12 مزیت طراحی، ساخت و اجرای سازه های فضایی
در معماری و مهندسی سازه، یک اسپیس فریم یا یک ساختار فضایی (خرپای سه بعدی) سازه ای سخت و سبک، خرپایی است که از پایه های بهم پیوسته و با الگوی هندسی ساخته شده است. از قاب های فضایی می توان برای پوشاندن مناطق وسیع با پشتیبانی داخلی اندک استفاده کرد. سازه های فضایی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه و از نظر زیبایی مورد پسند هستند. آنها یک راه حل منحصر به فرد برای پوشش مناطق بدون ستون بزرگ ارائه می دهند.
تشریح سازه های فضایی از لحاظ فنی
رفتار سازه در زیر بارها را می توان به صورت دو بعدی (سازه های مسطح) یا سه بعدی (فضای یک ساختار مکانی) تقریب زد. باید توجه داشت که ، به طور کلی ، همه ساختارها هنگام قرار گرفتن در معرض بار ، سه بعدی رفتار می کنند. با این حال ، برای تعداد زیادی از سازه ها می توان فرض کرد که بیشتر تغییر شکل ها و توزیع نیروها در داخل یک صفحه (ساختارهای مسطح) رخ می دهد.
بسیاری از ساختارهای قاب بندی شده معمولی به این دسته تعلق دارند. برای ساختارهای فضایی نمی توان چنین تقاربی را انجام داد زیرا این ساختارها در سه بعد رفتار می کنند. بسیاری از سازه ها مانند شبکه ها ، گنبدها ، خزانه های بشکه ، برج ها ، شبکه های کابل ، از این دسته هستند. در تعریف دقیق تراصطلاح فضایی یا ساختار فضایی به ساختاری گفته می شود که از مجموعه ای از اعضای خطی در فضا به یکدیگر متصل شده و در برابر بارهای وارد شده در اتصالات یا در امتداد طول آنها مقاومت می کند. اعضای سازه فضایی می توانند از فولاد ، آلومینیوم ، چوب و در موارد نادر از بتن ساخته شوند.
شبکه های چند لایه
شبکه های تخت دو یا چند لایه ، خرپا های بشکه ای مهاربند ، گنبدهای مهاربندی شده ، هذلولی-پارابولوئیدها و پیکربندی های فرم آزاد همه اشکال ساختارهای فضایی هستند. برخی از ساختارهای فضایی دارای انحنای مثبت گاوسی (همزمان) مانند گنبدها هستند و برخی دیگر دارای انحنای منفی گوسی (ضد انعطاف پذیری) مانند هذلولی-پارابولوئیدها هستند. شبکه های تخت انحنای گوسی صفر دارند.
به دلیل وزن کم این سازه ها ، کل هزینه های پی ها و ستون ها نسبتاً ناچیز است. ساختارهای فضایی را می توان در یک کارگاه مونتاژ کرد و برای نصب به محل حمل کرد. ساخت اتصالات (یا گره ها) یکی از مهمترین عوامل موثر در هزینه سازه های فضایی است. یک اتصال دهنده ایده آل می تواند به راحتی تولید انبوه شود ، برای اتصال اعضای در زوایای مختلف و مقاومت در برابر نیروهایی که به آن وارد می شوند ، استفاده شود.
همچنین نرم افزار و سخت افزار گرافیکی رایانه ای با کیفیت بالا و استفاده از مدل سازی اطلاعات ساختمان ، امکان طراحی و ساخت گره هایی با تلورانس بسیار سخت را فراهم کرده است که می تواند اعضای زیادی را برای اتصال به آنها در خود جای دهد.
مزایای سازه های فضایی
- استفاده از کمترین تعداد ممکن و یا حتی بدون ستون و تکیه گاه میانی
بعضی از پروژه ها در مکانهایی اجرا می شوند که به علت های مختلف محدودیت اجرای ستون و تکیه گاههای میانی وجود دارد . در این مکانها بهترین راه حل استفاده از سازه های فضایی می باشد. زیرا در سازه های فضایی دارای کمترین تعداد ممکن و یا حتی بدون ستون هستند. به بیان دیگر سازه های فضایی با عبارت ” سالن های بدون ستون ” مترادف هستند .
- زیبایی منحصر بفرد و خیره کننده
ناگفته مشخص است که سازه های فضایی ظاهری بسیار جذاب و خیره کننده دارند . طراحی و ساخت پروژه ها با استفاده از سازه های فضایی ، از نظر جلوه های ظاهری و نکات سازه ای ، موقعیت و برتری منحصر به فردی را در مقایسه با سایر سازه های جایگزین یا مشابه ایجاد می کنند .
