درباره سازه فضاکار

امروزه با پیشرفت علوم و تکنولوژی نیازها و خواسته های جدیدی در زمینه مهندسی سازه فلزی رخ نموده است. عامل زمان در ساخت سازه فلزی ها اهمیت دوچندان یافته و این امر گرایش به سازه فلزی های پیش ساخته را افزایش داده است همچنین با افزایش جمعیت جوامع بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیار پیدا کرده است .در این راستا از اوایل قرن حاضر تعدادی از متخصصین مجذوب قابلیت های منحصر بفرد سازه های فضاکار گشته و پاسخ بسیاری از نیازهای جدید را در این سازه ها جسته اند و البته به نتایج بسیار مثبتی نیز دست یافتند . با انتشار این نتایج روز به روز این عرصه با اقبال بیشتری مواجه گردید به گونه ای که با گذشت چندین دهه هنوز هم مطالعه سازه های فضاکار در کانون تحقیقات متخصصین و دانشجویان قرار دارد. در این مقاله منظور از عبارت سازه فضاکار سیستم های اسکلت فلزی بوده که از بافت تعداد زیادی المان یا مدول با شکلهای استاندارد به یکدیگر تشکیل می شو ند و نهایتا یک سیستم سبک و با صلبیت زیاد را ایجاد می کنند. سازه های فضاکار در اشکال بسیار متنوعی ساخته می شوندکه مهمترین آنها عبارتند از : شبکه های مسطح دو یا چند لایه، چلیک ها، گنبدها و قوس ها . علاوه بر این، سازه های فضاکار دارای بافتار متنوعی نیز می باشن د. بدین ترتیب که با تغییر در آرایش المان ها می توان بافتار جدید ایجاد کرد و بدیهی است که کارآیی هر بافتار باید در مقایسه با بافتارهای دیگر سنجیده شود. مثال های متعددی از سازه های فضاکاری که در دنیا و ایران ساخته شده است وجود دارد : از جمله استادیوم های ورزشی، مراکز فرهنگی، سالن های اجتماعات، مراکز خرید، ایستگاه های قطار، آشیانه های هواپیماها، مراکز تفریحی، برجهای رادیویی و …

سازه فلزی | تعریف و تاریخچه سازه های فضاکار
به سازه ای که اصولا رفتار سه بعدی داشته باشد، به طوریکه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد، سازه فضاکار نامیده می شود . با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها یعنی حتی برخی از قوس ها و گنبدهای آجری گذشته نیز جزو سازه های فضاکار محسوب می شوند، اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند که معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.

شکل 1 – شبکه دولایه، کاری از شرکت تومواِ ژاپن

سازه فلزی | انواع سازه های فضاکار

الف – شبکه های تخت، به ترکیب یک سیستم یک یا چند وجهی با لایه های واحد شبکه گفته می شود . شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می باشد . شبکه های تخت می توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چند لایه باشند، ولی بیشتر به صورت دولایه مورد استفاده قرار می گیرند. شبکه های دولایه از دو صفحه موازی که بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند ) نوشین 1380 ). یک نمونه استفاده از این شبکه ها در آشیانه هواپیماها است.زمانی که اعضا در شبکه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه های سازه های فضاکار را پیونده ها تشکیل می دهند این نوع سازه ها اغلب غیر اقتصادی است . نکته دیگری که در طراحی شبکه ها ی دولایه و اکثر سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون ها در داخل شبکه قرار گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه در اطراف کنسول داشته باشیم.
چند نمونه از شبکه های دولایه در شکل ( 2) نشان داده شده است.

شکل 2- چند نمونه شبکه دو لایه

ب- چلیک

 

شکل 3 – نمونه چلیک، کاری از شرکت تایو کوگیو

به شبکه ای که در یک جهت دارای انحنا باشد، چلیک می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است، قرار می گیرند . چلیک ها دارای محور می باشند( نوشین 1382 ).اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است . چلیک ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می شوند و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک ها به یک دیگر را بازی می کنند. نکته ای که در طراحی این نوع سازه ها باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر، تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد. انواع چلیک ها در شکل ( 4) نشان داده شده است که عبارتند از: چلیک اریبی، چلیک لَمِلا با مقاطع بیضی گون، سهمی گون، هذلولی گون و… (Lamella)

شکل 4 – چند نمونه چلیک
ج – گنبدها
شکل 5 – نمونه ای گنبد، کاری از شرکت تومواِ ژاپن

اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می شود . شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط یا اتصال چندین رویه باشد . 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. گنبدها دارای مرکز هستند (سعیدی 1378)

مثالهایی از این گنبدها در شکل ( 6 ) نشان داده شده است.

شکل 6 – انواع گنبدها

6-a یک نوع گنبد از نوع دنده ای می باشد. در صورتیکه تعداد دنده ها زیاد باشد باید گنبد به مسئله شلوغی اعضا در راس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده های نزدیک راس حذف شود (شکل 6-b-6-c ) نشان داده شده است که تعداد زیادی از گنبد دیگری به نام اشفدلر (مهندس آلمانی) در این نوع گنبدها بعد از قرن 19 توسط اشفدلر و دیگران ساخته شده است . از ایرادات این گنبد می توان به مسئله شلوغی اعضا در راس اشاره کرد، که برای حل این مشکل همان راه حل بالا ارائه می شود. (شکل6-d )نمونه دیگری از گنبدها، گنبد لَمِلا است. این گنبد را می توان به نوعی ترکیبی از یک یا چند که با یکدیگر متقاطع هستند، دانست. (شکل های حلقه 6-f شکل 6-h و 6-g )انوع دیگری از خانواده ی گنبدها را به نام گنبدهای دیامتیک نشان می دهد.
در شکل های 6-I و 6-j نمونه دیگری از گنبدها را به نام گنبدهای حبابی ملاحظه می کنید.
در شکل های 6-l و 6-k نمونه دیگری از گنبدها به نام گنبدهای ژئودزیک ملاحظه می شود.
اتصالات در گنبدهای دنده ای و اشفدلر حتما صلب هستند . از لحاظ پخش منظم نیرو ،گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.

