند. ویژگی ماتریس سختی، مستقل بودن آن نسبت به تغییرات زاویه ای است. اگر مفصل ها به حد کافی محکم و سخت باشند، برای سادگی در محاسبات، می توان از تغییرات زاویه ای صرف نظر کرد.
روش های بافت و نصب سازه های فضاکار:
در روش نصب یکپارچه سازه فضایی ،سازه فضاکار بر روی زمین محل احداث پروژه تراز و به صورت کامل انجام می شود و سپس با استفاده از جرثقیل و یا جک هایی که در زیر سازه قرار گرفته اند ،سازه فضایی به بالا منتقل شده و بر روی ستون ها و یا تکیه گاه ها نصب می گردد. این روش اجرای بافت و نصب سازه با سرعت و دقت بالایی صورت می پذیرد. در روش نصب بلوکی سازه فضایی ، سازه فضاکار به بخش ها و بلوک های مشخص تقسیم می شود . سپس بخش ها و بلوک ها بر روی زمین محل نصب سازه فضایی بافته شده و پس از آن هر یک از آن ها با استفاده از جرثقیل و یا جک به بالا منتقل شده و ضمن تکمیل عملیات چینش و بافت بلوک ها با یکدیگر فرایند نصب سازه فضایی بر روی ستون ها و تکیه گاه ها نیز تکمیل می شود. این روش برای سازه هایی که ابعاد و شکل های هندسی خاص و یا نا منظم دارند مناسب بوده ولی زمان بیشتری را برای عملیات نصب سازه فضایی نیاز خواهیم داشت. در روش نصب واحدی سازه فضایی تعداد ۳ تا ۵ لوله و یک گوی که به آن یک واحد گفته می شود بر روی زمین بافنه و سپس با وسایل انتقال سبک به محل قرار گیری خود در سازه فضایی منتقل و ادامه و تکمیل بافت هر واحد با واحد های قبلی و شبکه سازه فضایی و نصب آن ها بر روی ستون ها و تکیه گاه ها صورت می پذیرد . در روش نصب قطعه ای سازه فضایی ،در زمان اجرای بافت و نصب سازه فضاکار برای جلوگیری از حرکات ارتعاشی و نوسانی و به منظور محدود کردن تغییر شکل شبکه سازه فضایی در حال بافت و نصب در طول محور اصلی سازه فضایی شمع های موقت در سطوح و موقعیت های حامل فشار و باره سازه نصب شده و پس از پایان بافت و نصب سازه شمع ها با رعایت کامل ایمنی و به تدریج از زیر سازه برداشته می شوند تا بار سازه و فشار با یک ضریب مشخص و منطقی به ستون ها و تکیه گاه های اصلی منتقل شده و سقف در حالت هندسی مشخص شده پایدار شود
. امروزه با پیشرفت علوم و تکنولوژی نیازها و خواسته های جدیدی در زمینه مهندسی سازه فلزی رخ نموده و نیز افزایش جمعیت جوامع بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیار پیدا کرده است .در این راستا از اوایل قرن حاضر تعدادی از متخصصین مجذوب قابلیت های منحصر بفرد سازه های فضاکار گشته و پاسخ بسیاری از نیازهای جدید را در این سازه ها جسته اند .
با انتشار این نتایج روز به روز این عرصه با اقبال بیشتری مواجه گردید به گونه ای که با گذشت چندین دهه هنوز هم مطالعه سازه های فضاکار در کانون تحقیقات متخصصین و دانشجویان قرار دارد. سازه فضاکار عبارتست از سیستم های اسکلت فلزی که از بافت تعداد زیادی المان یا مدول با شکلهای استاندارد به یکدیگر تشکیل می شو ند و نهایتا یک سیستم سبک و با صلبیت زیاد را ایجاد می کنند.
سازه های فضایی در اشکال بسیار متنوعی ساخته می شوندکه مهمترین آنها عبارتند از :
شبکه های مسطح دو یا چند لایه، چلیک ها، گنبدها و قوس ها . علاوه بر این، سازه های فضاکار دارای بافت متنوعی نیز می باشند. بدین ترتیب که با تغییر در آرایش المان ها می توان بافت جدیدی ایجاد کرد.
مثال های متعددی از سازه های فضاکاری که در دنیا و ایران ساخته شده است وجود دارد : از جمله استادیوم های ورزشی، مراکز فرهنگی، سالن های اجتماعات، مراکز خرید، ایستگاه های قطار، آشیانه های هواپیماها، مراکز تفریحی، برجهای رادیویی و …
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته اند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه ها از مدول های یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین (مشابه میله های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می گردند. سازه فضاکار، به مجموعه سازه های مشابهی اطلاق می شود که شامل شبکه ها، طاقها، برجها، شبکه های کابلی، سیستمهای پوسته ای و غشایی، سازه های تا شونده و ترکیبات کش بستی می شود. این تعریف، یک تعریف ریخت شناسانه از سازه های فضا کار است.
یک قاب فضایی یا سازه فضایی، عبارت است از سازه ای که از اجزای خرپامانند سبک و محکم تشکیل شده از پایه هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرار گرفته اند. قاب های فضایی برای پوشش دادن دهانه هایی که تکیه گاه کم تعدادی دارند به کار می روند. چون در قاب های فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می شود، لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب های فضایی می شود.
گاهی از سازه های فضاکار در ساخت موتور سیکلت و وسایل حمل و نقل نیز استفاده می شود.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به جای سازه فضاکار بکار می رودکه این دو اصطلاح از لحاظ کلمه ای مترادفند؛ ولی از لحاظ معنا و مفهوم با هم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه ای اطلاق می شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورد استفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.
سازه فلزی
ساده ترین نوع قاب های فضایی به این گونه است که هرم هایی با سقف تخت و با استفاده از میله های آلومینیومی و یا فولادی میله ای شکل ساخته شوند. در بیشتر مواقع، این نوع از قاب ها شبیه به بازوی متحرک افقی یک جرثقیل برجی است که در کنار هم قرار گرفته اند. نوع دیگر قاب های فضایی که دارای استحکام بیشتری نیز هست، به صورت هرم های چهاروجهی به هم پیوسته اجرا می شوند. در این حالت، همهٔ اعضای محوری قاب، دارای طول یکسانی هستند. از نظر فنی، این نوع از قاب فضایی، مانند یک شبکهٔ برداری و یا یک خرپای هشت گانه است. در انواع دیگر قاب ها نیز، با تغییر دادن طول اعضای محوری، شکل کلی سازه به صورت انحناء یا اشکال هندسی دیگر تغییر می یابد.
به عنوان قدیمی ترین ساخت ها برای سازه های فضاکار می توان از داربست هایی که جهت نگهداری چادرهای انسانهای اولیه بکارمی رفت نام برد. از جمله قدیمی ترین چادرهای انسان های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف شده بود می توان اشاره کرد. کاربرد سازه های شبکه ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن های تجمع، آمفی تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه گر است.
