طراحی اعضای سازه
طراحی اعضای سازه هر سازه فضاکار شبکه ای متشکل از تعداد قابل توجهی از اجزای گوناگون است .
این اجزا را می توان با توجه به رفتار انها در مجموعه سازه به سه رده کلی اعضا اتصالات و تکیه گاهر ها تقسیم کرد
اعضا اظلاع تشکیل دهنده شبکه سازه فضاکار هستند که مطلبق با تقسیم بندی ارائه شده می باشد
اتصالات عبارتند از گره های شبکه سازه فضاکار که انتقال نیروهای بین اعضا را برعهده دارند
و بسته به عوامل مختلف از جمله رفتاری که تحت اثر کنش ها بروز می دهند دسته بندی می شوند.
تکیه گاه ها گره هایی از شبکه فضاکار می باشند
که بار های وارده بر سازه فضاکار را به شالوده پایه ها یا دیگر سازه ها یا تکیه گاه ها منتقل کرده است
و در عین حال از حرکت سازه فضاکار به صورت جسم صلب ممانعت به عمل می اورند.
نقش هر یک از این اجزا در عملکرد سازه در فرایند طراحی مجموعه تعیین می شود .
و به عبارت دیگر رفتار هر جز در رفتار مجموعه تاثیرگذار است
از این رو شناخت رفتار هر یک از اعضا و اجزای سازه بخشی از فرایند طراحی و تعیین کمی نقش هر عضو در رفتار مجموعه و تعیین ابعاد هر عضو بخش دیگری از روند طراحی به شمار می رود.
طراحی هموندها
همان طور که بیان شد هر عضو سازه فضاکار از اجزای مهم سازه ای سازه های فضاکار به شمار می رود
که دو گروه را بهم می بندد و نقش انتقال نیروها را ایفا می کند .
بیشتر طراحان تنها رفتار الاستیک سازه را مدنظر قرار می دهند .
تجربه و مباحث متعدد نشان داده است که این نوع طراحی مقرون به صرفه و ایمن است .
این روش نسبتا ساده بوده در فرصت کوتاه طراح می تواند به طرح دلخواه خود دست یابد.
بنابراین همواره سعی می گردد اعضای سازه به نحوی طراحی گردند
که در طول عمر مفید تحت اثر بارهای متعارف و خدمت در حد الاستیک باقی بمانند.
همچنین سعی می گردد که مقاطع به نحوی انتخاب شوند که از کمانش یا جاری شدن انها جلوگیری شود.
تحلیل غیرخطی و بررسی رفتار و ظرفیت پس از کمانش یا جاری شدن است
و تحلیل باز توزیع بارها در هر صورت امکان پذیر است اما بیشتر سعی می شود
تا این ظرفیت اضافه به عنوان ضریب اطمینانی برای ایمنی سازه در نظر گرفته شود.
خرپاهای فضایی اصولا به نحوی طراحی و ساخته می شوند
که دارای درجه نامعینی بالا بوده و تعدد بسیار زیاد اعضا باعث میشود
که برخی از انها حداقل در شرایط خاصی از بارگذاری باربر نگردند
و یا درصد باربری انها بسیار پایین باشد عوامل فوق سبب می شود
که شکست یا خرابی تصادفی یک یا چند عضو همیشه به معنای خرابی و فروریزش کل سازه نشده است
و در بدترین شرایط شکست کامل به صورت تدریجی و نرم صورت پذیرد
که این خود یکی از مزایای بزرگ خرپاهای فضایی است.
روش تحلیل اثر زیادی بر هزینه تمام شده سازه ندارد
و با هر روش انتخابی مراحل کلی طراحی زیر بر سازه اعمال می شود:
-
فرض می شود که اعضای یکسان در کل سازه استفاده شود.
-
سپس به کمک کامپیوتر یک تحلیل الاستیک تحت بارهای طراحی انجام می شود
-
سطح مقطع اعضا متناسب با نیروهای به دست امده از تحلیل انتخاب می شوند
-
دور دیگری از تحلیل با ااعضای جدید انجام شده و در صورت تغییر نیرو در اعضا سطح مقطع اعضا اصلاح می شوند
-
تحلیل نهایی برای کنترل سازه انجامر می شود.
ولی در بسیاری از موارد شرایط گره تعیین کننده نوع سیستم بوده است
و برای تعیین مقدار مقاومت طراحی احتیاج به آزمایش اعمال مستقیم بار می باشد.
تعادل نیروهای اعضا و نیروهای وارده و حاشیه اطمینان کافی برای هر کدام از اعضا ایمن بودن سازه را تضمین می کند.
