مهندسی عمران و معماری

جزای متشكله سازه هاي فضايی

گره

عبارت است از يك گره توپر فولادي كه با عمليات فورجينگ بر روي آلياژ هاي مقاوم فولاد توليد مي شوند و ژس از انجام عمليات ماشين كاري بر روي آن آماده نصب در شبكه سازه فضايی مي گردد . وظيفه اين قطعه اتصال اعضاي اصلي باربر خرپای سه بعدي به يكديگر و انتقال باز مي باشد ، اين قطعه بر اساس بارهاي وارده بر آن و شرايط هندسي در فرم معماري سازه فضايی از اندازه هاي مختلفي برخوردار است و جهت مقاوم بودن در مقابل شرايط جوي و همچنين حصول زيبايي قبل از نصب آبكاري مي گردد .

المان هاي رابط بين گره ها

اين المان ها  به عنوان اعضاي اصلي باربر و انتقال دهنده بار از محل وارد آمدن آن به تكيه گاه عمل مي نمايد كه خود از چهار بخش تشكيل يافته است :

لوله :
پروفيل لوله اي شكل به لحاظ هندسي بهترين مقطع براي حمل بارهاي محوري مي باشد كه بر اساس بارهاي وارده بر آن طراحي شده و قطر و ضخامت آن بر اين اساس محاسبه ميگردد
بشقابك :
قطعه مخروطي شكل كه به دو سر لوله بوسيله عمليات جوشكاري متصل مي شود و وظيفه كاهش ابعاد لوله ها را در محل گره ها به عهده دارد .
پيچ :
اتصال لوله ها به گره ها توسط بسته شدن اين پيچ در روزه هاي  ايجاد شده در گره ها صورت مي گيرد كه سايز و جنس اين قطعه نيز بر اساس نوع و ميزان بار وارده طراحي شده و از ابعاد مختلفي برخوردار است .
مهره :

اتصال پيچ به گره ها توسط مهره اي كه بوسيله يك خار با پيچ درگير شده است صورت مي گيرد ، اين قطعه نيز بر اساس نوع و ميزان بار وارده طراحي شده و از ابعاد مختلفي برخوردار است .

دستکهاي شيب بندي

جهت ايجاد شيب بر روي سطوح تخت سازه فضايی و اتصال لازم جهت نصب پرلين هاي سقف از يك سري المان از جنس المان هاي رابط بند 2 با طول هاي متغير جهت حصول اين مطلب استفاده ميگردد به شكلي كه يك سر آن به گره ها متصل مي گردد و سر ديگر آن سطوح لازم جهت اتصال پرلين ها را تامين مي نمايد .

پرلين
جهت حصول سطوح لازم براي نصب انواع پوشش بر روي سازه فضايی از يكسري پروفيل با مقاطع مختلف استفاده مي گردد ، اين پروفيل ها مي تواند مقاطع مختلفي نظير قوطي ، ناوداني و پروفيل را دارا باشد .

همه چیز درباره ی سازه های فضایی

سازه فضايی شکلهای هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می کنند . این اجزا از المانهای طولی ( با مقطع های مربعی ، دایره ای ، مثلثی و ... ) و اتصالهایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می شود تشکیل می شود .جنس المانهای طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بود ولی معمولاً از انواع پلاستیک و پروفیل ، فولاد و آلومینیوم استفاده می شودبه عنوان نمونه هایی از این نوع سازه ها در ایران ، پوشش مرقد مطهر امام و سقف چند غرفه نمایشگاه بین اللملی تهران را می توان نام برد . سازه فضايی پدیده خیلی جدیدی نیست ، زیرا گراهام بل طرحهایی از شبکه های منظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بود . همچنین آلاچیقهای عشایر محلی ایران ، سبکی مانند سازه فضايی دارند ولی در دهه 60 میلادی بود که  سازه فضايی به صورت موضوعی بین اللملی و قابل بحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه فضايی ( فضاکار ) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد .

از آغاز پیدایش سازه فضايی اشکال بسیار گوناگونی به انواع آن افزوده شده که دارای طبقه بندی جامع ذیل است :

داربستهای اسکلتی ( Skeleton Frameworks )
سیستمهای پوسته تحت تنش ( Stressed Skin Systems )
سازه های معلق ( Suspended Structures )
سازه های هوای فشرده ( Pneumatic Structures )

در انواع سازه فضايی، اتصالهای مختلف که در طی مدت زمان طولانی تکمیل شده اند به کار گرفته می شوند و اکثر آنها شکل ظاهری بسیار ساده ای دارند . با استفاده از این اتصالها امکان ساختن سازه فضايی به صورت دو و یا چند لایه وجود می آید و با استفاده از قطعات پیش ساخته می توان سازه های عظیمی را با هزینه کم و به آسانی ایجاد کرد .یک نمونه از سیستمهای موفق ، سیستم گوی و لوله ( mero ) است که اتصالهایش گوی هایی با 18 سوراخ است که از جهات مختلف عضو می پذیرد و قدرت عمل زیادی را به طراح و سازنده می بخشد . یک نمونه جالب از سازه های دو لایه ، ساختمان نمایشگاه واقع در سائوپولو ، برزیل است که محوطه ای به مساحت 260 در 260 متر مربع را با تکیه بر 25 ستون و با استفاده از 48000 عضو لوله ای آلومینیومی پوشش می دهد . نمونه جالب دیگری از کاربرد سازه های فضاکار قابل جداشدن ، پارکینگ هیترو لندن است . این پارکینگ قابلیت تحمل 325 اتومبیل را داشته و استفاده از آن بسیار اقتصادی است . این نمونه ، تصور اکثر افراد را مبنی بر اینکه شبکه های فضایی فقط برای مسقف کردن محوطه بکار می روند را باطل می سازد . نمونه دیگر ، آشیانه هواپیما در لندن است که دهانه ای به طول 138 متر دارد . این سقف باید لوازمی به وزن حدود 700 تن را تحمل کند که 300 تن آن متحرک و شامل چندین دستگاه جرثقیل است که امکان تعمیرات و نگهداری هواپیما را به سهولت فراهم می آورد.

انواع سازه فضایی

مهندسی سازه بخشي از مهندسي عمران و مهندسي هوافضا است. در مهندسي عمران، مهندسی سازه در مورد ساختارهاي انتقال بار از اجزاء يک ساختمان يا بنا به محل تکيه‌گاهي آن مانند پي سازه صحبت مي‌کند.

اگر مهندسي سازه را متشکل از دو بخش تحليل و طراحي بدانيم، سرسلسله‌ي روابط تحليلي تئوري الاستيسيته و مرجع بخش طراحي استانداردها و قضاوت‌هاي مهندسي است. درتئوري الاستيسيته از جبر تانسورها استفاده مي‌شودو با استفاده از قانون هوک، دستگاه معادلات ديفرانسيل جزئي تعادل و سازگاري تشکيل مي‌شوند. مشهورترين روش حل عددي اين دستگاه معادلات، روشي است به نام اجزا محدود.
مهندسي سازه گرايشي از مهندسي است که با طراحي سيستم‌هاي سازه‌ای به هدف باربري و مقاومت در برابر نيروهاي گوناگون وارد بر سازه سروکار دارد.
مهندسي سازه عمدتاً با طراحي ساختمان‌ها و سازه‌هاي غير ساختماني سر و کار دارد و همچنين نقش ضروري در طراحي ماشين آلات در جاهايي که يکپارچگي سازه‌اي بر روي ايمني و اطمينان پذيري ماشين تأثير دارد بازي مي‌کند. ساخته‌هاي دست بشر، از مبلمان تا تجهيزات پزشکي، از خودرو و ... نياز به حضور مهندس سازه دارد.
يک مهندس سازه بايد در هنگام طرح يک سازه به دو مسئله توجه کند: مسئله? اول بررسي مقاومت سازه در برابر بارها ي وارد بر سازه که شامل بارهاي زنده، بار باد، برف، انسان، اشيا و بار مرده و بار زمين لرزه و... است که با طراحي سيستم باربر ومحاسبه و کنترل مقاومت کافي اعضاي سازه در برابر اين بارها است. مسئله دوم بررسي کارايي سازه است يعني سازه بايد فاقد مواردي مانند لرزش و تغيير شکل‌هاي خارج از اندازه? مجاز آيين نامه باشد. زيرا اين موارد در کاربري سازه مشکل زا هستند و باعث مشکلي مانند ترس در کاربران سازه و يا مواردي مانند ترک خوردن ديوارها و نازک کاري‌ها مي‌شوند.تاريخچه مهندسي سازه با آغاز يک جا نشيني بشر آغاز شد. اولين تاريخچه مدون مهندسي سازه با ساخت اهرام پله‌اي در مصر توسط آمون هوتپ، که اولين مهندسي که با نام شناخته مي‌شود باز مي‌گردد. در اين دوره سازه‌هاي عظيمي چون اهرام در مصر، زيگورات چغازنبيل و پارسه (تخت جمشيد) در ايران نام برد.حليل سازه‌ها يا آناليز سازه‌ها (Structural analysis) يا تئوري سازه‌ها (Theory of structures) يکي از زير رشته‌ها و زمينه‌هاي عمده و مدرن در مهندسي عمران، و مهندسي هوافضا مي‌باشد که با استفاده از قوانين رياضي و فيزيک به تحليل و پيش بيني رفتار سازه‌ها ميپردازد.
روشي براي محاسبه ميزان تغيير شکل، نيروهاي داخلي و عکس العمل‌هاي تکيه‌گاهي يک سازه است. اطلاعات مورد نياز براي اين محاسبات مشخصات مقاطع سازه و بارهاي وارد بر سازه هستند. پس از تحليل سازه ها و تعيين نيروهاي داخلي( برشي، محوري، لنگر خمشي و نيروي پيچشي )سازه را برحسب آنها طراحي مي كنند. منظور از طراحي تعيين مقاطع لازم براي اعضاي مختلف است.