اولین شبکه چند لایه توسط الکساندر گراهام بل درسال ۱۹۰۶ برای کایت پرواز ساخته شد. در این شبکه طول اعضاء یکسان، اتصالات ساده بود. او اولین مهندسی است که حدود ۹۰ سال پیش نشان داد که می توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه ای در کنار هم سازه هایی محکم و سبک ساخت. می توان گفت کاربرد عملی وتوسعه یا فته سازه های فضاکار و طراحی اصولی این گونه سازه ها از سال ۱۹۵۰ شروع شده است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آنها موجود است مجذوب این گروه از سازه ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم ها آغاز گردید.
سازه های فضاکار مزیت هایی دارند که در ذیل به آنها اشاره می کنیم:
زیبایی
طراحی اجزاء سازه ای در این سیستم به گونه ای است که سیستم اجرا شده از چنان زیبایی برخوردار است که در اکثر پروژ ه های اجرا شده، سازه بصورت نمایان باقی می ماند، حتی در بسیاری از موارد جهت نماسازی ها از این سیستم استفاده می گردد.
امکان همزمانی اجرای سازه فضایی با عملیات ساختمانی دیگر از آنجایی که روش های مختلفی برای بافت در این سیستم وجود دارد، امکان همزمانی اجرای این سیستم با دیگر فعالیت های ساختمانی بطور همزمان و بدون مزاحمت وجود خواهد داشت.
عبور تاسیسات از داخل سازه اجرا شده
فضای موجود بین لایه های سازه فضایی اجرا شده محل مناسبی را جهت عبور تاسیسات برقی و مکانیکی که می بایستی در سطح سالن پراکنده شود فراهم می سازد با این مزیت که این تاسیسات از حداقل دید برخوردار می باشد و هم چنین اتصال این قطعات و قطعات الحاقی دیگر نظیر تابلوها، نور افکن ها و … به راحتی و در تمامی سطح ایجاد شده وجود خواهد داشت.
عدم استفاده از عملیات جوشکاری در هنگام نصب
بواسطه پیش ساخته سازی اجزای سازه در کارخانه و پیچ و مهره ای بودن کلیه اتصالات هیچگونه عملیات جوشکاری در هنگام مونتاژ و نصب سازه بر روی قطعات انجام نمی پذیرد.
سبک بودن
علیرغم انچه که از شکل ظاهری این سستم به نظر می آید سازه اجرا شده بسیار سبک می باشد بطوریکه در مقایسه با دیگر سازه های ساختمانی در شرایط مساوی ترجیح داده می شود و از این سیستم در اضافه اشکوب ها و در زمین های با مقاومت خاک پایین استفاده فراوانی صورت می گیرد.
سرعت
استفاده از نرم افزارهای مختلف کامپیوتری و هم چنین نرم افزارهای خاص این سیستم که توسط متخصصین این شرکت طراحی وآماده شده است در مرحله طراحی استفاده از ماشین آلات اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در تولید قعات در مرحله تولید و روش های متعددی که در زمان اجرای سازه فضایی توسط نیروهای مجرب این شرکت بکار گرفته می شود.
هزینه پایین در دهانه های بزرگ
ارزان تر بودن این سیستم در مقایسه با سایر سیستم های سازه ای به خصوص در سالن های با دهانه بالا این سیستم را تبدیل به تنها گزینه ای نموده که با توجه به سایر مزیت های آن دارای توجیه اقتصادی می باشد.
امکان بازکردن و بستن مجدد سازه
از آنجایی که رد طول عملیات نصب سازه هیچگونه عملیات جوشکاری صورت نمی گیرد و کلیه اتصالات در سازه اصلی وقطعات الحاقی بصورت پیچ و مهره ای صورت می گیرد لذا سازه اجرا شده این قابلیت را دارا می باشد که بطور کامل مونتاژ گردد و در محل دیگر به همان شکل دیگری تنها با تغییرات اندکی در قطعات سازه ای نصب شود.
تولید قطعات در کارخانه
ساخت و تولید قطعات سازه در کارخانه، کنترل کیفیت و دقت بسیار بالایی را موجب خواهد شد که این امر خود دقت وکیفیت بالا در کل سازه اجرا شده را به همراه خواهد داشت.
تغییر در فضای ایجاد شده
به واسطه قابلیت خاصی که این سیستم سازه ای دارا می باشد کاهش و یا افزایش سطح سازه فضایی اجرا شده از هر طرف و به هر شکل تغییر محل تکیه گاهها با حفظ سازه قبلی با رعایت نکات طراحی به راحتی امکان پذیر می باشد که این مطلب امکان فوق العاده ای را در سالن های تجاری و صنعتی جهت طرح های توسعه ایجاد می نماید که از این نظر با هیچ نوع از سازه های دیگر قابل مقایسه نیست.
ضریب ایمنی بالا
درجه نامعینی بالای این سیستم، ژیچ و مهره ای بودن اتصالات و سهولت کنترل کیفیت قطعات و اتصالات و ساخت کارخانه ای قطعات بصورت پیش ساخته عواملی است که ضریب اطمینان و ایمنی سازه را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می دهد.
ایجاد سقف افقی در فضایی داخلی
ایجاد سقف افقی در داخل سالن ها از دیگر مزیت این سیستم می باشد که علاوه بر زیبایی نسبت به سیستم هایی نظیر سوله در مصرف انرژی جهت گرمایش و سرمایش فضای داخل حداکثر صرفه جویی را موجب می گردد.
سازه فلزی انواع سازه های فضاکار
الف – شبکه های تخت، به ترکیب یک سیستم یک یا چند وجهی با لایه های واحد شبکه گفته می شود . شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می باشد . شبکه های تخت می توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چند لایه باشند، ولی بیشتر به صورت دولایه مورد استفاده قرار می گیرند. شبکه های دولایه از دو صفحه موازی که بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند ) نوشین 1380 ). یک نمونه استفاده از این شبکه ها در آشیانه هواپیماها است.زمانی که اعضا در شبکه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه های سازه های فضاکار را پیونده ها تشکیل می دهند این نوع سازه ها اغلب غیر اقتصادی است . نکته دیگری که در طراحی شبکه ها ی دولایه و اکثر سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون ها در داخل شبکه قرار گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه در اطراف کنسول داشته باشیم.چند نمونه از شبکه های دولایه در شکل ( 2) نشان داده شده است.
