سازه فضاکار به زبان ساده :
مجموعه ای از سیستم های سه بعدی و اجزای متصل به هم می باشد. این سازه ها در اثر نگهداری یا انتقال نیرویی که به آن وارد آمده تحت فشار و کشش قرار دارند.
شبکه سه بعدی این سازه ها از مدول های یکسان و متناوب ساخته شده اند. در بالا و پایین مجموعه سازه، ردیف های موازی وجود دارد که به ساختمان سه بعدی خرپا و لایه های موازی بالا و پایین آن شباهت دارد.
سازه فضایی چیست؟
به مجموعه سازه ای که از واحد های مثلثی شکل، مانند خرپا استفاده شده است سازۀ فضایی گفته می شود. این سازه های فضایی به منزلۀ پوششی برای دهانه هایی است که دارای تکیه‌گاه های کمتری هستند. خرپا های مثلث شکل، استحکام شبکه های فضایی را تامین می کنند و باعث انتقال لنگر های خمشی، بار های کششی و فشاری به اجزای محوری خرپا می شوند. نکتۀ جالب توجه این است که اصطلاح «سازه فضایی» و «سازه فضاکار» به جای یکدیگر و ظاهراً هم معنی استفاده می شوند اما مفهوم متمایزی از یکدیگر دارند. سازه های فضایی عموماً در فضا های خارجی و برای پوشاندن مناطق بزرگ ساخته می شوند.
طراحی یک سازه فضاکار:
بخش مهم معماری، فرآیند طراحی است که در آن نقشه ای از سازه تهیه می شود، زیرا اساس سازه های بزرگ را پایه ریزی می کند. ایجاد یک ساختار معماری نیاز به مهارتهای بسیار خلاقانه و ابتکاری برای تولید طرح نهایی دارد.
سازه های فضاکار معمولاً با استفاده از ماتریس سختی طراحی می شوند. ساده ترین شکل سازه فضاکار یک صفحه افقی از اهرام چهارگوش به هم پیوسته است که از میله های آلومینیومی ساخته شده است. برای ایجاد تغییرات پیچیده تر ضلع ها را به منحنی تغییر می دهند یا ممکن است از اشکال هندسی دیگری استفاده کنند.
اجزای سازه های فضاکار
در سازه های فضاکار اجزا و اتصالات مختلفی به عنوان پوشش برای ساخت سقف یا پوشش سقف آلومینیومی و دیواره های فضایی آن استفاده می شوند. از اجزا این سازه ها می توان ساندویچ پانل، پلی کربنات، ورق های گالوانیزه ساده و رنگی، شیشه، عایق و سایر پوشش های دیگر را نام برد.
انواع سازه فضاکار براساس ساختار
سازه های فضاکار در انواع مختلفی ساخته می شوند. انواعی از آن ها که بیشترین استفاده را دارند شامل:
- شبکه های چیلیکی
- شبکه های تخت یا تخت شیبدار
- شبکه های گنبدی شکل یا قوسی
- شبکه های دیسکی و هرمی
- شبکه های سینوسی و نیم قوس
و …
همچنین تقسیم بندی فرم و ساختار سازه فضاکار از لحاظ کاربرد و بهینه سازی به این صورت است:
- شبکه های دولایه و سه لایه
- سازه های فضاکار چیلیکی
- سازه های فضاکار گنبدی
- سازه های فضاکار تاشو
- سازه های فضاکار بازشو
- سازه های فضاکار ماهواره ای
- پل های سازه فضاکار
شبکه های دو لایه در سازه فضاکار
شبکه های دولایه یکی از رایج ترین انواع سازه های فضاکار هستند. ساختمان شبکه های دولایه از کنار هم قرار گرفتن صفحات موازی تشکیل شده اند و توسط لایه ها و عناصر میانی به یکدیگر متصل هستند.
شبکه های سه لایه در سازه فضاکار
شبکه های سه لایه از سه بخش در سقف سازه فضاکار تشکیل شده اند. شبکه فضایی در سقف های سه بعدی یا سه لایه به وسیلۀ دو صفحه رویین و زیرین در سقف سازه و یک صفحۀ میانی ساخته می شوند. کاربرد این نوع شبکۀ سه لایه در پایداری سازه هایی با دهانۀ بزرگ نقش مهمی ایفا می کند.
سازه فضاکار چیلیکی
در این نوع سازه های فضاکار، شبکه های تک لایه، دو لایه یا چند لایه به یک فرم قوسی که از یک جهت دارای انحنا می‌باشد، تبدیل می شود. به همین دلیل به آن «چیلیکی» گفته می شود.
سازه فضاکار گنبدی
به سازه هایی که در ساخت آن ها، انحنای سقف و پوشش شبکه از دو جهت دارای قوس می باشد، سازه فضاکار «گنبدی» گفته می‌شود.
سازه فضاکار تاشو
به سازه هایی که پتانسیل باز و بسته شدن در شرایط مختلف را دارند، سازه فضاکار تاشو گفته می شود. این نوع سازه ها برای شرایطی که محدودیت فضایی وجود دارد، در موقعیت ها و ابعاد مختلف قابل استفاده هستند. همچنین سازه های فضاکار تاشو در شرایطی که امکان استفاده از مصالح برای ساخت سازه وجود ندارد، نقش مهمی دارند.
سازه های بادشو
سازه های فضایی بادشو برای مصارف خاصی طراحی شده اند و از جنس پلاستیک یا لاستیک ساخته می شوند. این سازه در هنگام استفاده با پمپ باد پر شده و کاربری ویژه ای دارند. از نمونه های کاربری این نوع سازه می توان ساخت ساختمان «سیرک» را نام برد.
