بررسی سازه های فضا کار (Space Frame)

سازه فضاکار (Space Frame)

سازه های فضاکار بطور کلی ساختاری خرپایی در سه بعد X,Y,Z دارند که با توجه به شکل نهایی مورد نظر مهندسین طراح در کنار یکدیگر قرار گرفته و ترکیبی را ایجاد می نمایند که میتواند، دهانه های بسیار بلند را بدون داشتن ستون بوجود آورند. قاب‌های فضایی برای پوشش دادن دهانه‌هایی که تکیه‌گاه کم با فاصله های زیاد دارند به کار می‌روند. در قاب‌های فضایی، همچون خرپاها از سازه های مثلثی استفاده می‌شود. لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل می‌گردند که این خود باعث مستحکم بودن قاب‌های فضایی می‌شود. ستونهای سازه های فضاکار می تواند بوسیله خود سازه فضاکار و یا بصورت مجزا توسط المانهای عمودی با مصالح فولادی و یا بتنی ساخته شوند.

سازه های فضاکار را با مصالح متفاوتی از جمله لوله های استیل، لوله های آلومینیومی، لوله های فولادی سیاه و یا مصالح دارای مقاومت کششی و فشاری مناسب، می توان اجرا نمود. این نوع سازه با توجه به نوع ساختار خرپاهای تکرار شونده آن نیز قابل تقسیم بندی می باشد. نوع کاربرد و بهره وری آن، طرح معماری، فاصله تکیه گاه ها، نوع پوسته و عوامل دیگر اینچنینی عواملی هستند که موجب می شود، نوع سازه و اتصالات مورد استفاده در سازه های فضاکار متفاوت باشد.

تقسیم بندی ساختاری سازه های فضاکار :

منظور از ساختار سازه های فضاکار نوع قرارگیری خرپاهای دو بعدی در کنار یکدیگر و در جهات مختلف می باشد. بدین معنا که این خرپاها می توانند در سه جهت عرضی و یا عمودی (X,Y,Z) بصورتی چیده شوند که سازه ای دو لایه، سه لایه، منحنی و یا حتی کروی شکل را ایجاد نمایند. با توجه به این توضیحات، سازه های فضاکار در صنعت بیشتر به گروه های زیر تقسیم بندی می شوند.

1. سازه های فضاکار دو لایه : این نوع سازه فضاکار ساده ترین نوع می باشد که برای پوشش ساده فضاها و با وجود تکیه گاه های مناسبی که معمولا توسط پروفیلهای فولادی ایجاد شده اند، مورد استفاده قرار می گیرد. نمونه این نوع پوشش را می توان بر روی سقف بسیاری از کارخانه های با دهانه های بلند که نیازی به استفاده از جرثقیل های سقفی ندارند، مشاهده نمود. مقاومت این نوع سازه فضاکار بطور معمول در حدی است که می تواند بار ناشی از باران و برف و باد را تحمل نماید، مگر آنکه بصورت خاصی برای کاربری های ویژه طراحی و ساخته شود.

2. سازه های فضاکار سه لایه : در صورتی که سازه های فضاکار دولایه را بدلیل عدم وجود تکیه گاه در فواصل نزدیک از نظر ایستایی نتوان برپا نمود، به جهت ایجاد پایداری بیشتر، سازه های فضاکار را بصورت سه لایه طراحی می نمایند تا بتوان با افزایش ارتفاع سازه سقف، به ایستایی مورد نظر رسید. سازه فضا کار مورد استفاده در دانشگاه تهران محل برگزاری نماز جمعه تهران نیز به همین شکل طراحی و ساخته شده است.
3. سازه‌های چلیکی : در صورت نیاز به ارتفاع زیاد و عدم امکان برپایی ستون با توجه به ارتفاع، سازه فضاکار را می توان بصورت منحنی، اجرا نمود. اگر این منحنی تنها در یک جهت طراحی شده باشد به آن، سازه فضاکار چلیکی گفته می شود. پوشش روی بسیاری از گلخانه های بزرگ بدین صورت اجرا می گردد. یکی از مزایای اصلی این ساختار سازه های فضاکار، عدم مقاومت در برابر جریان باد می باشد که موجب میگردد از آن در فضاهای بازی که امکان وزش بادهای شدید وجود دارد، بیشتر بهره گرفته شود.

