ساختمان سازی با نگرشی جدید نسبت به سازه های فضاکار

 ساختمان سازی با نگرشی جدید نسبت به سازه های فضاکار

در حال حاضر مسئله بهینه‌ سازی و صرفه جویی مصالح در ساختمان‌ سازی برای مهندسان و دیگر مشاغل دخیل با ساخت و ساز مهم و با اهمیت است.

شیوه های عادی طرح و محاسبه ساختمان ها از قبیل :

فولادین یا بتنی ، استفاده از قاب های خمشی مرسوم ، قاب های مهاربندی شده و سیستم های دوگانه می‌باشد.

تا امروز تحقیقات وسیعی راستای سبک‌ سازی مصالح مصرفی این ساختمان‌ها و به دلیل کم کردن بار زلزله‌ وارده بر ساختمان انجام شده.

این مطلب برای استفاده سازه های فضاکار در ساختمان سازی های چند طبقه که قسمت بزرگی از ساخت و سازها را دارند روشی ارائه می‌دهد.

مدل سازی ساختمان فضاکار از طریق استاتیک معادل و بر پایه آیین‌ نامه 2800 و با برنامه‌ ی SAP2000 انجام شده. از مقایسه با ساختمان‌ هایی با سیستم های متفاوت سازه‌ای دریافت شده که ، وزن اسکلت و همینطور تغییر مکان حاصل بارهای جانبی در سازه‌ ها به سیستم های دارای بادبند بسیار نزدیک می‌باشد.

سازه فضاکار از لحاظ سهولت اجرا و زمان ساخت کم ، صرفه اقتصادی دارد. همینطور به دلیل اتصالات ایمن و شراکت تعداد مورد توجهی از اعضای سازه ای در انتقال بارهای ثقلی و جانبی ، بهتر از سیستم های سازه ای معمول دیگر می‌باشد.

سازه های فضاکار

سازه هایی که از تعداد اعضای بالا و با عملکرد محوری ساخته می‌شوند و به چندین گروه تقسیم میشوند : 

گروه‌ها شامل:

شبکه‌ های تک لایه ، دو لایه و سه لایه ، چیلک های تک لایه و دو لایه ، گنبدهای تک لایه و دو لایه، دکل های فضاکار و غیره.

در دهه‌ های جدید این سازه ها بیشتر رواج پیدا کرده اند و بیشتر جهت پوشش دهانه های بزرگ مثل ژیمناسیوم ها ، استادیوم ها ، سالن های تئاتر و غیره کاربرد دارد.

اما در ایران از این سازه ها برای ساخت ساختمان های عادی استفاده نشده. ساختمان های فضاکار سازه هایی هستند که سقف و دیوارهای جانبی آنها را شبکه ها تشکیل می‌دهند.

تفاوت ساختمان های فضاکار با ساختمان های عادی

شبکه های مورد استفاده دیوارها ، وظیفه ستون های ساختمان عادی را بر عهده دارد.

بارهای قائم و بارهای جانبی حاصل باد و زلزله را به پی انتقال می‌دهد.  شبکه دو لایه

شکل دهنده سقف ساختمان‌ های فضاکار همینطور کاربردی شبیه سقف صلب ساختمان های

عادی دارد. نیروی برآیند بارهای جانبی باد و زلزله را به نسبت سختی میان دیوارهای باربر توزیع

می‌کند. طراحی همه اجزا و اتصالات این سازه ها بخاطر نبودن آیین‌ نامه ویژه این سازه ها ، مثل دیگر

ساختمان های عادی ، براساس مراجع معتبر و آیین نامه های رایج طراحی ، AISC یا آیین‌ نامه فولاد ایران و آیین نامه 2800 انجام می‌گیرد.

