اولین شخصی که کلمه سازه فضای 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.
آنچه در این مقاله می‌خوانید :
انواع سازه های فضایی
سازه هایی که در گروه سازه های فضای 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 سازه فضایی
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 های 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 سازه فضایی
هرگاه دوشبکه مسطح در کنار هم قرار گرفت (به موازات هم) و به وسیله المانهای 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 فضایی
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 سازه فضایی
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 سازه فضایی
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.
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) پيونده سازه فضایی
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
گويها به سه دسته تقسيم مي شوند:
- گويهاي معمولي داراي 18 سوراخ با زواياي ارتباطي 45 درجه
- گويهاي استاندارد كه براي اتصالات با زواياي خاص به كار ميروند
- گويهاي ويژه سرستون كه قسمتي از آن به صورت استوانه اي و قسمتي به صورت كروي ميباشد.
ب) عضوها سازه فضایی
شامل لوله و مخروطي ميباشد اين مجموعه دارای لوله های مستقيم بوده که دو انتهای آن بريده شده و سر آن بوسيله مخروطي ,که اتصال آن را به سایر قطعات امکان پذير می نماید بصورت نيمه اتوماتيک با جوشکاری CO2 متصل مي گردد.
مخروطي ها دارای دو نوع فشاری و کششي مي باشد که در نوع کششي ضخامت قسمت نشيمنگاه مخروطي از سایز مشابه فشاری بيشتر مي باشد .در حالت کششي جهت انتقال نيروي کششي از پيچ به لوله ها و بالعکس مورد استفاده قرار مي گيرد و در حالت فشاری جهت انتقال نيرو ميان اسليو و لوله عمل مي کند.
ج) پيچها سازه فضایی
اجزای کششي در شبکه ها بوده که در کلاس سختي 8.8 و 10.9 بکار می روند پیچها یک اتصال جداشدني بوده و جهت انتقال نيرو از آن کمک گرفته ميشود در شبکه های فضايي با سيستم مرو پيچ در حالت کششي عمل ميکند و نيروی کششي از گل پيچ به نشيمنگاه مخروطي انتقال پيدا ميکند.
چ) اسليوها سازه فضایی
اجزای فشاری در شبکه ها بوده که از فولادهای با مقاومت بالا به دو صورت شياردار و سوراخدار توليد مي گردد و جهت محکم نمودن پيچها در داخل گوی نيز استفاده مي شود.
مزایا سازه فضایی
سازه های فضايي بعلت پخش نيرو در جهات مختلف از استحکام توام با سبکی استثنايي برخوردار مي باشد. به نحوی که وزن آنها 35 % از سازه های متداول کمتر است و بعلت استفاده حداکثر از سيستم پيش ساختگی از سرعت ساخت و نصب بيشتری برخوردار مي باشد ضمنا بعلت يکپارچگي مي توان کليه سازه و تاسيسات مربوطه را در تراز زمين سوار کرده و سپس سقف را بالا برده و نصب کرد سازه فضايي با گسترش فضای باز بدون ستونها مترادف است که اين امر راندمان فضا را بسيار بالا مي برد و اين گسترش در هر دو بعد به راحتي ميسر است.
شکل منتظم سازه های فضايي نمای خوش آيندی را عرضه مي دارد که به لحاظ معماری با ارزش مي باشد و از اين روست که بسياري از معماران در سالنها و مراکز اجتماعات و غيره از سقف کاذب استفاده نکرده و خود سازه را به نمايش مي گذارند.
سازه های فضايي بعلت تعداد زياد گره ها تکيه گاه لازم را برای شبکه های ارتباطي و تاسيساتي و در صورت نياز به سقف کاذب تامين کرده و از اين راه موجب صرفه جويي در هزينه کلي ساختمان مي باشد و همچنين امکان دارد با استفاده از گره های سازه فضايي جرثقيل تک ريلی را در هر مسير دلخواه نصب کرد
سازه های فضايي بعلت يکپارچگي در مقابل نيروهای افقي بارهای اتفاقي از جمله انفجارات و حملات هوايي ، از انواع ديگر سازه ها بسيار مقاوم تر مي باشد
کسب مقبوليت سريع سازه های فضايي علاوه بر جذابيت و مقاومت بيشتر نسبت به سازه های صنعتي ، بعلت اقتصادی بودن ساخت آنها میباشد بطور خلاصه دلایل زير استفاده از اين سازه ها را روشن تر مي سازد:
- به علت رفتار سه بعدی آنها توزیع تنش در تمام جهات صورت میگردد.