سازه‌ها از دو ديدگاه از لحاظ بارگذاري قابل بحث هستند:

قاب فضايی:

قاب فضايی يا سازه فضايی، عبارت است از سازه‌اي که از اجزاي خرپامانند سبک و محکم تشکيل شده از پايه‌هايي که در يک الگوي هندسي در کنار هم قرار گرفته‌اند. قاب‌هاي فضايي براي پوشش دادن دهانه‌هايی که تکيه‌گاه کم تعدادي دارند به کار مي‌روند. چون در قاب‌هاي فضايي، همچون خرپاها از مثلث استفاده مي‌شود، لنگرهاي خمشي، به صورت بارهاي کششي و فشاري به اعضاي محوري خرپا منتقل مي‌گردند که اين خود باعث مستحکم بودن قاب‌های فضايی مي‌شود.ساده‌ترين نوع قاب‌هاي فضايی به اين گونه‌است که هرم‌هايي با سقف تخت و با استفاده از ميله‌هاي آلومينيومي و يا فولادي ميله‌ای شکل ساخته شوند. در بيشتر مواقع، اين نوع از قاب‌ها شبيه به بازوي متحرک افقي يک جرثقيل برجي است که در کنار هم قرار گرفته‌اند. نوع ديگر قاب‌هاي فضايي که داراي استحکام بيشتري نيز هست، به صورت هرم‌هاي چهاروجهي به‌هم‌پيوسته اجرا مي‌شوند. در اين حالت، همه اعضاي محوري قاب، داراي طول يکساني هستند. از نظر فني، اين نوع از قاب فضايی، مانند يک شبکه برداری و يا يک خرپاي هشت‌گانه‌است. در انواع ديگر قاب‌ها نيز، با تغيير دادن طول اعضاي محوری، شکل کلي سازه به صورت انحناء يا اشکال هندسي ديگر تغيير مي‌يابد.
کاربرد:
قاب‌هاي فضايی در ساختمان‌هاي مدرن کاربرد فراواني دارند. اين نوع از قاب‌ها بيشتر در سقف‌هايي با دهانه‌هاي بزرگ در ساختمان‌هاي مدرن تجاري و صنعتي ديده مي‌شوند.

روش‌هاي طراحی سازه فضايی:

قاب‌های فضايی معمولا با استفاده از ماتريس سختي، طراحي مي‌شوند. ويژگي ماتريس سختي، مستقل بودن آن نسبت به تغييرات زاويه‌اي است. اگر مفصل‌ها به حد کافي محکم و سخت باشند، براي سادگي در محاسبات، مي‌توان از تغييرات زاويه‌اي صرف نظر کرد.

مزایای استفاده از سازه ی فضایی

مزایای استفاده از شبکه های فضایی :

تقسیم بار در سازه فضايی:

اولین مزیت سازه فضايی ، مشارکت اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار است .

نصب تاسیسات در سازه فضايی :

به دلیل وجود فضای بازبین 2لایه شبکه های فضایی ، نصب تاسیسات مکانیکی و الکتریکی وکانال های هوا درون ارتفاع سازه فضايی ساده است .

مقاومت در سازه فضايی :

شبکه های فضایی ، سازه های مقاومی اند ، یعنی به طورکلی ، فروریختن تعداد محدودی ازاعضا ،لزوما منجربه فروپاشی سازه فضايی نمی شود . اگر چه در برخی مواقع ، استثنائاتی وجود دارد .یک نمونه جالب فروریختن خرپای فضایی سقف ساختمان مرکز شهری هارتفورد ،کا لیسئوم ، در ژانویه 1978 است .

