سازه های فضاکار یا سازه های فضایی به سازه هایی گفته می شود که اصولا رفتار سه بعدی داشته، به گونه ای که نتوان رفتار کلی

آنها را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد. با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها از جمله برخی از قوس ها

و گنبدهای آجری نیز جزو سازه های فضاکار یا سازه های فضایی محسوب می شوند، اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاصی

هستند که معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند. این سازه ها (سازه فضایی یا سازه فضاکار) به طور

ایده آل باید از شکل های با وجوه مساوی و یا مثلث هایی با زاویه قائمه ساخته شوند که در نتیجه، یک چند وجهی منتظم  تشکیل

می دهند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد میشود.

سختی و صلب بودن زیاد سازه های فضاکار یا سازه های فضایی قابلیت استثنایی برای حمل بارهای بزرگ متمرکز و غیر متقارن را

بوجود می آورد. سازه های فضاکار یا سازه های فضایی برای پوشش های بزرگ سالن اجتماعات، ورزشگاهها، سالنهای نمایشگاه،

آشیانه هواپیما، کارخانه های صنعتی، مساجد و تمام سازه هایی که به نحوی محدودیت تکیه گاههای میانی دارند، ایده ال بوده و از

نظر جلوه های معماری و خصوصیات سازه ای حالت منحصر به فردی را نسبت به سایر سیستم های جایگزین ایجاد میکند. این

سازه ها(سازه فضایی یا سازه فضاکار) امروزه در سراسر دنیا به سرعت در حال پذیرش و مقبولیت در بین طراحان و مهندسین سازه

می باشد. این امر را نمیتوان فقط مرهون جذابیت و زیبایی بیشتر این سازه ها (سازه فضایی یا سازه فضاکار) دانست، بلکه شامل

دلایل متعددی میباشد. از جمله مهمترین مزایای سازه های فضاکار یا سازه های فضایی، رفتار مناسب لرزه ای به جهت سبکی وزن،

انعطاف پذیری در طراحی، داشتن وزن کم و قابلیت جابجایی، مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی عبور تاسیسات و نیز جنبه زیبایی

شناسی معماری را میتوان نام برد. این مقاله به توضیح انواع سازه های فضاکار یا سازه های فضایی ، جزئیات اجرایی و اتصالات،

روش تولید و همچنین توانایی این سازه ها(سازه فضایی یا سازه فضاکار) در ایجاد تعامل میان سازه و معماری و خلق فضاهای

معمارانه با ذکر نمونه های موردی میپردازد.

 

کلمات کلیدی: سازه فضاکار، سازه فضایی، سازه های فضاکار، سازه های فضایی، ، شرکتهای سازه فضایی، شرکتهای سازه فضاکار،

تولیدکنندگان سازه فضایی، چلیک های دو لایه،رفتار سه بعدی

آشنایی با انواع سازه های فضاکار

سازه فضاکار سیستم سه بعدی است که دهانه های آن در دو جهت گسترش یافته اند و اعضای آن در کشش و یا فشار می باشند

.درحالی که اصطلاح قاب بدرستی به سازه هایی با اتصالات صلب اشاره می کند. سازه فضاکار به طور مشترک برای سازه هایی با

اتصالات مفصلی و صلب بکار میرود .بیشتر سازه فضاکار از مدولهای یکسان و تکرار شونده با لایه های موازی در بالا و پایین(مشابه

عناصر فوقانی و تحتانی خرپا)تشکیل می گردد.تازمانی که هندسه سازه فضاکار امکان استفاده از اشکال مختلف را داشته باشد از نیمه

هشت ضلعی (هرم چهار وجهی)،چهار ضلعی(هرم سه وجهی)وکلیه چند ضلعی ها به طور گسترده ای در ساختمان ها استفاده می

شود(شکل 1).علاوه بر آنکه با استفاده از سازه های فضاکار، فضاهای وسیع با سقف های افقی پوشانده می شود. از این سیستم می

توان برای سایر قسمت ها مانند دیوارها و نیز سقف های شیب دارو یا دارای انحنا استفاده کرد. ارتفاع (ضخامت سقف)سازه فضاکار

 می تواند تا 3 درصد طول دهانه می باشد، اگر چه اقتصادی ترین ارتفاع در حدود 5 درصد طول دهانه آزاد و برای طره ها 11 درصد

طول طره است.بهترین اندازه برای مدول ها از نظر اقتصادی بین 7 تا 14 درصد طول دهانه می باشد، باید توجه داشت که تعداد

اعضا(و هزینه دستمزد نیروی انسانی)با کاهش اندازه مدول به شدت افزایش می یابد.

