سازه فضاکار
امروزه با پيشرفت علوم و تكنولوژي نيازها و خواسته هاي جديدي در زمينه مهندسي سازه رخ نموده است. عامل زمان در ساخت سازه ها اهميت دوچندان يافته و اين امر گرايش به سازه هاي پيش ساخته را افزايش داده است همچنين با افزايش جمعيت جوامع بشري علاقه به داشتن فضاهاي بزرگ بدون حضور ستون هاي مياني خواهان بسيار پيدا كرده است . در اين راست ا از اوايلقرن حاضر تعدادي از متخصصين مجذوب قابليت هاي منحصر بفرد سازه هاي فضاكار گشته وپاسخ بسياري ازنيازهاي جديد را در اين سازه ها جسته اند و البته به نتايج بسيار مثبتي نيز دست يافتند . با انتشار اين نتايج روز به روز اين عرصه با اقبال بيشتري مواجه گرديد به گونه اي كه با گذشت چندين دهه هنوز هم مطالعه سازه هاي فضاكار در كانون تحقيقات متخصصين ودانشجويان قرار دارد.منظور از عبارت سازه فضاكار سيستم هاي اسكلت فلزي بوده كه از بافت تعداد زيادي المان يا مدول با شكلهاي استاندارد به يكديگر تشكيل مي شو ند و نهايتا يك سيستم سبك و با صلبيت زياد را ايجاد مي كنند.سازه هاي فضاكار در اشكال بسيار متنوعي ساخته مي شوندكه مهمترين آنها عبارتند از : شبكه هاي مسطح دو يا چند لايه، چليك ها، گنبدها و قوسها.علاوه بر اين، سازه هاي فضاكار داراي بافتار متنوعي نيز مي باشند. بدين ترتيب كه با تغييردر آرايش المان ها مي توان بافتار جديد ايجاد كرد و بديهي است كه كارآيي هر بافتار بايد در مقايسه با بافتارهاي ديگر سنجيده شود. مثال هاي متعددي از سازه هاي فضاكاري كه در دنيا و ايران ساخته شده است وجود دارد : ازجمله استاديوم هاي ور زشي، مراكز فرهنگي، سالن هاي اجتماعات، مراكز خريد، ايستگاه هاي
قطار،آشيانه هاي هواپيماها، مراكز تفريحي، برجهاي راديويي و ...
تعريف وتاريخچه سازههاي فضاكا ر
به سازه اي كه اصولا رفتار سه بعدي داشته باشد، به طوريكه به هيچ ترتيبي نتوان رفتار كلي آن را با استفاده از يك يا چند مجموعه مستقل دوبعدي تقريب زد، سازه فضاكار ناميده مي شود . بااين تعريف طيف وسيعي از سازه ها يعني حتي برخي از قوس ها و گنبدهاي آجري گذشته نيزجزو سازه هاي فضاكار محسوب مي شوند، اما در اينجا منظور سازه هاي سه بعدي خاص هستند كه معمولا داراي اعضاي مستقيم با اتصالات صلب يا مفصلي مي باشند.
کلاً هر خرپایی که در تمام جهات پراکنده بشه بهش میگند سازه فضاکار یا همون Space Frame . فقط نکته مهم قضیه توی هندسه این خرپاها هستش که تا حدود ۹۹% کاملاً منظم هستند و از هندسه چندوجهی های افلاطونی طرح گیری میشند .
مزایای استفاده از شبکه های فضایی :
۱ ) تقسیم بار :
اولین مزیت سازه های فضایی ، مشارکت اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار است .
۲ ) نصب تاسیسات :
به دلیل وجود فضای بازبین ۲لایه شبکه های فضایی ، نصب تاسیسات مکانیکی و الکتریکی وکانال های هوا درون ارتفاع سازه ساده است .
۳ ) مقاومت :
شبکه های فضایی ، سازه های مقاومی اند ، یعنی به طورکلی ، فروریختن تعداد محدودی ازاعضا ،لزوما منجربه فروپاشی سازه نمی شود . اگر چه در برخی مواقع ، استثنائاتی وجود دارد .
یک نمونه جالب فروریختن خرپای فضایی سقف ساختمان مرکز شهری هارتفورد ،کا لیسئوم ، در ژانویه ۱۹۷۸ است .
۴ ) اجزای مدولار :
شبکه های فضایی مدولارترین سیستم های سازه ای هستند که ازنصب اجزاء پیش ساخته به یکدیگرساخته شده اند.
