مزایای استفاده از سازه فضاکار

 

(۱) تقسیم بار :

اولین مزیت سازه های فضایی، مشارکت اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار است. تیرها و خرپاهای مسطح (مانند جرثقیل های بزرگ)، باید به تنهایی قابلیت تحمل هر نوع بار متمرکز یا بارهای متحرک سنگین را داشته باشند، ولی در شبکه های فضایی چنین بار متمرکزی به صورت یکنواخت درون سازه و تمامی تکیه گاهها توزیع میشوند. این مساله می تواند هزینه سازه های تکیه گاهی نظیر ستون های بزرگ و پی ها را کاهش دهد. این مزیت در مقایسه با سازه های صفحه ای با دهانه، ارتفاع و بار وارده مساوی و با فرض اینکه اعضای سازه ای اندازه های مشابهی داشته باشند، موجب کاهش حداکثر تغییر شکل در اعضای سازه ای می شود. به این ترتیب، یک سازه سه بعدی سبک تر و کم ارتفاع تر برای حمل باری مشابه به کار خواهد رفت و حداکثر تغییر شکل آن بیش از سازه های صفحه ای نخواهد شد.

(۲ )  نصب تاسیسات :

به دلیل وجود فضای بازبین ۲لایه شبکه های فضایی ، نصب تاسیساتمکانیکی و الکتریکی وکانال های هوا درون ارتفاع سازه به سادگی میسراست. به دلیل وجود سیستم منظمی از تکیه گاهها، اتصال این تاسیسات بسیار ساده است و نیاز به کار فولادی ثانویه بسیار کم شده یا حتی حذف می گردد.اگر تجهیزات سنگینی در سازه فضایی نصب گردد، بار وارده بر نقاط گره ها وارد شود. این مساله به ویژه در خرپاهای فضایی به منظور به حداقل رساندن ممان خمشی در اعضا ضروری است.  و نیز بعلت تعداد گره ها تکیه گاه لازم را برای شبکه های ارتباطی و تاسیساتی و در صورت نیاز سقف کاذب تامین کرده و از این راه موجب صرفه جویی در هزینه  کلی می باشد.

(۳)  مقاومت :

 شبکه های فضایی، سازه های مقاومی اند، به این معنی که به طورکلی، فروریختن تعداد محدودی ازاعضا- برای مثال کمانش فشاری تحت بارگذاری بیش از حد- ، لزوما منجربه فروپاشی سازه نمی شود.

مقاومت سازه های فضایی به مقاومت آنها د ربرابر آسیب های ناشی از آتش سوزی، انفجار و زلزله کمک میکند. در مورد آتش سوزی یا انفجار این امکان وجود دارد که خرابی های شبکه در یک قسمت اتفاق افتاده و موجب شود تا گرما و دود و آتش و یا موج انفجار ناشی از انفجار از قسمت تخریب شده خارج کردد.

 

(۴) اجزای مدولار :

شبکه های فضایی مدولارترین سیستم های سازهای هستند که ازنصب اجزاء پیش ساخته به یکدیگر ساخته  شده اند. بر این اساس اجزای سازه با ابعاد بسیار دقیق و با کیفیت مطلوب تولید می شوند واغلب به راحتی قابل حمل ونقل اند و به جز برپایی در سایت به کار بیشتری نیاز ندارند. به دلیل این طبیعت مدولار، سازه های فضایی به راحتی می توانند توسعه پیدا کنند و حتی جمع آوری شده و به منظور استفاده در محل دیگری دوباره برپا شوند. شبکه فضایی مرو که در ادینبورو تاتو ساخته شد نمونه ای از خرپاهای فضایی است که جمع شده و به صورت سالانه از سال 1973 جمع شده و دوباره برپا شده است.

(۵)   آزادی در انتخاب محل تکیه گاه ها :

 امکانات زیادی در انتخاب محل تکیه گاه سازه های فضایی وجود دارد. به همین دلیل، شبکه های فضایی می توانند در هر گره از شبکه و در عمل در هر نقطه از پلان نگه داشته شوند. این قابلیت به معماران آزادی زیادی برای طراحی فضای زیر شبکه فضایی می دهد. برای مثال ستونها می توانند در محدوده دیوارهای داخلی پنهان شوند. اگرچه، همان گونه که قبلا توضیح داده شد، استفاده از دهانه های تقریبا مربع شکل ارجحیت دارد، زیرا منجر به کاربرد موثر تر مصالح میگردد.

