تخصصی مهندسی عمران وشعر وادبیات

سازه هاي فضايي

سازه های فضایی شکلهای هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می کنند . این اجزا از المانهای طولی ( با مقطع های مربعی ، دایره ای ، مثلثی و ... ) و اتصالهایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می شود تشکیل می شود .

جنس المانهای طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بود ولی معمولاً از انواع پلاستیک و پروفیل ، فولاد و آلومینیوم استفاده می شود

به عنوان نمونه هایی از این نوع سازه ها در ایران ، پوشش مرقد مطهر امام و سقف چند غرفه نمایشگاه بین اللملی تهران را می توان نام برد . البته این نوع سازه پدیده خیلی جدیدی نیست ، زیرا گراهام بل طرحهایی از شبکه های منظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بود . همچنین آلاچیقهای عشایر محلی ایران ، سبکی مانند این نوع سازه ها دارند ولی در دهه 60 میلادی بود که این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین اللملی و قابل بحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه های فضایی ( فضاکار ) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد .

دلیل شهرت ناگهانی چه می تواند باشد ؟ سازه های فضایی چه خصوصیاتی دارند که همه کشورها به آن روی آورده اند ؟

این سوال چند جواب می تواند داشته باشد :1

- سازه های فضایی از قطعه های پیش ساخته استاندارد تشکیل می یابند که در صورت تولید انبوه ، قیمت این قطعات بسیار پایین می آید . این قطعات توسط کارگران نیمه ماهر قابل نصب هستند .

2- یکی از مهمترین خصوصیات سازه های فضایی ، قابلیت پوشش سطحهای وسیع بدون ایجاد مانع و همچنین قابلیت پوشانیدن دهانه های بسیار بلند است که برای استفاده در امر ساختن استادیوم های ورزشی ، سالنهای چند منظوره ، آشیانه های هوایی ، سقف استخرها و ... ایده آل است .

 

3- سادگی ولی در عین حال زیباییظاهری این سازه ها توجه بسیاری از مهندسین معمار را به خود جلب کرده ، به طوری که قبل از مهندسین ساختمان ، این آرشیتکتها بودند که به این نوع سازه روی آوردند و تنوع بسیار وسیع آن ، که بویژه با پیشرفت علم کامپیوتر و ایجاد برنامه گرافیکی جدیدی بر آن افزوده شده ، قدرت خلاقیت بسیار زیادی به طراح می بخشد .

4- دانشمندان پس از آزمایشهای زیاد ، به مقاومت بسیار زیاد انواع مختلف سازه های فضایی در مقابل بارگذاریهای سنگین متمرکز یا نامتقارن پی برده اند . سازه های فضایی دارای آنچنان نیروی پایداری و مقاومت نهایی هستند که سازه را قادر به تحمل بارگذاری موضعی بیش از حد میکند . تجربه نشان می دهد که انواع ویژه ای از شبکه های فضایی حتی در صورت صدمه دیدن ، به صورت ناگهانی فرو نمی ریزند و این ویژگی ، در صورت بروز حریق و انفجار ، اهمیت بیشتری دارد .

همچنین استحکام این قابهای فضایی ، امکان جابجایی بعضی از ستونها را بدون ایجاد نقض ساختمانی می آورد .

5- با پیشرفت تکنولوژی ، مهندسین و طراحان ، انواع جدیدی از اتصالهای ارزان قیمت را اختراع کرده اند که اتصال چند قطعه را در فضا توسط کارگران نیمه ماهر بدون هیچ مشکلی ممکن می سازد .

6- از انجا که سازه های فضایی از نظر استاتیکی نامعین هستند بنابراین تحلیل دستی آنها با استفاده از روشهای دقیق ، کار بسیار دشواری است . این امر یکی از دلایل معوق ماندن طرحهای سازه های فضایی در گذشته بوده است ، ولی امروزه با استفاده از کامپیوترهای الکترونیکی و رورشهای ریاضی نوین ، امر تحیلی سازه بسیار سریعتر و دقیق تر از گذشته صورت می گیرد . همچنین استفاده از روشهای نوین طراحی بهینه سازه با حداقل مصالح را امکان پذیر می سازد و سازه ، دست بالا طراحی نمی شود .