سازه فلزی | امتیازات سازه های فضاکار

 

امروزه در سراسر دنیا سازه های فضاکار به سرعت در حال پذیرش و مقبولیت در بین طراحان و مهندسین سازه می باشند ؛ این امر را نمی توان فقط مرهون جذابیت و زیبایی بیشتر این سازه ها دانست، بلکه دلایل متعددی که در ذیل به پاره ای از آنها اشاره می شود در گسترش محبوبیت این سازه ها موثر بوده است:
جذابیت و زیبایی بیشتر و قابلیت ساخت انواع فرمهای دلخواه.
ذخیره مقاومتی بیشتر به دلیل داشتن درجات نامعینی بالا در مقایسه با سایر سازه های متداول.
سختی و صلبیت زیاد این سقف ها قابلیت استثنایی برای حمل بارهای بزرگ متمرکز و غیر متقارن بوجود می آورد.
سیستم های فضاکار برای پوشش سالن های بزرگ اجتماعات، سالن های نمایشگاهی، ورزشگاه ها، آشیانه هواپیما، کارخانه های صنعتی، مساجد و به طور کلی تمام سازه هایی که به نحوی محدودیت تکیه گاه های میانی دارند، ایده آل بوده و در این موارد از نظر جلوه های ظاهری و مسائل سازه ای حالت منحصر بفردی را نسبت به سایر سیستم های جایگزین ایجاد می کند.
اکثر سیستم های فضاکار پیش ساخته بوده و قطعات مورد نیاز آنها انبوه سازی می شوند به همین دلیل این سیستم ها معمولا به سادگی و در زمان کوتاهی تولید و نصب می شوند.
در آخر می توان گفت که اصلی ترین علت گسترش روز افزون سازه های فضاکار در جهان، اقتصادی تر بودن این سیستم ها است.

پیوندها در سازه فضاکار

اجزای سازه فضایی

سیستم سازه فضایی این شرکت از رده شبکه های Nodular که در زیر مجموعه پیوندهای گویسان (گوی توپر) قرار دارد و شامل اجزای زیر می باشد:

الف) پیونده  

شامل    گویهای   توپر  از   جنس   فولاد  CK45 که   به   منظور   ایجاد   پایداری  و   ارتباط     بین   اعضای    سه  بعدی   بکار  می رود   گویها   خود  و  اعضای   مربوطه شان  را   در یک   موقعیت   ثابت  نگه   می دارند   و   باعث   ایجاد تعادل بین نیروهای اعضا می شوند

گویها به سه دسته تقسیم می شوند:

• گویهای  معمولی دارای 18 سوراخ با زوایای ارتباطی 45 درجه
• گویهای استاندارد که برای اتصالات با زوایای خاص به کار میروند
• گویهای  ویژه  سرستون  که  قسمتی از آن به صورت استوانه ای و قسمتی به صورت کروی میباشد.

• ---

ب) عضوها

شامل   لوله و  مخروطی   میباشد این مجموعه دارای لوله های   مستقیم بوده که  دو  انتهای  آن  بریده شده و سر  آن  بوسیله مخروطی ,که  اتصال   آن   را به   سایر   قطعات   امکان پذیر می نماید بصورت  نیمه  اتوماتیک با جوشکاری CO2 متصل  می گردد. 

                                                            

    مخروطی ها دارای دو  نوع  فشاری  و  کششی  می باشد  که  در   نوع   کششی    ضخامت   قسمت  نشیمنگاه مخروطی از سایز  مشابه   فشاری   بیشتر   می باشد  .در   حالت   کششی  جهت   انتقال   نیروی   کششی   از   پیچ  به  لوله ها  و  بالعکس  مورد  استفاده   قرار  می گیرد  و  در   حالت فشاری جهت انتقال نیرو میان اسلیو و  لوله عمل می کند.

---

ج) پیچها

اجزای  کششی در شبکه  ها  بوده  که  در  کلاس   سختی  8.8  و 10.9    بکار می روند پیچها   یک  اتصال  جداشدنی  بوده  و جهت انتقال   نیرو از  آن   کمک  گرفته میشود   در شبکه های   فضایی با  سیستم مرو   پیچ  در حالت   کششی   عمل   میکند  و  نیروی   کششی از گل  پیچ  به  نشیمنگاه مخروطی انتقال پیدا میکند.

---

چ) اسلیوها

اجزای  فشاری  در شبکه ها  بوده  که  از  فولادهای   با  مقاومت   بالا  به  دو  صورت   شیاردار  و   سوراخدار   تولید   می گردد  و  جهت   محکم   نمودن  پیچها  در  داخل گوی  نیز  استفاده   می شود.

درباره سازه فضایی

اولین  شخصی  که  کلمه  سازه فضایی را بکار برد  تیموشکنو  بود که در مقابل این کلمه از لغت  plan structure استفاده   کرد.    این  لغت  در  حدود  چند دهه  قبل  اشکالی   نداشت   اما   با   پدید   آمدن   موضوعاتی   همچون  مهندسی هوا فضا – سازه  ، اختلافی  در  تفهیم   لغت   فوق  بوجود   آمد  و     اساتید    بسیاری  کوشش   کردند  و  این  لغت   را به space frame اصلاح  کردند.

       انواع سازه های فضایی

سازه هایی که در گروه سازه های فضایی جای گرفته اند به شرح زیر تقسیم بندی می شوند :

•        شبکه های تخت یک لایه ای                              Flat single layer grids  
• شبکه های تخت دو لایه و چند لایه                         Double-layer grids  
• چلیک ها                                                                          Barrel vaults
• گنبدها                                                                                       Domes
•  شبکه های زین اسبی (هیپار)                           Parabolid, hyperbolic

شبکه های تخت یک لایه ای  

   این نوع شبکه ها در واقع نوعی قاب مسطح هستند که امتداد  بارهای  وارده  و  خود  شبکه  در  یک  صفحه واقع نیستند.

در واقع فرق بین یک شبکه و قاب مسطح در امتداد اثر بارهای موثر بر سازه می باشد.

سازه ایکه در آن بار وارده عمود بر صفحه سازه اثر میکند  به شبکه موسوم  است  .سازه هایی  نظیر  سایه  بانها ،  عرشه پلها و … از این نوع می باشند.شبکه تک لایه نیز شبکه ای متشکل از یک سری المان و گره است که  به  دو صورت مورب و موازی تولید می شوند.

در اعضای مورب هزینه تمام شده از حالت  موازی  بیشتر  است  ؛زیرا  اعضای  آن  دارای  طولهای  مختلف  هستند و  همگی در زوایای قائمه به یکدیگر متصل نمی باشند اما شبکه مورب برای ارتفاع با ضخامت کل یکسان از شبکه موازی سخت تر است.

شبکه های تک لایه جهت دهانه های نسبتا کم بار بکار می روند و به اشکال تخت ، نیم استوانه ای ،  گنبدی و  زین اسبی ساخته می شوند

---

شبکه های تخت دو لایه و چند لایه

هرگاه دوشبکه مسطح در کنار هم قرار گرفت (به موازات هم) و به وسیله المانهایی به هم متصل شوند، سازه بوجود آمده را شبکه دو لایه می نامند.