اجزای مدولار در سازه فضايی :

شبکه های فضایی مدولارترین سیستم های سازه ای هستند که ازنصب اجزاء پیش ساخته به یکدیگرساخته شده اند. براین اساس اجزای سازه با ابعاد بسیار دقیق و با کیفیت مطلوب تولید می شوند واغلب به راحتی قابل حمل و به جز برپایی به کار بیشتری نیاز ندارد .

آزادی در انتخاب محل تکیه گاه ها در سازه فضايی:

امکانات زیادی درانتخاب محل تکیه گاه وجود دارد .این قابلیت به معماران آزادی زیادی برای طراحی فضای زیرشبکه فضایی می دهد .

هندسه منظم در سازه فضايی

سهولت نصب در سازه فضايی

دهانه در سازه فضايی

سیستم سازه فضاکار قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می باشد.

(فولاد مصرفی در سازه فضاکار ۳/۱ کمتر از سازه های متداول دیگر می باشد)

معایب و محدودیت های شبکه های فضایی :

هزینه :

هزینه این سازه ها گاهی می تواند در مقایسه با سیستم های سازه ای دیگر مثل قاب مسطح بیشتر باشد .  این قضیه بیشتر در سازه های با دهانه کوچک دیده می شود .
هندسه منظم :

با وجود اینکه هندسه منظم شبکه های فضایی اغلب به عنوان یکی از مزایای آن ها در نظر گرفته میشود ، ولی از برخی زوایا بسیار پیچیده و در هم به نظر میرسند.
زمان نصب :

این خصوصیت نیز از مزایای شبکه های فضایی است ، اگرچه یک نگاه منتقدانه به شکل های فضایی بیان می دارد که تعداد وپیچیدگی گره ها ممکن است سبب طولانی شدن زمان نصب درمحل اجرا شود.
مقاومت در برابر آتش سوزی :

شبکه های فضایی اغلب در ساخت بام مکان هایی که به مقاومت در برابر حریق نیا زی ندارند ، به کار می روند .
انتخاب نادرست قطعات مربوطه :

انتخاب قطعات باید به خوبی انجام شود به خصوص در جوشکاری مخروط ها ، انتخاب پیچ واسلیو و مهمتر ازهمه کیفیت گوی میباشد گوی هایی که به روش فرج ساخته می شوند ، کیفیت بالاتری دارند ولی هزینه آ ن بیشتر ا ست .

محاسبه قیمت سازه فضایی

مواردی که در محاسبه قيمت دقيق سازه فضایی بايد مورد توجه قرار گيرد :

ابتدا بايد سازه فضایی طراحی شود تا بطور دقيق مقادير اجزای سازه فضاییمشخص شوند.

محل نصب از نظر مقدار بار وارده برسطح اعم از برف و يا ميزان وزش باد.

مشخص شدن اينکه آیا اطراف محل نصب سازه فضاییساختمان هايی وجود دارد يا خير(وجود ويا عدم وجود ساختمان در ميزان وزش باد تاثير دارد.)

آيا چيزهايی مانند جرثقيل ويا برج های خنک کننده روی سازه نصب خواهند شد يا خير.

نوع پوشش سقف بايد مشخص شود.

آيا قطعات و اجزای سازه فضاییبايستی گالوانيزه و سپس با رنگ پودری رنگ آميزی شوند يا اينکه فقط رنگ آميزی ميشوند و يا اينکه فقط گالوانيزه بايد باشد.

ارتفاع سازه فضاییدر تعيين قيمت موثر ميباشد.

موقعيت محل نصب سازه فضاییاز نظر امکان استقرار داربست و جابجايی آن ميتواند در تعيين قيمت سازه فضاییموثر باشد.

بطور کلی هرچه اطلاعات بيشتر و دقيق تر راجع به اوضاع و احوال سازه فضایی داده شود ميتوان قيمت دقيق تری رابرآورد و پيشنهاد نمود.

سـاخـت و نـصـب اسـکـلـت سـازه فـضـایی

ساخت اسکلـت سازه فضايی ( سازه فـضـاکـار ) در کـارخـانـه : در این مرحله ساخت اجزا در کارخانه شروع و برای نصب و بافت در محل پروژه آماده می شوند

این اجزا عبارتند از:

گوی :

یک کره فولادی تو پر که برای استحکام و پایداری و ارتباط بین اعضای سه بعدی بکار می رود که خود و اعضا مرتبط را در یک موقعیت ثابت و ایستا نگه می دارند و باعث ایجاد هماهنگی و تعادل بین نیروهای برهم کنش اعضاء می شوند . گوی ها دارای سوراخهای رزوه دار شعاعی هستند که عضوهای سازه توسط انتهای مخروطی خود تحت زوایای مشخصی بر روی این سوراخها که دارای سطوح ماشین کاری شده می باشند، نصب و توسط پیچ متصل می شوند.