طرح بر این فرض استوار است که هیچ یک از اعضا تا زمانی که بار وارده با بار ضریب دار نرسیده است
دچار شکست نشود اکثر مهندسین طراح این بار را به عنوان بار حدی می شناسند.
در صورتی که رفتار عضوالاستوپلاستیک باشد تحلیل الاستیک جواب حد پایین را به دست خواهد داد.
مانند اسلیم در برابر شکست ترد در کشش و یا رفتار پایدار ناپایدار بعد از کمانش در عضو فشاری در عمل توجه خاصی به رفتار الاستوپلاستیک نمی شود.
ولی صرفه جویی اقتصادی ناشی از طرح الاستوپلاستیک هزینه اضافی محاسبات و طرح را توجیه نمی کند.
مد که مهندس طراح سازه را با فرض خراب نشدن طراحی می کند.
این روش با موفقیت قابل قبولی همراه بوده است.
به طور کلی طراحی اجزای سازه های فضایی بایستی با دو نگرش صورت پذیرد
باز توزیع نیروها به خاطر نیروهای حاصل از تغییرشکل های به وجود امده در اثر غیرخطی شدن اعضای سازه باشد.
در حقیقت بازتوزیع نیروها نباید با لحاظ تغییرشکل های اولیه در اعضا به دلیل نقص عضوهای اولیه صورت پذیرد.
پیش خمیدگی
این مسئله به ویژه برای سازه های آلومنیوومی در نواحی که بارندگی برفر وجود ندارد و بار باد و بارهای زندهر نسبتا پایین بوده و بارندگیشدید است مطرح می شود
جمع شدگیر اب زمانی اتفاق می افتد که طول دهانه از 11 متر تجاوز نماید .
برای حل این مشکل سازه های فضاکار را می توان به صورت های زیر طراحی کرد.
بدون پیش خیز و بطور تخت (در این حالت برای جمع آوری آب های سطحی و زهکشی ممکن است
یل فاصله لایه ها به تدریج افزایش یابد
یا از طریق هنصب دستک های با ارتفاعات متفاوت و استقرابر پرلین ها در شیب مناسب شیب بندی صورت گیرد.
با پیش خیز در یک راستار شامل:
با پیش خیز در راستاهای متعدد با چند خط الراس
اگر در یک جهت الگوی شبکه اعضای فوقانی همگی بلندتر از اعضای تحتانی در جهت مشابه باشند
می توان یک اتاق گهواره ای با هر شعاع مورد نظر به وجود آورد
یک سطح شیب دار می تواند از طریق کوتاه کردن یکی از اعضای تحتانی شکل یابد.
یک قوس پله ای ممکن است از طریق کاهش طول اعضای تحتانی در فواصل منظم در طول مقطع به دست آید.
منحنی با فرم ازاد نیز می تواند از طریق دخالت مناسب در طول اعضای فوقانی و تحتانی تولید شود.
برای دستیابی به سطح منحنی مضاعف محدود در سه بعد می تواند
اعضای تحتانی را در هر دو جهت یک شبکه مربعی کوتاه تر کرده است
تا یک سازه گنبدی ایجاد شود هر چند در این حالت فقط گنبدهای کم ارتفاع به وجود می اید
زیرا به صورت هندسی اگر طول اعضای فوقانی خیلی زیاد باشد تغییرشکل های داخلی نامناسبی حاصل می شود.
کوتاه کردن اعضای تحتانی در یک جهت و اعضای فوقانی یک شبکه مبعی در جهت دیگر یک سطح زین اسبی را به وجود می اورد.
در این راستا ایجاد انحنا و شیب مناسب و یا تعبیه زهکشی مناسب و صحیح تا حدودی باعث برطرف شدن مسئله خواهد شد
به ان و ترتیب قرارگیری سیستم زهکشی باید به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد
تا از میزان کافی بودن انحنای سقف اطمینان حاصل گردد.
به طریق گوناگونی بدون انکه طول اعضای لایه های رویین و زیرین را متفاوت طراحی نمایند فراهم گردیده است.
به عنوان مثال با اتصالات پیچی با رزوه های راستگرد و چپگرد در دو انتهای عضو می توان به این هدف به میزان محدود دست یافت.
میزان پیش خیز سازه های مورد بحث در این قسمت متناسب با مقدار کمی بارهای ثقلی نوع پوشانه و شرایط اقلیمی انتخاب می شود
پیش خیز را می توان برای مقابله با تغییر مکان ناشی از بار مرده یا بار مرده همراه با سهمی از بار زنده یا بار مرده توام با عتمامی بار زنده طراحی پیش بینی کرد.