گنبدهای ژئودزیک

گنبدهای ژئودزیک

سازه های فضاکار کش بستی نوع جدیدی از سازه های فضاکار می باشند که در آنها از کابل ها به عنوان اعضای کششی استفاده می شود. به عبارت دیگر وجه تمایز این سازه ها با سیستم های خرپای فضایی معمولی جایگزینی کابل ها با میله های مورد استفاده در سیستم های معمول است. تنسگرینی یک مفهوم سازه ای است که می تواند در کاربری های مختلفی استفاده شود. توانایی این سازه ها برای حفظ حالت تعادل خود بدون حضور نیروهای خارجی، خاصیت انعطاف پذیری، وزن کم، و نیز راحتی حمل و نقل و نصب این سازه ها انگیزه ای برای مطالعه بیشتر دانشمندان و مهندسان در زمینه سازه های کش بستی بوده است.

گنبدها در سازه فضاکار

گنبد های مشبک ممکن است تک لایه یا دو لایه باشند. یک شبکه را به هر شکل دلخواه می توان روی یک کره تصویر نمود و ساختار گنبدی ایجاد نمود، اما رعایت نکات فنی الزامی است. در صورتی که الگوی یک شبکه تخت را بر سطحی منحنی تصویر نموده و تطابق دهیم، گنبد شبکه گونه تک لایه ایجاد می شود. گنبد های تک لایه برای دهانه های کوچکتر استفاده می شود و گنبدهای دو لایه برای دهانه های بسیار بزرگ به کار می روند. در گنبدهای تک لایه باید دقت لازم برای اطمینان از مقاومت کافی خمشی برشی، علاوه بر مقاومت در مقابل نیروهای محوری و ممانعت از بروز پدیده کمانش ( فروجهش ) به عمل آید. با توجه به نسبت خیز به دهانه، اتصالات گنبدهای تک لایه مشبک را باید چنان طراحی نمود که صلبیت به میزان مورد نظر تامین گردد.

طراحی هموندهای کششی

بارگذاری باد در سازه فضاکار

انتخاب اندازه اعضا متناسب با نیروی آنها بر اساس استاندارد حاکم برای مصالح استفاده شده انجام می گیرد.اعضای فشاری معمولا به طور محافظه کارانه به شکل دو سر مفصل و با طول موثری برابر با فاصله مرکز به مرکز بین گره ها در نظر گرفته می شوند.اگر روش اتصال مطابق با روش های رایج و شناخته شده باشد،تدابیر مشخص شده در آیین نامه طراحی اعمال می شود،ولی در بسیاری از موارد، شرایط گره تعیین کننده نوع سیستم بودهو 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 به بار ضریب دار نرسیده است،دچار شکست نشود. اکثر مهندسین طراح، این بار را به عنوان بار حدی می شناسند.در صورتی که رفتار عضو الاستو بلاستیک باشد، تحلیل الاستیک جواب حد پایین را به دست خواهد داد.مانند تسلیم در برابر شکست تردد در کشش و یا رفتار پایدار در برابر ناپایدار بعد از کمانش در عضو فشاری.

درباره سیستم مرو

درباره سیستم مرو

که در این صورت اتصالات بزرگتری خواهیم داشت.
آلومینیوم علاوه بر اینکه وزن و مدول الاستیسیته یک سوم فولاد دارد،
مقاومت کششی بالاتری نیاز دارد.
یکی از گوی های متداول در کشور ما از جنس آلیاژ فولادی سیکا45 با مقاومت fyو fuکمی بیش از st52 می باشد

