تاریخچه ی سازه فضایی (فضاکار)
- سازه فضایی با تکیه بر استحکام ساختار ذاتی مثلث متساوی الاضلاع در قاب بندی شناخته میشود. در سال 1900 توسط آقای الکساندر گراهام بل اختراع شد. اما به طور کامل محقق نشد تا اینکه آقای ریچارد باکمینستر فولر بعداً گنبدهای ژئودزیک را با این طرح ساخت.
- سازه فضایی قاعده ای است بر پایه خرپای سازه فضا یی که دهانه هایی در دو جهت مختلف گسترش یافته دارد و قسمت های آن فقط تحت تاثیر کشیده شدن و فشار هستند . این سازه ها از مدول های تکرار شونده با لایه های موازی ساخته میشوند.
- سازه فضایی ، مجموعه سازه ایی تشکیل شده از طاق ها ، برج ها ، شبکه های کابلی ، سیستم های پوسته ای و غشایی، سازههای تاشونده هستند.
تعریف سازه فضایی:
سازه ای که از اجزای خرپا شکل کم وزن و مستحکم ساخته شده بر پایه هایی که در الگوی هندسی کنارهم قرار میگیرند.
سازه های فضایی برای پوشش دهانه هایی که تکیه گاه کمی دارند بکار میرود. چون در ساختار سازه های فضایی ، همچون خرپا ها از مثلث استفاده میشود ، لنگرهای خمشی ، بصورت بار های کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل میشود که دلیل استحکام سازه های فضایی است.
ساده ترین سازه های فضاکار ، هرم هایی با سقف صاف و با استفاده از میله های آلومینیومی یا فولادی ساخته میشوند. این نوع سازهها مثل بازوی متحرک افقی جرثقیل برجی اند که کنارهم قرار گرفتهاند.
سازههای فضایی دیگری که دارای استحکام بالاتری هستند ، به شکل هرم های چهار وجهی بهم پیوسته ساخته میشوند.
در این حالت ، همه ی اعضای محوری سازه با طول یکسانی هستند.
برای آشنایی کامل با مبانی، ساختار و دستهبندی انواع سازه فضاکار، توصیه میکنیم ابتدا مقاله جامع سازه فضایی را مطالعه کنید.
دیباچه چیست؟
قدیمی ترین نمونه سازههای فضاکار داربست هایی است که جهت نگهداری چادرهای انسانهای اولیه استفاده می شد.
قدیمی ترین این چادرها برای انسان های اولیه ای است که در محلی در چین باستان است که چند سال قبل پیدا شد.
استفاده سازه های شبکه ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز دوره صفویه برای ساخت سالن های اجتماعات ، آمفی تئاترها، قصر ها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و … مشخص گردید .
اولین شبکه چند لایه به دست الکساندر گراهام بل درسال۱۹۰۶ به دلیل کایت پرواز بوجود آمد. در این شبکه طول اعضا یکسان بود و اتصالات ساده وجود داشت.
گراهام بل اولین مهندسی که حدود ۹۰ سال پیش با قرار دادن متناسب اعضا سازه ای کنارهم سازه هایی مستحکم و کم وزن ساخت.
استفاده عملی و توسعه یافته سازه های فضایی و طراحی اصولی این سازه ها از سال ۱۹۵۰ آغاز شد. مهندسین سازه بخاطر رفتار عالی سازه ها در برابر وزن های قابل توجه و مهندسین معماری به دلیل زیبایی و یکنواختی خاص که در هندسه آنها موجود است مجذوب این سازهها شدند و تحقیقات و بررسیهای عمیقی روی رفتار این سازهها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم ها شروع شد.
مزایای سازه فضایی
- چون روش های مختلفی جهت بافت برای سیستم هست ، می توان همزمان دیگر فعالیت های ساختمانی را انجام داد.
- فضای میان لایه های سازه فضایی انجام شده محل خوبی برای رد کردن تاسیسات برقی و مکانیکی که در سطح سالن پراکنده میشود است.
- با این ویژگی تاسیسات کمترین دید را دارند ، همچنین اتصال همه قطعات الحاقی دیگر مانند تابلو ها ، نور افکن ها و… به آسانی و در همه سطوح برقرار است.
