سازه فضاکار:
یکی از انواع سازه های خرپایی که امروزه در دنیای مهندسی کاربرد بسیار زیادی دارد سازه فضاکار می باشد و شاید شما راجع به این نوع سازه سوالات بسیار زیادی داشته باشید.
در این مقاله با شما همراه خواهیم بود تا شما را با سازه فضاکار و موارد کاربرد آن بیشتر آشنا نماییم. همچنین کارخانه space frame یکی از کارخانه های فعال در زمینه سازه فضایی در سمنان، سازه فضایی در تهران، سازه فضایی در تبریز و سایر استان های ایران می باشد.
تعریف سازه فضاکار:
در درجه اول می توان با ارائه یک تعریف به بخشی از سوالاتی که در ذهن شما درباره این نوع سیستم وجود دارد پاسخ داد. نوع سیستم سازه فضایی:
تعریف ریخت شناسانه که معمولاً برای این نوع سیستم سازه ای بیان می شود عبارت است از:
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته‌اند و اعضای آن فقط تحت تأثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازه‌ها از مدول های یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین (مشابه میله های فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل می گردند.سازه فضاکار، به مجموعه سازه های مشابهی اطلاق می شود که شامل شبکه ها، طاقها، برجها، شبکه‌های کابلی، سیستم های پوسته‌ای و غشایی، سازه های تا شونده و ترکیبات کش بستی می شود.
سازه های فضاکار از اجزای خرپا مانند سبک و محکم تشکیل شده از پایه هایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرار گرفته‌اند.
در سازه های فضا کار همانند خرپاها از مثلث استفاده می شود.
در این سیستم لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب‌های فضایی می شود.
با توجه به موارد ذکر شده این سیستم بیشتر برای پوشش دادن دهانه هایی که تکیه‌گاه کم تعدادی دارند مناسب است.
لازم به ذکر است که در زبان انگلیسی به این سیستم space frame گفته می شود .
تاریخچه سازه فضاکار:
تاریخچه این نوع سیستم به انسان های اولیه باز می گردد زمانی که نیاکان ما از داربست ها جهت نگهداری چادرهای خود استفاده می کردند.
در روم و ایران باستان نیز از این سیستم جهت ساخت سازه های گوناگون استفاده می شد همچنین در زمان صفویان استفاده از این سیستم رواج داشته است.
عمده بناهایی که در ساخت آنها از این سیستم استفاده می شده است عبارت اند از:
الف: سالن‌های تجمع
ب: آمفی تئاترها
ج: قصرها
د: مساجد و اماکن متبرکه
اولین مهندسی که حدود ۹۰ سال پیش برای اولین بار نشان داد می‌توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه‌ای در کنار هم سازه‌هایی محکم و سبک ساخت کسی نبود جز الکساندر گراهام بل .
اولین کاربرد عملی و توسعه یافته سازه های فضاکار و طراحی اصولی این گونه سازه ها از سال ۱۹۵۰ میلادی آغاز گردید.
مهندسین سازه به علت رفتار خوب این نوع سیستم در برابر بارهای مختلف و معماران به دلیل زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آنها موجود است مجذوب این گروه از سازه ها شدند.
امروزه از این نوع سیستم در ساخت وسیعی از سازه ها استفاده می گردد.
کاربرد های سازه فضاکار:
همان طور که بیان گردید امروزه از سازه های فضاکار در ساخت وسیعی از سازه ها استفاده می شود.
عمده ترین کاربردهای این سیستم عبارت است از:
الف: سالن نمایشگاهی، کنفرانس، تالار و کتابخانه
ب: سقف آخر ساختمان، سر درب ورودی و نورگیر
ج: بیلبوردهای تبلیغاتی
د: دکوارسیون داخلی ساختمان
ه: گلخانه های صنعتی، تحقیقاتی و تزیینی
و: سالن‌های تولید و انبار کارخانجات
ز: سالن اجتماعات، ترمینال و فرودگاه و…
از جمله آثار شاخص در این زمینه می توان به بناهایی همچون خان چادر در کشور قزاقستان، موزه لوور، آثار کنراد واشمن و… اشاره نمود.
متریال مورد استفاده در ساخت سازه فضاکار:
مصالح مورد استفاده در ساخت سازه های فضاکار متفاوت و گوناگون می باشند.
از جمله مهمترین این مصالح می توان به موارد زیر اشاره نمود:
الف: لوله های استیل
ب: لوله های آلومینیومی
ج: لوله های فولادی سیاه
د: مصالح دارای مقاومت کششی و فشاری مناسب
انواع سازه فضاکار:
سازه های فضاکار با توجه به ساختار دارای انواع گوناگونی می باشند که عبارتند از:
الف: شبکه های دولایه:
این نوع از سازه های فضاکار بسیار متداول و رایج می باشند.