- نداشتن ضرورت نظم و تقارن تکیه گاهها
در بعضی مکانهای اجرای پروژه ها یا به علت مکان و یا به علت نوع کاربری مثلا استادیوم های ورزشی و … محدودیت تکیه گاهی دارد. در بعضی مواقع نیز امکان رعایت نظم و تقارن در انتخاب ستونها وجود ندارد. نکته قابل توجه در سازه فضایی این است که به علت رفتار سه بعدی ، توزیع تنش در تمام جهات انجام شده و لذا رعایت نظم در انتخاب تکیه گاهها ضرورت ندارد . به همین دلیل در توسعه شبکه سازه فضایی می توان بدون اینکه به پایداری سازه فضایی صدمه ای وارد شود ، محل تکیه گاهها را (در صورت نیاز ) تغییر داد .
- امکان نصب جرثقیل بر روی سازه فضایی
سازه فضایی بقدری مستحکم می باشد که تحت بارهای سرویس شده کمترین تغییر شکل را داشته به همین دلیل قابلیت استثنائی برای حمل بارهای سنگین متمرکز و غیر متمرکز را دارا می باشد . به همین دلایل نصب جرثقیل دو پل و یا تک پل و یک ریلی با استفاده از گره های سازه فضایی در هر مسیر دلخواه امکان پذیر می باشد .
- تحمل بارتوسط بیشتر قسمتهای سازه
با توجه به اینکه بیشتر اعضای سازه فضایی در تقسیم و توزیع بار دخیل هستند در نتیجه این نوع سازه ها ، نمونه کاملی از سازه های سه بعدی هستند.
- وزن کم و استحکام و ایمنی بالا
در این سازه ها به دلیل رفتار سه بعدی ، تنش در تمام جهات توزیع می شود. توزیع یکنواخت بار و پخش نیرو در جهات مختلف این سازه ها ، استحکام توام با سبکی استثنائی و ایمنی بسیاربالا را به ارمغان می آورد .
- صرفه جویی در استفاده از مصالح ساختمانی
سه بعدی بودن و یکپارچگی سازه های فضایی این امکان را فراهم می کند که با کمترین مصالح ،بیشترین استحکام و بالاترین سطح ایمنی بوجود آید.
- نداشتن فروپاشی ناگهانی ( درجه هایپر استاتیکی بالا )
شاید به فکر برسد که با توجه به اینکه این سازه ها یکپارچگی بیشتری نسبت به سایر سازه ها دارند در نتیجه در صورت حادثه کل سازه آسیب خواهد دید. باید بدانیدکه درجه نامعینی در این سازه بالا می باشد و مشارکت بیشتر هموندها در تقسیم و توزیع بار ، ذخیره مقاومتی اعضا بیشتر است.درنتیجه معمولاً حذف یک یا چند المان (خرابی موضعی) منجر به فروپاشی یا انهدام ناگهانی کل سازه نخواهد شد .
- مقاومت بسیار بالا در حوادث غیر مترقبه
یکپارچگی سازه های فضایی باعث می شود که نیروهای افقی بارهای اتفاقی و نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله ، انفجار ، حملات هوایی ، طوفان ، آتش سوزی و … را بهتر از انواع دیگر سازه ها تحمل کرده و مقاومت بیشتری داشته باشند . این مقاومت بالا در موارد تجربی و آزمایشات (به شرط وجود مقاومت لازم در ستونها و بادبندهای مربوطه) مورد تایید قرار گرفته است .
- سرعت بالای اجرا و امکان اجرا در هر شرایط آب و هوایی
تمام قطعات و المانهای سازه فضایی در کارخانه تولید می شود. ساختارهای فضایی را می توان در یک کارگاه مونتاژ کرد و برای نصب به محل حمل کرد. . بنابراین سازه به سرعت نصب و اجرای آن در هر منطقه و هر شرایط آب و هوایی امکان پذیر می باشد .
- امکان جمع آوری سازه و نصب مجدد در محلی دیگر
با توجه به اینکه اتصالات و قطعات سازه فضائی بر اساس پیچ و مهره می باشد بنابراین، قابلیت دمونتاژ کامل از یک محل و مونتاژ آن در محل دیگر به همان شکل یا شکلی دیگر ( تنها با تغییرات جزئی در قطعات سازه) وجود دارد .
- کیفیت بالا بدلیل تولید در کارخانه
عدم نیاز به جوشکاری در محل پروژه به علت پیچ و مهره ای بودن کلیه اتصالات و ساخت کارخانه ای قطعات سازه به صورت پیش ساخته ، کنترل کیفیت در حین تولید و پس از تولید را دقیقتر نموده و موجب افزایش کیفیت و دقت بسیار بالایی در کل سازه مورد نظر خواهد شد .