براین اساس اجزای سازه با ابعاد بسیار دقیق و با کیفیت مطلوب تولید می شوند واغلب به راحتی قابل حمل و به جز برپایی به کار بیشتری نیاز ندارد .
۵ ) آزادی در انتخاب محل تکیه گاه ها :
امکانات زیادی درانتخاب محل تکیه گاه وجود دارد . این قابلیت به معماران آزادی زیادی برای طراحی فضای زیرشبکه فضایی می دهد .
۶ ) هندسه منظم :
۷ ) سهولت نصب :
۸ ) دها نه :
سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.
(فولاد مصرفی در سازه فضاکار ۳/۱ کمتر از سازه های متداول دیگر می باشد)
معایب و محدودیت های شبکه های فضایی :
۱ ) هزینه :
هزینه این سازه ها گاهی می تواند در مقایسه با سیستم های سازه ای دیگر مثل قاب مسطح بیشتر باشد . این قضیه بیشتر در سازه های با دهانه کوچک دیده می شود .
۲ ) هندسه منظم :
با وجود اینکه هندسه منظم شبکه های فضایی اغلب به عنوان یکی از مزایای آن ها در نظر گرفته میشود ، ولی از برخی زوایا بسیار پیچیده و در هم به نظر میرسند .
۳ ) زمان نصب :
این خصوصیت نیز از مزایای شبکه های فضایی است ، اگر چه یک نگاه منتقدانه به شکل های فضایی بیان می دارد که تعداد و پیچیدگی گره ها ممکن است سبب طولانی شدن زمان نصب در محل اجرا شود.
۴ ) مقاومت در برابر آتش سوزی :
شبکه های فضایی اغلب در ساخت بام مکان هایی که به مقاومت در برابر حریق نیا زی ندارند ، به کار می روند .
۵ ) ا نتخا ب نا درست قطعا ت مربوطه :
ا نتخا ب قطعا ت با ید به خوبی انجام شود به خصوص درجوشکاری مخروط ها ، ا نتخا ب پیچ وا سلیو ومهمترا زهمه کیفیت گوی میباشدگوی هایی که به روش فرج سا خته می شوند ، کیفیت بالاتری دارند ولی هزینه آ ن بیشتر ا ست .
امروزه با پيشرفت علوم و تكنولوژي نيازها و خواسته هاي جديدي در زمينه مهندسي سازه رخ نموده است. عامل زمان در ساخت سازه ها اهميت دوچندان يافته و اين امر گرايش به سازه هاي پيش ساخته را افزايش داده است همچنين با افزايش جمعيت جوامع بشري علاقه به داشتن فضاهاي بزرگ بدون حضور ستون هاي مياني خواهان بسيار پيدا كرده است . در اين راست ا از اوايلقرن حاضر تعدادي از متخصصين مجذوب قابليت هاي منحصر بفرد سازه هاي فضاكار گشته وپاسخ بسياري ازنيازهاي جديد را در اين سازه ها جسته اند و البته به نتايج بسيار مثبتي نيز دست يافتند . با انتشار اين نتايج روز به روز اين عرصه با اقبال بيشتري مواجه گرديد به گونه اي كه با گذشت چندين دهه هنوز هم مطالعه سازه هاي فضاكار در كانون تحقيقات متخصصين ودانشجويان قرار دارد.منظور از عبارت سازه فضاكار سيستم هاي اسكلت فلزي بوده كه از بافت تعداد زيادي المان يا مدول با شكلهاي استاندارد به يكديگر تشكيل مي شو ند و نهايتا يك سيستم سبك و با صلبيت زياد را ايجاد مي كنند.سازه هاي فضاكار در اشكال بسيار متنوعي ساخته مي شوندكه مهمترين آنها عبارتند از : شبكه هاي مسطح دو يا چند لايه، چليك ها، گنبدها و قوسها.علاوه بر اين، سازه هاي فضاكار داراي بافتار متنوعي نيز مي باشند. بدين ترتيب كه با تغييردر آرايش المان ها مي توان بافتار جديد ايجاد كرد و بديهي است كه كارآيي هر بافتار بايد در مقايسه با بافتارهاي ديگر سنجيده شود. مثال هاي متعددي از سازه هاي فضاكاري كه در دنيا و ايران ساخته شده است وجود دارد : ازجمله استاديوم هاي ور زشي، مراكز فرهنگي، سالن هاي اجتماعات، مراكز خريد، ايستگاه هاي
قطار،آشيانه هاي هواپيماها، مراكز تفريحي، برجهاي راديويي و ...
