نوشته های مشابه
سازه فضاكار
از مهمترين مزيت هاي سازه فضاكار رفتار لرزه اي خوب به جهت سبك وزني آنها ميباشد و درجه نامعيني زيادي نيز دارند و نيز مزيت هايي براي پوشش دهانه هاي زياد بدون نياز به ستون ونيز جنبه معماري از ديگر مزيت هاي اينگونه سازه ها ميباشدكه باعث ميشود از اينگونه سقف ها براي مكان هايي همچون سالن هاي صنعتي ،آشيانه هواپيما،نمايشگاه ها و … استفاده گردد.
سازه هاي فضا كار داراي ويژگيهاي خاصي به شرح زير مي باشد:
- دهانه :
- سيستم سازه فضاكار قادر به پوشاندن دهانه هاي بزرگ با حداقل مواد مصرفي مي باشد.(فولاد مصرفي در سازه فضاكار يك سوم كمتر از سازه هاي متداول ديگر مي باشد)
- سرعت نصب :
- به علت پيش ساخته بودن قطعات سرعت عمليات مونتاژ و نصب بسيار بالا و اقتصادي مي باشد.
- وزن كم و قابليت جابجايي :
- سازه فضاكار داراي وزن كم بوده و قابليت جابجايي با دست را دارا مي باشد.
- انعطاف پذيري در طراحي :
- سازه فضاكار قابليت افزايش و كاهش سطح را دارا بوده و امكان جابجايي ستونها بدون اينكه خطري براي سازه فضاكار ايجاد گردد ميسر مي باشد.
- مقاومت در برابر نيروهاي ديناميكي :
- سازه فضاكار مقاومت بالاتري در برابر بارهاي ديناميكي همچون زلزله انفجار بارباد در مقايسه به سازه هاي متداول ديگر از خود نشان مي دهد.
- عبور تاسيسات :
- از فضاي بين دولايه در شبكه هاي فضايي به راحتي مي توان جهت عبور تاسيسات الكتريكي و مكانيكي استفاده نمود.
- ظاهر زيبا:
- سازه فضاكار از نظر نماي ظاهري بسيار زيبا بوده و نيازي به استفاده از سقف كاذب در اين سازه نيست.
- ايمني سازه :
- سختي زياد سازه تغير شكل سازه را پايين مي آورد.
- درجه نامعين اين نوع سازه بالا بوده و معمولا خرابي موضعي باعث خرابي كل سازه نمي گردد.
- بعلت رفتار سه بعدي، توزيع تنش در تمام جهات انجام مي گردد.
انواع مدل هاي هندسي سازه هاي فضاكار:
- سازه فضاكار تخت يك يا دولايه Double Layer Space Structures
در سازه هاي فضاكار تك لايه اتصال هم وند ها به هم صلب ميباشد درحاليكه در سازه هاي دولايه اتصالات ميتواند مفصلي باشد.
• چليك( شبكه هاي انحنا دار سهموي يا سهلوي و چليك مركب) Barrel
• ساير اشكال (برج ها و شبكه هاي) lattic
- گنبد ها (دياماتيك و ژئوديزيك و گنبد هاي چند قوسي) Dome
- – مصالح سازه فضاكار:براي سازه فضاكار اغلب از مصالح فولادي با مقاطع لوله يا بعضا ناوداني وسپري به عنوان اعضاي افقي ، مايل وآلومينيوم ، چوب ، و مخلوط آنها وحتي بتن ،Shell عمودي استفاده مي شود.در اين ميان مصالحي چون پوستههم در بعضي موارد استفاده شده است.يكي ديگر كاربرد هاي سازه فضاكار در دكل هاي انتقال برق به عنوان سازه هاي فضاكار شبكه اي ميباشد:Lattice Spatial Structureاما نوع متداول مصالح سازه فضا كار در كشور ما فولادي ميباشد شبکه های تخت دولایه Double Layer Space Structuresشبکه های دولایه شامل شبکه ای در بالا و پایین و خرپاهای متقاطع به عنوان جان می باشند. در شبکه های تخت وجود اعضای مورب نسبت به حالتی که در آن تمام اعضای افقی و قائم می باشد رفتار بهتری دارند اقتصادی تر می باشد.
