سقف های فضایی

سقف های فضایی (فضاکار)

• تعریف سازه فضایی:

یک سازه فضایی را می‌توان به صورت یک سیستم سازه‌ای در نظر گرفت که از عضوهای خطی تشکیل شده است و طرز قرارگیری آنها به گونه‌ای است که بارها به صورت سه بعدی منتقل می‌شوند.

در بعضی موارد، ممکن است دو بعدی نیز باشند.

یک سازه فضایی اغلب شکل سطحی صاف یا منحنی‌گونه را به خود می‌گیرند.

واژه قاب فضایی مخصوص سازه‌هایی است که اتصالات صلب دارند.

• تاریخچه سقف های فضایی:

شاید قدیمی‌ترین نمونه‌ها از آنچه امروزه به عنوان قاب فضایی می‌شناسیم (که دارای امتیازهایی نظیر سبکی، مقاومت، سه بعدی، امکان تولید انبوه و اجرا به روش سازه‌های مدولار می‌باشد) توسط مخترع تلفن، الکساندر گراهام بل (1922- 1847) رواج یافت.

در دهه اول قرن 20 او خرپاهای فضایی مرکب از قطعات 4 وجهی و 8 وجهی را آزمایش کرد.

گراهام بل خصوصیات دوگانه مقاومت بالا و سبکی وزن را با فرم‌های 4 وجهی سه بعدی صلب به نمایش گذاشت و از آنها در بسیاری از پروژه‌هایش استفاده کرد.

با وجود پیشرفت حاصل از تلاش‌های گراهام بل در زمینه خرپاهای فضایی سه بعدی سبک وزن در اوایل قرن 20، تا قبل از معرفی سیستم مرو (Mero) در سال 1943، این خرپاها در معماری کاربردی نداشتند.

این اولین سیستم شبکه فضایی بود که به صورت گسترده در دسترس معماران و مهندسان قرار گرفت و توسط دکتر مکس منکرینگ هوسن (88-1903) معرفی شد.

این سیستم، هنوز هم رایج‌ترین روش در ساخت خرپاهای فضایی است، شامل اعضای لوله‌ای منفرد و اتصالاتی از نوع پیوندهای کروی (گوی‌سان) است.

عمومیت استفاده از این سیستم تا به امروز ادامه دارد، زیرا علاوه بر زیبایی سازه‌ای می‌تواند به اشکال گوناگون و با سیستم‌های متنوع، متشکل از پیوندهای کروی و لوله‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

• سقف زنبوره‌ای نوعی از سقف های فضایی:

در این سقف‌سازی از قطعات فولادی مانند هرم‌های معکوس استفاده می‌شود که در سطح زمین صاف، قطعات مونتاژ خواهد شد.

در ادامه به ذکر شیوه ساخت آن اشاره می‌گردد.

• شیوه ساخت:

1) چهار عضو مورب هرم که عموماً لوله هستند و انتهای دو سر آنها رزوه است، در یک نقطه به چهارسو (که اصطلاحاً (کوپلر) گفته می‌شود)، پیچ می‌شوند.

2) عضوهای مورب لوله‌ای، از ناحیه بالا به کلاف نبشی که در ابعاد 120×120 سانتیمتر ساخته شده است، جوش می‌شود.

ارتفاع هرم تشکیل شده از پنج عضو، بین 73 تا 120 سانتیمتر نسبت به کاربری‌های مختلف از طول دهانه خواهد بود.

3) عناصر هرمی که از کلاف نبشی و لوله‌ها به وجود می‌آیند، در کنار یکدیگر قرار گرفته و توسط قطعات دیگری از لوله به شکل افقی و عمودی به چهارسو، پیچ شده و سبب یکپارچگی لوله‌ها از ناحیه زیرین می‌شود.

ضمناً از ناحیه سر نبشی‌های همجوار نیز به یکدیگر جوش خواهند شد.

توجه 1: از تکرار قطعات در جوار یکدیگر و اتصالات، بعدی از سقف زنبوره‌ای ساخته شده که در بین ستون‌ها نصب می‌گردد.

قابل ذکر است که از ایجاد قطعات مذکور، می‌توان تا 33 متر دهانه را از دو طرف پوشش داد.

معمولاً قطعاتی که به شکل پیش‌ساخته در ابعاد گسترده تهیه شده‌اند، توسط چندین جرثقیل در حالت متعادل بالا برده می‌شود و در بین ستون‌ها با فاصله زیاد در دهانه میانی، قرار داده شده و اتصالات در نواحی استقرار با ستون‌ها (که در مواردی ستون‌های قطور لوله‌ای از فولاد می‌باشند)، در روش کربی قطور فولادی و متصل به ستون اجرا می‌شود.

توجه 2: ستون‌ها در کنار یکدیگر با فاصله مشخص در دو ردیف اجرا شده و فضای دهانه‌ای را تشکیل می‌دهند.

در مواردی، در این دهانه‌ها، با اتصالات مفصلی متصل به ستون و قفل میانی و یا کابل‌کشی ضربدری، می‌توان اصول مهارسازی و ضدزلزله در سازه را نیز به وجود آورد.

• اتصالات قاب‌های فضایی در سقف های فضایی:

1) در این نوع اتصال، قطعات متعدد لوله‌ای در یک محل، توسط رابطی به نام ((نادوس)) به یکدیگر متصل خواهند شد.

2) این نوع اتصال که امروزه بسیار رواج یافته است، در وسط محل تقاطع اعضا سوراخی وجود دارد که یک پیچ و مهره درون آن قرار می‌گیرد.

3) در این نوع اتصال، قطعات متعدد لوله‌ای در یک محل، در رابطی گوی‌شکل، به صورت نری و مادگی، پیچ و یا جوش متصل می‌شوند.

به این سیستم ((مرو)) (Mero) گفته می‌شود.

• پوشش سقف‌های زنبوره‌ای:

الف) سقف بتنی:

در این سیستم، برای قاب‌‌سازی مربع می‌توان از نبشی یا سپری استفاده کرد.

در هر دو صورت، به فاصله هر 10 سانتیمتر، از میلگرد نمره 10 به شکل شبکه به قاب مربع جوش می‌شود.

سطح زیر قاب را توسط قالب‌بندی چوبی (کفراژ) یا قالب‌های فلزی تخت اجرا می‌کنند.

روی این سقف‌سازی در طبقات، کفپوش و در سقف انتهایی اجرای شیب‌بندی، اجرای فلنج‌گذاری برای لوله آب باران، عایق رطوبتی و در آخر موزاییک فرش با رعایت بند انبساط اجرا می‌شود.

ب) پوشش پشم و چوب:

این سقف‌ها به صورت سرتخت به کار می‌روند.

در این روش، ورق‌های پشم شیشه و چوب به ضخامت 5 سانتیمتر روی نبشی‌های قاب قرار داده شده، سپس روی قطعات با سه لايه نمد قیراندود، عایق رطوبتی به وجود می‌آید.

ضمناً این اجرا سبب یکپارچگی قطعات پشم و چوب خواهد شد.

سپس بر سطح عایق، کفپوش سبک قرار می‌گیرد.

توجه: معمولاً در آخرین طبقه، از روش سقف بتنی صفحه‌ای که قبلاً بیان شد و سایر موارد اجرایی بهره برده می‌شود.

پ) پوشش‌های شیبدار:

در سقف‌های شیبدار، با اختلاف دادن در محل نصب شبکه زنبوره‌ای با ستون‌ها، این حالت به وجود می‌آید و معمولاً از شیوه ورق‌پوش و یا سایر موارد برای سقف‌های شیبدار استفاده می‌شود.

در این اجرا، از به کارگیری عایق پشم و شیشه نیز می‌توان استفاده کرد.

توجه: برای هر سه نوع پوشش در آخرین طبقه، می‌توان محل نورگیر در سقف تعبیه کرد.

ضمناً از حد فاصل بین قطعات زنبوره‌ای، می‌توان برای عبور لوله‌های مختلف استفاده شود و اگر لازم باشد، در زیر آن سقف کاذب نیز اجرا کرد.

تا اواسط قرن 18 مصالح اصلی در دسترس برای معماران و مهندسان، سنگ، چوب و آجر بود.

از آن مصالح، سنگ و آجر، در برابر فشار مقاوم، ولی در برابر کشش ضعیف بودند، به همین دلیل برای سازه‌های سه بعدی مثل گنبدها و طاق‌ها مناسب بودند.

از پیشرفت‌های قابل توجه در این زمینه اجرای طاق‌ها توسط کارگران قرون وسطی بود.

بزرگترین دهانه‌ها در میان گنبدهای آجری، کلیسای سنت پیترز در رم (93-1588) و سانتاماریادل فیوره در فلورانس (34-1420) بودند که هر دو در پایه گنبد، قطری معادل 42 متر داشتند.

چوب مقاومت زیادی در برابر کشش و فشار دارد ولی به صورت طبیعی تنها در طول‌ها و مقاطع عرضی محدود در دسترس است.

با وقوع انقلاب صنعتی، تولید آهن و سپس فولاد گسترش یافت و تولید مصالح با مقاومت زیاد، ساختن ساختمان‌های با ارتفاع بیشتر و دهانه‌های وسیع‌تر را امکان‌پذیر ساخت.

همزمان با توسعه راه آهن و صنعتی شدن، تولیدات کالاها، تقاضا جهت سازه‌های با دهانه وسیع برای پل‌ها، ایستگاه‌ها، ساختمان انبارها و کارخانه‌ها افزایش یافت.

در ابتدا مجموعه‌ای از خرپاهای متنوع شکل گرفت و در مراحل بعد سازه‌های مشبک فضایی سه بعدی به وجود آمدند.

بسیاری از فرم‌های سازه‌ای به ویژه اغلب شبکه‌های فضایی و شبکه‌های فضاکار از مدول‌هایی تشکیل شده‌اند.

نظریه ساخت ساختمان‌های مدولار به صورت یک رویای تحقق‌یافته تقریباً 150 سال قبل، با طراحی، ساخت و نصب قاب‌های فلزی کریستال پالاس در هاید پارک لندن (برای برگذاری نمایشگاه بزرگی در سال 1851) شکل عملی یافت و کارایی این روش به خوبی نشان داده شده سازه‌های نمادین مانند برج ایفل که از آهن شکل داده شده بین سال‌های 1897 و 1899 در شهر پاریس ساخته شد، دلیلی بر پایداری و دوام سازه‌های فلزی سه بعدی مدولار به شمار می‌روند.

شاید قدیمی‌ترین نمونه‌ها از آنچه امروزه به عنوان قاب فضایی می‌شناسیم که دارای امتیازهایی نظیر سبکی، مقاومت، سه بعدی، امکان تولید انبوه و اجرا به روش سازه‌های مدولار می‌باشد در دهه اول قرن 20 الكساندر گراهام بل، خرپاهای فضایی مرکب از قطعات 4 وجهی و 8 وجهی را آزمایش کرد.

