سازه فضاکار چیست، آشنایی کامل با این سازه و بررسی مزایا و معایب آن
بنا به تعریف، در معماری و مهندسی عمران، قاب اسپیس فریم یا سازه فضاکار نوعی از سازه های خرپایی سه بعدی است. این سازه بسیار مقاوم بوده و وزن سبک با ظاهری خرپامانند دارد که از پایه‌های به هم پیوسته در یک الگوی هندسی طراحی گردیده. فاصله ستون ها در سازه فضاکار تا ۳۳ متر می‌تواند ادامه پیدا کند.
همین نکته آخر باعث شده تا از اسپیس فریم‌ها به عنوان نوعی پروفیل ساختمانی برای سرپوشیده کردن فضاهای وسیع با تعداد کمی ستون و تکیه‌گاه داخلی استفاده گردد؛ چون مانند سازه خرپایی، سازه فضاکار به دلیل استحکام ذاتی ساختار مثلثی‌اش مقاومت بالایی دارد. به لحاظ دینامیکی، بارهای خمشی در کنار بارهای کششی و فشاری در طول هر پایه به ستون‌های اصلی منتقل می‌شوند.
در توضیحی تکمیلی، سازه چادری هم نوعی دیگر از سازه های خرپایی است که با اسکلت‌بندی فضایی قابهای فضا کار بنا می‌گردد.
در یک مقایسه‌ی اقتصادی، قیمت پروفیل ساختمانی به شکل سازه‌فضاکار، در قیاس با قیمت پروفیل معمولی و قیمت نبشی که در سازه‌های نیمه‌مدفون به کار می‌رود و می‌شود آنها را با اسپیس‌فریم هم اجرا کرد بسیار مقرون‌به‌صرفه تر است.
دلیل استحکام و ایستایی بالای سازه های فضاکار
قابهای به هم پیوسته‌ی اسپیس‌فریم، یا سازه های فضاکار به انگلیسی space frame structure، به دلیل استحکام خاصی که قاب مثلثی مستحکمشان به آنها می‌بخشد از ایستایی بالایی برخوردارند. قابهای مثلثی و خرپایی از بازو و تکیه‌گاه‌های به هم شبکه شده ساخته می‌شوند. این دو توسط پیچ و مهره به هم متصل می‌گردند.
قاب مثلثی سازه فضاکار چگونه کار می‌کند
به زبان علمیِ دینامیک، اگر نیرویی به تکیه‌گاه خرپای مثلثی که راس اصلی آن است وارد شود و قاعده مثلث وجود نداشته باشد، رفتار سازه کاملاً به صلبیت خمشی گره ایجاد شده در تکیه‌گاه بستگی دارد. اگر عضو، بازو یا لوله‌ای که نقش قاعده را بازی می‌کند، وجود داشته باشد سیستم را می‌توان با استفاده از یک ماتریس ایستایی، بدون توجه به عوامل زاویه‌ای محاسبه کرد.
اما فقط در صورتی که صلبیت خمشی گره تکیه‌گاه در مقایسه با صلبیت کمک‌کننده قاعده ناچیز باشد. این اصلی‌ترین نکته در طراحی یک سازه فضاکار است که نیاز به یک درک انتزاعی از رفتار خرپای مثلثی دارد.
نحوه اجرا و اتصالات سازه های فضاکار
بازوهای محوری معروف به لوله، اجزای کلیدی این نوع سازه را تشکیل می‌دهند. لوله‌ها می‌توانند دارای مقاطع توخالی دایره‌ای یا مستطیلی (پروفیل) باشند که با استفاده از اتصال دهنده‌ها می‌شود آنها را به یکدیگر متصل کرد.
در این رابطه، چهار نوع اتصالات سازه فضاکار وجود دارد که عبارتند از:
- اتصال گره‌ی لوله‌ای؛
- گره‌ای ساده؛
- اتصالات سه‌بازویی؛
- و اتصالات گنبدی نیمکره ای.
نوع اتصالات مورد استفاده در این نوع سازه‌ها به ابعاد و اندازه لوله‌ها و همچنین کل طراحی و استحکام مورد نیاز سازه بستگی دارد.
کاربرد‌های سازه های فضاکار چیست؟
سازه اسپیس فریم، جایگزین جدیدی برای سیستم‌های ساختمانی از پیش مهندسی‌شده و گاهی پیش‌ساخته است. برای مثال گنبد‌های ژئودزیک یکی از نمونه‌های قدیمی همین سازه‌های خرپایی محسوب می‌شوند. این سازه‌ها در آشیانه هواپیما، کارخانه، فضاهای عمومی، مکان‌های جمعی و پلاژهای تفریحی کاربرد وسیعی دارند.
