کاربرد سازه فضاکار در طراحی

 کاربرد سازه فضاکار در طراحی و اجرای فضاهای ورزشی و فناوریهای نوین

واژگان کلیدی : سازه،ورزشی، فضاکار،شبکه دو لایه، چلیک، گنبدی

سازه فضاکار گروهی از سازه ها می باشند که رفتار سه بعدی داشته و معمولا دارای فرم های بدیع مستوی یا منحنی در فضا هستند که با مدولهای تکرارشونده و یکسان طراحی و احداث می گردند.

این سازه ها معمولا در خور تولید صنعتی انبوه  بوده  و قیود فنی و اقتصادی را با تلفیق مناسبی از مفاهیم سازه ها، اصول ایمنی از طریق جلب دیدگاه های زیبایی شناسی، سرعت در نصب و دقت در اجرا را به ارمغان می آورند.

متداولترین کاربرد سازه های فضاکار با تعریف فوق در طراحی و ساخت پوشش ساختمان هایی است که در آنها عملکرد ساختمان ایجاب می نماید که دهانه های بزرگ و وسیع  در دوجهت متعامد توسعه یابند.

بدیهی است این نوع سازه ها چند منظوره بوده و کاربردهای ویژه ای در استادیوم و سالن های ورزشی دارند. از دیگر مکان هایی که از مزایای این نوع پوشش ها در آنها می توان بهره برد باید به سالن های اجتماعات ،نمایشگاههای چند منظوره ،مراکز فرهنگی و  هنری ،مصلی ها و مساجد،آشیانه ها هواپیماها،سالنهای صنعتی،انبارهای وسیع و انواع پایانه های مسافربری اشاره کرد.

این نوع سازه ها به دلیل فرمهای بسیار متنوع از جمله گنبدی،چلیکی،قوسی،شبکه ای مسطح، دویا چند لایه و … علاوه برکاربرد وسیع دارای زیبایی های ویژه و جذابیت فراوان هستند که توام با دقت در اجرا و ارتقاء کیفیت فضا می باشند.

در این نگارش تلاش براین است که با ارائه اصول اساسی مبتنی بر طراحی و ساخت  با ذکر کاربری های فراوان آن در زمینه ورزشی با مطرح کردن انواع دیگر سازه های فضاکار مانند سازه های کش بستی و تاشو این مفاهیم به دقت مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد.

مقدمه:

سازه های فضاکار برای فضاهای کوچک جنبه دکوراتیو،در سازه های متوسط تلفیقی از زیبایی ورعایت کلیه ضوابط طراحی ایمن باضریب بالا وبرای فضاهای بزرگ نه تنها یک ضرورت اجتناب ناپذیرجهت عملی کردن ساخت بنا است بلکه تواما زیبایی،دوام، استحکام،و پایداری دربرابر زلزله را ارزانی می دارد.

فضاها واماکن ورزشی از این قاعدع مستثنی نبوده وپوشش این فضاها امری است که توجه به جلوه های زیبایی ومعمارانه آن از یک طرف وهمچنین توجه به طراحی ایمن را از طرف دیگر تامین می نماید. سازه های فضاکار علاوه بر توان سازه ای بالا،وزن کم، سرعت بالادرنصب،حمل و نقل راحت قطعات یکسان بودن کیفیت کل سازه بدلیل تولید کارخانه ای وکنترل کیفیت های پیاپی،ظاهری زیبا وساده دارد که توجه بسیاری از مهندسان معمار وعمران رابه خود جلب کرده است بطوری که طی چند سال اخیراستفاده روزافزون آن رادر فضاهای مختلف شاهد هستیم.

سازه های فضاکار دراشکال بسیار متنوعی طراحی و ساخته میشوند که مهمترین آنها عبارتنداز شبکه های مسطح دو یاچند لایه،چلیک ها،گنبدها،قوس ها و….که علاوه بر این ، سازه های مذکور دارای بافتارهای متنوعی نیز می باشند،بدین ترتیب که با تغییر در آرایش المانها می توان بافتارهای جدید ایجاد کرد که بدیهی است کارایی هربافتاری باید در مقایسه با بافتار دیگر سنجیده شود.(نوشین 1380)

مثالهای متعددی از سازه های فضاکار که در دنیا و ایران ساخته شده است وجود دارد. به عنوان نمونه از این نوع سازه ها در ایران می توان به پوشش مرقد مطهر امام خمینی و سقف چند سالن نمایشگاه بین المللی تهران اشاره کرد.البته ایده اولیه این نوع سازه ها خیلی جدید نیست زیرا گراهام بل طرح هایی از شبکه های منظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بوده  همچنین آلاچیق های عشایر محلی ایران،سبکی مانند این نوع سازه ها دارند. (شکل 1)

%d8%a2%d9%84%d8%a7%da%86%db%8c%d9%82

1- تعریف و تاریخچه سازه فضاکار:

به سازه ای که اصولا رفتار سه بعدی داشته باشد، به طوریکه به هیچ ترتیب نتوان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد،سازه فضاکار نامیده می شود. (سعیدی 1378)

منظور ما سازه های سه بعدی خاصی هستند که معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند. در دهه شصت میلادی این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین المللی و قابل بحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین المللی سازه های فضایی (فضاکار) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگلستان برگزار گردید.