گراهام بل خصوصیات دو گانه مقاومت بالا و سبکی وزن را با فرم‌های ۴ وجهی سه بعدی صلب به نمایش گذاشت و از آنها در بسیاری از پروژه‌هایش استفاده کرد.

یکی از اولین سازه‌های مشبک فضایی فولادی با استفاده از اتصالات ریخته‌گری شده و اعضای لوله‌ای، یک برج دیدبانی در بین بریگ، آمریکا بود که در سال 1907 توسط گراهام بل ساخته شد.

• اجرای سقف های فضایی و روش شبکه گنبدی:

در سازه فضایی، سازه فضاکار اگر شبکه‌ای در دو جهت دارای انحنا باشد، گنبد نامیده می‌شود.

شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط با اتصال چندین رویه باشد.

گنبدها سازه‌هایی با صلبیت بالا می‌باشند و برای دهانه‌های بسیار بزرگ تا حدود 250 متر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ارتفاع گنبد باید بزرگتر از 15 قطر پایه گنبد باشد.

گنبدها دارای مرکز هستند.

از انواع گنبدها می‌توان گنبد از نوع دنده‌ای اشاره کرد که در صورتی که تعداد دنده‌ها زیاد باشد باید به مسئله شلوغی اعضا در رأس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده‌های نزدیک رأس حذف شود.

گنبد دیگری در سازه فضاکار به نام اشفدلر (مهندس آلمانی) وجود دارد که تعداد زیادی از این نوع گنبدها بعد از قرن 19 توسط اشفدلر و دیگران ساخته شده است.

از ایرادات این گنبد می‌توان به مسئله شلوغی اعضا در رأس اشاره کرد، که برای حل این مشکل همان راه حل بالا ارائه می‌شود.

نمونه دیگر از گنبدها در سازه فضایی، گنبد لملا است.

این گنبد را می‌توان به نوعی ترکیبی از یک یا چند حلقه که با یکدیگر متقاطع هستند، دانست.

از نمونه دیگر گنبدها در سازه فضاکار می‌توان به گنبدهای دیامتیک و گنبدهای حبابی و ژئودزیک اشاره کرد.

اتصالات در گنبدهای دنده‌ای و اشفدلر حتما صلب هستند.

از لحاظ پخش منظم نیرو، گنبدهای ژئودزیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.

• اجرای سازه فضایی و روش شبکه چلیک:

در سازه فضایی، سازه فضاکار به شبکه‌ای که در یک جهت دارای انحنا باشد، چلیک می‌گویند.

این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضاً فاقد ستون می‌باشند و روی لبه‌های چلیک که به تکیه‌گاه متصل است، قرار می‌گیرند.

چلیک‌ها دارای محور می‌باشند، اگر چلیک یک لایه باشد اتصالات به شکل صلب است.

چلیک‌ها اغلب به شکل ترکیبی استفاده می‌شوند و تیر کمری نقش ترکیب کردن چلیک‌ها به یکدیگر را بازی می‌کنند.

نکته‌ای که در طراحی این نوع سازه‌های فضاکار باید در نظر گرفت این است که انتهای چلیک باید قوی باشد و این تقویت را می‌شود به وسیله تیر، تیر و ستون و شکل خورشید مانند انجام داد.

• انواع چلیک‌ها در سقف های فضایی عبارتند از:

چلیک اریبی، چلیک لملا با مقاطع بیضی‌گونه، سهمی‌گون، هذلولی‌گون و…

اجرای سقف های فضایی و روش شبکه تخت:

در سازه فضایی، سازه فضاکار شبکه‌های تخت به ترکیب یک سیستم یک یا چند وجهی با لایه‌های واحد شبکه گفته می‌شود.

شبکه مسطح ترکیبی از یک دو وجهی که با تیرهای واحد متصل شده است می‌باشد.

شبکه‌های تخت در سازه فضاکار می‌توانند دارای یک، دو یا سه و حتی چندلایه باشند، ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

شبکه‌های سازه فضایی دو لایه از دو صفحه موازی که به وسیله عناصری به هم متصل گردیده‌اند تشکیل می‌شوند.

یک نمونه استفاده از این شبکه‌های سازه فضاکار در آشیانه هواپیما است.

زمانی که اعضا در شبکه دو لایه طویل شوند برای جلوگیری از خطر کمانش کردن از شبکه‌های سه لایه استفاده می‌شود و با توجه به اینکه نیمی از هزینه‌های سازه‌های فضاکار را پیوندها تشکیل می‌دهند این نوع سازه‌های فضاکار اغلب غیراقتصادی است.

نکته دیگری که در طراحی شبکه‌های سازه فضاکار دو لایه و اکثر سازه‌های فضاکار باید در نظر گرفت این است که برای توزیع بهتر نیرو و کششی شدن آن ستون‌های سازه فضایی در داخل شبکه قرار می‌گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه‌های فضایی در اطراف کنسول داشته باشیم.

• اجزا و قطعات سقف های فضایی، دستک:

دستک در سازه فضایی، سازه فضاکار جهت ایجاد شیب بر روی سطوح تخت سازه فضایی و اتصال لازم جهت نصب پرلین‌های سقف از یک سری المان از جنس المان‌های رابط‌بند 2 با طول‌های متغیر جهت حصول این مطلب استفاده می‌گردد به شکلی که یک سر آن به گره‌ها متصل می‌گردد و سر دیگر آن سطوح لازم جهت اتصال پرلین‌ها را تأمین می‌نماید.

اجزا و قطعات سازه فضایی، اسلیو سیستم سازه فضایی، سازه فضاکار قطعه‌ای مشابه با شکل مهره است که جهت محکم نمودن پیچ‌ها در داخل گوی استفاده می‌شود.

همچنین، اسلیوها در المان‌های فشاری، رفتار سازه‌ای داشته و به همین لحاظ باید جنس آنها از گروه CK باشد.

• اجزا و قطعات سقف های فضایی، مخروطی:

مخروطی یا بشقابک در سازه فضایی، سازه فضاکار که به روش کوبن‌کاری و از جنس 37ST یا 52ST تولید شده و در محل اتصال المان‌ها و لوله‌ها به گوی از این قطعه مخروطی شکل فولادی استفاده می‌گردد.

این قطعه مخروطی که به روش جوش CO2 به لوله‌ها متصل می‌شود دارای دو نوع رفتار (کششی و فشاری) می‌باشد.

• اجزا و قطعات سقف های فضایی، لوله:

یکی از قطعات و اجزای اصلی سازه فضایی، سازه فضاکار است که نیروهای وارده بر گوی‌ها را به صورت نیروی محوری خالص (کشش، فشار) تحمل می‌نماید.

لوله‌ها در یک سازه فضایی، سازه فضاکار با توجه به توزیع نیروها می‌توانند قطرهای مختلف داشته باشند.

پس از آنالیز و طراحی سازه فضایی، سازه فضاکار قطر لوله‌ها در بخش‌های مختلف سازه فضایی مشخص می‌شود و پس از آن در واحد برشکاری به صورت دقیق برش داده می‌شوند، پس از این مرحله بشقابک‌ها به دو سر انتهایی لوله‌ها جوش می‌شوند.

پوشش لوله‌های فولادی سازه فضایی به صورت گالوانیزه، کرومیته و یا رنگ الکترواستاتیک با ضخامت استاندارد و تنوع رنگ بالا می‌باشد.

دقت و نظارت بر ضخامت لوله‌ها، کیفیت تولید لوله‌ها، کارخانه تولید کننده لوله و کیفیت و ضخامت لایه‌های پوششی و رنگ از موارد مهم در تعیین کیفیت سازه فضایی می‌باشد.

• اجزا و قطعات سقف های فضایی، گوی:

در سازه فضایی، سازه فضاکار یکی از از اجزا سازه فضایی و به صورت یک کره فولادی توپر می‌باشد که به روش کوبن‌کاری و از فولاد 45CK به صورت کره کامل یا چند وجهی تولید شده و جهت ارتباط بین اعضای سه بعدی استفاده می‌شود.

در سازه فضایی، سازه فضاکار، گوی‌ها باعث می‌شوند که خود و اعضای مربوطه‌شان در یک موقعیت ثابت قرار بگیرند و باعث ایجاد همکاری بین نیروهای اعضای سازه می‌شوند و مزیت مقاومتی و پایداری سازه را در مقایسه با سایر سازه‌های سنتی مانند سوله و سازه فلزی را ایجاد می‌کند.

گوی‌ها در سازه‌های با دهانه 12 متر به بالا توصیه می‌شوند.

گوی‌ها دارای سوراخ‌هایی می‌باشند که عضوهای سازه بر روی این سوراخ‌ها قرار گرفته و پیچ می‌شوند.

این سوراخ‌ها بر روی گوی‌ها ماشین‌کاری گردیده است.

گوی‌ها براساس نوع و تعداد سوراخ‌های ایجاد شده بر روی خود نیز به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند.

گوی معمولی با 8 سوراخ و زاویه 45 درجه، گوی استاندارد با زوایای مشخص در طراحی سازه فضایی، گوی‌های ویژه سر ستون، قسمتی از آن به صورت استوانه‌ای (یا مخروطی) و قسمتی به صورت کروی (نیم‌کره) می‌باشند.

یکی از مواردی که در ساخت یک گوی باید مورد دقت قرار بگیرد، محاسبات و اجرای سوراخ‌کاری است تا پیچ‌ها پس از اتصال در داخل گوی با یکدیگر برخورد نداشته باشند و هر پیچ بدون ممانعت پیچ دیگر در داخل گوی قرار بگیرد.

اجزا و قطعات سازه فضایی، پیچ یکی دیگر از قطعات در سازه فضایی، سازه فضاکار می‌باشد.

پیچ‌ها یک اتصال جداشدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آنها کمک گرفته می‌شود.

پیچ‌ها از کلاس 8، 8 یا 9، 10 می باشد و در سایزهای متفاوتی استفاده می‌شوند.

• سقف های فضایی به شیوه تک‌پیچ:

سازه فضاکار به روش تک‌پیچ یا کاتروس که از گره‌های تک‌پیچ و مهره‌ای می‌باشد برای اولین بار در اسکاتلند شکل گرفت و به مرحله اجرا رسید.

در روش کاتروس یا تک‌پیچ همه اعضا سازه فضاکار از لوله یا پروفیل تشکیل شده و معمولاً برای دهانه‌های بین 5 تا 12 متر استفاده می‌شود و به اعضا اتصال کمتری در مقایسه با اجرای سازه فضاکار به روش مرو نیاز است به همین لحاظ در شرایط مشابه از قیمت مناسب‌تر در مقایسه با سایر سیستم‌ها برخوردار است.