 

از مهمترین مزیت های سازه فضاکار رفتار لرزه ای خوب به جهت سبکی وزنی آنها میباشد و درجه نامعینی زیادی نیز دارند.درجه

نامعین این نوع سازه بالا بوده و معمولا خرابی موضعی باعث خرابی کل سازه نمی کردد و نیز نیز مزیت هایی برای پوشش دهانه

های بزرگ بدون نیاز به ستون و نیز جنبه معماری از دیگر مزیت های اینگونه سازه ها میباشد که باعث میشود از اینگونه سقف ها

برای مکان هایی همچون سالن های صنعتی، آشیانه هواپیما،نمایشگاه هاو... استفاده گردد.

تحلیل سازه فضاکار

می توان با جایگزین کردن خرپاها بجای تیرها،عمل دو طرفه سیستم شبکه مستطیلی با مورب را برای پوشش سطوح بزرگ بکار

برد.سقف های مستطیلی یا موربی که بدین ترتیب بدست می آیند به علت مقاومت پیچشی کم خرپاها،تنها مقدار کمی از بار را با

عمل پیچش تحمل می کنند.

 

 

 

 

 

در صورتی که نقاط اتصال خرپاهای موازی عمودی بوسیله میله های مورب به هم متصل باشند، افزایش قابل توجهی در مقاومت

پیچشی این سقف ها حاصل می شود، (این روش اولین بار توسط الکساندر گراهام بل پیشنهاد شد)، شکل 3 بدین ترتیب سیستم

های خرپا بصورت فضایی مثلث بندی شده و رفتار آنها بجای آنکه شبیه شبکه ها باشد مشابه صفحات ضخیمی از جنس مصالح

متخلخل می گردد.چنین خرپاهای فضایی مثلثی ،قابهای(خرپاهای ) فضایی نامیده می شود و معمولا به عنوان سازه های مسطح

بامها برای پوشش سطوح بزرگ بکار می روند. این سازه ها شامل تعداد زیادی میله های مشابه (با اندک اختلافی در طول ) هستند

که می توانندبه اشکال مختلف و زیبایی ساخته شوند.هر چند می توان کل اعضا فولادی به مفاصل رابط ها و سپس  باجک به

ارتفاع اصلی انتقال داد،با این حال بیشتر قابهای فضایی از مقاطع پیش ساخته ای تشکیل شده اند که قابل اجرا با استفاده از

رابطهای استاندارد بوده ،(شکل 4) و در محل بدو ن نیاز به قالبهای پر هزینه اجرا شده اند.

سازه های فضاکار،سیستم هایی با بازدهی سازه ای بالا و ایمن می باشند. زیرا هر یک از اعضای آن متناسب با مقاومت خود،بار واره

را تحمل می نمایند.بارهای وارده از طریق کوتاهترین مسیر به تکیه گاههای مختلف و متعدد منتقل می شوند.

بیشترین بارها از طریق مقاومترین اعضا به تکیه گاهها منتقل می شوند. با حذف تعدادی از اعضا ایستایی و پایداری سازه فضاکار از

بین نمی رود زیرا این امر باعث تعیین دوباره جریان نیروها می شود واعضا،متناسب با مقاومت یا سختی شان نیروهای اضافی را به

طور مشترک تحمل می نمایند. این افزایش مقاومت ذاتی دلیل تعادل پایدار سازه فضاکار است، حتی هنگامی که بار اضافی بر آنها

وارد شود.(شکل 5)

 

 

با وجود چنین قابلیت هایی تعدادی از سازه های فضاکار بزرگ و مهم دچار خرابی و فرو ریختن گردیده اند .سقف سازه فضا کار مرکز

شهری هارتفورد به ابعاد (90×110)در زیر بار برف به یکباره فرو ریخت. تحلیل های بعدی طراحان را به این نتیجه رساندند که فرو

ریختن این سازه فضاکار با ارتفاع برابر (6.4 متر)از کمانش اعضای پیرامونی که به خوبی مهاربندی نشده بود،شروع گردیده و بتدریج

گسترش یافته تا منجر به فرو ریختن سقف گردیده است.

