سازه فضاکار چیست؟
سازه فضاکار چیست؟
همان طور که می‌‌دانید در علم مهندسی برای ساخت یک بنا بر اساس هدف ساخت آن از سازههای مختلف با ویژگی‌‌ها و کاربردهای بسیار متفاوت استفاده میکنند. یکی از این سازهها نیز سازه فضاکار است. شاید تا به حال اسم این نوع سازه به گوشتان خورده باشد و برایتان این سؤال پیش آمده باشد که اصلا سازه فضاکار چیست و اصولاً در چه بناهایی کاربرد دارد؟
قبل از خواندن این نوشته توصیه میشود نوشته‌های زیر را نیز مطالعه کنید:
سازه فضاکار چیست؟
سازه فضاکار به سازه‌‌هایی گفته می شود که دارای یک ساختار سه بعدی، سبک و شبیه خرپا است و مانند میلههای کوچکی است که به صورت دقیق بر اساس میزان فشاری که باید تحمل کنند ساخته شدهاند و به هم متصل میشوند تا به صورت اشکال مختلف هندسی بسیار زیبا و کاربردی در اماکن مختلف مانند نمایشگاه‌‌ها، پارک‌ها و مناطق تفریحی، پاساژهای تجاری بزرگ و… اجرا شوند.
به هر قطعه از سازه‌ی فضاکار، یک فریم گفته میشود. این نوع سازه به عنوان پوششی زیبا به خصوص برای زمین‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. استحکام این سازهها از طریق محاسبه بارهای خمشی وارد شده به سازه است که خود به دو قسمت بارهای کششی و فشاری در طول هر پایه یا فریم منتقل میشود.
نحوه طراحی سازه فضاکار
فریمهای این نوع سازههای زیبا، معمولا با استفاده از ماتریس‌‌های پیچیده طراحی میشوند. ویژگی خاص این نوع ماتریس‌‌ها در یک فضای معماری، زاویه‌های مجزا از هم برای شکل دهی بهتر و در نهایت طراحی دقیق‌‌تر طرح بر روی کاغذ در هنگام اجرای پروژه است. در واقع در این سازه میزان انحنا آن قدر زیبا و زیاد است که اگر اتصالات به اندازه کافی سفت و محکم باشند، می‌توان انحرافات زاویه‌ای را به طور کل نادیده گرفت و محاسبات را ساده کرد. ساده‌‌ترین شکل فریم فضایی، دال افقی از اهرام مربع به هم پیوسته و چهار ضلعی است که از رشته‌های فولادی آلومینیومی یا لوله فولادی ساخته میشوند.
تقریبا در هر فریم از همه جهات بارهای مشابهی وارد میشود که به تعادل سازه کمک خواهد کرد. از نظر فنی ماتریس‌‌های طراحی این نوع سازهها را ماتریس بردار ایزوتروپیک و یا عرض یک واحد خرپای هشت تایی می‌‌گویند. سازه فضاکار تلفیقی از علم مهندسی و هنر است که در ساختمان‌‌های مدرن کاربردهای فراوانی دارد. این سازهها اغلب برای سقف‌های با دهانه‌‌های بزرگ در ساختمان‌‌های تجاری و صنعتی لوکس استفاده میشوند.
انواع سازههای فضایی
حالا که تا حدودی متوجه شدید که سازه فضاکار چیست بهتر است انواع آنها را نیز بشناسید. به طور کلی سازههای فضاکار به دو دسته منحنی و ترتیبی تقسیم بندی میشوند. در ادامه این دو نوع دسته بندی را به صورت مفصل‌تر توضیح می‌‌دهیم.
- پوشش سازههای فضاکار: این ساختارهای فضایی از زیرساخت‌‌های مسطح تشکیل شدهاند. آنها مانند یک صفحه هستند که در آن انحرافات صفحه از طریق میلههای افقی هدایت میشود و نیروهای برشی توسط قسمت‌‌های مورب پشتیبانی خواهند شد.