مزایا و معایب اتصال مفصلی در شبکه دولایهک
- لزومی به مفصلی بودن اتصالات خرپا نمی باشد
- در این سیستم می شود با استفاده از اتصالات جوشی یا استفاده از گوی و پیچ شبکه دو لایه ساخت .
انواع اشکال برای انتهای شبکه دولایه در انتهای هر جهت که در حالت میانی شکل زیر اعضای افقی و عمودی انتهایی نقشی در باربری ندارند و می توان همانند اشکال اول و سوم انها حذف نمود:
چیلک ها Barrel Vult
در شکل چیلک دولایه ای با مصالح پوشاننده تفلون می باشد که از جنس غشای یا membrane تعریف می شود . تفلون جزو مصالح پارچه ایست که تنها ضعف آن اتشار گازهای سمی در هنگام آتش سوزی است
برای چیلک های طولانی وجود دنده میانی می تواند مجموعه چیلک را اقتصادی کند:
چیلک لملا با اتصالات صلب :
در چیلک مرکب درز وسط همانند تیر عظیم عمل می کند :(بیشتر زیبایی نقوش در حالت سه لایه می باشد)
اگر گنبد تک لایه باشد حتما اتصالات هم وند های گنبد را از نوع صلب طرح و اجرا نمود ، چراکه اگر اتصالات مفصلی باشد در پایداری ان مشکل ایجاد خواهد کرد و فروجهشی در جهات قائم خواهیم داشت که البته اگر گنبد دولایه باشد خطر فروجهش وجود نخواهد داشت.
سیستم های گنبدی در جه نامعینی زیادی دارند اما با این حال ههکن است با خرابی یک المان ، کل سازه فرو بریزد
انواع گنبد ها:
گنبد های دنده ای Ribbed Dome
برای جلوگیری از از ازدحام دنده ها در محل تاج می توان هم وند هایی در بالای گنبد را به صورت منظم حذف یا به اصطلاح حرص نمود.
گنبد اشلودر Schwedler
در این نوع گنبد ها هم وند های مورب به دو صورت می تواند به هم وندهای قائم اتصال یابد یا به صورت صلب به ان متصل گردد یا انکه روی آنها بگذرد که در این صورت اقتصادی تر خواهد بود.
علت استفاده از تسمه به صورت ضربدری غیر متصل به هم اینست که چون یکی از اعضا در کشش می افتد و دیگری در فشار ، بنابراین نیازی به عضو فشاری نیست و دو عضو یکی در میان به کشش در خواهند آمد.
گنبدهای لملا Lamaella Dome
گنبد دیامتیک Diamatic
از تعدادی قارچ تشکیل شده که هر کدام از انها در سه جهت شبکه بندی می شوند . گنبدهای دیامتیک نیاز به اصلاح ندارند . اما بهترین عیب این نوع گنبدها اینست که به جهت نوع به خصوصش تعداد تیپ های به میزان قابل توجهی نسبت به سایرین انواع گنبدها افزایش خواهد یافت.
در این نوع گنبدها هم از اگر تک لایه باشد باید اتصالات از نوع صلب باشد
این نوع گنبدها با اشکال منظم هندسی و از تصویر نیمرخ های چند وجهی روی کره (که معمولا از ۵ رخ بالای ۲۰ رخی منظم می باشد) تشکیل می شود.
نحوه تشکیل گنبد از چند رخی های منتظم
گنبد های ژئودزیک نسبت به گنبد های دیامتیک شباهت زیادی دارد اما تفاوت اصلی ان اینست که به دلیل تشکیل هندسه منظم تر ، تعداد تیپ های کمتری ا ز اعضا ایجاد می کند
گنبد چند قوسی از این نوع گنبد ها اغلب برای دهانه های بالای ۱۰۰ متر استفاده می شود و همانند گنبد های دیامتیک مشکل عمده آنها زیاد شدن تعداد تیپ اعضاء در این نوع گنبد می باشد.
اجزاي سازه فضاكار:
در سازه هاي فضاكار نزديك به ۵۰ % درصد از كل هزينه ها صرف هزينه اتصالات ميگردد در حاليكه در
سازه معمولي هزينه اتصالات نزديك به ۲۰ % كل هزينه ميباشد.از اين رو مهمترين اجزاي سازه فضاكار
اتصالات آنها ميباشد.
