(space structure )سازه های فضا کار

[وحید 0319]

(space structure )سازه های فضا کار

سازه های فضایی بعلت پخش نیرو در جهات مختلف از استحکام توام با سبکی استثنایی برخوردار می یاشد.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 و بعلت یکپارچگی میتوان 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(تا 25%) و این گسترش در هر دو بعد براحتی 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.

امروزه با پیشرفت علوم و تكنولوژی نیازها و خواسته های جدیدی در زمینه مهندسی سازه رخ نموده است . عامل زمان در ساخت سازه ها اهمیت دوچندان یافته و این امر گرایش به سازه های پیش ساخته را افزایش داده است همچنین با افزایش جمعیت بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیاری پیدا كرده است . در این راستا از اوایل قرن حاضر تعدادی از متخصصین مجذوب قابلیت های منحصر بفرد سازه های فضاكار گشته پاسخ بسیاری از نیازهای جدید را در این سازه ها جسته اند و البته به نتایج بسیار مثبتی نیز دست یافته اند . با انتشار این نتایج روز به روز این عرصه با اقبال بیشتری مواجه گردید به گونه ای كه با گذشت چندین دهه هنوز هم مطالعه سازه های فضاكار در كانون متخصصین و دانشجویان قرار دارد. در این مقاله منظور از عبارت سازه فضاكار سیستم های اسكلت فلزی بوده كه از بافت تعدادی زیادی المان یا مدول با شكلهای استاندارد به یكدیگر تشكیل می شوند و نهایتا یك سیستم سبك و با صلبیت زیاد را ایجاد می كنند . سازه های فضاكار در اشكال بسیار متنوعی ساخته می شوند كه مهمترین آنها عبارتند از : شبكه های مسطح دو یا چند لایه ، چلیك ها ، گنبدها و قوس ها . علاوه بر این ، سازه های فضاكار دارای بافتار متنوعی نیز می باشند . بدین ترتیب كه با تغییر در آرایش المان ها می توان بافتار جدید ایجاد كرد و بدیهی است كه كارایی هر بافتار باید در مقایسه با بافتارهای دیگر سنجیده شود . مثالهای متعددی از سازهای فضاكاری كه در دنیا و ایران ساخته شده است وجود دارد ؛ استادیوم های ورزشی ، مراكز فرهنگی ، سالن های اجتماعات ، مراكز خرید ، ایستگاه های قطار ، آشیانهای هواپیما ها ، مراكز تفریحی ، برجهای رادیویی و .....

2-تعریف و تاریخچه سازه های فضاكار:

به سازه ای كه اصولا رفتار سه بعدی داشته باشد ، به طوریكه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار كلی آن را با استفاده از یك یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد ، سازه فضاكار 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 فضاكار محسوب می شوند ، اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند كه معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.

3- انواع سازه های فضاكار :

الف) شبكه های تخت : به تركیب یك سیستم یك یا چند وجهی با لایه های واحد شبكه گفته می شود . شبكه مسطح تركیبی از یك دو وجهی كه با تیرهای واحد متصل شده است می باشد . شبكه های تخت می توانند دارای یك ، دو یا سه و حتی چند لایه باشند ، ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می گیرند. شبكه های دولایه از دو صفحه موازی كه بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشكیل می شوند .

یك نمونه استفاده از این شبكه ها در آشیانه هواپیما است . زمانی كه اعضا در شبكه دولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطركمانش كردن از شبكه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینكه نیمی از هزینه های سازه های فضاكار را پیوندها تشكیل می دهند این نوع سازه ها اغلب غیر اقتصادی است .

نكته دیگری كه در طراحی شبكه های دولایه و اكثر سازه های فضاكار باید در نظرگرفت این است كه برای توزیع بهتر نیرو و كششی شدن آن ستون ها در داخل شبكه قرار می گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه ها در اطراف كنسول داشته باشیم .

ب) شبكه های چیلك : به شبكه ای كه در یك جهت دارای انحنا باشد ، چلیك می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیك كه به تكیه گاه متصل است ، قرار می گیرند . چلیك ها دارای محور می باشند . اگر چلیك یك لایه باشد اتصالات به شكل صلب است . چلیك ها اغلب به شكل تركیبی استفاده می شوند و تیركمری نقش تركیب كردن چلیك ها به یكدیگر را بازی می كنند . نكته ای كه در طراحی این نوع سازه ها باید در نظرگرفت این است كه انتهای چلیك باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر ، و تیروستون و شكل خورشیدمانند انجام داد . انواع چلیك ها عبارتند از : چلیك اریبی ، چلیك لملا با مقاطع بیضی گونه ، سهمی گون ، هذلولی گون و ..... .

اگر شبكه ای در دو جهت دارای انحنا باشد ، گنبد نامیده می شود . شاید رویه یك گنبد بخشی از یك كره یا یك مخروط با 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 مركز هستند . از انواع گنبدها می توان گنبد از نوع دنده ای اشاره كرد كه در صورتیكه تعداد دنده ها زیاد باشد باید به مسئله شلوغی اعضا در راس گنبد توجه شود كه برای اجتناب از این مسئله بهتر است كه برخی از دنده های نزدیك راس حذف شود .

گنبد دیگری به نام اشفدلر ( مهندس آلمانی ) وجود دارد كه تعداد زیادی از 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 كرد ، كه برای حل این مشكل همان راه حل بالا ارائه می شود . نمونه دیگر از گنبدها ، گنبد لملا است . این گنبد را می توان به نوعی تركیبی از یك یا چند حلقه كه با یكدیگر متقاطع هستند ، دانست . از نمونه دیگر گنبدها می توان به گنبدهای دیامتیك و گندهای حبابی و ژئودزیك اشاره كرد. اتصالات در گنبدهای دنده ای و اشفدلر حتما صلب هستند . از لحاظ پخش منظم نیرو ، گنبدهای ژئودزیك ، دیامتیك و حبابی بسیار مناسب هستند .

4- امتیازات سازه های فضاكار :

امروزه در سراسر دنیا سازه های فضاكار 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 ، بلكه دلایل متعددی كه 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 متمركز و غیر متقارن بوجود می آورد.
· سیستم های فضاكار برای پوشش سالن های بزرگ اجتماعات ، سالن های نمایشگاهی ، ورزشگاه ها ، آشیانه هواپیما ، كارخانه های صنعتی ، مساجد و به طور كلی تمام سازه هایی كه به نحوی محدودیت تكیه گاه های میانی دارند ، ایده ال بوده و در این موارد از نظر جلوه های ظاهری و مسائل سازه ای حالت منحصربفردی را نسبت به سایر سیستم های جایگزین ایجاد می كند .
· اكثر سیستم های فضاكار پیش ساخته بوده و قطعات مورد نیاز آنها انبوه سازی می شوند به همین دلیل این سیستم ها معمولا به سادگی و در زمان كوتاهی تولید و نصب می شوند.
· در اخر می توان گفت كه اصلی ترین علت گسترش روز افزون سازه های فضاكار در جهان ، اقتصادی تر بودن این سیستم ها است