شبکه های دو و چند لایه برای  دهنه های 20 متر الی 120  متر  بطور  معمول  مورد استفاده قرار می گیرد. با  این  شبکه ها می توان فضای زیادی را بدون قرار دادن ستونهای میانی پوشش داد؛ولیکن باید سعی نمود که ستونها  کمتر حذف گردند زیرا با حذف ستونها هزینه سازه بیشتر می گردد و سازه طراحی شده غیر اقتصادی می گردد.

از  شبکه  های  دولایه  در  امتداد  عمودی نیز به   عنوان  بخشی  از  دیوار  و با  هر زاویه دلخواه  دیگر  استفاده  می کنند.ارتفاع بین دو لایه برای فواصل بزرگ1/20تا 1/10 طول دهانه می باشد.

---

چلیک ها

سازه های چلیکی به شکل نیم استوانه ای می باشد در این نوع سازه ها معمولا ستون استفاده نشده و روی یک بدنه  که به تکیه گاه متصل است قرار می گیرند.

سازه های چلیکی می تواند چند دهانه باشند .این نوع سازه ها لازم است در محل اتصال چلیک ها حتما ستون داشته باشند و در این صورت نواحی مدور حالت یک تیر را خواهند داشت.

---

گنبدها  

اگر  سازه های  چلیکی  در دو  جهت   انحنا  داشته  باشند   گنبد  بوجود  می آید.  ارتفاع   گنبدها  باید  از  حدود  15%  قطر پایه  بیشتر  باشد؛ معمولا  20%  قطر پایه اقتصادی  ترین  حالت  می باشد.  در دهانه های بزرگ بصورت کره کامل ساخته می شود

افزایش ارتفاع سبب ایجاد بارهای بیشتر در شبکه می شود انحنا بیشتر مقاومت در هر قطر Base داده شده است مقاومت  buckling (کمانش) بیشتر را تضمین می کند.

---

شبکه های زین اسبی هیپار

نحوه شکل گیری این سطوح بدین صورت است که یک منحنی مسطح (مولد) به موازات خودش بر روی منحنی مسطح دیگری (هادی) حرکت می کند ومعمولا صفحه این دو منحنی بر هم عمودند.

مزایا سازه فضایی

سازه های  فضایی بعلت پخش نیرو  در جهات  مختلف از استحکام   توام   با سبکی استثنایی   برخوردار می باشد.  به  نحوی   که   وزن  آنها   35 % از  سازه های   متداول  کمتر  است  و  بعلت  استفاده  حداکثر از سیستم   پیش  ساختگی   از  سرعت  ساخت  و  نصب    بیشتری    برخوردار    می باشد   ضمنا  بعلت   یکپارچگی    می توان  کلیه  سازه   و  تاسیسات  مربوطه  را   در  تراز  زمین  سوار  کرده   و  سپس  سقف را  بالا  برده و نصب کرد  سازه فضایی با گسترش فضای باز بدون ستونها مترادف است که  این امر راندمان فضا را بسیار بالا    می برد و این  گسترش  در  هر  دو  بعد به راحتی میسر است.

شکل   منتظم  سازه های  فضایی  نمای  خوش   آیندی  را  عرضه  می دارد  که  به  لحاظ  معماری با ارزش  می باشد و از  این روست  که   بسیاری از   معماران  در  سالنها   و مراکز  اجتماعات   و غیره  از  سقف کاذب استفاده  نکرده  و   خود  سازه  را به نمایش می گذارند.

سازه های  فضایی   بعلت   تعداد  زیاد   گره ها  تکیه  گاه  لازم  را  برای  شبکه  های  ارتباطی  و تاسیساتی  و    در صورت   نیاز  به سقف    کاذب   تامین   کرده   و  از این  راه  موجب صرفه جویی  در  هزینه   کلی  ساختمان    می باشد  و  همچنین   امکان   دارد   با   استفاده  از   گره های   سازه فضایی   چرثقیل   تک ریلی  را  در  هر  مسیر   دلخواه نصب کرد

سازه های  فضایی  بعلت  یکپارچگی  در مقابل نیروهای افقی  بارهای  اتفاقی   از جمله   انفجارات  و    حملات هوایی ، از انواع دیگر سازه ها بسیار مقاوم تر  می  باشد

کسب   مقبولیت   سریع   سازه های   فضایی   علاوه   بر جذابیت   و مقاومت  بیشتر   نسبت   به   سازه  های صنعتی ،  بعلت   اقتصادی   بودن ساخت آنها میباشد  بطور    خلاصه   دلایل    زیر  استفاده   از   این    سازه ها  را  روشن تر می سازد:

   1-به علت رفتار سه بعدی آنها توزیع تنش در تمام جهات صورت میگردد.

  2-درجه نامعینی این نوع سازه ها بالا بوده و معمولا خرابی یک یا چند عضو باعث خرابی کل سازه نخواهد شد .

  3-سختی زیاد سازه تغییر شکل حداکثر سازه را پایین می آورد .

  4-آزمایش نشان داده که مقاومت آنها در مقابل آتش سوزی از بقیه سازه  ها بیشتر است .

   5-شبکه های دو لایه از  تعداد  واحدهای  مشابه  که  ممکن  است  پیش  ساخته   باشند   تشکیل شده  که  حمل   و  نصب آنها سریع و آسان می باشد.

   6-توسعه  و  تکمیل  این   شبکه ها  به   راحتی   انجام   می شود  و  محل  تکیه   گاه ها   در   صورت   لزوم   می تواند  تعویض شود بدون اینکه به پایداری سازه لطمه وارد سازد .

   7-فاصله بین دو شبکه می تواند برای وسائل سرمایشی و گرمایی و تاسیسات دیگر ساختمان بکار رود .

   8-در هر شرایط آب و هوایی امکان نصب و ساخت سازه وجود دارد .

   9-تجربه نشان داده  که  شبکه های  دو  لایه   نیروهای  دینامیکی  ناشی  از  زلزله  و  انفجار و  غیره را   بهتر  از سیستم های دیگر تحمل می نماید به شرط آن که سازه مقاوم و بادبندی لازم را دارا باشند .

   10-شبکه های دو لایه از نظر  نمای   ظاهری  بسیار  زیبا  هستند  و  به همین   دلیل  از سقف  کاذب   استفاده    نمی شود  و حتی در کلیساها و سالن های اجتماعات و غیره نمای زیبای سازه خود به ارزش آن می افزاید .

   11-شبکه های دو لایه پیش ساخته را می توان در زمان اندک با تعدادی کارگر نیمه ماهر در محل کارگاه ساخت .