از آغاز پیدایش سازه های فضایی اشکال بسیار گوناگونی به انواع آن افزوده شده که دارای طبقه بندی جامع ذیل است :
1- داربستهای اسکلتی ( Skeleton Frameworks )
2- سیستمهای پوسته تحت تنش ( Stressed Skin Systems )
3-سازه های معلق ( Suspended Structures )
4- سازه های هوای فشرده ( Pneumatic Structures )
در انواع این سازه ها ، اتصالهای مختلف که در طی مدت زمان طولانی تکمیل شده اند به کار گرفته می شوند و اکثر آنها شکل ظاهری بسیار ساده ای دارند . با استفاده از این اتصالها امکان ساختن این سازه ها به صورت دو و یا چند لایه وجود می آید و با استفاده از قطعات پیش ساخته می توان سازه های عظیمی را با هزینه کم و به آسانی ایجاد کرد .
یک نمونه از سیستمهای موفق ، سیستم گوی و لوله ( mero ) است که اتصالهایش گوی هایی با 18 سوراخ است که از جهات مختلف عضو می پذیرد و قدرت عمل زیادی را به طراح و سازنده می بخشد . یک نمونه جالب از سازه های دو لایه ، ساختمان نمایشگاه واقع در سائوپولو ، برزیل است که محوطه ای به مساحت 260 در 260 متر مربع را با تکیه بر 25 ستون و با استفاده از 48000 عضو لوله ای آلومینیومی پوشش می دهد . نمونه جالب دیگری از کاربرد سازه های فضاکار قابل جداشدن ، پارکینگ هیترو لندن است . این پارکینگ قابلیت تحمل 325 اتومبیل را داشته و استفاده از آن بسیار اقتصادی است . این نمونه ، تصور اکثر افراد را مبنی بر اینکه شبکه های فضایی فقط برای مسقف کردن محوطه بکار می روند را باطل می سازد . نمونه دیگر ، آشیانه هواپیما در لندن است که دهانه ای به طول 138 متر دارد . این سقف باید لوازمی به وزن حدود 700 تن را تحمل کند که 300 تن آن متحرک و شامل چندین دستگاه جرثقیل است که امکان تعمیرات و نگهداری هواپیما را به سهولت فراهم می آورد.

سازه های فضا کار دارای ویژه گیهای خاصی به شرح زیر می باشد: دهانه :

سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.(فولاد مصرفی در سازه فضاکار 3/1 کمتر از سازه های متداول دیگر می باشد)

سرعت نصب :

به علت پیش ساخته بودن قطعات سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می باشد.

وزن کم و قابلیت جابجایی :

سازه فضاکار دارای وزن کم بوده و قابلیت جابجایی با دست را دارا می باشد.

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.

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.

عبور تاسیسات :

از فضای بین دولایه در شبکه های فضایی به راحتی می توان جهت عبور تاسیسات الکتریکی و مکانیکی استفاده نمود.

ظاهر زیبا:

سازه فضاکار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف کاذب در این سازه نیست.

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.

