سازه فضاکار چیست؟
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه‌بعدی است که دهانه‌های آن در دو جهت گسترش‌یافته‌اند و اعضای آن فقط تحت تأثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه ها از مدول‌های یکسان و تکرارشونده با لایه‌های موازی در بالا و پایین (مشابه میله‌های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می‌گردند. سازه فضاکار، به مجموعه سازه‌های مشابهی اطلاق می‌شود که شامل شبکه‌ها، طاق‌ها، برج‌ها، شبکه‌های کابلی، سیستم‌های پوسته‌ای و غشایی، سازه‌های تا شونده و ترکیبات کش بستی می‌شود.
یک قاب فضایی یا سازه‌ی فضایی، عبارت است از سازه‌ای که از اجزای خرپا مانند سبک و محکم تشکیل‌شده از پایه‌هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرارگرفته‌اند. قاب‌های فضایی برای پوشش دادن دهانه‌هایی که تکیه‌گاه کم تعدادی دارند به کار می‌روند. چون در قاب‌های فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می‌شود، لنگرهای خمشی، به‌صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می‌گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب‌های فضایی می‌شود.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به‌جای سازه فضاکار بکار می‌رود که این دو اصطلاح ازلحاظ کلمه‌ای مترادف‌اند؛ ولی ازلحاظ معنا و مفهوم باهم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه‌ای اطلاق می‌شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورداستفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.
بررسی کلی سازه‌های فضاکار:
ساده‌ترین نوع قاب‌های فضایی به این‌گونه است که هرم‌هایی با سقف تخت و با استفاده از میله‌های آلومینیومی و یا فولادی میله‌ای شکل ساخته شوند. در بیشتر مواقع، این نوع از قاب‌ها شبیه به بازوی متحرک افقی یک جرثقیل برجی است که در کنار هم قرارگرفته‌اند. نوع دیگر قاب‌های فضایی که دارای استحکام بیشتری نیز هست، به‌صورت هرم‌های چهاروجهی به‌هم‌پیوسته اجرا می‌شوند. در این حالت، همهٔ اعضای محوری قاب، دارای طول یکسانی هستند. ازنظر فنی، این نوع از قاب فضایی، مانند یک شبکهٔ برداری و یا یک خرپای هشت‌گانه است. در انواع دیگر قاب‌ها نیز، با تغییر دادن طول اعضای محوری، شکل کلی سازه به‌صورت انحناء یا اشکال هندسی دیگر تغییر می‌یابد.
تاریخچه سازه فضاکار:
به‌عنوان قدیمی‌ترین ساخت‌ها برای سازه‌های فضاکار می‌توان از داربست‌هایی که جهت نگهداری چادرهای انسان‌های اولیه بکار می‌رفت نام برد. ازجمله قدیمی‌ترین چادرهای انسان‌های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف‌شده بود می‌توان اشاره کرد. کاربرد سازه‌های شبکه‌ای و سه‌بعدی درروم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن‌های تجمع، آمفی‌تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه‌گر است.
اولین شبکه چندلایه توسط الکساندر گراهام بل ارسال 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 می‌توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه‌ای در کنار هم سازه‌هایی محکم و سبک ساخت. می‌توان گفت کاربرد عملی و توسعه‌یافته سازه‌های فضاکار و طراحی اصولی این‌گونه سازه‌ها از سال ۱۹۵۰ شروع‌شده است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه‌ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آن‌ها موجود است مجذوب این گروه از سازه‌ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه‌ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم‌ها آغاز گردید.
مزایای سازه فضاکار:
سازه‌های فضاکار مزیت‌هایی دارند که در ذیل به آن‌ها اشاره می‌کنیم:
کاربرد سازه فضاکار:
قاب‌های فضایی در ساختمان‌های مدرن کاربرد فراوانی دارند. این نوع از قاب‌ها بیشتر در سقف‌هایی با دهانه‌های بزرگ در ساختمان‌های مدرن تجاری و صنعتی دیده می‌شوند.