2- مصالح و مشخصات سازه  فضاکار :

مصالح المان های طولی متنوع بوده، و بسته به نوع مصرف آنها متغییر خواهد بود ولی معمولا از انواع پلاستیک، پروفیل های فولادی و آلومینومی (شکل 2)، مواد کامپوزیتی و حتی از چوب (شکل 3) استفاده می گردد.

%da%a9%d8%a7%d9%85%d9%be%d9%88%d8%b2%db%8c%d8%aa%db%8c %d9%be%d8%b1%d9%88%d9%81%db%8c%d9%84-%d9%81%d9%88%d9%84%d8%a7%d8%af%db%8c

سازه های فضایی شکل های هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزاء شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می کنند.این اجزاء از المانهای طولی ( با مقاطع گوناگون از جمله دایره ، مربع، مثلث و …) و اتصالات(گوی) که هر روز به انواع آنها افزوده می شود تشکیل می گردد.

گوی

به طور کلی از مشخصه های سازه فضاکار می توان موارد زیر را نام برد :

  • درجه آزادی بسیار بالا(اتصالات مفصلی): این مشخصه باعث می گردد که سازه در برابر ارتعاش و ضربه مقاومت زیادی داشته باشد.
  • استفاده بهینه از انواع متریال
  • سرعت در تولید، نصب و اجرا
  • استفاده از پوشش های سبک
  • تغییرمکان قائم بسیار کم
  • مقاومت بالا در آتش سوزی
  • ایجاد فضای وسیع،بسیار مناسب برای هرگونه معماری داخلی
  • فضای بین لایه بالا و پایین شبکه سازه های فضاکار محل مناسبی برای عبور تاسیسات برقی و مکانیکی است
  • تاکید این سامانه در عدم یا حداقل استفاده از ستون های میانی که تاثیر بسیار مثبتی در استفاده چند منظوره از فضا دارد. از جمله فضاهای ورزشی.
  • مقاومت کافی در برابر کمانش.
  • استفاده مناسب از نور

3- انواع سازه فضاکار :

الف: شبکه های تخت

ترکیب یک سیستم تک یا چند وجهی با لایه های واحد شبکه نام دارد، شبکه های تخت می توانند دارای یک،دو یا حتی سه لایه باشند ولی بیشتر به صورت دولایه مورد استفاده قرار می گیرند. شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با قیدهای واحد در بعد سوم آن متصل شده است می باشد. شبکه های دولایه از دو صفحه موازی که بوسیله عناصر قایم یا مورب به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند.(نوشین 1380)

زمانیکع اعضاء در شبکه دولایه طویل شوند برای پیشگیری از کمانش از شبکه های سه لایه استفاده می گردد با توجه به اینکه نیمی از هزینه های سازه های فضاکار را پیوند دهنده ها (گوی ها) تشکیل می دهند لذا سازه های سه لایه اغلب غیراقتصادی هستند.

نکته دیگری که در طراحی شبکه های دولایه و اکثر سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیروها و تحت کشش قرار گرفتن هر ستون باید در مکان هندسی شبکه قرار گیرند و هر ستون توسط  چند گره به دیافراگم صلب سازه فضاکار متصل  شود.(شکل 6) بهتر است برای توزیع نیرو در اطراف از سیستم کنسول استفاده گردد.(شکل 7)

%d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%81%d8%b6%d8%a7%da%a9%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%a8%da%a9%d9%87-%d8%af%d9%88-%d9%84%d8%a7%db%8c%d9%87

چند نمونه از شبکه های دولایه و سه لایه در شکل نشان داده شده است.

2 3 4 5 6   1

ب : سازه های فضاکار با فرم چلیک

به شبکه ای که دریک جهت دارای انحنا باشد،چلیک می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی کریدوری استفاده شده و بعضا فاقد ستون میباشد و برروی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است قرار می گیرند.(شکل های 13،14،15)

چلیک ها دارای دو محور می باشند. اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلیب خواهد بود. چلیک ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می گردند و تیر قطری نقش مرکب کردن چلیک ها به یکدیگر را ایفا می کنند. نکته ای که در طراحی این نوع سازه ها باید در نظر گرفت این است که دوانتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می توان بوسیله تیر و ستون ،به شکل خورجینی انجام داد.