به شبکه ای که در یک جهت دارای انحنا باشد، چلیک می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است، قرار می گیرند . چلیک ها دارای محور می باشند( نوشین 1382 ).اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است . چلیک ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می شوند و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک ها به یک دیگر را بازی می کنند. نکته ای که در طراحی این نوع سازه ها باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر، تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد. انواع چلیک ها در شکل ( 4) نشان داده شده است که عبارتند از: چلیک اریبی، چلیک لَمِلا با مقاطع بیضی گون، سهمی گون، هذلولی گون و… (Lamella)
سازه فلزی
اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می شود . شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط یا اتصال چندین رویه باشد . گنبدها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود 250 متر مورد استفاده قرار می گیرند . ارتفاع گنبد باید بزرگتر از 15 % قطر پایه گنبد باشد. گنبدها دارای مرکز هستند
در صورتیکه تعداد دنده ها زیاد باشد باید گنبد به مسئله شلوغی اعضا در راس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده های نزدیک راس حذف شود (شکل-6-b-c) شان داده شده است که تعداد زیادی از گنبد دیگری به نام اشفدلر (مهندس آلمانی) در این نوع گنبدها بعد از قرن 19 توسط اشفدلر و دیگران ساخته شده است . از ایرادات این گنبد می توان به مسئله شلوغی اعضا در راس اشاره کرد، که برای حل این مشکل همان راه حل بالا ارائه می شود. (شکل-d 6)نمونه دیگری از گنبدها، گنبد لَمِلا است. این گنبد را می توان به نوعی ترکیبی از یک یا چند که با یکدیگر متقاطع هستند، دانست. (شکل های حلقه 6-f) شکل(6-h)و (6-g ) انوع دیگری از خانواده ی گنبدها را به نام گنبدهای دیامتیک نشان می دهد. در شکل های6-I و 6-J نمونه دیگری از گنبدها را به نام گنبدهای حبابی ملاحظه می کنید. در شکل های 6-Iو 6-K نمونه دیگری از گنبدها به نام گنبدهای ژئودزیک ملاحظه می شود.
اتصالات در گنبدهای دنده ای و اشفدلر حتما صلب هستند . از لحاظ پخش منظم نیرو ،گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.
سازه های فضاکار به سه روش دسته بندی می شوند:
انواع سازه های فضاکار از لحاظ کاربرد و نحوه عملکرد
انواع سازه های فضاکار از لحاظ مصالح
انواع سازه های فضاکار از لحاظ ساختار
سازه های فضاکار از لحاظ ساختار
شبکه های دو لایه
شبکه های دو لایه یکی از مهمترین و متداول ترین انواع سازه های فضاکار به شمارمی روند. این نوع سازها از دو صفحه عناصر که این دو صفحه که با یکدیگر موازی و توسط عناصر میانی به یکدیگر متصل اند تشکیل شده است.
شبکه های سه لایه
شبکه های سه لایه از دو صفحه بالا و پایین و یک صفحه میانی تشکیل شده اند که هر یک از صفحات بالا و پایین توسط اعضای میانی به صفحه میانی متصلند. این شبکه ها در مواقعی به کار می روند که سازه دارای دهانه خیلی بزرگی باشد و ارتفاع شبکه دو لایه جوابگوی قیود آن نباشد. به عنوان مثال:ایستگاه راه آهن جمهوری اسلامی ایران – تهران، نماز جمعه تهران – دانشگاه تهران
سازه های چلیکی
اگر شبکه ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه های چلیکی نامیده می شود. این بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی شکل بکاربرده می شوند.
سازه های گنبدی
در صورتی که شبکه ای در دو جهت دارای انحناء باشد، سازه گنبدی نامیده می شود. در ساخت گنبدها سعی بر آن است که اعضا دارای یک اندازه باشد اما به هر حال تعداد انواع اعضا زیاد خواهد بود. برای ایجاد ساختار گنبدی کافی است یک شبکه را (به هر شکل دلخواه) روی یک کره تصویر نمود.
سازه های تاشو
این نوع سازه ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند و کاربرد عمده آنها در مکانهایی است که به دلیل محدودیتهای جوی، مکانی، زمانی ومصالح، ساخت دیگر سازه ها امکانپذیر نباشد. سازه های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرکها، نمایشگاه ها ومناطق سیل و زلزله زده بکار می رود.
سازه های بادشو
سازه هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی و یا پلاستیکی ساخته می شوند و در مواقع استفاده با پمپ باد می شوند.
سازه های ماهواره ایی
سازه هایی هستند که به صورت خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می شوند و کاربرد آنها درسازه های ماهواره ای، خطوط انتقال نیرو وبرج های مخابراتی است.
سازه های پل های فضاکار
پل هایی هستند که از خر پاهای مرکب فضایی ساخته می شوند. این نوع پل ها برای دهانه های بزرگ بعد از پل های کابلی در درجه اهمیت اند.
سازه های فضاکار از لحاظ مصالح
سازه های فضاکار فولادی
فولاد پر کاربردترین ماده در ساخت سازه های فضاکار به شمار می رود. شاید مهمترین علت آن سختی و جوش پذ یری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگیهای مفید فولاد، تنوع پروفیلهای فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.
سازه های فضاکار آ لومینیومی
یکی از مصالحی که اکنون مورد توجه قرار گرفته است، آلومینیوم می باشد. از مزیتهای بارز آلومینیوم می توا ن به سبک بودن آن اشاره نمود. بطوریکه وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. در نهایت آلومینیوم هنوز گرانتر از فولاد است.
سازه های فضاکار چوبی
چوب به عنوان یک ماده اولیه در قرون وسطی جهت پوشش سقف بکار می رفت. استفاده از چوب های ورقه ای جهت ساخت این سازه ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه ها قرار داد. گنبدهای چوبی در پوشش سالنهای مدارس و سالنهای ورزشی بسیار متداول است.
اجزای تشکیل دهنده
گره ها (پیونده ها)
شاید می توان گفت که مهمترین قسمت در سازه های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آنها می باشد. پیونده مرو با قابلیت ۱۸ اتصال
اعضاء
بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می دهند. این اعضا در سازه های فضاکار، پروفیلهایی در اندازه و مقاطع مختلف می باشند. عمده ترین مقاطع بکار رفته در سازه های فضاکار مقطع دایره ای، به صورت توپر یا توخا لی ومقاطع نبشی یا قوطی است.
تکیه گاه ها
شکل و موقعیت تکیه گاه ها در سازه های فضاکار، تاثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آنها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه گاه ها در این سیستمها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه گا ه ها به پی منتقل می گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه گاه را پروفیلهای تو پر و سنگین تشکیل می دهند.
روش های طراحی
در صورتی که بار به گره آبی رنگ اعمال شده و عضو سرخ رنگ وجود نداشت، آنگاه رفتار سازه کاملاً به سختی خمشی گره آبی بستگی داشت. اما اگر عضو قرمز رنگ را در نظر گرفته و از سختی خمشی گره آبی و سختی عضو قرمز صرف نظر کنیم، در این حال، می توان این سیستم را با استفاده از ماتریس سختی و بدون درنظر گرفتن تغییرات زاویه ای محاسبه کرد.
