سازه فضا کار چیست | لیست مزایا و معایب سازه فضایی
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
سازه فضا کار یک ساختار سه بعدی است، که از اجزای کوچک و سبکی تشکیل شده و با هم شبکه ایجاد می کنند. این اجزا تحت تأثیر کشش و فشارقوی قرار گرفته و باعث ایجاد یک سازه بسیار قوی و سبک با کاربردهای متنوعی می شوند.
سازه های فضاکار، اشکال و انواع مختلفی دارند که به شکل گنبدها، شبکه های تخت، اشکال هرمی و… خود را نشان می دهند. استحکام، وزن سبک و انعطاف پذیری مهم ترین ویژگی های این سازه هستند. در این مقاله از مجموعه مقالات اصفهان آهن، به بررسی جامع و کامل سازه های فضایی و مزایا و معایب آنها می پردازیم.
سازه فضا کار چیست؟
سازه فضا کار یا Space frame structure ، یک مفهوم مهندسی و معماری است و به هر نوع ساختمان یا سازه ای اشاره دارد که به صورت فضای سه بعدی ایجاد شده باشد. این سازه ها شباهت زیادی به خرپا دارند و بر اساس میزان فشار قابل تحمل، طراحی و ساخته می شوند.
سازه فضاکار از قطعات و اجزای مختلفی به نام فریم تشکیل شده که با قرارگیری در کنار یکدیگر، شبکه متحد و بزرگی را تشکیل می دهند. این شبکه، باید استحکام لازم در برابر بارهای خمشی وارده را داشته باشد. در واقع طراحی هر فریم، باعث شده تا این بارها در طول هر پایه به صورت یکسان و ایمن منتقل شوند.
این ساختار سه بعدی اغلب به دلیل داشتن ظاهر زیبا و مدرن، در اماکن پر رفت و آمد مانند نمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد.
طراحی و ساخت سازه فضاکار، با بهره گیری از دانش ماتریس در یک فضای معماری فوق العاده هنری انجام می شود. ماتریس ها کاربردهای زیادی در طراحی این سازه دارند؛ مثلا برای محاسبه جابجایی ها و تنش ها در اجزای آن استفاده می شوند. این محاسبات برای اطمینان از ایمنی و عملکرد سازه ضروری هستند.
ماتریس ها می توانند برای محاسبه پاسخ سازه های فضاکار، به بارهای خارجی مانند بارهای زنده و بارهای مرده نیز استفاده شوند. این محاسبات برای طراحی سازه ای که بتواند بارهای وارد بر آن را تحمل کند ضروری هستند. بارهای مرده در ساختمان همان بارهای ثابت و غیرقابل تغییر هستند که بر اثر وزن مقاطعی مانند تیرآهن، ستون، دیوار و راه پله به سازه تحمیل می شود.
تحلیل ثبات سازه به معنای اطمینان از مقاومت آن در برابر سقوط و واژگونی است؛ این تحلیل نیز به کمک محاسبات ماتریس انجام می شود.
به طور کلی ماتریس ها ابزاری قدرتمند هستند که می توانند برای حل طیف گسترده ای از مسائل، در طراحی سازه های فضاکار استفاده شوند. کاربرد ماتریس ها در طراحی فضاکار باعث شده تا این سازه ها، به گزینه ای محبوب برای کاربردهای مختلف تبدیل شوند.
انواع سازه فضا کار
فرم طراحی و ساخت این سازه ها، انواع گوناگونی دارد که مهم ترین آنها عبارتند از:
- فرم گنبدی
- فرم تخت
- فرم تخت دو طرف شیبدار
- فرم هرم
- فرم سینوسی
- فرم چلیک
- فرم نیم قوسی
- فرم دیسکی
هر یک از این فرم ها، علاوه بر تنوع در شکل ظاهری، برای کاربردهای گوناگونی استفاده می شوند. به همین دلیل هر یک از آنها را در ادامه همراه با تصویر توضیح می دهیم.
سازه فضا کار گنبدی
احتمالا بارها اسم سازه فضایی به گوشتان خورده است. این ساختار همان سازه فضا کار با فرم گنبدی است، که جزو زیباترین طراحی ها در معماری محسوب می شود. سازه های فضاکار گنبدی، در اشکال مختلفی شامل گنبدهای ژئودزیکی، شش ضلعی و هشت ضلعی وجود دارند.
گنبدهای ژئودزیکی، شبکه ای از عناصر مثلثی هستند که یک ساختار چند وجهی را تشکیل می دهند. گنبدهای شش ضلعی و هشت ضلعی نیز، شبکه از عناصر مثلثی با همین تعداد اضلاع هستند.
به طور کلی در تمام سازه های فضایی گنبدی، چندین میله با ابعاد مختلف وجود دارد که به وسیله گره متصل شده اند. فرم اتصال این میله ها، مثلثی شکل است که در نهایت یک گنبد را می سازند.
سازه فضا کار تخت یا مسطح
این ساختارها بر خلاف سازه فضاکار گنبدی، دارای فرم کاملا صاف و بدون انحنا هستند. این نوع سازه معمولا به صورت یک، دو، سه و چندین لایه به صورت شبکه های مربعی یا مستطیلی ساخته می شود. فضاکار تخت به دلیل سبک و مسطح بودن، برای پوشش سقف های سبک در ساختمان مسکونی یا تجاری مناسب است.