انواع سازه فضاکار از نظر تقسیم بندی شکلی

1.شبکه های تخت تک لایه ای flat sikgla layer grids

2.شبکه تخت دو لایه و چند لایه double layer grids

3.شبکه قوسی barrel vaults

4.گنبدها domes

 

1.شبکه های تخت تک لایه

این نوع شبکه ها در واقع نوعی قاب مسطح هستند که امتداد بارهای وارده و خود شبکه در یک صفحه واقع نیستند. در واقع قاب

مسطح عمود

در امتداد اثر بارهای موثر بر سازه می باشد. سازه ای که در آن بار واردئه عمود بر صفحه سازه اثر کند به شبکه  موسوم

است.سازه هایی نظیر سایه بان ها، عرشه ی پل ها و ... از این نوع می باشند. شبکه تک لایه نیز شبکه ای متشکل از یک سری المان

و گره است که به دو صورت مورب و موازی تولید می شوند.

 

(شکل 5) شبکه های تک لایه جهت دهانه های نسبتا کم بار بکار می روند و به اشکال تخت ،نیم استوانه ای ،گنبدی و زین اسبی

ساخته میشوند.

 

 

 

فضای مرکزی نمایشگاه  اکسپو

در مرکز نمایشگاهی اکسپو 70 در  اوزاکای ژاپن، بزرگترین سازه فضاکار با اجرای سقفی بر روی فضای مرکزی نمایشگاه بر پا شده

است.طراحی،برای ایجاد هماهنگی در ساختار کل مجموعه نمایشگاه و برای فراهم کردن فضایی جهت توسعه و تحقیق زمینه اصلی

نمایشگاه یعنی پیشرفت و هماهنگی می باشد. این فضایی مرکزی (پلازا) به فضای اصلی نمایشگاه متصل شده است و برای جای

دادن و نشستن طیف های مختلف افراد از 1500 تا 30000 نفر بر اساس نوع عملکرد طراحی شده است.میدان اصلی نمایشگاه از

طریق پوشش سازه فضاکار بام ،یکپارچه می باشد(تانگه tange،1969)(تصاویر 6و7و8).به منظور رسیدن به این مقیاس بی نظیر،

مهندسان به مشکلاتی از قبیل اندازه های سازه و دقت در ابعاد،زوایا و نیز محدودیت های ناشی از اجرای ساختمان در محل غلبه

کردند.از انجایی که رسیدن به دقت لازم در مراحل اولیه مشکل بوده،کل خطاهای خاصل با تنظیمات دوباره و استفاده از مدول های

اضافی جبران می گردد.مشکل نصب قطعات با ایجاد یک سوراخ اضافی در گره کروی که اجازه می داد پیچ و مهره ها از طریق آن در

جای خود قرار گیرند،حل گردید.این جزئیات اجازه انجام تنظیمات زاویه ای کوچک ما بین اتصالات اعضا را فراهم ساخت. به علاوه

واشرهای گوه ای شکل مخصوص بین گره های کروی و اعضا امکان حداقل تغییر طول را فراهم می نمود.چنین ترکیبی میزان خطا در

مجموعه را در شرایطی که سازه فضا کاری به این بزرگی برای اولین بار به طور عملی و اقتصادی اجرا می شد.