سیستم‌های سازه‌های فضاکار در سازه‌هایی که در آن‌ها احتیاج به پوشش دهانه‌های بزرگ و بدون ستون است از قبیل:
آشیانه هواپیماها، سالن‌های کارخانه‌ها، پوشش استادیوم‌های ورزشی، باشگاه‌های ورزشی، پارکینگ‌های طبقاتی، مراکز فرهنگی و تفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی‌تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)، ایستگاه‌های راه‌آهن، ترمینال‌ها و اهداف بسیار دیگر بکار می‌رود. سیستم‌های سازه‌های فضاکار در سازه‌هایی چون دکل‌های انتقال نیرو، برج‌های مخابراتی، برج‌های ذخیره آب، بشقاب‌های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.
انواع سازه فضاکار:
سازه‌های فضاکار به سه روش دسته‌بندی می‌شوند:
شبکه‌های فضاکار تخت:
در سازه فضایی، سازه فضاکار شبکه‌های تخت به ترکیب یک سیستم یک یا چندوجهی با لایه‌های واحد شبکه گفته می‌شود. شبکه مسطح ترکیبی از یک دووجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می‌باشد. شبکه‌های تخت در سازه فضاکار می‌توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چندلایه باشند، ولی بیشتر به‌صورت دولایه مورداستفاده قرار می‌گیرند. شبکه‌های سازه فضایی دولایه از دو صفحه موازی که به‌وسیله عناصری به هم متصل گردیده‌اند تشکیل می‌شوند. یک نمونه استفاده از این شبکه‌های سازه فضاکار در آشیانه هواپیما است. زمانی که اعضا در شبکه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه‌های سه لایه استفاده می‌شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه‌های سازه‌های فضاکار را پیوندها تشکیل می‌دهند این نوع سازه‌های فضاکار اغلب غیراقتصادی است. نکته دیگری که در طراحی شبکه‌های سازه فضاکار دولایه و اکثر سازه‌های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون‌های سازه فضایی در داخل شبکه قرار می‌گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه‌های فضایی در اطراف کنسول داشته باشیم.
سازه‌های فضاکار چلیکی:
اگر شبکه‌ای در یک‌جهت دارای انحناء باشد سازه‌های چلیکی نامیده می‌شود. این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده‌شده و بعضاً فاقد ستون می‌باشند و روی لبه‌های چلیک که به تکیه‌گاه متصل است، قرار می‌گیرند. چلیک‌ها دارای محور می‌باشند. اگر چلیک یک‌لایه باشد اتصالات به شکل صلب است. چلیک‌ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می‌شوند و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک‌ها به یکدیگر را بازی می‌کنند. نکته‌ای که در طراحی این نوع سازه‌های فضاکار باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می‌شود به‌وسیله تیر و تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد. انواع چلیک‌ها در سازه فضاکار عبارت‌اند از: چلیک اریبی، چلیک لملا (lamella) با مقاطع بیضی گونه، سهمی گون، هذلولی گون و …
سازه‌های فضاکار گنبدی:
در سازه فضاکار اگر شبکه‌ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می‌شود. شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط بااتصال چندین رویه باشد. گنبدها سازه‌هایی با صلبیت بالا می‌باشند و برای دهانه‌های بسیار بزرگ تا حدود ۲۵۰ متر مورداستفاده قرار می‌گیرند. ارتفاع گنبد باید بزرگ‌تر از ۱۵% قطر پایه گنبد باشد. گنبدها دارای مرکز هستند. از انواع گنبدها می‌توان گنبد از نوع دنده‌ای اشاره کرد که درصورتی‌که تعداد دنده‌ها زیاد باشد باید به مسئله شلوغی اعضا در رأس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده‌های نزدیک رأس حذف شود. گنبد دیگری در سازه فضاکار به نام اشفدلر (مهندس آلمانی) وجود دارد که تعداد زیادی از این نوع گنبدها بعد از قرن ۱۹۹ توسط اشفدلر و دیگران ساخته‌شده است. از ایرادات این گنبد می‌توان به مسئله شلوغی اعضا در رأس اشاره کرد که برای حل این مشکل همان راه‌حل بالا ارائه می‌شود. نمونه دیگر از گنبدها در سازه فضایی، گنبد لملا است. این گنبد را می‌توان به‌نوعی ترکیبی از یک یا چند حلقه که با یکدیگر متقاطع هستند، دانست. از نمونه دیگر گنبدها در سازه فضاکار می‌توان به گنبدهای دیامتیک و گندهای حبابی و ژئودزیک اشاره کرد. اتصالات در گنبدهای دنده‌ای و اشفدلر حتماً صلب هستند. ازلحاظ پخش منظم نیرو، گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.
