سازه فضا کار چیست؟
به سازه ای که اصولا رفتار سه بعدی دارند،به طوریکه به هیچ ترتیب نتوان رفتار کلی آن را با یک یا چند مجموعه مستقل دو بعدی تقریب زد،سازه فضا کار نامیده می شود.(منظور سازه های سه بعدی خاصی هستند که معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشد.)
مصالح و مشخصات سازه فضا کار:
مصالح المان های طولی متنوع بوده ، و بسته به نوع مصرف آنها متغییر خواهد بود ولی معمولا از انواع پلاستیک ،پروفیل های فولادی و آلومینیومی ،مواد کامپوزیتی و حتی از چوب استفاده می گردد.
سازه فضاکار متشکل از اهرام مثلثی
سازه فضاکار متشکل از اهرام مثلثی بعنوان المان اساسی شبکه استفاده شده و در راس آن متصل میشوند.
در نتیجه این امر،تشکیل الگویی از شبکههای مثلثی در لایه بالایی که به صورت افست روی شبکههای لایهای زیرین قرار میگیرند را میدهند. اگر عمق شبکه های فضاکار برابر با طول وتر باشد همه اعضا طول یکسانی خواهند داشت. شبکههای فضاکار با اهرام مثلثی بازشو، میتوانند یکی درمیان حذف شوند. معمولا شبکههای مثلثی در لایه بالایی تشکیل میشوند در حالی که شبکههای شش ضلعی و مثلثی در لایه پایین قرار میگیرند. الگوی لایه پایین با توجه به روشهای مختلف حذف کردن، متفاوت میباشد.
این نوع از شبکههای فضاکار یک حس باز خوب به بیننده میدهد و کنتراست الگوهای آن بسیار موثر است.
انتخاب نوع شبکه
این انتخاب در مرحله اولیه طراحی شبکه دو لایه بسیارمهم است چون بر هزینههای کلی و سرعت ساخت و ساز تاثیر بسیار دارد.
این امر به صورت جامع با توجه به موارد زیر انتخاب میگردد:
-
شکل پلان ساختمان
-
اندازه دهانه ساختمان
-
شرایط تکیه گاهی
-
نیروهای بارگذاری
-
طریقه ساخت و ساز سقف
-
در نظر گرفتن الزامات معماری
به طور کلی سیستم باید طوری انتخاب گردد که شبکه فضاکار از اعضای کششی نسبتا بلند و اعضای فشاری کوتاه ساخته شود.
تکیه گاه های محیطی نسبت به ابعاد پلان
انتخاب نوع وزن سازه فضاکار متشکل از اهرام مثلثی، یکی از عوامل مهم برای مقایسه آنها است.
البته هزینههای ساخت نیز در صورت امکان باید درنظر گرفتهشود که به علت انواع مختلف اتصال و اعضا پیچیده است. با مقایسه مصرف فولاد، انواع مختلفی از شبکههای دو لایه با پلانهای به شکل مستطیل، تکیه گاههای محیطی نسبت به ابعاد پلان مشخص میشود که در اینجا به عنوان نسبت دهانه بزرگ به کوتاه تعریف میگردد.
این موضوع تاثیر بیشتری از طول شبکه های دو لایه بر قیمت سازه فضاکار هرمی دارد.
پلان مربع
وقتی که پلان مربع و یا نزدیک به آن است شبکههای مشبک دو جهته و تمام شبکههای فضاکار میتوانند انتخابشود.
از این انواع قطر شبکههای فضاکار با اهرام مربعی یا اهرام ناهمسان حداقل وزن فولاد را دارا میباشند. هنگامی که پلان باریک است شبکههای دو لایه با سیستمهای شبکهای متعامد در لایه بالایی مصرف فولاد کمتری را با سیستم شبکه بندی قطری خواهند داشت. بنابراین برای این پروژه انواع شبکههای زیر میتوانند مورد استفاده قرار گیرند:
-
شبکههای مشبک متعامد دو جهته
-
شبکههای فضاکار با اهرام مربعی متعامد
-
شبکههای فضاکار با بازشو
-
مربعهای ناهمسان
پلان بلند و باریک
هنگامی که پلان بلند و باریک است نوع شبکه مشبک یک جهته تنها گزینه است.
برای شبکههای دو لایه مربع یا مستطیلی شکل، که دارای تکیهگاه در ضلع محیطی خود بوده و در یک ضلع آزاد است، انتخاب نوع مناسب برای موارد مختلف اساسا یکسان میباشد. مرز در امتداد ضلع آزاد باید یا به وسیله افزایش عمق و یا تعداد لایه تقویت شود.در این پلان نیازی به سازههای مجزا مانند خرپاها یا تیرهای در امتداد ضلع آزاد نمیباشد. سازه فضاکار متشکل از اهرام مثلثی
اگر شبکههای دو لایه دارای ستونمیانی بهعنوان تکیه گاه باشند، میتوان از شبکههای زیر یکی را برای پلان برگزید:
- شبکههای مشبک دو جهته
- شبکه های فضاکار یا اهرام متعامد
- شبکههایی که دارای بازشو هستند
اگر تکیهگاه برای شبکههای دو لایه چند دهانه با تکیهگاهها در محیط ترکیب شوند، “شبکههای مشبک قطری دو جهته” و “شبکههای فضاکار با اهرام مربعی مورب” نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرد.
مشخصه های سازه فضا کار عبارتند از:
1- درجه آزادی بسیار بالا(اتصالات مفصلی):این مشخصه باعث می گردد که سازه در برابر ارتعاش و ضربه مقاومت زیادی داشته باشد.
