استفاده از گنبد سازه های فضاکار

استفاده از گنبد سازه های فضاکار به همراه شبکه دو لایه تخت در بازسازی و نوسازی مساجد

خلاصه

ساخت مساجد به گونه ای که علاوه بر سهولت و سرعت اجرا،از ایمنی کافی در برابر زلزله برخوردار باشند دارای اهمیت ویژه ای می باشد. در این راستا،کاربرد سازه های فضاکار که دارای ویژگی هایی چون صلیب،سبکی وزن و سهولت اجرا و سرعت بالای نصب می باشند، می تواند مورد توجه قرار گیرد. در جهت نیل به این هدف،در این مقاله به گونه ای ابتکاری گنبد فضاکار به همراه شبکه دو لایه تخت با کاربری مسجد با نرم افزار فرمین تاشه پردازی شده است و رفتار آن با انجام تحلیل های استاتیکی و دینامیکی مورد ارزیابی قرار می گیرد.
کلمات کلیدی:گنبد، سازه فضاکار ،فرمین

1.مقدمه

با بهره گیری از سازه های فضاکار،تولید فرم های دارای اصالت تاریخی و فرهنگی از جمله گنبدها و چلیک ها به سهولت امکان پذیر خواهد گردید و با توجه به رفتار مسلط سه بعدی این سازه ها،ضمن فراهم آوردن قابلیت مشارکت هرچه بیشتر اعضا در مقابله با عوامل موثر،کاهش وزن قابل ملاحظه و به دنبال آن کاهش نیروهای اینرسی ناشی از زلزله و کاهش میزان مصالح مصرفی در مقایسه با سازه های به اصطلاح سنتی متداول،صلبیت قابل ملاحظه،یکپارچگی و رفتار مناسب در مقابل پدیده ی گسیختگی زنجیره ای، فراهم آوردن امکانات تولید انبوه صنعتی،امکان تلفیق جنبه های زیباشناختی موجود فراهم گردیده و نیازهای فنی واقتصادی به گونه ی رضایت بخشی ارضاء خواهند گردید.
درمطالعه ی حاضر، با توجه به ویژگی های سازه های فضاکار گنبدی وچیلکی، از جنبه های گوناگون مرتبط، از جمله ریخت یابی و ریخت شناسی،خصوصیات کالبدی، رفتارمنسجم و عملکرد مطلوب در مقابل زلزله ،سبکی وزن و صلیب قابل ملاحظه و سهولت و سرعت ساخت و نصب، الگوی نوینی به منظور به کارگیری فرم سازه ای در خدمت محتوای معماری ارائه گردیده است. ازچنین الگویی می توان درچارچوب اقدامات پیشگیرانه مدیریت بحران قبل از وقوع زلزله در قالب نوسازی بافت های فرسوده یا مقاوم سازی بهره گیری نمود.

2.تعریف مدل

مدل با استفاده از نرم افزار فرمین تاشه پردازی شده است]1و2و3[. ابعاد کلی ومشخصات هندسی مدل مطابق با شکل 1 می باشد.گنبد از نوع گنبد شوئدر می باشد. از ویژگی های خاص این مدل،استفاده از آرایش عنکبوتی مطابق شکل 2 درپلان کل سازه است. این امر به هماهنگی معماری گنبد با سیستم تخت منجر شده است.

نمای جانبی

شکل1-ابعاد کلی و مشخصات هندسی مدل

شکل2-آرایش عنکبوتی پلان سازه

شکل2-آرایش عنکبوتی پلان سازه

 

 

 

 

 

 

 

 

در این تحقیق جهت مدل سازی از نرم افزارSAP[4] استفاده شده است.فولاد مورد استفاده در مدل سازی از نوع ST-37 و اتصال پای ستون ها گیردار فرض شده است.

3.بارگذاری

بار مرده: بار اسکلت توسط برنامه با داشتن مقاطع اعضا و وزن مخصوصی فولاد به طور خودکار محاسبه می گردد.وزن معادل واحد سطح پوشش سقف و بار پیونده ها با توجه به نوع مصالح پوشش مورد استفاده kg/m2 150 فرض شده است.
باربرف: چگالی برف از جدولی که در همین رابطه توسط مبحث ششم مقررات ملی ساختمانی ایران[5] ارائه گردیده است، استخراج می گردد. این جدول اعدادی را متناسب با تنوع آب وهوایی موجود در ایران برای چگالی برف ارائه نموده است که چگالی kg/m2 150 برای مناطق با برف زیاد تعیین گردیده است. نحوه ی توزیع باربرف بنا به توصیهISO/IDS/4355 مطابق شکل 3 انجام می پذیرد. شدت بار برف اسمی روی بام مطابق رابطه S=µSC به دست می آید که SC نماد شدت باربرف روی سطح افقی است. در ضمن هرگاه β>60 باشد،2.3≥ 2µ خواهد بود.
طبق این توصیه ، دونوع توزیع متفاوت،دریک حالت به صورت یکنواخت و متقاران و در حالت دیگر،به صورت یکنواخت و نامتقارن در نظر گرفته شده است.

شکل 3-نمو گراف های بار برف طبق توصیهISO/IDS/4355

بار روی هر گره براساس سهم بارگیر هر گره و توسط برنامه ای که به کمک نرم افزار EXCEL نوشته شد،محاسبه و اعمال گردیده است.

4.تحلیل

تحلیل استاتیکی خطی: از آن جایی که سازه با کاربری مسجد مورد استفاده قرار می گیرد،طبق استاندارد 2800[6]،ساختمان با اهمیت زیاد در نظر گرفته شده است.لذا ضریب اهمیت ساختمان برابر 2/1 و در محاسبه وزن کل ساختمان،بارمرده و 40% باربرف منظور گردیده است. مشخصات مدل مورد مطالعه براساس بارگذاری بند 3 و با منظور داشتن ضریب زلزله مذکور در فوق تحلیل وبراساس آئین نامه AISC-ASD89 و با استفاده از اعضای لوله ای شکل طبق استاندارد DIN[7] طراحی شده است. نتایج در جدول 1 ارائه شده است.عدد اول،نشان دهنده قطر خارجی و عدد دوم نشان دهنده ضخامت اعضا می باشد.

تحلیل مقادیر مشخصه: در جدول 2 نتایج به دست آمده ازاین تحلیل ارائه شده است. در این جدول مقدار زمان تناوب طبیعی به دست آمده از نرم افزار ومقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 ارائه گردیده است. با توجه به جدول ارائه شده تطابق خوبی بین زمان تناوب به دست آمده از تحلیل و مقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 مشاهده می شود.

تحلیل طیفی: این تحلیل براساس طیف طرح استاندارد 2800 برای زمین نوع یک ودرنظرگرفتن حداقل تعداد مودهای لازم به منظور ملحوظ داشتن 90% میزان مشارکت مودی انجام گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل وطراحی در جدول 3 ارئه شده است.

تحلیل تاریخچه زمانی خطی: برای انجام این تحلیل از شتاب نگاشت های تصحیح شده سه زلزله ال سنتر و،طبس ومنجیل استفاده شده است. در اشکال 4 تا 6 این نگاشت ها پس از مقیاس شدن به مقدار بیشینه g 35/0 ترسیم شده اند. در این اشکال longitudinal معرف مولفه بزرگ تر شتاب نگاشت و transverse معرف دومین مولفه افقی و vertical معرف مولفه قائم زمین لرزه می باشند.

شکل 4-شتاب نگاشت زلزله ال سنترو

شکل 4-شتاب نگاشت زلزله ال سنترو

شکل 5-شتاب نگاشت زلزله منجیل

شکل 5-شتاب نگاشت زلزله منجیل

شکل 6- شتاب نگاشت زلزله طبس

شکل 6- شتاب نگاشت زلزله طبس

پروفیل های طراحی شده براساس نتایج حاصل از به کارگیری روش تحلیل تاریخچه زمانی خطی در جدول 4 ارائه شده اند.