در اجرای سازه فضاکار به روش تک‌پیچ، اعضای مهاری جان، مقاطع لوله‌ای هستند که در هر انتها پانچ و خم شده و اعضای اصلی در طول‌های متناسب با ابعاد شبکه خرپای فضایی تولید شده و در نقاط مناسب متصل می‌شوند.

در سیستم سازه فضاکار تک‌پیچ، برخی اعضا (خصوصاً اعضای لایه میانی) مرکز مقطع عضو به طور مستقیم از مرکز گره عبور ننموده و منجر به ایجاد خمشی جزئی در این عضوها می‌شود و لذا این سیستم برای دهانه‌های بزرگ توصیه نمی‌گردد.

• Mero سقف های فضایی به شیوه گوی‌سان:

در سال 1943 اولین سیستم شبکه فضایی بود که به صورت گسترده در دسترس معماران و مهندسان قرار گرفت و توسط دکتر مکس منگرینگ هوسن (88-1903) معرفی شد.

سازه فضاکار، هنوز هم رایج‌ترین روش در ساخت خرپاهای فضایی است، شامل اعضای لوله‌ای منفرد و اتصالاتی از نوع پیوندهای کروی (گوی‌سان) است.

عموماً استفاده از این روش اجرای سازه فضایی تا به امروز ادامه دارد زیرا علاوه بر زیبایی سازه‌ای می‌تواند به اشکال گوناگون و با سیستم‌های متنوع، متشکل از پیوندهای یکرویی و لوله‌ها مورد استفاده قرار گیرد.

یک نوع شناخته شده از این روش اجرای سازه فضاکار، شبکه‌های دو لایه با استفاده از مدول‌های پیش‌ساخته است.

در انگلستان، در دهه 1950، دنینگ آف چارد سیستم سازه فضایی را براساس مدول‌های هرمی فولادی پیش‌ساخته که به یکدیگر پیچ می‌شوند (با ابعاد 1.22*1.22 متر در پلان و 1.05 متر یا 0.61 در ارتفاع) توسعه داد.

با اندکی تغییرات در ابعاد مدول‌ها و مصالح، سیستم سقف های فضایی تاکنون به صورت گسترده و موفقیت‌آمیز برای سازه‌های کف و بام مورد استفاده قرار گرفته است.

در دهه 1950 و 1960، سیستم‌های مشبک فضایی در تمام دنیا مورد استفاده قرار گرفت.

در آمریکا ریچارد باکمینسترفولر (1895-1981) در پی مطالعاتی که در مورد نحوه اتصال تعدادی از کره‌ها به یکدیگر انجام داد و به سیستم خرپای هشت وجهی دست یافت.

ارائه طرح‌های جدید ریچارد باکمینستر فولر و رشد قابل انتظار سازه‌های فضایی مشبک سبب به وجود آمدن ساختمان سه ربع کره‌ای به قطر 76 متر به صورت گنبد ژئودزیک برای غرفه آمریکا در نمایشگاه اکسپو 67 مونترال، کانادا شد.

این غرفه توسط فولر با همکاری شرکت‌های سادائو، ژئومتریکس و سیمپسون، گامپرتزو هگر طراحی شد.

گنبدها یک شبکه اتصالی دو لایه از لوله‌های فولادی بودند که یک شبکه ژئودزیک مثلثی برای لایه خارجی و یک شبکه شش ضلعی برای لایه داخلی داشتند.

در نمایشگاه مونترال 2 غرفه بزرگ به نام ((انسان جستجو کننده)) و ((انسان تولید کننده)) ccw معماران، افلک، دسبارتز، دیما کوپولوس، لبن سولد وسیس) با استفاده از شبکه‌های سازه فضایی بعدی مدولار ساخته شد.

این شبکه‌های چند لایه، یکی از اولین تلاش‌ها برای اثبات امکان تولید سازه‌های بزرگ با استفاده از سیستم مدولار متشکل از اعضای کوچک بود.

در همان زمان استفاده بیشتر از کامپیوترها و توسعه برنامه‌هایی که قادر بودند سازه‌های مشبک فضایی را تحلیل کنند تأثیر زیادی در افزایش استفاده آنها برای سازه‌های با دهانه‌های بزرگتر و طویل‌تر داشت.

به دلیل کارآمد نبودن برنامه‌های کامپیوتری متداول در آن زمان برای تحلیل سازه‌های فضایی موجود، برنامه کامل و جدیدی درباره هندسه و شکل سازه‌های فضایی بزرگ نوشته شد که می‌توانست به منظور تحلیل شبکه‌های چند لایه هرم ولکانو که در بالا شرح داده شد، به کار رود.

در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970، بسیاری از اولین نمونه‌های سیستم‌های شبکه فضایی با نسل دوم چنین سیستم‌هایی جایگزین شدند.

بخش لوله‌های شرکت فولادی انگلیسی شناخته می‌شود، سیستم نودوس (Nodus) را با دامنه کوچکی از گره‌های اتصال استاندارد که متناسب با مقاطع لوله‌های تولیدی با اندازه‌های مختلف و ظرفیت‌های باربری متنوع بودند، طراحی کرد.

تمام اتصالات سازه فضاکار استاندارد برای شکست در شرایط خاص، در مرکز تحقیقات کربی برای اثبات میزان مؤثر بودن، آزمایش شدند و شبکه سازه فضایی کامل به ابعاد 30.5*30.5 متر و به ارتفاع 1.52 متر نیز ساخته و آزمایش شد.

این سازه فضایی پس از آزمایش برچیده شد و برای استفاده در آزمایشگاه سازه‌های فضایی در دانشگاه ساری در گیلفورد انگلستان دوباره نصب شد.

در دهه 1980 کاربرد مقاطع ممتد از فولاد با نورد سرد برای اعضای فوقانی و تحتانی در خرپاهای سازه فضایی بدون گره موجب توسعه سیستم‌های سبک‌تر و ارزانتری مانند سیستم هارلی (Harley) شد که ابتدا در استرالیا به کار رفت.

در این نوع شبکه سازه فضایی اعضای ممتد در دو جهت عمود برهم با مقاطع C شکل که پشت به پشت در گره‌ها به یکدیگر پیچ شده‌اند، واقع می‌شود.

در دهه 1980 و اوایل دهه 1990، قاب فضایی کیوبی (Cubic) و شبکه اسپیس (Space) و سیستم شبکه سازه فضایی کاندرهالی در انگلستان شناخته شد و به صورت قاب فضایی مدولار، که توسعه یافته سیستم خرپای سازه فضایی یونی‌بات و نمونه اصلاح شده سیستم خرپای سازه فضایی هارلی استرالیایی است، ارائه شد.

• ساختار فنی و هندسی سقف های فضایی:

سازه‌های فضاکار از نظر اسمی به سه گروه تقسیم می‌شوند، سازه‌های فضاکار، سازه فضایی شبکه‌ای lattice space structures که شامل المان‌های طولی معمولی جدا از هم است.

سازه‌های فضاکار، سازه فضایی پیوسته Continuous space structures که شامل اجزایی مانند دال‌ها پوسته‌ها و جلدها می‌شود.

سازه‌های فضاکار، سازه فضایی دو وجهی biform space structures که شامل ترکیبی از اجزای جدا و پیوسته است.

لازم به ذکر است که این سازه‌ها می‌توانند فضایی به طول 300 متر را بدون ستون پوشش دهند!

سازه‌های فضایی شکل‌های هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه‌ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می‌کنند.

این اجزا از المان‌های طولی (با مقطع‌های مربعی، دایره‌ای، مثلثی و…) و اتصال‌هایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می‌شود تشکیل می‌شود.

سازه‌های فضایی به علت پخش نیرو در جهات مختلف از استحکام توام با سبکی استثنایی برخوردار می‌باشد.

به نحوی که وزن آنها 35٪ از سازه‌های متداول کمتر است و به علت استفاده حداکثر از سیستم پیش‌ساختگی از سرعت ساخت و نصب بیشتری برخوردار می‌باشد و به علت یکپارچگی می‌توان کلیه سازه و تأسیسات مربوطه را در تراز زمين سوار کرده و سپس سقف را بالا برده و نصب کرد.

سازه فضایی با گسترش فضای باز بدون ستون‌ها مترادف است که این امر راندمان فضا را بسیار بالا می‌برد (تا 25%) و این گسترش در هر دو بعد به راحتی میسر است.

شكل منتظم سازه‌های فضایی نمای خوشایندی را عرضه می‌دارد که به لحاظ معماری با ارزش می‌باشد و از این روست که بسیاری از معماران در سالن‌ها و مراکز اجتماعات و غیره از سقف کاذب استفاده نکرده و خود سازه را به نمایش می‌گذارند.

• رفتار سازه‌ای سقف های فضایی (سازه‌های فضاکار):

دو عامل از مهمترین ملاحظات سازه‌ای در طراحی اعضای خرپای فضایی، کمانش اعضای فشاری و اعضای مهاری جان و نیز طراحی گره‌ها برای تأثیر و کارایی در انتقال نیروهای محوری بین اعضا و گره‌ها برای به حداقل رساندن تأثیر خمش ثانویه است.

نسبت دهانه به ارتفاع برای شرایط تکیه‌گاهی متفاوت، تعیین نسبت اقتصادی دهانه به ارتفاع برای سازه‌های مشبک فضایی مشکل است چرا که آنها از شرایط تکیه‌گاهی، نوع بارگذاری و تا حد زیادی از سیستم مورد نظر تأثیر می‌پذیرند.

زد، اس، ماکوسکی اظهار داشته که نسبت دهانه به ارتفاع ممکن است از 20 تا 40، بسته به صلبیت سیستم مورد استفاده تغییر کند.

نسبت دهانه به ارتفاع بزرگ‌تر را در صورتی می‌توان به دست آورد که تمام یا بیشتر گره‌های پیرامونی بر روی تکیه‌گاه قرار داشته باشند.

این نسبت زمانی که گره‌ها فقط در نزدیکی گوشه‌ها بر روی تکیه‌گاه‌ها نگهداشته شده باشند، به حدود 15 الی 20 کاهش می‌یابد.

• کاربری‌های روش سقف های فضایی (سازه فضایی):

سازه فضایی، سازه فضاکار به عنوان سازه‌ای با قابلیت‌های کاربری گوناگون و مزیت و ویژگی‌های بسیار زیاد در مقایسه با سایر روش‌های ساخت سازه مانند سوله، یکی از اساسی‌ترین موارد جهت امر تولید و با مراحل قبل و یا بعد از آن می‌باشد تا در داخل آن کلیه امکانات و تجهیزات و نیروی انسانی مراحل تولید را به انجام برسانند.

