سازه های فضاکار
شاید در ابتدا هزینه ساخت سازه های فضاکار و فضایی ، نسبت به سازه های معمول بیشتر باشد، اما در دراز مدت بهرهوری افراد ساکن در این سازه بیش از افرادی خواهد بود که در سازه های خرپایی ماهیچه ای مشغول به کار هستند و این مسئله خود منجر به افزایش تولید و افزایش سود خواهد شد. مقطع مورد استفاده در این سازه ها، معمولاً مقاطع دایروی توپرو یا تو خالی، قوطی، نبشی و سایر انواع مقاطع میباشد. مقطع عمده مورد استفاده در سازه ها، لوله میباشند. این سازه ها معمولاً برای پوشش دهانه های وسیع که در آن امکان استقرار ستون میانی وجود ندارد، مناسب است. برای مثال، سازه های فضاکار را میتوان برای پوشش سالن های سینما، فروشگاه های بزرگ، ساختمان های صنعتی و سایر موارد مشابه طراحی و اجرا کرد. سرعت بالای تولید و نصب این سازه ها، یکی از مهم ترین مزایای این سازه ها محسوب میشود.
سازه فضایی
تقسیم بندی این سازه ها از دیدگاه های متفاوتی انجام میشود که از جمله آنها میتوان تقسیم بندی بر اساس ساختار و دسته بندی بر مبنای فرم و نوع اتصالات را نام برد.سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه بعدی است که دهانههای آن در دو جهت گسترش یافتهاند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازهها از مدولهای یکسان و تکرار شونده با لایههای موازی در بالا و پایین (مشابه میلههای فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل میگردندسازه فضاکار، به مجموعه سازههای مشابهی اطلاق میشود که شامل شبکهها، طاقها، برجها، شبکههای کابلی، سیستمهای پوستهای و غشایی، سازههای تا شونده و ترکیبات کش بستی میشود. این تعریف، یک تعریف ریخت شناسانه از سازههای فضا کار است
گوی های اتصال سازه فضایی مرو
گوی های اتصال در سازه فضایی مرو از جنس آلياژ فولاد فرچ شده كوبين كاري شده سيكا 15 ميباشد.
مهمترين عيبéسيكا 15 اينست كه چنانچه نيازبه جوش روي آن باشد،
جوش پذيري خوبی ندارد و بايد باپيش گرمايش امكانجوش روي گوي را فراهمنمود.
گوی های اتصال استاندارد با زواياي مابين پيچ برابر 15 درجه ميباشد.
ضخامت هاي معمول گوي ها از 33-13 ميليمتر تا 03 سانتيمترمتغير می باشد
قطر معمول خارجی گوي ها به طور استاندارد در اندازه هاي 053-003-003-33-13 سانتی متري ميباشد.
آنچه در طراحی اتصالات بخصوص طراحی گوي ها حائز اهميت است بررسی عدم تداخل بولت هاي درون آن می باشد
كه اين مورد می تواند با نرمافزار هاي جانبی يا بصورت دستی كنترل گردد.
همچنين اگردر محل اتصال پيچ ها از داخل بسته و محكم شوند اتصال انعطاف پذيري بيشتري خواهد داشت.
مخروطي: جهت ملاحظات هندسی در محل اتصال المان به گوی های اتصال ازقطعه مخروطی شكل فولادي كه بهلوله جوش می شود استفاده میگردد.
اين قطعه داراي دو نوع كششی وفشاري می باشد.مهمترين نقش آن جلوگيري از تراكم لوله ها در نزديكی گوی های اتصال ميباشد.
لوله:
عضو ديگر سازه ها كه جهت تحمل نيروهاي محوري )كششی، فشاري( بكار می رود لوله ها میباشند كه دو انتهاي آن بريده شده و سرآن بوسيله قطعه مخروطی كه اتصال آن را با سايرقطعات امكان پذيرمیسازد، جوش می شود. لوله هايی كه در خرپاي سازه فضاكار استفاده ميشود 1 متري ميباشد كه براي جلوگيري از هدر رفتن مصالح در قطعات 0 و 0 متري برش داده ميشود. لذا براي اعضاي سازه هاي فضاكار اعضاي با طول ومقاطع يكسان و در طول 0 يا 0 متر پيشنهاد شده است .توصيه شده است تمامی لوله هاي يك سازه فضاكار تا حد امكان با طول مساوي انتخاب شود و تنها نقطه تمايز آنها در نواحی پر تنش، افزايش ضخامت درونی فوالد لوله باشد.چنانچه براي يك شبكه تخت دواليه از لوله هاي به اندازه 0 متر استفاده شود .