 

مرکز انجمن جاکوب ک.جاویتس gacob  k.gavits convention  centrer

این ساختمان با طول برابر 5 بلوک حتی بزرگتر از فضای مرکزی نمایشگاه تانگه می باشد.مرکز جاویتس با طول (315 متر)در طول

خیابان های یازدهم و دوازدهم منهتن و با عرض (157 متر) در کنار خیابان های سی و چهارم و سی ونهم قرار گرفته است.در

مجموع،مساحت همکف ان (148 هزار متر مربع ) است. طراحان و کارفرما  به طور جدی احساس می کردند که عامه مردم ( کسانی

که هزینه ساخت بنا را پراخته بودند )باید به ساختمان دسترسی ساده و مستقیم داشته باشند.فضایی که به بخش عمومی با سالن

بزرگ مربعی شکلی به ضلع 82 متر اختصاص یافته بود.با ورودی جذاب و بدیع در خیابان یازدهم مشخص می گردید.ساختمان

بوسیله ی پلی بطول 110 متر که مشرف به سالن اصلی نمایشگاه بود تا خیابان دوازدهم ادامه می یافت و به یک رستوران که چشم

اندازی از رودخانه هودسون داشت(تصویر 9)منتهی میگردید.و به حداکثر ارتفاع خود میرسید.پوشش شیشه ای نیمه منعکس کننده

ساختمان در طول روز،در اثر انعکاس نور آسمان مات بنظر میرسد.هنگام شب،در اثر نور پردازی داخلی،شیشه ها شفاف شده و دیواره

و سقف خرپای فضایی نمایان میگردند.ورودی ها شیشه های شفاف داشته و برای نورگیری از سقف بکار رفته،برای دیوارها وفضاهای

نمایشگاه از شیشه های مات استفاده شده است.اندازه دهانه 28 متر سازه از ابعاد نمایشگاه های تجاری متعدد با مدول استاندارد

(9متر) الهام گرفته شده است. دو ردیف غرفه به عرض (3متر) که بوسیله  یک راهروی ارتباطی به عرض ده فوت از یکدیگر جدا می

شدند در آن طراحی شده است.ستون های چهار گوش که سازه فضاکار سالن و فضای اصلی نمایشگاه را نگه میدارندسبک و شفاف

هستند.بنظر میرسد که سازه فضاکار از درون این ستون ها بطور طبیعی رشد کرده است. ستون های اصلی، مرکب از 4 ستون فولادی

به قطر 55 سانتیمتر می باشند که در رئوس یک مربع و به ضلع 3 متر عناصر قطری رانگاه میدارد و هنگامی که با سازه فضاکار بالایی

یکی میشوند اندازه شان کاهش می یابد(تصویر 10).مدول استاندارد این سازه مربعی به ضلع 10 فوت (3 متر) است.سازه فضاکار

بوسیله ی شرکت سازه های پی جی ساخته شده است.

 

تصویر 9 شکل ایزومتریک احجام                                                 تصویر 10 جزئیات اجرایی سازه

 

 

در سیستم PG  که ساخته گوگونیا است، میله ها ی خرپا لوله های فولادی می باشند که توسط میلگردهای فولادی، که در داخل لوله

ها قرار دارند، به رابطهای کره ای توخالی متصل می شوند.به این ترتیب واحدهای پیش فشره یک قاب PG  میتواند روی زمین به

یکدیگر متصل شده وسپس به ارتفاع اصلی بالا برده شوند.از سیستم PG برای ساختن سقف 530000 متر مربعی مرکز انجمن 

 جاکوب جاویتس درنیویورک استفاده شده است که بزرگترین نمونه ازنوع خود در جهان می باشد و مهندسی آن بر عهده کنسرسیوم

ویدلینگر بوده است.

(تصاویر 11 و 12 ) اینقاب فضایی شامل واحدهای مربعی شکلی است که بر پای های بتنی به فواصل 27 متر قرار گرفته اند. میتوان

نشان داد که خرپای تاکناکا تحت اثر بار گسترده یکنواخت از نظر استاتیکی سازه معینی است(تصویر 13) و در نتیجه دارای اعضا ی

اضافی نیست در حالی که سایر انواع خرپاهای فضایی از نظر استاتیکی سازه های نامعینی هستند و می توان آنها را با درجات

مختلف نامعینی طراحی کرد، تحقیق ماکوفسکی نشان میدهد که خرپاهای فضایی به علت ظرفیت پیچشی شان ، می توان بانسبت

دهانه به ضخامت به بزرگی 60 نیز ساخته شوند.