- درجه نامعینی این نوع سازه ها بالا بوده و معمولا خرابی یک یا چند عضو باعث خرابی کل سازه نخواهد شد .
- سختی زیاد سازه تغییر شکل حداکثر سازه را پایین می آورد .
- آزمایش نشان داده که مقاومت آنها در مقابل آتش سوزی از بقیه سازه ها بیشتر است .
- 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.
- 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 .
- فاصله بین دو شبکه می تواند برای وسائل سرمایشی و گرمایی و تاسیسات دیگر ساختمان بکار رود .
- در هر شرایط آب و هوایی امکان نصب و ساخت سازه وجود دارد .
- 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 .
- 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 .
- شبکه های دو لایه پیش ساخته را می توان در زمان اندک با تعدادی کارگر نیمه ماهر در محل کارگاه اجرا نمود .
- 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.
قیمت سازه فضایی
بحث قیمت سازه فضایی به موارد بسیار زیادی مربوط می‌شود که ما پیشنهاد می‌کنیم برای آگاهی از قیمت سازه فضایی حتماً با همکاران ما در ارتباط باشید تا بتوانید بهترین قیمت سازه فضایی را در اختیار داشته باشید.
اجرای سازه فضایی
چندین روش در اجرای سازه فضایی وجود دارد و ممکن است بیش از یک روش در ساخت یک شبکه منفرد به کار رود روش های انتخابی تا حدودی به سیستم به کار رفته بستگی خواهد داشت ولی ابعاد کلی شبکه، دسترسی به سایت و اندازه اجزا نیز از عوامل تعیین کننده خواهد بود.
به طور کلی اجرای سازه فضایی به سه روش زیر انجام می شود:
۱_ روش مونتاژ کامل بر روی زمین و بالابردن با جرثقیل این روش خود به دو صورت انجام می گیرد:
۱_ توسط بالابرهایی که به صورت ستون موقت در زمان بالا بردن سقف عمل می‌کنند.
۲_ بالا بردن سقف توسط جرثقیل.
در روش اول به علت قرار گرفتن سقف بر روی ستونهای موقت بالابر می‌توان ستونهای دائم را بعد از بالا بردن سقف در جای خود قرار داد و تنظیم نمایید در صورتی که در روش دوم بالا بردن سقف با جرثقیل امکان ایجاد تولرانس زیاد در محل قرارگیری سقف بر روی ستونها می باشد.
۲_ روش مونتاژ قطعات بر روی سکوهای مونتاژ
در موقعیتی که بالابردن کل شبکه فضایی به صورت یک قطعه مشکل است یا در جایی که نصب کل شبکه بر روی زمین به دلیل کمبود فضا غیر ممکن است از این روش استفاده می‌شود.
۳_ ترکیبی از دو روش قبل می باشد که در این روش بخشی از سقف بر روی سکوهای مونتاژ ساخته شده و قسمت‌های دیگر روی زمین بافته می‌شود و سپس با جرثقیل در محل اصلی خود در سقف قرار داده می‌شود.
سوالات متداول
سازه فضایی به دلیل وزن بسیار کمتر آن نسبت به سوله رفتار سازه ای مناسبتری در زلزله دارد – البته به دیگر مزایای آن می توان به افزایش ضریب ایمنی به دلیل بالابودن درجه نامعینی ان اشاره کرد
سبکی ، عدم انهدام ناگهانی به علت درجه بالای نامعینی ، امکان اجرای انواع فرمهای معماری و …
سازه های فضایی اتصالات گوناگونی دارد که معروفترین و کاربردی ترین آن اتصالات مرو می باشد
براساس نوع دهانه و محل احداث و همچنین فرم سازه از نظر هندسی قیمت ها متفاوت می باشد که بایستی برای هر پروژه بصورت جداگانه محاسبه گردد