1.       معماران و مهندسان همواره در پی یافتن راه حل های جدید برای حل مسئله فضاهای محصور بوده اند. با صنعتی شدن وتوسعه د نیای مدرن تقاضا برای استفاده از سازه های با دهانه های بزرگ افزایش یافت.تا اواسط قرن 18 ، مصالح اصلی در دسترس برای معماران و مهندسان، سنگ ، چوب وآجر بود. از آن مصالح ، سنگ و آجر ، در برابر فشار مقاوم ، ولی در برابر کشش ضعیف بودند ، به همین دلیل برای سازه های سه بعدی مثل گنبد ها وطا ق ها منا سب بودند . از پیشرفت های قا بل توجه در این زمینه اجرای طاق ها توسط کارگران قرون وسطی بود. بزرگترین دهانه ها در میان گنبد های آجری ، کلیسای سنت پیترز در رم(93-1588) و سانتاماریادل فیوره در فلورانس (34- 1420) بودند که هردو در پایه گنبد ، قطری معادل 42 متر داشتند . چوب مقاومت زیادی دربرابر کشش وفشار دارد ولی به صورت طبیعی تنها درطول ها ومقاطع عرضی محدود در دسترس است .با وقوع انقلاب صنعتی ، تولید آهن و سپس فولاد گسترش یافت و تولید مصالح با مقاومت زیاد ، ساختن ساختمان های با ارتفاع بیشترو دها نه های وسیعتر را امکان پذیر ساخت .همزمان با توسعه راه آهن وصنعتی شدن تولیدات کالاها ، تقاضا جهت سازه های با دهانه وسیع برای پل ها ، ایستگاه ها ، ساختمان انبارها و کارخانه ها افزایش یافت . در ابتدا مجموعه ای از خرپاهای متنوع شکل گرفت ودر مراحل بعد سازه های مشبک فضایی سه بعدی به وجود آمدند .
بسیاری از فرم های سازه ای به ویژه اغلب شبکه های فضایی از مدول هایی تشکیل شده اند . نظریه ساخت ساختمان های مدولار به صورت یک رویای تحقق یافته تقریبا 150 سا ل قبل ، با طراحی ، ساخت و نصب قا ب های فلزی کریستال پالاس در هاید پارک لندن (برای برگذاری نمایشگاه بزرگی در سال 1851 ) شکل عملی یافت وکارایی این روش به خوبی نشان داده شدهسازه های نمادین مانند برج ایفل که از آهن شکل داده شده بین سا ل های1897 و 1899 در شهر پاریس ساخته شد ، دلیلی بر پایداری و دوام سازه های فلزی سه بعدی مدولار به شمار میروند .شاید قدیمی ترین نمونه ها از انچه امروزه به عنوان قاب فضایی میشناسیم ( که دارای امتیاز هایی نظیر سبکی ، مقاومت ، سه بعدی ، امکان تولید انبوه و اجرا به روش سازه های مدولار می باشد )
توسط مخترع تلفن الکسا ندر گرا ها م بل( 1922- 1847 ) رواج یافت . در دهه اول قرن 20 او خرپاهای فضایی مرکب از قطعات 4 وجهی و 8 وجهی را آزمایش کرد .گراهام بل خصوصیات دو گانه مقاومت بالا وسبکی وزن را با فرم های 4 وجهی سه بعدی صلب به نمایش گذاشت وازآنها دربسیاری ازپروژه هایش استفاده کرد. یکی از اولین سازه های مشبک فضایی فولادی با استفاده از اتصالات ریخته گری شده و اعضای لوله ای ، یک برج دیده بانی در بین بریگ ، آمریکا بود که در سال 1907 توسط گراهام بل ساخته ش