سیستم ساختمانی فضاکار

شبکه‌ های تخت اشکالی از سازه های فضاکار هستند. جهت استفاده پوشش سقف در ساختمان های چند طبقه قابل استفاده اند. شبکه‌ های تک لایه اتصالات گیردار به خاطر شرایط پایداری دارند دارای اعضای قوی‌ تر تحمل لنگر خمشی حاصل بارهای اعمالی می‌باشند. لنگر خمشی که در آنها قرار دارد باعث ایجاد خیز زیاد در سقف و خیز جانبی بیش از اندازه در شبکه های قائم باربر می‌گردد. شبکه های سه لایه ارتفاع زیادی دارند و غیراقتصادی هستند و برای دهانه‌ های کوچک ، در این ساختمان‌ها مناسب نیستند ، درنتیجه بهترین سازه فضاکار برای سقف ساختمان‌ها شبکه دو لایه است.

ارتفاع این شبکه در این مطالع 50 سانتی‌متر است. هر یک از لایه ها به حالت مربع‌ هایی به بعد 1 متر شبکه بندی شده اند. (شکل1)

دیوارهای این سازه ها علاوه بر تحمل بارهای قائم ، به عنوان سیستم مقاوم در مقابل بارهای جانبی استفاده می‌شوند. از جنس شبکه های تک لایه با اتصالات صلب هستند. اجزای قائم این دیوارها 1 متر فاصله دارند. 2/1 متر فاصله فرض شده اعضای مورب در دیوارها جهت تحمل بارهای جانبی استفاده شده‌اند. (شکل 2)

همچنین برای کم کردن طول آزاد اعضای افقی دیوارها ، از پشت‌ بندهای فضاکار با فاصله 5 متر استفاده می‌شود. ( شکل 3 )

باید دقت کرد

اگر برای ساخت دیوارهای داخلی نیز از شبکه های تک لایه استفاده شود ، این شبکه ها اضافه بر توانایی انتقال بارهای ثقلی و جانبی ، می‌توانند نقش پشت بندها را اجرا کنند. تاثیر به سزایی در کاهش خیز سقف و ابعاد پروفیل‌ های مصرف شده خواهند داشت.

ساختمانی 4 طبقه به طول و عرض 30 متر که هر طبقه به 4 واحد مجزا تقسیم شده در این تحقیق مورد مطالعه قرار گرفته.

 اتصالات سازه های فضاکار کدامند؟

امروزه انواع مختلفی از اتصالات سازه های فضایی وجود دارد که این اتصالات عبارتند از:

سیستم های اتصال گوی سان، صفحه ای، سوکتی و …

معمولی ترین اتصال که در بیشتر سازه های فضاکار استفاده می شود نوعی از اتصال گوی سان است که نام آن اتصال مرو است. استفاده از این نوع اتصال بسیار ساده و کار آمد است.

جنس این گوی اتصال اغلب از آهن فورج شده است. در سطح این گوی نقاط حفره مانندی وجود دارد که از آن ها برای پیوند و اتصال اعضا به صورت پیچی با زوایای مختلف استفاده می شود.

 قاب های ساختمانی

نوعی که از سیستم های سازه ای برای مقایسه سیستم های ساختمانی فضاکار استفاده می شوند شامل سیستم های قاب ساختمانی هستند. این سیستم ها ابعاد مشابه با 6 دهانه 5 متری در هر جهت می باشند. سیستم هایی که دارای بادبند هستند و بادبندها به صورت ضربدری قرار می گیرند. مکان قرار گیری این سیستم ها در قاب های فرد است (1،3،5،7).

 بارگذاری

سقف های در نظر گرفته شده در ساخت سازه ها مطابق شکل 6 می باشند. بار مرده برای ساختمان های معمولی 500 کیلوگرم در متر مربع است. این بار برای ساختمان های فضاکار 300 کیلوگرم در هر متر مربع می باشد.

بار زنده تمامی ساختمان ها به طور تقریبی 200 کیلوگرم در متر مربع است.

