سازه های فضاکار
آشنایی با انواع سازه های فضاکار
تعریف و تاریخچه سازه های فضاکار
انواع مدل های هندسی سازه های فضاکار
مصالح سازه فضاکار
شبکه تخت دولایه
چلیک ها
چلیک لملا با اتصالات صلب
گنبدها
انواع گنبد
اجزای سازه فضاکار
ویژگی های فنی سازه های فضاکار به شیوه ی تک پیچ
اتصالات در سازه های فضاکار
پوشاننده سازه فضاکار
نکات اجرائی سازه فضاکار
مثالی از مراحل اجرای پروژه ها
چند توصیه مهم
مراجع
فهرست
آشنایی با انواع سازه های فضاکار
از مهمترین مزیت های سازه فضاکار رفتار لرزه ای خوب به جهت سبک وزنی آنها میباشد و درجه نامعینی زیادی نیز دارند و نیز مزیت هایی برای پوشش دهانه های زیاد بدون نیاز به ستون ونیز جنبه معماری از دیگر مزیت های اینگونه سازه ها میباشدکه باعث میشود از اینگونه سقف ها برای مکان هایی همچون سالن های
صنعتی ،آشیانه هواپیما،نمایشگاه ها و … استفاده گردد.
سازه های فضا کار دارای ویژگیهای خاصی به شرح زیر می باشد:
1. دهانه :
• سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.(فولاد مصرفی در سازه فضاکار یک سوم 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.
5. مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی :
• سازه فضاکار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیکی همچون زلزله انفجار بارباد در مقایسه به سازه هایمتداول 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.
تعریف و تاریخچه سازه های فضاکار
به سازه ای که اصولا رفتار سه بعدی داشته باشد ، به طوریکه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد ، سازه فضاکار نامیده می شود .
با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها یعنی حتی برخی از قوس ها و گنبدهای آجری گذشته نیز جزو سازه های فضاکار محسوب می شوند ، اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند که معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.
سازه های فضایی شکلهای هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می کنند . این اجزا از المانهای طولی ( با مقطع های مربعی ، دایره ای ، مثلثی و … ) و اتصالهایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می شودتشکیل می شود .
جنس المانهای طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بود ولی معمولاً از انواع پلاستیک و پروفیل ، فولاد و آلومینیوم استفاده می شودبه عنوان نمونه هایی از این نوع سازه ها در ایران ، پوشش مرقد مطهر امام و سقف چند غرفه نمایشگاه بین اللملی تهران را می توان نام برد .
البته این نوع سازه پدیده خیلی جدیدی نیست ، زیرا گراهام بل طرحهایی از شبکه های منظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بود همچنین آلاچیقهای عشایر محلی ایران ، سبکی مانند این نوع سازه ها دارند ولی در دهه ۶۰ میلادی بود که این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین اللملی و قابل بحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه های فضایی ( فضاکار ) در سال ۱۹۶۶ در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد .
انواع مدل های هندسی سازه های فضاکار
1-سازه فضاکار تخت یک یا دولایه Double Layer Space Structures
در سازه های فضاکار تک لایه اتصال هم وند ها به هم صلب میباشد درحالیکه در سازه های دولایه اتصالات میتواند مفصلی باشد.
2-چلیک( شبکه های انحنا دار سهموی یا سهلوی و چلیک مرکب) Barrel
(lattic 3-سایر اشکال (برج ها و شبکه های
Dome(4-گنبد ها (دیاماتیک و ژئودیزیک و گنبد های چند قوسی
مصالح سازه فضاکار
برای سازه فضاکار اغلب از مصالح فولادی با مقاطع لوله یا بعضا ناودانی وسپری به عنوان اعضای افقی ، مایل و
آلومینیوم ، چوب ، و مخلوط آنها وحتی بتن ، عمودی استفاده می شود. مصالحی چون همچنین پوسته هم در بعضی موارد استفاده شده است.
یکی دیگر کاربرد های سازه فضاکار در دکل های انتقال برق به عنوان سازه های فضاکار شبکه ای میباشد:
Lattice Spatial Structure
اما نوع متداول مصالح سازه فضا کار در کشور ما فولادی میباشد
شبکه تخت دولایه
چلیک ها
چلیک لملا با اتصالات صلب
در چلیک مرکب دره وسط همانند تیر عظیم عمل می کند(بیشتر نقوش در حالت سه لایه می باشند)
گنبدها
انواع گنبد 1-گنبد های دنده ای برای جلوگیری از ازدحام دنده ها در محل تاج میتوان هم وندهایی در بالای گنبد را به صورت منظم حذف یا به اصطلاح حرص نمود
2-گنبد اشودلر
3-گنبدهای لملا(دارای اعضای مورب)
4-گنبد دیامتیک
5-گنبد برایی در این نوع گنبدها هم اگر تک لایه باشند باید اتصالات از نوع صلب باشند.