سازه‌های فضاکار تاشو:
این نوع سازه‌ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند و کاربرد عمده آن‌ها در مکان‌هایی است که به دلیل محدودیت‌های جوی، مکانی، زمانی و مصالح، ساخت دیگر سازه‌ها امکان‌پذیر نباشد. سازه‌های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرک‌ها، نمایشگاه‌ها و مناطق سیل و زلزله‌زده بکار می‌رود.
سازه‌های فضاکار بادشو:
سازه‌هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی و یا پلاستیکی ساخته می‌شوند و در مواقع استفاده با پمپ باد می‌شوند.
سازه‌های فضاکار ماهواره‌ای:
سازه‌هایی هستند که به‌صورت خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می‌شوند و کاربرد آن‌ها در سازه‌های ماهواره‌ای، خطوط انتقال نیرو و برج‌های مخابراتی است.
سازه‌های پل‌های فضاکار:
پل‌هایی هستند که از خرپاهای مرکب فضایی ساخته می‌شوند. این نوع پل‌ها برای دهانه‌های بزرگ بعد از پل‌های کابلی در درجه اهمیت‌اند.
سازه‌های فضاکار ازلحاظ مصالح:
سازه‌های فضاکار فولادی:
فولاد پرکاربردترین ماده در ساخت سازه‌های فضاکار به شمار می‌رود. شاید مهم‌ترین علت آن سختی و جوش‌پذیری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگی‌های مفید فولاد، تنوع پروفیل‌های فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.
سازه‌های فضاکار آلومینیومی:
یکی از مصالحی که اکنون موردتوجه قرارگرفته است، آلومینیوم می‌باشد. از مزیت‌های بارز آلومینیوم می‌توان به سبک بودن آن اشاره نمود. به‌طوری‌که وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. درنهایت آلومینیوم هنوز گران‌تر از فولاد است.
سازه‌های فضاکار چوبی:
چوب به‌عنوان یک ماده اولیه در قرون‌وسطی جهت پوشش سقف بکار می‌رفت. استفاده از چوب‌های ورقه‌ای جهت ساخت این سازه‌ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه‌ها قرارداد. گنبدهای چوبی در پوشش سالن‌های مدارس و سالن‌های ورزشی بسیار متداول است.
اجزای تشکیل‌دهنده سازه‌های فضاکار:
گره‌ها (پیونده‌ها):
شاید می‌توان گفت که مهم‌ترین قسمت در سازه‌های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آن‌ها می‌باشد. پیونده مرو باقابلیت ۱۸ اتصال
اعضاء سازه‌های فضاکار:
بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می‌دهند. این اعضا در سازه‌های فضاکار، پروفیل‌هایی در اندازه و مقاطع مختلف می‌باشند. عمده‌ترین مقاطع بکار رفته در سازه‌های فضاکار مقطع دایره‌ای، به‌صورت توپر یا توخالی و مقاطع نبشی یا قوطی است.
تکیه‌گاه‌های سازه‌های فضاکار:
شکل و موقعیت تکیه‌گاه‌ها در سازه‌های فضاکار، تأثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آن‌ها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه‌گاه‌ها در این سیستم‌ها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه‌گاه‌ها به پی منتقل می‌گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه‌گاه را پروفیل‌های تو پر و سنگین تشکیل می‌دهند.