دلیل محبوبیت سازه های فضاکار فولادی
سازه های فضاکار فلزی در مقایسه با سایر سیستم‌های سازه‌ای موجود، استحکام و پایداری بالایی دارند. همین امر موجب شده تا این سقف‌های فضایی جذاب به طور گسترده در تمام پایانه‌های هوایی بین‌المللی استفاده شوند.
همچنین به دلیل پایین بودن قیمت آلیاژهای مصرفی، از جمله آلیاژهای آلومینیوم، و معدودی ورق گالوانیزه، این سازه‌ها از نظر اقتصادی به شکل حیرت انگیزی در قیاس با سازه‌ی پیش‌ساخته ساندویچ پنل ارزان‌تر تمام می‌شوند. در ادامه این موضوع را بیشتر بررسی خواهیم کرد.
مزایای سازه فضاکار
این که چرا این سازه‌ها با این مصالح ساختمانی خاص و ویژه تا این اندازه محبوب شده‌اند دلایلی دارد که به شرح زیر است:
- توانایی تحمل بارهای سنگین با حداقل انحراف را دارد؛
- هزینه حمل‌و‌نقل در مقایسه با هزینه جابه‌جایی سازه های فولادی معقول‌تر است؛ امکان قرارگیری ستون ها در وضعیت غیرمعمول را به همراه روکش و لعاب یکپارچه نشان می‌دهد؛
- مدولار است و انعطاف فضایی دارد.
به زبان ساده‌تر، موارد بالا یعنی اینکه ساختار اسپیس‌فریم به اندازه کافی استحکام دارد، ضمن اینکه نصب سازه های فضاکار به دلیل قطعات پیش ساخته آن بسیار آسان است. همچنین، آنها امکان ایجاد دهانه‌های وسیع را به شیوهای امن ایجاد می‌کنند. تازه، در صورت بروز حادثه به مراتب از سازه بنایی یا بتنی خسارات کمتری برجای خواهند گذاشت.
تمام ویژگی‌های فوق با هم ترکیب می‌شوند تا سازه‌های اسپیس فریم با قابهای بسیار سبکشان، ظریف، زیبا و مقرون‌به‌صرفه باشند. آنها انعطاف پذیری بیشتری را، از نظر ادغام ویژگی‌های مختلف سبک زندگی شهری، از جمله ایجاد یک فضای باز مسقف، به لطف ساختار فضایی‌شان، به شیوهای بسیار شهودی، هوشمندانه و بدون خطر و کاملا ایمن ارائه می‌دهند.
معایب سازه های فضاکار
ایجاد یک ساختار معماری فضاکار نیازمند مهارت‌های بسیار خلاقانه و نوآورانه برای تولید طرح نهایی است. سازه‌های فضایی به تجزیه‌و‌تحلیل دقیق، مواد، روش‌های ساخت‌و‌نصب و همچنین سیستم‌های تاسیساتی ویژه نیاز دارند تا امکانات بالقوه خودشان را نشان دهند. درواقع، با توجه به ویژگی‌های خاص این نوع از سازه، باید در نظر داشته باشید که اجرای آن بسیار تخصصی است و نیاز به نیروی آموزش دیده دارد.
مصالح اصلی اجرای سازه فضاکار
فولاد مهم‌ترین ماده در ساخت این نوعِ سازه است. همچنین در مواردی از آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم و مصالح نانو سازگار با محیط زیست در ساخت‌وتولید صنعتی این فضاها استفاده می‌شود.
سازه های فضاکار، این روزها نه تنها به دلیل سبک بودن، بلکه به دلیل استحکام و زیبایی‌شان بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. درکنار آلیاژهای سبک، قابهای فضایی ساخته شده با چارچوب‌های فولادی نیز به دلیل استحکام بالای این آلیاژ، بسیار کاربرد دارند. اما باید درنظر داشته باشید که همه اعضاء باید به درستی تعمیر و نگهداری شوند تا از طول عمر آن اطمینان حاصل شود.
کلام آخر
در این مطلب به شکل جامع به تعریف و معرفی ویژگی‌های سازه های فضاکار پرداختیم. اگر قصد اجرای یک سقف کلالیت یا سقف وافل یا فضاکار را دارید همین حالا با ما تماس بگیرید تا در تامین قطعات فولادی، ورق‌های آلومینیومی و هر آنچه که نیاز پروژه شماست، یاری‌تان کنیم. بهره‌گیری از تجربه و دانش کارشناسان آیرومارت و دریافت مشاوره‌های فنی و تخصصی، می‌تواند راهنمای مناسبی در مسیر خرید شما باشد.
کارشناسان مشاور آیرومارت
