برای ساخت سازه فضا کار ابتدا آن را توسط برنامه های مخصوص طراحی می کنند. و سپس به مرحله اجرا در می آورند. به عبارتی ساده تر طراحی فضا کار شامل فرایند‌های انتخاب شکل شبکه، اندازه‌ها‌، مشخصات مکانیکی ا‌عضای شبکه، تعیین کنش‌های مؤثر بر آن، تعیین شرایط مرزی و تحلیل رفتار سازه‌ فضاکار است.در ادامه این مقاله شما به طور کامل با روش های مختلف طراحی سازه فضا کار آشنا خواهیم کرد. پس با ما همراه باشید.

روش های طراحی ‌سازه‌های فضاکار

طراحی سازه فضا کار توسط مهندس نقشه کشی و با چند روش طراحی می شود.که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت.

 طراحی سازه فضاکار شبکه‌ای از کل به جزء

طراحی سازه فضا کار از جزء به کل

طراحی سازه‌های فضاکار به روش حالات حدی

طراحی سازه های فضا کار از کل به جزء به معنای در دست داشتن  فرم کلی سازه و تقسیم‌بندی آن به واحدهای شبکه‌ای یا اعضایی است که به شکل تکرار شونده بوده و فرم کلی سازه را به صورت شبکه‌ای ارائه می کند.

طراحی از کل به جزء کاربردی تر و مفید تر است؛ زیرا در صورت امکان بهره‌گیری از واحدهای تکرار شونده با تنوع نا محدود در بخش اعظم سازه علاوه  ایجاد فرم هندسی مورد نظر، تولید سازه نیز روند صعودی خواهد داشت.

روش طراحی از کل به جزء برای انواع  فرم‌های با سطوح نمادین از نوع تخت، استوانه‌ای، مخروطی و کروی بیشتر کاربرد دارد؛ در مورد سطوحی که دارای انحنای زیاد هستند. به این دلیل که نحوه هم‌بندی اعضا و واحدهای شاخص، پیچیدگی های خاص خود را دارد معمولا از این روش استفاده نمی شود.

طراحی سازه فضاکار شبکه‌ای از جزء به کل

در طراحی از جزء به کل واحدهای اصلی هم‌بندی شده و به دلیل اجرای ملزومات طرح و فرم هندسی مجموعه سازه فضاکار حاصل می‌شود.

در حالت طراحی از جزء به کل اغلب از واحدهای تکرار شونده‌ برای اجرای ملزومات طرح استفاده می شود. با وجود اینکه ایجاد یک سطح پیچیده با چنین واحدهایی گاه امکان پذیر نخواهد بود. اما می توان با سرهم‌ بندی اجزای سازه به فرم‌هایی دست یافت .که از پیش تعیین نشده‌ اند و کاملا جدید هستند.

طراحی سازه فضا کار به روش حالات حدی

حالات حدی یا آستانه تحمل به حالتی گفته می شود.که سازه  با گذر از آستانه آن تحمل خود را از دست داده و از بین می رود.

طراحی سازه به دو روش حالات حدی انجام می شود که شامل موارد زیر است‌:

1. حالت حدی نهایی
2. حالات حدی خدمت رسانی

حالات حدی نهایی

در طراحی سازه یک سری حالات حدی در نظر گرفته می شود.و براساس آن نتیجه کلی حاصل می شود. که شامل موارد زیر است.

• بررسی از دست رفتن تعادل سازه یا بخشی از سازه، هنگامی که  به صورت جسم صلب در نظر گرفته شود.
• بررسی بروز تغییر شکل‌های بزرگ، شکست، پارگی و از هم گسیختگی، ناپایداری سازه یا بخشی از آن شامل شالوده‌ها و تکیه‌گاه‌ ها.
• بررسی از هم گسستگی های  ناشی از اثر وزن زیاد یا بر اثر  کنش‌های تابع زمان.

حالات حدی نها‌یی با ایمنی سازه، سکنه و بهره ‌برداران و در برخی موارد با محتویات سازه ارتباط دارد.

حالات حدی خدمت رسانی

در طراحی سازه فضا کار به روش حالات حدی خدمات رسانی باید به مقاومت، خطر پذیری، میزان اهمیت سازه و عملکرد مورد انتظار آن توجه کرد.

