به عنوان قدیمی‌ترین ساخت‌ها برای سازه‌های فضاکار می‌توان از داربست‌هایی که جهت نگهداری چادرهای انسان‌های اولیه به کار می‌رفت نام برد. از جمله قدیمی‌ترین چادرهای انسان‌های اولیه که در مناطقی از چین باستان که در چند سال پیش کشف شده بود می‌توان اشاره کرد. کاربرد سازه‌های شبکه‌ای و سه بعدی در روم باستان و ایران کهن و نیز ایران دوره صفویه در ساخت سالن‌های تجمع، آمفی تئاترها، قصرها، مساجد اسلامی، اماکن متبرکه و غیره جلوه گر است.

اولین شبکه چند لایه توسط الکساندر گراهام بل در سال ۱۹۰۶ برای کایت پرواز ساخته شد. در این شبکه طول اعضاء یکسان، اتصالات ساده بود. او اولین مهندسی است که حدود ۹۰ سال پیش نشان داد که می‌توان با قرار دادن صحیح اعضاء سازه‌ای در کنار هم سازه‌هایی محکم و سبک ساخت. می‌توان گفت کاربرد عملی و توسعه یا فته سازه‌های فضاکار و طراحی اصولی این گونه سازه‌ها از سال ۱۹۵۰ شروع شده‌است. مهندسین سازه به دلیل رفتار خوب این نوع سازه‌ها در برابر بارهای مختلف و مهندسین معمار به علت زیبایی و یکنواختی خاصی که در هندسه آن‌ها موجود است مجذوب این گروه از سازه‌ها شده و تحقیق و بررسی عمیقی در رفتار واقعی این سازه‌ها و کاربرد ساختار بهینه در تحلیل و طرح این سیستم‌ها آغاز گردید.^[۴]

 

^{کلمات کلیدی: سازه فضایی، سازه فضاکار، شرکتهای سازه فضایی، شرکتهای سازه فضاکار، سازه های سبک، تولیدکنندگان سازه فضایی، تولیدکنندگان سازه فضاکار}

قاب‌های فضایی (سازه فضایی، سازه فضاکار) در ساختمان‌های مدرن کاربرد فراوانی دارند. این نوع از قاب‌ها(سازه فضایی، سازه فضاکار) بیشتر در سقف‌هایی با دهانه‌های بزرگ در ساختمان‌های مدرن تجاری و صنعتی دیده می‌شوند.^{[نیازمند منبع]}

سیستم‌های سازه‌های فضاکار در سازه‌هایی که در آن‌ها احتیاج به پوشش دهانه‌های بزرگ و بدون ستون است از قبیل:

آشیانه هواپیماها، سالن‌های کارخانه‌ها، پوشش استادیوم‌های ورزشی، باشگاه‌های ورزشی، پارکینگ‌های طبقاتی، مراکز فرهنگی و تفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)، ایستگاه‌های راه‌آهن، ترمینال‌ها و اهداف بسیار دیگر به کار می‌رود. سیستم‌های سازه‌های فضاکار (سازه فضایی، سازه فضاکار) در سازه‌هایی چون دکل‌های انتقال نیرو، برج‌های مخابراتی، برج‌های ذخیره آب، بشقاب‌های مخابراتی و رادیویی، نیز کاربرد دارند.^{[نیازمند منبع]}

 

 ^{کلمات کلیدی: سازه فضایی، سازه فضاکار، شرکتهای سازه فضایی، شرکتهای سازه فضاکار، سازه های سبک، تولیدکنندگان سازه فضایی، تولیدکنندگان سازه فضاکار}

سازه‌های فضاکار یا سازه های فضایی به سه روش دسته‌بندی می‌شوند:

·         انواع سازه‌های فضاکار یا سازه های فضایی از لحاظ مصالح

·         انواع سازه‌های فضاکار یا سازه های فضایی از لحاظ ساختار

·         انواع سازه‌های فضاکار یا سازه های فضایی از لحاظ سیستم اتصال دهنده اعضا

انواع اتصالات سیستم‌های سازه فضایی یا سازه فضاکار به ۴ روش انجام می‌شود:

اتصال سیستم مرو

مرو (MERO) از مجموعه گره‌های کروی توپر (KK) سیستم مرو که زیر مجموعه سیستم پیونده گوی سان (Nodular systems)می‌باشد، اولین بار توسط شرکت مرو آلمان در سال ۱۹۴۲ طراحی و به صورت تجاری عرضه شده‌است. این سیستم شامل کره فولادی از جنس CK45 است که نقش اصلی آن در سازه‌های فضاکار، به هم پیوستن اعضا و انتقال بین اعضا متصل شونده به آن پیونده (گوی) می‌باشد.

