سازه های فضاکار

سازه های فضاکار سیستم های سازه ای با عملکرد سه بعدی هستند. برخلاف سازه های مسطح مانند خرپای صفحه ای، در این سازه ها، مجموعه بافتار، بارهای خارجی، نیروهای داخلی و تغییرمکان های سازه ای در فضای سه بعدی تعریف می شوند. سازه های فضاکار را می توان به سه دسته تقسیم کرد:

1. سازه های فضاکار شبکه ای که شامل المان های منفصل می باشند.
2. سازه های فضاکار پیوسته نظیر دال ها، پوسته ها و غشایی ها.
3. سازه های فضاکار مرکب که ترکیبی از سازه های مشبک و پیوسته هستند.

مزایای استفاده از شبکه های فضایی

1. تقسیم بار: اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار مشارکت دارند.

2. نصب تاسیسات: فضای باز بین دو لایه شبکه های فضایی، نصب تاسیسات مکانیکی، الکتریکی و کانال های هوا را آسان می کند.

3. مقاومت: شبکه های فضایی سازه های مقاومی هستند؛ فروریختن تعداد محدودی از اعضا لزوماً منجر به فروپاشی کل سازه نمی شود. (هرچند استثنائاتی نیز وجود دارد، مانند فروریختن خرپای فضایی سقف ساختمان مرکز شهری هارتفورد در ژانویه ۱۹۷۸).

4. اجزای مدولار: این سازه ها مدولارترین سیستم های سازه ای هستند که از نصب اجزای پیش ساخته به یکدیگر ساخته می شوند. اجزای سازه با ابعاد دقیق و کیفیت مطلوب تولید شده و به راحتی قابل حمل و نصب هستند.

5. آزادی در انتخاب محل تکیه گاه ها: امکانات زیاد در انتخاب محل تکیه گاه ها، به معماران آزادی طراحی فضای زیر شبکه فضایی را می دهد.

6. هندسه منظم: بهره مندی از هندسه منظم.

7. سهولت نصب: سادگی در فرآیند نصب.

8. دهانه: سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی است. فولاد مصرفی در سازه فضاکار حدود یک سوم کمتر از سازه های متداول دیگر است.

معایب و محدودیت های شبکه های فضایی

1. هزینه: هزینه این سازه ها گاهی می تواند در مقایسه با سیستم های سازه ای دیگر مانند قاب مسطح بیشتر باشد، به خصوص در سازه های با دهانه کوچک.

2. هندسه منظم: با وجود اینکه هندسه منظم یک مزیت است، از برخی زوایا ممکن است پیچیده و درهم به نظر برسد.

3. زمان نصب: تعداد و پیچیدگی گره ها ممکن است سبب طولانی شدن زمان نصب در محل اجرا شود.

4. مقاومت در برابر آتش سوزی: شبکه های فضایی اغلب در ساخت بام مکان هایی که به مقاومت در برابر حریق نیاز ندارند، به کار می روند.

5. انتخاب نادرست قطعات مربوطه: انتخاب قطعات، به خصوص در جوشکاری مخروط ها، انتخاب پیچ و مهره، و کیفیت گوی ها (که گوی های ساخته شده به روش فورج کیفیت بالاتری دارند اما گران تر هستند) باید به دقت انجام شود.

سازه های کششی

سازه کششی شامل المان هایی است که تنها کشش تحمل می کنند و فشار و خمشی در آنها وجود ندارد. این مفهوم نباید با تنسگریتی که فرمی از سازه است و اعضای فشاری و کششی با هم سازه را تشکیل می دهند، اشتباه گرفته شود. بیشتر سازه های کششی توسط اعضای خمشی یا فشاری مانند دکل ها (گنبد میلینیوم – ساختمان O2)، حلقه های فشاری یا تیرها پشتیبانی می شوند. سازه های غشایی کششی بیشتر به عنوان سقف استفاده می شوند، زیرا علاوه بر اقتصادی بودن، به شکل جذابی دهانه های بزرگ را پوشش می دهند.

روش های اعمال پیش تنیدگی در بتن

دو روش برای اعمال پیش تنیدگی در یک عضو بتنی وجود دارد:

الف) روش پیش تنیدگی (Pre-tensioning)

در این روش، بتن پیرامون کابل های از قبل تنیده شده قرار می گیرد. با کسب مقاومت بتن، کابل های تنیده شده با بتن درگیر شده و هنگام کسب مقاومت لازم، کابل ها آزاد می شوند و نیروها به بتن منتقل می گردد. پیش کشیدگی اصولاً در بتن پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرد که در آن نیروها توسط بست های ثابتی که در دو انتهای بستر پیش کشیدگی قرار دارند یا توسط قالب های مخصوص و محکمی در کابل ها مهار می شوند.

ب) روش پس کشیدگی (Post-tensioning)

در این روش، بتن به دور غلاف حاوی کابل های کشیده نشده ریخته می شود. پس از رسیدن بتن به مقاومت کافی، کابل ها کشیده شده و توسط گیره های مخصوص قفل می شوند. در این سیستم، تمام نیروی کابل ها مستقیماً به بتن منتقل می شود و از آنجایی که هیچ تنشی به قالب اعمال نمی شود، استفاده از هر نوع قالب عادی ممکن است.

