« بسم الله الرحمن الرحیم »
سازه فضا کار و انواع آن
فهرست
تعاریف
قاب
سازه های فضا کار
اجزاء تشکیل دهنده
مزایا و معایب سیستم
نمونه ها
سازه کش بستی
نتیجه گیری
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
قاب
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.
مقدمه
امروزه با یشرفت علوم و تکنولوژی نیاز ها و خواسته های جدیدی در زمینه مهندسی سازه رخ نموده است . عامل زمان در ساخت سازه ها اهمیت دو چندانی یافته و این امر گرایش به سازه های پیش ساخته را افزایش داده است .همچنین با 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 به فرد سازه های فضا کار گشته و پاسخ بسیاری از نیاز های جدید را در این سازه ها جسته اند و البته به نتایج بسیار مثبتی دست یافته 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 فضا کار در کانون
تحقیقات متخصین و دانشجویان قرار دارد.
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
مزایای سازه فضاکار شامل:
1- سرعت بالا در تولید و اجرای سازه های فضاکار
بدلیل امکان استفاده حداکثر از سیستم پیش ساختگی و انبوه سازی ، اجزای سازه در تولید سازه های فضایی و همچنین با توجه به امکان بکارگیری روش های متعدد در زمان بافت و نصب ، این سازه ها از سرعت بسیار بالایی در تولید و اجرا برخوردار می باشند . تا حدی که در بسیاری از موارد ، ( پس از آماده شدن نقشه های ساختمان و سازه ) ملاحظه شده که سازه فضاکار قبل از تکمیل عملیات اجرای فونداسیون ، تولید شده و آماده حمل به محل پروژه بوده است .
2- کنترل کیفیت بالا بدلیل تولید صنعتی سازه های فضایی
پیچ و مهره ای بودن کلیه اتصالات در سازه های فضایی ( عدم نیاز به جوشکاری در محل پروژه ) و ساخت کارخانه ای قطعات سازه به صورت پیش ساخته ، کنترل کیفیت در حین تولید و پس از تولید را دقیقتر نموده و موجب افزایش کیفیت و دقت بسیار بالایی در کل سازه مورد نظر خواهد شد .
3 – امکان نصب هر نوع پوشش بر روی سازه فضایی
قابلیت اجرای کلیه پوشش های مختلف ( که تا کنون وارد بازار شده ) بر روی سازه های فضاکار از دیگر ویژگی های این سازه می باشد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
ساندویچ پانل – ورق گالوانیزه ( سینوسی– شادولاین ) – اسپایدر (شیشه) – ورق پلی کربنات (دوجداره – فشرده) – فایبرگلاس – پانل نواری (PVC – UPVC) – دال بتنی و …
4 – دارای صرفه جویی اقتصادی
یکی از دلایل گسترش روزافزون سازه های فضایی ، اقتصادی بودن ساخت این ساز ها در مقایسه با دیگر سازه های صنعتی می باشد به طوری که این سیستم در دهانه های بزرگ دارای ” صرفه اقتصادی مطلق ” بوده و بسیار ارزان تراز سایر سیستم ها ( تیر ورق و … ) می باشد و در دهانه های کوچک دارای ” صرفه اقتصادی نسبی ” است که با توجه به سایر مزیت های آن ، استفاده از سازه فضاکار را در این دهانه ها نیز توجیه پذیر می نماید .
1- به سازه ای که اصولاً رفتارسه بعدی داشته باشد به طوری که به هیچ ترتیبی نتوان رفتار کلی آنرا با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دو بعدی تقریب زد ، سازه فضا کار نامیده می شود.
با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها یعنی حتی برخی از قوس ها و گنبد های آجری گذشته نیز جزء سازه های فضا کار محسوب می شوند. اما دراینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند که معمولاً دارای اعضاء مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.
2 – سازه فضاکار سیستم های اسکلت فلزی بوده که از بافت تعداد زیادی المان
یا مدول با شکلهای استاندارد به یکدیکر تشکیل می شوند و نهایتاً یک
سیستم سبک و با صلبیت زیاد را ایجاد می کنند.