   12-استفاده در کف ساختمانهایی که در مناطق با مقاومت کم زمین بنا می شود  در زمین های با  مقاومت  کم  که احتیاج به فونداسیون های گسترده  در زیر  ساختمان  داریم  می توان  از  شبکه  های  فضایی   در   کف ساختمان نیز استفاده کرد که این مورد دارای مزایای زیر می باشد :

توزیع نیروی ساختمان در سطح زیاد و کم کردن فشار وارده به زمین

جلوگیری از رطوبت به کف ساختمان در مناطق مرطوب

ایجاد فضای مناسب جهت عبور لوله های تاسیساتی

به علت تشابه با سقف می تواند از قیمت مناسبی برخوردار باشد

بررسی انواع سازه فضایی

انواع سازه های فضاکار

فرم های متداول سازه های فضایی به قرار زیر است:

شبکه های تخت-   چیلیک(قوسی) -  گنبدی شکل – دیسکی – هرمی – سینوسی و تخت دو طرف شیب دار و شبکه های ترکیبی تخت وقوسی -  تخت شیبدار وقوسی – نیم قوس -  تخت و گنبد - و.....

در زیر نمونه های سازه های فضایی یا فضا کار را مشاهده می نمایید :

• سازه فضاکار با فرم تخت

 به ترکیب یک سیستم یک یا چند وجهی با لایه های واحد شبکه گفته می شود . شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می باشد . شبکه های تخت می توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چند لایه باشند، ولی بیشتر به صورت دولایه مورد استفاده قرا ر می گیرند. شبکه های دولایه از دو صفحه موازی که بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند.
زمانی که برای افزایش مقاومت نیاز شود که اعضای لایه میانی در شبکه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه های و قیمت سازه فضایی را پیونده ها تشکیل می دهند اغلب غیر اقتصادی است . نکته دیگری که در طراحی شبکه ها ی دولایه و اکثر سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون ها در داخل شبکه قرار گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه در اطراف کنسول داشته باشیم.

 

 

• سازه فضاکار با فرم چلیک

 به شبکه ای که در یک جهت دارای انحنا باشد، چلیک می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است، قرار می گیرند . چلیک ها دارای محور می باشند. اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است . نکته ای که در طراحی سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر، تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد.

 
  

• سازه فضاکار با فرم گنبد

اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می شود . شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط یا اتصال چندین رویه باشد . گنبدها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود ۲۵۰ متر مورد استفاده قرار می گیرند . ارتفاع گنبد باید بزرگتر از ۱۵ % قطر پایه گنبد باشد.در صورتیکه تعداد دنده ها زیاد باشد باید گنبد شکل به مسئله شلوغی اعضا درراس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده های نزدیک راس حذف شود. اتصالات در گنبدهای دنده ای و اشفدلر حتما صلب هستند . از لحاظ پخش منظم نیرو ، گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.

 

• سازه فضاکار با فرم دیسکی

  شبکه هایی که پلان دایره ای شکل و فرم تخت دارند در این دسته قرار میگیرنداین فرم سازه ها برای مکانهای که ستون گذاری در محیط یک دایره میباشد مناسب است. ظاهر زیبایی دارد ولی به دلیل پرت شدن مصالح هزینه نسبتا بالاتری دارد.و عملکرد آن شبیه فرمهای تخت است.

 

 

 • سازه فضاکار با فرم هرم

 این فرم از اشکال بسیار پایدار و مقاوم سازه های فضایی است که به راحتی در دهانه های بزرگ (بالای 30 متر) قابل استفاده است. از نظر ظاهری نیز بسیار زیباست. وتنها عیب آن در افزایش مساحت شبکه فضاکار و متعاقبا افزایش هزینه است.

 

 • سازه فضاکار با فرم سینوسی

این فرم از اشکال بسیار زیبای سازه فضاکار است در این فرم سازه از یک یا چند محور دارای نقطه عطف است که حدالامکان میبایست در این نقاط آبرو نصب گردد.

 

 • سازه فضاکار با فرم تخت دو طرف شیبدار

در این فرم دو سقف شیبدار در یک نقطه به هم متصل میگردند که شبیه ترین فرم به سوله های صنعتی است.

 

 

• سازه فضاکار با فرم نیم قوسی

در مواردی که ستونهای ابتدا و انتهای قوس هم ارتفاع نباشند و سقف قوسی مد نظر باشد از این طرح استفاده میگردد. در سازه فضایی که در زیر آمده است ستونها نیز با فرم سازه فضاکار  اجرا گردیده است.

 

در زیر انواع فرمهای سازه فضاکار که از ترکیب دو یا چند فرم دیگر به دست آمده است اشاره میگردد:

  • سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و گنبد

 

 • سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و قوسی

 

 

 • سازه فضاکار با فرم ترکیب تخت و قوسی و شیبدار

 

 

 • سازه فضاکار با فرم آزاد

قطعات مورد استفاده در سازه فضاکار

قطعات مورد استفاده

در سازه های فضایی نزدیک به 50 % درصد از کل هزینه ها صرف هزینه اتصالات میگردد در حالیکه درسازه معمولی هزینه اتصالات نزدیک به 20 % کل هزینه میباشد.از این رو مهمترین اجزای سازه فضاکاراتصالات آنها میباشد.

• گوی : 

عبارت است از یک کره فولادی توپر که به منظور ایجاد پایداری و ارتباط بین اعضای سه بعدی بکار می رود. گویها خود و اعضا مربوطه شان را در یک موقعیت ثابت نگه می دارند و باعث ایجاد تعادل بین نیروهای اعضا می شوند. گویها همچنین دارای سوراخهای رزوه دار شعاعی نیز می باشند که عضوهای سازه توسط انتهای مخروطی خود تحت زوایای مشخصی بر روی این سوراخها که دارای سطح ماشینکاری شده می باشند، می نشینند و پیچ می شوند .

گوی ها می توانند 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.

گوی های اتصال مرو از جنس آلیاژ فولاد فورج شده کوبین کاری شده 45 CKمیباشد..

گوی های مورد استفاده این شرکت در قطرهای مختلف و به همراه آبکاری گالوانیزه گرم میباشد. 

 

• مخروطی :

جهت ملاحظات هندسی در محل اتصال المان به گوی از قطعه مخروطی شکل فولادی که به لوله جوش می شود استفاده می گردد. این قطعه دارای دو نوع کششی و فشاری می باشد .مهمترین نقش آن جلوگیری از تراکم لوله های در نزدیکی گوی میباشد.

مخروطی های مورد استفاده این شرکت در سایزهای مختلف است که به همراه لوله رنگ آمیزی میگردد و در لوله های گالوانیزه، مخروطی ها آبکاری گالوانیزه گرم انجام میشود.