(6) مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی :

سازه فضاکار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیکی همچون زلزله انفجار بارباد در مقایسه به سازه های متداول دیگر مانند سازه پیش ساخته از خود نشان می دهد. این مسئله از لحاظ مقاومت در مقابل نیروهای وارده ناشی از زلزله به خصوص در کشور ما که بر روی کمربند زلزله جهان قرار دارد بسیار حائز اهمیت می باشد.

(7) مصالح مصرفی :
سیستم سازه فضایی قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.( فولاد مصرفی درسازه فضاکار یک سوم کمتر از سازه های متداول دیگر مانند سازه فولادی می باشد.)

(8) هندسه منظم

به منظور سهولت ساخت، اغلب شبکه های فضایی الگوی منظمی دارند که ممکن است برای ایجاد برخی تاثیرات ویژه به وبی در معماری به کار گرفته شود.

(9) ظاهر زیبا:
سازه فضاکار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف کاذب در این سازه نیست. اگر در شبکه های بدون پوشش یا با پوشش کامل شیشه ای، رنگ اعضای سازه در تضاد با رنگ پوشش نهایی یا آسمان باشد، تاثیرات مورد نظر می تواند بدست آید. شبکه دو لایه سفید رنگ سایبان ورودی با پوشش ساده ای از شیشه در گنبد جورجیا، آتلانتا در آمریکا، تضاد زیبایی با آسمان بدون ابر دارد. در حقیقت، رنگ انتخاب شده برای یک شبکه، به وبی الگوی خود شبکه می تواند تاثیر فابل توجهی در ادراک وزن سازه نمایان داشته باشد. این تاثیر حتی ممکن است از اندازه واقعی اعضا یا تراکم شبکه نهن تر باشد. برای مثا نور پردازی مناسب یک شبکه فضایی سفید رنگ در کنار مجموعه ای از خطوط فلزی سفید رنک قابل توجه نخواهد بود، ولی اگر همان شبکه در مقابل آسمان تیره قرار گیرد، بسیار رویایی خواهد بود.

(10) سهولت نصب:

یکی از مهمترین مزایای استفاده از شبکه های فضایی، نصب سازه  سقف های با دهانه های وسیع به ویژه در محل هایی که محدودیت دسترسی وجود دارد، است. به هنگام اجرا، تمام سقف می تواند با اطمینان کامل در نزدیکی سطح زمین همراه با پووشش نهایی و تاسیسات مربوطه نصب شده و در محل نهایی قرار گیرد. در سال های اخیر، اجزای کوچک شبکه های فضایی تقریبا در هر محل و به صورت دستی و با استفاده از وسایل سبک، حتی در داخل ساختمان موجود به راحتی قابل نصب اند. نمونه ای از مزیت نصب آسان اجزای کوچک شبکه های فضایی، اولین کاربرد تجاری قاب فضایی در ساختمان واورلی دانشگاه ناتینگهام ترنت انگلستان است. در این بنا، سقف موجود یک ساختمان مربوط به دوران ویکتوریا به منظور آماده سازی فضایی برای اجرای تئاتر تعویض شد. پیشنهاد قاب فضایی شامل آزمایش بارگذاری یک نمونه با مقیاس واقعی به منظور اثبات کفایت سیستم جدید بود. با وجود این هزینه اضافی، راه حل قاب فضایی، در مجموع به عنوان مدول هایی که به صورت دستی می تواند به درون ساختمان برده شود و با وسایل بالابرنده ساده ای بالا برود، در مقایسه با خرچاهای مسطح که برای بالابردن آن به محل های مورد نظر ساختمان نیاز به جرثقیل های بزرگ و گران قیممتی است، ارزانتر است.

 

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.....