6-گنبد ژئودزیک(افلاطونی) این نوع گنبدها با اشکال منظم هندسی و از تصویر نیمرخ خای چند وجهی روی کره(که معمولا از 5رخ به بالای 20رخ منظم می باشند)تشکیل می شود.
گنبدهای ژئودزیک نسبت به گنبدهای دیامتیک شباهت زیادی دارد اما تفاوت اصلی آن اینست که بدلیل تشکیل هندسه منظم تری ،تعداد تیپ های کمتری از اعضا ایجاد می کند. 7-گنبد اسکالوپ گنبد چند قوسی:از این نوع گنبدها اغلب برای دهانه های بالای 100متراستفاده می شودو همانند گنبدهای دیامتیک مشکل عمده آنها زیاد شدن تعداد تیپ اعضادر این نوع گنبدها می باشند.
اجزای سازه فضاکار
در سازه های فضاکار نزدیک به 50 % درصد از کل هزینه ها صرف هزینه اتصالات میگردد در حالیکه درسازه معمولی هزینه اتصالات نزدیک به 20 % کل
هزینه میباشد.از این رو مهمترین اجزای سازه فضاکاراتصالات آنها میباشد.
گوی : عبارت است 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 ماشین کاری شده می باشند، می نشینند و پیچ می شوند .
گوی پیچ ها می تواند از جنس آلومینیوم یا فولاد باشد.اما اگر فولادی باشد باید برای تغییر شکل های موجود کنترل گردد که در این صورت اتصالات بزرگتری خواهیم داشت.آلومینیوم علاوه بر اینکه وزن و مدول الاستیسیته یک سوم فولاد دارد ، مقاومت
کششی بالاتری نیز دارد.
گوی های اتصال مرو از جنس آلیاژ فولاد فرچ شده کوبین کاری شده سیکا 45 میباشد.مهمترین عیب سیکا 45 اینست که چنانچه نیاز به جوش روی آن باشد،جوش پذیری خوبی ندارد و باید با پیش گرمایش امکان جوش روی گوی را فراهم نمود.گوی استاندارد با زوایای مابین پیچ برابر 45 درجه میباشد.
ضخامت معمول گوی ها از60-90میلیمترشروع میشود تا 30 سانتیمتر
قطر معمول خارجی گوی ها به طور استاندارد در اندازه های60-90-
110-130-150سانتیمتری می باشد.
آنچه در طراحی اتصالات بخصوص طراحی گوی ها حائز اهمیت است بررسی عدم تداخل بولت های درون آن بررسی شود که این مورد
می تواند با نرم افزار های جانبی یا بصورت دستی کنترل گردد.
همچنین اگر در محل اتصال پیچ ها از داخل بسته و محکم شوند اتصال انعطاف پذیری بیشتری خواهد داشت.
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 .مهمترین نقش آن جلوگیری از تراکم لوله های در نزدیکی گوی میباشد.
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 .
لوله هایی که در خرپای سازه فضاکار استفاده میشود 6 متری میباشد که برای جلوگیری از هدر رفتن مصالح در قطعات 2 و 3 متری برش داده میشود.برای همین برای اعضای هم وند های سازه های فضاکار اعضای با طول و مقاطع یکسان و در طول 2 یا 3 متر پیشنهاد شده است.
توصیه شده است تمامی لوله ها یا هم وند های یک سازه فضاکار تا حد امکان با طول مساوی انتخاب شود و تنها نقطه تمایز آنها در نواحی پر تنش، افزایش ضخامت درونی فولاد لوله باشد.
چنانچه برای یک شبکه تخت دولایه از لوله های به اندازه 3 متر استفاده شود ارتفاع شبکه برابر 2.1 متر خواهد بود که بیشتر نمونه های اجرایی مخصوصا برای سالن های صنعتی به این تیپ میباشد.
لوله های مستعمل بیشتر با قطر 1.5-2.5-3-4-5اینچی می باشند.
پیچ : یک اتصال جدا شدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آن کمک گرفته می شود .در شبکه فضایی شرکت فضاکاران صنعت در حالت کششی عمل می کند و نیروی کششی از گل پیچ به نشیمنگاه مخروطی انتقال پیدا می کند.پیچ های این سیستم دارای
کلاس سختی بالا ( 8.8 و 10.9 ) می باشند .
در طراحی اتصالات مهمترین نکته بررسی هندسه گوی و عدم تداخل طول رزوه پیچ های درون گوی میباشد.
معمولا طول قطر گوی ها را دست بالا انتخاب میکنیم تا تعداد تیپ های موجود کاهش یابد.
همچنین در لوله های اتصال مرو برای ورود پیچ در محل اتصال پس از میزان نمودن لوله سوراخی در نقاط انتهایی لوله ها تعبیه شده است گه اگرچه مقاومت هم وند ها را می تواند تا حدی کاهش دهد اما برای خروج وتبخیر آب میتواند مفید باشد.