توجه داشته باشید در ساختمان های معمولی سقف ها به صورت صلب می باشند و بار زلزله در هر طبقه مجزا به مرکز جرم وارد می شود. در ساختمان های فضاکار شبکه های دولایه در مقابل بارهای جانبی به صورت صلب عمل می کنند. در نتیجه بار جانبی براساس سطح بارگیر در بین گره های فوقانی شبکه توزیع می شود ، جزئیات بارگذاری زلزله در هر چهار سیستم ساختمانی طبق جدول 1 است.

 مقاطع مورد استفاده

سازه های فضاکاری که مورد مطالعه هستند به طور تقریبی دارای 35268 عضو هستند. در طراحی این سازه ها از پروفیل با لوله هایی به ضخامت و قطرهای مختلف استفاده می شود. بر اساس نتایج طراحی 24 تیپ مقطع برای ساختمان فضاکار بدست می آید. مقاطع تشکیل دهنده در همه ی ساختمان سازی ها مطابق جدول 2 و 3 هستند.

 آنالیز و طراحی

آنالیز و طراحی همه ساختمان سازی ها بر اساس SAP2000 انجام می شود ، اثرات زلزله نیز با استفاده از روش استاتیک معادل اعمال می شود. 

با توجه به این که هنوز آیین نامه ای برای طراحی سازه فضایی مشخص و تدوین نشده است ، در نتیجه آیین نامه های استفاده شده در بارگذاری و طراحی سازه ها را آیین نامه حداقل بار وارده بر ساختمان ها و بناهای فنی (استاندارد 519) ، آیین نامه 2800 ، AISC و یا آیین نامه فولاد ایران تشکیل می‌دهند.

 وزن اسکلت سازه ها

با توجه به نتایج بررسی و طراحی ، وزن اسکلت سیستم های سازه ای مطابق جدول 4 می‌باشد. همانطور که می بینید وزن اسکلت ساختمان فضاکار با سیستم های بادبندی و دوگانه به طور تقریبی برابر است و کمتر از وزن اسکلت سیستم قاب خمشی است.

مقایسه تغییر مکان جانبی و خیز در سازه ها

حداکثر تغییر در مکان جانبی و خیز ماکسیمم سیستم های سازه ای بر اساس نتایج طراحی در جدول 5 آورده شده اند.

با مقایسه کردن اعداد موجود در جدول مشاهده می شود که ساختمان های فضاکار که همراه سیستم های دوگانه هستند دارای حداقل مکان جانبی هستند و بیشترین خیز را در بین سیستم های دیگر دارند. این خیز در محدوده مجاز آیین نامه است و قابل قبول می باشد.

نتیجه گیری

در ساختمان سازی استفاده از سازه فضاکار سبب کاهش بارهای مرده سازه می شود. این درحالی است که وزن اسکلت سازه در هر متر مربع برابر با سیستم های ساده و دوگانه است ، در حالی که این وزن بسیار کمتر از وزن اسکلت سیستم قاب خمشی است.

باید بدانید سازه های فضاکار رفتار قابل قبولی را در برابر بارهای جانبی از خود نشان می دهند. تغییر مکان جانبی بارهای سازه نسبت به سیستم های ساختمانی ساده و سیستم قاب خمشی کمتر است. همچنین به دلیل تعداد اعضا سازه نیرو داخلی اعضا  تحت تاثیر بارهای جانبی تغییرات کمی را از خود نشان می دهند.

باید بدانید تغییر مکان قائم سازه های فضایی بسیار مورد مطالعه است و این امر در محدوده مجاز آیین نامه می باشد. این خیز می تواند با تعبیه دیوارهای میانی (جنس شبکه تک لایه) کاهش یابد.

سازه های فضاکار دارای اجزا بسیار زیادی هستند که درجه نامعین بالایی دارد. اتصالات کارخانه ای دارای ضریب اطمینان بسیار مناسبی هستند. این امر به دلیل ساده بودن اجرا و همچنین مدت زمان کوتاه ساخت بسیار به صرفه و اقتصادی هستند.

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