- طاق‌های بشکه‌ای: این نوع طاق دارای مقطع یک طاق ساده است. معمولا در این نوع سازهها فریم فضایی نیازی به استفاده از ماژولهای چهار ضلعی یا هرم برای ایستایی و مقاومت سازه ندارد. در نتیجه سازه ساده‌‌تر و کاربردی‌‌تر به حساب می‌آید. چون گنبدهای کروی و سایر منحنی‌های ترکیبی معمولا نیاز به استفاده از ماژولهای چهار ضلعی یا هرم و پشتیبانی اضافی از صفحه زیر ساز برای استحکام سازه دارند.
- شبکه تک لایه: در این سازه همه عناصر روی سطح و به ترتیب قرار میگیرند. در واقع پیچیدگی‌های حالت منحنی را ندارند.
- شبکه دو لایه: در این سازه نیز عناصر در دو لایه به موازات و در فاصله مشخصی از یکدیگر سازمان یافته‌‌اند. هر یک از لایه‌‌ها شبکه‌ای از مثلث‌ها، مربع‌ها یا شش ضلعی‌‌ها را توسط پایه‌ها یا همان فریمهای سازه فضاکار تشکیل می‌‌دهند که در آن ممکن است برآمدگی گرههای یک لایه با هم تداخل داشته یا نسبت به یکدیگر جابجا شوند. میلههای مورب گرههای هر دو لایه را در جهات مختلف فضا متصل میکنند. در این نوع سازه، قطعات سازه به سه گروه یال‌ها یا فریمهای فوقانی، مورب و پایین تقسیم میشوند.
- شبکه سه لایه: عناصر در سه لایه موازی قرار میگیرند که توسط پایه‌‌های مورب به هم متصل میشوند. این سازهها تقریبا همیشه صاف هستند و برای پوشش‌‌های آویزی مناسب هستند.
فاصله ستونها در سازه فضاکار
در اینگونه سازهها این امکان وجود دارد که ستونها به صورت نامنظم ستون گذاری شوند، علاوه بر آن امکان دهانه گذاری با اندازه‌های متفاوت در سازه فضاکار وجود دارد. اما میزان متداول در اندازه‌های ستون گذاری معمولا ۶۰ متر است. البته همین انعطاف پذیری در اندازه‌های سازه فضاکار موجب پرطرفدار شدن این نوع سازه شده است.
ضخامت سقف سازه فضاکار
برای سقفی با کیفیت بالا باید عواملی از قبیل نوع سازه و شکل هندسی آن، اندازه دهانه‌ها و اندازه ستونها، میزان بار وارده بر سازه را باید مدنظر قرار داد، چرا که این عوامل تاثیر بسیار زیاد بر میزان تاب آوری سقف دارد. علاوه بر آن که از موارد مختلفی می‌توان استفاده کرد که بهتر است متناسب با کاربرد سازه و مشورت با مهندس ناظر پروژه بهترین سقف را اجرا کنید.
کاربرد سازههای فضاکار
سایر نمونه‌های طبقه بندی شده به عنوان فریمهای فضایی عبارت‌اند از: سازههای فلزی چین دار، پوشش آویز و ساختارهای پنوماتیک که در موارد زیر کاربرد دارند:
- ساختارهای تجاری و صنعتی.
- سالن‌‌ها.
- به عنوان چراغ قوه‌‌های بزرگ شهری و پخش کننده نور.
- سایبان‌‌های زیبا.
- باجه‌‌های عوارض.
- سالن‌‌های نمایشگاه.
- استادیوم‌‌های ورزشی.
مزایای سازههای فضاکار
یکی از مهم‌ترین مزایای ساختار این نوع اسکلت‌‌های سه بعدی، سبک بودن آنها است. مواد به کار رفته در ساخت این نوع سازهها به گونه‌‌ای توزیع میشوند که مکانیسم انتقال بار در درجه اول کشش محوری یا فشرده سازی باشد. در نتیجه، تمام مواد در هر عنصر مشخصی به میزان کامل مورد استفاده قرار میگیرند. علاوه بر این، بیش‌تر فریمهای فضایی در حال حاضر با فولاد یا آلومینیوم ساخته شدهاند که به طور قابل توجهی باعث کاهش وزن در کل پروژه نسبت به سازههای آهنی میشود. این امر به ویژه در مورد سقف‌‌هایی با دهانه طولانی که نیاز به مقادیر بیش‌تری از فریم‌‌ها و اتصالات دارد در علم طراحی و مهندسی بهینه از نظر اقتصادی و مقاومت مصالح بسیار مهم و قابل توجه است.