اگر هم وند در فشار باشد: نیرو از عضو مخروطی و از آن به وسیله اسلیو و از طریق سطح صاف به گوی منتقل میگردد.
اما اگر هم وند ها در کشش باشند: پیچ ها و طول رزوه شده درون گوی بیشترین تاثیر را در انتقال نیرو دارند.
اسلیو :(غلاف) 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 .
جهت محکم کردن و اطمینان از ورود کافی بولت درون رزوه از اسلیو یا غلاف استفاده میکنیم که طول آن بستگی به نیروی موجود در اتصال و طول بولت دارد.
پین روی اسلیو(غلاف) برای کنترل میزان فرورفتگی پیچ درون گوی تعبیه گردیده است.
غلاف ها در دو نوع فرچ کاری یا نوع استفاده دستگاه تراشکاری اتوماتیکCNCتولید می شود.
طراحی پیونده های سازه های فضاکار
طراحی پیونده براساس بیشترین نیروی عضو متصل شده به آن طراحی می گردد.
ویژگی های فنی سازه های فضاکار به شیوه ی تک پیچ
ویژگی های فنی سازه ی فضاکار به شیوه ی گوی سان مرو
اتصالات در سازه های فضاکار انواع دتایل های رایج اتصالات:
آشنایی با اتصال مرو یکی از معتبرترین شرکت های فعال در زمینه اجرای سازه های فضاکار شرکت آلمانیmEROمی باشد.
نمونه هایی از اتصالات در سازه های فضاکار
پوشاننده سازه فضاکار
پوشاننده های پاشامی
ساندویچ پانل : قابلیت عایق در مقابل صوت و حرارت
ورق پلی کربنات : قابلیت عبور نور در انواع رنگی ، شفاف و نیمه شفاف ، تخت و چند جداره
ورق گالوانیزه : در رنگهای متنوع الکترو استاتیک
:مقاوم در برابر اشعه فرا بنفش آفتاب upvc ورق
نکات اجرائی سازه فضاکار تکیه گاه در سازه های فضاکار
محل مناسب قرارگیری تکیه گاه ها(ستون ها)زیرسازه فضاکار
نحوه بالابردن و مونتاژ سازه های فضاکار
مثالی از مراحل اجرای پروژه ها
3- تولید هموند های گویسان مرو
4-رنگ آمیزی هموند ها
5- ستون گذاری
6- بافت سازه فضاکار
7-نصب سازه فضاکار
8-نصب پوشانه: (در این پروژه از جنس آلومینیوم)
چند توصیه مهم!!
در سازه های فضاکار برخلاف سازه های معمولی ،با خرابی و ضعیف طرح نمودن یک المان ممکن است کل سازه فرو بریزد یا حتی در حین نصب برای سازه مشکل بوجود آید که منجر به ضرر مالی یا حتی جانی شود ونکات آورده شده در این جزوه به هیچ وجه به معنی سهل و آسان بودن طرح و اجرای سازه فضاکار نیست، طوریکه با رعایت این نکات هر مهندس قادر به طراحی و تحلیل اینگونه سازه ها خواهد بود!
در کشور نزدیک به 40 شرکت مجری نصب سازه های فضاکار مشغول فعالیت میباشند که در این میان تنها حدود 10 مهندس طراح سازه فضاکار به صورت حرفه ای در کشور شناخته شده میباشند که این نشان دهنده این نکته است که طراحی اینگونه سازه ها حتی نصب و اجرای آن نیاز به تخصص و تجربه فراوان دارد ، لذا به
مهندسین جوان توصیه میکنم قبل از اینکه به طور حرفه ای وارد این مقوله شوند اول از همه در دوره سازه فضاکار که همه ساله توسط جناب پروفسور نوشین برگزار میگردد شرکت داشته باشند و ضمن آشنایی مقدماتی با اینگونه سازه ها در این دوره طی مدت زمانی با کسب تجربه و مطالعه مورد های مشابه اقدام به طراحی اینگونه سازه ها نمایند.
بنابراین به مهندسین توصیه میکنم به این نکات به چشم نکات جانبی بیاندیشند و مورد توجه قرار دهند چراکه در این جزوه همه نکات و لم های طراحی مقدور نبود گنجانده شود .
و هم یک مورد مهم تر اینکه انتظار نداشته باشید شخصی همه نکات و لم ها را یکجا در اختیار شما قرار دهد حتی اگر هزینه ای هم برای آن قرار دهد باز همه نکات و تجارب چند ساله یک طراح در یک جزوه قابل جمع بندی نیست!
آنچه در دوره سازه های فضاکار به آن اشاره شد بیشتر بحث آشنایی مقدماتی و کلی با دریایی از اطلاعات مرتبط با انواع سازه های فضاکار (معماری و سازه) بود و نه وقت آن بود و نه جای آن که به نکات کلیدی تحلیل و طراحی سازه های فضاکار اشاره شود و شاید برای یکچنین اطلاعاتی یک دوره یا یک کلاس اصلا کفایت نکند.
مراجع
پایان