3 – سازه فضا کار سیستم خر پای سه بعدی است که دهانه های آن
در دو جهت گسترش یافته اند و اعضای آن فقط در کشش و یا
فشار می باشند . در حالی که اصطلاح قاب به درستی بدرستی
به سازه هایی با اتصالا ت صلب اشاره می کند ، سازه فضا
کار به طور مشترک برای سازه هایی با اتصالات مفصلی
و صلب به کار می رود .
بیشتر سازه فضا کار از مدول های یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین ( مشابه عناصر فوقانی و تحتانی خر پا ) تشکیل می گردد.
با استفاده از سازه های فضا کار ، فضاهای وسیع با سقف های افقی پوشانده می شود ، از این سیستم می توان برای سایر قسمت ها مانند دیوار ها و نیز سقف های شیب دار و یا دارای انحنا استفاده کرد .
ارتفاع (ضخامت سقف) سازه فضا کار می تواند تا 3 درصد طول دهانه می باشد اگر چه اقتصادی ترین ارتفاع در حدود 5 درصد طول دهانه آزاد و برای طره ها 11 درصد طول طره است . بهترین اندازه برای مدول ها از نظر اقتصادی بین 7 تا 14 درصد طول دهانه می باشد
انواع سازه های فضا کار
شبکه های تخت
چلیک ها
گنبد ها
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 تیر های واحد متصل شده است می باشد .
شبکه های تخت می توانند یک ، دو و یا چند لایه باشند . ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می گیرد .
شبکه های دو لایه از دو صفحه موازی که به وسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند. یک نمونه استفاده از این شبکه ها در آشیانه هواپیما ها است.
در شبکه های دو لایه طویل برای جلو گیری از کمانش از شبکه های سه لایه استفاده می شود.
نکته دیگری که در طراحی شبکه های دو لایه و سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون ها در داخل شبکه قرار می گیرند و به چند گره متصل می شوند. و بهتر است برای توزیع منظو نیرو در سازه در اطراف کنسول داشته باشیم.
چند نمونه شبکه دو لایه
چلیک ها
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 بعضاً فاقد ستون می باشد و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است قرار می گیرند.
چلیک ها دارای محور می باشند .
اتصالات چلیک یک لایه ، اتصالات صلب می باشد .
چلیک ها اغلب ترکیبی و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک ها به یکدیگر را بازی می کنند.
نکته :
انتهای چلیک باید قوی باشدو این تقویت را می شود بوسیله تیر ، تیر و ستون
وشکل خورشید مانند انجام داد .
انواع چلیک :
چلیک اریبی – چلیک لملا با مقاطع بیضی گون ، سهمی گون
هذلولی گو.ن
گنبد ها
اگر شبکه دردو جهت دارای انحنا باشد گنبد نامیده می شود .
گنبد ها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود 250 متر مورداستفاده قرار می گیرند .
ارتفاع گنبد باید بزرگتر از 15 درصد قطرپایه گنبد باشد .گنبد ها دارای مرکز هستند.
انواع گنبد :
1- گنبد دنده ای :
برای اجتناب از شلوغی اعضاء در راس باید برخی دنده های نردیک راس حذف شوند .
2- گنبد اشفدلر :
شلوغی اعضاء در راس از ایرادات این نوع می باشد .
3- گنبد لملا :
این گنبد ترکیبی از یک یا چند حلقه است که با یکدیگر متقاطع هستند .
4- گنبد دیامتیک
5- گنبد حبابی
6- گنبد ژئو دزیک
گنبد دنده ای
گنبد اشفدلر
گنبد لملا
گنبد دیامتیک
گنبد حبابی
گنبد ژئودزیک
اتصالات در گنبد های دنده ای و اشفدلر حتماً صلب هستند .از لحاظ پخش منظم نیرو گنبد های ژئو دزیک ، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب اند.
اجزاء سیستم های فضاکار
گوی :
از یک کره فولادی تو پر که به منظور ایجاد پایداری و ارتباط بین اعضای سه بعدی بکار می رود.گویها خود و اعضا مربوطه شان را در یک موقعیت ثابت نگه می دارند و باعث ایجاد تعادل بین نیروهای اعضا می شوند.گویها همچنین دارای سوراخهای رزوه دار شعاعی نیز می باشند که عضوهای سازه توسط انتهای مخروطی خود تحت زوایای مشخصی بر روی این سوراخها که دارای سطح ماشینکاری شده می باشند، می نشینند و پیچ می شوند.