گوي : عبارت است از يك كره فولادي تو پر كه به منظور ايجاد پايداري و ارتباط بين اعضاي سه بعدي بكار مي رود.گويها
خود و اعضا مربوطه شان را در يك موقعيت ثابت نگه مي دارند و باعث ايجاد تعادل بين نيروهاي اعضا مي شوند.گويها همچنين
داراي سوراخهاي رزوه دار شعاعي نيز مي باشند كه عضوهاي سازه توسط انتهاي مخروطي خود تحت زواياي مشخصي بر روي
اين سوراخها كه داراي سطح ماشينكاري شده مي باشند، مي نشينند و پيچ مي شوند .
گوي پيچ ها مي تواند از جنس آلومينيوم يا فولاد باشد.اما اگر فولادي باشد بايد براي تغيير شكل هاي موجود كنترل گردد كه در
اين صورت اتصالات بزرگتري خواهيم داشت.آلومينيوم علاوه بر اينكه وزن و مدول الاستيسيته يك سوم فولاد دارد ، مقاومت
كششي بالاتري نيز دارد.
ميباشد كه St كمي بيش از ۵۲ Fy , Fu گوي متداول در كشور ما از جنس آلياژ فولادي سيكا ۴۵ با مقاومت
۷- از آلياژ فولاد و توسط ۶ Mero گوي ها ،مخرروطي ها و همه اجزاي سازه فضاكار به صورت طرح مرو
شركت داخلي در خود كشور توليد مي گردد.
گوي هاي اتصال مرو از جنس آلياژ فولاد فرچ شده كوبين كاري شده سيكا ۴۵ ميباشد.مهمترين عيب سيكا ۴۵
اينست كه چنانچه نياز به جوش روي آن باشد،جوش پذيري خوبي ندارد و بايد با پيش گرمايش امكان جوش
روي گوي را فراهم نمود.گوي استاندارد با زواياي مابين پيچ برابر ۴۵ درجه ميباشد.
ضخامت معمول گوی ها از ۶۰ – ۹۰ میلیمتر شروع می شود تا ۳۰ سانتیمتر
قطر معمول خارجي گوي ها به طور استاندارد در اندازه هاي ۶۰
آنچه در طراحي اتصالات بخصوص طراحي گوي ها حائز اهميت است بررسي عدم تداخل بولت هاي درون
آن بررسي شود كه اين مورد مي تواند با نرم افزار هاي جانبي يا بصورت دستي كنترل گردد.
همچنين اگر در محل اتصال پيچ ها از داخل بسته و محكم شوند اتصال انعطاف پذيري بيشتري خواهد داشت.
مخروطي :جهت ملاحظات هندسي در محل اتصال المان به گوي از قطعه مخروطي شكل فولادي كه به لوله جوش مي شود
اين قطعه داراي دو نوع كششي و فشاري مي باشد .مهمترين نقش آن جلوگيري از تراكم لوله هاي در نزديكي گوي ميباشد
لوله : عضو ديگر سازه ها كه جهت تحمل نيروهاي محوري (كششي ، فشاري) بكار مي رود لوله ها مي باشند كه دو انتهاي آن بريده شده و سر آن بوسيله قطعه مخروطي كه اتصال آن را با ساير قطعات امكان پذير مي سازد،جوش مي شود .
لوله هايي كه در خرپاي سازه فضاكار استفاده ميشود ۶ متري ميباشد كه براي جلوگيري از هدر رفتن مصالح در
قطعات ۲ و ۳ متري برش داده ميشود.براي همين براي اعضاي هم وند هاي سازه هاي فضاكار اعضاي با طول و
مقاطع يكسان و در طول ۲ يا ۳ متر پيشنهاد شده است.
توصيه شده است تمامي لوله ها يا هم وند هاي يك سازه فضاكار تا حد امكان با طول مساوي انتخاب شود و
تنها نقطه تمايز آنها در نواحي پر تنش، افزايش ضخامت دروني فولاد لوله باشد.
چنانچه براي يك شبكه تخت دولايه از لوله هاي به اندازه ۳ متر استفاده شود ارتفاع شبكه برابر ۲٫۱ متر خواهد بود كه بيشتر نمونه هاي اجرايي مخصوصا براي سالن هاي صنعتي به اين تيپ ميباشد.