از طرفی قطعات سازه فضاکار معمولا به صورت انبوه در کارخانه تولید میشوند تا از نظر کیفی و مهندسی کاملا بررسی شده و یکسان باشند و نتیجه کار از نظر استحکام و زیبایی مورد پسند مهندسین و سایر کاربران باشد. در واقع قطعات این سازه از واحد‌های پیش ساخته ساده که اغلب از اندازه و شکل استاندارد برخوردار هستند در کارخانه و به راحتی ساخته و بعدا برای پروژه مورد نظر به محل پروژه انتقال می‌یابند. چنین قطعه‌‌هایی هم برای حمل و نقل سبک هستند و هم توسط نیروی نیمه ماهر هم به راحتی قابل حمل و جمع آوری سریع در محل هستند. در نتیجه، از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه به حساب می‌آیند.
نکته جالب این است که با اینکه قطعات این سازهها سبک هستند اما بسیار مستحکم هستند. علت استحکام آنها بیش‌تر به خاطر حالت سه بعدی و مشارکت کامل عناصر یک قطعه برای تحمل نیروی خارجی است. مهندسان طراح از این ویژگی برای مقاومت سازه در برابر بارهای متمرکز غیر متقارن و یا بسیار سنگین استفاده میکنند. به علاوه با اینکه بسیار محکم هستند انعطاف پذیری زیادی برای طرح‌های خاص و موقعیت ستونها دارند.
با این که سازه فضاکار مزایای بسیار زیادی دارد محدودیت‌هایی را هم ایجاد میکند و آن عیب که شاید بتوان گفت مهم‌ترین عیب این نوع سازه به شمار می‌رود نیاز به تولید فولاد بیش‌تر برای ساخت انواع این سازهها است. از طرفی تولید فولاد بیش‌تر به اندازه پروژههای سازه فضاکار به دلیل افزایش قیمت زغال کک، مواد اولیه مورد استفاده، محدودیت‌های دولتی تولید فولاد به دلیل آلودگی‌‌ها و تأثیرات منفی بر محیط زیست امکان پذیر نیست و مشکلاتی را در تولید قطعات سازههای فضاکار ایجاد می کند و اجازه نمی‌دهد این سازهها به طور گسترده اجرا شوند.
انواع قطعات سازه فضاکار
فریمهای فضایی از قابلیت شکل و فرم‌‌های متنوعی برخوردار هستند و طراحان می‌توانند از یک ماژول استاندارد برای تولید شبکه‌های مختلف فضای تخت، پوسته مشبک یا حتی اشکال آزاد استفاده کنند. معماران نیز برای اجرای طرح‌های خاص خود از زیبایی بصری و سادگی چشمگیر خطوط در قاب‌های فضایی استفاده‌‌های بسیار زیادی میکنند. در واقع این نوع سازهها کمک میکند تا مهندسین معمار و طراحان خیلی راحت‌تر، آنچه در ذهن دارند را به صورت واقعی اجرا کنند. همان‌‌طور که گفتیم انواع سازه فضاکار مزایای بسیار زیادی دارد و شاید بتوان گفت بهترین مزیت آنها باز گذاشتن دست طراح برای اجرای هر چه زیباتر و واقعی‌تر پروژههای طراحی شده است. با این حال عیب آن، محدودیت در ساخت فولاد برای قطعات بیش‌تر این سازهها به خصوص در برخی کشورها است؛ اما با این وجود باز هم به دلیل سه بعدی بودن و زیبایی شگرفی که این سازهها دارند به خوبی توانسته‌اند بازارهای ساخت و ساز را به خصوص در پروژههای بزرگ تسخیر کنند.
برای مشاوره‌ی رایگان می‌توانید با شماره‌های ۰۹۱۲۲۴۶۰۰۸۹ | ۰۹۱۲۱۴۷۱۸۴۷ به طور مستقیم تماس بگیرید.
نظرات خود را در ارتباط با این نوشته ما بنویسید.
با آرزوی بهترین‌ها.
۱ دیدگاه