سازه فضایی، سازه فضاکار کاربری‌های بسیار متنوعی در ساخت و ساز دارد که در ادامه به بعضی از کاربری‌ها اشاره می‌کنیم.

سردخانه، پل‌های عابرپیاده، دکوراسیون داخلی، نماسازی ساختمان، غرفه‌های نمایشگاهی، سالن‌های چند منظوره، سایه‌بان پارکینگ خودرو، توسعه بناهای ساخته شده، سایه‌بان استخر و پارک آبی، گلخانه‌های صنعتی و تزئینی، زیرسازی سلول‌های خورشیدی، جایگاه‌های پایانه‌ای و مسافربری، ایستگاه‌های انتقال و تقلیل فشار گاز، استادیوم‌ها و سالن‌های ورزشی فوتبال، بدنسازی، جایگاه‌های توزیع سوخت بنزینی و CNG، سقف سردرب ورودی سازه‌های تجاری، اداری و مسکونی، سقف ایستگاه‌های راه آهن، قطار شهری و اتوبوس، سالن‌های بزرگ صنعتی، ورزشی، نمایشگاهی، اجتماعات، گلخانه‌ای، انبار

• روش‌های بافت و نصب سقف های فضایی (سازه فضایی) :

در روش نصب یکپارچه سازه فضایی، سازه فضاکار بر روی زمین محل احداث پروژه تراز و به صورت کامل انجام می‌شود و سپس با استفاده از جرثقیل و یا جک‌هایی که در زیر سازه قرار گرفته‌اند، سازه فضایی به بالا منتقل شده و بر روی ستون‌ها و یا تکیه‌گاه‌ها نصب می‌گردد.

این روش اجرای بافت و نصب سازه با سرعت و دقت بالایی صورت می‌پذیرد.

در روش نصب بلوکی سازه فضایی، سازه فضاکار به بخش‌ها و بلوک‌های مشخص تقسیم می‌شود.

سپس بخش‌ها و بلوک‌ها بر روی زمین محل نصب سازه فضایی بافته شده و پس از آن هر یک از آنها با استفاده از جرثقیل و یا جک به بالا منتقل شده و ضمن تکمیل عملیات چینش و بافت بلوک‌ها با یکدیگر فرآیند نصب سازه فضایی بر روی ستون‌ها و تکیه‌گاه‌ها نیز تکمیل می‌شود.

این روش برای سازه‌هایی که ابعاد و شکل‌های هندسی خاص و یا نامنظم دارند مناسب بوده ولی زمان بیشتری را برای عملیات نصب سازه فضایی نیاز خواهیم داشت.

در روش نصب واحدی سازه فضایی تعداد 3 تا 5 لوله و یک گوی که به آن یک واحد گفته می‌شود بر روی زمین بافته و سپس با وسایل انتقال سبک به محل قرارگیری خود در سازه فضایی منتقل و ادامه و تکمیل بافت هر واحد با واحدهای قبلی و شبکه سازه فضایی و نصب آنها بر روی ستون‌ها و تکیه‌گاه‌ها صورت می‌پذیرد.

در روش نصب قطعه‌ای سازه فضایی، در زمان اجرای بافت و نصب سازه فضاکار برای جلوگیری از حرکات ارتعاشی و نوسانی و به منظور محدود کردن تغییر شکل شبکه سازه فضایی در حال بافت و نصب در طول محور اصلی سازه فضایی شمع‌های موقت در سطوح و موقعیت‌های حامل فشار و بار سازه نصب شده و پس از پایان بافت و نصب سازه شمع‌ها با رعایت کامل ایمنی و به تدریج از زیر سازه برداشته می‌شوند تا بار سازه و فشار با یک ضریب مشخص و منطقی به ستون‌ها و تکیه‌گاه‌های اصلی منتقل شده و سقف در حالت هندسی مشخص شده پایدار شود.

• پروژه‌های بزرگ سقف های فضایی در دنیا:

سازه‌های فضایی، سازه فضاکار امروزه در سراسر جهان با سرعت روزافزونی در حال اجرا هستند.

برخی از آنها به دلیل وسعت، معماری و مهندسی در رده برترین‌های سازه فضایی و سازه فضاکار و یا حتی در مواردی صنعت و ساختمان هستند.

در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌کنیم.

ورزشگاه ویمبلی لندن در حال حاضر بزرگ‌ترین استادیوم فوتبال در انگلستان محسوب می‌شود و با گنجایش 90 هزار نفر تماشاگر در زمره 10 ورزشگاه بزرگ دنیا نیز جای می‌گیرد.

این استادیوم که از سال 1923 تا 2006 بازسازی نشده بود، سرانجام با همکاری اتحادیه فوتبال انگلیس و یک شرکت خصوصی، دوباره تأسیس و نوسازی شد و هزینه‌ایی بالغ بر 778 میلیون پوند (معادل 15 هزار میلیارد تومان) مصرف کرد.

وجه غالب و بارز این ورزشگاه آن است که در آن برای همه 90 هزار تماشاگر، صندلی وجود دارد و براساس ادعای یک روزنامه انگلیسی، گران‌ترین ورزشگاهی است که تا به امروز در دنیا ساخته شده و قرار است به عنوان یکی از استادیوم‌های اصلی المپیک 2012 لندن نیز مورد استفاده قرار بگیرد.

سقف ورزشگاه در نوع خود بی‌نظیر است و یکی از بزرگ‌ترین سقف‌های متحرک در ورزشگاه‌های دنیا محسوب می‌شود سقف این ورزشگاه در کاسه‌ایی دایره‌ایی شکل قرار گرفته و به دلیل اینکه روی هیچ حفاظ یا ستونی قرار نگرفته، تعجب و شگفتی معماران جهان را برانگیخته است.

همچنین کمان قوسی شکل شبکه‌بندی شده و متحرک این ورزشگاه که 7 متر قطر داخلی و 315 متر طول دارد، با زاویه‌ایی 22 درجه نسبت به زمین قرار گرفته و در دو سوی استادیوم کشیده شده است که برای تبدیل کردن استادیوم به زمین راگبی یا محل برگزاری کنسرت، می‌تواند دومین لایه سقف ورزشگاه را نیز از خود عبور دهد.

سقف استادیوم ویمبلی لندن که از عجایب آن به شمار می‌رود، معادل 6 هزار و 350 تن جرم دارد و فضایی بالغ بر 45 هزار مترمربع را پوشش می‌دهد که حدود 4 هزار مترمربع آن قابل ارتقا به لایه بالاتر است و حدود 52 متر از سطح زمین ارتفاع می‌گیرد.

جالب اینجا است که در ساخت این ورزشگاه حدود 90 هزار مترمربع مس و 25 هزار تن فولاد استفاده شده و همچنین به عنوان اسکوربورد یا تابلوی اعلام نتایج در آن از دو تلویزیون غول‌پیکر با ابعادی معادل 600 تلویزیون متوسط خانگی استفاده شده است.

در این ورزشگاه 90 هزار تماشاگر در سه ردیف به شکل غیرمساوی تقسیم می‌شوند و می‌توان با حرکت دادن آرک یا کمان فلزی اصلی و کاهش دادن یکی از ردیف‌ها برای مسابقاتی که اهمیت کمتری دارند، آن را به یک استادیوم 60 هزار نفری تبدیل کرد که شگفت‌انگیز است، همچنین گفته می‌شود که طول محیط این ورزشگاه یعنی دور تا دور آن مقداری بیش از حدود یک کیلومتر است.

در مدت بازسازی این ورزشگاه بیش از سه هزار و پانصد کارگر در مدت چهار سال فعالیت کردند.

به لحاظ گنجایش تعداد تماشاگران، ورزشگاه ملی جمهوری چک نیز با ظرفیت بیش از 150 هزار نفر تماشاگر، یکی از بزرگ‌ترین استادیوم‌های فوتبال دنیا است و البته مدت‌هاست که هیچ دیداری را میزبانی نمی‌کند همچنین بد نیست بدانیم که در این ورزشگاه بیش از دو هزار اتاق برای استراحت و تغذیه تماشاگران تعبیه شده و این در نوع خود بی‌نظیر است.

استادیوم ملی پکن توسط معماران سوئیسی DE MEURON و HERZ00 طراحی شده است و طبق برنامه‌ریزی از قبل تعیین شده در پایان سال 2007 به پایان رسید.

این پروژه به علت بهره‌گیری از ایده‌های خلاقانه و نوآور در طراحی سازه و پوسته معماری مورد توجه معماران و متقدین هنری بوده است.

استادیوم ملی پکن (آشیانه پرنده) نمونه‌ای برجسته از کاربرد علم زیست سنجی ارگانیک شکلی BIOMETRIC در معماری مدرن به شمار می‌آید.

طرح این اثر معماری منحصر به فرد، الهام گرفته از طبیعت است الگوی داخلی آن از یکی از طرح‌های معماری بازاری در پکن و معماری بیرونی آن را به Bird nest یا آشیانه پرنده نسبت داده‌اند.

به عقیده بعضی از مردم چین این استادیوم مانند جامی سفالی است که در یک لفافه توری شکل پیچیده شده است.

در واقع جنبش ارگانیک شکلی (تقلید از طبیعت) جنبش جدیدی نیست.

این رویکرد، بازبینی نخستین الهامات بشر از طبیعت به شمار می‌رود.

در سال 2002 کمیته برنامه‌ریزی شهری پکن، در طی مسابقه‌ای بین‌المللی که انجام شد، این طرح را به عنوان طرح برنده اعلام کرد این استادیوم به عنوان محل برگزاری افتتاحیه و اختتامیه مراسم المپیک نیز اعلام شده است.

• مشخصات پروژه طول بنا: 333 متر
• عرض بنا: 284 متر
• ارتفاع بنا: 69 متر
• ظرفیت استادیوم: 100 هزار نفر

هسته بتنی سازه به شکل سکویی بتنی طراحی شده است که وظیفه جای دادن تماشاچیان و انتقال و هدایت بار زنده استادیوم را به زمین (پی) دارد.

پوسته فلزی استادیوم که به شکلی، نامنظم به چشم می‌خورد، دارای 24 ستون می‌باشد که دور تا دور این بیضی با فواصل منظم چیده شده‌اند و بر روی هر یک خرپایی بزرگ قرار گرفته که وظیفه آن تحمل وزن پوسته و سقف استادیوم است.

در واقع سازه این پوسته عظیم همین 24 ستون و خرپاها هستند و خطوط منحنی دیگر در پوسته، صرفاً برای تکمیل ایده و طرح اولیه معماران آن به نمایش در آمده‌اند.

در ابتدا قرار بود تا سقف بنا به صورت متحرک طراحی شود، اما به دلیل کم شدن بودجه طرح و کاهش آن سقف به صورت ثابت طراحی و اجرا شد.