5.محاسبه ضریب رفتار

جهت به دست آوردن ضریب رفتار، از تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون استفاده شده است.رفتار اعضا، براساس طراحی حاصل از تحلیل استاتیکی خطی و متناسب با نسبت لاغری، مطابق شکل 7، در این مرحله از تحلیل مورد استفاده قرار گرفته است. بار جانبی طبق الگوی مود غالب ارتعاشی که از تحلیل مقادیر مشخصه به دست آمده، به صورت تدریجی و افزاینده بر مدل اعمال شده است. جهت محاسبه ضریب رفتار،تحلیل ها تا مرحله ادامه می یابند که شرط زیر اتفاق افتد:
نیل بیشینه تغییر مکان جانبی نسبی به مقدار 02/0 ارتفاع کل سازه.

شکل7-رفتار اعضا براساس نسبت لاغری

شکل7-رفتار اعضا براساس نسبت لاغری

در شکل 8 منحنی پاسخ کلی(برش پایه-تغییر مکان بالای سازه) ودو خطی ایده آل شده ،نشان داده شده است.

شکل 8-منحنی برش پایه -تغییر مکان بالای سازه دو خطی ایده آل شده

در جدول 5 مقادیر Rµ،RS،R برای مدل مورد مطالعه ارائه گردیده اند.

6.نتیجه گیری

در خاتمه خلاصه ای از نکات قابل توجه به صورت زیر قابل جمع بندی است. لازم به یادآوری است که این نتایج در حیطه مدل های مدل مطالعه صدق نموده ودر تعمیم آَن باید جانب احتیاط را رعایت نمود.
1- نتایج حاصل از تحلیل مقادیر مشخصه نشان می دهد تطابق خوبی بین زمان تناوب به دست آمده از تحلیل و مقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 وجود دارد.
2- نتایج حاصل ازتحلیل استاتیکی خطی با نتایج تحلیل طیفی قابل قیاس بوده ولی با نتایج تحلیل تاریخچه زمانی خطی تفاوت قابل ملاحظه ای را در این مطالعه نشان داده اند.
3- توصیه می شود تا مطالعات بیشتر برای سازه با حدود ابعاد و هندسه مورد مطالعه در این تحقیق،ضریب رفتار حدود 5/8 درنظر گرفته شود.

تهیه کنندگان: شاهرخ مالک،سید محمد سید اردکانی

سیستمی نوین در ساختمان سازی با نگرش نو به سازه های فضاکار

چکیده:

امروز مسئله بهینه سازی و صرفه جویی در مصالح مصرفی در ساختمان سازی بسیار مورد توجه مهندسان و دست اندرکاران امر ساخت وساز می باشد.روشهای معمول طرح و محاسبه ساختمان ها اعم از فولادی یا بتنی، استفاده از قابهای مهاربندی شده،قابهای خمشی معمولی و یا سیستم های دوگانه می باشد.تحقیقاتی که تاکنون انجام گرفته در جهت سبک سازی مصالح مصرفی در این نوع ساختمان ها و با هدف کاهش بار زلزله وارده بر ساختمان بوده است.دراین مطالعه روشی برای به کارگیری سازه های فضاکار در احداث ساختمان های چند طبقه که بخش اعظمی از ساخت و سازها را به خود اختصاص داده اند،ارائه می گردد.مدلسازی ساختمان فضاکار با استفاده از برنامه SAP2000 و به روش استاتیک معادل و براساس آیین نامه 2800 انجام گرفته و از مقایسه آن با ساختمان هایی با سیستم های مختلف سازه ای،نتیجه شده است که ،وزن اسکلت و همچنین تغییر مکان ناشی از بارهای جانبی در این سازه ها به سیستم های دارای بادبند بسیار نزدیک می باشد.در ضمن استفاده از سازه  فضاکار از لحاظ سادگی اجرا و کاهش زمان ساخت،دارای صرفه اقتصادی بوده و مهمتر از آن به علت دارا بودن اتصالات مطمئن و مشارکت تعداد قابل ملاحظه ای از اعضای سازه ای در انتقال بارهای ثقلی و جانبی ، مناسب تر از دیگر سیستم های سازه ای متداول می باشد.

1-    مقدمه

سازه های فضاکار گروهی از سازه ها هستند که از تعداد زیادی اعضا با عملکرد محوری تشکیل می گردند.این سازه ها دارای اشکال متفاوتی می باشند، که بر همین اساس در چند گروه طبقه بندی می شوند.

این گروه ها عبارتند از:شبکه های تک لایه ، دو لایه و سه لایه، چیلک های تک لایه و دو لایه ، گنبدهای تک لایه و دو لایه ، دکل های فضاکارو غیره.در دهه های اخیر استفاده از این سازه ها بسیار معمول شده و اکثرἴ برای پوشش دهانه های بزرگ مانند ژیمناسیوم ها،استادیوم ها،سالن های تئاتر و غیره ، به کار گرفته می شوند.ولی تاکنون در ایران از این سازه ها، در احداث ساختمان های مغمولی استفاده نشده است.ساختمان های فضاکار،سازه های هستند که سقف و دیوارهای جانبی آنها را شبکه ها تشکیل می دهند. اگر ساختمان های فضاکار را با ساختمان های معمول مقایسه کنیم،خواهیم دید که شبکه های به کار رفته در دیوارها، نقش ستون های یک ساختمان معمولی را بازی کرده و بارهای قائم و همچنین بارهای جانبی ناشی از باد و زلزله را به پی منتقل می نمایند.شبکه دو لایه تشکیل دهنده سقف ساختمان های فضاکار نیز عملکردی همانند سقف صلب در ساختمان های معمولی را داشته و نیروی ناشی از بارهای جانبی باد و زلزله را به نسبت سختی بین دیوارهای باربر تقسیم می کند.طراحی تمامی اعضا و اتصالات این سازه ها به دلیل عدم وجود آیین نامه ای بخصوص برای این سازه ها، همانند سایر ساختمان های معمول ،براساس مراجع معتبر و آیین نامه های رایج طراحی،AISC یا آیین نامه فولاد ایران و آیین نامه 2800،انجام می گیرد.

2-    سیستم ساختمانی فضاکار

بدیهیست اشکالی از سازه های فضاکار که برای استفاده جهت پوشش سقف در ساختمان های چند طبقه قابل استفاده هستند،شبکه های تخت می باشند. شبکه های تک لایه به دلیل دارا بودن اتصالات گیردار به منظور ارضای شرایط پایداری،دارای اعضایی قوی تر برای تحمل لنگر خمشی ناشی از بارهای اعمالی می باشند. هم چنین لنگر خمشی ایجاد شده در آنها،باعث ایجاد خیز زیاد در سقف و خیز جانبی بیش از حد در شبکه های قائم باربر می گردد.شبکه های سه لایه نیز به دلیل داشتن ارتفاع زیاد و غیراقتصادی بودن برای دهانه های کوچک، در ایننوع ساختمان ها قابل استفاده نیستند.بنابراین مناسب ترین سازه فضاکار، برای استفاده به عنوان سقف در این ساختمان ها،شبکه دو لایه می باشد.در این مطالع ارتفاع این شبکه برابر 50 سانتیمتر بوده و هریک از لایه ها به صورت مربع هایی با ابعاد 1 متر شبکه بندی شده اند.(شکل1)

دیوارهای این سازه ها که علاوه بر تحمل بارهای قائم، به عنوان سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی نیز مورداستفاده قرار می گیرند،از جنس شبکه های تک لایه با اتصالات صلب می باشند.فاصله اعضای قایم تشکیل دهنده این دیوارها 1 متر و فاصله اعضای افقی برابر با 2/1 متر در نظرگرفته شده است در ضمن اعضای مورب در دیوارها برای تحمل بارهای جانبی به کار گرفته شده اند.(شکل 2)

شایان ذکراست برای کاهش طول آزاد اعضای افقی دیوارها،از پشتبندهای فضاکار در فواصل 5 متری استفاده می گردد.(شکل3) باید توجه داشت که اگر برای ساخت دیوارهای داخلی نیز از شبکه های تک لایه استفاده گردد،این شبکه ها علاوه بر قابلیت انتقال بارهای ثقلی و جانبی،قادر به ایفای نقش پشتبندها نیز بوده و تاثیر زیادی در کاهش خیز سقف و ابعاد پروفیل های مصرفی خواهند داشت.

