سازه های فضایی بعلت پخش نیرو در جهات مختلف از استحکام توام با سبکی استثنایی برخوردار می یاشد.به نحوی که وزن آنها 35% از سازه های متداول کمتر است و بعلت استفاده حداکثر از سیستم پیش ساختگی از سرعت ساخت و نصب بیشتری برخوردار می باشد و بعلت یکپارچگی میتوان کلیه سازه و تاسیسات مربوطه را در تراز زمین 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 می برد(تا 25%) و این گسترش در هر دو بعد براحتی میسر است .
شکل منتظم سازه های فضایی نمای خوش آیندی را عرضه می دارد که به لحاظ معماری با ارزش می باشد 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 می گذارند.
مصا لح شبکه های فضایی
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 شود بیشترسیستم های شبکه های فضایی به عنوان سا زه ساختمان ها ، ا ز فولاد ساخته می شوند،اگر چه آلومینیوم نیز به صورت گسترده ای به کار می رود واز چوب ، بتن و پلاستیکمسلح هم استفاده می شود . به صورت خیلی نا متعارف ، در سازه های آ زمایشی تیر هاییاز جنس با مبو مشاهده شده وحتی شیشه هم درخرپاهای فضایی وجود داشته است، ولی اینموارد فقط د رمورد مجسمه ها به کارگرفته شده است. برای لوله ها و مقاطع ا ز فولادنرم و فولاد با درجه جاری شدن بالا ، برای اعضا ی شکل داده شده از نوار های فولادیبه صورت سرد و برای قسمت های ریخته گری شده از آهن گرافیت کروی استفاده می شود .ایناعضا اغلب به صورت گالوانیزه یا رنگ شده هستند . سیستم های شبکه های فضایی :بهاغراق ، امروزه صدها سیستم شبکه فضایی مختلف از زمانی که اولین نمونه آن ها در 50سا ل قبل به صورت تجاری مطرح شد ، توسعه یافته است. در سرتا سرجهان ، همه ساله سیستم های جدیدی به بازارمی آید.
نمونه هایی از این نوع سازه ها
به 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 . البته این نوع سازه 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 این نوع سازه ها دارند ولی در دهه 60 میلادی بود که این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین اللملی و قابل بحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه های فضایی ( فضاکار ) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد .
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 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 .
شهر هرمی 12 برابر هرم بزرگ جیزه خواهد بود و توانایی گنجایش 750000 نفر را خواهد داشت. در صورت ساخته شدن این سازه بزرگترین سازه ی ساخته شده به دست بشر بر روی زمین خواهد بود. هرم 2004 متر یا 6575 پا ارتفاع دارد و می تواند راه حلی برای کمبود مکان در توکیو باشد. سازه ی پیشنهاد شده به قدری بزرگ است که با مصالح موجود امروزی (به خاطر وزنشان) نمی توان آن را ساخت. این طرح نیازمند مصالح بسیار مقاوم و سبک وزنی چون نانوتیوب های کربن است. مساحت فونداسیون 8 کیلو متر مربع و زیربنا مساحتی حدود 25 کیلومتر مربع می باشد. هرم دارای 8 طبقه یا لایه است که طبقات اول تا چهارم مسکونی، اداری و طبقات پنجم تا هشتم تحقیقاتی، رفاهی و غیره می باشد. ارتفاع 250.5 متر است که در مجموع ارتفاع 2004 متری هرم را تشکیل می دهند. هرم خود از 55 هرم کوچکتر تشکیل شده که هر یک تقریبا برابر با هتل لوکسر لاس وگاس می باشد.
هرم به ناحیه های مسکونی، تجاری و رفاهی تقسیم بندی می شود که 50کیلومتر مربع آن 240000 واحد مسکونی برای 750000 نفر را در بر میگیرد و هر ساختمان انرژی مورد نیاز خود را خود به وسیله ی انرژی بادی و خورشیدی تامین می کند. 24کیلومتر مربع به ادارجات و ساختمان های تجاری که قابلیت استخدام 800000 نفر را دارا می باشد تخصیص داده می شود و 14 کیلو متر مربع باقی مانده امکانات رفاهی را تشکیل می دهد.
فونداسیون ترکیبی از 36 شمع با بتن مخصوص می باشد. به خاطر قرار گرفتن ژاپن بر روی کمربند آتش اقیانوس آرام قسمت خارجی هرم به صورت شبکه ی بازی از خرپاهای عظیم طراحی شده است. این خرپاها توسط میله هایی از جنس نانوتیوب های کربن ساخته می شوند که سازه را در مقابل بادهای شدید، زلزله ها و سونامی ها پایدار می سازد. خرپا ها توسط لایه ای از سلول های خورشیدی برای تامین انرژی لازم شهر پوشیده خواهند شد. روبوت های بزرگ وظیفه ی مونتاژ و سوار کردن خرپاها را بر عهده دارند و کیسه های هوا برای برافراشتن خرپاها استفاده می شوند که این طرح توسط آقای دانت بینی، آرشیتکت ایتالیایی، پیشنهاد شده است.
