سازه فضایی یا فضاکار Space Structure چیست؟ انواع، مزایا و کاربرد

تعریف:

از دیدگاه معماری، سازه فضاکار یا سازه فضایی، سازه ای خرپا مانند است که اشکال هندسی منظمی را از کنار هم قرار دادن، به هم پیوستن و تکرار اجزای سازه به وجود می آورد. این سازه اصولا رفتار سه بعدی داشته، به طوریکه به هیچ ترتیبی نمی توان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد.  این سازه بسیار سبک و محکم بوده و برای پوشش دهانه های بسیار بزرگ با اعمال حداقل نیروهای پشتیبانی داخلی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

ساختار کلی سازه های فضا کار:

سازه فضا کار به صورت کلی شامل شبکه های دو لایه و چند لایه به فرم های مسطح و فرم های آزاد است. سازه های فضاکار مسطح به صورت معمول در سقف ها استفاده می شود. این سازه همچنین برای تقویت کف ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

فرم های معماری متداول:

• تخت
• شیبدار
• قوسی(چلیک): شبکه ای که در یک جهت دارای انحنا باشد.
• گنبدی
• هرمی
• معماری های خاص و سایر فرم ها

انواع سازه های فضایی:

تعداد بیشماری از سیستم های سازه ای فضایی در طول 60 سال گذشته گسترش یافته است و تعدادی از آنها بعد از مدت کوتاهی منسوخ شدند. لیستی از سیستم های سازه ای پر کاربرد در دنیا در زیر فراهم آمده است:

اتصالات صلب یا مفصلی در سازه فضاکار:

در اجزای سازه فضا کار که با پین به یکدیگر متصل شده اند و اصطلاحا اتصالات مفصلی دارند، انتقال بارهای خمشی به صورت بارهای کششی و فشاری در طول هر عضو است.

همچنین ممکن است برای ساخت سازه های فضا کار از جوش در جا برای اعضاء استفاده شود که به اتصال صلب مصطلح است. این روش پر هزینه تر بوده و از آنجا که مفاصل کاملا محکم به یکدیگر متصل هستند، لذا علاوه بر نیروهای محوری قادر به انتقال نیرو های لنگر و برشی نیز می باشند.

سیستم مدولار و گوی سان در ساخت سازه های فضایی:

 سازه فضا کار یا از واحدهای پیش ساخته مدولار (سیستم مدولار) ساخته شده اند، و یا اعضای فردی با یکدیگر تجمع کرده و اتصالات و گره های متفاوتی تشکیل می شود را (سیستم گوی سان) به وجود می آورند که این سیستم ها معمولا منحصر به فرد هستند.

 در حال حاضر مرو (MERO) پر کاربرد ترین سیستم سازه فضایی در ایران بوده و زیر مجموعه ای از سیستم پیوند های گوی سان است. برای اطلاعات بیشتر در خصوص این سیستم اینجا کلیک کنید.

پوشش های سازه ی فضاکار:

در سازه های فضا کار در صورتی که اکسپوز نباشند از سقف یا پوشش رویی استفاده می شود که معمولا از جنس آلومینیوم و از نوع صفحه (membrane) با ضخامت و سختی بسیار پایین هستند. لازم به ذکر است که در طراحی سازه های فضاکار می بایست برای تعریف این پوشش رویی سازه از المان صفحه ای با سختی پایین، ضخامت بسیار کم و نیز جرم و وزن کم استفاده نمود.

انواع پوشش سازه ی فضا کار:

کاربرد سازه های فضایی:

• آتریوم، راهرو های ورودی، سایبان ها
• سالن های ورزشی، غرفه های نمایشگاهی، کتابخانه
• سالن اجتماعات و مراکز همایشات
• مساجد و کلیسا ها
• فرودگاه و ترمینال مسافربری
• جایگاه تماشاچیان در استودیوم های ورزشی
• پمپ بنزین و گازوئیل
•  استخر شنا، پارک های آبی
• مراکز خرید و فروشگاه ها
• برج ها
• گمرگ و انبار های بزرگ کالا
• گلخانه های صنعتی، تحقیقاتی و تزئینی
• بیلبورد های تبلیغاتی

مزایای سازه های فضایی: 

_مزایای سازه ای

• قابلیت نصب جرثقیل در سایت وجود دارد.
• دهانه های وسیع را پوشش می دهد.
• از مصالح به صورت بهینه استفاده می شود.
• وزن کم واستحکام و ایمنی بسیار بالایی دارد.
• در نظم تکیه گاه های سازه هیچ ضرورتی وجود ندارد.
• در برابر زلزله و آتش سوزی مقاوم است.
• درجه ی هایپر استاتیکی بالایی دارد(به صورت ناگهانی منحدم نمی شود).

_مزایای معماری

• از ضریب ایمنی بالایی برخوردار است.
• با به حداقل رساندن عناصر پشتیبانی در فضاهای داخلی، صرفه جویی فضایی را فراهم می کند.
• سازه ای مناسب برای نور پردازی است.
• به لحاظ معماری انعطاف پذیری زیادی دارد و فرم های آزاد را به آسانی می توان اجرا کرد.
• در این سازه نیازی به استفاده از سقف کاذب نیست.
• امکان اتصال آویز های متعدد از سقف وجود دارد.
• سادگی و زیبایی منحصر به فرد در معماری فراهم می کند.
• گستردگی سازه با حداقل تغییر در سازه ی قبلی را فراهم می کند.
• قابلیت تولید انبوه با قیمت بسیار پایین را دارا است.

روش های نصب سازه ی فضا کار:

• سازه به صورت کامل بر روی تراز زمین مونتاژ می شود و با استفاده از جرثقیل و یا جک های مستقر در بین سازه، سقف به طور کامل و یک دست نصب می شود. سرعت بالا در نصب و بافت سازه از مزایای این روش است.
• بلوک های مشخصی از سازه مونتاژ شده و در ارتفاع به کمک جرثقیل به یکدیگر وصل می شوند. این روش نسبت به روش مونتاژ کامل سرعت کمتری داشته و در برخی از فرم های خاص معماری محدودیت ایجاد می کند.

• در روش (عنکبوتی) قطعات عنکبوتی کوچک که از تعداد کمی عضو لوله ای و یک گوی تشکیل شده با چرخ، قرقره، و یا جرثقیل به موقعیت مورد نظر در ارتفاع منتقل شده و به بخش نصب شده قبلی از سقف متصل می شود.
• در طول محور عملیات شمع هایی موقت در موقعیت های از پیش تعیین شده و تحت بار مرده قرار می دهند تا حداقل تغییر شکل در حین عملیات مونتاژ بر شبکه ی فضایی کامل نشده اعمال شود. پس از اتمام کار شمع ها را به تدریج برمی دارند تا انتقال کامل بارها به تکیه گاه ها صورت گیرد.

دو نمونه ساخته شده زیبا از سازه ی فضایی در خارج و داخل ایران:

نام: Heydar Aliyev Center

معمار: Zaha Hadid Architects

مکان: Baku  Azerbaijan

مساحت: 101801 متر مربع

سال ساخت: 2013

نام Qom Central Building of Construction Engineering Organization :

معمار: Partar Architecture Studio

مکان: قم ، ایران

مساحت: 614 متر مربع

توضیح: در این بنا از ترکیب بتن و سازه ی فضا کار در چهار وجه استفاده شده است.