بررسی کتاب سازه های مشبک فضایی نوشته جان چیلتون

1. مفاهیم اساسی سازه‌های مشبک فضایی

سازه‌های مشبک فضایی (Space Frames) از اتصال اعضای خطی به‌صورت شبکه‌ ای سه‌ بعدی تشکیل می‌شوند که قادرند بارهای مختلف را به‌ طور یکنواخت توزیع کنند. این سازه‌ها به دلیل سبک بودن و پایداری بالا در برابر نیروهای مختلف، به‌ویژه در پروژه‌های فضایی و معماری استفاده می‌شوند. ساختار مشبک فضایی می‌تواند به‌طور مؤثر در کاهش وزن سازه‌ها و بهینه‌سازی مصرف مواد عمل کند.

2. مزایای سازه‌های مشبک فضایی

• سبکی و استحکام بالا: این سازه‌ها به دلیل طراحی شبکه‌ ای، می‌توانند بارهای زیادی را تحمل کنند بدون اینکه وزن اضافی به وجود بیاورند.
• پایداری در برابر نیروهای مختلف: سازه‌های مشبک به‌ طور مؤثر بارها را توزیع کرده و در برابر نیروهای زلزله، باد و تغییرات دما مقاوم هستند.
• انعطاف‌پذیری در طراحی: این سازه‌ها می‌توانند برای کاربردهای مختلف، از جمله فضاهای باز یا فضاهای خاص مانند ایستگاه‌های فضایی، طراحی شوند.

3. اصول طراحی و تحلیل

در این کتاب، چیلتون به بررسی اصول طراحی سازه‌های مشبک فضایی پرداخته است. این اصول شامل انتخاب مواد مناسب، نحوه طراحی اعضای سازه، و تحلیل بارهای وارد بر سازه‌ها است. از آنجا که سازه‌های مشبک معمولاً در فضاهای وسیع و با شرایط خاص کار می‌کنند، تحلیل دقیق و شبیه‌سازی سازه‌ها برای اطمینان از پایداری و ایمنی آن‌ها ضروری است.

چیلتون به روش‌های مختلف تحلیل این سازه‌ها، از جمله تحلیل تنش‌ها، تغییرات شکل، و واکنش‌های سازه در برابر بارهای مختلف مانند بارهای مرده، زنده و دینامیکی می‌پردازد. او همچنین به بررسی روش‌های عددی و تحلیلی مانند روش اجزای محدود (FEM) اشاره می‌کند که به مهندسان کمک می‌کند تا رفتار سازه را دقیق‌تر پیش‌بینی کنند.

4. مواد و فناوری‌های مورد استفاده

یکی از ویژگی‌های بارز سازه‌های مشبک فضایی، استفاده از مواد خاص است. در کتاب، چیلتون به تحلیل ویژگی‌های مختلف مواد مورد استفاده در این سازه‌ها پرداخته است. مواد باید دارای ویژگی‌هایی مانند وزن کم، استحکام بالا، و مقاومت در برابر شرایط سخت فضا مانند تابش شدید خورشید و تغییرات دما باشند.

5. کاربردهای سازه‌های مشبک

سازه‌های مشبک فضایی در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارند، از جمله:

• فضا: استفاده در ساخت ایستگاه‌های فضایی، ماهواره‌ها و فضاپیماها. این سازه‌ها به دلیل سبکی و انعطاف‌ پذیری خود برای محیط‌های خاص فضا طراحی می‌شوند.
• معماری: در طراحی ساختمان‌ها و سقف‌های بزرگ، مانند سالن‌های ورزشی، نمایشگاه‌ها، و دیگر فضاهای باز که نیاز به سازه‌های سبک و مقاوم دارند.
• مهندسی عمران: استفاده در پروژه‌های بزرگ که نیاز به ساختارهای سبک و مقاوم دارند.

6. مراحل طراحی سازه‌های مشبک

کتاب چیلتون مراحل مختلف طراحی سازه‌های مشبک را توضیح می‌دهد، که شامل:

• تعریف مسئله و انتخاب مواد: تعیین نیازها و انتخاب مواد مناسب برای ساخت سازه.
• مدلسازی و تحلیل: استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی و روش‌های تحلیلی برای شبیه‌سازی رفتار سازه تحت بارهای مختلف.
• طراحی جزئیات و اجرایی: پس از تحلیل، جزئیات طراحی انجام می‌شود و سازه آماده ساخت و پیاده‌سازی می‌شود.

 

 

 

(منبع: سازه های مشبک فضایی نوشته جان چیلتون و ترجمه دکتر محمود گلابچی)