این موضوع خود باعث شد تا میزان فولاد مصرفی به 40 هزار تن فولاد از 80 هزار تن فولاد تخمین زده شده کاهش یابد.

همچنین این کار باعث کم شدن ضخامت ورق‌های مصرفی در ساخت 24 ستون خرپاها شد.

این سقف فولادی (ثابت) به طول 330 متر، عرض 220 متر و وزن 45 هزار تن طراحی و در اکتبر 2006 ساخت آن به پایان رسید.

به منظور دستیابی به ایده و طرح مورد نظر طراحان، عناصر فولادی پوسته در دیوارها و سقف به صورت یکپارچه اجرا شده‌اند.

این پروفیل‌های فولادی از ضخامت 1 تا 10 سانتیمتری (بسته به نوع و مقدار بار وارده به آنها) طراحی شده‌اند.

برای اجرای این پروفیل‌های یکپارچه که طول تعدادی از آنها به 600 متر هم می‌رسد، جوشکاری باید در محل انجام می‌شد، که از مشکلات جوشکاری در محل مطلوب نبودن دمای محیط به ویژه در فصل زمستان و دیگری جوش دادن بیش از 128 قطعه برای برخی از قطعات می‌باشد.

پوشش سقف استادیوم بعد از نصب سازه سقف، پوششی از جنس ETFE برای آن انتخاب شد.

این پوشش در مساحت 40 هزار مترمربع و در 1038 جزء مختلف به کار رفته است.

اتيل تترا فلوئوراتیلن (ETFE) که فلوئور پلیمری با ویژگی‌های کششی مناسب است، برای کاربرد در این پروژه راه حل خوبی است.

به علاوه، مقاوم و سبک وزن است (وزنی معادل یک درصد همان ابعاد شیشه دارد) و شفافیتی بالا برای عبور اشعه ماوراء‌بنفش دارد ETFE در مقابل نور خورشید فرسایش نمی‌یابد و خاصیت عایقی بهتری نسبت به شیشه داراست.

همچنین قابل بازیافت بوده و نیز مقاومتی معادل چهارصد برابر وزن خود دارد.

گرچه در برابر ایجاد سوراخ‌های سطحی حساس است، اما به سادگی با استفاده از نوارهای ETFE می‌توان آن را تعمیر نمود.

شاید منحصر به فردترین پوشش به کار رفته در ساخت سقف استادیوم، سیستم بالشتکی آن است، این سیستم در فضای خالی بین دو پوسته سقف قرار می‌گیرد.

این بالشتک به منظور تنظیم میزان جریان باد، هوا و نور خورشید طراحی و تعبیه شده است، و با کم و زیاد کردن فاصله دو پوسته از یکدیگر عمل خواهد کرد.

پایانه مسافربری فرودگاه جده که در دفتر معماری S.O.M (اسکیدمور، اوینگز و مریل) با استفاده از نبوغ فضلورخان که در این هنگام خود در این دفتر شریک و یکی از مدیران بود، طرحی برای پایانه فرودگاه حجاج داد که در آن به استادی و زیبایی تمام از سیستم کششی در انطباق با وضعیت محیطی عربستان و نیازهایی که زائرین در بدو ورود به منظور زیارت‌خانه خدا دارند استفاده شود.

جده بندرعظیمی است که قسمت اعظم زائرین خانه خدا با هواپیما از طریق آن وارد عربستان می‌شوند تا بعد به زیارت خانه خدا توفیق یابند.

ورود شمار بسیاری از زائران در مدتی به فرودگاه جده که به ظرفیت مسافر در مواقع و فصول عادی ساخته شده مشکل عظیمی پیش می‌آورد، به طوری که پاره‌ای از تشریفات ورود (کنترل گذرنامه و بازرسی گمرکی) در خارج از محوطه فرودگاه و در محیط بدون سرپناه صورت می‌گرفت به همین دلیل لزوم ایجاد سرپناهی برای حجاج پدید آمد و هیچ چیز مناسب‌تر از چادر نبود که مناسب با اقلیم عربستان و در هماهنگی با نماد زندگی در این کشور و در عین حال پاسخگوی نیازی که به علت کثرت زائرین پدید آمده بود باشد.

مجموعاً 210 چادر در 10 واحد برپا شد.

چادرها از نظر کلی شباهت به چادرهای سنتی داشتند ولی با استفاده از پیشرفته‌ترین سیستم‌های تجزیه و تحلیل سازه محاسبه و ساخته شده‌اند.

هر چادر از چهار جانب با سیم‌های پولادی ضخیمی از پایه‌هایی تنومند که قطر هر پایه در پایین‌ترین نقطه 2 متر و 40 سانتیمتر است آویخته می‌شود.

جنس چادرها فایبرگلاس است و یک ورقه تفلون سپید آن را می‌پوشاند که نور شدید صحرا را منعکس می‌کند.

هر چادر مساحتی نزدیک به 2100 متر مربع دارد و هر واحد می‌تواند همزمان مورد استفاده مسافران 2 هواپیما قرار گیرد.

ابعاد هریک از چادرها 320*138 و تمام 10 واحد بر روی هم فضایی در حدود 40 هکتار دارد و در هر دوره از مراسم حج مورد استفاده یک میلیون نفر زائر قرار می‌گیرد.

بودجه‌ایی که برای ساخت این پایانه در نظر گرفتند رقم بی‌سابقه 4 بیلیون دلار بود.

پل میلو به ارتفاع 1.125 فوت (338 متری) روی دره‌ی ترن در جنوب فرانسه قرار دارد که بزرگترین پل کابلی جهان محسوب می‌شود.

به طوری که می‌گویند رانندگی بر روی این پل مثل آن است که احساس می‌کنی در پروازی.

ساخت این پل که قدری بلندتر از برج ایفل است سه سال به طول انجامید و در سال 2004 به روی عموم باز شد، در حالی که این پل مناظر بسیار زیبایی را از دره‌ی زیر خود به تصویر می‌کشد، همین که به پایین می‌آید دیگر مسیر مناسبی برای آنان که قلبشان ضعیف است نخواهد بود، به طور کل طول این پل 8.071 فوت (2.420 متر) با طاق تکی در 1.122 فوتی (336 متری) و حداکثر ارتفاع از زیر آن 886 فوت (266 متر) است، به طور خلاصه این پل بسیار احساس برانگیز هم بر روی کاغذ و هم در حیات واقعی می‌باشد.

دکل پل با 7 اسکلت فلزی به وزن 36000 تن مسقف شده است.

یکسری از هفت تیرک، هر یک به بلندی 292 فوت (88 متر) و به وزن 700 تن به اسکلت‌های فلزی مربوط پیوسته‌اند.

سازه‌های فضایی یا سازه فضاکار شکل‌های هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه‌ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی به وجود می‌آورند به گونه‌ای که می‌توان گفت این نوع شبکه‌ها نمونه کاملی از سازه‌های سه بعدی هستند.

به عبارت دیگر، سازه‌های فضاکار به آن دسته از سازه‌ها اطلاق می‌شوند که ماهیتاً دارای رفتار و عملکرد مسلط سه بعدی می‌باشند، به نحوی که اثر هیچ یک از سه بعد در رفتار سازه تحت‌تأثیر کنش‌های وارده قابل صرف‌نظر کردن نیست.

این سازه‌ها به طریقی پیکربندی می‌شوند که مسیر انتقال بارها را از طریق عناصر سازه‌ای در سه بعد تأمین نمایند.

سازه‌های فضایی به دلیل پخش نیرو در جهات مختلف از استحکام توام با سبکی برخوردار بوده به علت استفاده حداکثر از سیستم پیش‌ساختگی دارای سرعت ساخت و نصب قابل توجهی می‌باشد و از همین رو، صنعت ساختمان‌سازی نوین در جهان کنونی به دنبال به کارگیری گسترده از سازه‌های سبک در سطوح مختلف صنعتی، مسکونی و تجاری است.

• دیگر کاربردهای سقف های فضایی نسبت به سازه‌های پایدار:

استفاده از سازه فضایی در کف ساختمان‌هایی که در مناطق با مقاومت کم زمین بنا می‌شود.

در زمین‌های با مقاومت کم، احتیاج به فونداسیون‌های گسترده در زیر ساختمان می‌باشد و بدین لحاظ می‌توان به عنوان جایگزین، شبکه‌های فضایی در کف ساختمان نیز استفاده کرد که در این مورد دارای مزایای زیر می‌باشد:

• توزیع نیروی ساختمان در سطح زیاد و کم کردن فشار وارده به زمین
• جلوگیری از انتقال رطوبت به کف ساختمان در مناطق مرطوب
• ایجاد فضای مناسب جهت عبور لوله‌های تأسیساتی
• برخورداری از قیمت مناسب، به علت تشابه با سقف سازه فضایی

مزایای سقف های فضایی (سازه فضایی) :

• عدم محدودیت دهانه
• وزن کم و ایمنی بسیار بالا
• عدم ضرورت نظم تکیه‌گاه‌های سازه
• امکان نصب جرثقیل بر روی سازه فضاکار
• دارا بودن تکنیک برتر
• عدم انهدام ناگهانی
• مقاومت بالا در برابر زلزله و آتش‌سوزی
• دارای صرفه اقتصادی

الف) مزایای سازه‌ای در سقف های فضایی:

الف) 1- عدم محدودیت دهانه در سازه‌های فضایی سازه‌های فضاکار، برای پوشش کلیه مکان‌هایی که به نحوی محدودیت اجرای ستون و تکیه‌گاه‌های میانی دارند، ایده‌آل بوده و به بیان دیگر سازه‌های فضایی یا فضاکار با عبارت ((سالن‌های بدون ستون)) مترادف است.

خصوصاً که اجرای چنین محل‌هایی با استفاده از سازه‌های فضاکار، از نظر جلوه‌های ظاهری و نکات سازه‌ای، موقعیت و برتری منحصر به فردی را برای سازه‌های فضایی در مقایسه با سایر سازه‌های جایگزین یا مشابه به وجود می‌آورد.

الف) 2- عدم ضرورت نظم تکیه‌گاه‌ها در سازه‌های فضاکار در کلیه مکان‌هایی که به دلیل وجود محدودیت‌های سازه‌ای با معماری، امکان رعایت نظم و تقارن در انتخاب ستون‌ها وجود نداشته و محدودیت تکیه‌گاهی دارد، می‌توان از سازه فضایی استفاده نمود چرا که در سازه‌های فضاکار به علت رفتار سه بعدی، توزیع تنش در تمام جهت‌ها انجام شده و لذا رعایت نظم در انتخاب تکیه‌گاه‌ها ضرورت ندارد و به همین دلیل است که در توسعه شبکه سازه فضایی می‌توان بدون اینکه به پایداری سازه فضاکار لطمه‌ای وارد شود، محل تکیه‌گاه‌ها را (در صورت لزوم) تغییر داد.

