تفاوت خرپا و سازه های فضاکار

اسپیس فریم که سازه فضایی نامیده می شود، سازه ای خرپا مانند است که از مثلث های به هم پیوسته برای ایجاد ساختارهای سبک و قوی استفاده می کند. یکپارچگی اسپیس فریم ها ناشی از استحکام هندسی آن است. قاب های فضایی از ثبات هندسی مثلث ها برای تشکیل ساختارهایی استفاده می کنند که اندازه، فضا و گرانش را به چالش می کشند. (جهت مطالعه بیشتر به دنیای نانوتکنولوژی در فولاد مراجعه نمایید)

مثلث ها قوی ترین اشکال در ساختمان سازه محسوب می شوند. طراحی مثلثی اجازه می دهد تا وزن در سراسر مثلث توزیع شود این طرح ساختاری شکل خود را حفظ می کند و یک پایه قوی با پشتیبانی بسیار زیاد فراهم می کند که می تواند فشار فوق العاده ای را تحمل کند. این تکنیک غالبا در سازه های مدرن است که برای پوشش موثر مناطق بزرگ در حالی که فقط از تعداد کمی تکیه گاه داخلی استفاده می شود. این سازه در چند دهه اخیر برجسته تر بوده و اکنون در سطح جهانی در حال تکامل است. این سازه ها به دلیل سختی و شبکه بندی مثلث و تنش های خمشی در طول هر پایه به صورت کشش و فشار را به پایین منتقل می کند و بادوام هستند.

سازه های اسپیس فریم عمدتا در ساختمان هایی استفاده می شوند که مناطق وسیعی با تکیه گاه های داخلی کمی دارند. آنها همچنین به دلیل معماری دلپذیرشان مورد استفاده قرار می گیرند. معماری اسپیس فریم را می توان در فرودگاه ها، استادیوم ها، سالن های نمایشگاهی، استخرها و برج ها یافت. (جهت مطالعه بیشتر به بزرگترین سازه فلزی جهان مراجعه نمایید)

استادیوم اریکسون گلوب در استکهلم سوئد بین سالهای 1986 تا 1989 ساخته شد و بزرگترین ساختمان کروی شکل در جهان است.

تاریخچه قاب های فضایی

توسعه فریم های فضایی با تولید مواد و تکنیک ها در طول انقلاب صنعتی و توسعه تکنیک های ریاضی هدایت شد.

اولین کاربرد طراحی اسپیس فریم به الکساندر گراهام بل در سال 1907 نسبت داده شد. بل در طرح اسپیس فریم برای ایجاد سازه های کار آمد، بزرگ و سبک استفاده کرد. تا زمانی که کامپیوترهایی با قابلیت انجام محاسبات پیچیده توسعه پیدا نکردند از طرح های فضایی در مقیاس بزرگ استفاده شد.

ریچارد باکمینستر فولر یک مهندس و معمار آمریکایی بود که تقریبا 20 سال را صرف تکمیل گنبدهای ژئودزیکی کرد. این گنبدها شبیه توپ گلف بودند. گنبد ژئودزیک یک ساختار گنبدی کروی شکل است که از شبکه های مثلثی به هم پیوسته تشکیل شده است. گنبدهای فولر در همه جا از جمله رستوران ها و امانات نظامی استفاده می شد. اولین گنبد فولر از لوله های آلومینیومی هواپیما با پوست پلاستیکی استفاده می کرد. که یکی از چشمگیرترین گنبدهای ژئودزیکی که فولر ایجاد کرد.

Biosphere بود که برای نمایشگاه جهانی 1967 در مونترال، کانادا ساخته شد، فولر با معمار شوجی سادائو همکاری کرد تا یک گنبد غول پیکر ژئودزیکی در حدود سه چهارم کره 200 فوت ارتفاع و با قطر کروی 250 فوت بسازد. قصد فولر این بود که گنبد را به گونه ای طراحی کند که شبیه فیلیگران توری باشد. زیست کره که به نام زیست کره مونترال نیز شناخته می شود، اکنون یک موزه علمی در مونترال، کانادا است. (جهت مطالعه بیشتر به مشهورترین سازه فلزی جهان مراجعه نمایید)

 

گنبد نیمه شفاف گرد مونترال Biosphere یکی از قابل تشخیص ترین مکان های دیدنی در مونترال است. که مهندس جان پی آلن آمریکایی توسط چارچوب ساختار فضایی یک اکوسیستم محصور بسازد.

که در سال 1989 به پایان رسید. این مرکز شامل سه بخش اصلی بود که از Biosphere (زیست کره زمین) تقلید می کردند. تا مشخص شود آیا انسان ها می توانند در فضای خارج از جو مستعمرات خودپایدار بسازند و در آنها زندگی کنند.