2.                Meroدر سال 1943 ، این خرپاها در معماری کاربردی نداشتند . این اولین سیستم شبکه فضایی بود که به صورت گسترده در دسترس معماران و مهندسان قرار گرفت و توسط دکتر مکس منگرینگ هوسن ( 88- 1903 ) معرفی شد .این سیستم ، هنوزهم رایج ترین روش درساخت خرپاهای فضایی است ، شامل اعضای لوله ای منفردواتصالاتی ازنوع پیوندهای کروی ( گوی سان ) است .عمومیت استفاده از این سیستم تا به امروز ادامه دارد زیرا علاوه بر زیبایی سازه ای می تواند به اشکا ل گوناگون وبا سیستم های متنوع ، متشکل از پیوند های کروی و لوله ها مورد استفاده قرار گیرد . یک نوع شناخته شده از این سیستم ، شبکه های دو لایه با استفاده از مدول های پیش ساخته است . در انگلستان ، دردهه 1950 ، دنینگ آف چارد سیستم سقف فضایی را براسا س مدول های هرمی فولادی پیش ساخته که به یکدیگرپیچ می شوند ( با ابعاد 1.22*1.22 متر در پلان و 1.05 متر یا 0.61 متر در ارتفاع ) توسعه داد. با اندکی تغییرات در ابعاد مدول ها و مصالح ، سیتم سقف فضایی تا کنون به صورت گسترده وموفقیت آمیز برای سازه های کف وبام مورد استفاده قرار گرفته است .در دهه 1950 و 1960،سیستم های مشبک فضایی در تمام دنیا مورد استفاده قرار گرفت . در امریکا ریچارد باکمینستر فولر(1981-1895) در پی مطالعاتی که در مورد نحوه اتصال تعدادی از کره ها به یکدیگر انجام داد، به سیستم خرپای هشت وجهی دست یافت . ارائه طرحهای جدید ریچارد باکمینستر فولر و رشد قابل انتظارسازه های مشبک سبب به وجود آمدن ساختمان سه ربع کره ای به قطر 76 متر به صورت گنبد ژئودزیک برای غرفه آمریکا در نمایشگاه اکسپو 67 مونترال ، کانادا شد . این غرفه توسط فولربا همکاری شرکت های سادائو ، ژئومتریکس و سیمپسون، گامپرتزو هگر طراحی شد . گنبدها یک شبکه اتصالی دو لایه از لوله های فولادی بودند که یک شبکه ژئودزیک مثلثی برای لایه خارجی و یک شبکه شش ضلعی برای لایه داخلی داشتند. در نمایشگاه مونترال ، 2 غرفه بزرگ به نام " انسان جستجوکننده " و" انسان تولید کننده"
ccweمعماران: افلک ، دسبارتز،دیماکوپولوس ،لبن سولد وسیس ) با استفاده از شبکه های فضایی بعدی مدولارساخته شد. این شبکه های چندلایه ، یکی از اولین تلاش ها برای اثبات امکان تولید سازه های بزرگ با استفاده از سیستم مدولار متشکل از اعضای کوچک بود .درهمان زمان استفاده بیشترازکامپیوترها و توسعه برنامه هایی که قادربودند سازه ها ی مشبک فضایی را تحلیل کنند، تاثیر زیادی در افزایش استفاده آنها برای سازه های با دهانه های بزرگتروطویل ترداشت. به دلیل کارآمد نبودن برنامه های کامپیوتری متداول درآن زمان برای تحلیل سازه های فضایی موجود، برنامه کامل و جدیدی درباره هندسه و شکل سازه های فضایی بزرگ نوشته شد که می توانست به منظور تحلیل شبکه های چند لایه هرم ولکانو که در بالا شرح داده شد ، به کار رود .در اواخر دهه 1960 واوایل دهه 1970 ، بسیاری از اولین نمونه های سیستم های شبکه فضایی با نسل دوم چنین سیستم ها یی جایگزین شدند .
بخش لوله های شرکت فولادی انگلیسی شناخته میشود، سیستم نودوس ( NODUS ) را با دامنه کوچکی از گره ها ی اتصال استاندارد که متناسب با مقاطع لوله های تولیدی با اندازه های مختلف و ظرفیت های باربری متنوع بودند ، طراحی کرد .تمام اتصالات استاندارد برای شکست در شرایط خاص ، در مرکز تحقیقات کربی برای اثبات میزان موثر بودن ، آزمایش شدند وشبکه فضایی کامل به ابعا د 30.5*30.5 متر وبه ارتفاع 1.52 متر نیز ساخته و آزمایش شد .این سازه پس از آزمایش برچیده شد و برای استفاده در آزمایشگاه سازه های فضایی در دانشگاه سا ری در گیلفورد انگلستان دوباره نصب شد .در دهه 1980 کاربرد مقاطع ممتد از فولاد با نورد سرد برای اعضای فوقانی وتحتانی در خرپاهای فضایی بدون گره موجب توسعه سیستم های سبکتر و ارزانتری مانند سیستم هارلی ( Harley ) شد که ابتدا دراسترالیا به کاررفت. در این نوع شبکه فضایی اعضای ممتد در دو جهت عمود بر هم با مقاطع C شکل که پشت به پشت در گره ها به یکدیگر پیچ شده اند ، واقع می شود .دردهه 1980 واوایل دهه 1990 ، قاب فضایی کیوبی (CUBIC )و شبکه اسپیس ( SPACE )وسیستم شبکه فضایی کاندر هالی در انگلستان شناخته شد و به صورت قاب فضایی مدولار ، که توسعه یافته سیستم خرپای فضایی یونی با ت و نمونه اصلاح شده سیستم خرپای فضایی هارلی استرالیایی است ، ارائه شد .