۵ اينچي ميباشد – ۴-۳-۲٫۵-۲- لوله هاي مستعمل بيشتر با قطر ۱٫۵
پيچ : يك اتصال جدا شدني بوده و جهت انتقال نيرو از آن كمك گرفته مي شود .در شبكه فضايي شركت فضاكاران صنعت در حالت كششي عمل مي كند و نيروي كششي از گل پيچ به نشيمنگاه مخروطي انتقال پيدا مي كند.پيچ هاي اين سيستم داراي كلاس سختي بالا ( ۸٫۸ و ۱۰٫۹ ) مي باشند .
طول رزوه موجود در بولت ها بستگي به قطر بولت ها دارد كه براي پيچ كلاس ۸٫۸ مقدار رزوه ۰٫۹ برابر قطر
پيچ و براي پيچ كلاس ۱۰٫۹ مقدار طول رزوه ۱٫۱ برابر قطر پيچ
براي محل هايي كه مقدار كشش بيشتري داريم مجبور به استفاده از پيچ با مقاومت بالا ۱۰٫۹ خواهيم بود كه
طول رزوه مناسبي دارد.
ميباشد كه به طور اختصاصي M12-M20-M24-M27-M32-M بولت هاي رايج از نوع هاي خاص ۶۴
براي سازه هاي فضاكار همراه با تعبيه پين هاي كنترل كننده با طول هاي متفاوت ساخته ميشود كه طول بولت ها
بستگي به نيروهاي كششي طرح دارد.
در طراحي اتصالات مهمترين نكته بررسي هندسه گوي و عدم تداخل طول رزوه پيچ هاي درون گوي ميباشد.
معمولا طول قطر گوي ها را دست بالا انتخاب ميكنيم تا تعداد تيپ هاي موجود كاهش يابد.همچنين در لوله
هاي اتصال مرو براي ورود پيچ در محل اتصال پس از ميزان نمودن لوله سوراخي در نقاط انتهايي لوله ها تعبيه
شده است گه اگرچه مقاومت هم وند ها را مي تواند تا حدي كاهش دهد اما براي خروج وتبخير آب ميتواند
مفيد باشد.
اگر هم وند در فشار باشد: نيرو از عضو مخروطي و از آن به وسيله اسليو و از طريق سطح صاف به گوي منتقل
ميگردد.اما اگر هم وند ها در كشش باشند: پيچ ها و طول رزوه شده درون گوي بيشترين تاثير را در انتقال نيرو
ندارند
اسليو :(غلاف) مهره اي مي باشد كه در فشار عمل مي كند و جهت محكم نمودن پيچ ها در داخل گوي نيز استفاده مي شود.اسليوها به دو شكل شياردار و سوراخ دار توليد مي شوند كه توسط پين به پيچ متصل مي گردند .جهت محكم كردن و اطمينان از ورود كافي بولت درون رزوه از اسليو يا غلاف استفاده ميكنيم كه طول آن بستگي به نيروي موجود در اتصال و طول بولت دارد.پين روي اسليو(غلاف) براي كنترل ميزان فرورفتگي پيچ درون گوي تعبيه گرديده است.
غلاف ها در دو نوع فرچ كاري يا نوع استفاده ا دستگاه تراشكاري اتوماتيك CNC توليد ميشود.
طراحي پيونده هاي سازههاي فضاكار:
طراحي پيونده براساس بيشترين نيروي عضو متصل شده به آن طراحي مي گردد:
ویژه گی های فني سازه هاي فضاكار به شيو ه تك پيچ
- هموندها از لوله های فولادی ST37 وبر اساس محاسبات می باشند.
- پيچ و مهره هاي مورد استفاده به شيو هي گالوانيزه سرد، آب كاري مي شوند.
پوشش نهايي هموندها از يك لايه رنگ پودركوره اي و به شيو هي الكترواستاتيك انجام مي پذيرد.
- پیونده ها از پیچ و مهره تمام گالوانیزه با کلاس سختی ۸/۸ و ۱۰/۹ بر اساس محاسبات می باشند.
- طراحي معماري سازه (به كمك نرم افزارهاي AUTOCAD ، FORMIAN و …) و محاسبات اوليه سازه بر اساس آیین نامه های موجود (بارگذاري، زلزله و … و به كمك نر مافزارهاي SAP ، SAFE، ….) انجام و پس از تحلیل و بررسی های لازم ، ابعاد هموند ها و اتصالات مشخص می شوند.