توسعه روش پس کشیدگی

نوآوری بتن پیش تنیده منسوب به Eugene Freyssinet است که اولین بار سیستم پس کشیدگی را به طور عملی در سال 1939 به کار برد. اکثر کاربردهای اولیه در طرح و اجرای سازه های پل انجام گرفت. این سیستم با استفاده از کابل های چند رشته ای در غلاف های بزرگی که در مقطع بتن تعبیه و در هر دو انتها ثابت می شد، توسعه یافت. کابل ها توسط جک از یک یا هر دو طرف کشیده شده و سپس داخل غلاف ها دوغاب ریزی می شد. در این سیستم که به سیستم چسبیده (bonded) معروف است، دوغاب در تمام طول مقطع به کابل می چسبد. ماهیت چسبندگی در اینجا شبیه به حالتی است که میلگردها در داخل بتن مسلح به بتن می چسبند. پس از تکمیل تزریق دوغاب، برای انتقال فشار به مقطع، مهارتهای انتهایی کارایی خود را از دست می دهند.

بیشتر سیستم پیش تنیدگی به دلیل اندازه بزرگ غلاف ها و گیره های انتهایی در ساختمان سازی فقط برای طراحی تیرهایی با دهانه بزرگ که بارهای سنگینی را تحمل می کنند، مورد استفاده قرار می گرفت. اما از سال 1970 میلادی، شرکت های معتبر پیش تنیدگی در دنیا اقدام به طراحی و تولید ادوات پس کشیدگی مطابق با استاندارد ساختمان سازی نموده و تا به امروز میلیون ها متر مربع از این نوع ساختمان ها با کاربری های متفاوت اجرا شده است.

موارد کاربرد متداول دیگر در ساخت قطعه ای است که در آن قطعات پل بتنی پیش ساخته به وسیله کابل های فولادی یا میلگرد به یکدیگر پیش تنیده می شوند. در این مورد، توسعه همان ایده ساده فشردن کتاب ها می باشد.

معماری پارچه ای

معماری پارچه ای در استادیوم ها، سکوها، مراکز خرید، بهارخواب ها، پیاده روها، سقف پارکینگ ها و غیره می تواند با غشاهای ترکیبی و ساختارهای پارچه ای با زیرساختارهای سبک، آزادی عمل فراوان، اطمینان بخشی مورد قبول و پایداری فوق العاده طراحی شود. در سراسر جهان، غیرمنتظره ترین و جاه طلبانه ترین پروژه ها با استفاده از ویژگی سبکی و انحناپذیری این مصالح قابل ساخت هستند. امروزه، نسل جدید غشاها استحکام بیشتر و طول عمر بالاتری را ارائه می دهند. تمامی این فاکتورها فرصت کافی جهت خلق یک نتیجه نهایی واقعی را عرضه می کنند، به طوری که معماری معاصر به طور بارز با سیستم های غشایی خمش پذیر و انعطاف پذیر کار می کند.

سازه های چادری

سازه های چادری در سال 1960 توسط فرانک اوتو رواج دوباره ای گرفت. دو طرح پیشنهادی او عبارتند از: شبکه سیمی آویخته که در نمایشگاه مونترال و همچنین ورزشگاه المپیک مونیخ استفاده شد. هر دو، جزء عظیم ترین و پیچیده ترین سازه های چادری هستند. امروزه با پیشرفت فناوری ها، سازه های چادری به کلی دگرگون و متحول شده اند. هرچند بهبود مصالح موجب بهبود عملکرد پوشش های چادری شده است، ولی روش های نوین طراحی عامل اصلی بهره وری این سازه ها می باشد.

ویژگی های سازه های چادری

1. ریشه در سنت کهن چادر سازی دارند.

2. به لحاظ ارزانی مصالح، سهولت اجرا و سرعت برپایی بسیار جذاب هستند.

3. کوتاهی عمر، کم دوامی، آسیب پذیری در مقابل آتش سوزی، بی ثباتی شکل و چروک شدن از کاستی های این نوع پوشش می باشد.

4. از اولین کاربردهای این نوع چادرها در سالن های نمایشی، سیرک ها و چادرهای ارتش بوده است.

پیشرفت فناوری های امروز باعث شده است تا:

دوام و طول عمر مصالح بیشتر شود.
مقاومت در برابر آتش سوزی افزایش یابد.
گسترش حریق و دودهای ساطع شده کاهش یابد.
انرژی کمتری برای تنظیم شرایط محیط حاصل شود.

مثلاً در مناطق گرمسیر با استفاده از این غشاء ها می توان مقدار زیادی از نور خورشید را منعکس کرده و دمای ساختمان را با صرف انرژی کمتری تنظیم نمود. در مناطق سردسیر نیز با بهره گیری از لایه های عایق حرارتی که منعطف و مات می شوند، با انرژی کمتری شرایط مطبوع حاصل می شود.