 

• لوله : 

عضو دیگر سازه ها که جهت تحمل نیروهای محوری (کششی ، فشاری) بکار می رود لوله ها می باشند که دو انتهای آن بریده شده و سر آن بوسیله قطعه مخروطی که اتصال آن را با سایر قطعات امکان پذیر می سازد،جوش می شود.

لوله هایی که در خرپا سازه فضاکار استفاده میشود 6 متری میباشد اما به دلائل مختلف 2 و 3 متری برش داده می شوند.

توصیه شده است تمامی لوله ها یا هم وند های یک سازه فضایی تا حد امکان با طول مساوی انتخاب شود و تنها نقطه تمایز آنها در نواحی پر تنش، افزایش ضخامت درونی فولاد لوله باشد.

لوله های مورد استفاده این شرکت در سایزهای مختلف در رنگهای مختلف (با توجه به درخواست مشتری)، ویا از نوع گالوانیزه که بیشتر در نواحی مرطوب و شرجی ویا استخرها مورد استفاده قرار میگیرد.

 

• پیچ : 

یک اتصال جدا شدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آن کمک گرفته می شود .پیچ ها در شبکه فضایی در حالت کششی عمل می کند و نیروی کششی از گل پیچ به نشیمنگاه مخروطی انتقال پیدا می کند. پیچ های این سیستم با توجه به نوع طراحی دارای کلاس سختی  8.8 یا 10.9  می باشند.

 

اگر هم وند در فشار باشد نیرو از عضو مخروطی و از آن به وسیله اسلیو و از طریق سطح صاف به گوی منتقل میگردد. اما اگر هم وند ها در کشش باشند پیچ ها و طول رزوه شده درون گوی بیشترین تاثیر را در انتقال نیرو دارند. 

پیچ های مورد استفاده این شرکت در سایزهای مختلف و از نوع 10/9 است. که قبل از بکارگیری، مورد آزمایش قرار میگیرد. کلیه پیچ ها آبکاری شده است. 

 

• اسلیو :

(غلاف) مهره ای می باشد که در فشار عمل می کند و جهت محکم نمودن پیچ ها در داخل گوی نیز استفاده می شود.اسلیوها به دو شکل شیاردار و سوراخ دار تولید می شوند که توسط پین به پیچ متصل می گردند .جهت محکم کردن و اطمینان از ورود کافی بولت درون رزوه از اسلیو یا غلاف استفاده میکنیم که طول آن بستگی به نیروی موجود در اتصال و طول بولت دارد. پین روی سلیو(غلاف) برای کنترل میزان فرورفتگی پیچ درون گوی تعبیه گردیده است.

کلیه اسلیوهای مورد استفاده از جنس قولاد ST37 به همراه آبکاری گالوانیزه است.

انواع سازه های سازه فضاکار

انواع سازه ها

به‌عبارت‌دیگر سازه‌های فضا کار به آن دسته از سازه‌ها اطلاق می‌شوند که ماهیتاً دارای رفتار و عملکرد مسلط سه بعدی می‌باشند، به‌نحوی‌که اثر هیچ‌یک از سه بعد در رفتار سازه تحت تأثیر کنش‌های وارده قابل صرف‌نظر کردن نیست. این سازه‌ها به طریقی پیکربندی می‌شوند که مسیر انتقال بارها را از طریق عناصر سازه‌ای در سه بعد تأمین نمایند.

سازه‌های فضایی به دلیل پخش نیرو در جهات مختلف از استحکام توأم با سبکی برخوردار بوده به علت استفاده حداکثر از سیستم پیش ساختگی دارای سرعت ساخت و نصب قابل‌توجهی می‌باشد و از همین رو، صنعت ساختمان‌سازی نوین در جهان کنونی به دنبال بکار گیری گسترده از سازه‌های سبک در سطوح مختلف صنعتی، مسکونی و تجاری است.

سیستم مرو (MERO) از مجموعه گره‌های کروی توپر (KK)

سیستم مرو که زیرمجموعه سیستم پیونده گوی‌سان (Nodular systems)می‌باشد، اولین بار توسط شرکت مرو آلمان در سال ۱۹۴۲ طراحی و به‌صورت تجاری عرضه‌شده است. این سیستم شامل کره فولادی از جنس CK45 است که نقش اصلی آن در سازه‌های فضا کار، به هم پیوستن اعضا و انتقال بین اعضا متصل شونده به آن پیونده (گوی) می‌باشد. در این سیستم (و اکثر سیستم‌های گوی‌سان)، اعضای به شکل لوله‌ای بوده و محورهای مرکزی آنها از مرکز پیونده عبور می‌نماید، که این اعضا و پیونده‌ها به‌طور مجزا در کارخانه تولیدشده و سپس در محل پروژه با اتصال اعضا به پیونده‌ها، شبکه سازه فضایی بر پا می‌شود. سیستم اتصال پیونده‌ای تولیدشده در کارخانه شرکت فضاسازه نقش‌جهان، از نوع سیستم اتصال پیونده‌های گوی‌سان نوع MERO آلمانی می‌باشد.

اجزای سیستم پیونده‌ای:

گوی: یک کره فولادی توپر می‌باشد که به روش کوبن کاری و از فولاد CK45 به‌صورت کره کامل یا چندوجهی تولیدشده و جهت ارتباط بین اعضای سه بعدی استفاده می‌شود. در سازه فضایی، گوی‌ها باعث می‌شوند که خود و اعضای مربوطه‌شان در یک موقعیت ثابت قرار بگیرند و باعث ایجاد تعاون بین نیروهای اعضای سازه می‌شوند. گوی‌ها دارای سوراخ‌هایی می‌باشند که عضوهای سازه بر روی این سوراخ‌ها (که دارای سطح ماشین‌کاری شده می‌باشند) قرارگرفته و پیچ می‌شوند. در گوی‌های ویژه سرستون، قسمتی از آن به‌صورت استوانه‌ای (یا مخروطی) و قسمتی به‌صورت کروی (نیم کره) می‌باشند.

بشقابک: مخروطی که به روش کوبن کاری و از جنس ST37 یا ST52 تولیدشده و در محل اتصال المان به گوی از این قطعه مخروطی شکل فولادی استفاده می‌گردد. این قطعه مخروطی که به لوله جوش می‌شود دارای دو نوع رفتار (کششی و فشاری) می‌باشد.

لوله: عضو دیگر سازه، لوله می‌باشد که جهت تحمل نیروهای محوری به‌کاررفته و دو انتهای آن به‌وسیله دو قطعه مخروطی که اتصال آن را با سایر قطعات امکان‌پذیر می‌سازد، جوش می‌شود.

