سازه های مشبک فضایی از اوایل قرن بیستم میلادی هنگامی که اولین نمونه های این نوع سازه ها در سال 1903 توسط الکساندر گراهام بل ساخته شد به عنوان گروهی از سازه ها که از مزیت سبک و مقاوم بودن و نیز سرعت و سهولت اجرا برخوردارند ، هماره با فرمهای متنوع برای عملکردهای گوناگون مورد استفاده قرار گرفته اند . رفتار سه بعدی این سازه ها ، پیش ساخته بودن و امکان تولید انبوه آن سبب شد شبکه های فضایی به عنوان یکی از موثرترین روش ها برای پوشش سقف ها و اجرای ساختمانهای با دهانه های زیاد ، مورد توجه معماران و مهندسان قرار گیرد .
پیشرفت های حاصل از مطالعات و طرحهای باکمینستر فولر ، منگرین هاوسن ، کنراد واچسمان ، استفان دوشاتیو ، یوشی کاتسو تسوبای ، پروفسور ماکوفسکی ، پروفسور هشیار نوشین ، پروفسور مامورو کاواگوچی ، ماتیو لوی و تلاش سازندگانی که با ارائه پیشنهادات جدید در مورد نحوه ساخت اعضاء ، گره ها و مدول ها امکان اجرای فرم های متنوع هندسی را فراهم ساختند ، موجب ابداع سیستم های گوناگون سازه های مشبک فضایی شد .
این پیشرفت ها و دستاوردها دریچه های جدیدی را به روی معماران و مهندسان برای طراحی طراحی فرم های بدیع و نیز محاسبه دقیق این گروه از سازه ها گشود و اجرای ساختمان هایی با ابعاد گوناگون ( از دهانه های کمتر از 10 کمتر تا دهانه های بیش از 200 متر ) را با پایدارترین و اقتصادی ترین روش ها امکان پذیر ساخت و سبب توجه روز افزون به این روشها در طرحهای معماری و پروژه های بزرگ ساختمانی شد .
امروزه با توجه به استفاده روز افزون از سازهای فضاکار و با بوجود آمدن نرم افزارها در عرصه مهندسی عمران (سازه) ، نوآوری هایی در زمینه طراحی و ساخت سازه های فضاکار صورت گرفته به نحوی که امروزه در دنیا شاهد محبوبیت روزافزون این نوع سازه ها هستیم و این محبوبیت ناشی از قابلیت منحصر بفرد این سازه ها است که عبارت است از پوشش دهانه های بزرگ به جلوه های زیبا ، وزن کم ، سادگی تولید ، سرعت نصب و... است . از طرفی با پیشرفت علم و تکنولوژی نیازها و خواسته های جدید در زمینه مهندسی سازه رخ داده است . عامل زمان اهمیت بیشتری یافته و باعث روی آوردن به سازه های پیش ساخته شده است ، همچنین با افزایش جمعیت ، جوامع بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی از جمله مراکز خرید و سوپرمارکت ها ، مساجد ، پل ها و سازه هایی که در مدار زمین قرار می گیرند نظیر بشقاب مخابراتی اشاره کرد . این نوع سازه ها بدلیل اشکال بسیار متنوع از جمله گنبدی ، چلیکی ، قوسی ، شبکه ای مسطح دو یا چند لایه و .... دارای جذابیت فراوان هستند .
امروزه با پیشرفت علوم و تکنولوژی نیازها و خواسته های جدیدی در زمینه مهندسی سازه رخ نموده است . عامل زمان در ساخت سازه ها اهمیت دوچندان یافته و این امر گرایش به سازه های پیش ساخته را افزایش داده است همچنین با افزایش جمعیت بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی خواهان بسیاری پیدا کرده است . در این راستا از اوایل قرن حاضر تعدادی از متخصصین مجذوب قابلیت های منحصر بفرد سازه های فضاکار گشته پاسخ بسیاری از نیازهای جدید را در این سازه ها جسته اند و البته به نتایج بسیار مثبتی نیز دست یافته اند . با انتشار این نتایج روز به روز این عرصه با اقبال بیشتری مواجه گردید به گونه ای که با گذشت چندین دهه هنوز هم مطالعه سازه های فضاکار در کانون متخصصین و دانشجویان قرار دارد. در این مقاله منظور از عبارت سازه فضاکار سیستم های اسکلت فلزی بوده که از بافت تعدادی زیادی المان یا مدول با شکلهای استاندارد به یکدیگر تشکیل می شوند و نهایتا یک سیستم سبک و با صلبیت زیاد را ایجاد می کنند . سازه های فضاکار در اشکال بسیار متنوعی ساخته می شوند که مهمترین آنها عبارتند از : شبکه های مسطح دو یا چند لایه ، چلیک ها ، گنبدها و قوس ها . علاوه بر این ، سازه های فضاکار دارای بافتار متنوعی نیز می باشند . بدین ترتیب که با تغییر در آرایش المان ها می توان ساختار جدید ایجاد کرد و بدیهی است که کارایی هر ساختار باید در مقایسه با ساختار های دیگر سنجیده شود . مثالهای متعددی از سازهای فضاکاری که در دنیا و ایران ساخته شده است وجود دارد ؛ استادیوم های ورزشی ، مراکز فرهنگی ، سالن های اجتماعات ، مراکز خرید ، ایستگاه های قطار ، آشیانه های هواپیما ها ، مراکز تفریحی ، برجهای رادیویی و .....
