مکانیسم انتقال بار قاب فضاکار
انواع قاب فضاکار و خرپاها:
مکانیسم انتقال بار قاب فضاکار با سطح منحنی، اساسا با سیستم مشبک که رفتار غشا مانند دارد تفاوت دارد.
مفهوم یک قاب فضاکار را میتوان به بهترین شکل با مثال زیر توضیح داد.
طراحی یک سازه سقف ، برای یک ساختمان مربعی لازم است. شکل زیر دو روش مختلف از قاب سقف را نشان میدهد. سیستم سقف نشان داده شده در شکل سمت راست ، یک سقف پیچیده تشکیل شده از خرپاهای مسطح مشبک است. هر خرپا ، بار وارده بر خود را به طور مستقل تحمل کرده و بار را به ستونهای انتهای هر سمت انتقال میدهد .
برای اطمینان از یکپارچگی سیستم سقف،اغلب از شاه تیر و بادبند بین خرپاها استفاده میشود.
در شکل سمت راست ، خرپاهای مشبک بصورت قائم گذاشته شدهاند تا یک سیستم فضای مشبک شبکه، که بار سقف را از طریق عملکرد یکپارچه، به عنوان یک مجموعه واحد تحمل کرده و بارها را به ستونهای واقع در امتداد محیط سازه انتقال دهد. از آنجایی که بار میتواند توسط هر عضو در سه بعد گرفته شود، نیروهای مربوطه در شبکههای فضایی معمولا کمتر از خرپاهای مسطح است و در نتیجه عمق اعضا در قابهایی فضایی کمتر میشود.
به عنوان یک مثال: طراحی یک گنبد مدور
همین مفهوم را میتوان در طراحی یک گنبد مدور مشاهده نمود.
فرض کنید گنبدی که درنظر داریم یک گنبد پیچیده میباشد که متشکل از المان های قوس مانند، تیرهای اصلی و فرعی و شاه تیر که همه در یک صفحه قرار میگیرند، میباشند. هر کدام از این المان ها یک سیستم را تشکیل میدهند که به خودی خود پایدار میباشند.
این سیستمی است که ظرفیت مقاومتی آن فقط توسط عملکرد کلی آن بعنوان یک مجموعه واحد حاصل میشود.
تفاوت بین سازه های مسطح و قاب های فضاکار
تفاوت بین سازههای مسطح و قابهای فضاکار را میتوان با بررسی توالی جریان نیروها بهتر درککرد.
در یک سیستممسطح با توجه بهبار سقف، نیرو بهترتیب از المانهایفرعی به المانهایاصلی و در نهایت به فونداسیون منتقلمیشود.
در هر مورد بارها از المان های گروه سبکتر به المانهای سنگینتر منتقل میشود.
با ادامه این سلسله تالی مقدار بار انتقالی همراه با سطح باربری المان افزایش مییابد.
بنابراین المان ها در یک سازه مسطح توسط سلسله مراتب متمایز خود مشخص میشوند و نه تنها به واسطه اندازه مقطع خود بلکه با توجه به اهیمت کار اختصاص دادهشده به آنها در مقابل یک سیستم قاب فضاکار هیچ سلسله توالی برای انتقال بار وجود ندارد و تمامی المانها مطابق با هندسه سه بعدی سازه در وظیفه تحمل در برابر بار سقف مشارکت میکنند.
به همین علت در یک قاب فضاکار سلسله مراتب المانهای تشکیل دهنده مشابه سازههای مسطح دیده نمیشود.
مزایای استفاده از انواع قاب فضاکار و خرپاها
وزن سبک
یکی از مهمترین مزایای یک سازه قاب فضاکار وزن سبک آن است.
این عمدتا بدلیل این امر است که مصالح آن به صورت فضایی طوری توزیع شده است که مکانیسم انتقال بار در درجه اول محوری ، کششی و یا فشاری است. در نتیجه تمام مصالح در هر المان به حد کمال از ظرفیت خود استفاده می کند .
علاوه بر این امروزه بسیاری از سازهفضاکارها با فولاد یا آلومنیوم ساختهشده که باعث کاهش قابلملاحظه وزن آن میشود.