اتصال سیستم کاتروس

(CATRUS) سیستم کاتروس سیستم کاتروس یکی از انواع سازه‌های فضایی است که از مجموعه گره‌های تک پیچ و مهره ای می‌باشد اولین بار در اسکاتلند ابداع گردید. درسیستم کاتروس همه اعضا از لوله یا پروفیل تشکیل شده و معمولاً برای دهانه‌های بین ۵ تا ۱۲ 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 مناسب تر در مقایسه با سایر سیستم‌ها برخوردار است.

اتصال سیستم یونی بت

سیستم یونی بت(UNIBAT) از مجموعه اتصالات منشوری (هرمی – تک واحدی) سیستم یونی بت که برای اولین بار در انگلستان ابداع شده از واحدهای هرمی تکرار شونده تشکیل شده بطوریکه این هرم‌های معکوس با قاب‌های صلب مدول‌های استاندارد، سیستم یونی بت را در لایه فوقانی و میانی تشکیل داده و در گوشه‌ها با استفاده از پیچ‌های فولادی با مقاومت کششی بالا به یکدیگر متصل می‌شوند.

اتصال سیستم تریودتیک

سیستم تریودتیک (Triodetic) در سال ۱۹۵۳ توسط شرکت کانادایی توسعه داده شد. این سیستم در اصل از قطعات آلومینیوم ساخته شده‌است و در سال ۱۹۶۶ اعضای فولادی نیز شامل شد. اجزا آن از اتصالات شکاف، اعضای لوله، نگهدارنده واشر و پیچ و مهره تشکیل یافته‌است. اتصال با شکاف‌های شبکه به عنوان یک بیرون آمدگی آلومینیومی تولید شده‌است.

شبکه‌های دو لایه

شبکه‌های دو لایه یکی از مهم‌ترین و متداول‌ترین انواع سازه‌های فضاکار به شمارمی روند. این نوع سازها از دو صفحه عناصر که این دو صفحه که با یکدیگر موازی و توسط عناصر میانی به یکدیگر متصل اند تشکیل شده‌است.

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 متصلند. 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 راه‌آهن جمهوری اسلامی ایران - تهران، نماز جمعه تهران – دانشگاه تهران^[۵]

سازه‌های چلیکی

اگر شبکه‌ای در یک جهت دارای انحناء باشد سازه‌های چلیکی نامیده می‌شود. این بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی شکل بکاربرده 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. سازه‌های تاشو بیشتر برای اماکن موقت مانند سیرکها، نمایشگاه‌ها و مناطق سیل و زلزله زده بکار می‌رود.

سازه‌های بادشو

سازه‌هایی هستند که از مواد مخصوص لاستیکی 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 درسازه‌های ماهواره‌ای، خطوط انتقال نیرو و برج‌های مخابراتی است.

سازه‌های پل‌های فضاکار

پل‌هایی هستند که از خر پاهای مرکب فضایی ساخته می‌شوند. این نوع پل‌ها برای دهانه‌های بزرگ بعد از پل‌های کابلی در درجه اهمیت‌اند.

سازه‌های فضاکار فولادی

فولاد پر کاربردترین ماده در ساخت سازه‌های فضاکار به‌شمار 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 به‌خصوص در کشورهای صنعتی است.

سازه‌های فضاکار آلومینیومی

یکی از مصالحی که اکنون مورد توجه قرار گرفته‌است، آلومینیوم است. از مزیتهای بارز آلومینیوم می‌توان به سبک بودن آن اشاره نمود. بطوری‌که وزن آلومینیوم در حدود ۳/۱ وزن فولاد است. همچنین مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به فولاد دارد. در نهایت آلومینیوم هنوز گرانتر از فولاد است.

سازه‌های فضاکار چوبی

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

گره‌ها (پیونده‌ها)

شاید می‌توان گفت که مهم‌ترین قسمت در سازه‌های متداول اتصالات و جزئیات مربوط به آن‌ها است. پیونده مرو با قابلیت ۱۸ اتصال

اعضاء

بدنه اصلی یک سازه فضاکار را اعضای آن سازه تشکیل می‌دهند. این اعضا در سازه‌های فضاکار، پروفیلهایی در اندازه و مقاطع مختلف می‌باشند. عمده‌ترین مقاطع بکار رفته در سازه‌های فضاکار مقطع دایره‌ای، به صورت توپر یا تو خا لی و مقاطع نبشی یا قوطی است.

تکیه گاه‌ها

شکل و موقعیت تکیه گاه‌ها در سازه‌های فضاکار، تأثیر زیادی بر نحوه توزیع نیروها در اعضای مجاور و تمرکز نیرو در آن‌ها دارد. این بدان علت است که تعداد تکیه گاه‌ها در این سیستم‌ها نسبت به سطح پوششی بسیار کم است و کل نیروهای قائم توسط این تعداد اندک تکیه گا ه‌ها به پی منتقل می‌گردد. در اغلب موارد اعضای مجاور تکیه گاه را پروفیل‌های تو پر و سنگین تشکیل می‌دهند.

