سازه دیاگرید چیست؟ مزایا، معایب و کاربردها

سازه دیاگرید (Diagrid Structure) از شبکه‌های مورب فولادی ساخته می‌شود که به صورت یکپارچه، انواع بارهای عمودی و جانبی را تحمل می‌کند. این سازه برای اولین بار در تبر سنت ماری ۳۰ در لندن (ساختمان سوئیس ری) و برج هرست در نیویورک مورد استفاده قرار گرفت. سازه دیاگرید محبوبیت خود را نه تنها به ارزش زیبایی شناختی خیره کننده‌اش، بلکه به دلیل فوایدی که دارد مدیون است. برای مثال، صرفه جویی گسترده در استفاده از متریال، افزایش انعطاف پذیری، زیبایی ظاهری و بسیاری موارد دیگر، دیاگراید را به بهترین شیوه ساخت‌وساز برای ساختارهای بلند و غیرمتعارف تبدیل کرد است؛ با ویکی ساختمون همراه باشید.

سازه دیاگرید چیست؟

اخیراً دیاگرید برای کارآیی ساختاری و ظرافت معماری باعث شده است بسیاری از طراحان معماری و مهندسین سازه به این سیستم علاقه‌مند شوند. سازه دیاگرید معمولاً از اعضای مورب و متقاطع به جای ستون‌ها به عنوان سیستم‌های پشتیبانی ساختاری استفاده می‌كند. این شیوه ساخت هم نیازهای ساختاری را برطرف می‌کند (تحمل بار) و هم به ساختمان یک تصویر زیبایی شناختی منحصربه فردی را می‌بخشد.

در یک تعریف ساده: «سازه دیاگرید، سیستمی برای ساخت ساختمان‌های بزرگ با فولاد است که سازه‌های مثلثی با تیرهای پشتیبانی مورب استفاده می‌کند». این سیستم شامل تیرهای مثلثی، مستقیم یا منحنی و حلقه‌های افقی است که در کنار هم یک سیستم ساختاری برای اجرای یک آسمان خراش یا سازه‌ای غیرمعمول (از لحاظ اجرا و نما) را تشکیل می‌دهند. سیستم دیاگرید علاوه بر کاهش استفاده از ستون‌های محیطی، چندین مزیت دیگر نیز دارند.

به طور معمول از ستون‌ها برای تأمین ظرفیت بارگیری عمودی استفاده می‌شود و اعضای مورب یا بادبندها، پایداری و مقاومت در برابر نیروهای بزرگ مانند بارهای باد و لرزه‌ای را ایجاد می‌کنند. در این سازه، اِلمان‌های مورب درصدد این هستند که در انتقال بار عمودی شركت كنند و ستون‌ها نیز در یک فرضیه ایده‌آل می‌خواهند در برابر نیروهای جانبی نقش بازی کنند. به طور کلی، تمام اجزای سازه دیاگرید به طور یکپارچه در برابر تمام‌ بارهای عمودی و جانبی مشارکت می‌کنند.

پیشنهاد ویژه: انواع سقف های ساختمانی رایج در ایران + اجرا و قیمت ها

مکانیزم باربری اعضای سازه دیاگرید چگونه است؟

به طور کلی، سیستم دیاگرید به چهار عضو دسته بندی می‌شوند:

• اعضای مورب اصلی
• اعضای مورب فرعی
• اعضای عمودی
• اعضای افقی

مکانیزم باربری دیاگرید به دو مکتب فکری در مورد صلبیت گره‌ها تقسیم می‌شود. از نظر تئوری، اگر یک ساختار مثلثی مثل خرپا را طراحی کنید، مرکز گره یا اتصال دو عضو نیازی به صلبیت ندارد (مفصلی است) و می‌تواند به صورت اتصال لولا یا پین ساخته شود. این مورد ممکن است برای سازه‌های متقارن که دارای بارهای مستقیم هستند به خوبی کار کند، اما سازه‌های دارای بار غیرمستقیم نیاز به کمی صلبیت در گره دارند تا در فرآیند ساخت برای مقابله با بارها، پشتیبانی بیشتری از خود نشان می‌دهند.