پیچ: پیچ‌ها همگی خشکه، از کلاس ۸.۸ یا ۱۰.۹ می‌باشد و در سایزهای متفاوتی استفاده می‌شوند. پیچ‌ها یک اتصال جداشدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آنها کمک گرفته می‌شود.

اسلیو: قطعه‌ای مشابه با شکل مهره است که جهت محکم نمودن پیچ‌ها در داخل گوی استفاده می‌شود. علاوه بر آن، اسلیوها در المان‌های فشاری، رفتار سازه‌ای داشته و به همین لحاظ باید جنس آنها از گروه CK باشد.

سیستم کاتروس ( CATRUS)

سیستم کاتروس یکی از انواع سازه‌های فضایی است که از مجموعه گره‌های تک‌پیچ و مهره‌ای می‌باشد اولین بار در اسکاتلند ابداع گردید. در سیستم کاتروس همه اعضا از لوله یا پروفیل تشکیل‌شده و معمولاً برای دهانه‌های بین ۵ تا ۱۲ متر استفاده می‌شود در این سیستم به اعضا اتصالی کمتری در مقایسه با سیستم مرو نیاز است به همین لحاظ در شرایط مشابه از قیمت مناسب‌تر در مقایسه با سایر سیستم‌ها برخوردار است.

در این سیستم، اعضای مهاری جان، مقاطع لوله‌ای هستند که در هر انتها پانچ و خم‌شده و اعضای اصلی در طول‌های متناسب با ابعاد شبکه خرپای فضایی تولیدشده و در نقاط مناسب متصل می‌شوند. در سیستم کاتروس، برخی اعضا (خصوصاً اعضای لایه میانی) مرکز مقطع عضو به‌طور مستقیم از مرکز گره عبور ننموده و منجر به ایجاد ممان خمشی جزئی در این عضوها می‌شود و لذا این سیستم برای دهانه‌های بزرگ توصیه نمی‌گردد.

سیستم یونی بت (UNIBAT) از مجموعه اتصالات منشوری (هرمی – تک‌واحدی)

سیستم یونی به تکه برای اولین بار در انگلستان ابداع‌شده از واحدهای هرمی تکرارشونده تشکیل‌شده به‌طوری‌که این هرم‌های معکوس با قاب‌های صلب مدول های استاندارد، سیستم یونی بت را در لایه فوقانی و میانی تشکیل داده و در گوشه‌ها با استفاده از پیچ‌های فولادی با مقاومت کششی بالا به یکدیگر متصل می‌شوند.

این هرم‌ها تشکیل‌دهنده شبکه برای اطمینان از درستی ابعاد و کیفیت جوش جداگانه در کارخانه تولیدشده و با اتصال آنها به یکدیگر در محل پروژه شبکه سازه فضایی احداث می‌گردد هر واحد از چهار عنصر فوقانی (قاب مربعی در قاعده هرم) چهار عضو جان (مهاری) و پنج قطعه پیوند ه ای (به‌صورت کوبن کاری) در چهار گوشه هرم و رأس آن تشکیل‌شده که در آنها مقاطع قوی‌تر برای تطابق با نیروهای برشی بزرگ‌تری که در اطراف ستون‌های سازه فضا کار ظاهر می‌شود به‌کار می‌روند پس از مونتاژ با سیستم یونی بت یک شبکه لوزی روی مربع ایجاد می‌شود.

سیستم تریودتیک (Triodetic)

سیستم تریودتیک (Triodetic) در سال ۱۹۵۳ توسط شرکت کانادایی توسعه داده شد. این سیستم در اصل از قطعات آلومینیوم ساخته‌شده است و در سال ۱۹۶۶ اعضای فولادی نیز شامل شد. اجزا آن از اتصالات شکاف، اعضای لوله، نگه‌دارنده واشر و پیچ و مهره تشکیل یافته است. اتصال با شکاف‌های شبکه به‌عنوان یک بیرون آمدگی آلومینیومی تولیدشده است. نمایه‌های اتصال تا آنجا موردتوجه است که انواع زیادی از پیکربندی‌ها در سیستم وجود دارد و همچنین موقعیت‌های شکاف‌های شبکه پیرامون هر اتصال می‌تواند بر طبق هندسه سازه ترتیب بندی شود. به‌علاوه سایز در شکاف‌های شبکه، روی سایز اعضا وجود دارد.

هر از نوع مقطع اعضا می‌تواند با سیستم تریودتیک (Triodetic) جای گیرد. یک انتهای تیر پی به‌وسیله عملیات پرس‌کاری آماده می‌شود. در یک ضربه تکی فرم‌های انتهای سکه‌ای و برش‌های اعضا به طول نیاز دارد. در انتهای عضو یک نری دارد که در شکاف اتصال جای می‌گیرد. زمان نصب، انتهای اعضا به‌وسیله‌ی چکش‌های سبک در داخل اتصالات جای می‌گیرد. پس از اتصال تمام اعضا، واشرهای محافظ دو سمت اتصال قرارگرفته و به‌وسیله‌ی یک پیچ در مرکز سوراخ اتصال سفت می‌شود تا از بیرون‌زدگی اعضا جلوگیری کند.

دو مزیت اصلی سیستم تریودتیک (Triodetic) عبارت است از:

1. هزینه نسبی کم اتصالات با امکان متصل شدن بسیاری از اعضا در فضا به آنها
2. هزینه‌های نصب و مونتاژ کم یا در بسیاری موارد به داربست نیاز ندارد

اعضای سیستم تریودتیک (Triodetic) سبک هستند و می‌تواند در محل مونتاژ شود و سازه در بیشتر موارد خود نقش داربست را نیز دارد. محصولات سیستم تریودتیک (Triodetic) بر اساس “عرضه تنها” و “عرضه و نصب” فروخته می‌شوند. در عرضه تنها یک سرپرست کار، کارگران محلی گرفته‌شده به‌وسیله‌ی کارفرما را جهت مونتاژ و نصب سازه هدایت می‌کند.

جایی که هزینه‌های کارگر بالا است بخش‌های مونتاژ شده سازه فضایی به‌جای اجزای مجزا به محل حمل می‌شوند. مونتاژ سیستم تریودتیک (Triodetic) به مهارت بسیارکمی احتیاج دارد زیرا اتصال اعضا کاملاً مکانیکی می‌باشد.

سازه فضاکار و مزایای خاص آن

الف – 1 – عدم محدودیت دهانه در سازه های فضایی سازه های فضاکار ،برای پوشش کلیه مکانهایی که به نحوی محدودیت اجرای ستون و تکیهگاههای میانی دارند ، ایده آل بوده و به بیان دیگر سازه های فضائی یا فضاکاربا عبارت " سالن های بدون ستون " مترادف است . خصوصاً که اجرای چنینمحل هایی با استفاده از سازه های فضاکار ، از نظر جلوه های ظاهری و نکاتسازه ای ، موقعیت و برتری منحصر به فردی را برای سازه های فضایی ( درمقایسه با سایر سازه های جایگزین یا مشابه ) به وجود می آورد .