ساختمانی که در این تحقیق مورد مطالع قرار گرفته،یک ساختمان چهار طبقه با طول و عرض 30 متر می باشد،که هر طبقه به 4 واحد مجزا تقسیم شده است.

3-    اتصالات در سازه های فضاکار

تاکنون انواع متنوعی از اتصالات در سازه های فضایی معرفی گردیده اند که عبارتند از:سیستم های اتصال گوی سان،سوکتی،صفحه ای ودیگر سیستم ها.معمول ترین اتصالی که در اکثر سازه های فضا کار مورد استفاده قرار می گیرد،نوعی از اتصال گوی سان به نام اتصال مرو می باشد.(شکل4) که از لحاظ اجرا دارای کارکردی ساده و کارآمد است.

جنس گوی اتصال از آهن فورج شده می باشد که در جهات مختلف حفره هایی برای پیوند اعضا به صورت پیچی و با زوایای مختلف در آن تعبیه گردیده است.

4-    قابهای ساختمانی مورد مطالعه

سیستم های سازه ای که در این مطالعه برای مقایسه با سیستم ساختمانی فضاکار مورد استفاده قرار گرفته اند،شامل سیستم قاب ساختمانی در نظر گرفته شده نیز با ابعاد مشابه و دارای 6 دهانه 5 متری در هر راستا می باشند.در سیستم های دارای بادبند،بادبندها از نوع ضربدری بوده و در قاب های فرد(7،5،3،1) جای گرفته اند.(شکل5)

5-    بارگذاری

جزئیات سقف های در نظر گرفته شده برای ساختمان ها،مطابق شکل 6 می باشد،که بار مرده بر همین اساس 500 کیلوگرم در هر متر مربع برای ساختمان های معمولی و 300 کیلوگرم در هر متر مربع برای ساختمان فضاکار بدست آمده است. شایان ذکر است که بار زنده برای همه ساختمان های مورد مطالعه برابر مقدار 200 کیلوگرم در هر مترمربع در نظر گرفته شده است.

لازم به توضیح است که در ساختمان های معمولی سقف ها صلب بوده و بار زلزله به مرکز جرم هر طبقه به طور مجزا وارد می شود.در ساختمان فضاکار، شبکه دولایه در برابر بارهای جانبی به صورت صلب عمل کرده و به همین دلیل بار جانبی به نسبت سطح بارگیر بین گره های فوقانی شبکه،توزیع می گردد.ضمنا جزییات بارگذاری زلزله هر چهار سیستم ساختمانی مطابق جدول 1 می باشد.

6-    مقاطع مورد استفاده

سازه فضاکار مورد مطالعه دارای 35268 عضو بوده که در طراحی آنها از پروفیل های لوله ای با ضخامت و قطرهای مختلف استفاده گردیده و با توجه به نتایج حاصل از طراحی،24 تیپ مقطع از همین نوع برای ساختمان فضاکار بدست آمده است.مقاطع تشکیل دهنده همه ساختمان های مورد مطالعه مطابق جدول 2 و3 می باشند.

7-    آنالیز و طراحی

آنالیز و طراحی همه ساختمان های ذکر شده در این مقاله توسط برنامه SAP2000 انجام گرفته و اثرات زلزله با استفاده از روش استاتیک معادل اعمال گردیده است.با توجه به این موضوع که هنوز آیین نامه ای برای طراحی سازه  فضایی تدوین نگردیده است،لذا آیین نامه های مورد استفاده در بارگذاری و طراحی تمامی سازه ها را آیین نامه حداقل بار وارده بر ساختمان ها و ابنیه فنی(استاندارد 519)، آیین نامه 2800، AISC و یا آیین نامه فولاد ایران تشکیل می دهند.

8-    مقایسه وزن اسکلت سازه ها

با توجه به نتایج حاصله از تحلیل و طراحی، وزن اسکلت سیستم ها سازه ای مورد مطالعه در این تحقیق مطابق جدول 4 می باشد.مشاهده می شود که وزن اسکلت ساختمان فضاکار با سیستم های بادبندی و دو گانه تقریبا برابر بوده و کمتر از وزن اسکلت سیتم قاب خمشی می باشد.

9-    مقایسه تغییرمکان جانبی و خیز در سازه ها

حداکثر مقدار تغییر مکان جانبی و خیز ماکزیمم سیستم های سازه ای مطرح شده با توجه به نتایج طراحی در جدول 5 آورده شده است.با مقایسه اعداد به دست آمده مشاهده می گردد که ساختمان فضاکار به همراه سیستم دو گانه دارای حداقل تغییر مکان جانبی بوده و بیشترین خیز را در بین سایر سیستم ها دارا می باشد.که البته این خیز فراتر از محدوده مجاز آیین نامه نبوده و قابل قبول است.

10-نتیجه گیری

با توجه به نتایج حاصل از تحلیل و طراحی سازه های مورد اشاره در این مقاله ، می توان نتیجه گرفت که استفاده از سازه های فضاکار باعث کاهش قابل ملاحظه ای در بار مرده ساختمان می گردد،در حایکه وزن اسکلت سازه در هر مترمربع آن تقریبا با سیستم های ساده و دوگانه برابر، و بسیار کمتر از وزن اسکلت سیستم قاب خمشی می باشد.همچنین سازه فضاکار رفتار بسیار خوبی در برابر بارهای جانبی از خود نشان می دهند،به طوریکه تغییر مکان جانبی ناشی از این بارها در این سازه ها نسبت به سیستم قاب ساختمانی ساده و سیستم قاب خمشی کمتر می باشد و به دلیل تعدد اعضای سازه ای،نیروهای داخلی اعضا تحت تاثیر بارهای جانبی تغییرات بسیار اندکی از خود نشان می دهند.تغییرمکان قائم در سازه های فضایی در مقایسه با سازه های دیگر مورد مطالعه بیشتر ولی در محدوده مجاز آیین نامه های طراحی می باشد،که می توان این خیز را باتعبیه دیوارهای میانی(از جنس شبکه تک لایه فضاکار) تا حد زیادی کاهش داد.شایان ذکر است مدت زمان لازم برای تحلیل و طراحی سازه های فضاکار به علت تعدد اعضا،نسبت به سایر سیستم های ساختمانی طولانی تر می باشد.در ضمن سازه های فضا کار به دلیل داشتن تعداد زیاد اعضا،درجه نامعینی بالا و هم چنین اتصالات کارخانه ای،از ضریب اطمینان قابل ملاحظه ای برخوردار بوده و به علت سادگی اجرا و کوتاهی مدت زمان ساخت،دارای صرفه اقتصادی می باشند.