روش‌های طراحی سازه‌ای فضاکار:
قاب‌های فضایی معمولاً با استفاده از ماتریس سختی، طراحی می‌شوند. ویژگی ماتریس سختی، مستقل بودن آن نسبت به تغییرات زاویه‌ای است. اگر مفصل‌ها به حد کافی محکم و سخت باشند، برای سادگی در محاسبات، می‌توان از تغییرات زاویه‌ای صرف‌نظر کرد.
مراحل اجرای پروژه‌های فضاکار:
1.طراحی: مدل‌سازی در Formian و انتقال و ادیت نقشه در AutoCad
2.محاسبات: توسط نرم‌افزار ۸۹ Sap-AISC ASD
3.تولید هموندها
4.رنگ‌آمیزی هموندها
5.ستون گذاری
6.بافت سازه فضاکار
7.نصب سازه فضاکار
8.نصب پوشانه
روش‌های بافت و نصب سازه‌های فضاکار:
درروش نصب یکپارچه سازه فضایی، سازه فضاکار بر روی زمین محل احداث پروژه تراز و به‌صورت کامل انجام می‌شود و سپس با استفاده از جرثقیل و یا جک‌هایی که در زیر سازه قرارگرفته‌اند، سازه فضایی به بالا منتقل‌شده و بر روی ستون‌ها و یا تکیه‌گاه‌ها نصب می‌گردد. این روش اجرای بافت و نصب سازه با سرعت و دقت بالایی صورت می‌پذیرد. درروش نصب بلوکی سازه فضایی، سازه فضاکار به بخش‌ها و بلوک‌های مشخص تقسیم می‌شود. سپس بخش‌ها و بلوک‌ها بر روی زمین محل نصب سازه فضایی بافته‌شده و پس‌ازآن هر یک از آن‌ها با استفاده از جرثقیل و یا جک به بالا منتقل‌شده و ضمن تکمیل عملیات چینش و بافت بلوک‌ها با یکدیگر فرایند نصب سازه فضایی بر روی ستون‌ها و تکیه‌گاه‌ها نیز تکمیل می‌شود. این روش برای سازه‌هایی که ابعاد و شکل‌های هندسی خاص و یا نامنظم دارند مناسب بوده ولی زمان بیشتری را برای عملیات نصب سازه فضایی نیاز خواهیم داشت. درروش نصب واحدی سازه فضایی تعداد ۳ تا ۵ لوله و یک گوی که به آن یک واحد گفته می‌شود بر روی زمین بافته و سپس با وسایل انتقال سبک به محل قرارگیری خود در سازه فضایی منتقل و ادامه و تکمیل بافت هر واحد با واحدهای قبلی و شبکه سازه فضایی و نصب آن‌ها بر روی ستون‌ها و تکیه‌گاه‌ها صورت می‌پذیرد. درروش نصب قطعه‌ای سازه فضایی، در زمان اجرای بافت و نصب سازه فضاکار برای جلوگیری از حرکات ارتعاشی ونوسانی و به‌منظور محدود کردن تغییر شکل شبکه سازه فضایی در حال بافت و نصب در طول محور اصلی سازه فضایی شمع‌های موقت در سطوح و موقعیت‌های حامل فشار و بار سازه نصب‌شده و پس از پایان بافت و نصب سازه شمع‌ها با رعایت کامل ایمنی و به‌تدریج از زیر سازه برداشته می‌شوند تا بار سازه و فشار با یک ضریب مشخص و منطقی به ستون‌ها و تکیه‌گاه‌های اصلی منتقل‌شده و سقف در حالت هندسی مشخص‌شده پایدار شود.
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه‌بعدی است که دهانه‌های آن در دو جهت گسترش‌یافته‌اند و اعضای آن فقط تحت تأثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه ها از مدول‌های یکسان و تکرارشونده با لایه‌های موازی در بالا و پایین (مشابه میله‌های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می‌گردند. سازه فضاکار، به مجموعه سازه‌های مشابهی اطلاق می‌شود که شامل شبکه‌ها، طاق‌ها، برج‌ها، شبکه‌های کابلی، سیستم‌های پوسته‌ای و غشایی، سازه‌های تا شونده و ترکیبات کش بستی می‌شود.