 

 تصویر 11 پرسپکتیو دید ناظر مرکز جاکوب جاویتس

 

 

        

3. شبکه قوسی Barrel vaults

شبکه های چلیک : به شبکه ای که در یک جهت دارای انحنا باشد چلیک می گویند.این سازه بیشتر برای سطوح دالان مانند استفاده

شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیک که به تکیه گاه متصل است، قرار میگرند.چلیک ها دارای محور می باشند.

اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است. چلیک ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده میشوند و تیر کمری نقش ترکیب

کردن چلیک ها را بازی میکنند. نکته ای که در طراحی این نوع سازه ها باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد

و این تقویت را می شود بوسیله تیر،و تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد. انواع چلیک ها عبارتند از  :چلیک اریبی ، چلیک

لکلابا مقاطع بیضی گون،سهمی گون،هذلولی گون و...(تصویر 14)

 

4.گنبدها

اگر شبکه ای در دو جهت دارای انحنا باشد،گنبد نامیده میشود.شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط بااتصال چندین

رویه باشد.گنبدها سازه هایی با صلبیت بالا می باشندو برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود 250 متر مورداستفاده قرار میگیرند.

 ارتفاع گنبد باید بزرگتر از 15% قطر پایه گنبد باشد. گنبدها دارای مرکز هستند.اتصالات در گنبدهای دنده ای اشفدلر حتما صلب

هستند.از لحاظ پخش منظم نیرو ،گنبدهای ژیودزیک، دیامتیک و حبایب بسیار مناسب هستند از انواع گنبدها می توان به

موارد زیر اشاره کرد.

 

الف- گنبدهای دنده ای (شیاری) Ribbed Dome

برای جلوگیری از ازدحام دنده ها در محل تاج میتوان هم وندهایی در بالای گنبد را بصورت حذف یابه اصطلاح حرص نمود.

(تصویر 16).

 

ب-گنبدهای شودلر Schwedler Dome

اقتباس از نام مهندس آلمانی ،که این گنبد توسط وی در اواخر قرن نوزدهم اختراع شد. گنبد شودلر متشکل از حلقه ها و اعضای

نصف النهاری می باشد که با رابطهای قطری برای پایداری بیشتر تقویت گردیده است در این نوع گنبدها هم وندهای مورب به دو 

صورت میتواند به هم وندهای قائم اتصال یابد یا بصورت صلب به آن متصل گردد یا آنکه از روی انها بگذرد که در این صورت

اقتصادی ترخواهد بود علت استفاده تسمه به صورت ضربدری غیر متصل به هم اینست که چون یکی از اعضا در کشش میفتد و

دیگری در فشار،بنابر این نیازی به عضو فشاری نیست و دو عضو یکی در میان به کشش در خواهند آمد.

 

ج-گنبدهای لاملا Lamella Dome

ح-گنبد دیامتیک (زایس) Diamatic Dome

اولین بار در سال 1992 به طور آزمایشی در افلاک نمای شرکت زایس به نام دایویداگ بکار برده شد.این سیستم متشکل از ترکیبات

مثلثی شکل ،ساخته شده ازاعضای بتن مسلح می باشد که با استفاده از بتن تکمیل کننده سیستم یک پوسته نازک بتنی بوجود می

آید.از تعدادی قاچ تشکیل شده که هر کدام ازآنها در سه جهت شبکه بندی می شوند (تصویر 16) .گنبدهای دیامتیک نیاز به اصلاح

ندارند.امامهمترین این نوع گنبدها این است که به جهت نوع بخصوصش تعداد تیپ بندی ها به میزان قابل توجهی نسبت به سایر

انواع گنبدها افزایش خواهد یافت.