گردآورندگان:

رضا کمالی صالح آباد،دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده عمران-دانشگاه شهید باهنرکرمان

علیرضا آهنگرعصر،دانشجوی کارشناسی ارشد دانشکده عمران-دانشگاه شهید باهنرکرمان

 

مونتاژ و نصب در سازه فضاکار به چه صورت است؟

معمولا یکی از 4 روش ذیل در مونتاژ و نصب سازه فضاکار استفاده می شود :

1- مونتاژ کامل سازه برروی تراز زمین و نصب کال سقف (بصورت یکجا) با استفاده از جرثقیل و یا جک های مستقر در بین سازه (HEAVY LIFTING)   . از مزایای این روش سرعت بسیار زیاد در بافت و نصب سازه فضاکار می باشد .

2- مونتاژ بخش های از سازه در غالب بلوک های مشخص و پس از آن مونتاژ بلوک ها به یکدیگر در ارتفاع و به کمک جرثقیل این روش در مقایسه با روش قبل از سرعت کمتری برخوردار است و در برخی از فرمهای معماری محدودیت های خاص مربوط به خود را دارا می باشد .

3- مونتاژ پنجه ای ( عنکبوتی ) : در این روش که از انواع بافت درجا محسوب میشود معمولاً قطعات عنکبوتی کوچک که از تعداد کمی اعضای لوله ای (معمولا بین 3 تا 5 المان) و یک گره (گوی) تشکیل شده و در سطح زمین بایکدیگر مونتاژ شده و به موقعیت خود در ارتفاع (با چرخ و قرقره یا جرثقیل های نسبتا سبک) منتقل شده و سپس این قسمت عنکبوتی در ارتفاع مورد نظر به بخش نصب شده قبلی شبکه سازه فضاکار (سقف اصلی) متصل می شود .

4- در حین انجام عملیات مونتاژ یبه منظور محدود کردن تغییر شکل شبکه فضا یی کامل نشده در طول محور اصلی مجموعه شمع های موقت در سطوح و موقعیت های از پیش تعیین شده و تحت بارمرده  نصب شده و پس از تکمیل عملیات مونتاژ به منظور انتقال کامل بارها به تکیه گاههای اصلی شمع های موقت به تدریج برداشته شده تا سقف تغییر شکل طبیعی خود را داشته باشد .

 

مزایای دیگر سازه های فضایی

امروزه درجهان وهمچنین درکشور ایران و در بعضی کشورهای درحال توسعه، فناوری هایی درحال استفاده هستند . یکی از این تکنولوژی ها سازه های فضایی است .با گذشت زمان وپیشرفت فن آوری های نوین مهندسین برای سهولت در تولید و اجرای سازه ها با استفاده از تکنولوژی، پیشرفت های شگرفی کرده اند وموفق شده اند با بوجود آوردن نرم افزار هایی از قبیل auto cad و sap کارهای نقشه کشی را از حالت های سنتی به حالت پیشرفته و امروزی تغییر دهند .یکی از مهمترین امتیازات سازه فضایی که توانسته از انواع سازه های دیگر پیشی بگیرد نسبت به باقی سازه ها سریعتر اجرا شده و به دست مشتری می رسد. زیبایی یکی از مزیت های سازه های فضایی است که هیچ کدام انواع دیگر سازه ها از جمله سوله ، سازه ی بتنی و … دارای این زیبایی نیست . شاید به همین دلیل اکثر افراد به سمت سازه های فضایی روی می آورند. در سازه های فضایی محدودیت دهانه وجود ندارد و مشتری با آسودگی خیال از این بابت به سمت سازهای فضایی جذب می شود.

   سازه های فضایی انواع مختلفی دارند که شامل:

1-      گنبد

2-      تخت

3-      قوسی

4-      موجی

5-      و …

سازه های فضایی به علت زیبایی خاصی که دارند در معماری اثربسیارزیادی می گذارند . یکی دیگر از مزایای سازه های فضایی انعطاف پذیری آن است که با استفاده از اشکال مختلف هندسی این انعطاف به وجود می آید و با این خاصیت شما به هر شکلی که بخواهید میتوانید درخواست مدل سازه ای از طراح خواستار شوید .

بر روی سازه های فضایی هرنوع و هرگونه پوششی می توان قرار داد که چند مورد از این پوشش ها عبارتند از :
ساندویچ پانل ، شیشه ، پلی کربنات ، ورق گالوانیزه و …

ضریب ایمنی بالا در سازه های فضایی برای هر مهندس و معمار ، یکی از ویژگی های مهم ، طراحی مجموعه ای ایمن ، زیبا و پایدار می باشد. سازه های فضایی به لحاظ داشتن ویژگی های منحصر به فرد ، از حیث ایمنی نیز با کمتر سازه ای قابل مقایسه است .

یکی از پر استفاده ترین نوع سازه های فضایی برای دهانه های بزرگ ، سازه های فضایی دو لایه است . این نوع از سازه های فضایی به علت تعداد زیاد قسمت ها و درجه ی نامشخصی که دارند سختی و مقاومت بالایی هم دارند.

سازه های فضایی کاربرد های بسیار زیادی دارند که چند مورد از آن ها شامل:

پل های عابر پیاد ، سقف های استخرها، سقف کارخانه ها ، سقف پارکینگ ها ، سقف گلخانه ها ، سقف پارک های آبی ، وید هتل ،آشیانه هواپیما، سقف پمپ های بنزین وcng ، سقف سالن تولید و…

به طور کلی لوله های سازه های فضایی ، لوله سیاه است که با گالوانیزه کردن یا رنگ کردن و یا هردوی آن ها میتوان آن ها را ضد زنگ ، زیبا و … کرد.

از عمده ترین خواص سازه های فضایی می توان به سبکی آن و اجرای راحت و سریع اشاره کرد.

(GLASS WOOL)پشم شیشه

پخش انواع پشم شیشه  رول عایق حرارتی برودتی با ضخامت(1اینچ ،2 اینچ و …)  و مدل های درخواستی اعم از نخدار ، پشم شیشه مسلح ، فویل دار با مارک های معتبر شناخته شده و استاندارد به نرخ تجاری
از خصوصیات پشم شیشه می توان به عایق بودن در مقابل حرارت ، صوت ، مقاومت در برابر آتش و رطوبت و جذب آب اشاره کرد.

تعريف پشم شیشه

پشم شيشه محصولي است كه از طبيعت بدست مي آيد . ماده اصلي تشكيل دهنده آن سيليس و شيشه مي باشد كه پس از ذوب شدن وارد ماشينهاي الياف ساز  معني قابل حل در ترشحات و مايعات Bio-Soluble و تحت تأثير نيروي گريز از مركز به شكل الياف پشم مانند در مي آيد .فرمول مورد استفاده آرياناپارس داراي خواص ب فيزيولوژي بدن انسان مي باشد كه در صورت ورود به ششها ، سريعا” در مايع ميان بافتي حل شده و دفع مي گردد . بنابراين براي سلامت انسان كاملا” بي خطر است . خواص آن عبارتند از :

عايق حرارتي

پشم شيشه بعنوان يك عايق در مقابل جريان حرارت مقاوم است . حرارت و گرما يكي از اشكال انرژي است . با تقليل و كند شدن جريان انتقال حرارت در سطوحي كه از اين عايق استفاده شده ، مقدار كمتري انرژي براي گرم كردن فضاي آن در زمستان و خنك كردن آن در تابستان مصرف خواهد شد .هر چقدر ميزان مقاومت حرارتي بيشتر  باشد ، كيفيت عايق بهتر است . مقاومت حرارتي عايق پشم شيشه با ضخامت آن نسبت مستقيم و با ضريب انتقال حرارتي آن نسبت معكوس دارد .