ویژه گی های فني سازه ي فضاكار به شيوه ي گو ي سان مرو
- پیچ ها از کلاس سختی ۸/۸ و ۱۰/۹ براساس نتیجه محاسبات می باشند.
- هموندها از لوله صنعتی فولادی ST37 براساس نتیجه محاسبات مشخص می شوند.
- پیونده ها به صورت گوی توپر بوده و به روش کوبن کاری (فورجینگ) و از فولاد CK45 تولید می شوند.
- پوشش نهایی هموندها از دولایه رنگ اپوکسی یا یک لایه رنگ پودر کوره ای به شیوه الکترو استاتیک می باشد.
- غلاف ها ( اجزای فشاری شبکه ) ، پیچ ها ( اجزای کششی شبکه) و گوی ها به صورت گالوانیزه ای پودری پوشش می شوند.
- غلاف ها و مخروط ها به روش کوبن کاری و از فولاد CK45 تولید شده و با جوشکاری CO2 به هموندها متصل می گردد.
- طراحی معماری سازه به کمک نرم افزارهای FORMAIN , AUTOCAD … و محاسبات اولیه سازه براساس آیین نامه های موجود بارگذاری زلزله و ….و به کمک نرم افزارهای SAP , SAFE , … انجام و پس از تحلیل و برسی های لازم ابعاد هموند ها و اتصالات مشخص می شوند.
اتصالات در سازه های فضاکار
انواع دتایلهای رایج اتصالات
سازه های فضاکار از نظر ساختار و پیوند ه ها (اتصالات) به دسته های زیر تقسیم می شوند که در زیر به برخی از آنها اشاره می کنیم
در ایران نزدیک به ۴۰ شرکت طراح و سازنده برای فضا کار وجود دارد که همگی انها از طرح مرو برای اتصالات بهره می برند در داخل کشور جمعا ۷ کارخانه تولیدی گوی ها مرو وجود دارد
در این بین با پژوهش ها و مطالعات جناب دکتر دیانت ایشان موفق شدند طرحی به نام سهند برای اتصالات ابداع کنند که برای اتصال یکسره یال های پایین به کار می رود
آشنایی با اتصال مرو MERO :
یکی از معتبر ترین شرکت های فعال در زمینه اجرای سازه های فضاکار شرکت آلمانی مرو می باشد.سیستم سازه های فضایی توپی که مرو ایران از ان استفاده می کند
پوشاننده سازه فضاكار
سقف يا پوشش رويي سازه فضاكار كه به جهت انتقال بار برف و ميباشند معمولا از جنس آلومينيوم و از نوع صفحه membrane با ضخامت و سختي بسيار پايين ميباشد كه در طراحي سازه هاي فضاكار ميبايست براي تعريف اين پوشش روي سازه فضاكار المان صفحه اي از نوع membrane با سختي پايين و با ضخامت بسيار
كم و نيز جرم و وزن كم استفاده نمود.خيلي مهم است كه بدانيم چگونه تعداد تيپ هاي پوشش سقف ها را كاهش دهيم. مي توان از تعريف پوشاننده براي روي سازه فضاكار در مدل SAP خودداري كرد و مستقيما بايد بارهاي وارده را بر ۴ گره دور پوشاننده تقسيم كرد كه اين كار بايد به دقت براي تمام گره هاي سازه انجام شود.
اين نوع پوشاننده ها معمولا از جنس تفلون ،پلي اتيلن Colted PVC ، و فايبرگلاس با الياف شيشه ميباشد.اما نوع معمول جنس اين نوع سازه هاي پارچه اي در سازه هاي چادر با ابعاد معمول از نوع پلي اتيلن ميباشد. -در محل هايي كه از پاشام فقط به عنوان سايه بان استفاده ميشود از جنس HDPE و محل هايي با دهانه زير ۳۵ متر از pvc و در فضاهاي بزرگ مثل پوشانه هاي استاديوم،ترمينال از فايبر گلاس استفاده مي شود.