یک قاب فضایی یا سازه‌ی فضایی، عبارت است از سازه‌ای که از اجزای خرپا مانند سبک و محکم تشکیل‌شده از پایه‌هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرارگرفته‌اند. قاب‌های فضایی برای پوشش دادن دهانه‌هایی که تکیه‌گاه کم تعدادی دارند به کار می‌روند. چون در قاب‌های فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می‌شود، لنگرهای خمشی، به‌صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می‌گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب‌های فضایی می‌شود.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به‌جای سازه فضاکار بکار می‌رود که این دو اصطلاح ازلحاظ کلمه‌ای مترادف‌اند؛ ولی ازلحاظ معنا و مفهوم باهم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه‌ای اطلاق می‌شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورداستفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.
بررسی کلی سازه‌های فضاکار:
ساده‌ترین نوع قاب‌های فضایی به این‌گونه است که هرم‌هایی با سقف تخت و با استفاده از میله‌های آلومینیومی و یا فولادی میله‌ای شکل ساخته شوند. در بیشتر مواقع، این نوع از قاب‌ها شبیه به بازوی متحرک افقی یک جرثقیل برجی است که در کنار هم قرارگرفته‌اند. نوع دیگر قاب‌های فضایی که دارای استحکام بیشتری نیز هست، به‌صورت هرم‌های چهاروجهی به‌هم‌پیوسته اجرا می‌شوند. در این حالت، همهٔ اعضای محوری قاب، دارای طول یکسانی هستند. ازنظر فنی، این نوع از قاب فضایی، مانند یک شبکهٔ برداری و یا یک خرپای هشت‌گانه است. در انواع دیگر قاب‌ها نیز، با تغییر دادن طول اعضای محوری، شکل کلی سازه به‌صورت انحناء یا اشکال هندسی دیگر تغییر می‌یابد.
تاریخچه سازه فضاکار:
به‌عنوان قدیمی‌ترین ساخت‌ها برای سازه‌های فضاکار می‌توان از داربست‌هایی که جهت نگهداری چادرهای انسان‌های اولیه بکار می‌رفت نام برد. ازجمله قدیمی‌ترین چادرهای انسان‌های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف‌شده بود می‌توان اشاره کرد. کاربرد سازه‌های شبکه‌ای و سه‌بعدی درروم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن‌های تجمع، آمفی‌تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه‌گر است.
اولین شبکه چندلایه توسط الکساندر گراهام بل ارسال 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 می‌توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه‌ای در کنار هم سازه‌هایی محکم و سبک ساخت. می‌توان گفت کاربرد عملی و توسعه‌یافته سازه‌های فضاکار و طراحی اصولی این‌گونه سازه‌ها از سال ۱۹۵۰ شروع‌شده است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه‌ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آن‌ها موجود است مجذوب این گروه از سازه‌ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه‌ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم‌ها آغاز گردید.
مزایای سازه فضاکار:
سازه‌های فضاکار مزیت‌هایی دارند که در ذیل به آن‌ها اشاره می‌کنیم:
- زیبایی:
- امکان هم‌زمانی اجرای سازه فضایی با عملیات ساختمانی دیگر:
- عبور تأسیسات از داخل سازه اجراشده:
- عدم استفاده از عملیات جوشکاری در هنگام نصب:
- سبک بودن:
- سرعت:
- هزینه پایین در دهانه‌های بزرگ:
- امکان باز کردن و بستن مجدد سازه:
- تولید قطعات در کارخانه:
- تغییر در فضای ایجادشده:
- ضریب ایمنی بالا:
- ایجاد سقف افقی در فضایی داخلی:
کاربرد سازه فضاکار:
قاب‌های فضایی در ساختمان‌های مدرن کاربرد فراوانی دارند. این نوع از قاب‌ها بیشتر در سقف‌هایی با دهانه‌های بزرگ در ساختمان‌های مدرن تجاری و صنعتی دیده می‌شوند.