عايق صوت

وجود وسايلي مانند تلويزيون ، راديوپخش ، كامپيوتر ، جاروي برقي ، تلويزيون و … در منازل امروزي و وسائط نقليه اي همچون اتومبيل ، هواپيما و غيره در خارج از خانه ، همگي منابع توليد سر و صدا و انتشار اصوات آزار دهنده اي مي باشند كه كمترين تأثير مخرب آنها سلب آسايش و ايجاد فشارهاي عصبي است .پشم شيشه در مقابل انتشار اصوات بسيار مقاوم است بطوريكه بعنوان مثال پشم شيشه اي با ضخامت 100 ميليمتر قادر است تا شاخص كنترل انتقال صوت را  بين 4 تا 12 پله ارتقاء دهد . استفاده از پشم شيشه در ديوارهاي جانبي ، سقف و كف اتاقها دامنه نفوذ امواج مزاحم را كنترل كرده و تأثير مطلوبي بر آرامش استراحت ، خواب و نهايتا” كيفيت زندگي مي گذارد .

مقاومت در مقابل آتش

پشم شيشه آتش زا نيست و در مقابل شعله بسيار مقاوم بوده و از گسترش آتش سوزي جلوگيري مي نمايد . همچنين ميزان دود ناشي از آن بسيار محدود و كم است .

مقاومت در مقابل رطوبت و جذب آب

جذب رطوبت در عايق پشم شيشه بسيار كم و قابل اغماض است . بعنوان مثال اگر رطوبت نسبي هواي محيط 95% باشد ، ميزان جذب رطوبت در فشار اتمسفر كمتر از 5/0 درصد حجم پشم شيشه خواهد بود . علاوه بر اين ، محصول پشم شيشه در مجاورت آب خاصيتي بر خلاف لوله هاي موئين از خود بروز مي دهد و آب را از خود دفع مي نمايد .
پروسه تولید پشم شیشه
پشم معدني كه از مذاب شيشه ساخته ميشود. از معروف ترين و قديمي ترين انواع عايقهاست . پشم شيشه شامل فيبرهاي انعطاف پذير شيشه است كه از ذوب مواد اوليه شيشه به دست مي آيددر حالت استاندارد ضخامت الياف آن مي بايست بين 2/3 الي 4/6 ميكرون بوده كه در اين حالت محصول نرم تر بوده وخواص ارتجاعي خود را براي مدت بيشتر حفظ مي كند و ريزش ذرات آن كمتر خواهد بود.
از انواع عايقهاي سلول باز بوده و مي تواند رطوبت محيط را جذب نمائيدو در مجاورت با بخار آب (خصوصا در سطوح گرم )توليد اسيد سيليسيك مي نمايدو اگر محافظت آن به نحو مطلوب انجام نشود باكتريها و قارچها در لايه هاي الياف آن تكثير پيدا مي كنند.
در گسترش حريق بي اثر بوده و در مجاورت حريق گازهاي سمي توليد نمي كندالياف آن با سر سوزني شكل بوده و اگر وارد نسوج ريه شود خارج نمي گردد و تماس آن با Cº550پوست باعث خراشيدگي مي شود, استمرار مجاورت در تنفس ذرات معلق آن مي تواند باعث ايجاد بيماريهاي تنفسي و پوستي شود, حداكثر تحمل حرارتي آن است.
اخيرا پشم شيشه هاي جديدي توليد شده كه از تركيب مذاب دو نوع شيشه است كه باعث كمتر شدن تحريك پوستي مي گردد, و نيازي به چسباننده شيميايي برچسباندن الياف به هم ندارد توليد پشم شيشه در چگالي متوسط زياد نيز انجام مي شود كه مقاومت حرارتي آنها قدري بيشتر از نوع قديمي آن است.

ورق پلی کربنات ، محصول ساختماني نويني است كه حدود ۴۰ سال از توليد و عرضه آن به بازار ميگذرد.

مزاياي اين محصول بقدري بالاست كه در همين مدت كوتاه به عنوان يكي از المانهاي شفاف ساختماني مطمئن و بعضا جانشين شيشه در سطح جهان شناخته شده است.

از مزاياي اين ورق ميتوان به موارد زير اشاره كرد:

۱- سبكي وزن: انواع چند جداره اين ورق، حدودا ۹% شيشه هم ضخامت خود وزن دارند.

۲- مطلقا نشكن: مقاومت ورق تخت پلی کربنات در برابر تا ۲۴۰ برابر شيش هم ضخامت خود و مقاومت ورق چد جداره  پلی کربنات در برابر تا ۱۲۰ برابر شيشه هم ضخامت آن است. لازم به ذكر است كه مقاومت شيشه سكوريت در برابر ضربه نهايتا ۷ برابر شيشه با ضخامت يكسان است.

۳- قابليت قوس پذيري سرد حتي با كمك دست

۴- ايزولاسيون مناسب صوتي و حرارتي

۵- عدم رنگ پريدگي، پوسيدگي، زرد شدگي و شكنندگي در برابر نور خورشيد: انواع با كيفيت اين ورق داراي مواد مقاوم در برابر اشعه خورشيد هستند. نبايد فراموش كرد، ضخامت اين لايه مقاوم بايد به قدري باشد تا تابش زياد و فراوان نور خورشيد را در كشوري مانند ايران به راحتي تحمل كند.

۶- سهولت و سرعت بالاي نصب

۷- مقاومت در برابر سرايت آتش و دودزايي پايين و غير سمي

۸- گذر مناسب نور به همراه سايه اندازي دلخواه

۹- كاهش مصرف برق و گاز در ساختمانها و سوله ها

عمده كاربرد ورق هاي پلی کربنات: در پوشش سر در، راهرو و راه پله، نورگير (در اشكال گنبدي، قوس يكطرفه، قوس دو طرفه و تخت شيب دار و حالتهاي خاص)، نما و بدنه و پوشش حياط و استخر و پاركينگ ساختمان ها و سوله هاي صنعتي،تجاري، اداري، ورزشي، مذهبي، شهري، دانشگاهي و آموزشي، فروشگاه هاي زنجيره اي و نمايشگاهي است

پشم سنگ از مذاب سنگهاي طبيعي آذرين ساخته مي شود. ( استاندارد ملي۸۰ ۸۴ بند۴-۱۶-۲)

پشم سنگ كه در زبان انگليسي Rock wool ناميده مي‌شود، جزو خانواده عايق‌هاي حرارتي متشكل از الياف معدني است.
ماده اوليه اصلي براي توليد اين عايق، سنگ بازالت، از گروه سنگ‌هاي آذرين است كه بازمانده فعاليت‌هاي آتش‌فشاني است و در كشور ما به وفور وجود دارد. بدليل رگه اي بودن مواد اوليه آن محصول توليدي آن ممكن است داراي خلوص يكنواخت نباشد.
روش توليد پشم سنگ به اين صورت است كه ابتدا سنگ بازالت در دماي ۱۵۰۰ درجه سانتيگراد ذوب مي شود و به صورت سيليكات مذاب در مي آيد و سپس مذاب به دست آمده تحت روشهاي خاصي به اليافي به قطر حدود ۶ ميكرون تبديل ميشود .كه مجموعه اين الياف پشم سنگ را تشكيل مي دهد.
: آناليز شيميايي و مواد تشكيل دهنده آن عبارتند از
sio۲ ۴۶%اكسيد سيليس
Al۲ o۳ ۱۴%اكسيد آلومينوم
Tio۲ ۱.۵%اكسيد تيتانيوم
Fe۲ o۳+Feo ۷.۵-۸% اكسيدهاي آهن

Mgo ۱۰%اكسيد منيزيم

cao ۱۸% اكسيد كلسيوم

 

شکل پروسه پشم سنگ

شکل پروسه پشم سنگ

 

مزايا:

  •  اين عايق ،به دليل عدم انتشار صدا به ميان اجزاء متشكله ونيز جذب صدا، عايق صوتي بسيار مطلوبي مي باشد. به همين علت در فرودگاه ها، استوديو هاي صدابرداري ،زير ريل ها و در ايستگاههاي متروي داخل شهري نصب مي گردد. افزايش ضخامت وگذاشتن فاصله هوايي مناسب در پشت عايق، مقدار تضعيف انرژي صوتي را افزايش مي دهد.
    •    به علت مواد تشكيل دهنده معدني ، يا مصالح ساختماني سازگار مي باشد. لذا باعث خوردگي يا خرابي به اجزاءتشكيل دهنده ساختمان نخواهد شد.
    •    ضريب انتقال حرارت اين عايق طبق مبحث ۱۹ به شرح زير مي باشد كه البته با توجه به درجه وكارخانه سازنده آن متفاوت خواهد بود و بايد توسط كارخانه سازنده آن مشخص شود
وزن مخصوص خشك (Q)بر حسب m³ kg/ ۱۸تا ۲۵ ۲۵تا ۳۵ ۳۵ تا ۸۰ ۸۰ تا ۱۸۰
ضريب هدايت حرارتي مفيدλ بر حسب w/m.c ۰۴۷/۰ ۰۴۱/۰ ۰۳۹/۰ ۰۴۱/۰

ذرات الياف پشم سنگ از طرف سازمان بهداشت جهاني براي سلامتي انسان بي ضرر تشخيص داده شده اند وحتي مطابق استاندارهاي اروپا استنشاق هوايي كه حاوي حداكثر ۵ ميلي گرم بر متر مكعب ذرات پشم سنگ باشد به مدت ۸ ساعت در روز مجاز است.
•    به علت موادتشكيل دهنده معدني، سازگاري كاملي با تمامي مصالح ساختماني دارد لذا باعث خوردگي يا خرابي هيچ يك از اجزا تشكيل دهنده ساختمان نخواهدشد.
•    عايقي تجزيه نشدني وبه علت اينكه مواد تشكيل دهنده آن معدني مي باشد علاوه براينكه دوام بسيار خوبي در كل عمر سازه دارد باعث از دست دادن كيفيت آن نخواهد شد وسازگاري كاملي با محيط زيست دارد و از اين لحاظ بي خطر ترين عايق حرارتي مي باشد.
•    آتش گير نيست ومشتعل نمي شود وقابليت مقاومت تا۴ساعت در برابر شعله مستقيم را دارد. پشم سنگ به تنهايي نقطه ذوبي بالاي°۱۰۰۰دارد اما به علت رزين ومواد افزوني اي كه به آن اضافه مي گردد، كارايي مناسبي در رنج وسيع °c۱۵۰- تا °c۷۰۰دارد.ضمنا در اثر آتش سوزي توليد دود وسم نمي كنند كه از مزاياي عمده آن است.
•    درتكنولوژي نوين ساخت محصول رطوبت را جذب نمي كنند اما طبق استاندارد مي بايست يك پوشش بخار بند داشته باشند.
•    نرمي ولطافت الياف ونيز بافته بودن تار۶ در ضخامت تشكيل دهنده محصول نهايي كه باعث مقاومت در برابرتراكم مي شود كه از مزاياي مهم اين محصول مي باشد.
•    طبق استاندارد هاي جهاني استفاده از عايق پشم سنگ به عنوان جداكننده مناطق آتش در ساختمان وطبقات به عنوان عايق ساختمان مورد توجه خاصي قرار گرفته است.
•    انبار كردن محصول در زمان طولاني بالاي يكسال توصيه نمي شود.

معايب:

  • ضريب انتقال حرارت، با افزايش دما، فشردگي بعد از نصب وجذب رطوبت ،افزايش مي يابد.
    کاهش مي دهدc˚۳۵۰ براي شكل دادن به اين نوع عايق از چسب رزيني استفاده شده كه به دليل پايين بودن درجه حرارت آن تحمل دماي اين محصول را تا
    •    اگر چه پشم سنگ جاذب رطوبت نيست اما براي عايق كاري لوله ها، تاسيساتي كه به فضاي باز قرار دارند، بايد با يك پوشش ضد رطوبت محافظت شود.

كاربرد:

  • پشم سنگ بنا به نوع آن موارد كاربرد گوناگون دارد. صنايع پتروشيمي ، پالايشگاه ، بيمارستان ها، نيروگاهها، صنايع سنگين، استريوهاي صدا برداري ، تونل هاي مترو،كارخانه هاي سيمان و فولاد از مصرف كنندگان اين نوع عايق به شمار مي روند.
    •    پشم سنگ فله، به عنوان عايق حرارتي صوتي بين دو جدار ديوار هاي ساختماني ،جدار دودكش ها ، منبع اگزوز اتومبيل ها ودستگاه هاي صنعتي و پركردن فضاهاي فاقد شكل هندسي منظم به كار مي رود
    •    پشم سنگ تخته اي براي عايق كاري و پوشش سقف سوله، كانال هاي گردش هوا وسيستم هاي تهويه مطبوع وآب سردكن مورد استفاده قرار مي گيرد اين نوع پشم سنگ اگر بدون روكش باشد مي تواند براي عايق كاري تجهيزات تا دماي ۷۰۰ درجه سانتيگراد مورد استفاده قرار گيرد اين نوع عايق اگر داراي روكش كاغذ كرافت وفويل آلومينيوم باشد فقط در دماهاي پائين قابل استفاده است عايق پشم سنگ با روكش توري تا دماي ۸۰۰ درجه سانتيگراد قابل استفاده است وبراي سطوح مسطح ومنحني در صنايع ، لوله هاي با قطر بزرگ ، كوره ها، گرمخانه ها،اگزوز توربين ها و دودكش هاي بلند مورد استفاده قرار مي گيرد.
    •    پشم سنگ پانلي، به دليل استحكام به عنوان عايق بين جداره ها، در استديو صدابرداري وتونل هاي مترو براي جذب هوا مورد استفاده قرار مي گيرند. عايق لوله اي پشم سنگ ، در تاسيسات سيستمهاي تهويه مطبوع براي عايق كاري لوله هاي عبور سيالات سرد وگرم ، در صنايع جهت عبور سيالات داغ وبخار مورد استفاده قرار مي گيرد.

 

ساندویچ پانل ها برای ساختمان های بزرگ پیش ساخته استفاده می شود.

به طورکلی ساندویچ پانل شامل دو ورق فلزی خارجی می شود(فولاد،آلومینیوم و….) با هسته ثابتی که به عنوان عایق بین آنها می باشد. ورق های فلزی با عایق با چسب مخصوصی پیوند داده شده اند. ورق های سطح بیرونی می تواند صاف باشد.

طبقه بندی بزرگ از اشکال،پوشش ها و رنگ ها در دسترس هستند.زیرا نصب و راه اندازی ساندویچ پانل تنها به تعداد محدودی از اتصال دهنده میکانیکی می شود(به طور متال پیچ) در نتیجه برای اتصال باید از حرارت زیاد اجتناب کرد.