 

خ-گنبد برایی:Leric Dome

در این نوع گنبد ها هم اگر تک لایه باشند باید اتصالات از نوع صلب باشد(تصویر 16)

 

ر-گنبد ژئودزیک (افلاطونی)

گنبد ژئودزیک سازه فضایی کروی است که بارهای وارده را از طریق اعضای خطی که در یک گنبد کروی شکل قرار گرفته اند به تکیه گاه

ها منتقل می کند و تمامی اعضا در آن در تنش مستقیم (کشش یا فشار) هستند بنابراین سازه پایدار است.

معمولا از پوشش نازک از جنس پلاستیک یا فلز برای پوشش گنبد و تبدیل آن به فضای محدود استفاده میشود.گنیدهای ژئودزیک

بر اساس هشت حجم اصلی افلاطونی شکل میگیرند:چهارضلعی، مکعب ،هشت ضلعی،دوازده ضلعی و بیست ضلعی (تصویر 16)در

این پنج حجم (و فقط در این 5 حجم) چند ضلعی ها همگی منظم بوده و تمامی اضلاع یکسان هستندو تعداد رئوس برابر

است.چنین احجامی به هر شکلی که قرار بگیرند، تمام رئوس بامحیط کره در تماس می باشند.گنبدهای ژئودزیک از طریق تقسیمات

فرعی به صورت یک یا چند حجم افلاطونی شکل میگیرند.هشت ضلعی و بیست ضلعی به دلیل ان که از مثلث هایی تشکیل می

گردند، به طور ذاتی از پایداری بیشتری برخوردارند و بعنوان عناصر اصلی در اکثر گنبدهای مشبک در ساختمان ها مورد استفاده  قرار

میگیرند. با تعداد تقسیمات بیشتر گنبدهای نرم تر و انعطاف پذیرتر بدست می آید شناخته شده ترین شکل چنین گنبدهایی،توپ

فوتبال است که از تقسیمات سه تایی تکرار شونده از یک حجم بیست ضلعی بوجود آمده است.هندسه گنبدهای ژئودزیک به میزان

زیادی شبیه به اسکلت میکروسکوپی مرجان های دریایی می باشد .گنبدهای ژئودزیك نسبت به گنبدهای دیامتیک شباهت زیادی

دارد اما تفاوت اصلی آن اینست که بدلیل تشکیل هندسه منظم تر،تعداد تیپ های کمتری از اعضا ایجاد می کند.(تصویر 15)

 

باک مینستر فولر مخترع گنبدهای ژئودزیک معتقد است سازه های ژئودزیک سطح یک کره از شبکه های سه وجهی در هم پیچیده

تشکیل شده است. به طوری که در هر بخش از سطح کره تقاطع هایی به شکل مثلث وجود دارد. استخوان بندی گنبدهای ژئودزیک

از میله های صلب که هر یک حامل فشار و کشش هستند، ساخته شده است که فشار فقط به یک نقطه ثابت در اتصالات وارد

میشودبنابراین سازه پایدار است.موفقیت آمیزترین طرح وی غرفه امریکا در نمایشگاه جهانی سال 1967 میلادی در مونترال کانادا

بود که دارای 67 متر قطر و به شکل سه چهارم کره ازاجزای پنج و شش وجهی متشکل شده بود و پوشش آن از نوع اکرلیک بود.

 

د-گنبد اسکالوپ(سه سویه)Scallop Dome

گنبد چند قوسی از این نوع گنبدها اغلب برای دهانه های بالای 100 متر استفاده می شود و همانند گنبدهای دیامتیک مشکل عمده

آنها زیاد شدن تعداد تیپ اعضا در این نوع گنبدها می باشد(تصویر 16)

 

 

تحلیل سازه گنبدها

بارها از طریق نیروهای محوری(کشش وفشار)موجود در اعضای قاب به پی ها منتقل می شوند.تمامی اعضایی که در بالای گنبد نیم

کروی قرار گرفتند(انتهایی که بالاتر از زاویه ی 45 درجه قرار دارند)در زیر بار یکنواخت،تحت فشار و تمامی اعضای پایینی تحت کشش

و اعضای نزدیک به خط عمود نیز تحت فشار قرار خواهند گرفت.شکل گنبد جهت نیروی عکس العمل رانشی (فشاری)را در پی