2- استفاده بهینه از متریال
3- سرعت در تولید،نصب واجرا
4- استفاده از پوشش های سبک
5- تغییر مکان قائم بسیار کم
6- مقاومت بالا در آتش سوزی
7- ایجاد فضای وسیع ،بسیار مناسب برای هرگونه معماری داخلی
8- فضای بین لایه بالا و پایین شبکه سازه های فضاکار محل مناسبی برای عبور تاسیسات برقی و مکانیکی است.
9- تاکید این سامانه در عدم یا حداقل استفاده از ستون های مبانی که تاثیر بسیار مثبتی در استفاده چند منظوره از فضا دارد از جمله فضاهای ورزشی.
10- مقاومت کافی در برابر کمانش
11- استفاده مناسب از نور
قاب های فضاکار
قابهای فضاکار دارای تنوعی از شکل و گونه بوده و میتواند از یک ماژول استاندارد برای تولید سازه فضاکار هرمی مسطح مختلف و پوستههای مشبک استفاده کند. زیبایی بصری و سادگی قابل توجه خطوط در قابهای فضاکار برای معماران ارزشمند است. روند بسیار قابل توجهی وجود دارد که در آن اجزای سازهای رابه عنوان یک بیان معماری به صورت نمایان (اکسپوز) اجرا میکنند .
قابهای فضایی همیشه راهحل مطلوب نیاز به آزادی برای تاثیر بصری و همچنین توانایی فراهمنمودن فضاهای مورد نیاز متنوع بودهاست .
یک مثال: قاب بندی سقف برای یک گنبد دایروی شکل
برای این سازه از آنجایی که عمق یکسان است، سختی هرخرپای مشبک باتوجه به دهانهاش متفاوت است .
خرپاهای مشبکی که دارای دهانه کوتاهتر هستند، می توانند به عنوان نوعی تکیهگاه برای خرپاهای دارای دهانه بزرگتر محسوب شوند، که بدین طریق عملکرد فضایی بیشتری حاصل میشود.
در شبکههای مشبک سه جهته، تمام اعضای افقی بازاویه 60 همدیگررا قطع نموده و تشکیل شبکههایی از مثلثهای متساوی الاضلاع را میدهند. این سیستم صلب و کارآمد است که برای ایجاد سازههای دارای شکل عجیب، مانند مدور و شش ضلعی قابل استفاده است. جزئیات اتصال اعضای متعدد دریک نقطه ،که دربدترین حالت 13 عضو دارد، بسیار پیچیده است. شبکههای مشبک یک جهته این سیستم از یک سری خراپاهای مشبک شیبدار برای ایجاد یک فرم تاخورده تشکیل شده است. درراستای دهانه فقط اعضای افقی وجوددارد،
درنتیجه، عملکرد یک جهته غالب بوده و مهاربندی افقی در محیط سازه برای افزایش سختی کلی الزامی است.
سازه های فضاکار هرمی مربعی
شبکه های فضاکار باهرم های مربعی متعامد
” افست مربع روی مربع ”
این فرم یکی از شایعترین الگوهای قاب است که لایه شبکههای مربعی بالایی روی لایه شبکههای پایینی قرار میگیرد.
مازاد بر این که دو عضو افقی بالا و پایین دارای طول برابر هستند، اگر زاویه بین اعضای افقی و اعضای قطری 45 درجه باشد،همه اعضای این شبکه فضایی دارای طول یکسان خواهند بود. المان اساسی این شبکه، یک سازه فضاکار هرمی مربعی است که در برخی از سیستمهای اختصاصی به عنوان واحدهای پیش ساخته برای تشکیل این نوع از شبکه فضاکار استفاده میشود.
شبکه های فضاکار با هرم های مربعی متعامد با بازشو
” افست روی مربع به همراه بازشوی داخلی مربع روی مربع بزرگتر ”
در الگوی قاب بندی این شبکه اهرام مربع داخلی حذف شدهاند تا شبکههای بزرگتری را در لایه زیری ایجاد کند و چنین اصلاحاتی منجر به کاهش تعداد کل اعضا و در نتیجه وزن سازه می شود. این امر از منظر بصری نیز موثر خواهد بود؛ زیرا باز بودن بیشتر فضای شبکهها، تاثیر معماری چشمگیر ایجاد میکند.
لازم به ذکر است که در این سیستم میتوان از پنجرههای سقفی نیز بهره برد.
شبکه های فضاکار هرمی مربعی ناهمسان
این نوع سازه فضاکار متشکل از اهرام مثلثی یک نمونه از شبکههای ناهمسان است.
دو صفحه شبکههای فضاکار با زاویه 45 نسبت به هم قرار دارند و این امر سختی پیچشی را به طور موثر افزایش خواهد. شبکهها به صورت متعامد در لایه بالایی و قطری در لایه پایین چیده میشوند که این سیستم یکی از کارامدترین سیستمهای قابی است که دارای اعضای وتر بالا کوتاهتر برای مقاومت در برابر فشار اعضای قطری پایینی بلندتر برای مقاومت در برابر کشش است.
حتی با حذف تعداد زیادی از اعضا این سیستم هنوز هم پایدار است و هم از منظر زیبایی خوشایند میباشد.
سازه فضاکار هرمی مربعی مورب
” مربع در مربع قطری با بازشوهای داخلی ثطری روی مربع ”
این نوع از شبکه فضاکار نیز چیدمان ناهمسانی دارد و از هرم های مربع شکل تشکیل شده که در راس به هم متصل شدند و اعضای کمتری در گرهها بهم می رسند.
جزییات اتصال نسبتا سادهاست زیرا فقط 8 عضو در اتصال عضو قطریبالایی و 8 عضو در اتصال عضو قطریپایینی وجوددارند.