قاب های فضایی معمولاً با استفاده از ماتریس سختی، طراحی می شوند. ویژگی ماتریس سختی، مستقل بودن آن نسبت به تغییرات زاویه ای است. اگر مفصل ها به حد کافی محکم و سخت باشند، برای سادگی در محاسبات، می توان از تغییرات زاویه ای صرف نظر کرد.
مراحل اجرای پروژه ها
طراحی: (مدل سازی در Formian وانتقال و ادیت نقشه در AutoCad)
محاسبات: (توسط نرم افزار 89 Sap-AISC ASD)
تولید هموندها
رنگ آمیزی هموندها
ستون گذاری
بافت سازه فضاکار
نصب سازه فضاکار
نصب پوشانه
روش های نصب
گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه به صورت یکجا، سپس نصب آن محل دائمی.
گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه در بخش های کوچک بر روی زمین سپس بالا بردن آنها تا موقعیت نهایی و نصب روی تکیه گاه دائمی.
گسترش و تثبیت اعضای سازه قطعات بزرگتر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آنها در هوا به قسمت هایی از سازه که قبلاً نصب شده اند.
گسترش و تثبیت اعضای سازه به صورت یکجا بر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آن در محل دائمی.
از روش های یاد شده روش اول به دلیل وزن سازه و دشواری عملیات نصب اجزا در ارتفاع بلند کمترین کاربرد را در میان سایرین دارد. مزایای سازه ای در سازه های فضاکار
1 – نداشتن محدودیت دهانه در سازه های فضاکار
سازه های فضاکار، برای پوشش کلیه مکانهایی که به نحوی محدودیت اجرای ستون و تکیه گاههای میانی دارند ، استفاده شده . و به بیان دیگر سازه های فضاکار با عبارت " سالن های بدون ستون " مترادف است . خصوصاً که اجرای چنین محل هایی با استفاده از سازه های فضایی ، از نظر جلوه های ظاهری و نکات سازه ای ، موقعیت و برتری منحصر به فردی را برای سازه های فضایی ( در مقایسه با سایر سازه های جایگزین یا مشابه ) ایجاد می کنند .
2 – نداشتن ضرورت نظم تکیه گاهها در سازه های فضاکار
در کلیه مکانهایی که به دلیل وجود محدودیت های سازه ای یا معماری ، امکان رعایت نظم و تقارن در انتخاب ستونها وجود نداشته و محدودیت تکیه گاهی دارد ، می توان از سازه فضایی استفاده نمود ، چرا که در سازه های فضاکار به علت رفتار سه بعدی ، توزیع تنش در تمام جهات انجام شده و لذا رعایت نظم در انتخاب تکیه گاهها ضرورت ندارد . به همین دلیل در توسعه شبکه سازه فضایی می توان بدون اینکه به پایداری سازه فضایی صدمه ای وارد شود ، محل تکیه گاهها را (در صورت نیاز ) تغییر داد .
3 – توانایی نصب جرثقیل بر روی سازه فضاکار
سختی و استحکام زیاد سازه های فضاکار، منجر به کوچک شدن تغییر شکل سازه تحت بارهای سرویس شده و قابلیت استثنائی برای حمل بارهای سنگین متمرکز و غیر متمرکز به وجود می آورد . به بیان ساده تر امکان نصب جرثقیل دو پل و حتی جرثقیل تک پل و یک ریلی با استفاده از گره های سازه فضایی در هر مسیر دلخواه وجود دارد .
4- امکان تکنیک برتر سازه ای
این نوع شبکه ها (سازه های فضاکار) ، نمونه کاملی از سازه های سه بعدی هستند، بطوری که بیشتر اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار دخیل شده و این مزیت در این سطح ، منحصر به سازه فضاکار می باشد.
5- وزن کم و ایمنی بالا در سازه های فضاکار
در سازه های فضاکار به دلیل رفتار سه بعدی ، تنش در تمام جهات توزیع شده و به عبارت دیگر بدلیل توزیع یکنواخت بار و پخش نیرو در جهات مختلف این سازه ها (سازه های فضا کار) از استحکام توام با سبکی استثنائی و ایمنی بسیاربالا برخوردار می باشد .
6- بهترین روش اقتصادی از مصالح در سازه های فضاکار
از یک سو به علت سه بعدی بودن و یکپارچگی سازه های فضایی با کمترین مصالح امکان فراهم نمودن بیشترین صلبیت و بالاترین سطح ایمنی در سازه های فضاکار وجود دارد و از سوی دیگر قابلیت استفاده از مصالح در این سیستم از سازه بسیار بالا بوده به گونه ای که در بعد ملی ، کمترین مصالح از بین رفته و یا از پروسه تولید ملی خارج می شوند .
7 -نداشتن فروپاشی ناگهانی ( درجه هایپر استاتیکی بالا ) در سازه های فضاکار
با توجه به بالابودن درجه نامعینی در سازه فضاکار و مشارکت بیشتر هموندها در تقسیم و توزیع بار ، ذخیره مقاومتی اعضا بیشتر بوده و لذا معمولاً حذف یک یا چند المان (خرابی موضعی) منجر به فروپاشی یا انهدام ناگهانی کل سازه نخواهد شد .
8-سازه های فضایی ، مقاومت بسیار بالا در حوادث غیر مترقبه
سازه های فضایی به علت یکپارچگی ، نیروهای افقی بارهای اتفاقی و نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله ، انفجار ، حملات هوایی ، طوفان ، آتش سوزی و … را بهتر از انواع دیگر سازه ها تحمل کرده و مقاومت بیشتری دارند . این موضوع در موارد تجربی و آزمایشات (به شرط وجود مقاومت لازم در ستونها و بادبندهای مربوطه) مورد تایید قرار گرفته است .
انواع سازه های فضاکار
فرم های متداول سازه های فضایی به قرار زیر است:
شبکه های تخت- چیلیک(قوسی) – گنبدی شکل – دیسکی – هرمی – سینوسی و تخت دو طرف شیب دار و شبکه های ترکیبی تخت وقوسی – تخت شیبدار وقوسی – نیم قوس – تخت و گنبد – و…..
در زیر نمونه های سازه های فضایی یا فضا کار را مشاهده می نمایید :
• سازه فضاکار با فرم تخت
به ترکیب یک سیستم یک یا چند وجهی با لایه های واحد شبکه گفته می شود . شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می باشد . شبکه های تخت می توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چند لایه باشند، ولی بیشتر به صورت دولایه مورد استفاده قرا ر می گیرند. شبکه های دولایه از دو صفحه موازی که بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند.
