سقف فضایی از سازه هایی است که به احتمال بسیار زیاد، نمونه های آن را در جاهای بزرگ مانند سالن های همایش و کنفرانس، مترو و فرودگاه یا ترمینال های بزرگ، دیده اید. سقف فضایی را با ساختار و شکل 3 بعدی بنا می کنند که می تواند فشار و تحمل بار را بین تمام استراکچر و ساختار خود تقسیم کند.
اتصال این سازه و قطعات آن از طریق لنگر و پین ها به یکدیگر صورت می گیرد. انواع مختلفی از این نوع سقف وجود دارد که در جاهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. از این سازه فضاکار، به عنوان خرپا سه بعدی یا قاب سه بعدی هم یاد می شود این سازه کاملا مهندسی شده می باشد و برای تقسیم و انتقال نیروها به کار می رود. شاید نمونه های آن را در ابعاد بسیار کوچک با ماکارونی دیده باشید که توسط دانشجویان رشته عمران انجام می شود.
ما قصد داریم تا در این مقاله به معرفی فضاکار بپردازیم و همچنین،انواع آن را به شما معرفی کرده و تاریخچه ای را از آن برای شما بیان کنیم. پس با ما همراه باشید.
آنچه در این مقاله می خوانید:
- سقف فضایی و کاربرد آن چیست؟
- تاریخچه استفاده از سقف فضایی به چه زمانی باز می گردد؟
- انواع سقف فضایی کدام است؟
- اجرای سقف فضایی، چه معایب یا مزایایی در پی دارد؟
سقف فضایی و کاربرد آن
فضاکارها یا همان سقف فضایی، نوعی سازه بسیار دقیق و پر از ریزه کاری است که می تواند از کنار هم قرار گرفتن فریم های مختلف و اتصال پیدا کردن با لنگر و پین، پدید بیاید. این سازه ها شبیه به خرپا هستند و میله های کوچک به شکل دقیق و بر حسب فشاری که قرار است تحمل کنند، ساخته می شوند. هر کدام از این قطعات سقف فضایی که به آنها فریم گفته می شود، می تواند بارهای کششی و فشاری را تحمل کند. استحکام این سازه ها را از طریق محاسبه بارهای خمشی وارد شده به فریم ها محاسبه می کنند.
از این سازه می توان در اماکن مختلفی استفاده کرد. برای مثال سقف فرودگاه، پارک یا نمایشگاه های بین المللی یا داخلی و مناطق تفریحی و پاساژهای بزرگ، از جاهایی هستند که می توان با سقف فضایی، پوشش دارد. یکی از نکات بسیار مهم در استفاده از این نوع سقف ها این است که قرار نیست این سازه ها، بار بسیار زیادی را تحمل کنند. در واقع این نوع سقف، از سقف هایی نیست که بتوان روی آن باز هم یک طبقه ایجاد کرد و یا تحمل فشارهای بسیار زیاد را داشته باشد. تمامی فشار روی فریم های مختلف متمرکز بوده و تحمل آنها نیز حد و اندازه خاص خود را دارد.
سقف فضایی را بعنوان یک سیستم سازه ای در نظر میگیرند که از عضوهای خطی تشکیل می شود و نوع قرار گرفتن آنها به گونه ای است که بار و فشار به شکل 3 بعدی منتقل می شود. البته ممکن است در بعضی موارد، دو بعدی نیز باشد. دانستن این دو نکته، خال از لطف نیست:
- یک سازه فضایی اغلب شکل سطحی صاف یا منحنی‌گونه را به خود می‌گیرد.
- واژه قاب فضایی مخصوص سازه‌هایی است که اتصالات صلب دارند.