موارد زیر در طراحی سازه به  روش  حالات حدی خدمت رسانی درنظر گرفته می شود:

• عملکرد سازه‌ یا اجزای سازه متناسب با کاربری مورد نظر.
•  اطمینان بهره برداران  از عملکرد و مقاومت سازه
• وضعیت ظاهری سازه که شامل، ترک خوردگی منجر به اختلال در بهره‌برداری از ساختمان یا تجهیزات و تأسیسات سازه یا آسیب رسانی به روسازی و نازک کاری است.

تحلیل طراحی سازه‌های فضاکار

بعد از  طراحی سازه نوبت به تحلیل و بررسی کیفیت آن می رسد. که  متناسب با ویژگی‌های هندسی و مصالح سازه فضاکار،  خصوصیات اجزا، کنش‌های مؤثر با بهره‌گیری از مدل‌های ریاضی و فرمول های مربوطه انجام خواهد گرفت.

نتیجه گیری

همان طور که در این مقاله مطالعه نمودید، طراحی  مهمترین بخش تولید سازه است زیرا مقاومت و زیبایی آن در گرو همین  فرایند پیچیده طراحی است .که به دانش ویژه ای نیازمند است، که تنها مهندسان خبره ساختمان سازی از عهده آن بر خواهند آمد.

سازه هوای فشرده و یا سازه های بادی نیروها را به واسطه‌ ی پوسته هایی با تنظیم داخلی به طریق هوا منتقل خواهند کرد. این سازه ها تنها نیروهای کششی را توسط سطوح پیوسته منتقل می نمایند. معایب سازه های بادی نیز می تواند حائز اهمیت باشد.زمانی که پیوسته ها یک حجم و یا تعدادی از حجم های مستقل را تماماً احاطه می نمایند، خواهد توانست به تنهایی به واسطه ی فشار درونی خویش پیش تنیده گردند. در این موقعیت بدان ها سازه های بادی اطلاق خواهد شد. نمونه های این دست از سازه های پیوسته ای که حاوی یک حجم بسته می باشد را در قایق هایی پلاستیکی می توان مشاهده نمود. حلقه ی بیرونی و یا خارجی باد گردیده به قدری سخت می باشد که تحت عنوان حرفه فشاری برای پوسته ی تنیده نشده ای که کف قایق را ایجاد می نماید، بهره گیری می شود.

بررسی معایب سازه های بادی

درک چگونگی کارکرد فشار نیروهای داخلی برروی یک پوسته ی محصور اصلی حائز اهمیتی برای طراحی و تجزیه و تحلیل سازه های هوای فشرده است. اصل و اساس کلّی و جامع بدین حالت می باشد .که فشار هوا بار یک دست وسیعی را که عمود بر هر نقطه از پوسته می باشد. بدان وارد می نماید.‌ بله درست است، سازه های بادی به دو قسم، طبقه بندی می شود:

1.سازه های متکی بر هوا

2.سازه های پر گردیده از هوا

 سازه هایی که به هوا متکی می باشند.

کلّیه‌ ی سازه هایی که متکی بر هوا هستند، تمایل به شکل نیم کره دارند. از سویی انحنای آن ها می بایست لااقل در یک راستا محدب باشد. اغلب اکثریت اشکال به واسطه ی دوران یک فرم خطی حول یک محور به دست خواهند آمد. البته که با پوسته ای متکی بر هوا که شکل پایانی آن را می سازد.طراحی سازه مدرن برای باد

• موقعیت بارگذاری

در این قبیل از سازه ها بارهای مرده به همراه بارهای زنده ارزیابی خواهند شد. مازاد بر این ها سازه برای بارهای ناشی از فشار هوا که جهت برجای ماندن پوسته در کشش ذخیره می شود. و بارهای مرده به همراه زنده را نگه خواهد داشت. نیز تحت وارسی قرار خواهد گرفت.

✓ بارهای مرده

این دست از بارها (بار وزن) در پوسته های قابل انعطاف (یعنی پارچه) قابل چَشم پوشی هستند. ولیکن چنانچه که مصالح مستحکم تر برای سازه هایی که در آتی طراحی می شوند، استفاده می شود، در آن صورت وزن پوسته می بایست در نظر انگاشته شود.