و گوی ها، مخروطی ها و همه اجزای سازه فضاکار به صورت مرو از آلیاژ فولاد تولید می گردد.
مهمترین عیب سیکا45 این است که چنانچه نیاز به جوش روی آن باشد،
جوش پذیری خوبی ندارد و باید با پیش گرمایش،امکان جوش روی گوی را فراهم کرد.
گوی استاندارد با زوایای مابین پیچ برابر45 درجه می باشد.
ضخامت های معمول گوی ها از 60 تا 90 میلی متر تا 30 سانتی متر متغییر است.
قطر معمول خارجی گوی ها به طور استاندارد در اندازه های 150،130،60،90،110 سانتی متر است.
آنچه در طراحی اتصالات به خصوص طراحی گوی ها حائز اهمیت است،
بررسی عدم تداخل پیچ های درون آن است

درباره سیستم قطعه کوچک

درباره سیستم قطعه کوچک

،به دلیل عملکرد بهتر آنها در مقاومت در برابر نیروهای داخلی خرپاهای فضایی استفاده می شود
(درحالت عادی،نیروهای محوری خالص به صورت فشاری یا کششی به علاوه کمی آثار خمشی ثانویه).
اعضای لوله ای زیبایی ظاهری هم دارند.
این مسئله ،به ویژه زمانی که شبکه های فضایی بدون پوشش رهامی شوند
تا کاربران ساختمان بتوانند الگوی هندسه ی منظم شبکه را تصدیق کنند،
برای معماران اهمیت بسیاری دارد.
تفاوت اعضای لوله ای در سیستم های مختلف مربوط به جزییات اتصال انتهای آنها در گره هاست .
در بیشتر انواع انها قطعات اضافی زیادی برای اعضای لوله ای وجود دارد.
برای مثال در سیستمkk مرو این قطعات به صورت فرم مخروطی ، است
در سیستم نودوس به صورت دنده های ریخته شده صلب و یا در خرپای فضایی KT به صورت سرپوش و ورقه های اتصال می باشند.
این قطعات اضافی به انتهای اعضای لوله ای از پیش بریده شده جوش میشود.
درسیستم های دیگر در اغلب موارد انتهای خود لوله با پروفیل ساده یا چین دار اصلاح می شوند.
(به طور مثال تریودتیک ) این نمونه ها سیستم های سبک وزنی از قبیل یونی استرات\مودا اسپن هستند که ازمقاطع ناودانی و به صورت سرد شکل گرفته
و خم شده اند و برای تنظیم اتصال خود در انتها ،سوراخ های مهاری تعبیه شده ای دارند.

طراحی فرم هندسی

سازه های با فرم آزاد

بهینه ترین حالت را در مقابل نیروها داشته باشد.شبکه های با فرم آزاد ممکن است.و امکانات و اختیارات بیشتری را چه از نظر سازه ای و چه از نظرمعماری به طراح می دهد .البته تصمیم در مورد به کار گیری یک سازه فضاکار سه بعدی و یا یک سازه فضاکار که در یک جهت کار می کند.بستگی به پلان ساختمان و همچنین محل قرارگیری تکیه گاه ها دارد.سقف حیاط مرکزی موزۀ لندن  ، سازۀ شبکه ای فضا کار تک لایه به صورت یک فرم آزاد قابل مشاهده است .دارای سقفی با سا زه ای به فرم یک چلیک ترکیبی طره ای مدور است.که در هر چلیک تغییر در خمانش نیز مشاهده می شود.از نمونه های دیگر فرم های ترکیبی متشکل از چلیک می توان به آتریم باشگاه سراگون اثر میک ایکهاوت در کشور سنگاپور اشاره کرد .این فرم ترکیبی به چلیک ترکیبی پله ای معروف است.معمولاً در محل اتصال دو چلیک به یکدیگر تیرهای خرپایی قوی تشکیل می شوند.به گونه ای که چلیک ها در این فرم در انتهای خود دارای پیش آمدگی هستند .