اجزاء سیستم های فضاکار
مخروطی :
جهت ملاحظات هندسی در محل اتصال المان به گوی از قطعه مخروطی شکل فولادی که به لوله جوش می شود استفاده می گردد . این قطعه دارای دو نوع کششی و فشاری می باشد
اجزاء سیستم های فضاکار
لوله :
عضو دیگر سازه ها که جهت تحمل نیروهای محوری (کششی ، فشاری) بکار می رود لوله ها می باشند که دو انتهای آن بریده شده و سر آن بوسیله قطعه مخروطی که اتصال آن را با سایر قطعات امکان پذیر می سازد،جوش می شود.
اجزاء سیستم های فضاکار
پیچ :
یک اتصال جدا شدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آن کمک گرفته می شود. در شبکه فضایی در حالت کششی عمل می کند و نیروی کششی از گل پیچ به نشیمنگاه مخروطی انتقال پیدا می کند.
اجزاء سیستم های فضاکار
اسلیو :
مهره ای می باشد که در فشار عمل می کند و جهت محکم نمودن پیچ ها در داخل گوی نیز استفاده می شود.اسلیوها به دو شکل شیاردار و سوراخ دار تولید می شوند که توسط پین به پیچ متصل می گردند.
تکیه گاه :
اگر سازه فضاکار به وسیله ستون ها ( طره شده از سطح زمین برای پایداری جانبی ) در تعدادی نقاط مشخص نگاه داشته شود ، نیروهای موجود در اعضایی که تکیه گاه را احاطه کرده اند به طور قابل توجهی بزرگتر از دیگر اعضا می شوند . این نیرو ها را می توان به وسیله افزایش مقطع اعضا در نزدیکی تکیه گاه به طور متناسب طراحی کرد .
سازه فضاکار حداقل به سه تکیه گاه برای پایداری نیاز دارد ، گر چه بیشتر آنها دارای حداقل چهار تکیه گاه هستند .
معمولاً تعداد بیشتر تکیه گاه های یک سازه فضاکار تاثیر مثبتی بر پوشش سازه ای خواهند داشت به عنوان مثال حداکثر نیروی اعضا در یک سازه فضاکار مربع شکل با تکیه گاه های پیوسته فقط11 درصد نیروی اعضا در یک طرح با چهار تکیه گاه گوشه ای خواهد بود .
به علاوه ، طیف بین حداکثر و حداقل نیرو ها به صورت متناظری
کمتر خواهد شد و به دلیل محدوده کوچکتر بین حداکثر و حداقل
نیروهای اعضا در مرحله طراحی ، اعضاء، اشکال یکنواخت تر
و استانداردی به خود می گیرند . بنابراین اتصالات و اندازه اعضاء
از نظر اقتصادی با صرفه تر خواهد بود .
این صرفه جویی ممکن است با هزینه اضافی در ساخت
ستون ها و پی ها تا اندازه ای نقصان یابد .
ویژگی ها و مزایا
1- دهانه :
سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.(فولاد مصرفی در سازه فضاکار 3/1 کمتر از سازه های متداول دیگر می باشد)
2 – سرعت نصب :
به علت پیش ساخته بودن قطعات سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می باشد.
3 – وزن کم و قابلیت جابجایی :
سازه فضاکار دارای وزن کم بوده و قابلیت جابجایی با دست
را دارا می باشد.
4 – انعطاف پذیری در طراحی :
سازه فضاکار قابلیت افزایش و کاهش سطح را
دارا بوده و امکان جابجایی ستونها بدون اینکه خطری برای سازه
فضاکار ایجاد گردد میسر می باشد.
ویژگی ها و مزایا
5- مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی :
سازه فضاکار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیکی همچون زلزله انفجار بارباد در مقایسه به سازه های متداول دیگر از خود نشان می دهد.
6- عبور تاسیسات :
از فضای بین دولایه در شبکه های فضایی به راحتی می توان جهت عبور تاسیسات الکتریکی و مکانیکی استفاده نمود.
7 – ظاهر زیبا:
سازه فضاکار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف
کاذب در این سازه نیست.
8 – ایمنی سازه :
سختی زیاد سازه تغیر شکل سازه را پایین می آورد.
