نگاهی به سازه های فضایی

توسط تحقیق و توسعه

فولادغرب

یک سازه ی فضایی (Space Frame) می‌تواند به عنوان یک سازه سفت و سخت، سبک وزن و شبیه خرپا تعریف شود. این ساختار پایه‌های بهم پیوسته در یک الگوی هندسی منظم تشکیل می‌شود. از سازه های فضایی می‌توان برای پوشش مناطق عظیم با حداقل پشتیبانی داخلی استفاده کرد. استحکام ساختار فضا از طریق استحکام ذاتی مثلث و بارهای خمشی تامین می‌شود که به صورت بارهای کششی و فشاری در طول هر پایه منتقل می‌شوند.

تحلیل طراحی ساختار سازه فضایی

سازه های فضایی معمولاً با استفاده از یک ماتریس سختی طراحی می‌شوند. ویژگی خاص ماتریس سختی در یک فضای معماری، استقلال عوامل زاویه‌ای است. اگر اتصالات به اندازه کافی سفت و محکم باشند، می‌توان انحرافات زاویه‌ای را نادیده گرفت و محاسبات را ساده کرد. ساده‌ترین شکل فریم فضایی، دال افقی از اهرام مربع به هم پیوسته و چهار ضلعی است که از رشته‌های آلومینیومی یا پشت‌بندی لوله‌ایی فولادی ساخته شده است. از بسیاری جهات، اینگونه به نظر می‌رسد که لبه ایی افقی از جرثقیل برجی بارها تکرار می‌شود تا عرض آن بیشتر شود. یک شکل قوی‌تر از چهار ضلعی بهم پیوسته تشکیل شده است که در آن تمام پایه‌ها دارای واحد هستند. از نظر تکنیکی بیشتر از این سازه به عنوان ماتریس بردار ایزوتروپیک یا در عرض یک واحد به عنوان یک خرپای هشت‌تایی یاد می‌شود. تغییرات پیچیده‌تر، طول پایه‌ها را تغییر می‌دهد تا ساختار کلی را منحنی کند یا ممکن است اشکال هندسی دیگری را در خود داشته باشد.

سازه‌ی فضایی یک مشخصه بارز ساخت مدرن ساختمان‌ها است. آنها اغلب در دهانه‌های بزرگ سقف در ساختمان‌های تجاری و صنعتی مدرنیست یافت می‌شوند.

کاربردهای یک ساختار قاب فضایی

 

  • ساختارهای تجاری و صنعتی
  • تالارهای کنفرانس
  • نورگیرهای سقفی
  • سایبان
  • باجه های عوارض
  • سالن‌های نمایشگاه
  • استادیوم‌های ورزشی

طبقه‌بندی متفاوت ساختار قاب فضایی

یک ساختار قاب فضایی به دو دسته طبقه‌بندی می‌شود، یعنی طبقه‌بندی انحناء و طبقه‌بندی ترتیبی. جزئیات در زیر تجزیه و تحلیل می‌شود.

طبقه‌بندی انحنا از ساختار سازه فضایی

پوشش‌های صفحه فضایی: این ساختارهای فضایی از زیرساخت‌های مسطح تشکیل شده‌اند. رفتار آنها مانند صفحه‌ای است که در آن انحرافات صفحه از طریق میله‌های افقی هدایت می‌شود و نیروهای برشی توسط مورب‌ها پشتیبانی می‌شوند.

طاق‌های بشکه‌ای: این نوع طاق دارای مقطع یک طاق ساده است. معمولاً در این نوع فریم فضایی نیازی به استفاده از ماژول‌های چهار ضلعی یا هرم به عنوان بخشی از پشتوانه آن نیست.

گنبدهای کروی و سایر منحنی‌های ترکیبی معمولاً نیاز به استفاده از ماژول‌های چهار ضلعی یا هرم و پشتیبانی اضافی از یک پوسته دارند.

طبقه‌بندی ترتیبی عناصر ساختار سازه فضایی

شبکه تک لایه: همه عناصر روی سطح قرار گرفته‌اند تا بهم نزدیک شوند.

شبکه دو لایه: عناصر در دو لایه به موازات یکدیگر و در فاصله مشخصی از یکدیگر سازمان یافته‌اند. هر یک از لایه‌ها شبکه‌ای از مثلث‌ها، مربع‌ها یا شش ضلعی‌ها را تشکیل می‌دهد که در آن ممکن است برآمدگی گره‌های یک لایه با هم تداخل داشته باشد یا نسبت به یکدیگر جابجا شود. میله‌های مورب گره‌های هر دو لایه را در جهات مختلف فضا متصل می‌کنند. در این نوع الک، عناصر به سه گروه تقسیم می‌شوند: حلقه خارجی فوقانی، حلقه خارجی و حلقه‌ی خارجی مورب پایین.

