مقدمه سازه های فضاکار
امروزه با پیشرفت علوم و تکنولوژی نیازها و خواسته های جدیدی در زمینه مهندسی سازه رخ نموده است . عامل زمان در ساخت سازه ها اهمیت دو چندانی یافته و این امر گرایش به سازه 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 به فرد سازه های فضاکار گشته و پاسخ بسیاری از نیاز های جدید را در این سازه ها جسته اند و البته به نتایج بسیار مثبتی دست یافته اند .
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.
سازه های فضایی چیست؟
۱- به سازه ای که اصولاً رفتار سه بعدی داشته باشد به طوری که به هیچ ترتیبی نتوان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دو بعدی تقریب زد ، سازه فضاکار نامیده می شود. با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها یعنی حتی برخی از قوس ها و گنبد های آجری گذشته نیز جزء سازه های فضاکار محسوب می شوند. اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند که معمولاً دارای اعضاء مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.
۲- سازه فضاکار سیستم های اسکلت فلزی بوده که از بافت تعداد زیادی المان یا مدول با شکلهای استاندارد به یکدیگر تشکیل می شوند و نهایتاً یک سیستم سبک و با صلبیت زیاد را ایجاد می کنند.
۳- سازه فضاکار سیستم خرپای سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته اند و اعضای آن فقط در کشش و یا فشار می باشند . در حالی که اصطلاح قاب به درستی به سازه هایی با اتصالات صلب اشاره می کند ، سازه فضاکار به طور مشترک برای سازه هایی با اتصالات مفصلی و صلب به کار می رود .
۴- با استفاده از سازه های فضاکار ، فضاهای وسیع با سقف های افقی پوشانده می شود ، از این سیستم می توان برای سایر قسمت ها مانند دیوار ها و نیز سقف های شیب دار و یا دارای انحنا استفاده کرد .
۵- ارتفاع (ضخامت سقف) سازه فضاکار می تواند تا ۳ درصد طول دهانه می باشد. اگر چه اقتصادی ترین ارتفاع در حدود ۵ درصد طول دهانه آزاد و برای طره ها ۱۱ درصد طول طره است . بهترین اندازه برای مدول ها از نظر اقتصادی بین ۷ تا ۱۴ درصد طول دهانه می باشد
انواع سازه های فضاکار
۱- شبکه های تخت
۲- چلیک ها
۳- گنبد ها
شبکه های تخت سازه ی فضاکار
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 تیر های واحد متصل شده است می باشد . شبکه های تخت می توانند یک ، دو و یا چند لایه باشند . ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می گیرد . شبکه های دو لایه از دو صفحه موازی که به وسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشکیل می شوند. یک نمونه استفاده از این شبکه ها در آشیانه هواپیما ها است.در شبکه های دو لایه طویل برای جلو گیری از کمانش از شبکه های سه لایه استفاده می شود.
نکته دیگری که در طراحی شبکه های دو لایه و سازه های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون ها در داخل شبکه قرار می گیرند و به چند گره متصل می شوند. و بهتر است برای توزیع منظو نیرو در سازه در اطراف کنسول داشته باشیم.
بررسی معماری مسجد و مدرسه آقا بزرگ کاشان + پاورپوینت
چلیک ها در سازه ی فضاکار
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 بعضاً فاقد ستون می باشد و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است قرار می گیرند.
چلیک ها دارای محور می باشند .
اتصالات چلیک یک لایه ، اتصالات صلب می باشد .
چلیک ها اغلب ترکیبی و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک ها به یکدیگر را بازی می کنند.
نکته :
انتهای چلیک باید قوی باشدو این تقویت را می شود بوسیله تیر ، تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد .
انواع چلیک :
چلیک اریبی – چلیک لملا با مقاطع بیضی گون ، سهمی گون و هذلولی گون
گنبد ها در سازه ی فضاکار
اگر شبکه در دو جهت دارای انحنا باشد گنبد نامیده می شود .
گنبد ها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود ۲۵۰ متر مورداستفاده قرار می گیرند .
ارتفاع گنبد باید بزرگتر از ۱۵ درصد قطر پایه گنبد باشد .گنبد ها دارای مرکز هستند.
انواع گنبد :
۱- گنبد دنده ای :
برای اجتناب از شلوغی اعضاء در راس باید برخی دنده های نردیک راس حذف شوند .
۲- گنبد اشفدلر :
شلوغی اعضاء در راس از ایرادات این نوع می باشد .
۳- گنبد لملا :
این گنبد ترکیبی از یک یا چند حلقه است که با یکدیگر متقاطع هستند .
۴- گنبد دیامتیک
۵– گنبد حبابی
۶– گنبد ژئو دزیک
این مطلب را از دست ندهید…
اجزاء سیستم های فضاکار
گوی :
از یک کره فولادی تو پر 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.
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
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
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
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 .
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) :
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) :
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) :
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
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
حجم فایل :۵٫۵mb
فرمت :پاورپوینت – ppt
رمز فایل : pickcad.com
منبع : تحریریه پیک کد