در بسیاری از پروژه‌های سازه دیاگرید که تا به امروز ساخته شده‌اند، گره‌ها به عنوان عناصر صلب در نظر گرفته می‌شوند که به اعضای افقی اجازه می‌دهند تا در محل پیچ شده و یا جوش شوند. از آنجا که این نوع سازه برای ساخت ممکن است گران تمام شود، اما در صورت وجود درجه زیادی از تکرار در طراحی و ساخت گره‌ها (افزایش ابعاد و ارتفاع ساختمان)، صرفه جویی در هزینه‌ها نیز محقق می‌شود.

از سویی دیگر، استحکام خمشی در سیستم دیاگرید توسط اعضای مورب تحمل می‌شود که همچنین مقاومت برشی مناسبی را نیز ارائه می‌دهند، زیرا این سازه تنها از اعضای مورب تشکیل شده است. در واقع، سیستم‌های دیاگرید تکامل یافته ساختارهای بادبندی هستند که به طور پراکنده در نمای نما پخش می‌شوند. علاوه بر این، با استفاده از اعضای مورب، اعضای مورب از مقدار متریال کمتری نسبت به سیستم‌های سازه‌ای معمولی متشکل از اعضای متعامد (عمود بر هم) استفاده می‌کنند.

پیشنهاد ویژه: سقف های جدید سازه ای، معرفی انواع + اجرا و قیمت ها

فواید سازه دیاگرید

مزایای سیستم دیاگرید به شرح زیر هستند:

• عمدتاً بدون ستون داخلی و خارجی بوده و یا تعداد زیاد بسیاری کم است.
• مقدار زیادی از نور روز به دلیل کمبود ستون‌ها در داخل ساختمان ساطع می‌شود.
• تقریباً به اندازه 25 درصد نسبت به مقدار فولاد در سازه‌های معمول کاهش می‌یابد.
• تکنیک‌های ساخت‌وساز در این سیستم به شکلی حرفه‌ای قابل طراحی و اجرا است.
• به طور کامل می‌توان از متریال‌های مورد نیاز بهره کاملی بُرد (پِرتی مصالح ندارد).
• طراحی سازه دیاگرید مشابه یک ساختار قاب معمولی انجام می‌شود.
• در طراحی معماری دارای انعطاف پذیری است و بر زیبایی سازه می‌افزاید.
• این سیستم دارای درجه نامعینی کافی است، زیرا بسیاری از اِلمان‌ها در تأمین مقاومت سازه مشارکت دارند.
• نقص ساختاری در ساختمان‌های بلند مرتبه و آسمان خراش‌ها، به عنوان یک موضوع مهم و برجسته شناخته می‌شود که می‌تواند در یک طرح دیاگرید به حداقل برسد.
• دیاگرید نسبت به یک سیستم قاب خمشی، توانایی بهتری برای توزیع مجدد بار دارد.
• با افزایش ارتفاع ساختمان، سیستم مقاومت در برابر بار جانبی (شامل بارهای لرزه‌ای و بارهای باد) افزایش می‌یابد.

معایب سازه دیاگرید

جوانب منفی سیستم دیاگرید به شرح زیر هستند:

• نیروهای مشغول در پروژه، تجربه کم یا هیچ تجربه‌ای در ایجاد یک سیستم دیاگرید ندارند.
• الگوهای پیچیده رایانه‌ای و روش‌های ساخت و ساز نیاز به مهندسین با تجربه، معماران و پیمانکاران دارد.
• فرآیند پیش ساخته کردن ساخت می‌تواند هزینه‌های قابل توجهی را به پروژه اضافه کند.
• طراحی و اجرای سازه بتنی دیاگراید بسیار پیچیده و پُرهزینه خواهد بود.
• اجرای نمای ساختمان می‌تواند بسیار پیچیده باشد.
• دیاگرید نیاز به اجرای اصولی و دقت بالا دارد.

کاربرد سازه دیاگرید

بازده کاربردی سازه‌های دیاگرید مزایای بسیاری را برای ساختارهای مختلف فراهم می‌کنند. کاربردهای عمده این سیستم به شرح زیر هستند:

آسمان خراش‌های دیاگراید

یک سیستم دیاگرید برای ساخت آسمان خراش‌ها بسیار ایده آل است، زیرا می‌تواند استفاده از ستون‌های داخلی را به حداقل برساند؛ در نتیجه فضای داخلی را به حداکثر می‌رساند. علاوه بر این، دیاگراید یک ساختار سبک را تشکیل می‌دهد که به حداقل رساندن وزن و بارهای جانبی کمک می‌کند. از این سیستم برای انتقال سریع بارها استفاده می‌شود و در عین حال وزن مرده سازه نیز به حداقل می‌رسد.