درجه نامعین این نوع سازه بالا بوده و معمولا خرابی موضعی باعث
خرابی کل سازه نمی گردد.
بعلت رفتار سه بعدی، توزیع تنش در تمام جهات
انجام می گردد.
نمونه های مشابه داخل و خارج از کشور
نمایشگاه اکسپو(کنزو تانگه) :
این سازه فضا کار از مدول های نیم هشت وجهی با پلان مربع به ضلع 2/10 متر وارتفاع 9/8 متر که فضایی به ابعاد 120*330 را می پوشاند تشکیل شده است .
در سیستم مرو از گره فولادی تو خالی با اعضاء لوله ای شکل با انتهای مخروطی که به گره ها پیچ می شوند استفاده می شود.
قطر گره های فولادی 1/1 متر ، قطر یال بالا و پایین اعضاء 67 سانتی متر
نمایشگاه اکسپو
نمونه های مشابه داخل و خارج از کشور
مرکز انجمن جاکوب جاویتس (IMP) :
اندازه دهانه 28 متری سازه از ابعاد نمایشگاههای تجاری متعدد با مدول استاندارد 9 متری الهام گرفته شده است . دو ردیف غرفه به عرض 3 متر که به وسیله یک راهروی ارتباطی به عرض 3 متر از یکدیگر جدا می شدند در آن طراحی شده است.
ستونهای چهار گوش که سازه فضا کار سالن و فضای اصلی نمایشگاه را نگه می دارند ، سبک و شفاف هستند.
ستونهای اصلی مرکب از چهار ستون فولادی لوله ای به قطر 55 سانتی متر می باشد
که در رئوس یک مربع 5/1 متری قرار گرفته و با شبکه فلزی به هم متصل
شده اند .
مدول استاندارد این سازه فضاکار مربعی به ضلع 3 متر می باشد.
مرکز انجمن جاکوب جاویتس
نمونه های مشابه داخل و خارج از کشور
موزه لوور (IMP) :
هرم اصلی 6/21 ارتفاع دارد و هر ضلع آن برابر 35 متر با شیبی 51 درجه است. سازه فضا کار متشکل از عناصر فشاری به صورت لوله ای (اعضاء فوقانی و اعضاء جان) و کابل های کششی (اعضاء تحتانی) می باشد..
عمق سازه فضا کار هرم شکل از 7/1 متر در مرکز به صفر در لبه ها می رسد.نتیجه آن انحنا و خمیدگی در عناصر تحتانی است ، در حالی که عناصر فوقانی مستقیم می باشند و
سطوح شیشه ای هرم مسطح است.
به علاوه کابل ها برای مهار بندی ضربدری بین گره ها برای افزایش مقاومت
جانبی نیز به کار رفته اند.
این سازه از 600 عضو لوله ای با قطری مابین 10 تا 80 میلی متر
و بیش از 21000 گره تشکیل شده است .جزئیات اتصال آن
شبیه به اتصال طناب و دیرک بادبان قایقهای بادبانی می باشد.
سازه کش بستی
نوعی سازه فضا کار سه بعدی پایدار ، متشکل از کابلها و عناصر فشاری است ، که در آن کابل ها ممتد ولی عناصر فشاری غیر ممتد هستند و با یکدیگر اتصالی ندارند
تحلیل و نتیجه گیری
در این پروژه تلاش بر این بود که اصولی هر چند مجمل درباره سازه های فضا کار بیان شود تا با این نوع سازه و انواع مورد استفاده آن در دنیا بیش از بیش آشنا شویم .
با توجه به قابلیت های سازه های فضا کار که بیان شد و از طرفی ذکر این نکته که در کشورمان شاهد پیشرفت روزافزون هستیم ، استفاده از این نوع سازه ها برای پوشش دهانه های بزرگ پیشنهاد می شود .
هر چند که به دلیل مسائل و مشکلات اقتصادی پیشرفت های کمی در مورد نحوه ساخت و نصب و مسائل فنی و ایمنی این سازه ها صورت گرفته است.
در پایان می توان گفت که اصلی ترین علت گسترش روزافزون
سازه های فضا کار در جهان اقتصادی تر بودن این سازه هاست.
پایان
با تشکر از توجه شما