مخروطی :

در محل اتصال المان به گوی ها از قطعه فولادی و مخروطی شکل  که به لوله جوش می شود استفاده می گردد . این قطعه دارای انواع کششی و فشاری می باشد .
لوله :

پروفيل لوله ای شكل به لحاظ هندسی بهترين مقطع برای حمل بارهای محوری ( کششی و فشاری ) می باشد كه بر اساس بارهای وارده بر آن طراحی و ساخته می شود و اندازه قطر و ضخامت آن به میزان این نیروها و محاسبه آنها بستگی دارد.
پیچ :

اتصال لوله ها به گره ها توسط بسته شدن اين پيچ در روزه های  ايجاد شده در گره ها صورت می گيرد كه سايز و جنس اين قطعه نيز بر اساس نوع و ميزان بار وارده طراحی شده و از ابعاد مختلفی برخوردار است .
اسلیو :

مهره ای می باشد که در فشار عمل می کند و جهت محکم نمودن پیچ ها در داخل گوی نیز استفاده می شود . اسلیوها به دو شکل شیاردار و سوراخ دار تولید می شوند که توسط پین به پیچ متصل می گردند.

پرلین :

جهت حصول سطوح لازم برای نصب انواع پوشش بر روی سازه فضايی از يكسری پروفيل با مقاطع مختلف استفاده ميگردد ، اين پروفيل ها می تواند مقاطع مختلفی نظير قوطی ، ناودانی و پروفيل را دارا باشد .
دستک :

جهت ايجاد شيب بر روی سطوح تخت سازه فضايیو اتصال لازم جهت نصب پرلين های سقف از يك سری المان از جنس المان های رابط بند 2 با طول های متغير جهت حصول اين مطلب استفاده ميگردد به شكلی كه يك سر آن به گره ها متصل می گردد و سر ديگر آن سطوح لازم جهت اتصال پرلين ها را تامين می نمايد . پس از مرحله فوق اجزای ساخته شده اسکلت آماده بارگیری و حمل به محل احداث و نصب سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار ) می شود . رابط بند 2 با طول های متغير جهت حصول اين مطلب استفاده ميگردد به شـکـلـی كه يك سر آن به گــره هــا متصل مـی گـردد و سر ديگر آن سطوح لازم جهت اتصال پــرلـیـن را تامين می نمايد پس از مرحله فوق اجزای ساخته شده اسکلت آماده بارگیری و حمل به محل احداث و نصب سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار ) می شود .

آمــاده سـازی ،خـاکـبـرداری ، فـونـداسیـون و پـی ریــزی سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار ) :

همزمان با ساخت اسکلت سازه فضايی( سازه فـضـاکــار) در کارخانه مراحل آماده سازی زمین ، خاکبرداری ، فونداسیون و پی ریزی در محل پروژه صورت می پذیرد تا آماده نصب اسکلت سازه فضايی(  سازه فـضـاکــار ) شود.
در این مرحله بتن ریزی و فونداسیون اختصاصی در صورت نصب ماشین آلات در سوله با توجه به کابری سازه فضايی( سازه فـضـاکــار) نیز انجام می پذیرد. همچنین در صورت نیاز به تردد متوالی هر گونه ماشین آلات حمل و نقل مانند لیفتراک و تریلر ، کف سازی اولیه و زیرین سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار) باید متناسب با وزن این ماشین آلات تقویت و انجام شود.

نـصـب اسکـلـت سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار)

پس از انتقال اجزا اسکلت سازه فضايی (  سازه فـضـاکــار ) به محل احداث پروژه ، مرحله نصب اسکلت سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار ) توسط تکنسین های مربوطه شروع می شود .
مرحله نصب اسکلت سازه فضايی ( سازه فـضـاکــار)  باید با دقت تمام و رعایت جزییات و مقادیر دقیق نقشه صورت پذیرد تا اجزا به درستی به هم متصل شده و بار و فشار های احتمالی در همه آنها به صورت یکسان توزیع شود.