الف) 3- امکان نصب جرثقیل بر روی سازه فضایی سختی و صلبیت زیاد سازه فضایی، منجر به کوچک شدن تغییر شکل سازه تحت بارهای سرویس شده و قابلیت استثنائی برای حمل بارهای سنگین متمرکز و غیرمتمرکز به وجود می‌آورد.

به بیان ساده‌تر امکان نصب جرثقیل دو پل و حتی جرثقیل تک پل و یک ریلی با استفاده از گره‌های سازه فضایی در هر مسیر دلخواه وجود دارد.

الف) 4- دارا بودن تکنیک برتر سازه‌ای این نوع شبکه‌ها (سازه‌های فضایی)، نمونه کاملی از سازه‌های سه بعدی بوده به طوری که اغلب اعضای سازه در تقسیم و توزیع بار مشارکت دارند و این ویژگی در این سطح، منحصر به سازه‌های فضایی می‌باشد.

الف) 5- وزن کم و ایمنی بسیار بالا در سقف های فضایی:

در سازه‌های فضایی به دلیل رفتار سه بعدی، تنش در تمام جهات توزیع شده و به عبارت دیگر به دلیل توزیع یکنواخت بار و پخش نیرو در جهات مختلف این سازه‌ها (سازه‌های فضاکار) از استحکام توام با سبکی استثنائی و ایمنی بسیار زیاد برخوردار می‌باشد.

الف) 6- استفاده بهینه از مصالح در سازه‌های فضایی از یک سو به دلیل سه بعدی بودن و یکپارچگی سازه‌های فضایی با کمترین مصالح امکان فراهم نمودن بیشترین صلبیت و بالاترین سطح ایمنی در سازه‌های فضاکار وجود دارد و از سوی دیگر قابلیت استفاده از مصالح در این سیستم از سازه بسیار زیاد بوده به گونه‌ای که در بعد ملی، کمترین مصالح از بین رفته و یا از پروسه تولید ملی خارج می‌شوند.

الف) 7- عدم انهدام ناگهانی (درجه هایپر استاتیکی بالا) در سازه‌های فضاکار با توجه به بالا بودن درجه نامعینی در سازه‌های فضایی و مشارکت بیشتر هموندها در تقسیم و توزیع بار، ذخیره مقاومتی اعضا بیشتر بوده و لذا معمولاً حذف یک یا چند المان (خرابی موضعی) منجر به فروپاشی یا انهدام ناگهانی کل سازه نخواهد شد.

الف) 8- سقف های فضایی، مقاوم‌ترین سازه در حوادث غیرمترقبه:

سازه‌های فضاکار به علت یکپارچگی، نیروهای افقی بارهای اتفاقی و نیروهای دینامیکی ناشی از زلزله، انفجار، حملات هوایی، طوفان، آتش‌سوزی و… را بهتر از انواع دیگر سازه‌ها تحمل نموده و مقاومت بیشتری دارند.

این موضوع در موارد تجربی و آزمایشات نیز (به شرط وجود مقاومت لازم در ستون‌ها و بادبندهای مربوطه مورد تأیید قرار گرفته است.

ب) مزایای معماری در سقف های فضایی:

های فضاکار در معماری شكل منتظم سازه‌های فضایی یا سازه‌های فضاکار به لحاظ معماری جذاب، زیبا و با ارزش بوده و از این رو است که بسیاری از معماران در سالن‌ها، مراکز اجتماعات و… سازه فضایی را به صورت نمایان به نمایش گذاشته و حتی در بسیاری از موارد جهت نماسازی‌ها، از سازه‌های فضاکار استفاده می‌نمایند.

ب) 2- انعطاف‌پذیری زیاد به لحاظ معماری با استفاده از شکل‌های هندسی به ظاهر یکسان و تکرار شونده سازه‌های فضایی، می‌توان انواع فرم‌های هندسی مطابق با طرح‌های گوناگون معماری را خلق نموده و تاشه (TASHEH) دلخواه آرشیتکت را طراحی و تولید نمود اشکال متداول معماری در سازه‌های فضاکار به صورت تخت، قوسی، چلیک، گنبدی، چتری، هرمی، سینوسی و… می‌باشد.

ب) 3- عدم نیاز به استفاده از سقف کاذب در سازه فضایی نمای زیبای شبکه‌های دو لایه سازه فضاکار که در غالب اشکال هندسی تکرار شونده ظاهر می‌شود، نمای خوشایندی را عرضه می‌دارد که از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا و به لحاظ معماری با ارزش می‌باشد.

به همین دلیل بسیاری از آرشیتکت‌ها در سالن‌های اجتماعات، مساجد، فرودگاه‌ها و… از سقف کاذب استفاده نکرده و نمای بدیع سازه فضایی را به نمایش می‌گذارند.

ب) 4- امکان اتصال آویزهای متعدد از سقف سازه‌ی فضاکار با توجه به قدرت باربری زیاد در سازه‌های فضایی و تعدد گره‌های موجود در فواصل منظم، امکان مانور طراحی برای اتصال آویزهای متعدد در هر یک از نقاط دلخواه سازه فضاکار و خلق آثار منحصر به فرد معماری (داخلی) را فراهم می‌آورد.

ب) 5- گسترش سازه فضایی با حداقل تغییر در سازه قبلی با توجه به ویژگی ((عدم ضرورت نظم تکیه‌گاه‌ها در سازه‌های فضاکار))، قابلیت گسترش یا کاهش سطح سازه فضاکار اجرا شده، از هر طرف و به هر شکل با حفظ سازه قبلی و با رعایت نکات طراحی، به سادگی و با حداقل هزینه امکان‌پذیر می‌باشد و این توانایی منحصر به فرد سازه‌های فضایی، امکان فوق‌العاده‌ای در طراحی و چیدمان طرح‌های توسعه برای آرشیتکت‌ها و کارفرمایان فراهم می‌نماید و این ویژگی در هیچ یک از انواع دیگر سازه‌ها وجود ندارد.

ب) 6- سازه‌ای مناسب برای نورپردازی وجود نقاط از پیش تعریف شده بر روی سازه فضایی گره‌های سازه و امکان اتصال نورافکن‌ها و دیگر منابع نورانی در تمامی سطح ایجاد شده، محیط را جهت نورپردازی و دکوراتیو، بسیار زیبا و مناسب می‌سازد.

ب) 7- دارای صرفه‌جویی فضایی فضای موجود بین لایه‌های سازه فضایی، محل مناسبی را جهت عبور تأسیسات الکتریکی، مکانیکی، حرارتی، برودتی و دیگر تأسیسات ساختمانی فراهم می‌سازد.

علاوه بر آن، تعدد گره‌های سازه فضاکار، تکیه‌گاه‌های لازم برای عبور این شبکه‌های ارتباطی و تأسیساتی را بدون هیچگونه هزینه اضافی تأمین نموده و این تأسیسات را از حداقل دید برخوردار می‌سازد.

ب) 8- ضریب ایمنی بالا در سازه‌های فضاکار برای هر آرشیتکت، یکی از پارامترهای مهم، طراحی مجموعه‌ای ایمن، زیبا و پایدار می‌باشد.

سازه‌های فضایی به لحاظ داشتن ویژگی‌های منحصر به فرد، از حیث ایمنی نیز با کمتر سازه‌ای قابل مقایسه است.

ج) سایر مزایای سقف های فضایی (سازه‌های فضاکار):

ج) 1- سرعت بالا در تولید و اجرای سازه‌های فضاکار به دلیل امکان استفاده حداکثر از سیستم پیش‌ساختگی و انبوه‌سازی، اجزای سازه در تولید سازه‌های فضایی و همچنین با توجه به امکان به کارگیری روش‌های متعدد در زمان بافت و نصب، این سازه‌ها از سرعت بسیار بالایی در تولید و اجرا برخوردار می‌باشند.

تا حدی که در بسیاری از موارد (پس از آماده شدن نقشه‌های ساختمان و سازه ملاحظه شده که سازه فضایی قبل از تکمیل عملیات اجرای فونداسیون، تولید شده و آماده حمل به محل پروژه بوده است.

ج ) 2- کنترل کیفیت بالا به دلیل تولید صنعتی سازه‌های فضایی پیچ و مهره‌ای بودن کلیه اتصالات در سازه‌های فضایی، عدم نیاز به جوشکاری در محل پروژه و ساخت کارخانه‌ای قطعات سازه به صورت پیش‌ساخته، کنترل کیفیت در حین تولید و پس از تولید را دقیق‌تر نموده و موجب افزایش کیفیت و دقت بسیار بالایی در کل سازه مورد نظر خواهد شد.

ج) 3- امکان نصب هر نوع پوشش بر روی سازه فضایی، قابلیت اجرای کلیه پوشش‌های مختلف (که تا کنون وارد بازار شده) بر روی سازه‌های فضاکار از دیگر ویژگی‌های این سازه می‌باشد که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

ساندویچ پانل –  ورق گالوانیزه (سینوسی-  شادولاین) – اسپایدر (شیشه – ورق پلی‌کربنات (دوجداره – فشرده) – فایبرگلاس – پانل نواری – ( PVC UPVC -) دال بتنی و…

ج) 4- دارای صرفه‌جویی اقتصادی یکی از دلایل گسترش روزافزون سازه‌های فضایی، اقتصادی بودن ساخت این سازه‌ها در مقایسه با دیگر سازه‌های صنعتی می‌باشد به طوری که این سیستم در دهانه‌های بزرگ دارای ((صرفه اقتصادی مطلق)) بوده و بسیار ارزانتر از سایر سیستم‌ها (تیرورق و…) می‌باشد و در دهانه‌های کوچک دارای ((صرفه اقتصادی نسبی)) است که با توجه به سایر مزیت‌های آن، استفاده از سازه‌های فضاکار را در این دهانه‌ها نیز توجیه‌پذیر می‌نماید.

از سوی دیگر، در کلیه فضاهای ساخته شده با سازه فضاکار، به دلیل زیبایی و جذابیت بصری این سازه‌ها نیاز به اجرای سقف کاذب نبوده و از این لحاظ نیز به کاهش هزینه‌های کارفرما کمک می‌نماید.

در عین حال چنانچه در موارد خاص و ((به دلیل ملاحظات فنی)) الزام به استفاده از سقف کاذب باشد تعدد گره‌های سازه، هزینه اجرای سقف کاذب را کاهش می‌دهد.

همچنین به دلیل سبکی سازه‌های فضایی در مقایسه با دیگر سازه‌های صنعتی، در موارد متعددی، هزینه اجرای فونداسیون در اینگونه سازه‌ها، کمتر شده و از این جهت نیز به کاهش کل هزینه‌ها کمک مؤثری می‌نماید.