✓ بارهای زنده

جمع گردیدن برف همراه  با بار یکدست و قابل پیش بینی نسبی ناشی از تجمع برف، موضوع حائز اهمیتی برای سازه های متکی بر هوا می‌ باشد. به ویژه زمانی که خیز منحنی اندک باشد. بار برجای مانده از نیروی باد موضوع حائز اهمیتی در سازه های بادی است. ضمن سازه های بادی با خیز تند، فشار باد بر قسمت پایین تر گنبد در سمت مقابل باد تمایل به متعادل گردیدن فشار تکیه گاهی درونی دارد. پس منجر به فروریختن داخلی ناشی از فشاری که متعادل گردیده است در هر سمت خواهد داشت.

• بارهای ناشی از هوا

این بار به گونه عمود و به گونه ای یک دست بر پوسته عمل می کند. برای موقعیت بارگذاری بدون بار برف، فشار حقیقی مورد نیاز جهت نگهداری چنین سازه ی سبک وزن حدوداً ده ممیز پنج نیوتن بر متر مربع می باشد.  فشار هوای داخل به واسطه‌ ی پمپ های مکانیکی هوا تأمین خواهد شد. هزینه این دست از چنین پمپ هایی حدوداً برابر با هزینه  بر دستگاه تهویه مطبوع داخل آب و هوای برابر است. در برخی از سازه ها از نیروی باد در راستای تنظیم فشار داخل بهره می گیرند. روش دیگر تنظیم فشار هوای درون مورد استفاده قرار دادن تفاوت دمای درون و نیز بیرون است.

 سازه هایی که از هوا پر شده اند.

این قبیل از سازه های فضایی، اجرای سازه ای پر گردیده از هوا را یکی خواهند کرد. تنها اجزاء حاوی فشار تنظیم شده هستند. این امر حاوی دو مزیت می باشد؛ یکی آن که نیاز به هوا بندی هایی که ضمن سازه های بادی متکی بر هوا مدّنظر است، از بین خواهد رفت. مازاد بر این ها، چنانچه که یکی از اجزای پر گردیده از هوا خالی گردد، قسم های مجاور استحکام کافی جهت پیش گیری از ریزش ساختمان را خواهند داشت.

• توزیع بار

بارهای متمرکز بر پوسته منجر به شکست ناحیه ای و کاهش ارتفاع مفید می گردند. پس موجب تضعیف عضو پر گردیدن از هوا خواهند شد. بنابر همین دلیل، بارهای متمرکز و همچنین تکیه گاه ها جهت توزیع نیرو برروی سطح بزرگ و به لااقل رساندن شکستن ناحیه ای می بایست با نهایت توجه طراحی گردند‌.

• گسیختگی پوسته ها

گسیختگی پوسته امکان دارد در کشش و در اثر فشار بیش از اندازه و یا بارگذاری مفرط بر روی دیوارها و ستون هایی که به قدری کوتاه هستند. که در ابتدای کار شکستن در آن ها رخ نخواهد داد، اتفاق بی افتد. عوامل دیگری هم که می تواند منجر به گسیختگی در پوسته بشود، نور خورشید به همراه فرسودگی است.  که موجب تکرار شوندگی و همچنین سوراخ شدن و سایش خواهد گردید.

مطالب مرتبط:

انواع سازه های فضایی به لحاظ ساختار

سازه فضاکار چیست؟

سازه های فضاکار یکی از پرکاربردترین اشکال سازه ای ساختمان های چند طبقه است. که به دلیل انتقال نیرو واضح و ساده مورد علاقه مهندسان سازه است. اعضای سازه های فضایی عمدتاً در معرض خمش قرار می گیرند. و میله ها را می توان از مواد انعطاف پذیر مختلف برای تشکیل فرم های سازه مختلف مانند سازه های فولادی، سازه های بتنی مسلح، سازه های بتنی صلب و قاب های چوبی ساخت.

اجزا سازه فضاکار

اجزای سازه های فضایی  شامل تیرها، دال ها، ستون ها و پی می باشد.