تحلیل یک نمونه اجرایی سازه فضایی

غرفه نمایشگاهی ایالات متحده در نمایشگاه بین المللی ۱۹۷۰ در اوزاکای ژاپن یکی از ابتدایی ترین انواع سقف های کابلی متکی برهوا را به خوبی نشان می دهد که به صورت یک بیضی بزرگ که دهانه های ۲۶۲ در ۴۶۰ فوت را می پوشاند . در سقف از کابل های ۲۰ فوتی در مرکز استفاده شده است . که به صورت الگوی الماسی شکل به نظم درآمده و تکرار شده اند . هیچگونه رینگ کششی در مرکز وجود ندارد . کابل ها با یک رینگ بتنی فشاری مهار و ایستا شده اند .

شیب کم سکوها و گنبد مسطح بام ( ۲۳ فوت ارتفاع ) بارحاصل از نیروی باد را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد . فشارهوای داخلی برابر است با ۰٫۰۳ Psigظرفیت دمیدن مورد نیازمعمولا کم است چون این مقدار مستقل ازحجم هوا و وابسته به مقدار نشت ونفوذ آن می باشد. هزینه کم ، کیفیت زیبایی فضای شفاف و دهانه یک پارچه وتصدیق و تثبیت نظریه طرح توسط نتایج آزمایشات تجربی منجربه گسترش استفاده از این سیستم سازه ای درسایر کاربردها ونیزدهانه های بالاتر تا ۲۴۰۰ متر (۸۰۰۰ فوت) گردید. در توسعه این سیستم پیش از طرح غرفه نمایشگاهی ایالات متحده ضروری بود که پوششی ایجاد شود که پایدار و غیرقابل اشتعال (نسوختنی ) باشد تا ساختمان بتواند براساس آئین نامه های موجود امریکا مجوز بگیرد. محصول نهایی از الیاف پشم و شیشه تحت ضمانت لابراتوار های معتبر که به رزین تفلون فلوروکربن آغشته شده بود تشکیل شده بود . پوشش یک تفلون فرموله ” TFE” و ” FEP” می باشد که پس از ضد عفونی توسط حرارت و پس از پوشش ابتدایی و ازجنس سیلیکون قابل استفاده است. پوشش سیلیکون ازفتیله شدن آب جلوگیری می کند .
برای پراکندگی تفلون ۱۰ دانه ی میکرونی از جنس شیشه به آن افزوده می شود باعث کاهش قیمت الیاف و هم بالا رفتن مقاومت سایشی آن می شود. مقاومت این محصول بین lbs/in 200 تا lbs/in1000 تفاوت می کند . محصول بامقاومت lbs/in 600 می تواند از حالت کاملا مات تا شفافیت ۱۸% تغییر نماید . مشخصه غرفه این نمایشگاهی برجسته سازی یک سقف که ۱۰۰۰۰۰ فوت مربع را با یک دهانه شفاف ، یکپارچه و بزرگ می پوشاند.
وزن نهایی بخش سازه پنوماتیک این بنا در حدود ۱ پوند بر فوت مربع است.کابل های فولادی با مقاومت بالا ، که قطر آن ها بین ۲/۳ تا ۴/۹ فوت تغییر می کند،در مرکز حدود ۲۰ فوت طول دارند و تا ۴۵۰ فوت نیز در کناره ها می رسد که به صورت الگوی الماسی آراسته شده اند. کابل ها توسط یک رینگ فشاری بتنی که متکی بر کشش کابل است مهار شده اند.(هیچ نوع گشتاور خمشی تحت اثر بار معمولی ایجاد نمی شود ) در پلان شکل سقف با یک بیضی که در گوشه ها حالت مستطیل به خود می گیرد مواجه هستیم.انتخاب این فرم بر اساس اهداف زیبایی شناسانه بوده است.

