سازه فضاکار به سازه‌هایی گفته می‌شود که دارای یک ساختار سه‌بعدی می‌باشند و اجزای آن‌ها تحت تاثیر فشار و کشش قرار دارند. سازه فضاکار مانند میله‌هایی کوچک هستند و به‌صورت دقیق بر اساس میزان فشاری که تحمل می‌کنند ساخته شده و به یک‌دیگر متصل می‌شوند. در ساخت سازه فضایی از مدل‌های یکسان استفاده می‌شود. این‌نوع سازه‌ها مخصوصا به عنوان پوششی زیبا برای زمین‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. به هر قطعه از سازه فضاکار فریم می‌گویند که در تشکیل آن از اجزای خرپامانند استفاده می‌شود و یکی از ویژگی‌های این اجزا، محکم و سبک بودن آن‌ها است.
آنچه که موجب استحکام‌بخشیدن به سازه‌های فضاکار می‌شود خرپاهای مثلثی شکل هستند که باعث شده‌اند لنگرهای خمشی، بارهای فشاری و کششی را به اعضای محوری خرپا منتقل نمایند. فریم‌های سازه فضاکار معمولاً با استفاده از ماتریس‌های پیچیده طراحی می‌شوند. ویژگی خاص این نوع ماتریس‌ها در یک فضای معماری، زاویه‌های مجزا از هم برای شکل‌دهی بهتر و طراحی دقیق‌تر طرح روی کاغذ در هنگام اجرای پروژه می‌باشد. ساده‌ترین شکل فضایی افقی از اهرام مربع چهار ضلعی است که از رشته‌های فولادی یا آلومینیومی ساخته می‌شوند. در کل سازه فضاکار به مجموعه سازه‌های مشابهی گفته می‌شود که شامل طاق‌ها، برج‌ها، شبکه‌ها، سیستم‌های غشایی و پوستی، سازه‌های تاشونده هستند. در ادامه درباره سازه فضاکار بیشتر توضیح خواهیم داد.
کاربرد سازه فضاکار چیست؟
جدول محتوای مقاله
در سازه فضاکار، در هر فریم از همه جهات، بارهای مشابهی وارد می‌شود که به تعادل سازه کمک خواهد کرد. از نظر فنی، ماتریس‌های طراحی سازه‌های فضاکار را ماتریس بردار ایزوتروپیک یا عرض یک واحد خرپای هشت‌تایی می‌نامند که در ساختمان‌های مدرن کاربردهای بسیاری دارد. سازه فضایی عموماً در فضای خارجی ساخته می‌شود و خود بخشی از یک سازه فضاکار است. آنچه که به عنوان پوشش در ساخت سازه فضاکار استفاده می‌شود شامل پلی کربنات، شیشه، ورق‌های گالوانیزه ساده و رنگی، ساندویچ پانل و سایر پوشش‌ها است.
معرفی انواع سازه فضاکار
انواع سازه فضاکار عبارتند از:
سازه فضاکار تخت
به ترکیب چند وجهی سیستم با لایه‌های واحد، شبکه می‌گویند. شبکه ترکیبی از یک دو وجهی است که با تیرهای واحد متصل شده‌اند. شبکه‌های تخت دارای یک دو یا چندلایه هستند اما بیشتر به صورت دولایه مورد استفاده قرار می‌گیرند. شبکه‌های دولایه از دو صفحه موازی تشکیل می‌شوند و زمانی که به افزایش مقاومت نیاز شود، اعضای لایه میانی در شبکه دولایه تبدیل می‌شوند. برای جلوگیری از خطر کمانش‌کردن، از شبکه‌های دولایه استفاده می‌کنند. در طراحی شبکه‌های دولایه و اکثر سازه‌های فضا کار نکته‌ای که باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی‌شدن آن، ستون‌ها داخل شبکه قرار گیرند و به چند گروه متصل شوند. هم‌چنین بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه اطراف کنسول داشته باشیم.
سازه فضاکار تک‌لایه
در این نوع سازه همه‌ی عناصر بر روی سطح و به ترتیب قرار می‌گیرند و پیچیدگی ندارند. در شبکه دولایه، عناصر در دولایه و به موازات هم و در فاصله مشخص از یک‌دیگر سازمان یافته‌اند. هرکدام از لایه‌ها شبکه‌هایی از مربع‌ها یا مثلث‌ها یا شش‌ضلعی‌ها را توسط فریم‌های سازه فضاکار شکل می‌دهند که در آن امکان دارد برآمدگی گره‌های یک لایه با یک‌دیگر تداخل داشته یا نسبت به یک‌دیگر جابه‌جا شوند.
سازه فضاکار فرم گنبدی
فرم گنبد شبکه‌ای است که در دو جهت دارای انحنا باشد. شاید روی یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط و یا اتصال چندین رویه باشد. در واقع گنبدها سازه‌هایی با صلبیت بالا هستند و برای دهانه‌های بزرگ تقریباً 250 متری مورد استفاده قرار می‌گیرند. درصورتی‌که تعداد دنده‌ها زیاد شود باید به شکل گنبد و مسئله شروع اعضا در راس گنبد توجه شود. برای اجتناب از مشکل، بهتر است برخی از دنده‌های نزدیک راس حذف شوند.
سازه فضاکار فرم چلیک
فرم چلیک شبکه‌ای است که در یک جهت دارای انحنا باشد. فرم چلیک بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان‌مانند استفاده می‌شود که بعضاً فاقد ستون می‌باشند و روی لبه‌های چلیک که به تکیه‌گاه متصل است قرار می‌گیرد.