تصاویر زیر مبین مطالب فوق است :

11 22 33

44

ج: گنبد ها

اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحناء باشد، گنبد نامیده می شود. شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط  یا ترکیب چند قوس باشند. 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.(شکل 16)(سعیدی 1378)

%da%af%d9%86%d8%a8%d8%af-%d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%81%d8%b6%d8%a7%da%a9%d8%a7%d8%b1

%d8%a7%d9%86%d9%88%d8%a7%d8%b9-%da%af%d9%86%d8%a8%d8%af%d9%87%d8%a7سازه های تاشو : به سازه هایی اطلاق می گردد که قابلیت انتقال از حالت بسته به یک بافتار باز را دارند.(شکل های 17،18،19،20،21)

مزایا سازه های تاشو :

  • قابلیت نصب سریع
  • آسانی نصب
  • قابلیت استفاده مجدد
  • چند منظوره بودن
  • سبک و کم حجم بودن
  • قابلیت استفاده در ابعاد و دهانه های مختلف
  • قابلیت مجزا بودن محل ساخت و کاربرد

 

کاربردهای سازه های تاشو :

  • سرپناه اضطراری (Shelter)
  • پلهای اضطراری
  • جرثقیلها، پله ها، برجها و دکل های بازشو و تاشو
  • ساختمان ها و سرپناه های موقت در نقاط دوردست
  • سبک و کم حجم بودن
  • گنبدها یا چلیک های کروی و سهموی ثابت و یا متحرک
  • داربستها، قالب بندیها، برای سازه های دائمی
  • سرپناه بعنوان سایه بان یا محافظت در برابر بارندگی

%d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%87%d8%a7%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d8%b4%d9%88-2 %d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%87%d8%a7%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d8%b4%d9%88-3 %d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%87%d8%a7%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d8%b4%d9%88-5 %d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%87%d8%a7%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d8%b4%d9%88 %d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d9%87%d8%a7%db%8c-%d8%aa%d8%a7%d8%b4%d9%884سازه های کش بستی : سیستم های مشبک فضاکاری هستند که سختی سازه ای آنها به وسیله حالت خود تنبدگی ایجاد می شود.(شکل 22) در این سیستم ها، عناصر فشاری یک مجموعه ناپیوسته و عناصر کششی یک مجموعه پیوسته را تشکیل می دهند. به هر گره، حداقل یک عضو فشاری و سه عضو کششی متصل می باشند. عناصر کششی و فشاری به ترتیب دارای صلبیت منحصراً کششی و منحصراً فشاری می باشند

مزایای سازه های کش بستی

  • همه ی اعضاء تحت بارگذاری محوری قرار می گیرند.

–   خمش کلی بدون خمش اعضاء

  • همه ی اعضاء دارای بارگذاری یک جهتی هستند.

–   معکوس ناپذیری جهت بار

  • کارایی سازه ای
  • نسبت مقاومت به وزن بسیار بالا
  • سهولت ساخت و کنترل
  • مدل های بسیار دقیق (از اینرو کنترل دقیق )

سازه فضاکار   سازه فضاکار

مودهای ناپایداری در سازه های فضاکار

  • ناپایداری عضوی (Member Instability) (نمودار 1)
  • ناپداری گرهی (Node Instability)(نمودار 2)
  • ناپایداری در امتداد محور (Line Instability)(نمودار 3)
  • ناپایداری عمومی (General Instability)(نمودار 4)

ناپایداری سازه فضاکار

نمونه هائی  از کاربرد انواع سازه های فضاکار در مجموعه های ورزشی

نتیجه گیری :

در این مقاله سعی شده اصول و مفاهیم سازه فضاکار و کاربرد آنها در فضاهای ورزشی بیان گردد تا بسط و توسعه آن در طراحی و اجرای فضاهای ورزشی بیش از پیش مورد توجه قرار گیرد.

با توجه به قابلیت سازه فضاکار که در بالا اشاره شد ذکر این نکته که در کشور ما در زمینه صنعت ساختمان پیشرفت روزافزون  را شاهد هستیم توجه به استفاده از این سازه ها به منظور پوشش دهانه های بزرگ مجموعه های ورزشی امری اجتناب ناپذیر می نماید.

این سازه ه می تواند بخش هایی از ایده های قوی معمارانه را عملی و روند اجرای پروژه ها رابهبود و سرعت بخشد. بدین ترتیب ما شاهد اجرای سریع پروژه ها،ارتقاء کیفیت ،دوام و پایداری آنها در برابر زلزله و از سوی دیگر کاهش هزینه ها و صرفه جویی در زمان بوده و در نهایت رشد اقتصادی کشور را شاهد خواهیم بود.

مطمئنا تا زمانیکه نمونه های مبتنی بر تحقیق و پژوهش با سفارش کارفرمایان خصوصی و بویژه دولتی اجرا نگردد همواره فناوری های نوین در بسط و توسعه فضاهای ورزشی محجور خواهد ماند و از سوی دیگر باتوجه لرزه خیز بودن کشور می توان دست آوردهای فنی و مهندسی را به مدد علوم جدید به روش عملی تجربه نمود و در خیلی از موارد تجربه های کوچک را به هزینه های زیاد و با روش آزمون و خطا کسب نکرد.

تهیه کننده گان :محسن وفامهر،بهرنگ فروزش

فهرست منابع و ماخذ

نوشین،هوشیار (1380)، جزوه درسی، سخنرانی در مورد سازه های فضاکار.

سعیدی، محمود (1378)، ارزیابی پارامتریک شبکه های دو لایه سازه های فضاکار،(پایان نامه منتشر نشده کارشناسی ارشد رشد عمران).

دعایی،یاسر،سازه های فضاکار چیست؟ دانشجوی کارشناسی دانشکده فنی دانشگاه شهید باهنر کرمان.

 

Copyright 2016