ارتفاع شبكه برابر 0.0 متر خواهد بود كه بيشترنمونه هاي اجرايی مخصوصا براي سالن هاي صنعتی به اين تيپ ميباشد.
پيچ:
يك اتصال جدا شدنی بوده و جهت انتقال نيرو از آن كمك گرفته می شود. نيروي كششی از گل پيچ به نشيمنگاه مخروطی انتقال پيدا می كند. پيچ هاي اين سيستم داراي كالس سختی باال )9.9 و 3.03 )میباشند. بولت هاي رايج از نوع هاي خاص M64-M32-M27-M24-M20-M12 ميباشد كه به طور اختصاصی براي سازه هاي فضاكار همراه با تعبيه پين هاي كنترل كننده با طول هاي متفاوت ساخته ميشود كه طول بولت ها بستگی به نيروهاي كششی طرح دارد. در طراحی اتصاالت مهمترين نكته بررسی هندسه گوی های اتصال و عدم تداخل طول رزوه پيچ هاي درونگوی های اتصال ميباشد.
قطر گوی های اتصال :
معمولا قطر گویهای اتصال در سازه فضایی مرو را دست بالا انتخاب ميكنند تا تعداد تيپ هاي موجود كاهش يابد.همچنين در لولههاي اتصال مرو)MERO( )شكل 9 )براي ورود پيچ در محل اتصال پس از ميزان نمودن لوله سوراخی در نقاط انتهايی لوله ها تعبيه شده است گه اگرچه مقاومت هم وند ها را می تواند تا حدي كاهش دهد اما براي خروج وتبخير آب ميتواند مفيد باشد. اگرهم وند در فشار باشد: نيرو از عضو مخروطی و از آن به وسيله اسليو و از طريق سطح صاف به گوي منتقل ميگردد. اما اگرهم وند ها در كشش باشند: پيچ ها و طول رزوه شده درون گوی های اتصال بيشترين تاثير را در انتقال نيرو دارند.
اسليو (غلاف):
مهره اي می باشد كه در فشار عمل می كند و جهت محكم نمودن پيچ ها در داخل گوی های اتصال نيز استفاده می شود. اسليوها به دو شكل شياردار و سوراخ دار توليد می شوند كه توسط پين به پيچ متصل می گردند. جهت محكم كردن و اطمينان از ورود كافی بولت درون رزوه از اسليو يا غالف استفاده ميكنند كه طول آن بستگی به نيروي موجود در اتصال و طول بولت دارد. پين روي اسليو (غلاف)براي كنترل ميزان فرورفتگی پيچ درون گوی های اتصال تعبيه گرديده است.غالف ها در دو نوع فرچ كاري يا نوع استفاده ازدستگاه تراشكاري اتوماتيك CNC توليد میشود.
طراحي سازه هاي فضايي
بارهاي موثر در طراحي سازه های فضاكار بارهاي مختلفی در طراحی سازه های فضاكار تاثير گذارند كه طراحان بداليل متعدد به طرق مختلف اين بارهارا به سازهها وارد می كنند و علت اصلی تفاوت در عملكرد طراحان نبودن يك آئين نامه منسجم وكامل در زمينه طراحی اين گونه سازه ها است. ما در اين قسمت به اختصار بارهاي وارد بر سازه فضاكار را شرح می دهيم.بار مرده بـــار مرده وارد بر سقف برابر مجموع وزن لوله هاي سازهفضايی، پوشش سقف و تاسيسات ملحق به سازه میباشد.جزئيات احتساب بار مرده سقف با تــوجه به بـار پوشش و تاسيسات احتمالی متصل به سقف بصورت ذيل میباشد: – وزن پوشش و زير سازي مربوطه – وزن شبكه سقف – بار تاسيسات ملحق به سقف بارهاي فوق به نسبت مساحت سهم هر گره به گرههاي اليه فوقانی سقف تخصيص داده می شود.