سازه فضاکار

از آغاز پیدایش سازه فضايی اشکال بسیار گوناگونی به انواع آن افزوده شده که دارای طبقه بندی جامع ذیل است:
داربستهای اسکلتی Skeleton Frameworks )
سیستمهای پوسته تحت تنش ( Stressed Skin Systems )
سازه های معلق ( Suspended Structures )
سازه های هوای فشرده ( Pneumatic Structures )
در انواع این سازه ها ، اتصالهای مختلف که در طی مدت زمان طولانی تکمیل شده اند به کار گرفته می شوند و اکثر آنها شکل ظاهری بسیار ساده ای دارند . با استفاده از این اتصالها امکان ساختن این سازه ها به صورت دو و یا چند لایه وجود می آید و با استفاده از قطعات پیش ساخته می توان سازه های عظیمی را با هزینه کم و به آسانی ایجاد کرد . یک نمونه از سیستمهای موفق ، سیستم گوی و لوله ( mero ) است که اتصالهایش گوی هایی با ۱۸ سوراخ است که از جهات مختلف عضو می پذیرد و قدرت عمل زیادی را به طراح و سازنده می بخشد .
یک نمونه جالب از سازه های دو لایه ، ساختمان نمایشگاه واقع در سائوپولو ، برزیل است که محوطه ای به مساحت ۲۶۰ در ۲۶۰ متر مربع را با تکیه بر ۲۵ ستون و با استفاده از ۴۸۰۰۰ عضو لوله ای آلومینیومی پوشش می دهد . نمونه جالب دیگری از کاربرد سازه های فضاکار قابل جداشدن ، پارکینگ هیترو لندن است . این پارکینگ قابلیت تحمل ۳۲۵ اتومبیل را داشته و استفاده از آن بسیار اقتصادی است . این نمونه ، تصور اکثر افراد را مبنی بر اینکه شبکه های فضایی فقط برای مسقف کردن محوطه بکار می روند را باطل می سازد . نمونه دیگر ، آشیانه هواپیما در لندن است که دهانه ای به طول ۱۳۸ متر دارد . این سقف باید لوازمی به وزن حدود ۷۰۰ تن را تحمل کند که ۳۰۰ تن آن متحرک و شامل چندین دستگاه جرثقیل است که امکان تعمیرات و نگهداری هواپیما را به سهولت فراهم می آورد.

انقلابی در طراحی سازه فضایی

پس از برآورد هزینه های ساخت پروژه تصمیم بر آن شد که بودجه پیش بینی شده (۲٫۶ ملیون دلاری) به طریقی تقلیل یابد.یک راه کاهش هزینه ها کار کردن روی مسائل خاص محدوده طرح از جمله ضرورت طراحی با در نظر گرفتن طوفان های با سرعت ۱۵۰ مایل بر ساعت است. از همان ابتدا تصمیم تیم طراحی استفاده از سازه متکی بر هوا بود.از بعد دیگر چون در طرح اولیه قصد بر این بود که فیلم هایی در پرده های بزرگی در سطح داخلی گنبد مورد نظر پخش شود، استفاده از این نوع سازه با توجه به فرم گنبدی آن بسیار منطقی می نمود.

پلان و مقطع بام

سازه بنا

کابل ها این امکان را به ما می دهند که یک گنبد با خیز بسیار کم داشته باشیم. (تنها ۲۳ فوت در برابر دهانه ۲۶۲ فوتی)چون سازه کوتاهی داریم استانداردهای ژاپن آن را برای طوفان با سرعت ۱۲۵ مایل بر ساعت مجاز دانسته اند. به منظور مطالعه خواص آیرودینامیکی بام یک مدل ۱۰۰/۱ داینامیکی ساخته و در برابر تونل باد مورد تست قرار گرفت. با وجود ضخامت کم صفحات، در مقابل باد تا سرعت ۲۰۰ مایل بر ساعت هیچ نوع لرزشی ایجاد نشد. با افزایش فشار هوای داخل سازه فرکانس (بسامد) لرزش های بام افزایش و دامنه نوسانات کاهش می یابد.برای این که سازه باز هم بیشتر آیرودینامیک شود ، یک سکوی زمینی با عرض ۲۰ فوت و شیب ملایم انتخاب شده است. سطح خارجی با آسفالت قهوه ای کوبیده شده که با بتن های متکی بسته شده ، پوشانده شده است و سطح داخلی با صفحات پلی استری “Mylar” که اثرات آینه ای با انعکاسات موجی شکل در داخل می گذارد و نیز نور را در طول روز به سمت سقف باز می تاباند.