-اگر مي خواهيم نور طبيعي زياد بالاي ۶۰ % را وارد فضا كنيم طول عمر ساختمان كاهش ميابد و معمولا راه حل آن استفاده از حصيري ميباشد. پس از مدل سازي سازه هاي پارچه اي در ۳D MAX با استفاده از نرم افزارهاي تحليل و طراحي سازه هاي پارچه اي چون Form Finder ، mehler ،Fortex تحت بار برف و باد مدل بررسي ميگردد. هزينه طرح نصب و اجراي سازه پارچه اي حدودا ۲۸۳ هزار تومان در متر مربع ميباشد.
– ساندويچ پانل : قابليت عايق در مقابل صوت و حرارت
– ورق پلي كربنات : قابليت عبور نور در انواع رنگي ، شفاف و نيمه شفاف ، تخت و چند جداره
– ورق گالوانيزه : در رنگهاي متنوع الكترو استاتيك
-ورق : upvc مقاوم در برابر اشعه فرا بنفش آفتاب
استخراج شده از شركت سازه هاي غشايي ديبا
نکات اجرایی سازه های فضاکار:
تکیه گاها در سازه های فضا کار
در سازه های فضاکار ستون های مورب به عنوان مهاربند هایی در برابر بار جانبی زلزله شناخته می شوند و نقش بادبند ها در سازه های معمولی را در برابر بارهای جانیب زلزله را ایفا می کنند همانند شکل زیر که ستونها با طراحی به شکل مورب همزمان نقش مهار جانبی را در راستای خود دارا می باشد
محل مناسب قرار گیری تکیه گاه ها (ستون ها ) زیر سازه فضاکارک
سعی شود تکیه گاههای شبکه دولایه در ۴ گوشه نباشد چراکه در این صورت رفتاری شکننده خواهند داشت
به جهت وجود لنگر مثبت كه در اكثر طول دهانه سقف براي لايه هاي بالا فشار و براي لايه هاي پايين
كشش را به همراه دارد و از آنجا كه ظرفيت كششي مقاطع فولادي از ظرفيت فشاري آنها بيشتر است
بنابراين بهتر است مقاطع اعضاي شبكه پايين كوچكتر از مقاطع بالايي در نظر گرفته شود جز در
درحالتيكه ستون در فاصله از لبه باشد كه در اينصورت در قطعه انتهايي جهت لنگر معكوس ميگردد.
– ستون ها بهتر است زير گره هاي مربوط به لايه بالايي و با دتايل زير ادامه داده شود و علت اينكار
اينست كه:
اگر تكيه گاه زير گره هاي بالايي قرار دهيم اعضاي جاني به كشش مي افتند و چنانچه تكيه گاه زير گره
هاي پاييني قرار دهيم اعضاي جاني به فشار مي افتند و از آنجا كه ظرفيت كششي مقاطع فولادي از ظرفيت
فشاري آنها بيشتر است بنابراين اقتصادي تر آنست كه تكيه گاه زير لايه بالا قرار دهيم.
اگر به جهت معماری و نیز جلوگیری از ازدیاد طول ستون و خطر کمانش بحرانی ستون مجبور به قرار دهی تکیه گاه زیر لایه پایینی شدیم بهتراست در روی تکیه گاه شبکه هرمی مانند شکل زیر استفاده کنیم
چنانچه تمام اتصالات یک خرپا در یک صفحه باشد نمی توان همه اتصالات را مفصلی در نظر گرفت چراکه صفحه تحت بار جانبی دچار ناپایداری می گردد و حتما باید اتصالات اعضای مورب به اعضای افقی را جوشی اجرا کرد
سازه های فضاکار می بایست برای نیروهای حرارت معمول ۳۰ درجه به منزله جلوگیری از قرارگیری درز انبساط حرارتی طراحی شود
در شبکه های سه لایه لایه میانی خیلی کاربری چندانی ندارد
نحوه بالا بردن و مونتاز سازه های فضا کار:
همانطور که در اشکال زیر دیده می شود به جهت جلوگیری از تمرکز تنش وارده به گره های خرپایی و نیز احتیاط لازم برای جلوگیری از واژگونی سازه در حین بالا بردن نیاز به زنجیر کردن سر جرثقیل به ۴ گره می باشد که در پایین نشان داده شده است برای یک سازه فضاکار به ابعاد احتمالی ۵۰ در ۵۰ نیاز به ۴ جرثقیل در ۴ گوشه می باشد که هرکدام ۴ گره از سازه را گرفته اند