در واقع شبکه های دو لایه ساده ترین نوع سازه فضاکار می باشد و از آن برای پوشش ساده فضاها و با وجود تکیه گاه های مناسبی که به وسیله پروفیل های فولادی ایجاد شده اند، مورد استفاده قرار می گیرد.
این نوع سازها از دو صفحه عناصر تشکیل شده است.
این دو صفحه که با یکدیگر موازی می باشندبه وسیله عناصر میانی به یکدیگر متصل اند.
از لحاظ مقاوت این نوع سقف می تواند بار ناشی از باران، برف و باد را تحمل نماید.
در موارد خاص بارگذاری نیاز است این نوع سقف ها متناسب با شرایط طراحی گردد.
ب: شبکه های سه لایه:
شبکه‌های سه لایه از دو صفحه بالا و پایین و یک صفحه میانی تشکیل شده که هر یک از صفحات بالا و پایین توسط اعضای میانی به صفحه میانی متصل هستند.
از این شبکه ها در مواقعی استفاده می گردد که سازه دارای دهانه خیلی بزرگی باشد و ارتفاع شبکه دو لایه جوابگوی قیود آن نباشد.
از مواردی که در شهر تهران از این نوع سیستم استفاده شده است می توان به موارد زیر اشاره نمود:
- ایستگاه راه آهن جمهوری اسلامی ایران
- دانشگاه تهران محل برگزاری نماز جمعه
ج: سازه های چلیکی:
اگر شبکه‌ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه‌های چلیکی نامیده می‌شود.
سازه های چلیکی بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی شکل بکاربرده می‌شوند.
پوشش روی بسیاری از گلخانه های بزرگ بدین صورت می باشد.
عمده ترین مزیت سازه های چلیکی، عدم مقاومت در برابر جریان باد است که باعث می شود از این سیستم در فضاهای باز که امکان وزش بادهای شدید وجود دارد ،بیشتر استفاده شود.
د: ساختار گنبدی:
در صورتی که شبکه‌ای در دو جهت دارای انحناء باشد، سازه گنبدی نامیده می‌شود.
لازم به ذکر است از این ساختار می توان برای پوشش بازشوهای بزرگ و یا حتی گنبد مساجد استفاده نمود.
ه: سازه های تاشو:
این نوع سازه‌ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند.
کاربرد عمده سازه های تاشو در مکان هایی است که به دلیل محدودیت های جوی، مکانی، زمانی ومصالح، ساخت دیگر سازه‌ها امکانپذیر نمی باشد.
به عبارتی سازه‌های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مورد استفاده قرار می گیرند مواردی چون:
- سیرک ها
- نمایشگاه ها
- مناطق سیل و زلزله زده و…
و: سازه های بادشو:
سازه‌هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی یا پلاستیکی ساخته می‌شوند و در مواقع استفاده با پمپ باد می شوند.
ز: سازه های ماهواره ای:
در این سیستم خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می‌شوند و کاربرد آنها درسازه‌های ماهواره‌ای، خطوط انتقال نیرو وبرج‌های مخابراتی است.
ح:سازه‌های پل‌های فضاکار :
پل‌هایی هستند که از خرپاهای مرکب فضایی ساخته می شوند.
این نوع پل‌ها برای دهانه های بزرگ پس از پل های کابلی در درجه اهمیت اند.
لازم به ذکر تکنولوزی این نوع سیستم نسبت به پل های کابلی ساده تر است علاوه بر این با توجه به طول دهانه های مورد نظر و بارهای وارده به آن در هنگام بهره برداری، ترکیبی از سازه های فضاکار و سازه های کابلی ایجاد می شود.
اجزای سازه فضاکار:
سازه های فضاکار به صورت کلی از سه جزء تشکیل شده اند که این سه جزء عبارتند از:
الف: اتصالات(پیونده)
ب: المان(همبند)
ج:پوشش
در سازه های فضاکار حدود ۵۰ درصد از کل هزینه ها صرف هزینه اتصالات می شود در حالیکه در سازه معمولی هزینه اتصالات نزدیک به ۲۰ درصد کل هزینه می باشد.
به همین دلیل در این سیستم اتصالات مهمترین جز به حساب می آیند و اجزاء تشکیل دهنده آنها عبارت اند 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.
در گوی های فولادی به دلیل آنکه گوی بایستی برای تغییر شکل های موجود کنترل گردد دارای اتصالات بزرگتری هستیم.
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 می باشد که این مورد می بایستی بررسی شود.
کنترل مورد فوق الذکر هم می تواند با نرم افزارهای جانبی صورت پذیرد هم به صورت دستی.
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 نماید 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.
پیچ:
این عضو علاوه بر برقراری اتصال نقش انتقال نیرو را بر عهده دارد.
در این سیستم از پیچ های با کلاس ۸٫۸ و ۱۰٫۹ استفاده می شود.
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.
لازم به ذکر است که اسلیوها به دو شکل شیاردار و سوراخ دار تولید می شوند که توسط پین به پیچ متصل می گردند.