سازه فضایی هرمی
از دیگر انواع سازه فضاکار می‌توان به سازه‌های فضایی هرمی اشاره نمود که سازه‌های فضاکار به صورت هرم ناقص یا هرم کامل اجرا می‌شوند و بیشترین کاربرد آن در نماسازی شهری و نورگیر مجتمع‌های مسکونی و تجاری می‌باشد. ستون‌گذاری سازه فضاکار به صورت فلزی، هم می‌تواند از طریق لوله یا همان پایپ انتخاب شود و هم می‌تواند با کسی یا تیر آهن دوبل باشد. اساس انتخاب ستون مناسب برای پروژه‌های سازه فضاکار بستگی به عواملی چون شرایط جانمایی ستون‌های سازه فضاکار، سرعت اجرای پروژه سقف سازه فضاکار، قیمت ستون سازه فضاکار، شرایط نصب ستون اسپیس فریم دارد. در سوله صنعتی فواصل ستون‌ها اغلب شش متر است اما در سازه‌های اسپیس هیچ‌گونه محدودیتی در ستون‌گذاری سازه فضاکار وجود ندارد.
مراحل اجرای سازه فضاکار
با وجود انواع مختلف سازه فضاکار، شیوه اجرای این سیستم یکسان نیست. اما به‌طورکلی می‌توان گفت که مراحل اجرای سازه فضاکار به صورت زیر است.
- ایجاد تکیه‌گاه مناسب برای اجرای سازه فضاکار
- انتقال قطعات به محل پروژه و اتصال آن‌ها به همدیگر با توجه به نقشه اجرایی
- قراردادن سازه ساخته‌شده با کمک جرثقیل در محل مشخص شده
اتصالات سازه فضاکار چیست؟
اتصالات سازه فضاکار را در حالت کلی که استاندارد و تجاری شده‌اند، می‌توان به سه حالت دسته‌بندی کرد.
- گیردار: شبکه‌های سازه فضاکار تک لایه، لنگر خمشی و نیروی محوری در اعضا پدید می‌آید.
- نیمه گیردار: نیروی لنگر خمشی و محوری، در عمل اجرایی و منطقی نمی‌باشد.
- مفصلی: شبکه‌های سازه فضاکار دولایه و سه‌لایه، تنها نیروی محوری وجود دارد.
اجزای تشکیل‌دهنده پیوند چیست؟
اجزای تشکیل‌دهنده پیوند عبارتند از:
گوی‌ها که مرکز اتصال هستند و دارای سوراخ‌هایی می‌باشند که از مرکز می‌گذرد، خروج از مرکزیت ندارند و اتصال مفصلی را برای ما به وجود می‌آورند.
بشقابک‌ها که وظیفه اتصال عضو لوله‌ای را به گوی‌ها دارند و دارای دو نوع کششی و فشاری می‌باشند. جهت انتقال نیرو در حالت فشاری از اسلیو و در حالت کششی از پیچ استفاده می‌کنیم.
پیچ‌ها که یک اتصال جداشدنی بوده و جهت انتقال نیرو در حالت کششی از آن استفاده می‌نماییم. پیچ‌ها در سایزهای متفاوتی وجود دارند.
اسلیوها که در انتهای عضو مابین گوی و عضو قرار می‌گیرند. اسلیوها اجزای فشاری با مقاومت بالا به صورت سوراخ‌دار و شیاردار هستند و به جهت محکم‌کردن پیچ در داخل گوی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مزایای سازه فضاکار چیست؟
به دلیل استفاده از سیستم پیش‌ساخته از اجزای سازه در تولید سازه فضایی و با توجه به امکان به کارگیری روش‌های متعدد در زمان بافت و نصب، این سازه‌ها از سرعت بالایی در تولید و اجرا برخوردار هستند. درجه نامعین بالای این سیستم و پیچ و مهره‌ای بودن اتصالات، سهولت کنترل کیفیت قطعات و ساخت کارخانه‌ای قطعات به‌صورت پیش‌ساخته، مواردی هستند که ضریب ایمنی و اطمینان سازه را افزایش داده‌اند. اقتصادی‌بودن ساخت سازه فضاکار یکی از دلایل گسترش روزافزون این سازه‌ها در مقایسه با سازه‌های دیگر صنعتی است.
این سازه در دهانه‌های بزرگ دارای صرفه اقتصادی مطلق است و بسیار ارزان‌تر از سایر سیستم‌ها می‌باشد. در دهانه‌های کوچک نیز دارای صرف اقتصادی نسبی می‌باشد که با توجه به سایر مزیت‌های آن، استفاده از سازه فضاکار را در این دهانه‌ها توجیه‌پذیر می‌کند. کاهش و یا افزایش سطح سازه فضاکار از هر طرف و هر شکل، تغییر محل تکیه‌گاه قبلی و رعایت نکات طراحی به‌راحتی امکان‌پذیر است. سازه اجراشده علی‌رغم آنچه از شکل ظاهری به نظر می‌آید بسیار سبک می‌باشد.
طوری‌که در مقایسه با دیگر سازه‌های ساختمانی در شرایط مساوی ترجیح داده می‌شود و از این سازه در اضافه اشکوب‌ها و در زمین‌هایی با مقاومت خاک پایین استفاده فراوانی می‌شود. استفاده از سازه فضاکار در پایانه‌ها و سالن‌های فرودگاهی، منجر به حذف ستون‌های متعددی شده و هزینه‌های اجرای فونداسیون و ستون‌گذاری را به شدت کاهش داده است. علاوه‌بر این، زیبایی محیط و تشویق مسافرین در استفاده از پایانه‌ها، منجر به کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و افزایش جریان درآمدی شده ازهمین‌رو در دو دهه اخیر هیچ سالن فرودگاهی ساخته نشده مگر این‌که از سازه فضاکار در آن استفاده شده باشد.