الف – 2 –  عدم ضرورت نظم تکیه گاهها در  سازه های فضا کار  در کلیه مکانهایی که به دلیل وجود محدودیت های  سازه ای یا معماری ، امکان رعایتنظم و تقارن در انتخاب ستونها وجود نداشته و محدودیت تکیه گاهی دارد ،می توان از سازه فضایی استفاده نمود ، چرا که در سازه های فضا کار به علترفتار سه بعدی ، توزیع تنش در تمام جهت ها انجام شده و لذا رعایت نظم درانتخاب تکیه گاهها ضرورت ندارد . و به همین دلیل است که در توسعه شبکهسازه فضایی می توان بدون اینکه به پایداری سازه فضاکار لطمه ای وارد شود، محل تکیه گاهها را (در صورت لزوم) تغییر داد .




الف – 3 – امکان نصب جرثقیل بر روی سازه فضایی سختی و صلـبـیت زیاد سازه فضایی ، منجر به کوچک شدن تغییر شکل سازه تحت بارهای سرویسشده و قابلیت استثنائی برای حمل بارهای سنگین متمرکز و غیر متمرکز بهوجود می آورد . به بیان ساده تر امکان نصب جرثقیل دو پل و حتی جرثقیل تک پل و یک ریلی با استفاده از گره های سازه فضایی در هر مسیر دلخواه وجوددارد .




الف – 4- دارا بودن تکنیک برتر سازه ای این نوع شبکه ها (سازه های فضایی)، نمونه کاملی از سازه های سه بعدی بوده بطوریکه اغلب اعضای سازه درتقسیم و توزیع بار مشارکت دارند و این ویژگی در این سطح ، منحصر به سازههای فضایی می باشد .





الف – 5- وزن کم و ایمنی بسیار بالا در سازه های فضایی : در سازه هایفضایی به دلیل رفتار سه بعدی ، تنش در تمام جهات توزیع شده و به عبارتدیگر بدلیل توزیع یکنواخت بار و پخش نیرو در جهات مختلف این سازه ها (سازههای فضاکار) از استحکام توام با سبکی استثنائی و ایمنی بسیار زیاد برخوردارمی باشد .





الف – 6- استفاده بهینه از مصالح در سازه های فضایی از یک سو بدلیل سهبعدی بودن و یکپارچگی سازه های فضایی با کمترین مصالح امکان فراهمنمودن بیشترین صلبیت و بالاترین سطح ایمنی در سازه های فضا کار وجوددارد و از سوی دیگر قابلیت استفاده از مصالح در این سیستم از سازه بسیارزیاد بوده به گونه ای که در بعد ملی ، کمترین مصالح از بین رفته و یا از پروسهتولید ملی خارج می شوند .




الف – 7 – عدم انهدام ناگهانی ( درجه هایپر استاتیکی بالا ) در سازه هایفضاکار با توجه به بالابودن درجه نامعینی در سازه های فضایی و مشارکتبیشتر هموندها در تقسیم و توزیع بار ، ذخیره مقاومتی اعضا بیشتر بوده و لذامعمولاً حذف یک یا چند المان (خرابی موضعی) منجر به فروپاشی یا انهدامناگهانی کل سازه  نخواهد شد .




الف – 8- سازه های فضایی ، مقاوم ترین سازه در حوادث غیر مترقبه : سازههای فضاکار به علت یکپارچگی ، نیروهای افقی بارهای اتفاقی و نیروهایدینامیکی ناشی از زلزله ، انفجار ، حملات هوایی ، طوفان ، آتش سوزی و …را بهتر از انواع دیگر سازه ها تحمل نموده و مقاومت بیشتری دارند . اینموضوع در موارد تجربی و آزمایشات نیز (به شرط وجود مقاومت لازم در ستونهاو بادبندهای مربوطه) مورد تایید قرار گرفته است .

مزیت سازه فضاکار

مزیت های استفاده از سازه های فضاکار

مزیت های استفاده از سازه های فضاکار

مزایای استفاده از سازه‌های فضاکار 

استفاده از سازه های فضاکار و بکارگیری آن ها بر روند ساخت و ساز تاثیر گذار بوده است، در زیر به برخی از مزایای بکارگرفتن آنها اشاره می کنیم :

زیبایی

طراحی اجزاء سازه‌ای در این سیستم به گونه‌ای 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 می‌گردد.

امکان همزمانی اجرای سازه فضایی با عملیات ساختمانی دیگر 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.

 

عبور تاسیسات از داخل سازه اجرا شده

فضای موجود بین لایه‌های سازه فضایی اجرا شده محل مناسبی را جهت عبور تاسیسات برقی و مکانیکی که می‌بایستی در سطح سالن پراکنده شود فراهم می‌سازد با این مزیت 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.

 

عدم استفاده از عملیات جوشکاری در هنگام نصب

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.

سبک بودن

علیرغم انچه که از شکل ظاهری این سستم به نظر می‌آید سازه اجرا شده بسیار سبک می‌باشد 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.

 

 

سرعت

استفاده از نرم‌افزارهای مختلف کامپیوتری و هم چنین نرم‌افزارهای خاص این سیستم که توسط متخصصین این شرکت طراحی وآماده شده است در مرحله طراحی استفاده از ماشین آلات اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در تولید قعات در مرحله تولید و روش‌های متعددی که در زمان اجرای سازه فضایی توسط نیروهای مجرب این شرکت بکار گرفته می‌شود.

 

هزینه پایین در دهانه‌های بزرگ

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.

 

امکان بازکردن و بستن مجدد سازه

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.

تولید قطعات در کارخانه

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.

تغییر در فضای ایجاد شده

به واسطه قابلیت خاصی که این سیستم سازه‌ای دارا می‌باشد کاهش یا افزایش سطح سازه فضایی 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.

 

ضریب ایمنی بالا

درجه نامعینی بالای این سیستم، ژیچ 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 فضایی داخلی

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.

انواع سازه فضایی و سازه فضاکار

ادامه مقاله انواع سازه فضایی

لوله :

عضو دیگر سازه ها که جهت تحمل نیروهای محوری (کششی ، فشاری) بکار می رود لوله ها می باشند که دو انتهای آن بریده شده و سر آن بوسیله قطعه مخروطی که اتصال آن را با سایر قطعات امکان پذیر می سازد،جوش می شود.

پیچ :

یک اتصال جدا شدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آن کمک گرفته می شود. در شبکه فضایی در حالت کششی عمل می کند و نیروی کششی از گل پیچ به نشیمنگاه مخروطی انتقال پیدا می کند.