هندسه شبکه های فضایی – تفکر در سه بعد :معماران و احتمالا بیش از آنان مهندسان ، برای پوشش دهانه های مختلف به سازه های مسطح ازقبیل تیرها ،خرپاها وقا ب های مسطح فکر میکنند .در بیشتر موارد در صورتی که طراحی به صورت سه بعدی انجام شود و برای دهانه های متوسط و دهانه های بلند از سازه های فضایی استفاده شود،مزایای بیشتری به دست می آید . در حقیقت همه سازه ها سه بعدی ودارای طول ، ارتفاع و ضخامتند . اگر چه تیرها وخرپاهای مسطح اغلب رفتار سازه ای دو بعدی دارند ، اما این عناصرسازه ای به طور کلی در یک صفحه د ر برابر بارهای وارده مقاومت می کنند. زمانی که دهانه سازه بیشتراز 10 متر میشود ، استفاده ازاعضای تیر د ر شبکه تک لایه ای اقتصادی نیست و خرپاهای با جان باز با شبکه های ویرندیل ممکن است جایگزین تیرهای توپر شود .
در این صورت سازه از دو شبکه موازی افقی که با یک الگوی عمودی یا مایل ازاعضای جان واقع در بین دو صفحه شبکه به هم متصل شده اند ، تشکیل میشود . این سازه سه بعدی به صورت کلی به عنوان شبکه های دو لایه یا شبکه های فضایی معرفی میشود ، همچنین اغلب بسته به نوع مهار بندی بین دو لایه و روش های اتصال اعضا به عنوان قاب فضایی یا خرپای فضایی شناخته می شوند . شبکه های دو لایه دلیل توانایی تقسیم وحمل بار در تمام سازه است و به عنوان یکی از کاراترین و سبک ترین سیستم های سازه ای شناخته می شوند .
عبارت " قاب فضایی " بیشتر توسط مهندسان و معماران برای توضیح انواع گوناگونی از شبکه های دو لایه ای که حتی ممکن است بارها را توسط رفتارهای سازه ای کاملا متفاوتی حمل کنند ، به کار می رود . انواع شبکه های فضایی به شرح زیر است :1- شبکه های دو لایه با اعضای ما یل جان 2-شبکه های دو لایه بدون اعضای ما یل جان حالت ( 1) بر اسا س رفتار خرپاها و سازه های کاملا مثلثی است که اغلب از میله هایی با انتهای مفصلی یا اعضایی که مابین گره ها متصل شده اند ، تشکیل شده است . در این نوع سازه ها که باید آن را خرپای فضایی نامید ، اگر بارها به طور مستقیم بر گره ها وارد شود ، اعضای درون شبکۀ فضایی ، نیروی کششی یا فشاری محوری را تحمل می کنند .درنوع (2) تقا طع اعضا به صورت قاب هاست وبه صورت مشابهی دارای اتصالات کاملا صلب هستند و در برابر بارهای وارده همانند رفتار قاب ها مقاومت می کنند . این شبکه های دو لایه قا ب فضایی واقعی هستند و اغلب به صورت پیش ساخته از مدول های سه بعدی تشکیل شده و یا اینکه از طریق جوش دادن اعضای منفرد به یکدیگر در محل ساخته می شوند . احتمالا کسب توانایی لازم برای تشخیص صحیح تفاوت های بین خرپای فضایی وقاب فضایی ، برای معمار به اندازه یک مهندس مهم نیست .در کاربرد رایج ، اصطلاح " قاب فضایی " اغلب به تمامی شبکه های فضایی اطلاق شده و بیشتر شامل سیستم های مدولاری است که در واقع خرپای فضایی می باشند .
پایداری خرپای فضایی :اگر چه پایداری سازه خرپای فضایی بر اسا س شکل هندسی حاصل می شود ، اما پایداری قاب های فضایی با اتصالات صلب ،بر اساس مقاومت خمشی اتصالات سازه آن ها به دست می آید . برای شکل دادن پایداری یک خرپا با اتصالات مفصلی متشکل از گره ها و اعضای محوری ، لازم است یک سازه مثلثی ساخته شود . در سازه خرپای فضایی مفصلی سه بعدی ( متفاوت با آنچه به عنوان فرمول ماکسول و قانون فوپل شناخته شده است ) که در آن ، شرایط زیر برای پایداری الزاما باید فراهم شود : n=3j – 6 n = تعداد اعضای سازه J = تعداد گره های سازه6 = کمترین عدد به عنوان عکس العمل های تکیه گاهی
از فرمول فوق می توان نتیجه گرفت اگر سازه ای دارای هندسه کاملا مثلثی نباشد ، با تامین تکیه گاه های خارجی اضافی و کافی میتوان آن را پایدار کرد.