 

 در صورتی که بار به گره آبی رنگ اعمال شده و عضو سرخ رنگ وجود نداشت، آنگاه رفتار سازه کاملاً به سختی خمشی گره آبی بستگی داشت. اما اگر عضو قرمز رنگ را در نظر گرفته و از سختی خمشی گره آبی و سختی عضو قرمز صرف نظر کنیم، در این حال، می‌توان این سیستم را با استفاده از ماتریس سختی و بدون درنظر گرفتن تغییرات زاویه‌ای محاسبه کرد.

قاب‌های فضایی معمولاً با استفاده از ماتریس سختی، طراحی می‌شوند. ویژگی ماتریس سختی، مستقل بودن آن نسبت به تغییرات زاویه‌ای است. اگر مفصل‌ها به حد کافی محکم و سخت باشند، برای سادگی در محاسبات، می‌توان از تغییرات زاویه‌ای صرف نظر کرد. بسیاری از شرکت‌ها به صورت تخصصی به طراحی و اجرای این سازه در پروژه‌های بزرگ پرداخته‌اند. در زیر مراحل اجرای این پروژه‌ها آمده‌است.

1.      طراحی: (مدل‌سازی در Formian و انتقال و ادیت نقشه در AutoCad)

2.      محاسبات: (توسط نرم‌افزار 89 Sap-AISC ASD)

3.      تولید هموندها

4.      رنگ‌آمیزی هموندها

5.      ستون گذاری

6.      بافت سازه فضاکار

7.      نصب سازه فضاکار

8.      نصب پوشانه

·         گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه به صورت یکجا، سپس نصب آن محل دائمی.

·         گسترش و تثبیت تمامی اعضای سازه در بخش‌های کوچک بر روی زمین سپس بالا بردن آن‌ها تا موقعیت نهایی و نصب روی تکیه‌گاه دائمی.

·         گسترش و تثبیت اعضای سازه قطعات بزرگتر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آن‌ها در هوا به قسمت‌هایی از سازه که قبلاً نصب شده‌اند.

·         گسترش و تثبیت اعضای سازه به صورت یکجا بر روی زمین سپس بالا بردن و نصب آن در محل دائمی.

از روش‌های یاد شده روش اول به دلیل وزن سازه و دشواری عملیات نصب اجزا در ارتفاع بلند کمترین کاربرد را در میان سایرین ارد.^[۶]

مدل‌سازی سازه

امروزه در کشورهای صنعتی و پیشرفته با تعریف کاتالوگ محصولات از فولاد و بتن تا سنگ نما در نرم‌افزارهای مدل‌سازی اطلاعات ساختمان BIM سازنده، طراح و مالک به سادگی در مراحل ابتدایی با انتخاب محصول مشخص شده و جایگذاری آن در مدل با خصوصیات و رفتار ناشی از قرارگیری هر المان در ساختمان آشنا شده و می‌تواند به صرفه‌ترین انتخاب از لحاظ اقتصادی، انرژی و مقاومت را انجام دهد.^[۷]

1.      ↑ محمود گلابچی، درک رفتار سازه‌ها، انتشارات دانشگاه تهران، 1391

2.      ↑ ا رهایی، "ا، استراتژیی‌های پایدار در طراحی سازه‌های فضاکار"، دومین کنفرانس ملی سازه‌های فضاکار، دانشگاه تهران ،1389

3.      ↑ «سازه فضایی و انواع سازه‌های آن». omran.online. بایگانی‌شده از اصلی در ۲۸ دسامبر ۲۰۱۷. دریافت‌شده در ۲۸ دسامبر ۲۰۱۷.

4.      ↑ ^{پرش به بالا به:۴٫۰ ۴٫۱} کاوه، علی _ ثروتی، همایون، شبکه‌های عصبی مصنوعی دربهینه‌سازی سازه‌ها، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، چاپ اول (1379)

5.      ↑ تحقیقات گروه سازه‌های فضاکار دانشگاه علم وصنعت ایران دانشکده عمران

6.      ↑ عشقی صنعتی، "ح، نگاهی به فناوری‌های جدید"، نشریه آبادی، شماره. 66،1389

7.      ↑ ستوده بیدختی، امیرحسین، 1393، مقدمه‌ای بر کاربرد مدل‌سازی اطلاعات ساختمان BIM در مدیریت پروژه‌های ساخت، اولین کنفرانس ملی شهرسازی، مدیریت شهری و توسعه پایدار، تهران، مؤسسه ایرانیان، انجمن معماری ایران، https://www.researchgate.net/publication/283462462____________?ev=prf_pub

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Space frame». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۵ سپتامبر ۲۰۱۱.