به سازه ای که اصولا رفتار سه بعدی داشته باشد ، به طوریکه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد ، سازه فضاکار نامیده می شود . با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها یعنی حتی برخی از قوس ها و گنبدهای آجری گذشته نیز جزو سازه های فضاکار محسوب می شوند ، اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند که معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.
هندسه شبکه های فضایی :
معماران و احتمالا بیش از آنها مهندسان ، برای پوشش دهانه های مختلف به سازه های مسطح از قبیل خرپاها ، تیرها و قاب های مسطح فکر می کنند . دربیشتر موارد در صورتیکه طراحی به صورت سه بعدی انجام شود و برای دهانه های متوسط و دهانه های بلند از سازه های فضایی استفاده شود ، مزایای بیشتری بدست می آید . این کار به ویژه در شرایطی که ساختمان تخت تاثیر بارهای نقطه ای سنگین و بارهای متمرکز قرار داشته باشد ، صادق است .
در حقیقت همه سازه ها سه بعدی و دارای طول ، ارتفاع و ضخامت اند . اگر چه تیرها و خرپاهای مسطح اغلب رفتار سازه ای دوبعدی دارند ، اما این عناصر سازه ای به طور کلی در یک صفحه در برابر بارهای وارده مقاومت می کنند . در چنین سازه های ساده ای عاقلانه نیست که پایداری آنها در سه بعد را فراموش کنیم . برای مثال در تیرها و خرپاهای تحت خمش ، با افزایش دهانه ارتفاع بیشتری لازم است و در نتیجه تمایل ناحیه فشاری برای کمانش در جهت عمود بر صفحه قایم افزایش می یابد . برای نقابله با چنین مسئله ای باید مهاربند های جانبی در ناحیه فشاری پیش بینی شود . شاید یک سیستم متشکل از تیرهای موازی با مهاربندهای عمود بر دهانه ، برای بهره بردن از مزایای رفتار سازه ای سه بعدی که در زیر توضیح داده می شود ، مناسب تر باشد . به دلیل طبیعت صفحه ای تیرها و خرپاهای منفرد ، این نوع سازه ها باید برای تامین مقاومت کافی در برابر انواع بارهای نقطه ای و نیروهای وتحرکی که به آنها وارد می شود ، طراحی شوند . پایداری تیرها و خرپاها با برخی تغییرات در مهاربندی جانبی و یا توزیع بار بین تیرهای مجاور تامین می شوند . چنین سیستمی یک سازه سه بعدی را به وجود می آورد که در آن بارها به سرعت در یک سیستم سه بعدی توزیع می شوند . تمامی اعضاء در مقاومت در برابر بارهای وارده شرکت می کنند ، مگر آنکه بار بر روی تکیه گاه یا در نقطه ای نزدیکی تکیه گاه وارد شود .
چرا سازه هایی با رفتار دوطرفه
برای مشخص کردن اینکه چرا از سازه هایی با رفتار دوطرفه استفاده می کنیم ، می توان بر روی یک مثال آشنا در منازل مسکونی تامل کرد . در روکش بافته شده مشبکی که اغلب برای چهارپایه ها یا نگهداری پشتی صندلی ها بکار می رود ،اگر نوارهای شبکه فقط در یک جهت بکار رفته باشد ، بار وارده بر یک نوار موجب افت در آن خواهد شد و بار فقط به دو طرف قاب تکیه گاهی انتقال پیدا خواهد کرد . اما اگر نوارهای شبکه در دو جهت عمود بر هم بافته شده باشند ، نوار بارگذاری شده توسط بقیه نوارها نگه داشته می شود . این کار افت نوار بارگذاری شده را کاهش می دهد و بار وارده را در تمام قسمت های قاب تکیه گاهی توزیع می کند . در حالت دوم ، هر نوار به تنهایی تحمل تمام بار وارد شده را ندارد و ممکن است سازه سبک تری برای نگهداری قاب بکار رود . مزیت دیگر آن این است که اگر یکی از نوارها پاره شود ، هنوز صندلی به عنوان یک کل می تواند بار را تحمل کند .
شامل 20 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود تحقیق درباره شبکه های فضایی