مبانی طراحی سازه های فضاکار

مبانی طراحی سازه های فضاکار

تمام اعضایی که در بالای گنبد نیم کروی قرار گرفنه اند
د زیر بار یکنواخت ، تحت فشار و تمامی اعضای پایینی تحت کشش و اعضای نزیک به خط عمود نیز تحت فشار قرار خواهند گرفت.
شکل گنبد جهت نیروی عکس العمل رانشی (فشاری)را در پی تعیین می کند.
گنبد های نیم کره در تکیه گاه نزدیک به خط عمود هستند ،
یک خط پایه نزدیک به خط افق قرار دارند و مقداری جزئی نیروی رانشی بیرونی ایجاد می نمایند .
گنبدهای ربع دایره (تقریبا نصف ارتفاع یک گنبد نیم کره ) 5 نقطه اتکا دارند
و نیروی رانشی قابل توجهی ایجاد می کنندو باید به وسیلۀ پشت بندها یا حلقه های کششی در برابر این نیرو مقاوم گردد.
گنبدهای سه چهارم کره هم دارای پنج نقطه اتکا هستند ولی نیروی رانشی بیرونی ایجاد می نمایند.

بارهای متمرکز وارد بر گنبد از طریق خرپاهایی که به وسلۀ دو یال مجاور هم تشکیل می شود ،
تحمل می گردد. در جایی که تعداد تقسیمات و طول میله های خرپا زیاد است ،
ارتفاع خرپا و مقاومت در برابر بارهای متمرکز افزایش می یابد. اگر تعداد اعضا در گنبد ژئودزیک افزایش یابد
ارتفاع مقطع خرپا و مقاومت آن در برابر بارهای متمرکز کاهش می یابد

گنبد

گنبد های مشبک

یک فرم تغییر شکل یافته از یک گنبد دنده دار که از طریق دونیم نمودن وجه های چهار ضلعی ان طبق یک نظام مشخص(مهار بندی پانل های چها گوشهء ان ) بدست امده در تصویر پ به نمایش درامده است . این نوع گنبد را به یاد مهندس المانی ان که در قرن نوزدهم گنبد ها بسیاری از این دست طراحی کرده ، گنبد شودلر نامیده میشود. اتصالات در این نوع گنبد ها نیز باید صلب باشد .این گونه گنبدها نیز دچار مشکل درهم رفتگی در بخش های بالایی خود میشوند .

طراحی اعضای سازه

شبکه

که نیروی محوری در اعضای تحتانی دو برابر فوقانی می باشد.مربع روی مربع قبزرگتر به صورت قطریاین  ارایش شبیه ارایش نوع سوم می باشدبا ا ین تفاوت که اعضا فوقانی و تحتانی دارای زاویه 45 درجه با لبه ها می باشندخصوصیات این ارایش هم مشابه ارایش نوع سوم می باشدبکه بالایی مربعی و شبکه پایینی قطریدر این سیستم لایه فوقانی دارای اعضای موازی با لبه های خارجی می باشدو اعضای لایه تحتانی دارای طول 1.41 برابر اعضای فوقانی باشند.این ارایش به دلیل ساختار باز خود دارای موانع کمتری برای عبور نور می باشد.هنگامی که تکیه گاه اطراف باشند اارایش با لبه برون گرا مناسب ترین است .اما لبه درون گرا برای هر دو حالت تکیه گاه ها  در گوشه و یا لبه مناسب می باشد.

مبانی طراحی سازه های فضاکار

ترکیب بندی شبکه

و یا در صورت حذف این اعضا بعنوان یک خرپای فضایی دوطرفه عمل کنند.شبکه ها یا مدول های جابه جاشده:و یا جان های مایل به هم متصل می شونددر مدول هایی که این سر خوردن تنها در یک جهت اتفاق می افتد شبکه ها یا مدول های جابه جاشده:دو لبه انتهایی به صورت شیبدار قرار می گیرندو در مدول هایی که سر خوردن تنها در یک جهت اتفاق می افتددو لبه انتهاییبه صورت شیبدار قرار می گیرندو در مدول هایی که سر خوردن در دو جهت اتفاق می افتدهر چهار لبه شیبدار قرار می گیرند.این شبکه ها که می توان انها را بعنوان مجموعه ای  از اهرام تکرار شونده تصور کرد در حالت کلی بیشترین بازدهی را دارند