اسلیو

اسلیو سازه فضاکار

مهره ای می باشد که در فشار عمل می کند و جهت محکم نمودن پیچ ها در داخل گوی نیز استفاده می شود. اسلیوها به دو شکل شیاردار و سوراخ دار تولید می شوند که توسط پین به پیچ متصل می گردند.

تکیه گاه سازه فضاکار

تکیه گاه سازه فضاکار

اگر سازه فضاکار به وسیله ستون ها ( طره شده از سطح زمین برای پایداری جانبی ) در تعدادی نقاط مشخص نگاه داشته شود ، نیروهای موجود در اعضایی که تکیه گاه را احاطه کرده اند به طور قابل توجهی بزرگتر از دیگر اعضا می شوند . این نیرو ها را می توان به وسیله افزایش مقطع اعضا در نزدیکی تکیه گاه به طور متناسب طراحی کرد .

سازه فضاکار حداقل به سه تکیه گاه برای پایداری نیاز دارد ، گر چه بیشتر آنها دارای حداقل چهار تکیه گاه  هستند .

معمولاً تعداد بیشتر تکیه گاه های یک سازه فضاکار تأثیر مثبتی بر پوشش سازه ای خواهند داشت به عنوان مثال حداکثر نیروی اعضا در یک سازه فضاکار مربع شکل با تکیه گاه های پیوسته فقط ۱۱ درصد نیروی اعضا در یک طرح با چهار تکیه گاه گوشه ای خواهد بود .

به علاوه ، طیف  بین حداکثر و حداقل نیرو ها به صورت متناظری کمتر خواهد شد و به دلیل محدوده کوچکتر بین حداکثر و حداقل نیروهای اعضا در مرحله طراحی ، اعضاء، اشکال یکنواخت تر و استانداردی به خود می گیرند . بنابراین اتصالات و اندازه اعضاء از نظر اقتصادی با صرفه تر خواهد بود .

این صرفه جویی ممکن است با هزینه اضافی در ساخت ستون ها و پی ها تا اندازه ای نقصان یابد .

تکیه گاه سازه فضاکار

ویژگی ها و مزایای سازه ی فضاکار

۱- دهانه :

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)

۲ – سرعت نصب :

به علت پیش ساخته بودن قطعات سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می باشد.

۳ – وزن کم و قابلیت جابجایی :

سازه فضاکار دارای وزن کم بوده و قابلیت جابجایی با دست را دارا می باشد.

۴ – انعطاف پذیری در طراحی :

سازه فضاکار قابلیت افزایش و کاهش سطح را دارا بوده و امکان جابجایی ستونها بدون اینکه خطری برای سازه فضاکار ایجاد گردد میسر می باشد.

۵- مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی :

سازه فضاکار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیکی همچون زلزله انفجار بارباد در مقایسه به سازه های متداول دیگر از خود نشان می دهد.

۶- عبور تاسیسات :

از فضای بین دولایه در شبکه های فضایی به راحتی می توان جهت عبور تاسیسات الکتریکی و مکانیکی استفاده نمود.

۷ – ظاهر زیبا:

سازه فضاکار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف کاذب در این سازه نیست.

۸ – ایمنی سازه :

سختی زیاد سازه تغیر شکل سازه را پایین می آورد. درجه نامعین این نوع سازه بالا بوده و معمولا خرابی موضعی باعث خرابی کل سازه نمی گردد. بعلت رفتار سه بعدی، توزیع تنش در تمام جهات انجام می گردد.

نمونه های مشابه داخل و خارج از کشور

نمایشگاه اکسپو (کنزو تانگه) :

نمایشگاه اکسپو (کنزو تانگه)

این سازه فضا کار از مدول های نیم هشت وجهی با پلان مربع به ضلع ۲/۱۰ متر وارتفاع ۹/۸ متر که فضایی به ابعاد ۱۲۰*۳۳۰ را می پوشاند تشکیل شده است .

در سیستم مرو از گره فولادی تو خالی با اعضاء لوله ای شکل با انتهای مخروطی که به گره ها پیچ می شوند استفاده می شود.

قطر گره های فولادی ۱/۱ متر ، قطر یال بالا و پایین اعضاء ۶۷ سانتی متر

مرکز انجمن جاکوب جاویتس (IMP) :

مرکز انجمن جاکوب جاویتس (IMP)

اندازه دهانه ۲۸ متری سازه از ابعاد نمایشگاههای تجاری متعدد با مدول استاندارد ۹ متری الهام گرفته شده است . دو ردیف غرفه به عرض ۳ متر که به وسیله یک راهروی ارتباطی به عرض ۳ متر از یکدیگر جدا می شدند در آن طراحی شده است.

ستونهای چهار گوش که سازه فضا کار سالن و فضای اصلی نمایشگاه را نگه می دارند ، سبک و شفاف هستند.

ستونهای اصلی مرکب از چهار ستون فولادی لوله ای به قطر ۵۵ سانتی متر می باشد که در رئوس یک مربع ۵/۱ متری قرار گرفته و با شبکه فلزی به هم متصل شده اند .

مدول استاندارد این سازه فضاکار مربعی به ضلع ۳ متر می باشد.

 

موزه لوور (IMP) :

موزه لوور (IMP)

هرم اصلی ۶/۲۱ ارتفاع دارد و هر ضلع آن برابر ۳۵ متر با شیبی ۵۱ درجه است. سازه فضا کار متشکل از عناصر فشاری به صورت لوله ای (اعضاء فوقانی و اعضاء جان) و کابل های کششی (اعضاء تحتانی) می باشد..

عمق سازه فضا کار هرم شکل از ۷/۱ متر در مرکز به صفر در لبه ها می رسد.نتیجه آن انحنا و خمیدگی در عناصر تحتانی است ، در حالی که عناصر فوقانی مستقیم می باشند و سطوح شیشه ای هرم مسطح است.

به علاوه کابل ها برای مهار بندی ضربدری بین گره ها برای افزایش مقاومت جانبی نیز به کار رفته اند.

این سازه از ۶۰۰ عضو لوله ای با قطری مابین ۱۰ تا ۸۰ میلی متر و بیش از ۲۱۰۰۰ گره تشکیل شده است .جزئیات اتصال آن شبیه به اتصال طناب و دیرک بادبان قایقهای بادبانی می باشد.

سازه کش بستی

سازه کش بستی

نوعی سازه فضا کار سه بعدی پایدار ، متشکل از کابلها و عناصر فشاری است ، که در آن کابل ها ممتد ولی عناصر فشاری غیر ممتد هستند و با یکدیگر اتصالی ندارند