 مشخصات فنی ساندویچ پانل سقفی (PU)

دارای عرض مفید ۱ متر وعرض غیرمفید ۱/۰۸سانتیمتر   (PU-3HRP)ساندویچ پانل سقفی پلی اورتان سه گام
دو رو ورق از جنس گا لوانیزه یا آلوزینگ یا آلومینیوم (PU-5HRP) ساندویج پانل سقفی پلی اورتان پنج گام

ورق خارجی آج دار:
۱- ورق گالوانیزه  رنگ شده به ضخامت نرمال ۸.۰، ۶.۰، ۵.۰، ۴.۰ میلی متر
۲ -ورق آلومینیوم به ضخامت نرمال ۸.۰، ۶.۰، ۵.۰، ۴.۰ میلی متر

ورق داخلی:
۱- ورق گالوانیزه یا آلوزینگ رنگ شده به ضخامت نرمال ۸.۰، ۶.۰، ۵.۰، ۴.۰ میلی متر
۲- ورق آلومینیوم به ضخامت نرمال ۸.۰، ۶.۰، ۵.۰، ۴.۰ میلی متر

نوع رنگ کاربردی:
۱- پوشش پایینی ورق ۷میکرون
۲- پوشش بالایی ورق ۲۵ میکرون پلی استر رنگ شده

عایق گرمایشی فوم پلی اورتان (PU)
چگالی متوسط(۲+_۴۰) کیلوگرم بر متر مکعب
ضخامتهای موجود ۲۰۰،۱۵۰،۱۲۰،۱۰۰،۸۰،۶۰،۵۰،۴۰  میلی متر
نسوزتخت کلاس استانداردB۲+(Din ۴۱۰۲)
ضریب هدایت حرارتی  ۰/۰۱۸w/m۲k
ضریب کاهندگی صوت DB25

جدول تحمل بارساندویچ پانل سقفی سه گام

جدول تحمل بار ساندویچ پانل سقفی پنج گام

اجزای سازه های فضاکار به صورت اتصالات سازه های فضاکارحدود %50 کل هزینه ها را شامل می شود که عبارتند از:

گوی:

کره فولادی توپری است که موجب ارتباط اعضای سازه شده و بین نیروهای اعضا تعادل ایجاد می کند و باعث ایجاد پایداری در سازه های فضایی می شود.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  الاستیسه یک سوم فولاد دارد، مقاومت کششی بالاتری نیز دارد.آنچه در طراحی اتصالات به خصوص طراحی گوی ها حائز اهمیت است بررسی عدم تداخل بولت ها درون آن بررسی شود که این مورد می تواند با نرم افزارهای  جانبی یا به صورت دستی کنترل گردد.هم چنین اگر در محل اتصال پیچ ها  از داخل  بسته و محکم شوند اتصال انعطاف پذیری بیشتری خواهد داشت.

بشقابک (مخروطی):

قطعه فولادی مخروطی شکلی است که به لوله جوش شده و از سمت دیگر امکان اتصال به گوی را فراهم می کند تا از تراکم لوله ها در نزدیکی گوی جلوگیری کند.این قطعه دارای دو نوع کششی و فشاری می باشد.مهم ترین نقش آن جلوگیری از تراکم لوله های در نزدیکی گوی می باشد.

لوله:

نقش تحمل نیروهای محوری (کششی و فشاری)را دارد و از طریق جوش به بشقابک اتصال آن با سایر اجزا برقرار می شود.لوله هایی که در خرپای  سازه های فضا کار استفاده می شود 6 متری می باشد و برای جلوگیری از هدر رفتن مصالح در قطعات 2 یا 3 متری برش داده می شود (جنس آن لوله صنعتی فولادی ST37)

پیچ:

علاوه بر برقراری اتصال نقش انتقال نیرو را دارد.در این سیستم از پیچ های با کلاس 8.8 و 10.9 استفاده می شود.

اسلیو (غلاف):

از اسلیو یا غلاف به منظور محکم کردن و اطمینان از وارد شدن کافی بولت درون رزوه(اسلیو) استفاده می شودموجودی روی اسلیو صحت کنترل میزان فرورفتن پیچ درون گوی تعبیه شده است.

نحوه بالا بردن و مونتاژ:

جهت جلوگیری از وارد شدن آسیب ، سازه های فضاکار و جلوگیری از واژگون شدن سازه نیاز است سر جرثقیل به چهار گره متصل می شود.

 

تاریخچه سازه‌فضایی

سازه فضایی قاعده ای است برپایه خرپای سازه فضا یی که دهانه‌های آن در دو جهت گسترش یافته‌اند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار هسنتد . این سازه‌ها از مدول‌های تکرارشونده با لایه‌های موازی تشکیل شده اند.

سازه فضایی، مجموعه سازه‌هایی شامل ، طاقها، برجها، شبکه‌های کابلی، سیستمهای پوسته‌ای و غشایی، سازه‌های تا شوندهستند.

سازهٔ فضایی، عبارت است از سازه‌ای که از اجزای خرپا مانند سبک و محکم تشکیل شده بر پایه‌هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرارمی گیرند. قاب‌های فضا یی برای پوشش دادن دهانه‌هایی که تکیه‌گاه کم دارند استفاده می شود. چون در قاب‌های فضا یی، همچون خرپاها از مثلث استفاده می‌شود، لنگرهای خمشی، به صورت بارهایکششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می شود . که این خود باعث استحکام قاب‌های فضا یی است.

سازه فضا یی در بعضی مواقع به جای سازه فضاکار بکار می رود که از لحاظ معنا و مفهوم با هم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازه‌ های گفته می‌شود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورد استفاده قرارمی گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد.

ساده‌ترین نوع قاب‌های فضا یی به گونه ای ‌است که هرم‌هایی با سقف تخت و با استفاده از میله‌های آلومینیومی و یا فولادی میله‌ ای ساخته می شوند. این نوع از قاب‌ها شبیه به بازوی متحرک افقی یک جرثقیل برجی است که در کنار هم قرار گرفته‌اند. نوع دیگر قاب‌های فضا یی که دارای استحکام بیشتری نیز هست، به صورت هرم‌های چهاروجهی به‌ هم‌ پیوسته اجرا می‌شوند. در این حالت، همهٔ اعضای محوری قاب، دارای طول یکسانی هستند. از نظر فنی، این نوع از قاب فضا یی، مانند یک شبکهٔ برداری و یا یک خرپای هشت‌گانه‌ است. در انواع دیگر قاب‌ها نیز، با تغییر دادن طول اعضای محوری، شکل کلی سازه به صورت انحناء یا اشکال هندسی دیگر تغییر می‌یابد.

دیباچه

قدیمی ترین ساخت‌ها برای سازه‌های فضاکار داربست‌هایی است که جهت نگهداری چادرهای انسانهای اولیه بکار   می رفته . از جمله قدیمی ترین این چادرها متعلق به انسان‌های اولیه ای است که در منطقه ای از چین باستان بوده که در چند سال پیش کشف گردیده. کاربرد سازه‌های شبکه‌ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن‌های اجتماعات ، آمفی تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره ظهور گردید .

اولین شبکه چند لایه توسط الکساندر گراهام بل درسال ۱۹۰۶ برای کایت پرواز ساخته شد. در این شبکه طول اعضاء یکسان، اتصالات ساده بود. او اولین مهندسی است که حدود ۹۰ سال پیش توانست با قرار دادن صحیح اعضاء سازه‌ای در کنار هم سازه‌هایی محکم و سبک بسازد. گفت می شود کاربرد عملی وتوسعه یا فته سازه‌های فضا یی و طراحی اصولی این گونه سازه‌ها از سال ۱۹۵۰ شروع شده. 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.

مزایا

طراحی اجزاء سازه‌ای در این سیستم به گونه‌ ای است که سیستم اجرا شده از چنان زیبایی برخوردار است که در اکثر پروژ ه‌های اجرا شده، سازه بصورت نمایان باقی می‌ماند، حتی در بسیاری از موارد جهت نماسازی‌ها از این سیستم استفاده می شود.

از آنجایی که روش‌های مختلفی برای بافت در این سیستم وجود دارد، امکان همزمانی اجرای این سیستم با دیگر فعالیت‌های ساختمانی بطور همزمان و بدون مزاحمت وجود خواهد داشت.

فضای موجود بین لایه‌های سازه فضا یی اجرا شده محل مناسبی را جهت عبور تاسیسات برقی و مکانیکی که می‌بایستی در سطح سالن پراکنده شود فراهم می‌سازد با این امکان که این تاسیسات از حداقل دید برخوردار می‌باشد و هم چنین اتصال این قطعات و قطعات الحاقی دیگر نظیر تابلوها، نور افکن‌ها و … به راحتی و در تمامی سطح ایجاد شده وجود خواهد داشت.