1.               مزایای استفاده از شبکه های فضایی :1 ) تقسیم بار : اولین مزیت سازه های فضایی ، مشارکت اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار است . 2 ) نصب تاسیسات : به دلیل وجود فضای بازبین 2لایه شبکه های فضایی ، نصب تاسیسات مکانیکی و الکتریکی وکانال های هوا درون ارتفاع سازه ساده است .3 ) مقاومت : شبکه های فضایی ، سازه های مقاومی اند ، یعنی به طورکلی ، فروریختن تعداد محدودی ازاعضا ،لزوما منجربه فروپاشی سازه نمی شود . اگر چه در برخی مواقع ، استثنائاتی وجود دارد . یک نمونه جالب فروریختن خرپای فضایی سقف ساختمان مرکز شهری هارتفورد ،کا لیسئوم ، در ژانویه 1978 است .4 ) اجزای مدولار : شبکه های فضایی مدولارترین سیستم های سازه ای هستند که ازنصب اجزاء پیش ساخته به یکدیگرساخته شده اند. بر این اساس اجزای سازه با ابعاد بسیار دقیق و با کیفیت مطلوب تولید می شوند واغلب به راحتی قابل حمل و به جز برپایی به کار بیشتری نیاز ندارد .5 ) آزادی در انتخاب محل تکیه گاه ها : امکانات زیادی در انتخاب محل تکیه گاه وجود دارد . این قابلیت به معماران آزادی زیادی برای طراحی فضای زیر شبکه فضایی می دهد .6 ) هندسه منظم 7 ) سهولت نصب
معایب و محدودیت های شبکه های فضایی :1 ) هزینه هزینۀ این سازه ها گاهی می تواند در مقایسه با سیستم های سازه ای دیگر مثل قاب مسطح بیشتر باشد . این قضیه بیشتر در سازه های با دهانۀ کوچک دیده می شود . 2 ) هندسه منظم : با وجود اینکه هندسه منظم شبکه های فضایی اغلب به عنوان یکی از مزایای آن ها در نظر گرفته میشود ، ولی از برخی زوایا بسیار پیچیده و در هم به نظر میرسند .3 ) زمان نصب : این خصوصیت نیز از مزایای شبکه های فضایی است ، اگر چه یک نگاه منتقدانه به شکل های فضایی بیان می دارد که تعداد و پیچیدگی گره ها ممکن است سبب طولانی شدن زمان نصب در محل اجرا شود.4 ) مقاومت در برابر آتش سوزی : شبکه های فضایی اغلب در ساخت بام مکان هایی که به مقاومت در برابر حریق نیا زی ندارند ، به کار می روند .
تعریف شبکه :
رفتار سازه های مشبک فضایی قابل مقایسه با صفحات مسطح است و قبل از پیشرفت درمحاسبات دیجیتالی سریع ونرم افزارها ی تحلیل سازه های سه بعدی مناسب ، نیروی داخلی اعضای شبکه های فضایی با استفاده از محاسبات دستی بر پایه تئوری صفحات تعیین میشد .
فناوری کامپیوتر ها طی دهه های 1980 و1990 به سرعت تغییر کرد .امروزه می توان تعداد زیادی شبکه فضایی را به عنوان سازه عضو و گره مجرد بر روی صفحه نمایش کامپیوتر در کمترین زمان ، بسته به اندازه وپیچیدگی شکل و بارگذاری آن تحلیل و مد ل کرد . برای تحلیل سازه ای ،تعیین اطلاعات سازه و مشخص کردن محل گره ها لازم است . همچنین جهت ،محل و مشخصا ت فیزیکی هر عضو ، نوع اتصا ل بین میله ها و گره ها ومحل و درجه مقید بودن برای هر تکیه گاه مشخص شود .کارخانه های تولید شبکه های فضایی اغلب برنامه های کامپیوتری ازقبل پردازش شده ای مخصوص تولیدات خود برای مختصات گره ها ، فهرست اعضا و توضیح اینکه کدام یک از اعضا به کدام گره در شبکه های سازه متصل می شوند ، دارند .هنگامی که مشخصات کمٌی شکل یک سا زه فضایی مشخص شده باشد ،می توان از محاسبات بیشتری برای ایجا د فرم های سا زه ای پیچیده تر استفاده کرد . پردازش شکل ، همانطور که گفته شد ، ممکن است از طریق نرم افزارهای کامپیوتری که برای تولیدات کارخانه های سازنده توسعه یافته ،انجام شود یا اینکه توسط برنامه هایی مانند : فرم (Formian ) بر پایۀ جبر فر مکس ( Formex ) که توسط پروفسور هوشیار نوشین در دانشگاه ساری گیلفورد انگلستان توسعه یافته است ، صورت گیرد .پیشرفت بیشتر در تولید پردازش شکل شبکۀ فضایی از مبادلۀ اطلاعات بین نرم افزارطراحی با کامپیوتر ( CAD ) که برای ترسیمات مهندسی و معماری به کار می رود ونرم افزارهای تجزیه و تحلیل سازه حاصل میشود