نصب صفحات پلاستیک پلی استری

این مقطع از سکوی زمینی و بام ما را به طریقه توزیع فشار باد هدایت می کند که درقسمت سک مثبت (روبه پایین) و در قسمت روی سطح بام کابلی منفی (روبه بالا)می باشد .
تصمیم برآن بودکه کابل ها به شیوه مرسوم شعاعی با یک رینگ کششی مرکزی قرارداده شوند .زیرا وزن رینگ خود ممکن بود که درمرکز سقف سازه پنوماتیک ایجاد یک فرورفتگی و گودی کند و در اثر جمع شدن آب باران ممکن بود موجب فروپاشی و اضمحلال سازه شود ، همچنین در کابل های شعاعی به تعداد دو برابر اتصالات نیازداریم و به علاوه هزینه و وزن رینگ کششی ، همچنین به دست آوردن پوششی که مسافت بزرگ دهانه را درقسمت پیرامونی و محیطی بام و عرض کم و باریک آن را در قسمت مرکزی بپوشاند.
درابتدا طرح بر این مبنا بود که کابل ها به صورت مستقیم الخط و موازی با اقطار اصلی و فرعی بیضی بزرگ صف آرایی شوند . (مانند راکت تنیس ) به هرحال طبق مطالعات مشخص شد که براساس چیدمان طبق مدل الماسی ۳۳% دروزن کابل ها صرفه جویی می شود. سه قطر متفاوت ازکابل های سیمی استاندارد با سایزهای ۲/۳ ، ۸/۹ و ۴/۹ اینچ به کار گرفته شدند . محل تقاطع کابل ها به طور دقیق با رایانه مشخص شده بود ودر محل استقرار پوشش علامت گذاری شده بود .
انتهای کابل ها با آلیاژ پرکننده و بطونه فلز روی به سرپیچ ثابت می شود و به رینگ فشاری بتنی مهارمی شود . ضریب اطمینان طرح مهار بندها درمقابل بار گسیختگی ثابت تحت یک دوره کوتاه ۲٫۶ می باشد. رینگ فشاری به پایه بتنی زیرین آن بسته نشده است بلکه پایه طراحی شده تا جرم کافی ومناسبی برای جلوگیری ازحرکت سازه به سمت بالا (بالا کشیده شدن) را با ضریب اطمینانی به اندازه ۱٫۶ داشته باشد. بین پایه ورینگ فشاری یک صفحه فولاد گالوانیزه می باشد که ضریب اصطکاک ۰٫۴ دارد .
این ضریب از این رو انتخاب شده است که از سرخوردن وجابجا شدن پایه توسط رینگ و تحت اثر بار ارتعاشات ولغزش های زمین و یا بار حاصل از وزش طوفان جلوگیری می کند . درعین حال اجازه لغزش را درصورت نا پایداری حاصل ازنوسانات بام که به خاطرارتفاع و وزش بادهای شدید ایجاد می شود می دهد . لغزش وجابجا شدن پوسته تحت اثربار دینامیکی از نظر تعدیل نمودن حرکات بام و کابل ها سودمند خواهدبود.

تصویربالا مقطع عرضی رینگ فشاری را نمایش می دهد . رینگ روی یک پایه بتنی قرار می گیرد اما به آن مهاربندی نشده است . یک صفحه فولاد گالوانیزه بین رینگ و پایه ضریب اصطکاکی در حدود ۰٫۴ را تأمین می کند . مهار و تکیه گاه طراحی شده است تا بارهای نقطه ای روی پوسته را حذف نماید که ممکن است باعث شکاف در پوسته شود ؛ همچنین است کاربرد پوشش بین پوسته وکابل ها.

پوشش بام سازه فضایی

پوشش بام ازالیاف ریزبافت پشم شیشه که به خوبی بند کشی شده و در دو طرف با وینیل پوشش داده شده تا مقاومت کافی را دربرابر رطوبت و هوا تأمین کند ،تشکیل شده است . تصویر بالا نقاط تقاطع کابل و جزئیات یراق آلات را نمایش می دهد. اکثر اتصالات پوشش ها به یکدیگر از طریق آب بندی کردن توسط حرارت و وینیل که غشاء و پوسته شیشه ای را می پوشاند می باشند . روی مهره های کابل نگهدار پوشش ها و کلاهک هایی ازجنس “PVC” قرارداده شده تا امکان گسیختگی را ازبین ببرد .

نتیجه گیری سازه فضایی

سازه های پنوماتیک (Pneumatic Structures)نوع خاصی از سازه ها هستند که سبک وزن ، کم هزینه و دارای امکان سریع بوده ، می توانند به سرعت برپا شده و یا برداشته شوند. این سازه ها به صورت های کلی زیر ایجاد می شوند:
سازه های متکی بر هوا (Air-Supported Structures)
سازه های پر شده با هوا(Air-Inflated Structures )
کاربرد نوع متکی بر هوا ساده تر است، چون سازه هوایی فقط شامل سقف می شود. اما نوع پر شده با هوا اجرای مشکل تری دارد. با مطالعه و کسب اطلاعات کافی می توان از این سازه ها در کاربردهای فراوانی چون استادیوم های ورزشی ، غرفه های نمایشگاهی ، کمپ های دانشجویی ، پناهگاههای موقت و یا در کلیه کاربری های فصلی استفاده نمود.