تاریخچه استفاده از سقف های فضایی در ساخت و سازها
اگر به دنبال تاریخچه شکل گیری ابتدایی سقف فضایی هستید، باید آن را در ابتدای قرن 20 و درست در زمان الکساندر گراهام بل جستجو کنید. این مخترع که در سال 1847 تا 1922 زیست می کرد، خرپاهایی از قطعات 4 وجهی و 8 وجهی را آزمایش کرد. او توانست خصوصیات دوگانه مقاومت بالا و سبکی وزن را با فرم های 3 بعدی به نمایش بگذارد. این فرم ها به شکل 4 وجهی سه بعدی صلب بودند. او از این مورد در بسیاری از پروژه های خود استفاده کرد. او در این زمینه و در مورد خرپاها، تلاش های بسیاری داشت اما تا پیش از ارائه شدن سیستم مرو mero در سال 1943، این خرپاها در معماری مورد استفاده قرار نگرفت.
این قاب ها یا سقف فضایی که امروزه آنها را مشاهده می کنیم، دارای امتیازات ویژه ای نظیر سبکی، مقاومت، سه بعدی، امکان تولید انبوه و اجرا به روش سازه های مدولار، هستند. اما زمانی در معماری مورد استفاده قرار گرفتند که اولین سیستم شبکه فضایی به صورت گسترده توسط دکتر مکس منکرینگ هوسن معرفی شد. از آن پس در معماری مورد استفاده مهندسان و معماران قرار گرفت. این سیستم، هنوز هم رایج‌ترین روش در ساخت خرپاهای فضایی است، شامل اعضای لوله‌ای منفرد و اتصالاتی از نوع پیوندهای کروی (گوی‌سان) است.
استفاده از این سیستم هنوز هم مورد تایید و استفاده بسیاری از مهندسان است. زیرا علاوه بر زیبایی سازه‌ای می‌تواند به اشکال گوناگون و با سیستم‌های متنوع، متشکل از پیوندهای کروی و لوله‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
انواع سقف فضایی و اجرای آن
اجرای سقف فضایی در ساختمان هایی که دیگر قرار نیست فشار زیادی روی آنها باشد و طبقه خاصی روی آن ساخته نمی شود، معمول است و در مهندسی می توان از این نوع سقف ها استفاده کرد. این سقف ها سبک و ارزان هستند و می توان با توجه به نوع بنا و سلیقه سازنده، از انها استفاده کرد. چند نمونه از آن شامل موارد زیر است:
- سازه فضاکار با فرم تخت دو طرف شیبدار
- سازه فضاکار با فرم چلیک
- سازه فضاکار با فرم سینوسی
- سازه فضاکار با فرم تخت
- سازه فضاکار با فرم هرم
- سازه فضاکار با فرم گنبد
- سازه فضاکار با فرم نیم قوسی
- سازه فضاکار با فرم دیسکی
مزایا و معایب اجرای سقف های فضایی
مزایا و معایب این نوع سقف، کم نیست و ما در اینجا از هر کدام، چند نمونه مهم را ذکر می کنیم:
مزایا:
- سبکی سازه
- کاهش وزن در پروژه و استفاده کمتر از آهن و میلگرد و امثالهم که وزن بالایی دارند.
- امکان نصب توسط نیروی نیمه ماهر
- کاملا اقتصادی و مقرون به صرفه است.
- استحکام بالا و تقسیم فشار بار و وزن به طور سه بعدی و مساوی روی فریم های مختلف
معایب:
- نیاز به تولید و استفاده بیشتر از فولاد و قطعات فولادی بسیار
- به دلیل افزایش قیمت زغال کک، مواد اولیه مورد استفاده، محدودیت های دولتی تولید فولاد به دلیل آلودگی ها و تاثیرات منفی بر محیط زیست، امکان پذیر نمی باشد.
کلام آخر
می توان گفت علی رغم برخی از معایب، هنوز هم استفاده از سقف فضایی، به خاطر مقرون به صرفه بودن و زیبایی، مورد استفاده قرار می گیرد. مزایای این نوع سقف، بسیار بیشتر از سقف های عادی است.