سیستم‌های سازه‌های فضاکار در سازه‌هایی که در آن‌ها احتیاج به پوشش دهانه‌های بزرگ و بدون ستون است از قبیل:
آشیانه هواپیماها، سالن‌های کارخانه‌ها، پوشش استادیوم‌های ورزشی، باشگاه‌های ورزشی، پارکینگ‌های طبقاتی، مراکز فرهنگی و تفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی‌تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)، ایستگاه‌های راه‌آهن، ترمینال‌ها و اهداف بسیار دیگر بکار می‌رود. سیستم‌های سازه‌های فضاکار در سازه‌هایی چون دکل‌های انتقال نیرو، برج‌های مخابراتی، برج‌های ذخیره آب، بشقاب‌های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.
انواع سازه فضاکار:
سازه‌های فضاکار به سه روش دسته‌بندی می‌شوند:
- انواع سازه‌های فضاکار ازلحاظ کاربرد و نحوه عملکرد
- انواع سازه‌های فضاکار ازلحاظ مصالح
- انواع سازه‌های فضاکار ازلحاظ ساختار
شبکه‌های فضاکار تخت:
در سازه فضایی، سازه فضاکار شبکه‌های تخت به ترکیب یک سیستم یک یا چندوجهی با لایه‌های واحد شبکه گفته می‌شود. شبکه مسطح ترکیبی از یک دووجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می‌باشد. شبکه‌های تخت در سازه فضاکار می‌توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چندلایه باشند، ولی بیشتر به‌صورت دولایه مورداستفاده قرار می‌گیرند. شبکه‌های سازه فضایی دولایه از دو صفحه موازی که به‌وسیله عناصری به هم متصل گردیده‌اند تشکیل می‌شوند. یک نمونه استفاده از این شبکه‌های سازه فضاکار در آشیانه هواپیما است. زمانی که اعضا در شبکه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه‌های سه لایه استفاده می‌شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه‌های سازه‌های فضاکار را پیوندها تشکیل می‌دهند این نوع سازه‌های فضاکار اغلب غیراقتصادی است. نکته دیگری که در طراحی شبکه‌های سازه فضاکار دولایه و اکثر سازه‌های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون‌های سازه فضایی در داخل شبکه قرار می‌گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه‌های فضایی در اطراف کنسول داشته باشیم.
سازه‌های فضاکار چلیکی:
اگر شبکه‌ای در یک‌جهت دارای انحناء باشد سازه‌های چلیکی نامیده می‌شود. این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده‌شده و بعضاً فاقد ستون می‌باشند و روی لبه‌های چلیک که به تکیه‌گاه متصل است، قرار می‌گیرند. چلیک‌ها دارای محور می‌باشند. اگر چلیک یک‌لایه باشد اتصالات به شکل صلب است. چلیک‌ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می‌شوند و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک‌ها به یکدیگر را بازی می‌کنند. نکته‌ای که در طراحی این نوع سازه‌های فضاکار باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می‌شود به‌وسیله تیر و تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد. انواع چلیک‌ها در سازه فضاکار عبارت‌اند از: چلیک اریبی، چلیک لملا (lamella) با مقاطع بیضی گونه، سهمی گون، هذلولی گون و …
سازه‌های فضاکار گنبدی:
در سازه فضاکار اگر شبکه‌ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می‌شود. شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط بااتصال چندین رویه باشد. گنبدها سازه‌هایی با صلبیت بالا می‌باشند و برای دهانه‌های بسیار بزرگ تا حدود ۲۵۰ متر مورداستفاده قرار می‌گیرند. ارتفاع گنبد باید بزرگ‌تر از ۱۵% قطر پایه گنبد باشد. گنبدها دارای مرکز هستند. از انواع گنبدها می‌توان گنبد از نوع دنده‌ای اشاره کرد که درصورتی‌که تعداد دنده‌ها زیاد باشد باید به مسئله شلوغی اعضا در رأس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده‌های نزدیک رأس حذف شود. گنبد دیگری در سازه فضاکار به نام اشفدلر (مهندس آلمانی) وجود دارد که تعداد زیادی از این نوع گنبدها بعد از قرن ۱۹۹ توسط اشفدلر و دیگران ساخته‌شده است. از ایرادات این گنبد می‌توان به مسئله شلوغی اعضا در رأس اشاره کرد که برای حل این مشکل همان راه‌حل بالا ارائه می‌شود. نمونه دیگر از گنبدها در سازه فضایی، گنبد لملا است. این گنبد را می‌توان به‌نوعی ترکیبی از یک یا چند حلقه که با یکدیگر متقاطع هستند، دانست. از نمونه دیگر گنبدها در سازه فضاکار می‌توان به گنبدهای دیامتیک و گندهای حبابی و ژئودزیک اشاره کرد. اتصالات در گنبدهای دنده‌ای و اشفدلر حتماً صلب هستند. ازلحاظ پخش منظم نیرو، گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.