بار زنده (سر بار برف)
نحوه بدست آوردن بار برف از طريق آئين نامه هاي ساختمانی ايران به شرح زير میباشد:
از آنجايی كه بار زنده حاكم بر طرح بار برف است كه با توجه به شـدت سرماي منطقه و آئين نامه هاي طراحی براي هر متر مربع تصوير افقی سطح از رابطه ذيل محاسبه می شود.
در اين رابطه: Ps :بار مبناي برف Cs :ضريبی است بنام ضريب اثر شيب كه بصورت مقابل محاسبه می شود
A :مساحت بارگير سهم گره بر سطح افقی
P :سر بار زنده برف سهم گره هاي اليه فوقانی
در نظرگرفتن اثرات ناشی از بارگذاري نا متقارن گوی های اتصال طبق آييننامه های طراحی در صورتی كه 150 ≥αالزامی
است و بار برف نامتقارن در محاسبات بايد منظور شود. نحوه اعمال برف نامتقارن بدين صورت است كه بار برف
نيمی از سقف حذف و نيمه مقابل 03 %افزايش داده می شود.
بار باد
با در نظرگرفتن شكل خاص سازه، ارتفاع آن و محصور بودن يا نبودن بين ساختمانهاي مجاور مقدار نيروي
بادرا از روابط مربوطه بدست آورده و با نيروي ناشی از زلزله مقايسه میكنند، ازاين دو نيرو هركدام حاكم باشد
بعنوان نيروي طراحی در نظر گرفته می شود.
بار جرثقيل
در نظر گرفتن نحوه نصب سازه هاي فضاكار در محل اجرا يكی از وظايف طراحان است با توجه به وزن قابل قبول و نسبتا زياد اين سازهها هنگام نصب بايد نيروهاي ناشی از وزن اين سازه ها كه در اثر باال كشيدن آنها با جرثقيل يا هر وسيله ديگري كه انجام میگيرد در طرح در نظر گرفته شود و نقاط اتكايی حتما مشخص گردد.
هنگامنصب بهتراست كه از پيونده ها براي بالاكشيدن سازه گرفتهشود نه ازالمانها، زيرا المانها ضعيفتر بوده وامكان كمانش درآنها زياداست.
نحوه طراحي المانهاي سازه هاي فضايي طراحی المانهاي سازه فضاكار بصورت المان خرپايی و بر اساس نيروهاي خروجی آناليز انجام میپذيرد، ترتيب كه در مرحله اول سايز دلخواهی براي المان ها حدس زده و بر اساس آن سازه آناليز می گردد.
سپس از نتايج آناليز نيروهاي ماكزيمم كششی و فشاري مربوط به هر عضو سازه فضایی استخراج شده و توسط نرم افزارهاي مربوطه سايز مناسب جديدي براي المانها تعيين میگردد.با جايگذاري سايز جديد اعضا در فايل ورودي مجدداً سيكل آناليز-طراحی تكرار شده و اين عمل تا حصول تشابه قابل قبول بين نتايج دو سيكل متوالی ادامه داده می شود، نهايتاً توسط نرم افزار نقشههاي اجرايی و ليستوفر مصالح تهيه میگردد.
نرم افزارهاي كاربردي درمدلسازي و تحليل گنبدها
Formian V 2.0 افزار نرم اين نرم افراز جهت بدستآوردن مدل اوليه گوی های اتصال سازه بهكار رفته است.
اين نرم افزار بصورت اوليه طرحی از سازه فضایی را به ما می دهد.
اين طرح بعنوان فايل ورودي نرم افزار اتوكد مورد استفاده قرار ميگيرد.نرم افزار اتوكد cad Auto نرم افزاربسيار قوي جهت ترسيم سازه هاست.اتوكد توانايی الزم براي دريافت وارسال فايل از نرم افزارهاي مختلف مدلسازي و طراحی را دارد. فايل خروجی حاصل از نرم افزار Formian در اين برنامه دقيقا مطابق آنچه مورد نظر است مدلسازي و اصالح شده و پس از كامل شدن قالب فايل و طرح اتوكد بصورت فايل dxf جهت ورود به نرم افزار SAP2000 درآورده ميشود.
امیدواریم از مطالعه این مقاله درباره گوی های اتصال سازه فضایی مرو راضی باشید.