4. سازه‌های گنبدی : سازه های فضاکار بدلیل امکان انتقال نیروهای بوجود آمده در آن، بصورت نیروهای کششی و فشاری در اعضای خود و کوچک شدن این نیروها بوسیله افزایش تعداد المانها در یک گره سازه ای، امکان طراحی سازه های کروی شکل و یا نیم کره را برای طراح ایجاد می نماید. سازه های فضاکار گنبدی نیز از این دست سازه ها می باشد که می تواند با توجه با طول دهانه آن بصورت تک لایه، دولایه و یا چند لایه ساخته شود. پوشش روی سقف بازشوهای بزرگ و یا حتی گنبد مساجد می تواند با این روش ایجاد گردد

5. سازه ‌های پل‌های فضاکار : برای ساخت پلهای با دهنه های بلند یکی از روشهای اجرایی، استفاده از سازه های فضاکار می باشد که تکنولوژی ساخت آن نسبت به سازه های کابلی که روشی دیگر، جهت ساخت پلها با دهنه های بلند است، ساده تر می باشد. در بسیاری از پلها دیده شده، با توجه به طول دهانه مورد نیاز و بارهای وارده به آن در حین بهره برداری، ترکیبی از سازه های فضاکار و سازه های کابلی را ایجاد نموده اند.
6. سازه های خاص : همانطور که از نام این نوع از سازه های فضاکار نیز مشخص است، با توجه به زیبایی، سرعت اجرای نسبتا بالا نسبت به روشهای مشابه، انعطاف پذیری و مقاومت بالای سازه های فضاکار، جهت طراحی اسکلت های خاص با فرم های پیچیده، از این نوع سازه بهره گرفته می شود. امروزه با توجه به افزایش روز افزون طرحهای پیچیده و منحنی شکل در میان طراحان، شاید در برخی از آنها تنها راه ساخت سازه این گونه احجام، استفاده از سازه فضاکار باشد. زیرا با وجود قابلیت های موجود در اتصالات و المانهای آن، می توان تعادل مورد نیاز را ایجاد نمود.

نحوه اجرای سازه های فضاکار :

اجرای سازه های فضاکار را نمی توان بصورت کامل بیان نمود، زیرا با توجه به نوع ساختار آن، مراحل اجرایی آن نیز متفاوت خواهد بود. ولی بطور کلی پس از طراحی سازه فضاکار، همزمان با ساخت قطعات آن در کارخانه، مراحل میدانی نظیر ایجاد تکیه گاه های مناسب برای برپایی سازه را انجام می دهند. بعد از تکمیل ساخت قطعات و انتقال به محل مورد نظر، آنها را با دقت تمام و در نظر داشتن نقشه های اجرایی به یکدیگر متصل نموده و بصورت یکپارچه (در صورت امکان و در غیر این صورت بصورت قطعه، قطعه) بر روی زمین می سازند و توسط جرثقیل در محل مورد نظر قرار می دهند. باید توجه داشت قبل از بلند کردن سازه از زمین، محل دقیق قرارگیری اتصالات و تکیه گاه ها کنترل شده و ادوات مورد نیاز نصب آن نیز محیا شده باشد تا وقفه ای در نصب سازه فضاکار ایجاد نگردد.

اجزای تشکیل دهنده سازه های فضاکار شامل المانهای طولی با مقاطع مختلف، نظیر مربعی ، دایره ای ، مثلثی و … به همراه اتصالاتی که دارای تنوع بسیار بالایی است و هر روز بر انواع آنها افزوده می شود که وظیفه دارد المانهای طولی را جهت تحمل نیروهای کششی و فشاری به یکدیگر متصل نماید. به همین جهت عموما قطعات اتصالات در سازه های فضاکار بوسیله آلیاژهای دارای مقاومت بالا ساخته می شوند.  دو نمونه از رایج ترین اتصالات سازه های فضا کار عبارتند از سازه های فضاکار گوی سان و سازه های فضاکار تک پیچ.

1. سازه فضاکار گوی سان(MERO) :

این سیستم شامل المان های لوله ای به همراه اتصالات کروی شکل می باشد. دوسر اعضای لوله ای به نحوی ساخته شده تا به شکل پیچ و مهره ای به گوی ها، متصل گردند. این عمل بصورت پلکانی و مطابق با نقشه های اجرایی ادامه پیدا می کند تا در نهایت سازه مورد نظر به اتمام برسد.

2. سازه فضاکار تک پیچ :

اتصالات تک پیچ نسبت به اتصالات گوی سان ساده تر بوده و دارای تکنولوژی چندان پیچیده ای نیست. در حالت کلی المان های طولی در یک نقطه به هم رسیده و بوسیله یک پیچ به یکدیگر متصل می شوند. مگر در شرایط خاص با تعداد المان طولی زیاد و در جهات مختلف که نوع سازه آن را حکم کرده. که در این صورت اعضای طولی بوسیله قطعات دیگری توسط پیچ به یکدیگر متصل می شوند.

مطالب مرتبط با این مقاله را در کارگشا دنبال کنید:

• آشنایی بیشتر با سازه های فضاکار
• آشنایی بیشتر با اتصالات MERO در سازه فضاکار
• نقشه های جزئیات سازه فضاکار
• جزئیات اجرایی اتصالات سازه فضاکار

به منظور آشنایی بیشتر با این مبحث و رسیدن به جواب سوالات خود و یا ارائه هر گونه انتقاد و پیشنهاد به بخش مشاوره آنلاین کارگشا مراجعه فرمایید.

منبع : دپارتمان اجرا سامانه جامع صنعت ساختمان (کارگشا)