- به دلیل پیش ساخته سازی قطعات سازه در کارخانه و پیچ و مهره ای بودن همه اتصالات هیچ عمل جوشکاری حین زمان مونتاژ و نصب سازه روی اجزا انجام نمیشود.
از مزایای دیگر این سازه ها عبارتند از:
- برعکس چیزی که از شکل ظاهری این سیستم به نظر می رسد سازه بسیار کم وزن است به صورتی که در مقایسه با سازههای ساختمانی دیگر در شرایط برابر ترجیح داده میشود همچنین این سیستم در اضافه اشکوب ها و در زمین هایی با مقاومت خاک کم استفاده فراوانی دارد.
- این سیستم در مقایسه با دیگر سیستم های سازه ای مخصوصا در سالن های با دهانه زیاد و با توجه به سایر مزیت های آن توجیه اقتصادی فوق العاده ای دارد.
- بخاطر اینکه در هنگام نصب سازه هیچ جوشکاری انجام نمیشود و همگی اتصالات موجود سازه اصلی و قطعات الحاقی پیچ و مهرهای است ، سازه انجام شده قابلیت مونتاژ کامل را دارد و در محل دیگری به شکل یکسان با کمی تغییر در قطعات نصب شود.
- با ساخت و تولید کارخانه ای قطعات سازه ، کیفیت و دقت قابل توجهی بدست می آید که خود دقت و کیفیت عالی در سازه اجرا شده را شامل میشود.
- به دلیل توانایی خاص این سیستم سازه ای ، کم یا زیاد شدن سطح سازه فضایی از هر جهت و به هر صورت تغییر محل تکیه گاه ها با حفظ سازه پیشین همراه رعایت نکات طراحی به آسانی وجود دارد.
- این موضوع امکان باور نکردنی را در سالنهای تجاری و صنعتی برای طرحهای توسعه به وجود میآورد. از این جهت با هیچکدام از دیگر سازه ها قابل مقایسه نمی باشد.
- درجه نا معینی زیاد این سیستم، اتصالات پیچ و مهره ای و راحتی کنترل کیفیت قطعات و اتصالات و در کارخانه ساخته شدن قطعات به شکل ساخته از قبل ، عواملی است که ضریب اطمینان و ایمنی سازه را به مقدار زیاد و مطلوبی تغییر میدهد.
- امکان ساخت سقف افقی در سالنها مزیت دیگر سیستم است.
کاربردهای سازه فضایی
- این سازه ها اکثر در سقف هایی با دهانه های بزرگ در ساختمان های مدرن تجاری و صنعتی بکار میرود.
- در سازه هایی که برای آنها نیازی به پوشش دهانه های بزرگ و بدون ستون است.
- آشیانه هواپیماها ، سالن های کارخانهها ، پوشش استادیوم های ورزشی ، باشگاه های ورزشی ، پارکینگ های طبقاتی ، مراکز فرهنگی و تفریحی ، تالار های تجمع و سخنرانی ، سالن اجتماعات ، سینما ، آمفی تئاتر ها ، مرکز خرید ، ایستگاه های راه آهن ، ترمینال ها و … استفاده میشود. سیستمهای سازه فضایی در سازه هایی چون دکل های انتقال نیرو ، برج های مخابراتی ، برج های ذخیره آب ، بشقاب های مخابرات و رادیو نیز کاربرد دارند.
سازه های فضایی از نظر ساختاری
مهمترین و متداول ترین سازه فضایی ، شبکه های دو لایه است. این سازه ها از دو صفحه عنصر که دو صفحه موازی با یکدیگر و بوسیله عنصرهای میانی به هم وصل میشوند.
شبکه های سه لایه ای
شبکه های سه لایه ای از دو صفحه بالا و پایین و صفحه میانی ساخته میشوند که هرکدام از صفحات بالا و پایین بوسیله اعضای میانی به صفحه میانی وصل میشوند. این شبکه ها در مواردی بکار می رود که سازه دهانه بسیار بزرگی داشته باشد و ارتفاع شبکه های دو لایه پاسخگوی قیود آن نباشند.
سازه های چلیکی
شبکه ای که در یک جهت دارای انحناء است بیشتر بدلیل پوشش سطوح مستطیل شکل بکار می رود.