نقل و انتقال در داخل شهر توسط پیاده روهای متحرک، آسانسورهای مورب و یک سیستم ترانزیت سریع شخصی فراهم خواهد شد که همه ی این ها در داخل میله های خرپا ها جریان دارند. خانه ها و فضاهای اداری با آسمان خراشهای بلند 80 طبقه که از بالا و پایین معلق می باشند تامین می شوند. این برج ها توسط کابل های نانوتیوبی به گره های خرپاها وصل خواهند بود.
رفتار سازه ای
دو عامل ازمهمترین ملاحظات سازه ای درطراحی اعضای خرپای فضایی ، کمانش اعضای فشاری و اعضایمها ری جان ونیزطراحی گره ها برای تا ثیر وکارایی در انتقا ل نیروهای محوری بیناعضا و گره ها برای به حداقل رساندن تاثیر خمش ثا نویه است. نسبت دهانه به ا رتفاعبرای شرایط تکیه گاهی متفا وت :تعیین نسبت اقتصادی دهانه به ارتفاع برای سا زه ها یمشبک فضایی مشکل است ، چرا که آنها از شرایط تکیه گاهی ، نوع با رگذاری وتا حدزیادی ازسیستم مورد نظر تا ثیرمی پذیرند . زد ، اس ، ماکوسکی ا ظها ر د اشته کهنسبت دها نه به ا رتفاع ممکن ا ست ا ز 20 تا 40 ، بسته به صلبیت سیستم مورد استفادهتغییر کند . نسبت دهانه به ارتفاع بزرگ تر را در صورتی می توان به دست آورد که تمام( یا بیشتر ) گره های پیرامونی بر روی تکیه گاه قرار داشته باشند. این نسبت زمانیکه گره ها فقط درنزدیکی گوشه ها بر روی تکیه گاه ها نگه د اشته شده با شند ، بهحدود 15الی 20 کاهش می یابد .
انواع سازه هاي فضاكار
الف) شبكه هاي تخت : به تركيب يك سيستم يك يا چند وجهي با لايه هاي واحد شبكه گفته مي شود . شبكه مسطحتركيبي از يك دو وجهي كه با تيرهاي واحد متصل شده است مي باشد . شبكه هاي تخت مي توانند داراي يك ، دو يا سه و حتي چند لايه باشند ، ولي بيشتر به صورت دو لايه مورد استفاده قرار مي گيرند. شبكه هاي دولايه از دو صفحه موازي كه بوسيله عناصري به هم متصل گرديده اند تشكيل مي شوند . يك نمونه استفاده از اين شبكه ها در آشيانه هواپيما است . زماني كه اعضا در شبكه دولايه طويل شوند براي جلوگيري از خطركمانش كردن از شبكه هاي سه لايه استفاده مي شود و با توجه به اينكه نيمي از هزينه هاي سازه هاي فضاكار را پيوندها تشكيل مي دهند اين نوع سازه ها اغلب غير اقتصادي است .نكته ديگري كه در طراحي شبكه هاي دولايه و اكثر سازه هاي فضاكار بايد در نظرگرفت اين است كه براي توزيع بهتر نيرو و كششي شدن آن ستون ها در داخل شبكه قرار مي گيرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است براي توزيع منظم نيرو در سازه ها در اطراف كنسول داشته باشيم .
ب) شبكه هاي چيلك : به شبكه اي كه در يك جهت داراي انحنا باشد ، چليك مي گويند . اين سازه بيشتر براي پوشش سطوح مستطيلي دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون مي باشند و روي لبه هاي چليك كه به تكيه گاه متصل است ، قرار مي گيرند . چليك ها داراي محور مي باشند . اگر چليك يك لايه باشد اتصالات به شكل صلب است . چليك ها اغلب به شكل تركيبي استفاده مي شوند و تيركمري نقش تركيب كردن چليك ها به يكديگر را بازي مي كنند . نكته اي كه در طراحي اين نوع سازه ها بايد در نظرگرفت اين است كه انتهاي چليك بايد قوي باشد و اين تقويت را مي شود بوسيله تير ، و تيروستون و شكل خورشيدمانند انجام داد . انواع چليك ها عبارتند از : چليك اريبي ، چليك لملا با مقاطع بيضي گونه ، سهمي گون ، هذلولي گون و...