زمانی که برای افزایش مقاومت نیاز شود که اعضای لایه میانی در شبکه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه های سازه های فضایی را پیونده ها تشکیل می دهند اغلب غیر اقتصادی است . نکته دیگری که در طراحی شبکه ها ی دولایه و اکثر سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون ها در داخل شبکه قرار گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه در اطراف کنسول داشته باشیم.
• سازه فضاکار با فرم چلیک
به شبکه ای که در یک جهت دارای انحنا باشد، چلیک می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است، قرار می گیرند . چلیک ها دارای محور می باشند. اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است . نکته ای که در طراحی سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر، تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد.
سازه فضاکار با فرم قوسی
• سازه فضاکار با فرم گنبد
اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می شود . شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط یا اتصال چندین رویه باشد . گنبدها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود ۲۵۰ متر مورد استفاده قرار می گیرند . ارتفاع گنبد باید بزرگتر از ۱۵ % قطر پایه گنبد باشد.در صورتیکه تعداد دنده ها زیاد باشد باید گنبد شکل به مسئله شلوغی اعضا درراس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده های نزدیک راس حذف شود. اتصالات در گنبدهای دنده ای و اشفدلر حتما صلب هستند . از لحاظ پخش منظم نیرو ، گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.
سازه فضاکار با فرم گنبدی
• سازه فضاکار با فرم دیسکی
شبکه هایی که پلان دایره ای شکل و فرم تخت دارند در این دسته قرار میگیرنداین فرم سازه ها برای مکانهای که ستون گذاری در محیط یک دایره میباشد مناسب است. ظاهر زیبایی دارد ولی به دلیل پرت شدن مصالح هزینه نسبتا بالاتری دارد.و عملکرد آن شبیه فرمهای تخت است.
سازه فضاکار با فرم دیسکی
• سازه فضاکار با فرم هرم
این فرم از اشکال بسیار پایدار و مقاوم سازه های فضایی است که به راحتی در دهانه های بزرگ (بالای 30 متر) قابل استفاده است. از نظر ظاهری نیز بسیار زیباست. وتنها عیب آن در افزایش مساحت شبکه فضاکار و متعاقبا افزایش هزینه است.
سازه فضاکار با فرم هرم
• سازه فضاکار با فرم سینوسی
این فرم از اشکال بسیار زیبای سازه فضاکار است در این فرم سازه از یک یا چند محور دارای نقطه عطف است که حدالامکان میبایست در این نقاط آبرو نصب گردد.
سازه فضاکار با فرم سینوس
• سازه فضاکار با فرم تخت دو طرف شیبدار
در این فرم دو سقف شیبدار در یک نقطه به هم متصل میگردند که شبیه ترین فرم به سوله های صنعتی است.
شبکه های تخت دوطرف شیبدار
• سازه فضاکار با فرم نیم قوسی
در مواردی که ستونهای ابتدا و انتهای قوس هم ارتفاع نباشند و سقف قوسی مد نظر باشد از این طرح استفاده میگردد. در سازه فضایی که در زیر آمده است ستونها نیز با فرم سازه فضاکار اجرا گردیده است.
سازه فضاکار با فرم نیم قوس
در زیر انواع فرمهای سازه فضاکار که از ترکیب دو یا چند فرم دیگر به دست آمده است اشاره میگردد:
• سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و گنبد
سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت وگنبد
• سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و قوسی
سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و قوس
• سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و قوسی و شیبدار
سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و قوسی و شیبدار
سازه های فضاکار گروهی از سازه ها هستند که دارای رفتار سه بعدی بوده، معمولاً در خور تولید صنعتی انبوه هستند. متداول ترین کاربرد سازه های فضاکار در ساخت پوشانه های بناهایی است که در آنها عملکرد ساختمان ایجاب می نماید که دارای دهانه آزاد نسبتاً بزرگ در دو جهت متعامد باشند. بدیهی است که این نوع از سازه های فضاکار در استادیوم های ورزشی و تالارهای اجتماعات، نمایشگاه های چند منظوره، مراکز فرهنگی و هنری، مصلی ها و مساجد، آشیانه های هواپیما، سالن های صنعتی، انبارهای وسیع و انواع پایانه های مسافربری کاربرد فراوان دارند. در ایران به اینگونه سازه ها نیاز فراوان وجود دارد و بهترین پاسخ برای چنین کاربردی، بدون شک سازه های فضاکار است.
ویژگی های سازه های فضاکار
* ما در فضای سه بعدی زندگی می کنیم.
* هر سازه ای فضای سه بعدی را اشغال می کند.
* هر سازه ای در واقع به صورت سه بعدی رفتار می نماید.
* طبیعت هم دارای سازه هایی است که دارای رفتار سه بعدی هستند.
* رفتار برخی از سازه ها به گونه ای است که اثر یک بعد تحت ا لشعاع آثار رفتاری در دوبعد دیگر است. این گونه سازه ها رفتار مسلط دوبعدی داشته و به سازه های سنتی موسوم اند.
* گاه با وجود آنکه سازه به صورت سه بعدی رفتار می کند، روش طرح به نحوی است که برای سهولت محاسبات، سازه را به زیر مجموعه های صفحه ای (دوبعدی) تقسیم می نمایند. این امر گاه خطای قابل ملاحظه ای در تخمین رفتار سازه به دنبال خواهد داشت.
* قاب متشکل از تیر و ستون با اتصالات صلب در هر دو جهت، یک سازه یا قاب فضاکار به معنای اعم است.
* هر سازه پوسته ای، هر سازه حجیم، هر صفحه تحت اثر خمش، نمونه ای از سازه با عملکرد مسلط سه بعدی است.
تقسیم بندی کلی سازه های فضاکار
سیستم فضاکار مشبک
با استخوان بندی و پیکربندی اسکلتی اغلب شامل تعداد قابل توجهی اعضای نسبتاً طویل (اغلب) مستقیم الخط (وگاه) دارای انحنا (مانند اعضای موسوم به عناصر قاب یا خرپا) در پیونده ها هستند. در حالتیکه اجزای پوشانه این گونه سازه ها به صورت تفکیک ناپذیر در رفتار سازه ای دخیل باشند، سیستم های مختلط و دوگانه ایجاد می شوند. سیستم های مشبک تاشونده زیر مجموعه ای از این گروه به شمار می روند.
سیستم های غشای نازک تحت تنش
که در آنها پوشش (پوشانه) جدار نازک سازه جزء عمده و جدایی ناپذیر سیستم بار بر سازه به شمار می رود. سیستم های متشکل از ورقه ای چین دار نیز در همین گروه طبقه بندی می شوند.
سیستم های پوشانه ای متکی بر کابل ها
شبکه های متقاطع کابل ها، سیستم های ترک های، معلق یا آویخته.