تعريف وتاريخچه سازههاي فضاكا ر
به سازه اي كه اصولا رفتار سه بعدي داشته باشد، به طوريكه به هيچ ترتيبي نتوان رفتار كلي آن را با استفاده از يك يا چند مجموعه مستقل دوبعدي تقريب زد، سازه فضاكار ناميده مي شود . بااين تعريف طيف وسيعي از سازه ها يعني حتي برخي از قوس ها و گنبدهاي آجري گذشته نيزجزو سازه هاي فضاكار محسوب مي شوند، اما در اينجا منظور سازه هاي سه بعدي خاص هستند كه معمولا داراي اعضاي مستقيم با اتصالات صلب يا مفصلي مي باشند.
کلاً هر خرپایی که در تمام جهات پراکنده بشه بهش میگند سازه فضاکار یا همون Space Frame . فقط نکته مهم قضیه توی هندسه این خرپاها هستش که تا حدود ۹۹% کاملاً منظم هستند و از هندسه چندوجهی های افلاطونی طرح گیری میشند .
مزایای استفاده از شبکه های فضایی :
۱ ) تقسیم بار :
اولین مزیت سازه های فضایی ، مشارکت اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار است .
۲ ) نصب تاسیسات :
به دلیل وجود فضای بازبین ۲لایه شبکه های فضایی ، نصب تاسیسات مکانیکی و الکتریکی وکانال های هوا درون ارتفاع سازه ساده است .
۳ ) مقاومت :
شبکه های فضایی ، سازه های مقاومی اند ، یعنی به طورکلی ، فروریختن تعداد محدودی ازاعضا ،لزوما منجربه فروپاشی سازه نمی شود . اگر چه در برخی مواقع ، استثنائاتی وجود دارد .
یک نمونه جالب فروریختن خرپای فضایی سقف ساختمان مرکز شهری هارتفورد ،کا لیسئوم ، در ژانویه ۱۹۷۸ است .
۴ ) اجزای مدولار :
شبکه های فضایی مدولارترین سیستم های سازه ای هستند که ازنصب اجزاء پیش ساخته به یکدیگرساخته شده اند.
براین اساس اجزای سازه با ابعاد بسیار دقیق و با کیفیت مطلوب تولید می شوند واغلب به راحتی قابل حمل و به جز برپایی به کار بیشتری نیاز ندارد .
۵ ) آزادی در انتخاب محل تکیه گاه ها :
امکانات زیادی درانتخاب محل تکیه گاه وجود دارد . این قابلیت به معماران آزادی زیادی برای طراحی فضای زیرشبکه فضایی می دهد .
۶ ) هندسه منظم :
۷ ) سهولت نصب :
۸ ) دها نه :
سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.
(فولاد مصرفی در سازه فضاکار ۳/۱ کمتر از سازه های متداول دیگر می باشد)
معایب و محدودیت های شبکه های فضایی :
۱ ) هزینه :
هزینه این سازه ها گاهی می تواند در مقایسه با سیستم های سازه ای دیگر مثل قاب مسطح بیشتر باشد . این قضیه بیشتر در سازه های با دهانه کوچک دیده می شود .
۲ ) هندسه منظم :
با وجود اینکه هندسه منظم شبکه های فضایی اغلب به عنوان یکی از مزایای آن ها در نظر گرفته میشود ، ولی از برخی زوایا بسیار پیچیده و در هم به نظر میرسند .
۳ ) زمان نصب :
این خصوصیت نیز از مزایای شبکه های فضایی است ، اگر چه یک نگاه منتقدانه به شکل های فضایی بیان می دارد که تعداد و پیچیدگی گره ها ممکن است سبب طولانی شدن زمان نصب در محل اجرا شود.
۴ ) مقاومت در برابر آتش سوزی :
شبکه های فضایی اغلب در ساخت بام مکان هایی که به مقاومت در برابر حریق نیا زی ندارند ، به کار می روند .
۵ ) ا نتخا ب نا درست قطعا ت مربوطه :
ا نتخا ب قطعا ت با ید به خوبی انجام شود به خصوص درجوشکاری مخروط ها ، ا نتخا ب پیچ وا سلیو ومهمترا زهمه کیفیت گوی میباشدگوی هایی که به روش فرج سا خته می شوند ، کیفیت بالاتری دارند ولی هزینه آ ن بیشتر ا ست .
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------