معمار چینی- آمریکایی I.M.Pei در طراحی های خود از چارچوب فضایی برای تثبیت ساختارهای نامتقارن که شبیه بامبو هستند، در تضاد با طراحی مات هرم جیزه، و طراحی هرمی شفاف که نمادی از ثبات و زندگی است، استفاده کرد. I.M.Pei موزه لوور را طراحی کرد که یک بنای تاریخی پاریس است. این هرم اسپیس فریم یک سازه شیشه ای و فلزی بزرگ است که توسط I.M.Pei طراحی شده است.

انواع مختلف از گنبدها وجود دارد.

گنبدهای پیازی:

گنبدهای پیازی شکل اغلب در کلیساهای ارتدکس روسیه و بالای کلیساهای چادر مانند دیده می شود.

گنبدهای ژئودزیکی:

ساختار قاب فضایی کروی ساخته شده از شبکه ای از مثلث های متصل در ساخت فرودگاه ها، انبارها و استادیوم ها استفاده می شود.

گنبدهای بیضی:

گنبدهایی که بیضی شکل یا تخم مرغی هستند. اغلب برای پوشش فضاها در ساختمان ها استفاده می شود. در مساجد و در کلیسای سنت پیتر دیده می شود.

اگر چه این گنبدها ظاهر متفاوتی دارند، اما همگی بر پایه معماری اسپیس فریم بنا شده اند. قاب فضایی گنبدی کروی نیز در مرکز راجرز، استفاده می شود. استفاده از قاب فضایی در Sky Dome به سازه اجازه می دهد تا سقف جمع شونده سبک وزنی داشته باشد. (جهت خرید و بررسی به قیمت ورق مراجعه نمایید)

اجزای قاب فضایی

قطعات لوله در سیستم قاب فضایی با استفاده از اتصالات گره به هم متصل می شوند. که اغلب برای اتصال دو یا چند مفصل جداگانه از قطعات استفاده می شوند، هنگامی که یک بار محوری به سازه داده می شود، نیرو باید از طریق اتصالات گره ای منتقل شوند.

اتصال باید محکم و سفت باشد تا بارهای سازه ای توسط گره ها تحمل شوند. سازه های اسپیس فریم را می توان به صورت ماژول های پیش ساخته ساده با اندازه و شکل یکنواخت تهیه کرد.

فریم های فضایی معمولا با استفاده از ماتریکس سختی طراحی می شوند. ویژگی خاص ماتریکس سختی در یک فضای معماری، استقلال عوامل زاویه ای است. اگر اتصالات به اندازه کافی سفت و سخت باشند، انحرافات زاویه ای را می توان نادیده گرفت و محاسبات را ساده می کند. ساده ترین شکل اسپیس فریم، دال افقی با اهرام مربعی به هم پیوسته و چهار وجهی است که از فولاد آلومینیومی یا لوله ای ساخته شده است. از نظر فنی بیشتر به این ماتریکس بردار همسانگرد یا خرپا هشتگانه گفته می شود. اسپیس فریم ها یک ویژگی مشترک در ساخت و ساز ساختمان های مدرن هستند. آنها اغلب در دهانه های سقف بزرگ در ساختمان های تجاری و صنعتی مدرنیستی یافت می شوند.

انواع ساختار قاب فضایی

1. طبقه بندی بر اساس انحنا:

الف: پوشش های هواپیمای فضایی:

زیر ساخت های مسطحی که این ساختارهای فضایی را تشکیل می دهند مانند یک صفحه با انحرافات صفحه رفتار می کنند. نیروهای برشی توسط مورب ها حفظ می شوند و از طریق میله های افقی هدایت می شوند.

ب: خرک های بشکه ای:

این ها طاق هایی هستند که از بشکه هایی ساخته شده اند که سطح مقطع قوس ساده ای دارند. ماژول های چهار وجهی یا هرم همیشه به عنوان بخشی از پشتیبانی برای این نوع قاب فضایی مورد نیاز نیستند.

ج: گنبدهای کروی:

ماژول ها یا اهرام چهار وجهی، و همچنین پشتیبانی اضافی از فریم، معمولا برای ایجاد گنبدهای کروی و سایر اشکال پیچیده استفاده می شوند.

 

2.طبقه بندی بر اساس ترکیبات عناصر

الف/ شبکه تک لایه

همه عناصر تقریبا روی سطح قرار می گیرند.