مانند هر ساختمان بلند مرتبه‌ای، بارهای جانبی باد و زلزله با افزایش ارتفاع به موضوع مهمی تبدیل می‌شوند، بنابراین برای به حداقل رساندن بارهای جانبی اعمال شده بر روی سازه، ساختار بازتری مورد نیاز است. این امر باعث شده سیستم دیاگرید راه‌حلی کاربردی باشد، زیرا نه تنها می‌تواند بارهای جانبی را سریع‌تر جذب و منتقل می‌شود، بلکه باعث کاهش تأثیر بارهای باد به سازه نیز می‌شود.

پل‌های دیاگراید

از آنجا که توزیع بار سازه دیاگراید شبیه به خرپا می‌باشد، منطقی است که این سیستم برای پل‌ها نیز کاربردی باشد. توانایی دیاگرید برای انتقال بارهای گرانشی به صورت مورب، توزیع بارها را به پشتیبان‌های آن آسان‌تر می‌کند. علاوه بر این، از آنجا که دیاگراید می‌تواند در دهانه طولانی‌تر اجرا شود، به حمایت‌های ​​کمتری نیاز دارد.

«پل پاولیون زاراگوزا» در اسپانیا یکی از نمونه‌های کاربردی دیاگرید در ساخت یک پل است. پل پاویلیون طوری طراحی شده بود که هم به عنوان پل پیاده و هم غرفه نمایشگاهی مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین، ظرفیت بالاتری نسبت به یک پل پیاده روی معمولی دارد، در عین حال هم توانایی ایجاد یک غرفه نمایشگاهی معمولی را نیز دارد. توانایی سیستم دیاگرید در استحکام بیشتر، سبکی و طول بیشتر، آن را به یک سیستم ساختاری ایده آل برای پل‌ها تبدیل کرده است.

مجسمه‌های دیاگراید

ساختارهای مجسمه‌ای، سازهایی هستند که عمدتاً برای اهداف زیبایی شناسی طراحی شده‌اند، نه برای کارکردهای ساختاری! برج ایفل در پاریس و مجسمه آزادی در نیویورک می‌توانند تمثیلی از ساختاری مجسمه‌ای باشند. هدف اصلی این ساختارها این است که بیشتر به عنوان یک نماد برجسته شناخته شوند.

توانایی دیاگرید در تشکیل ساختارهای پیچیده، این سیستم را برای استفاده در سازه‌های مجسمه‌ای ایده آل کرده است. آن‌ها می‌توانند بسیار بلند و پیچیده ساخته شوند که به مهندسین امکان انعطاف پذیری بیشتری در طراحی‌هایشان می‌دهند.

یک نمونه از کاربرد سازه دیاگراید در ساختارهای مجسمه‌ای، برج اروبیت لندن است. این سازه برای بازی‌های المپیک 2012 طراحی شده است تا علاوه بر اینکه به عنوان نمادی از آسمان لندن باشد، برای دید بهتر مردم نیز مورد استفاده قرار گیرد. توانایی دیاگرید برای انتقال مؤثر بارهای جانبی و همچنین ویژگی آن در داشتن یک ساختار کاملاً یکپارچه، این سیستم پایداری جانبی سازه را تضمین می‌کند.

کلام آخر

سازه دیاگرید زمینه‌ای برای طراحی‌های ظریف‌تر و سازه‌های کارآمدتر را فراهم می‌کند و باعث می‌شود معماران و مهندسان بتوانند ایده‌های ذهنی خود را به بهترین نحو ممکن پیاده سازند. در نتیجه، این سیستم طی دهه گذشته پیشرفت‌های چشمگیری داشته است، گرچه به عنوان یک روند کاملاً جدید در نظر گرفته می‌شود. درواقع، پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهند که این سازه توانسته است اکثر الزامات طراحی را برطرف کند. دیاگرید را می‌توان نه تنها برای سازه‌ها با ارتفاع زیاد، بلکه برای طیف گسترده‌ای از پروژه‌های مختلف نیز استفاده کرد.