سازه های کش بستی
سازه های بادی و سازه های هوانشین
مزایا و خصوصیات
* ایجاد امکان ساخت دهانه های بزرگتر بدون پایه های میانی و ایجاد آزادی عمل برای معمار.
* جدایی ناپذیربودن فرم سازه از معماری.
* ایجاد فصل مشترکی برای بهره گیری معماران پیشرو از قابلیت های مهندسان سازه مسلح به دانش نوین.
* امکان احداث سازه ها با کاربرد چندمنظوره.
سازه های فضاکار مشبک (اسکلتی
عبارت فوق تنها به گروهی از سازه های دارای عملکرد مسلط سه بعدی اطلاق می شود که ویژگی های زیر در آنها مصداق دارد.
* اثر رفتاری هیچ یک از سه بعد در جذب نیروهای وارده قابل صرفنظر کردن نیست.
* متشکل از اعضای منفصل خطی (اعضای خرپا، تیر، تیر ستون) است. به عبارت دیگر سیستم سازه پیوسته نبوده و از نوع اسکلتی است.
* به عنوان قاعده (صرفنظر از استثناها)، اغلب شامل تعداد قابل توجهی از اجزا و زیرمجموعه های ساده و تکرارشونده است.
* اجزا و زیرمجموعه های ساده اغلب در خور پیش سازی و تولید انبوه هستند و در ابعاد و اشکال استاندارد اختیار می شوند.
* با استفاده از قابلیت باربری در سه بعد ، امکان کاهش وزن فراهم می آید. از اینرو سازه های فضا کار مشبک اسکلتی معمولاً سبک ولی صلب هستند.
* متداولترین کاربرد این نوع سازه ها در ساخت پوشش یا سقف ابنیه ای است. که در آنها عملکرد ساختمان ایجاب می نماید که دهانه های آزاد نسبتاً بزرگ در دو جهت در پلان ایجاد شود.
* معمولاً از دیدگاه زیباشناختی دارای اهمیت هستند.
* معمولاً از ذخیره ظرفیت مقاومتی قابل ملاحظه ای در مقایسه با سازه های سنتی برخوردارند.
* معمولاً بسیار اقتصادی بوده و نیازهای اقتصادی به علت امکان صنعتی شدن ساخت، افزایش سرعت تولید و نصب، کاهش وزن و صرفه جویی در مصالح را برآورده می سازند.
اهمیت سازه های فضا کار در محیط مصنوع یا طبیعی
* سازه های فضاکار قابلیت ها و امکانات عمده ای را در اختیار مهندسان و معمارها برای تلفیق اصول زیباشناختی و نوآوری ها با جنبه های رفتاری، عملکردی، کاربری و سرویس دهی سازه قرار می دهند.
* تمامی سازه ها باید از دیدگاه زیباشناسی و هماهنگی با محیط مصنوعی یا طبیعی مورد مطالعه قرار داده شوند.
* با توجه به آنکه اغلب سازه های فضاکار وسیع و بزرگ هستند، اثر قابل توجهی بر محیط باقی می گذارند.
* بیش از دیگر سازه ها، فضا را معرفی می نمایند.
* فرم پروژه توسط سازه تعریف می شود.
انواع سازه های فضاکار
سازه های فضاکار را می توان به شرح زیر نیز طبقه بندی نمود.
1. سازه های فضاکار مشبک، که شامل اجزا و اعضای منفصل و معمولاً طویل هستند.
2. سازه های فضاکار پیوسته، که متشکل از اجزایی از قبیل دال، پوسته، غشای نازک و نظایر آن هستند.
3. سازه های فضاکار دو گونه، که مشتمل بر ترکیبی از اجزای منفصل و پیوسته هستند.
دسته بندی سازه های فضاکار
سازه های فضاکار بر اساس نوع، شکل، مصالح، روش ساخت، نحوه کاربری و عمر مفید طبقه بندی می شوند.
دسته بندی بر اساس نوع و شکل
سازه های فضاکار شبکه ای با ریخت های گوناگون طراحی و احداث میشوند و دارای استخوان بندی مقاوم از نوع اسکلتی هستند. و به گروه های زیر قابل تفکیک هستند.
* شبکه های تخت تک لایه
* شبکه های تخت دو و چند لایه
* چلیک های تک لایه، دو لایه و چند لایه
* گنبدهای تک لایه، دو لایه و چند لایه
* سایر شبکه های تک لایه و چند لایه باریخت های گوناگون
* برج ها و دودکش های شبکه ای
* سازه های کش بستی
* سازه های شبکه ای تاشو
* سازه های کابلی
شبکه های تک لایه تخت
شبکه عبارت است از سیستم سازه ای مشتمل بر یک یا تعدادی افزونتر لایه متشکل از مجموعه ای از اعضا. یک شبکه تک لایه یا شبکه تخت، متشکل است از اعضای تیر با اتصالات صلب (با قابلیت انتقال لنگر قابل ملاحظه) که در آن تمامی اعضا به نحوی مطلوب طراحی، اجرا و در درون صفحه واحدی هم بندی شده اند. معمولاً بارهای بیرونی وارد بر چنین شبکه تختی، از نوع نیروهای متعامد بر صفحه شبکه و لنگرهای اعمال شونده حول محورهای مار بر صفحه هستند. تحت تاثیر چنین نیروهایی، تغییر مکان های حاصله در امتداد خارج از صفحه، مولفه قابل ملاحظه ای خواهند داشت. بنابراین اگرچه اعضای تیر در صورتیکه به نحو مطلوب طرح و اجرا شده باشد (و در صورت صرفنظر نمودن از بعد قایم آنها) و تقریباً در درون یک صفحه واقع می شوند. ولی بارهای موثر و تغییر مکان های حاصله در امتداد عمود بر صفحه، مولفه های قابل توجه داشته و در نتیجه رفتار مجموعه تنها با ملحوظ داشتن سه بعد قابل بررسی است.
شبکه های دو لایه
شبکه دو لایه، از دو لایه اعضای موازی تشکیل می شود که به وسیله اعضای موسوم به جان به یکدیگر متصل می شوند. هنگامی که از چنین شبکه ای به عنوان پوشانه سقف با شیب اندک استفاده شود، یکی از لایه های شبکه، لایه رویین و دیگری لایه زیرین نامیده می شود. در حالاتی که از چنین شبکه هایی به عنوان دیواره های سازه بهره گیری شود، یکی از لایه های شبکه را لایه بیرونی و دیگری را لایه درونی ، در مقایسه با موقعیت مرجع، می نامند.
شبکه های چند لایه
شبکه ها با ساختار چند لایه، افزایش فاصله بین لایه های رویین و زیرین را ممکن می سازند. و به این ترتیب امکان پوشاندن دهانه های وسیعتر با مصالح بالنسبه سبک را فراهم می آورند. در این حالت، وظیفه عمده لایه های میانی کاهش طول موثر اعضای جان است.