تعیین می کند.گنبدهای نیم کره در تکیه گاه نزدیک به خط عمود هستند،یک خط پایه نزدیک به خط افق دارند و مقداری جزیی

نیروی رانشی بیرونی ایجاد می کنند.گنبدهای ربع دایره (تقریبا نصف ارتفاع یک گنبد نیم کره)5 نقطه اتکادارند و نیروی نیروی رانشی

بیرونی قابل توجهی ایجاد می کنندو باید به وسیله پشت بندها یا حلقه های کششی در برابر این نیرو مقاوم گردد.گنبدهای سه

-چهارم کره هم دارای 5 نقطه اتکا هستند ولی نیروی رانشی به سمت داخل ایجاد می کنند.بارهای متمرکز وارد بر گنبد از طریق

خرپاهایی که بوسیله دو یال مجاور هم تشکیل می شود،مقاوم میگردد.درجایی که تعداد تقسیمات کم و طول میله های خرپا زیاد

است،ارتفاع خرپا(و مقاومت در برابر بارهای متمرکز کاهش می یابد.مساله مقاومت در برابر بارهای متمرکز در گنبدهای بزرگ با ایجاد

یک لایه مضاعف جهت افزایش ارتفاع مقطع خرپا حل میگردد.این لایه ها به خوبی سازه فضاکار را دربر میگیرندو از تقسیملات

هندسی روی گنبد متابعت می نماید گنبدهای یک لایه (بدون نیاز به ارتفاع مقطع) برای دهانه های تا 100 فوت (30 متر)مناسب

است.در دهانه های بزرگتر گنبدها به دو لایه از سازه فضاکار نیاز دارند.

اگر سازه فضاکار بوسیله ستون ها (طرد شده از سطح زمین برای پایداری جانبی ) در تعدادی نقاط مشخص نگاه داشته شود،

نیروهای موجود در اعضاییی که تکیه گاه را احاطه کرده اند به طور قابل توجهی بزرگتر از دیگر اعضا می شوند.این نیروها را میتوان به

وسیله افزایش مقطع اعضا درنزدیکی تکیه گاه بطور مناسب طراحی کرد.سازه فضار حداقل به سه تکیه کاه برای پایداری نیاز دارد،

گرچه بیشتر آنها حداقل دارای چهار تکیه گاه هستند. معمولا تعداد بیشتر تکیه گاههای یک سازه فضایی تاثیر مثبتی در پوشش سازه

ها خواهد داشت،بعنوان مثال حداکثر نیروی اعضا در یک سازه فضاکار مربع شکل با تکیه گاه پیوسته فقط 11 درصد نیروی اعضا در

یک طرح مشابه با چهار تکیه گاه گوشه ای خواهد بود .بعلاوه طیف بیت حداکثر و حداقل نیروها به صورت متناظری کمتر خواهد

شد و دلیل محدوده کوچکتر بین حداکثر و حداقل نیروهای اعضا در مرحله ی طراحی،اعضا اشکال یکنواخت تر و استانداردی به خود

میگیرند.بنابراین اتصالات و اندازه اعضا از نظر اضافی در ساخت ستون ها و پی ها تا اندازه ای نقصان یابد(تصویر 17)تکیه گاه های

نقطه ای سبب ایجاد نیرو های بزرگ دراعضا نزدیک تکیه گاه میشوند.این نیروها ممکن است با توزیع روی سطح بزرگتر یا بوسیله

تکیه گاههای شاخه ای کاهش یابد،همچنین میتوان با افزایش اندازه نزدیکترین اعضا به تکیه گاه مقاومت لازم را ایجاد نمود. برای

سیستم هایی که فقط از اعضای یکسان با تعداد محدودی ستون استفاده می کند،تنش در تکیه گاهها می تواند از طریق پخش

نیروی عکس العمل تکیه گاه ها بر روی تعداد بیشتری از اعضا کاهش پیدا کند.این امر با استفاده از ستون های چند شاخه در انتها

به شکل درخت برای نگاهدای سازه در چند نقطه(و نه یک نقطه) عملی میگردد.(تصویر 18)

 