این امر به ویژه در مورد سقفهای دارای دهانههای طویل که به تعدادی کاربردهای قابل توجه نیز منجر شد بسیار حائز اهمیت میباشد.
واحدهای سازههایفضاکار معمولا به صورت توده در کارخانه تولیدمیشوند بطوری که بتوانند از یک سیستمصنعتی ساخت و ساز بهرهگیرد .
حمل و نقل آسان
قاب های فضایی را میتوان از واحدهای پیشساخته ساده ساخت که اغلب دارای اندازه و شکل استاندارد هستند.
این گونه واحدها به راحتی قابل حمل و نقل میباشند.
مونتاژ آسان و کم هزینه
همچنین این قابها بهسرعت و توسط نیروینیمهماهر در ساختگاه مونتاژ میشود و قابفضاکار را میتوان با هزینه کمتر ساخت.
یک قاب فضاکار معمولا علی رغم سبکی ، به اندازه کافی سخت میباشد.
این به خاطر شاخصه سهبعدی قاب فضاکار و مشارکت کامل المانهای تشکیل دهنده آن است.
مهندسین قدردان صلبیتذاتی و سختیزیاد از قابهای فضاکار و تواناییاستثنایی آنها برایمقاومت در برابر بارهاینامتقارن و یا بارهاینقطهای سنگینهستند.
قابلیت انعطاف پذیری بیشتر در طرح
با صلبیت بیشتر قابهای فضاکار همچنین انعطافپذیری بیشتر در طرح و جایگذاری ستونها را ممکن میسازد.
قابهای فضاکار دارای تنوعی از جهت شکل و گونه بوده و میتواند از یک ماژول استاندارد برای تولید شبکههای فضاکار مسطح مختلف پوستههای مشبک و یا حتی بدون شکل خاص استفاده نماید.
زیبایی
زیبایی بصری و سادگی قابل توجه خطوط در قابهای فضاکار برای معماران ارزشمند است.
روند قابل توجهی وجود دارد که در آن اجزای سازهای را بعنوان یک بیان معماری بصورت نمایان اجرا میکنند.
قابهای فضایی همیشه راهحل مطلوب نیاز به آزادی، برای تاثیر بصری و همچنین توانایی فراهمنمودن فضاهای موردنیاز متنوع ، بودهاست.
شبکه دو لایه
انواع و هندسه
شبکه دو لایه یا قابفضاکار با سطحصاف از دو شبکهصفحهای که شبکههای بالا و پایین آن به موازاتیکدیگر قرار گرفتهاند و توسط اعضایعمودی و بالگونه مورب تشکیلشدهاست.
شبکه های دو لایه توسط مفاصل لولایی بدون هیچگونه مقاومت خمشی و پیچشی مشخص شدهاند.
بنابراین تمام اعضا به تنهایی میتوانند کشش یا فشار را تحمل نمایند.
حتی در صورت اتصال توسط مفاصل نسبتا صلب تاثیر خمش و پیچش ناچیز است.
شبکه های دو لایه معمولا از المان های اساسی به شرح زیر تشکیل شده است :
خرپای مشبک مسطح
یک هرم با یک قاعده مربع ، که اساسا بخشی از یک جسم هشت وجهی است.
یک هرم با یک قاعده مثلثی (چهار وجهی)
این المانهای اصلی که برای انواع مختلفی از شبکههای دو لایه مورد استفاده میباشد در شکل زیر نشان دادهشدهاست.
تعداد زیادی از انواع شبکههای دو لایه را میتوان با این المان اساسی تشکیل داد.
آنها توسط تغییر جهت لایههای بالا و پایین در مقایسه با یکدیگر و همچنین با توجه به موقعیت گرههای لایه بالایی در مقایسه با موقعیت گرههای پایینی تغییرات اضافی را میتوان با تغییر اندازه شبکه لایه بالا را در مقایسه با لایه پایینی اعمال نمود.
بنابراین بازشوهای داخلی را میتوان با حذف همه المانهای دوم در یک پیکربندی نرمال ایجاد نمود.