سازه ماهواره ای
سازه های ماهواره ای با ساختار و عملکرد منحصر به فرد خود برای خنثی کردن تنش های مکانیکی در ارتفاعات بالا استفاده می شوند. این نوع سازه ها در برج های مخابراتی و خطوط انتقال نیرو مورد استفاده قرار می گیرند.
سازه پل فضاکار
سازه پل فضاکار از اتصال و ترکیب دو یا چند خرپای ساده ساخته می شوند که خرپای مرکب نام دارند. از این نوع سازه در ساخت و اجرای پل ها استفاده می شود تا پایداری نیروی های وارده بر آن را تامین کند.
انواع سازه های فضاکار بر اساس مصالح
ماده اولیه و مصالحی که در ساخت سازه های فضاکار مورد استفاده قرار می گیرند، بر حسب نوع کاربرد آن ها در شرایط مختلف انتخاب می شوند. تنوع در نوع مصالح مصرفی ساخت سازه ها، نکته قابل توجهی برای چگونگی تقسیم بندی آن ها است. سازه های از جنس فولاد یکی از انواع سازه های فضایی است که بر اساس نوع ماده اولیه کاربردی در آن به انواع سازه های فولادی، آلومینیومی و چوبی تقسیم بندی شده اند.
سازه های فولادی
از مواد اولیه رایج در ساخت سازه فضاکار آلیاژ «فولاد» می باشد. این ماده اولیه پرکاربرد، از لحاظ ویژگی های مکانیکی و فرم پذیری؛ کاربری گسترده ای در ساخت انواع سازه های فضاکار ارائه می کند. از ویژگی های مهم آلیاژ فولاد می توان به سبک بودن، دسترسی پذیری، سختی و جوش پذیری آن اشاره کرد.
سازه های آلومینیومی
در کنار مواد اولیه فولادی، می توان از اجزا ساخته شده از «آلومینیوم» برای اجرای سازه های فضاکار بهره برداری کرد. سبک بودن و مقاومت آلومینیوم در برابر خوردگی از ویژگی های قابل توجه آن هستند.
سازه های چوبی
از مصالح مرسوم مورد استفاده در ساخت سازه های فضاکار «چوب» بوده است. سبکی و مقرون به صرفه بودن چوب، آن را به یک ماده اولیه متداول برای ساخت سازه تبدیل کرده است. سازه های چوبی در ساخت سالن های ورزشی و مدارس کاربرد دارند.
کاربرد سازه فضاکار
سازه های فضاکار برای استفاده در ساختمان هایی با طراحی مدرن و کاربری تجاری و صنعتی، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین سازه فضاکار امکان ساختن سازه های فاقد ستون، دارای دهانه بزرگ و مرتفع را فراهم می کند. ساخت پارکینگ های طبقاتی، سالن اجتماعات، سینما و آمفی تئاترها، ایستگاه های راه آهن و ترمینال ها، دکل های انتقال نیرو، برج های مخابراتی و رادیویی نیز از موارد استفاده سازه های فضاکار هستند.
مزایای سازه فضاکار
سازه های فضاکار مزیت های قابل توجهی به همراه دارند. زیبایی سازه اجرا شده، عدم استفاده از عملیات جوشکاری هنگام نصب به دلیل مهره ای بودن اتصالات، کم وزن بودن سازه، منعطف بودن آن در مقابل باز و بسته شدن و امکان جا به جایی، امکان تولید سازه در فضای کارخانه، قابلیت تغییرپذیری در سازه اجرا شده، ایمنی قابل توجه و ایجاد امکان ساختن سقف های افقی در فضا های داخلی از مزیت های سازه های فضاکار بر شمرده می شوند.
- درجه آزادی بالا به دلیل اتصالات مفصلی که باعث مقاومت بالای سازه در برابر ضربه و ارتعاش داشته باشد.
- مقاومت در برابر آتش سوزی
- سرعت بالای طراحی، تولید واجرا
- پوشش سبک
- نورگیری مناسب
- مقاوم در برابر کمانش
- ایجاد فضای وسیع بدون ستون یا با کمترین ستون قابل استفاده برای هرگونه معماری داخلی
- وجود فضای خالی بین شبکه سازه های فضاکار برای عبور تاسیسات برقی و مکانیکی
- ضریب ایمنی بالا
- نصب آسان بدون جوشکاری
- هزینه پایین
همه ویژگی های فوق با هم ترکیب میشوند و ساختارهای سازه فضایی را بسیار سبک، کاربردی، زیبا و مقرون به صرفه می کنند. آنها انعطاف پذیری بیشتری را از نظر ادغام ویژگی های مختلف سبک زندگی در ساختار به شیوه ای بسیار بصری ، هوشمند و بدون دردسر ارائه میدهند.
پرسش های رایج درباره ی سازه فضاکار
- سازه های فضاکار به چه نوع سازه هایی اطلاق می شوند؟ این سازه ها شبکه هایی سه بعدی و ساخته شده از اجزای مثلثی شکل هستند. سازه فضاکار برای تحمل نیروی وارد شده بر آن، به طور دائم تحت فشار و کشش قرار دارد و در ساخت آن از اجزایی مانند خرپا استفاده شده است.
- سازه های فضاکار چه انواعی دارند؟ سازه های فضاکار به لحاظ نوع کاربری به سازه های فولادی، آلومینیومی و چوبی تقسیم بندی می شوند.
- سازه های فضاکار در چه بخش های اجرایی کاربرد بیشتری دارند؟ سازه فضاکار عموماً در ساخت سازه های بدون ستون و با دهانه بزرگ کاربرد بیشتری دارد. برخی از کاربرد های این سازه ها در پارکینگ های طبقاتی، سالن اجتماعات، سینما و آمفی تئاترها، ایستگاه های راه آهن می باشد.