ستون

ستون، عضو اصلی باربر و نیروی ضد جانبی سازه فضاکار است و عضو کلیدی آن است. ستون های سازه فضایی اکثرا مستطیل شکل هستند که با مشاهده از داخل، عموماً از دیوار بیرون زده اند. در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی محاسباتی و بهبود نیاز مردم به فضای داخلی، ستون های خاص به تدریج رواج یافته و ستون هایی به شکل «L»، «T» و «Ten» نیز مورد استفاده قرار می گیرد. در برخی از ساختمان های بزرگ از ستون های مدور نیز استفاده می شود.

پرتو

تیر نقش دوگانه ای را در قاب ایفا می کند، از یک طرف، تیر بار دال را تحمل می کند و به ستون منتقل می کند. و سپس از طریق ستون به فونداسیون منتقل می کند؛ تحمل بارهای عمودی و افقی که می تواند به وضوح در نمودارهای لنگر خمشی و نیروی برشی تحت بارهای مختلف سازه دیده می شود.

صفحه

صفحه نه تنها عضوی است که مستقیماً بارهای عمودی را تحمل می کند، بلکه نقش بسیار مهمی در بارهای افقی دارد. صفحه یک جزء مهم برای اطمینان از صلبیت فضایی سازه فضاکار است – صلبیت درون صفحه  بسیار بزرگ است .و حتی می تواند بی نهایت در نظر گرفته شود، بنابراین می تواند در هماهنگی کلی نیروی جانبی نقش داشته باشد. توسط هر ستون تحمل می شود، و همچنین می تواند به طور موثر نیروی ناهموار بین قاب ها را متعادل کند. در راه پله به دلیل عدم وجود کف پیوسته از صلبیت فضا بسیار کاسته می شود.و فضای نامساعد باید توسط ستون های چهار گوشه تثبیت شود .به همین دلیل بسیاری از مهندسان ستون های چهار گوشه راه پله را نسبتاً طراحی می کنند.

دیوار

دیوار سازه های فضایی  فقط یک دیوار پرکننده یعنی عملکرد جداسازی و محفظه است و وزن و عملکردی را تحمل نمی کند. بدون دیوارها، ساختار قاب باقی می ماند. بنابراین، دیوار باید به طور مطمئن به قاب متصل شود. تا از پرتاب شدن آن به بیرون از سازه در هنگام استرس تصادفی جلوگیری شود. اما همچنین باید از تشکیل یک سیستم کار کلی با قاب و تغییر وضعیت تنش قاب خودداری شود.

از آنجایی که ستون های سازه فضاکار  بار بالایی را به طور مستقل به زمین منتقل می کنند. فونداسیون را می توان به طور جداگانه برای هر ستون طراحی کرد. بنابراین قاب  عمدتاً پایه مستقل زیر ستون را اتخاذ می کند.

فاصله ستون ها در سازه های فضاکار

در ابتدا باید گفت که فاصله ستون ها در سازه های فضایی به عوامل گوناگون اجزای سازه فضاکار ، چون طراحی و معماری سازه و کاربری آن بستگی دارد. ازاین رو نمی توان یک رقم خاص برای آن ذکر کرد.

اهمیت فاصله ستون ها در سازه های فضاکار بت میزانی است که برای محاسبه آن نرم افزارها و برنامه های خاصی روی کار آمدن است. با بهره گیری از این برنامه ها می توان ابتدا پروژه را روی کامپیوتر اجرا کرد. و کارهایی چون طراحی سازه، فاصله ستون و جای آن ها را معین کرد. و سپس با اطمینان از داده های به دست آمده آن را به صورت میدانی اجرا کرد.

البته دانستن این نکته لازم است که هدف سازه های فضاکار استفاده کمتر از ستون و در نتیجه فاصله زیاد میان ستون ها می باشد. که در نهایت یک سازه سبک و زیبا شکل می گیرد.امروزه برای محاسبه فاصله ستون ها در سازه های فضایی برنامه های مختلف و کارآمدی در اختیار مهندسین پروژه است.

به کمک این نرم افزار ها فاصله دقیق میان ستون ها را به دست می آورید.و در مرحله اجرا از محاسبات خود اطمینان کامل دارید. از معیارهای استاندارد فاصله ستون ها نیز غافل نشوید.

برای اینکه ستون ها در جای درست خود قرار بگیرند. علاوه بر محاسبات کرم افزاری، باید کاملا بر پروژه ،نیازها و خواسته هایتان مسلط و آگاه باشید.