شبکه سه لایه: عناصر در سه لایه موازی قرار می‌گیرند، که توسط مورب‌ها به هم متصل می‌شوند. تقریباً همیشه صاف هستند.

سایر نمونه‌های طبقه‌بندی شده به عنوان فریم‌های فضایی عبارتند از: سازه‌های فلزی چین‌دار، پوشش آویز و سازه هوایی.

مزایای سازه‌های فضایی:

یکی از مهمترین مزایای ساختار اسکلت فضایی، سبک بودن آن است. این عمدتا به این دلیل است که مواد به گونه ای توزیع می‌شوند که مکانیسم انتقال بار در درجه اول کشش محوری یا فشرده‌سازی باشد. در نتیجه، تمام مواد در هر عنصر مشخصی در گستره‌ی کامل خود مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر این، بیشتر فریم‌های فضایی در حال حاضر با فولاد یا آلومینیوم ساخته شده‌اند، که به طور قابل توجهی وزن خود را کاهش می‌دهد. این امر به ویژه در مورد سقف‌هایی با دهانه طولانی که منجر به چندین نمونه قابل توجه از کاربردها می‌شود، بسیار مهم است.

 

واحدهای سازه فضایی معمولاً به صورت انبوه در کارخانه تولید می‌شوند تا بتوانند از یک سیستم ساخت و ساز صنعتی بهره کافی را ببرند. قاب‌های فضایی را می‌توان از واحدهای پیش ساخته ساده که اغلب از اندازه و شکل استاندارد برخوردار هستند، ساخت. چنین واحدهایی توسط نیروی نیمه‌ماهر به راحتی قابل حمل و جمع‌آوری سریع در محل هستند. در نتیجه، می‌توان سازه فضایی را با هزینه کمتری ساخت.

یک سازه فضایی علی رغم سبک بودن معمولاً به اندازه کافی سفت است. این به دلیل ویژگی سه بعدی و مشارکت کامل عناصر تشکیل دهنده آن است. مهندسان از سختی ذاتی و سختی زیاد قاب‌های فضایی و توانایی استثنایی آنها در مقاومت در برابر بار متمرکز غیرمتقارن یا سنگین قدردانی می‌کنند. با داشتن سفتی بیشتر، سازه های فضایی همچنین امکان انعطاف‌پذیری بیشتر در طرح و موقعیت ستون‌ها را فراهم می‌کنند.

فریم‌های فضایی از قابلیت شکل و فرم متنوعی برخوردار هستند و می‌توانند از یک مدول استاندارد برای تولید شبکه‌های مختلف فضای تخت، پوسته مشبک یا حتی اشکال آزاد استفاده کنند. معماران از زیبایی بصری و سادگی چشم‌گیر خطوط در قاب‌های فضایی قدردانی می‌کنند. روندی بسیار محسوس است که در آن اعضای سازه به عنوان بخشی از بیان معماری در معرض دید قرار می‌گیرند. تمایل به گشودگی برای تأثیر بصری و همچنین توانایی سازگاری با نیازهای متغیر فضایی، همیشه خواستار فریم‌های فضایی به عنوان مطلوب‌ترین راه‌حل است.

پتانسیل بازار فولاد برای ساختار قاب فضایی

انتظار می‌رود بازار فولاد سازه‌ای ایران به دلیل عواملی مانند افزایش تقاضا از بخش تولید، افزایش اولویت نسبت به ساختمان‌ها و اجزای از پیش مهندسی شده و ابتکارات دولت برای فعالیت‌های توسعه زیرساخت، رشد چشم‌گیری داشته باشد. افزایش پیش‌بینی شده در قیمت فولاد به دلیل افزایش قیمت ذغال کک، مواد اولیه مورد استفاده برای تولید فولاد، مقررات دولتی و محدودیت‌های تولید فولادها برای کاهش اثرات سو بر محیط‌زیست، عمده‌ترین موارد شناخته شده است در رابطه با چالش‌های پیش روی بازار ساخت فولاد ساختاری در ایران هستند.

نتیجه

انعطاف‌پذیری و سختی رو به رشد ساختار قاب فضایی در آینده‌ی زود بازارها را تسخیر می‌کند. زیبایی و چشم‌انداز طراحی آن، آن را به گزینه‌ای شایسته تبدیل کرده است.

 

این مطلب چقدر برای شما مفید بود؟

5 از 5 ستاره (1 رای)

بازگشت

دیدگاه‌ها

افزودن یک دیدگاه

جمع 2 و 1 برابر است با؟