ج) 5- سهولت در بسته‌بندی و حمل و نقل ارزان سازه‌های فضایی مشابهت واحدهای از پیش ساخته شده سازه‌های فضاکار و نوع قرارگیری آنها در کنار یکدیگر، موجب گردیده تا بسته‌بندی و بارگیری مصالح مربوط به مساحتی زیاد در حجمی کم و به سادگی میسر شده و با هزینه‌ای ناچیز (در مقایسه با سازه‌های مشابه) به هر نقطه و با هر شرایط آب و هوایی منتقل گردد.

ج) 6- امکان سند بلاست و رنگ‌آمیزی الکترواستاتیکی با توجه به ویژگی ابعادی المان‌های سازه‌های فضایی و امکان شات‌بلاست، سندبلاست و اجرای انواع پوشش‌های محافظ بر روی قطعات نظیر رنگ الکترواستاتیک پودری و آبکاری، به عنوان مزیتی دیگر برای سازه‌های فضاکار (در مقایسه با سایر سازه‌ها) مطرح است.

ج) 7- برگشت‌پذیری سریع سرمایه علیرغم آن که در برخی از دهانه‌ها، ممکن است تفاوت اندکی در حجم سرمایه‌گذاری براساس استفاده از سازه فضایی یا سایر سازه‌های مشابه وجود داشته باشد، اما با توجه به ویژگی‌های به وجود آمده ناشی از سرمایه‌گذاری بر روی سازه‌های فضاکار، براساس نوع کاربری روند (جریان) بازگشت سرمایه سریع‌تر خواهد شد مانند:

• استفاده از سقف های فضایی در سالن‌های تولید:

براساس اصول حاکم بر روانشناسی صنعتی، زیبایی و مدرن بودن محیط‌کار و سالن تولید، از طریق افزایش راندمان و کارایی پرسنل، سودآوری مجموعه را افزایش داده و جریان درآمدی بیشتری به وجود آورده و برگشت‌پذیری سرمایه را سریع‌تر می‌نماید.

• استفاده از سقف های فضایی در سالن‌های اجتماعات و تالارهای پذیرایی:

استفاده از سازه فضایی در همان ابتدا و هزینه اجرای سقف کاذب را حذف کرده و علاوه بر آن جذابیت‌ها و زیبایی‌های ظاهری سازه در طول زمان، منجر به امکان افزایش بهره‌وری شده و بالطبع بهره‌مندی بیشتر درآمدی را فراهم می‌آورد.

استفاده از سازه‌های فضایی در سالن‌های فرودگاهی و پایانه‌ها، در همان ابتدا منجر به حذف ستون‌های متعدد شده و هزینه‌های اجرای فونداسیون و ستون‌گذاری را به شدت و به طور چشمگیر کاهش می‌دهد.

علاوه بر آن زیبایی محیط و تشویق مسافرین در استفاده از آن پایانه‌ها، منجر به کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و افزایش جریان درآمدی خواهد شد.

از همین رو است که در دو دهه اخیر، هیچ سالن فرودگاهی ساخته نشده مگر آن که جریان درآمدی خواهد شد.

از همین رو است که در دو دهه اخیر، هیچ سالن فرودگاهی ساخته نشده مگر آنکه از سازه فضایی در آن استفاده شود.

ج) 8- امکان تولید سازه فضایی با ضخامت دلخواه در برخی موارد، کارفرمایان از یک سو تمایل به استفاده از سازه فضایی داشته و از سوی دیگر محدودیت‌های ناشی از قوانین شهری و یا طرح‌های معماری، آنان را ملزم به رعایت ضخامت خاصی از سازه‌های فضاکار می‌نماید.

با توجه به وجود رابطه که در آن L طول المان و t ضخامت سقف سازه فضایی می‌باشد، به سادگی امکان تغییر طول المان‌ها و طراحی سازه فضایی با ضخامت دلخواه کارفرمایان و آرشیتکت‌ها وجود دارد.

ج) 9- امکان اجرای سازه فضایی در هر شرایط آب و هوایی با توجه به تولید تمام قطعات و المان‌های سازه فضایی در کارخانه سازنده و سرعت نسبتاً زیاد بافت این سازه‌ها و عدم نیاز به تجهیز کارگاه‌های گسترده به هنگام نصب، لذا اجرای سازه‌های فضاکار در هر منطقه و هر شرایط آب و هوایی امکان‌پذیر می‌باشد.

ج) 10- امکان همزمانی اجرای سقف های فضایی با عملیات ساختمانی دیگر:

با عنایت به وجود روش‌های مختلف بافت و نصب سازه‌های فضاکار، در صورت لزوم امکان هم زمانی اجرای سازه‌های فضایی با سایر عملیات ساختمانی به سادگی و بدون ایجاد ممانعت یا مزاحمت برای یکدیگر، وجود دارد.

ج) 11- جمع‌آوری سازه فضایی و نصب مجدد در محلی دیگر اتصالات و قطعات سازه فضایی براساس پیچ و مهره بوده و لذا سازه فضایی اجرا شده، قابلیت دمونتاژ کامل از یک محل و مونتاژ آن در محل دیگر به همان شکل یا شکلی دیگر تنها با تغییرات جزئی در قطعات سازه وجود دارد.

• انواع اتصالات سقف های فضایی:

1)- مرو (Mero) از مجموعه گره‌های کروی توپر (KK)

این سیستم که زیرمجموعه سیستم پیونده گوی‌سان (Nodular systems) می‌باشد، اولین بار توسط شرکت مرو آلمان در سال 1942 طراحی و به صورت تجاری عرضه شده است.

این سیستم شامل کره فولادی از جنس CK45 است که نقش اصلی آن در سازه‌های فضاکار، به هم پیوستن اعضا و انتقال بين اعضا متصل شونده به آن پیونده (گوی) می‌باشد.

در این سیستم (و اکثر سیستم‌های گوی‌سان)، اعضا به شکل لوله‌ای بوده و محورهای مرکزی آنها از مرکز پیونده عبور می‌نماید، که این اعضا و پیونده‌ها به طور مجزا در کارخانه تولید شده و سپس در محل پروژه با اتصال اعضا به پیونده‌ها، شبکه سازه فضایی برپا می‌شود.

سیستم اتصال پیونده‌ای تولید شده در کارخانه شرکت فضاسازه نقش جهان، از نوع سیستم اتصال پیونده‌های گوی‌سان نوع MERO آلمانی می‌باشد.

• اجزای سیستم پیونده‌ای:

1)- گوی یک کره فولادی توپر می‌باشد که به روش کوبن‌کاری و از فولاد CK45 به صورت کره کامل یا چند وجهی تولید شده و جهت ارتباط بین اعضای سه بعدی استفاده می‌شود.

در سازه فضایی، گوی‌ها باعث می‌شوند که خود و اعضای مربوطه‌شان در یک موقعیت ثابت قرار بگیرند و باعث ایجاد تعاون بین نیروهای اعضای سازه می‌شوند.

گوی‌ها دارای سوراخ‌هایی می‌باشند که عضوهای سازه بر روی این سوراخ‌ها که دارای سطح ماشین‌کاری شده می‌باشند قرار گرفته و پیچ می‌شوند.

در گوی‌های ویژه سر ستون، قسمتی از آن به صورت استوانه‌ای یا مخروطی و قسمتی به صورت کروی (نیم‌کره) می‌باشند.

• بشقابک:

مخروطی که به روش کوبن‌کاری و از جنس ST37 یا ST52 تولید شده و در محل اتصال المان به گوی از این قطعه مخروطی شکل فولادی استفاده می‌گردد.

این قطعه مخروطی که به لوله جوش می‌شود دارای دو نوع رفتار (کششی و فشاری) می‌باشد.

• لوله:

عضو دیگر سازه، لوله می‌باشد که جهت تحمل نیروهای محوری به کار رفته و در انتهای آن به وسیله دو قطعه مخروطی که اتصال آن را با سایر قطعات امکان‌پذیر می‌سازد، جوش می‌شود.

• پیچ:

پیچ‌ها همگی خشکه، از کلاس 8.8 یا 10.9 می‌باشد و در سایزهای متفاوتی استفاده می‌شوند.

پیچ‌ها یک اتصال جداشدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آنها کمک گرفته می‌شود.

• اسلیو:

قطعه‌ای مشابه با شکل مهره است که جهت محکم نمودن پیچ‌ها در داخل گوی استفاده می‌شود.

علاوه بر آن، اسلیوها در المان‌های فشاری، رفتار سازه‌ای داشته و به همین لحاظ باید جنس آنها از گروه CK باشد (بند… آیین نامه)

2)- کاتروس (CATRUS) :

سیستم کاتروس (Catrus) که از مجموعه گره‌های تک‌پیچ و مهره‌ای می‌باشد اولین بار در اسکاتلند ابداع گردید.

در سیستم کاتروس همه اعضا از لوله یا پروفیل تشکیل شده و معمولاً برای دهانه‌های بین 5 تا 12 متر استفاده می‌شود در این سیستم به اعضا اتصالی کمتری در مقایسه با سیستم مرو نیاز است به همین لحاظ در شرایط مشابه از قیمت مناسب‌تر در مقایسه با سایر سیستم‌ها برخوردار است.

در این سیستم، اعضای مهاری جان، مقاطع لوله‌ای هستند که در هر انتها پانچ و خم شده و اعضای اصلی در طول‌های متناسب با ابعاد شبکه خرپای فضایی تولید شده و در نقاط مناسب متصل می‌شوند.

در این سیستم، برخی اعضا (خصوصاً اعضای لایه میانی) مرکز مقطع عضو به طور مستقیم از مرکز گره عبور ننموده و منجر به ایجاد ممان خمشی جزئی در این عضوها می‌شود و لذا این سیستم برای دهانه‌های بزرگ توصیه نمی‌گردد.

3)- یونی بت (UNIBAT) از مجموعه اتصالات منشوری (هرمی – تک واحدی) :

این سیستم که برای اولین بار در انگلستان ابداع شده از واحدهای هرمی تکرار شونده تشکیل شده به طوری که این هرم‌های معکوس با قاب‌های صلب مدول‌های استاندارد این سیستم را در لایه فوقانی و میانی تشکیل داده و در گوشه‌ها با استفاده از پیچ‌های فولادی با مقاومت کششی بالا به یکدیگر متصل می‌شوند.