  1. هندسه های پیچیده :شبکه های فضایی فقط به سطوح صا ف محدود نمی شوند وممکن است به اشکا ل هندسی پیچیده تری از قبیل طاق گهواره ای ، گنبد ، سطوح سهمی هذ لولی و حتی سطوح با فرم های آ زاد تولید شوند . برخی نمونه های ساخته شده مانند : مجموعه ورزشی سنت جردی ، استادیوم آنوئتا سن سباستین اسپانیا( طا ق گهواره ای) ،سا لن ورزشی پالافولس ومرکزبنتا ل است . محل قرارگیری تکیه گاه ها :انتخاب بهترین محل تکیه گاه ها در شبکه های فضایی همراه با بیشترین مزایا ،به فرم پلان سازه ومحدودیت های معماری بستگی دارد . با توجه به شکل شبکه ممکن است تکیه گاه ها به گره های فوقانی یا تحتا نی وصل شوند . در مورد اول ، اعضای جا ن که درمجاورت تکیه گاه ها واقع شده اند ، اغلب تحت کشش و در مورد دوم تحت فشا رند .برخی از حالات محل قرارگیری تکیه گاه ها برای بارهای یکنواخت در پلان مربع شکل عبارتند از:
    1- شبکه فضایی به شکل مربع روی مربع جا بجا شده با گره های تکیه گاهی در تمام لبه ها .
    2- شبکه فضایی به شکل مربع روی مربع جا بجا شده با گره های تکیه گاهی فقط در گوشه ها .
    3 - شبکه فضایی به شکل مربع روی مربع جا بجا شده با گره های تکیه گاهی در گوشه ها و وسط لبه ها .
    4 - شبکه فضایی به شکل مربع روی مربع جا بجا شده با گره های تکیه گاهی فقط در وسط لبه ها .