تفاوت اساسی رفتار شبکه های تک لایه و چند لایه
تفاوت اساسی بین رفتار شبکه های تک لایه تخت و شبکه های دو یا چند لایه، عبارت است از آنکه شبکه های تک لایه تخت تحت تاثیر رفتار خمشی مسلط هستند. و اعضای آنها عمدتاً لنگر خمشی حول محورهای واقع در درون صفحه، نیروی برشی (در امتداد عمود بر صفحه شبکه) و گشتاور پیچشی (حول محور درون صفحه) را تجربه می نمایند. حال آنکه نیروهای داخلی اعضا در شبکه های دو و چند لایه عمدتاً از نوع نیروهای محوری هستند.
شبکه های دو گونه
از گروه هایی از شبکه های دو گونه به طور متداول بهره گیری گسترده به عمل آمده است.
* شبکه های تخت بتن آرمه یکپارچه با دال فوقانی یا شبکه متقاطع فولادی مختلط با بتن درجای فوقانی.
* نمونه های متنوعی از شبکه های دو یا چند لایه فولادی ساخته شده که لایه رویین آنها در دال بتنی محصور یا اصولاً دال بتنی نقش لایه رویین را ایفا می نماید.
* همچنین حالات گوناگونی از شبکه های دو یا چند لایه با رفتار توام با اجزا و عناصر غشایی پوسته ای متصور است. سازه های فضاکار دو گونه ای که از شبکه های متشکل از اعضای منفصل با عملکرد توام با دال ها و پوسته های بتنی مسلح تشکیل شده اند، به طور متداول به سازه های فضاکار مختلط موسومند. همچنین سازه های فضاکار مشبکی را که با اجزای غشایی به صورت در هم آمیخته عمل می نمایند، سازه های فضاکار دوگانه می نامند.
لازمه آنکه سازه فضاکار از نوع دو گونه باشد، عملکرد لاینفک اجزای منفصل با اجزای پیوسته از دیدگاه سازه ای است.
سازه های فضاکار چلیکی
یک چلیک از تبدیل یک شبکه تک لایه، دو لایه یا چند لایه به فرم قوسی در یک جهت ایجاد می شود. و حاصل آن تشکیل تاشه چلیکی یک، دو یا چند لایه خواهد بود. سازه های فضاکار چلیکی گونه های هم بندی متنوعی دارند که از هر یک بسته به ویژگی های رفتاری در مقام مناسب، می توان بهره گیری نمود. مقطع عمومی یک سازه چلیکی ممکن است بخشی از دایره، بیضی یا سهمی باشد.
گنبدها
گنبد مشبک، یک سیستم سازه فضاکار است که شامل یک یا چند لایه (از اجزا) است. که در تمامی جهات به فرم قوسی در آمده اند. برخی از گنبدها دارای رویه ای ظاهری هستند که بخشی از یک سطح منفرد و واحد همانند کره را تشکیل می دهد. و برخی دیگر متشکل از مجموعه ای از سطوح گنبدی شکل متفاوت هستند.
سازه های فضاکار مشبک دو گونه چلیکی و گنبدی
سازه فضاکار گنبدی و چلیکی مختلط متشکل است از یک شبکه فلزی همراه با یک پوسته بتن آرمه در گیر شده که به منظور عملکرد توام و تفکیک ناپذیر باشبکه فلزی طراحی شده است.
سازه فضاکار گنبدی و چلیکی دوگانه، شامل یک شبکه فلزی باربر و اجزای غشایی فعّال با عملکرد توام سازهای است.
سایر تاشه ها
انواع سازه های فضاکار مورد اشاره سهم قابل ملاحظه ای از حالات کاربردی را در بر می گیرند و پاسخگوی بسیاری از نیازها هستند. از جمله سایر کاربردهای سازه های فضاکار می توان از برج های مشبک، سازه های هرمی شکل، تاشه های سهموی، سازه های غشای نازک و شبکه های کابلی با فرم های بدیع و گوناگون نام برد.
سازه های فضاکار پیوسته
سازه های فضاکار پیوسته به گروه های زیر قابل تفکیک هستند.
* سازه های حجیم
* تاوه ها و پوسته ها
* سازه های پاشامی
دسته بندی بر اساس نوع مصالح
سازه های فضاکار به طور معمول با مصالح فولادی، آلومینیومی، چوبی، بتنی، مواد کامپوزیت، مصالح بنایی، شیشه ای، پاشامی، پانل های ساندویچی، الیاف بافته شده یا ترکیبی از اینها ساخته می شوند. این مصالح هم در اعضا ی تشکیل دهنده ساز ه های فضاکار و هم به عنوان پوشانه های این سازه ها به کار برده می شوند.
دسته بندی بر اساس شیو ه های ساخت و بافت
سازه های فضاکار به لحاظ شیوه ساخت به دو گروه پیش ساخته و ساخت درجا تقسیم بندی می شوند . روش های پیش ساخته متعارف سازه های فضاکار را می توان به سه طبقه عمده پیونده ای، واحدی و ترکیبی تقسیم بندی کرد . بنابراین سیستم های پیونده ای، واحدی و ترکیبی در اغلب موارد د ر زمره سیستم های پیش ساخته محسوب می شوند.
همچنین از دیدگاه شیوه بافت، سازه های فضاکار شبکه ای به دو گروه پیش بافته و بافت در جا منقسم میشوند. در حالت پیش بافته ، سازه فضاکار یا زیر مجموعه ای از آن، در تراز زمین بافته و از طریق بلند نمودن مجموعه در تراز و موقعیت نهایی خود استقرار خواهد یافت.
پیونده ها
پیونده ها معرف منطق سازه فضاکاراند.
* پیونده ها باید سخت و مقاوم باشند.
* باید ساده باشند (از نظر فرم و امکان برقراری اتصال
* به سهولت ساخته شوند و قابلیت تولید صنعتی داشته باشند.
* برون محوری در پیونده ها بایدبه حداقل ممکن برسد.
* رواداری اجرایی لازم در طراحی پیونده ها باید پیش بینی شده باشد.
* اصلاح، تعمیر و نگهداری آنها به سهولت امکانپذیر باشد.
* قابلیت پذیرش تعداد قابل توجهی عضو را بر حسب نیاز دارا باشند.
* ترجیحاً هر عضو مستقلاً به پیونده متصل شود.
* زاویه فضایی بین اعضا قابل توجه باشد.
دسته بندی بر اساس نوع کاربری
سازه های فضاکار را با توجه به تنوع کاربرد بر حسب نوع کاربری می توان به گروه های فراوانی طبقه بندی نمود . از جمله این کاربری ها می توان از سالن های اجتماعات، نمایشگاه ها ، موزه ها ، فرهنگ سر اها ، فضاها و استادیوم های ورزشی، آشیانه های هواپیما ، پایانه های فرودگاه ، راه آهن و اتوبوس ، پروژه های صنعتی، پل ها ، ساختمان های آموزشی، مسکونی، اداری، تجاری، بیمارستان ها، دکل های انتقال نیرو و برج های مخابراتی یاد کرد.