این هرم‌ها تشکیل دهنده شبکه برای اطمینان از درستی ابعاد و کیفیت جوش جداگانه در کارخانه تولید شده و با اتصال آنها به یکدیگر در محل پروژه شبکه سازه فضایی احداث می‌گردد هر واحد از چهار عنصر فوقانی (قاب مربعی در قاعده هرم) چهار عضو جان (مهاری) و پنج قطعه پیوندهای (به صورت کوبن‌کاری) در چهارگوشه هرم و رأس آن تشکیل شده که در آنها مقاطع قوی‌تر برای تطابق با نیروهای برشی بزرگ‌تری که در اطراف ستون‌های سازه فضایی ظاهر می‌شود به کار می‌روند پس از مونتاژ با سیستم UNIBAT یک شبکه لوزی روی مربع ایجاد می‌شود.

معرفی نام 23 نوع اتصال (گره) سازه‌های فضایی:

• سیستم مرو KK  -(MERO)
• اوروناسئو (ORONA SEO)
•  او – آر- تی – زد ORTZ  
• اسفروبات فرانسه (SPHEROBAT)
• ان اس تراس ژاپن (N.S. TRUSS)
• تیوبال هلند (TUBALL)
• اوربیک انگلستان (ORBIK)
• ای دی سی فرانسه (S.D.C)
• اوكتا پلیت المان (OCTA PLATE)
• وسترات استرالیا (VESTRUT)
• نودوس انگلستان (NODUS)

ب) گره‌های تک‌پیچ و مهره‌ای:

• کاتروس – اسکاتلند (CATRUSS)
• کاندرهارلی (تحت لیسانس استراليا (CANDER HARLEY)
• مای اسکای (MAI SKY)

ج) اتصالات منشوری (هرمی):

• یونی بات 1962
• اسپیس گرید (بر پایه یونی بت)
• اسپیس دک – انگلستان 1950
• دک اسپیس 1987
• کیوبیک اسپیس 1978 – انگلستان
• آبی بی آ – آفریقای جنوبی 1983
• د – ورقه‌ها (صفحات: (مودا اسپن – هلند MODASPAN
• ه – بدون گره: اوكتت تراس OCTET TRUSS
• و – استوانه‌ای: تریودتیک – کانادا TRIODETIC

 انواع فرم‌های معماری سقف های فضایی (سازه فضاکار):

با توجه به توانایی سازه‌های فضاکار امکان خلق فضاهای زیبا متنوع و پیچیده به سادگی امکان‌پذیر است که در اینجا (این قسمت) به معرفی چند فرم متداول پرداخته می‌شود.

1) تخت: در این فرم معماری لایه زمین کاملاً صاف بوده و برای شیب‌بندی از دستک‌های با طول‌های متفاوت استفاده می‌شود در این فرم از معماری و برای دهانه‌های وسیع می‌توان از این نوع سازه در چندین لایه استفاده نمود.

2) شیبدار: در این نوع معماری سازه فضاکار به صورت کاملاً تخت مونتاژ شده و با تغییر ارتفاع ستون‌ها شیب یک‌ طرفه برای سقف ایجاد می‌شود اگرچه برای شیب دو طرفه نیازی به تغییر ارتفاع ستون‌ها نمی‌باشد.

3) قوسی (چلیک): در این نوع معماری سازه فضایی به گونه‌ای طراحی و تولید می‌شود که پس از اجرا نمای بیرونی و داخلی سازه به صورت کمانی از دایره می‌باشد.

فرم قوسی می‌تواند بصورت چلیک کامل یا چلیک ناقص باشد.

4) گنبدی: این نوع معماری از سازه‌های فضاکار اغلب در نورگیرهای ساختمان‌های بزرگ و مسقف نمودن فضاهای بسیار وسیع (مانند ورزشگاه‌های بزرگ) و بدون استفاده از ستون‌های میانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این فرم معماری در نمای کلی (شکل ظاهری) به دو دسته نیم‌کره (کروی) و نیم تخم‌مرغی (بیضوی) تقسیم‌بندی می‌شوند و از نظر نوع بافت به بیش از ده نوع (دنده‌ای، پیازی، فرازشی، …) قابل تفکیک می‌باشند.

5) هرمی: این نوع معماری از سازه‌های فضاکار به صورت هرم کامل یا هرم ناقص اجرا می‌گردد و بیشترین کاربرد آن در نماسازی شهری و نورگیر مجتمع‌های تجاری و مسکونی می‌باشد.

6) معماری‌های خاص و سایر فرم‌ها: با توجه به قابلیت سازه‌های فضایی تولید و اجرای هر فرم دلخواه معماری با استفاده از این سازه‌ها امکان‌پذیر است.

از جمله فرم موجی، یو شکل، کره کامل، استوانه‌ای (دودکشی)، زین‌اسبی و…

•  مونتاژ و نصب سقف های فضایی (سازه فضایی):

معمولاً یکی از 4 روش ذیل در مونتاژ و نصب سازه‌های فضاکار استفاده می‌شود:

1)- مونتاژ کامل سازه بر روی تراز زمین و نصب کل سقف (به صورت یکجا) با استفاده از جرثقیل و یا جک‌های مستقر در بین سازه (HEAVY LIFTING) از مزایای این روش سرعت بسیار زیاد در بافت و نصب سازه فضایی می‌باشد.

2)- مونتاژ بخش‌هایی از سازه در غالب بلوک‌های مشخص و پس از آن مونتاژ بلوک‌ها به یکدیگر در ارتفاع و به کمک جرثقیل این روش در مقایسه با روش قبل از سرعت کمتری برخوردار است و در برخی از فرم‌های معماری محدودیت‌های خاص مربوط به خود را دارا می‌باشد.

3)- مونتاژ پنجه‌ای (عنکبوتی):

در این روش که از انواع بافت درجا محسوب می‌شود معمولاً قطعات عنکبوتی کوچک که از تعداد کمی اعضای لوله‌ای (معمولاً بین 3 تا 5 المان) و یک گره (گوی) تشکیل شده و در سطح زمین با یکدیگر مونتاژ شده و به موقعیت خود در ارتفاع (با چرخ و قرقره یا جرثقیل‌های نسبتاً سبک) منتقل شده و سپس این قسمت عنکبوتی در ارتفاع مورد نظر به بخش نصب شده قبلی شبکه سازه فضاکار (سقف اصلی) متصل می‌شود.

4)- در حین انجام عملیات مونتاژ به منظور محدود کردن تغییر شکل شبکه فضایی کامل نشده در طول محور اصلی مجموعه شمع‌های موقت در سطوح و موقعیت‌های از پیش تعیین شده و تحت بار مرده نصب شده و پس از تکمیل عملیات مونتاژ به منظور انتقال کامل بارها به تکیه‌گاه‌های اصلی شمع‌های موقت به تدریج برداشته شده تا سقف تغییر شکل طبیعی خود را داشته باشد.

سقف های فضایی از لحاظ ساختار:

• شبکه‌های دو لایه:

شبکه‌های دو لایه یکی از مهمترین و متداول‌ترین انواع سازه‌های فضاکار به شمار می‌روند.

این نوع سازه‌ها از دو صفحه عناصر که این دو صفحه که با یکدیگر موازی و توسط عناصر میانی به یکدیگر متصل‌اند تشکیل شده است.

• شبکه‌های سه لایه:

شبکه‌های سه لایه از دو صفحه بالا و پایین و یک صفحه میانی تشکیل شده‌اند که هر یک از صفحات بالا و پایین توسط اعضای میانی به صفحه میانی متصل‌اند.

این شبکه‌ها در مواقعی به کار می‌روند که سازه دارای دهانه خیلی بزرگی باشد و ارتفاع شبکه دو لایه جوابگوی قیود آن نباشد.

به عنوان مثال: ایستگاه راه آهن جمهوری اسلامی ایران – تهران، نماز جمعه تهران – دانشگاه تهران

• سازه‌های چلیکی:

اگر شبکه‌ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه‌های چلیکی نامیده می‌شود.

این بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی شکل به کار برده می‌شوند.

• سازه‌های گنبدی:

در صورتی که شبکه‌ای در دو جهت دارای انحناء باشد، سازه گنبدی نامیده می‌شود.

در ساخت گنبدها سعی بر آن است که اعضا دارای یک اندازه باشد اما به هر حال تعداد انواع اعضا زیاد خواهد بود.

برای ایجاد ساختار گنبدی کافی است یک شبکه را (به هر شکل دلخواه) روی یک کره تصویر نمود.

• سازه‌های تاشو:

این نوع سازه‌ها مثل چتر قابلیت جمع شدن و انتقال دارند و کاربرد عمده آنها در مکان‌هایی است که به دلیل محدودیت‌های جوی، مکانی، زمانی و مصالح، ساخت دیگر سازه‌ها امکان‌پذیر نباشد.

سازه های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرک‌ها، نمایشگاه‌ها و مناطق سیل و زلزله‌زده به کار می‌رود.

• سازه‌های بادشو:

سازه‌هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی و یا پلاستیکی ساخته می‌شوند و در مواقع استفاده با پمپ، باد می‌شوند.

• سازه‌های ماهواره‌ایی:

سازه‌هایی هستند که به صورت خرپاهای فضایی در ارتفاع ساخته می‌شوند و کاربرد آنها در سازه‌های ماهواره‌ای، خطوط انتقال نیرو و برج‌های مخابراتی است.

• سازه‌های پل‌های فضاکار:

پل‌هایی هستند که از خرپاهای مرکب فضایی ساخته می‌شوند.

این نوع پل‌ها برای دهانه‌های بزرگ بعد از پل‌های کابلی در درجه اهمیت‌اند.

• سقف های فضایی از لحاظ مصالح:

1- سقف های فضایی فولادی:

فولاد پرکاربردترین ماده در ساخت سازه‌های فضاکار به شمار می‌رود.

شاید مهمترین علت آن سختی و جوش‌پذیری بالای آن باشد.

یکی دیگر از ویژگی‌های مفید فولاد، تنوع پروفیل‌های فولادی و انبوه بودن در اکثر نقاط دنیا به خصوص در کشورهای صنعتی است.

2- سقف های فضایی آلومینیومی:

یکی از مصالحی که اکنون مورد توجه قرار گرفته است، آلومینیوم می‌باشد.

از مزیت‌های بارز آلومینیوم می‌توان به سبک بودن آن اشاره نمود.

به طوری که وزن آلومینیوم در حدود 1.3 وزن فولاد است.

همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد.

در نهایت آلومینیوم هنوز گرانتر از فولاد است.

3- سقف های فضایی چوبی:

چوب به عنوان یک ماده اولیه در قرون وسطی جهت پوشش سقف به کار می‌رفت.

استفاده از چوب‌های ورقه‌ای جهت ساخت این سازه‌ها، یک روش اقتصادی فراروی ساخت این سازه‌ها قرار داد.

گنبدهای چوبی در پوشش سالن‌های مدارس و سالن‌های ورزشی بسیار متداول است.

گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی مهندس سیدعلی منتظری