انواع شبکه های دولایه
در ادامه بررسی انواع قاب فضاکار و خرپاها ، با توجه به فرم المانها شبکههای دو لایه را میتوان چند بخش تقسیم نمود :
-
شبکه های مشبک
-
شبکه های فضاکار
شبکههای مشبک از خرپاهای عمودی مشبک متقاطع تشکیل شدهاند و تشکیل یک شبکه منظم را میدهند. دو شبکه موازی در طراحی مشابه هستند و دارای یک لایه که مستقیما در بالای دیگری قرار دارد، میباشند. هر دو شبکه بالا و پایین از منظر جهتدار بودن یکسان هستند. این گروه شبکه افست را میپوشاند که از شبکههای موازی با چیدمان یکسان و یک شبکه افست از شبکه دیگر در همان صفحه تشکیل شدهاند.
شبکه های دیفرانسیلی
علاوه بر شبکه هایی که نام بردیم،شبکههای دیفرانسیلی نیز وجوددارند که در آن شبکههای بالایی و پایینی موازی دارای چیدمان متفاوتی هستند. اما به گونهای انتخاب شدهاند که الگویی معمولی داشتهباشد.
سازه های متشکل از خرپاهای مشبک
شبکه های مشبک متعامد(مربع روی مربع)
این نوع از شبکه مشبک دارای مزیت سادگی در پیکربندی و جزییات است.
تمام اعضای افقی دارای طول یکسان بوده و در دو صفحه که با زاویه قائم یکدیگر را قطع میکنند قرار گرفته است. به این علت که مقاومت پیجشی آن ضعیف است مهاربندی افقی معمولا در امتداد محیط قرار میگیرند.
شبکه های مشبک قطری دو جهته
چیدمان شبکههای مشبک دقیقا مانند نوع قبلی است با این تفاوت که در لبهها با زاویه 45 درجه افست شدهاست.
خرپاهای مشبک در دو جهت اطراف یک اتصال، دهانههای متفاوتی دارند. از آنجایی که عمق یکسان است، سختی هرخرپای مشبک با توجه به دهانهاش متفاوت است. خرپاهای مشبک دارای دهانه کوتاه تر بعنوان نوعی تکیهگاه برای خرپاهای دارای دهانه بزرگ تر محسوب میشوند.
بنابراین در این نوع چیدمان، عملکرد فضایی بیشتری حاصل میشود.
شبکه های مشبک سه جهته
تمام اعضای افقی با زاویه 60 همدیگر را قطع نموده و تشکیل شبکههایی از مثلثهای متساوی الاضلاع میدهند.
این سیستمی صلب و کارامد است که برای ایجاد سازههای دارای شکلهای عجیب مانند مدور و شش ضلعی قابل استفاده است. جزییات اتصال به واسطه اتصال اعضای متعدد در یک نقطه، در بدترین حالت 13 عضو بسیار پیچیده است.
شبکه های مشبک یک جهته
این سیستم از تعدادی خرپاهای مشبک شیبدار برای ایجاد یک فرم تا خورده تشکیل شدهاست.
چون در راستای دهانه فقط اعضای افقی وجود دارد در نتیجه عملکرد یک جهته غالب میباشد.
سازه های متشکل از هرم های مربعی
شبکه های فضاکار با هرمهای مربعی متعامد (افست مربع روی مربع)
این فرم یکیاز شایعترین الگوهای قاب است که در آن، لایه شبکههای مربعی بالایی روی لایه شبکههای پایینی قرار میگیرد.
علاوه 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 طول یکسانی خواهند داشت . المان اساسی یک هرم مربع است که برای برخی از سیستمهای اختصاصی بعنوان واحدهای پیشساخته جهت تشکیل این نوع از شبکه فضاکار استفاده میشود.
امیدواریم که مطلب فوق در رابطه با انواع قاب فضاکار و خرپاها برای شما مفید واقع شده باشد.
آریانافلز گستران ، تولید کننده انواع سازه فضایی ، سازه فضاکار ، سوله ، ورق ، ساندویچ پانل ، کانکس و …
جهت دیدن بقیه مطالب اینجا کلیک کنید.