سازههای گنبدی
شبکه ای که در دو جهت دارای انحنا است در ساخت و ساز گنبد ها تلاش میشود که اجزا اندازه یکسان داشته باشد ولی به هرحال تعداد انواع اجزا بالا خواهد بود. برای تولید ساختار گنبدی فقط یک شبکه را (به شکل دلخواه) روی یک کره تصویر نمایید.
دلیل استفاده از فولاد در سازه فضایی
فولاد پر استفاده ترین ماده برای تولید سازههای فضایی است. احتمالا دلیل اصلی آن استقامت و جوش پذیری زیاد باشد ، یکی دیگر از ویژگی های سودمند فولاد، تنوع در پروفیل فولادی و فراوانی در بیشتر نقاط جهان مخصوصا کشورهای صنعتی است.
اجزای تشکیل دهنده سازه فضایی
گرهها (پیوندهها)
مهمترین بخش سازه های متداول اتصالات و جزئیات در رابطه با آنها است پیونده مرو با خاصیت ۱۸ اتصال
اجزا
بدنه اصلی سازه فضایی را اجزای سازه شامل میشود. سازههای فضایی ، پروفیل هایی در اندازه ها و مقطع های مختلف هستند. پراستفاده ترین مقاطع در سازه های فضایی مقطع دایره شکل ، توپر یا تو خالی و مقاطع نبشی یا قوطی هستند.
تکیه گاهها
شکل و موقعیت تکیه گاهها در سازه فضایی ، اثربخشی به سزایی روی شیوه توزیع نیرو ها در اجزای مجاور و تمرکز نیرو در آنها دارد. بخاطر اینکه تعداد تکیه گاهها در این سیستم ها نسبت به سطح پوششی خیلی ناچیز است و کل نیروهای قائم با این تعداد اندک تکیه گاهها به پی منتقل میشود. در بیشتر مواقع اجزای مجاور تکیه گاه را پروفیل های توپر و سنگین شکل میدهند.
روش های طراحی سازه
در صورتی که بخش قرمز رنگ وجود نداشت و بار به گره آبی رنگ اعمال می شد و بخش قرمز رنگ وجود نداشت ، آن وقت رفتار سازه تماما به استقامت خمشی گره آبی بستگی داشت. ولی اگر بخش قرمز رنگ را در نظر بگیریم و از استقامت خمشی گره آبی و از استقامت قسمت قرمز صرف نظر کنیم ، با این وضعیت ، این سیستم با استفاده از ماتریس سختی و بدون درنظر گرفتن تغییرات زاویه ای قابل محاسبه است.
سازه های فضایی غالبا با ماتریس سختی ، طراحی میشوند. ویژگی ماتریس سختی، جداگانه بودن نسبت به تغییرات زاویه ای است. اگر مفصل ها به اندازه کافی محکم و استوار باشند، برای راحتی در محاسبات ، میتوان از تغییرات زاویه ای صرف نظر کرد.
مرحله به مرحله اجرای پروژهها
- طراحی : (مدل سازی با Formian و انتقال و ویرایش نقشه با Auto Cad)
- محاسبات : (بوسیله نرم افزار Sap AISC ASD)
- ساخت هم وندها
- رنگ کردن هم وندها
- ستون گذاری
- بافت سازه فضایی
- نصب کردن سازه فضایی
- نصب پوشانه
روش های نصب کردن سازه فضاکار
- توسعه و ثابت سازی تمامی اجزای سازه بصورت یکجا و نصب در محل دائمی.
- توسعه و ثابت سازی تمامی اجزای سازه در قسمت های کوچک روی زمین و بالا بردن قسمت ها تا موقعیت تعیین شده و نصب روی تکیه گاه دائمی.
- توسعه و ثابت سازی اجزای سازه قطعات بزرگتر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آنها در هوا به قسمت هایی از سازه که قبلاً نصب شدهاند.
- توسعه و ثابت سازی اجزای یکجای سازه روی زمین و بالا بردن و نصب در مکان دائمی.
شرکت سازه های فضایی فضا سازه نقش جهان با سال ها تجربه علمی و عملی ، مجموعه ای فعال در زمینه مشاوره ، طراحی ، تولید و اجرای انواع سازه فضایی میباشد.
برای دریافت مشاوره ی رایگان بر روی این لینک کلیک کنید