کاربردهای نوین سازه های فضاکار شبکه ای
با توجه به سبکی وزن، صلبیت قابل ملاحظه و عملکرد سه بعدی سیستم های سازهای فضاکار، امکان احداث سازه های پوشش فضاهای سرپوشیده ای که در آن عملکرد معماری دهانه های آزاد نسبتاً طویلی را در دو امتداد متعامد ایجاب می نماید، به نحوه مطلوبی فراهم شده است. در عین حال، در صورتیکه فرم به نحو شایسته در خدمت محتوای سازه ای قرار گیرد، کاربرد این سازه ها در بسیاری دیگر از پروژه های متنوعی که تاکنون کمتر در احداث آنها از سازه های فضاکار شبکه ای بهره گیری شده ، واجد مزایای غیر قابل انکاری خواهد بود.
همچنین سازه فضاکار به دلیل صرفه جویی در میزان فولاد و مصالح مصرفی، گامی در جهت کاهش تخریب در منابع موجود در کره خاکی و محیط زیست به شمار می رود.
انواع سازه های فضاکار
سازه های فضاکار به دلیل فرم پذیری بالا به شکلهای مختلف قابل تبدیل است.انواع شکل های سازه فضاکارعبارتند از:
1-سازه های فضاکار تخت :
درشبکه های تخت دولایه یاهمان سازه های فضاکارتخت،یک لایه دربالاولایه ای دیگردرپایین سازه ی فضایی وخرپاهایی بعنوان جان وجوددارد.
درشبکه های تخت وجوداعضای مورب نسبت بحالتی که درآن تمام اعضاءافقی وقائم میباشدرفتار بهتری دارند وهمچنین اقتصادی تر نیز میباشند.
مزایا و معایب اتصالات مفصلی در شبکه های دو لایه و سازه های فضاکار تخت :
لزومی به مفصلی بودن اتصالات خرپا ها نمی باشد .
دراین سیستم میتوان بااستفاده ازاتصالات جوشی ویا با استفاده ازگوی و پیچ شبکه ای دولایه ساخت.
سازه فضاکار تخت
2- سازه های فضاکار شیب دار:
این نوع ازسازه های فضاکاردراصل جزوهمان سازه فضایی تخت است که با تغییردادن اندازه ی ستونهابه این نوع ازسازه فضایی تبدیل شده است.
یعنی در اصل دو ستونی که در کنار یکدیگر قرار دارند ارتفاعشان با دو ستون دیگر متفاوت است .
دراین نوع معماری ازسازه فضایی،سازه ی فضاکارمابصورت کاملاتخت مونتاژ شده وباتغییرارتفاع ستونها،شیب یک طرفه برای سقف ایجاد میشوداما بااین حال اگرچه برای شیب دوطرفه نیازی به تغییرارتفاع ستونها نمیباشد.
این نوع معماری بیشتردرسقف پارکینگهای کوچک وبزرگ ویاسقفهای پمپ بنزین هاو …مورداستفاده قرار میگیرد .
سازه های فضاکار شیب دار
3- سازه های فضاکار گنبدی:
یکی ازانواع پر کاربردسازه های فضاکار ،سازه های فضایی گنبدی شکل است که درنورگیرها استفاده های بسیارعمده ای دارد .
این نوع معماری ازسازه های فضائی بیشتردرنورگیرهای ساختمانهای بزرگ ویامسقف نمودن فضاهای بسیاروسیع مانندورزشگاه های بزرگ وبدون استفاده از ستونهای میانی مورداستفاده قرارمیگیرد.
سازه های فضاکار گنبدی
4- سازه های فضاکار قوسی:
یک چلیک ازتبدیل یک شبکه ی تک لایه،دولایه یاچندلایه به فرم قوسی دریک جهت ایجاد میگردد وحاصل آن تشکیل تاشه ی چلیکی یک،دویاچندلایه خواهد بود.
سازه ی فضاکارچلیکی گونه های همبندی متنوعی دارندکه ازهریک بسته به ویژگی های رفتاری درمقام مناسب،میتوان بهره گیری نمود.
مقطع عمومی یک سازه ی چلیکی ممکن است بخشی از دایره ، بیضی یا سهمی باشد.
سازه فضاکار قوسی
5- سازه های فضاکار هرمی:
هرمها شبکه ای ازمجموعه اعضا که دریک لایه،دولایه ویاچندین لایه تشکیل شده اند،بحالت هرم شکل گرفته اند .قاعده این هرمها میتواند مثلثی،چهاربری ویا چندبری باشند.
دراین نوع از معماری سازه ی فضائی،سازه ها یا بصورت هرم کامل و یاهرم ناقص اجرا میگردند .
سازه های فضاکار هرمی
6-سازه های فضاکار با معماری خاص و دلخواه :
سازه های فضاکار اساسا به هرنوع فرمی که درنظر متقاضیان باشد قابل تبدیل است وهیچ گونه محدودیتی دردهانه وفرم هایی بامعماری های خاص وجود ندارد .
سازه فضاکار با معماری خاص
سازه فضاکارپوشش سازه فضاییانواع سازه های فضاکاراجزای سازه های فضاییانواع اتصالات سازه های فضاییمـزیت های سازه فضاکار از دید معماری
منابع:
1. دکترمحمودگلابچی، درک رفتار سازه ها، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱
2. ا رهایی، "ا، استراتژیی های پایدار در زراحی سازه های فضاکار"، دومین کنفرانس ملی سازه های فضاکار، دانشگاه تهران ،۱۳۸۹
3. کاوه، علی _ ثروتی، همایون، شبکه های عصبی مصنوعی دربهینه سازی سازه ها، مرکزتحقیقات ساختمان ومسکن
4. تحقیقات گروه سازه های فضاکار دانشگاه علم وصنعت ایران دانشکده عمران
5. www.Saze808.com
6. عشقی صنتی، "ح، نگاهی به فناوری های جدید"، نشریه آبادی، شماره. ۶۶،۱۳۸۹
7. www.spaceframe.co
8. دکترمحمودگلابچی، درک رفتار سازه ها، انتشارات دانشگاه تهران، 1391
9. رهایی، "ا، استراتژیی های پایدار در زراحی سازه های فضاکار"، دومین کنفرانس ملی سازه های فضاکار، دانشگاه تهران ،1389
10. "نمونه پروژه های سازه فضایی". fazaarya.com.
11. تحقیقات گروه سازه های فضاکار دانشگاه علم وصنعت ایران دانشکده عمران
طراحی و ساختار سازه فضا کار
44