انواع اتصالات سازه فضاکار

بدلیل ترکیب سه بعدی سیستم در سازه های فضاکار،گره هایی که اعضا در سه بعد به آنها متصل می شوند به طور ذاتی پیچیده می

باشند.برای دهانه های کوچکتر، گره ممکن است از صفحه فولادی ساخته شود و به انتهای اعضا پیچ شود. این اعضا پوشش دهنده

سقف، نورگیرهای سقفی،بخش های شفاف و دیگر اجزاکمک میکنند.در دهانه های بزرگتر،استفاده از سیستم مرو که با اعضای لوله

ای شکل به گره های کروی توپر پیچ میشوند،متداولتر می باشد.به گره های کروی توپر و لوله های با قطر و ضخامت مختلف امکان

امکان ایجاد مقاومت در برابر نیروهای موجود در هر عضو را میدهد. شرکتهای تولیدی دیگر (بطور مثال Unistrut )براساس سطح

اولیه منگرین گاوس سیستم های مشابهی را تولید می کنند.به علت هندسه پیچیده اتصالات و نیروهای نسبتا بزرگ موجود در

سیستم مرو،فولاد و الومینیوم موادی هستند که معمولا در سازه های فضاکار به کار میروند.گر چه سازه های فضاکاری هم وجود دارند

که از چوب ساخته شده اند (به عنوان مثال،سقف پیاده دانشگاه سیمون فریزیر Simon Rrazier ) سازه فضاکاراز جنس پلاستیک در

کاربردهای داخلی که نیاز به عملکرد سازه  ای ندارد استفاده میشوند(تصویر 19)

1-مرو(mero)

مرو توسط دکتر ماکس منگرین گاوسن معرفی شد،شامل مفصل های اعضا بود،این سیستم هنوز رایج ترین روش در ساخت

خرپاهای فضایی است که بصورت گسترده در دسترس مهندسان قرار گرفته است و شامل اعضای لوله ای منفرد و اتصالات از نوع

پیوندهای کروی (گوی سان)است،عمومیت استفاده از این سیستم تا به امروز ادامه دارد زیرا علاوه بر زیبایی سازه ای می تواند به

اشکال گوناگون و با سیستم های متنوع ،متشکل از پیوندهای کروی و لوله ها مورد استفاده قرار گیرد.

2-یونی استرات(Unistrut )

3-سیستم سه راهی

 

در سازه های فضاکار نزدیک به 50%از کل هزینه ها صرف هزینه اتصالات میگردد در حالی که در سازه معمولی هزینه اتصالات نزدیک

به 20%کل هزینه می باشد.از این رو مهمترین اجزای سازه فضاکار اتصالات می باشد.

 

مزایای سازه فضاکار

1.تناسبات ظاهری

2-پایداری ذاتی(استفاده از اشکال چند وجهی ذاتا پایدار)

3-سازه های متشکل از عضو گره

4-تقسیم بار

5-نصب تاسیسات در فضای بین اعضای سازه ای

6-استفاده از اجزای مدولار

7-آزادی در انتخاب محل تکیه گاه

8-سهولت نصب وسرعت بالا

9-استفاده مجدد از سازه فضاکار

 

فهرست منابع

ا.سالوادوری ماریو"سازه در معماری"ترجمه محمود گلابچی،انتشارات دانشگاه تهران،چاپ سوم،1381

ب.سعیدی محمود"ارزیابی پارامتریک شبکه های دو لایه سازه فضاکار"،پایان نامه کارشناسی ارشد،خرداد 1378

ج.فولر مولر"درک رفتار سازه ها"ترجمه محمود گلابچی،انتشارات دانشگاه تهران،چاپ اول،تابستان 1380

د.جان چیلتون"شسازه های مشبک فضایی "ترجمه محمود گلابچی،انتشارات دانشگاه تهران،چاپ سوم 1385

ه.مارگولیوس ایوان"مهندس+معمار=ساختار"ترجمه مخمود گلابچی،انتشارات دانشگاه تهرانچاپ اول پاییز 1383

و.نوشین هشیار Prof. h.Nooshin,UK,Surrey University سمینار در مورد سازه فضاکار 1380و1382