ب/ شبکه دولایه

اسپیس فریم های رایج دولایه و مسطح هستند. عناصر در سازه های قاب فضایی دولایه در دو لایه موازی قرار گرفته اند که با فاصله ای مشخص از هم جدا شده اند. هر لایه شبکه ای از مثلث ها، مربع ها یا شش ضلعی ها را تشکیل می دهد که در آن برجستگی گره ها در هر لایه ممکن است همپوشانی داشته باشند یا نسبت به یکدیگر جابجا شوند.

ج/ شبکه سه لایه

عناصر در سه خط موازی قرار گرفته اند که توسط مورب به هم متصل شده اند. آنها تقریبا همیشه صاف هستند. عملا برای ساختار دهانه بزرگتر استفاده می شود.

کاربردهای ساختار قاب فضایی

• ساختمان های تجاری و صنعتی
• سالن کنفرانس
• سالن های نمایشی
• انبارها
• نورگیرها
• مراکز خرید
• سایبان
• فرودگاه ها
• آشیانه های هواپیما
• باجه های عوارض
• مرکز نمایشگاه
• استادیوم های ورزشی

مزایای سازه های قاب فضایی

• کل سازه تقریبا بالاترین لرزه خیزی را در مقایسه با سایر انواع قاب دارد.
• وزن سازه به عنوان یک کل به طور مساوی توزیع می شود، بنابراین معمولا هیچ نقطه ضعفی در چنین ساختارهایی وجود ندارد.
• سطح دقت مورد نیاز هنگام مونتاژ سازه های فضایی نسبتا بالا است و گاهی اوقات برای انجام کامل به ماشین آلات خاصی مانند جرثقیل های سنگین نیاز دارد.
• محدودیتی برای ارتفاع سازه اسپیس فریم بدون آرماتور مناسب و پشتیبانی خارجی وجود دارد و حتی وجود بتن مسلح به عنوان خط پایه دارای محدویت 40 فوتی در ارتفاع سازه در مورد قاب های فضایی است.
• سازه های فضایی به دلیل استحکام بسیار زیاد و ماهیت سبک وزن، دقیق ترین توزیع بار را ارائه می دهند. (جهت مطالعه بیشتر به اسکلت فلزی یا سازه فولادی مراجعه نمایید)
• اسپیس فریم ها از سبک بودن، تولید انبوه، سفت و همه کاره بودن در مقایسه با سایر سازه های رایج بهره می برند.
• قطعات پیش ساخته سازه های اسپیس فریم نصب را نسبتا ساده می کند.
• ساختمان های اسپیس فریم بسیار قابل حمل و مدیریت هستند.
• این نوع ساختمان ها امکانات قوس و انحنا خوبی را فراهم می کنند.
• کیفیت آکوستیک عالی را می توان در سازه های اسپیس فریم یافت.
• نیازی به پرلین ندارد.
• برای ساختمان هایی با اشکال پلان و مکان های نامنظم مناسب تر است.
• همچنین برای ساخت و ساز با دهانه بزرگتر مناسب است.
• این یک اصطلاح صریح و بدون ستون ارائه می دهد.
• این سازه با ارائه یک ستون میانی، نیاز به ثبات هندسی را از بین می برد.
• مقدار کمی انحراف را ارائه می دهد.
• قیمت حمل و نقل مقرون به صرفه را ارائه می دهد.
• سازه هایی با شکل ها و مکان های با پلان ناهموار برای سازه های اسپیس فریم مناسب ترند.

معایب سازه های قاب فضایی

هنگامی که از بتن مسلح استفاده می شود، ساخت سازه قاب فضایی به 40 فوت محدود می شود.

اسپیس فریم ها از اجزای خطی تشکیل شده اند که صرفا به کشش یا فشار محوری حساس هستند و در ساختار صفحه ای سه بعدی دهانه دارند.

علیرغم وجود برخی از اتصالات که دارای اتصالات نسبتا سفت هستند، تاثیر لنگر خمشی یا پیچشی ناچیز است.

هزینه های حمل و نقل می تواند بیشتر از هزینه بخش های آتشفشانی پیش ساخته باشد. (جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن هاش مراجعه نمایید)

خرپاهای اسپیس فریم ممکن است برای دهانه های طولانی بدون تکیه گاه های باربر داخلی مورد استفاده قرار دهند که آنها را برای سکوها یا سقف ها ایده آل می کند.
اتصالات قاب مانند: جوش، پیچ و مهره یا رزوه ممکن است فضا ایجاد کند. (جهت خرید و بررسی به قیمت پروفیل مراجعه نمایید)

 

جهت مطالعه بیشتر به ویکی پدیا مراجعه فرمایید.