بواسطه پیش ساخته سازی اجزای سازه در کارخانه و پیچ و مهره‌ای بودن کلیه اتصالات هیچگونه عملیات جوشکاری در هنگام مونتاژ و نصب سازه بر روی قطعات انجام نمی‌پذیرد.

برخلاف آنچه که از شکل ظاهری این سستم به نظر می‌آید سازه اجرا شده بسیار سبک بوده بطوریکه در مقایسه با دیگر سازه‌های ساختمانی در شرایط مساوی ترجیح داده می‌شود و از این سیستم در اضافه اشکوب‌ها و در زمین‌های با مقاومت خاک پایین استفاده فراوانی صورت می‌گیرد.

ارزان تر بودن این سیستم در مقایسه با سایر سیستم‌های سازه‌ای به خصوص در سالن‌های با دهانه بالا این سیستم را تبدیل به تنها گزینه‌ای نموده که با توجه به سایر مزیت‌های آن دارای توجیه اقتصادی می‌باشد.

از آنجایی که رد طول عملیات نصب سازه هیچگونه عملیات جوشکاری صورت نمی‌گیرد و کلیه اتصالات در سازه اصلی وقطعات الحاقی بصورت پیچ و مهره‌ای صورت می‌گیرد لذا سازه اجرا شده این قابلیت را دارا می‌باشد که بطور کامل مونتاژ گردد و در محل دیگر به همان شکل دیگری تنها با تغییرات اندکی در قطعات سازه‌ای نصب شود.

ساخت و تولید قطعات سازه در کارخانه، کنترل کیفیت و دقت بسیار بالایی را موجب خواهد شد که این امر خود دقت وکیفیت بالا در کل سازه اجرا شده را به همراه خواهد داشت.

به واسطه قابلیت خاصی که این سیستم سازه‌ای دارا می‌باشد کاهش و یا افزایش سطح سازه فضا یی اجرا شده از هر طرف و به هر شکل تغییر محل تکیه گاهها با حفظ سازه قبلی با رعایت نکات طراحی به راحتی امکان‌پذیر می‌باشد که این مطلب امکان فوق العاده‌ای را در سالن‌های تجاری و صنعتی جهت طرح‌های توسعه ایجاد می‌نماید که از این نظر با هیچ نوع از سازه‌های دیگر قابل مقایسه نیست.

درجه نامعینی بالای این سیستم، پیچ و مهره‌ای بودن اتصالات و سهولت کنترل کیفیت قطعات و اتصالات و ساخت کارخانه‌ای قطعات بصورت پیش ساخته عواملی است که ضریب اطمینان و ایمنی سازه را به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد.

ایجاد سقف افقی در داخل سالن‌ها از دیگر مزیت این سیستم می‌باشد که علاوه بر زیبایی نسبت به سیستم‌هایی نظیر سوله در مصرف انرژی جهت گرمایش و سرمایش فضای داخل حداکثر صرفه جویی را موجب می‌گردد.

کاربرد

قاب‌های فضا یی 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 فضا یی 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 وتفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی تئاترها، مراکز خرید ،ایستگاههای راه آهن، ترمینال‌ها و … بکار می‌رود. سیستم‌های سازه‌ فضایی در سازه‌هایی چون دکل‌های انتقال نیرو، برج‌های مخابراتی، برج‌های ذخیره آب، بشقاب‌های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.

سازه‌های فضایی از لحاظ ساختار

شبکه‌های دو لایه یکی از مهمترین و متداول ترین انواع سازه‌ فضایی به شمارمی روند. این نوع سازها از دو صفحه عناصر که این دو صفحه با یکدیگر موازی و توسط عناصر میانی به یکدیگر متصل شده است.

شبکه‌های سه لایه

شبکه‌های سه لایه از دو صفحه بالا و پایین و یک صفحه میانی تشکیل شده‌اند که هر یک از صفحات بالا و پایین توسط اعضای میانی به صفحه میانی متصل اند. این شبکه‌ها در مواقعی به کار می‌روند که سازه دارای دهانه خیلی بزرگ باشد و ارتفاع شبکه دو لایه جوابگوی قیود آن نباشد.

سازه‌های چلیکی

اگر شبکه‌ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه‌های چلیکی نامیده می‌شود. این بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی شکل بکاربرده می‌شوند.

سازه‌های گنبدی

در صورتی که شبکه‌ای در دو جهت دارای انحناء باشد، سازه گنبدی نامیده می‌شود. در ساخت گنبدها سعی بر آن است که اعضا دارای یک اندازه باشد اما به هر حال تعداد انواع اعضا زیاد خواهد بود. برای ایجاد ساختار گنبدی کافی است یک شبکه را (به هر شکل دلخواه) روی یک کره تصویر نمود.

سازه فضایی از لحاظ مصالح

سازه‌ فضایی فولادی

فولاد پر کاربردترین متریال در ساخت سازه‌های فضا یی به شمار می رود. شاید مهمترین علت آن سختی و جوش پذیری بالای آن باشد. یکی دیگر از ویژگیهای مفید فولاد، تنوع پروفیلهای فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا بخصوص در کشورهای صنعتی است.

اجزای تشکیل دهنده

گره‌ها (پیونده‌ها)

شاید می‌توان گفت که مهمترین قسمت در سازه‌های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آنها می‌باشد. پیونده مرو با قابلیت ۱۸ اتصال

اعضاء

بدنه اصلی یک سازه فضایی را اعضای آن سازه تشکیل می‌دهند. سازه‌های فضا یی، پروفیل هایی در اندازه و مقاطع مختلف می‌باشند. عمده ترین مقاطع بکار رفته در سازه‌های فضا یی مقطع دایره‌ای، به صورت توپر یا توخالی ومقاطع نبشی یا قوطی است.

تکیه گاه‌ها

شکل و موقعیت تکیه گاه‌ها در سازه فضایی، تاثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آنها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه گاه‌ها در این سیستمها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه گا ه‌ها به پی منتقل می‌گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه گاه را پروفیلهای تو پر و سنگین تشکیل می‌دهند.

روش‌های طراحی

 

در صورتی که بار به گره آبی رنگ اعمال شده و عضو سرخ رنگ وجود نداشت، آنگاه رفتار سازه کاملاً به سختی خمشی گره آبی بستگی داشت. اما اگر عضو قرمز رنگ را در نظر گرفته و از سختی خمشی گره آبی و سختی عضو قرمز صرف نظر کنیم، در این حال، می‌توان این سیستم را با استفاده از ماتریس سختی و بدون درنظر گرفتن تغییرات زاویه‌ای محاسبه کرد.

قاب‌های فضا یی 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 صرف نظر کرد.

مراحل اجرای پروژه‌ها

  1. طراحی: (مدل سازی در Formian وانتقال و ادیت نقشه در AutoCad)
  2. محاسبات: (توسط نرم‌افزار Sap-AISC ASD)
  3. تولید هموندها
  4. رنگ آمیزی هموندها
  5. ستون گذاری
  6. بافت سازه فضایی
  7. نصب سازه فضایی
  8. نصب پوشانه

روش‌های نصب

  • گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه به صورت یکجا، سپس نصب آن در محل دائمی.
  • گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه در بخش‌های کوچک بر روی زمین سپس بالا بردن آنها تا موقعیت نهایی و نصب روی تکیه گاه دائمی.
  • گسترش و تثبیت اعضای سازه قطعات بزرگتر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آنها در هوا به قسمت‌هایی از سازه که قبلاً نصب شده‌اند.
  • گسترش و تثبیت اعضای سازه به صورت یکجا بر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آن در محل دائمی.