طراحی تقریبی سازه
در وقع در این روش سازه فضاکار شبکه ای به صفحه یا پوسته معادل با رفتار شناخته شده تشبیه می شود
که دارای خواص ایزوتروپیک یا ارتوتروپیک خواهد بود.
بهره گیری از مفاهیم معادل سازی تقریبی شبکه های فضاکار با محیط پیوسته معادل از ان جهت که رفتار کلی سازه فضاکار است
را بر اساس رفتار شناخته شده سازه های صفحه ای و پوسته ای معادل برای مطالعاتر اولیه امکان پذیر می سازد. در مراحل بررسی های اولیه قابل کاربرد خواهد بود.
بسته به نوع واحدهای بنیادین در مورد شبکه های فضاکار تک لایه و دولایهسازه فضاکار می تواند دارای خواص ایزوتروپیک یا ارتوتروپیک باشد
این روش در طراحی از دقت کافی برخوردار است .
یک جفت صفحه نازک است که در فاصله h از یکدیگر قرار گرفته اند که h همان ارتفاع سازه فضاکار است.
این ورقه های نازک که جایگزین اعضای فوقانی و تحتانی سازه فضاکار می شوند. تنها می توانند نیروهای پوسته ای را تحمل کنند و گشتاور خمشی موجود در انها به راحتی با استفاده از فرمول های موجود برای پوسته ها قابل است.
با بدست اوردن مقدار گشتاوردهای خمشی و تقسیم ان بر h حداکثر نیروهای موجود در اعضای فوقانی و تحتانی سازه فضاکار و ابعاد مناسب انها برای تحمل این نیروها تعیین می شوند.
مقادیر به دست امده را می توان برای شروع نخستین چرخه تحلیل سازه به کار برد.
در صورتی که همه مشخصات مربوط به سختی سطح معادل با سازه فضاکار متناظرش یکسان باشد.
رفتار استاتیکی دو سازه به طور کامل یکسان خواهد بود.
طراحی تقریبی سازه های فضاکار
محاسبات تقریبی سازه های فضاکار تتا پیش از استفاده از فرمول های صفحات خمشی متشابه بخوبی گسترش نیافته بود.
ضریب گشتاور برای یک صفحه با تکیه گاه های ساده را می توان برای یک سازه فضاکار که در تمامی جهات دارای یک تکیه گاه است به کار برد.
بی شک طراحی دقیق سازه های فضاکار چندلایه نیاز به انالیز کامپیوتری و استفاده ایین نامه های معتبر طراحی می باشد.
با این وجود روش هایی و نمودارهایی برای تخمین حدودی ابعاد شبکه و ضخامت سازه فضاکار وجود دارد که برای طراحی اولیه به کار برده می شود.
بدهی است که کاربرد این روش ها طراح را از محاسبات دقیق تر کامپیوتری بی نیاز نمی کند.
طراحی تقریبی سازه های فضاکار متضمن انتخاب گزینه های زیر می باشد:
انتخاب مصالح
حدود مرزی و نسبت ظاهری
نوع الگوی شبکه
عمق
محل قرارگیری تکیه گاه ها
نوع و خصوصیات اجزا
فرمی که در شبکه های فضایی دارای حداکثر کارایی است مربع می باشد با گوشه یا دیوار تکیه گاهی که در فاصله تقریبی 3/0 دهانه از گوشه ها قرار گرفته باشند .
این محل قرارگیری تکیه گاه طره هایی ایجاد می کند که عمل متقابل گشتاور خمشی مثبت در نطقه میانی دهانه داخل را خنثی می نماید.
ابعاد المان های شبکه به طرح معماری و همچنین بارگذاری سازه بستگی زیادی دارد.
اما به طور معمول برای بارگذاری سقف در حدود یک کیلو نیوتن بر مترمربع ضخامت سقف در حدود 5 تا 7 درصد دهانه ازاد و برای طره ها 11 دصد طول طره باشد.
البته ضخامت سقف را می توان تا حدود 3 درصد ازاد هم کاهش داد اما اقتصادی ترین نسبت ضخامت به دهانه همان 5 تا 7 درصد می باشد.
بهترین اندازه برای المان های شبکه
در حدود 7 تا 14 درصد طول دهانه می باشد.
که در این صورت طول اعضای قطری جان با اعای افقی لایه های بالا و پایین برابر می شود.
در تعیین ابعاد باید به این نکته توجه داشت که تعداد اعضا با کاهش اندازه مدول به شدت افزایش می یابد .
و با انتخاب مناسب این ابعاد می توان وزن مرده سقف را کاهش داد.
این هزینه شامل مصالح مصرفی و همچنین دستمزد نیروهای انسانی برای نصب می باشد.
متغییرهای اساسی
که مربوط به هندسه سازه های فضاکار می باشد.
را می توان به دو نوع اجباری و اختیاری طبقه بندی کرد .
از دیدگاه یک مهندس متغییرهای اجباری ناشی از ملاحظات معماری بوده است
و بیانگر ضرورت های کلی طرح می باشد . بعضی از این متغییر عبارتند از :
-
مشخصات دهانه یا فاصله بین تکیه گاه و سایر ابعاد اصلی سازه
-
محدودیت در ضخامت سیستم های دولایه ای که البته یک عامل تعیین کننده نیست
-
شکل کلی سازه
-
تقسیم سازه به واحدهای که با پلان خاص هر قاب فایی مطابقت داشتته باشد
-
نور طبیعی از سازه وارد ساختمان می شود یا خیر
-
ویژگی های زیبایی شناسی
بدیهی است که متغییرهای اختیاری را نمی توان فقط بر مبنای ملاحظات هندسی انتخاب کرد.
چرا که به میزان زیادی تحت تاثیر عوامل دیگری مانند محدودیت های اقتصادی در دسترس نبودن سیستم مورد نظر و پیش بینی و ازمایش رفتار سازه است.
متغییرهای اختیاری اصلی عبارتند از اعضا گره ها الگوها تناسبات تکیه گاه ها و شکل
در روش دیگر برای تعیین ضخامت و هندسه سازه می توان از روش نواری استفاده کرد که در آن قاب فضایی به نوارهایی که بین ستون ها و نقاط تکیه گاهی را می پوشاند تقسیم می شوند
پهنای هر نوار موضوع قابل بررسی است ولی نباید در هر جهت از خط ستون تجاوز کند در فضای باقیمانده از بیرون قاب می توان با استفاده از نوارهاییی که بار را با فرض واگذار کردن الگوهای خطی حمل می کنند. انالیز نمود.
محل تکیه گاه ها
تکیه گاه ها بهتر است دهانه های تقریبا مساوی در دو جهت به وجود بیاورند
زیرا خمش با توان چهارم دهانه افزایش می یابد در خرپاهایی با دهانه های نابرابر اعضایی که در جهت کوتاه تر قرار دارند. خمش کمتری دارند
و بار بیشتری را تحمل می کنند در نتیجه اعضای دهانه بزرگتر به اندازه کافی موثر نیستند تکیه گاه ممکن است
در ضلع هاه قرار گیرند .
با داشتن تکیه گاه های مدولار دهانه خرپاهای بسیار بزرگ تقسیم می شود
و کاهش می یابد. پیش آمدگی در تکیه گاه ها باعث کاهش خمش کلی و در نتیجه نیروی اعضا خواهد شد.