سازه فضا کار با فرم تخت دو طرف شیبدار
این سازه شباهت بسیار زیادی به سقف سوله های صنعتی دارد و به دلیل اینکه دو سطح شیبدار آن، در یک نقطه یا خط به یکدیگر متصل شده اند، این گونه نام گذاری شده است. در واقع این سازه، از اجزای سه بعدی ساخته شده و طوری به هم متصل شده اند که یک سطح تخت با دو طرف شیبدار تشکیل دهند. این نوع سازه ها اغلب برای پوشش ساختمان هایی مانند ساختمان ها، پل ها و مخازن استفاده می شوند.
سازه های فضاکار با فرم تخت دو طرف شیبدار، اغلب از موادی مانند فولاد یا آلومینیوم ساخته می شوند. این مواد بسیار قوی و بادوام هستند و می توانند در برابر شرایط آب و هوایی مختلف مقاومت کنند.
سازه فضا کار هرمی
نوع اتصال اجزای سه بعدی این سازه، به گونه ای است که یک سطح هرمی تشکیل می دهند. یکی از معایب این سازه، افزایش هزینه ها و مساحت شبکه فضای کار است اما در کل ظاهر بسیار زیبا و پایداری قابل قبولی دارد. معمولا از این ساختار، برای دهانه های بزرگ تر از 30 متر استفاده می شود.
سازه فضا کار سینوسی
اتصال اجزای سه بعدی این سازه، به گونه ای است که یک سطح موج دار (سینوسی) تشکیل می دهد. یک یا چند محور در ساختار فضا کار سینوسی، نقطه عطف دارند که در این نقاط، آبرو نصب می شود. در این سازه فضایی، اجزا به صورت جدا نصب شده و در چند نقطه (نقاط عطف) به یکدیگر متصل می شوند. نقطه عطف معمولا با یک قوس کوچک طراحی می شود.
سازه فضا کار چلیک
سازه فضاکار چلیک، یک ساختار قوسی شکل است و به گونه ای طراحی شده که پس از نصب، سطح بالایی و پایینی آن دارای قوس باشد. میزان قوس این سازه بسته به سلیقه مشتری یا بار وارد شده به آن می تواند زیاد یا کم باشد. در صورت زیاد بودن قوس، سازه چلیک کامل نامیده می شود و در صورت کم بودن قوس، سازه چلیک ناقص نامیده می شود.
سازه فضا کار نیم قوسی
در سازه فضاکار نیم قوسی، ابتدا و انتهای قوس با هم برابر نیستند. برای سقف هایی که ارتفاع دو طرف آن یکسان نیست، از این سازه استفاده می شود. در مواردی که معماری بنا یا شیب زمین اجازه نصب پایه هایی با ارتفاع برابر را در دو طرف سازه نمی دهد، ستون های یک طرف، کوتاه تر از سمت دیگر می شوند و در نتیجه سازه فضاکار حالت قوسی شکل پیدا می کند.
سازه فضا کار دیسکی
سازه فضایی دیسکی، سطح تخت دارد اما در ظاهر شبیه به دایره است. این سازه برای محیط هایی مناسب است که ستون گذاری در آن به صورت دایره ای باشد. سازه دیسکی نیز یکی از پرهزینه ترین ساختارهای فضایی است، که عملکرد شبیه به سازه تخت دارد.
مزایا و معایب سازه فضا کار
این سازه های فضایی، کاربردهای بسیار زیادی مانند استفاده به عنوان چراغ بزرگ شهری و پخش نور، باجه های عوارضی، نمایشگاه، استادیوم ورزشی، ساختمان تجاری و صنعتی، سالن ها و سایبان های مراکز مختلف دارند. بنابراین می توان نتیجه گرفت که با توجه به کاربردهای وسیع آن، دارای مزایای زیر است:
- سازه های فضا کار بسیار سبک هستند. وزن آنها معمولاً 50 تا 75 درصد سبک تر از سایر سازه های مشابه هستند.
- سازه های فضایی بسیار مقاوم هستند. آنها می توانند در برابر بارهای سنگین مقاومت کنند.
- سازه های فضاکار را می توان به اشکال مختلف طراحی کرد.
- این سازه ها را می توان به سرعت ساخت و انتقال داد(البته به کمک نیروهای متخصص).
- توزیع بار استفاده شده در آن، به صورت محوری و یا فشرده سازی است.
- به دلیل پیروی از قوانین ماتریس، دارای اندازه و شکل استاندارد هستند.
- اگرچه هزینه ساخت کمی بالاست اما به دلیل مقاوم بودن، مقرون به صرفه است.
- برای بارهای متمرکز غیرمتقارن یا بسیار سنگین قابل استفاده هستند.
علاوه بر مزایای گفته شده، معایبی از جمله نیاز به فولاد زیاد برای ساخت سازه، افزایش قیمت موادی مانند زغال کک و آلوده شدن محیط وجود دارد. اما با توجه به مزایایی که دارد، این معایب چندان به چشم نمی آید. با مدیریت صحیح منابع، می توان این معایب را کنترل کرد. در این مقاله به بررسی سازه فضاکار و انواع آن پرداختیم. همانطور که توضیح داده شد این سازه ها، دارای ظاهر بسیار زیبا و کاربردهای متنوعی هستند. از سازه های فضایی در سالن های ورزشی، ساختمان های تجاری یا صنعتی، استادیوم ها، نمایشگاه ها و باجه های عوارض استفاده می شود.