سازه‌های فضاکار تاشو:
این نوع سازه‌ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند و کاربرد عمده آن‌ها در مکان‌هایی است که به دلیل محدودیت‌های جوی، مکانی، زمانی و مصالح، ساخت دیگر سازه‌ها امکان‌پذیر نباشد. سازه‌های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرک‌ها، نمایشگاه‌ها و مناطق سیل و زلزله‌زده بکار می‌رود.
سازه‌های فضاکار بادشو:
سازه‌هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی و یا پلاستیکی ساخته می‌شوند و در مواقع استفاده با پمپ باد می‌شوند.
سازه‌های فضاکار ماهواره‌ای:
سازه‌هایی هستند که به‌صورت خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می‌شوند و کاربرد آن‌ها در سازه‌های ماهواره‌ای، خطوط انتقال نیرو و برج‌های مخابراتی است.
سازه‌های پل‌های فضاکار:
پل‌هایی هستند که از خرپاهای مرکب فضایی ساخته می‌شوند. این نوع پل‌ها برای دهانه‌های بزرگ بعد از پل‌های کابلی در درجه اهمیت‌اند.
سازه‌های فضاکار ازلحاظ مصالح:
سازه‌های فضاکار فولادی:
فولاد پرکاربردترین ماده در ساخت سازه‌های فضاکار به شمار می‌رود. شاید مهم‌ترین علت آن سختی و جوش‌پذیری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگی‌های مفید فولاد، تنوع پروفیل‌های فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.
سازه‌های فضاکار آلومینیومی:
یکی از مصالحی که اکنون موردتوجه قرارگرفته است، آلومینیوم می‌باشد. از مزیت‌های بارز آلومینیوم می‌توان به سبک بودن آن اشاره نمود. به‌طوری‌که وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. درنهایت آلومینیوم هنوز گران‌تر از فولاد است.
سازه‌های فضاکار چوبی:
چوب به‌عنوان یک ماده اولیه در قرون‌وسطی جهت پوشش سقف بکار می‌رفت. استفاده از چوب‌های ورقه‌ای جهت ساخت این سازه‌ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه‌ها قرارداد. گنبدهای چوبی در پوشش سالن‌های مدارس و سالن‌های ورزشی بسیار متداول است.
اجزای تشکیل‌دهنده سازه‌های فضاکار:
گره‌ها (پیونده‌ها):
شاید می‌توان گفت که مهم‌ترین قسمت در سازه‌های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آن‌ها می‌باشد. پیونده مرو باقابلیت ۱۸ اتصال
اعضاء سازه‌های فضاکار:
بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می‌دهند. این اعضا در سازه‌های فضاکار، پروفیل‌هایی در اندازه و مقاطع مختلف می‌باشند. عمده‌ترین مقاطع بکار رفته در سازه‌های فضاکار مقطع دایره‌ای، به‌صورت توپر یا توخالی و مقاطع نبشی یا قوطی است.