    مصا لح شبکه های فضایی :
    بیشتر سیستم های شبکه های فضایی به عنوان سا زه ساختمان ها ، ا ز فولاد ساخته می شوند، اگر چه آلومینیوم نیز به صورت گسترده ای به کار می رود واز چوب ، بتن و پلاستیک مسلح هم استفاده می شود . به صورت خیلی نا متعارف ، در سازه های آ زمایشی تیر هایی از جنس با مبو مشاهده شده وحتی شیشه هم درخرپاهای فضایی وجود داشته است، ولی این موارد فقط د رمورد مجسمه ها به کارگرفته شده است. برای لوله ها و مقاطع ا ز فولاد نرم و فولاد با درجه جاری شدن بالا ، برای اعضا ی شکل داده شده از نوار های فولادی به صورت سرد و برای قسمت های ریخته گری شده از آهن گرافیت کروی استفاده می شود .این اعضا اغلب به صورت گالوانیزه یا رنگ شده هستند . سیستم های شبکه های فضایی :به اغراق ، امروزه صدها سیستم شبکه فضایی مختلف از زمانی که اولین نمونه آن ها در 50 سا ل قبل به صورت تجاری مطرح شد ، توسعه یافته است. در سرتا سرجهان ، همه ساله سیستم های جدیدی به بازارمی آید.سیستم های شبکه فضایی تجاری به طور کلی می توانند به سه دسته تقسیم شوند: گروه اول سیستم هایی که از اعضایی که ما بین گره ها قرار دارند ، تشکیل شده اند واغلب به سیستم های " قطعه کوچک " معروف اند ( به عنوان مثا ل سیستم نودوس NODUS و مرو MERO ). گروه دوم ، سیستم هایی که اعضای ممتد ( مانند سیستم های شبکه space و unibat ) تشکیل شده اند . گروه سوم آنهایی که ازمدول های پیش ساخته کارخانه ای تشکیل شده اند ( مانند سیستم های ABBA Dekspace و MERO DE )
  2. طراحی و ساخت :عواملی از قبیل :رفتار سا زه ای اعضا ، نسبت دهانه به ارتفاع ، جزئیات تکیه گاه ها ، درستی اندازه ها ، پیش خمیدگی ، پوشش نهایی و شیشه ها ، نصب ، رفتار در مقابل آتش سوزی و رفتا رتحت نیروهای زلزله بر طراحی و ساخت شبکه های فضایی تا ثیر می گذارند .
    رفتار سازه ای : دو عامل از مهمترین ملاحظات سازه ای درطراحی اعضای خرپای فضایی ، کمانش اعضای فشاری و اعضای مها ری جان ونیزطراحی گره ها برای تا ثیر وکارایی در انتقا ل نیروهای محوری بین اعضا و گره ها برای به حداقل رساندن تاثیر خمش ثا نویه است. نسبت دهانه به ا رتفاع برای شرایط تکیه گاهی متفا وت :تعیین نسبت اقتصادی دهانه به ارتفاع برای سا زه ها ی مشبک فضایی مشکل است ، چرا که آنها از شرایط تکیه گاهی ، نوع با رگذاری وتا حد زیادی ازسیستم مورد نظر تا ثیرمی پذیرند . زد ، اس ، ماکوسکی ا ظها ر د اشته که نسبت دها نه به ا رتفاع ممکن ا ست ا ز 20 تا 40 ، بسته به صلبیت سیستم مورد استفاده تغییر کند . نسبت دهانه به ارتفاع بزرگ تر را در صورتی می توان به دست آورد که تمام ( یا بیشتر ) گره های پیرامونی بر روی تکیه گاه قرار داشته باشند. این نسبت زمانی که گره ها فقط درنزدیکی گوشه ها بر روی تکیه گاه ها نگه د اشته شده با شند ، به حدود 15الی 20 کاهش می یابد .
    روش های نصب :
    شناخته شده ترین روش های به کار رفته عبارتند از:1- نصب تمام مدول ها یا اعضای مجرد شبکه فضایی در یک سطح یا داربست موقت ، در محل شکل دائمی آن ها .2- نصب اعضای شبکه فضایی یا مدول ها به وسیله اتصا ل طره شده به بخش های موجود با م ، در محل اصلی که در این مورد اغلب زیر مجموعه های کوچک یا مجرد اعضا توسط جرثقیل به محل مورد نظربرده می شوند .3- نصب اعضای شبکه فضایی یا مدول ها در بخش های بزرگتر ( اغلب روی زمین یا دال یک طبقه ) ، قبل از بالا بردن آ ن ها توسط جرثقیل و نصب آ ن ها در هوا به قسمت هایی از شبکه که قبلا نصب شده است .4- نصب تمام شبکه در یک مرحله بر روی زمین ، قبل از بالا بردن آ ن بر روی تکیه گاه های دا ئمی توسط جرثقیل.5- نصب یک بخش یا تمام شبکه فضا یی بر روی زمین پیش ا ز بالا بردن آ ن در موقعیت نها یی روی تکیه گاه های موقت یا د ا ئمی.

 

 

+ نوشته شده در  پنجشنبه سی و یکم فروردین 1391ساعت 21:11  توسط M421  | 

 





Powered by WebGozar