تکیه‌گاه‌های سازه‌های فضاکار:
شکل و موقعیت تکیه‌گاه‌ها در سازه‌های فضاکار، تأثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آن‌ها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه‌گاه‌ها در این سیستم‌ها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه‌گاه‌ها به پی منتقل می‌گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه‌گاه را پروفیل‌های تو پر و سنگین تشکیل می‌دهند.
روش‌های طراحی سازه‌ای فضاکار:
قاب‌های فضایی معمولاً با استفاده از ماتریس سختی، طراحی می‌شوند. ویژگی ماتریس سختی، مستقل بودن آن نسبت به تغییرات زاویه‌ای است. اگر مفصل‌ها به حد کافی محکم و سخت باشند، برای سادگی در محاسبات، می‌توان از تغییرات زاویه‌ای صرف‌نظر کرد.
مراحل اجرای پروژه‌های فضاکار:
1.طراحی: مدل‌سازی در Formian و انتقال و ادیت نقشه در AutoCad
2.محاسبات: توسط نرم‌افزار ۸۹ Sap-AISC ASD
3.تولید هموندها
4.رنگ‌آمیزی هموندها
5.ستون گذاری
6.بافت سازه فضاکار
7.نصب سازه فضاکار
8.نصب پوشانه
روش‌های بافت و نصب سازه‌های فضاکار:
درروش نصب یکپارچه سازه فضایی، سازه فضاکار بر روی زمین محل احداث پروژه تراز و به‌صورت کامل انجام می‌شود و سپس با استفاده از جرثقیل و یا جک‌هایی که در زیر سازه قرارگرفته‌اند، سازه فضایی به بالا منتقل‌شده و بر روی ستون‌ها و یا تکیه‌گاه‌ها نصب می‌گردد. این روش اجرای بافت و نصب سازه با سرعت و دقت بالایی صورت می‌پذیرد. درروش نصب بلوکی سازه فضایی، سازه فضاکار به بخش‌ها و بلوک‌های مشخص تقسیم می‌شود. سپس بخش‌ها و بلوک‌ها بر روی زمین محل نصب سازه فضایی بافته‌شده و پس‌ازآن هر یک از آن‌ها با استفاده از جرثقیل و یا جک به بالا منتقل‌شده و ضمن تکمیل عملیات چینش و بافت بلوک‌ها با یکدیگر فرایند نصب سازه فضایی بر روی ستون‌ها و تکیه‌گاه‌ها نیز تکمیل می‌شود. این روش برای سازه‌هایی که ابعاد و شکل‌های هندسی خاص و یا نامنظم دارند مناسب بوده ولی زمان بیشتری را برای عملیات نصب سازه فضایی نیاز خواهیم داشت. درروش نصب واحدی سازه فضایی تعداد ۳ تا ۵ لوله و یک گوی که به آن یک واحد گفته می‌شود بر روی زمین بافته و سپس با وسایل انتقال سبک به محل قرارگیری خود در سازه فضایی منتقل و ادامه و تکمیل بافت هر واحد با واحدهای قبلی و شبکه سازه فضایی و نصب آن‌ها بر روی ستون‌ها و تکیه‌گاه‌ها صورت می‌پذیرد. درروش نصب قطعه‌ای سازه فضایی، در زمان اجرای بافت و نصب سازه فضاکار برای جلوگیری از حرکات ارتعاشی ونوسانی و به‌منظور محدود کردن تغییر شکل شبکه سازه فضایی در حال بافت و نصب در طول محور اصلی سازه فضایی شمع‌های موقت در سطوح و موقعیت‌های حامل فشار و بار سازه نصب‌شده و پس از پایان بافت و نصب سازه شمع‌ها با رعایت کامل ایمنی و به‌تدریج از زیر سازه برداشته می‌شوند تا بار سازه و فشار با یک ضریب مشخص و منطقی به ستون‌ها و تکیه‌گاه‌های اصلی منتقل‌شده و سقف در حالت هندسی مشخص‌شده پایدار شود.
آخرین ویرایش توسط مدیر:
