صفحه اصلی  »  طراحی سازه های ساختمانی و صنعتی  »  آموزش مدلسازی و طراحی سازه فضاکار در سپ به همراه بیان نکات اجرایی سازه های فضاکار

آموزش مدلسازی و طراحی سازه فضاکار در سپ به همراه بیان نکات اجرایی سازه های فضاکار

قطعا شما هم می دانید برای طراحی و اجرای سازه های غیر متعارف مانند آشیانه هواپیما، استادیوم ها و … نمیتوانیم از سیستم باربر جانبی معمول سازه ای استفاده کنیم و باید به طراحی سازه فضاکار در سپ مسلط باشیم اما مدلسازی سازه های فضاکار به چه صورتی انجام می شود؟ چه نوع اتصالاتی در سازه فضایی می توان به کار برد؟

در این مقاله جامع قصد داریم در رابطه با طراحی و اجرای سازه های فضایی صحبت کنیم. برای درک بهتر این موضوع حتما ویدئو های تکمیلی مابین متن مقاله را مشاهده کنید.

 

آموزش طراحی و مدلسازی فضاکار در سپ

 

با مطالعه این مقاله جامع چه می آموزیم؟

1. معرفی سازه‌های فضاکار

1. 1 سازه فضاکار چیست؟

سازه‌های فضاکار به سازه‌هایی گفته می‌شود که از کنارهم قراردادن اعضا و اتصال شکل‌های هندسی منظم به وجود می‌آیند. این سازه‌ها اغلب دارای شکل منحنی در فضا می‌باشند. حتی‌المقدور سعی می‌شود این سازه‌ها با واحدهای یک اندازه در یک الگوی تکراری ساخته شود. این سازه‌ها اغلب به کمک قرارگیری چندین شبکه منظم بر روی‌هم ساخته می‌شوند. این شبکه‌ها دارای استحکام زیاد و به‌صورت یکپارچه بوده و به لحاظ معماری بسیار زیبا می‌باشند. المان‌های مورداستفاده در این سازه‌ها اغلب فولادی می‌باشند.

رایج‌ترین این نوع سازه‌ها را شبکه‌های سه‌بعدی (فضایی) می‌نامند. در این شبکه‌ها تعداد زیادی عضو مستقیم در گره به هم متصل می‌شوند و شبکه‌های مستحکم و یکپارچه را می‌سازند.

قبل از اینکه به بحث اصلی که همان طراحی سازه فضاکار در سپ است بپردازیم بهتر است چندین نمونه اجراشده از این سازه‌ها را ببینیم تا بهتر با این مفهوم آشنا شویم.

 

پارک آبی با اسکلت سازه فضاکار

شکل 1 بزرگ‌ترین پارک آبی سرپوشیده جهان (Seagaia Ocean)  در Miyazaki, Japan

 

نمونه های سازه فضا کار

شکل 2 زمین بیسبال  در Nagoya, Japan

 

استادیوم فوتبال با اسکلت فضایی

شکل 3 استادیوم فوتبال (University of Phoenix Stadium) در Glendale,Arizona

1. 2 مزایای سازه‌ فضاکار

  • سبک بودن این سازه در مقایسه با دیگر سازه‌ ها:

در هنگام وقوع زلزله یکی از مهم‌ترین پارامترهایی که باعث افزایش یا کاهش نیروها در اعضا می‌شود، وزن سازه است. درنتیجه هرچه وزن سازه کمتر باشد نیرویی که در اعضا به وجود می‌آید هم کمتر خواهد بود که منجر به اقتصادی‌تر شدن طرح می‌شود.

  • یکی دیگر از علایق مهندسین به طراحی و اجرای سازه فضاکار قابلیت جابه‌جایی سقف و باز و بسته کردن آن برای استفاده از نور خورشید.

 

مزایای سازه فضاکار

شکل 4 استادیوم فوتبال (Arena) در Amsterdam,Netherlands در حالت سقف باز

 

باز و بسته شدن سقف سازه فضاکار

شکل 5 استادیوم فوتبال (Arena) در Amsterdam,Netherlands در حالت سقف بسته

 

  • امکان تقسیم‌بندی فضا به فضاهای کوچک‌تر ازلحاظ معماری راحت‌تر انجام می‌شود.
  • ایجاد دهانه‌های بزرگ به نسبت دیگر سیستم‌های سازه‌ای:  در شکل زیر یک آشیانه هواپیما را می‌بینید که دهانه‌های بسیار بزرگی بدون ایجاد ستون و به کمک سازه‌های فضاکار ساخته‌شده است.
ایجاد دهانه های بزرگ در سازه فضاکار

شکل 6 U.S. Navy Jacksonville Hangar

 

  • صلبیت بسیار زیاد به دلیل همکاری تمام اعضا با یکدیگر درحالی‌که مصرف مصالح به نسبت سازه‌های دیگر کمتر است.
  • زیبایی در سازه.

 

شکل و ساختار زیبای سازه فضا کار

شکل 7 Choueitfat Mall

 

  • عبور تأسیسات از داخل سازه اجراشده:

فضای موجود بین لایه‌های سازه فضایی اجراشده محل مناسبی را جهت عبور تأسیسات برقی و مکانیکی که می‌بایستی در سطح سالن پراکنده شود فراهم می‌سازد با این مزیت که این تأسیسات کمتر در معرض دید می‌باشند.

 

استفاده راحت از تاسیسات در سازه فضاکار

شکل 8 عبور تأسیسات از سقف و عدم استفاده اجباری از سقف کاذب

 

  • عدم استفاده از عملیات جوشکاری در هنگام نصب:

از آنجایی‌که در طول عملیات نصب سازه هیچ‌گونه عملیات جوشکاری صورت نمی‌گیرد و کلیه اتصالات در سازه اصلی و قطعات الحاقی به‌ صورت پیچ و مهره‌ای صورت می‌گیرند، لذا سازه اجراشده این قابلیت را دارا می‌باشد که به‌طور کامل دمونتاژ گردد و در محل دیگر به همان شکل دیگری تنها با تغییرات اندکی در قطعات سازه‌ای نصب شود و همین موضوع به راحتی طراحی و اجرای سازه فضاکار کمک می کند.

  • سرعت اجرای بالا:

استفاده از ماشین‌آلات اتوماتیک و نیمه اتوماتیک در تولید قطعات باعث افزایش سرعت اجرا این سازه‌ها می‌شود.

  • ضریب ایمنی بالا:

درجه نامعینی بالای این سیستم، پیچ و مهره‌ای بودن اتصالات و همچنین سهولت کنترل کیفیت قطعات و اتصالات و ساخت کارخانه‌ای قطعات به‌صورت پیش‌ساخته، عواملی است که ضریب اطمینان و ایمنی سازه را به میزان قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد.

1. 3 کاربرد سازه‌ های فضاکار

با توجه به مزایای ذکرشده در بخش قبل برای سازه‌های فضاکار، کاربردهای زیر را می‌توان برای آن‌ها در نظر گرفت:

  • آشیانه هواپیماها
  • سالن‌های کارخانه‌ها
  • پوشش استادیوم‌های ورزشی، باشگاه‌های ورزشی
  • پارکینگ‌های طبقاتی
  • مراکز فرهنگی و تفریحی، تالارهای تجمع و سخنرانی، سالن اجتماعات، سینماها، آمفی‌تئاترها، مراکز خرید (بازارهای خرید)
  • ایستگاه‌های راه‌آهن، ترمینال‌ها

2. انواع سازه‌ های فضاکار

سازه‌های فضاکار را از جهت نوع ساخت می‌توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:

  • شبکه‌ها (Grids)
  • چلیک‌ها (Barrel Vaults)
  • گنبدها (Domes)

2. 1  سازه‌های فضاکار شبکه ای

این سازه‌ها معمولاً به شبکه‌های تخت معروف می‌باشند. شبکه عبارت است از سیستم سازه‌ای مشتمل بر یک یا تعدادی لایه، که هر لایه از به هم پیوستن اعضای واحد تشکیل‌شده است. این شبکه‌ها به سه دسته‌ی زیر تقسیم می‌شوند:

  • شبکه‌های یک‌لایه (Single Layer Space Structure)
  • شبکه‌های دولایه (Double Layer Space Structure)
  • شبکه‌های سه لایه (Three Layer Space Structure)

2. 1. 1 شبکه‌های یک‌لایه (Single Layer)

به سیستمی از سازه گفته می‌شود که دارای یک‌لایه از اعضاست. این شبکه شامل آرایش صفحه‌ای متشکل از تعدادی تیر می‌باشد که به‌صورت صلب به هم متصل شده‌اند (باقابلیت انتقال لنگر قابل‌ملاحظه). سیستم بارگذاری خارجی شامل نیروهای عمود یا مایل بر صفحه‌ی شبکه می‌باشد که محور ممان، در صفحه‌ی شبکه قرار دارد؛ مشابه با یک تیر تک که حول محور افقی (در صفحه) خود لنگر تحمل می‌کنند.

 

سازه های فضا کار شبکه

شکل 9 شبکه تک لایه با نقش دو راهه، اریبی و دو راهه به همراه عضوهای قطری اضافی(به ترتیب از چپ به راست)

 

سازه فضاکار شبکه ای یک لایه

شکل 10 شبکه تک لایه دوراهه به همراه عضوهای قطری اضافی، دوراهه به همراه عضوهای قطری اضافی و اریبی به همراه عضوهای قطری اضافی (به ترتیب از چپ به راست)

 

به دلیل اینکه اتصالات به‌صورت صلب می‌باشند و نیرو ایجادشده ترکیبی از برش، لنگر خمشی و پیچش می‌باشد و لنگر خمشی باعث افزایش سطح مقطع اعضا و غیراقتصادی شدن آن می‌شود لذا فاصله دهانه‌ها معمولاً تا 50 متر می‌باشد. این اعضا برای افزایش ممان اینرسی و افزایش ظرفیت خمشی و پیچشی به‌صورت لوله‌ای ساخته می‌شوند.

 

شبکه فضاکار تک لایه

شکل 11 شبکه تک لایه

2. 1. 2  شبکه‌های دولایه (Double Layer)

در این شبکه‌ها برای اینکه بتوانیم فاصله دهانه‌ها را بیشتر کنیم و محدودیت‌های حالت قبل را نداشته باشیم دو شبکه را به کمک یک عضو میانی به اسم جان به همدیگر متصل می‌کنیم. در این حالت اتصالات به‌صورت مفصلی بوده و تنها نیروهای محوری (کشش و فشار) در اعضا به وجود می‌آید. در این حالت می‌توانیم دهانه‌هایی با فاصله 100 تا 150 متر داشته باشیم.

 

سازه فضاکار شیکه ای دو لایه

شکل 12 اتصال مفصلی و نیروهای محوری در اعضا

 

 

انواع سازه فضاکار شبکه ای

شکل 13 دولایه به کمک عضو میانی به هم متصل شده‌اند

 

انواع سازه فضایی

شکل 14 شبکه دولایه با نقش دوراهه روی دوراهه ،  شبکه دولایه با نقش دوراهه روی دوراهه با چند چشمه باز (به ترتیب از چپ به راست)

 

انواع سازه های فضا کار

شکل 15شبکه دولایه با نقش اریبی روی اریبی ،  شبکه دولایه با نقش اریبی روی اریبی با چند چشمه باز (به ترتیب از چپ به راست)

 

شبکه فضاکار دولایه

شکل 16 شبکه دولایه

 

علاوه بر افزایش فاصله دهانه‌ها در این حالت می‌توانیم تأسیسات را از فاصله بین دولایه عبور دهیم و دیگر نیازی به ایجاد سقف کاذب نیست.

 

مزایای سازه فضاکار شبکه ای دو لایه

شکل 17 عبور تأسیسات از فضا مابین دولایه

 

شکل زیر اتصال اعضا به ستون‌ها به‌صورت مفصلی را نشان داده است، در حالت بالا سمت چپ، چون ستون با یک عضو به هم متصل شده است ممکن است تمرکز تنش به وجود بیاید که این روش توصیه نمی‌شود. سه حالت دیگر به اتصال درختی معروف هستند که در این حالت می‌توان اعضا را مستقیماً به فونداسیون متصل کرد.

 

اتصالات سازه های فضاکار

شکل 18 اتصال اعضا به ستون

 

2. 1. 3 شبکه‌های سه لایه (Three Layer)

این شبکه‌ها بااتصال سه لایه به یکدیگر به وجود می‌آیند که در این حالت می‌توانیم دهانه‌های بزرگ‌تر از 150 متر نیز داشته باشیم.

 

سازه فضاکار شیکه ای سه لایه

شکل 19 شبکه سه لایه

 

2. 2 سازه‌ های فضاکار چلیکی

در این حالت شبکه‌ها در مقطع خود دارای انحنا می‌باشند یعنی یک راستا به‌ صورت صاف و راستای دیگر با یک انحنا ساخته می‌شود. چلیک‌ها نیز مانند شبکه‌های تخت می‌تواند به‌ صورت یک‌لایه، دولایه و سه لایه ساخته شوند. ایده چلیک‌ها و گنبدها، از معماری اسلامی ایران و طاق‌ها گرفته‌شده است. برای تأمین دهانه‌های بسیار بزرگ می‌توانیم از این حالت استفاده کنیم.

 

سازه های فضاکار چیلیکی

شکل 20 چلیک‌ها در حالت‌ها مختلف

 

سازه های فضا کار چلیکی دولایه

شکل 21 چلیک دولایه

 

سازه فضاکار چلیکی تک لایه

شکل 22 ساخت چلیک تک لایه

 

ساخت سازه فضاکار چلیکی چند لایه

شکل 23 ساخت چلیک چندلایه

 

2. 3  سازه‌های فضاکار گنبدی

گنبدها نیز مانند چلیک‌ها دارای انحنا می‌باشند با این تفاوت که انحنا در گنبدها در هر دو جهت وجود دارد. مانند این است که شبکه‌های تخت را روی یک کٌره قرار داده باشیم. در گنبدها سعی بر این است که همه اعضا یک اندازه باشند لذا تعداد اعضا زیاد خواهد شد. گنبدها یک سازه‌های با صلبیت بسیار زیاد هستند که دهانه‌های 250 متری می‌توان با آن‌ها به وجود آورد. یک رابطه تجربی پیشنهاد می‌کند که ارتفاع گنبد بلندتر از 15 درصد قطر پایه گنبد باشد.

گنبدها نیز می‌توانند به‌ صورت یک‌لایه، دولایه و سه لایه ساخته شوند.

 

سازه فضاکار گنبدی

شکل 24 انواع حالت‌های مختلف گنبدها

 

لایه های مختلف سازه های فضا کار گنبدی

شکل 25 لایه‌های مختلف یک گنبد چندلایه

 

گنبد سازه فضا کار

شکل 26 سازه فضاکار از نوع گنبد در حال ساخت

 

سازه فضا کار گنبدی تک لایه

شکل 27 گنبد تک لایه

 

شکل‌های زیر به گنبدهای اسکالپ معروف هستند این حالت از یک موجود دریایی الگو برداری شده است.

 

سازه های فضا کار گنبدی شکل

شکل 28 طرح کلی گنبدهای اسکالپ

 

سازه فضا کار گنبدی اسکالپ

شکل 29 گنبد اسکالپ ساخته‌شده

3. اتصالات سازه‌ فضاکار

اتصالات رایج در این نوع سازه‌ها که استاندارد و تجاری شده‌اند را می‌توان در سه حالت زیر دسته‌بندی کرد:

  • گیردار: شبکه‌های یک‌لایه؛ لنگر خمشی و نیروی محوری در اعضا پدید می‌آید.
  • مفصلی: شبکه‌های دولایه و سه لایه؛ تنها نیرو محوری وجود دارد.
  • نیمه گیردار: نیرو محوری و لنگر خمشی؛ در عمل خیلی اجرایی و منطقی نیست.

3. 1 اتصال مرو (Mero)

یکی از اتصالات رایج برای این سازه‌ها اتصال مرو نام دارد که در شکل زیر مشاهده می‌کنید.

پیوند مرو یکی از انواع اتصالات سازه های فضاکار

شکل 30 پیوند مرو

اجزای تشکیل‌دهنده این پیوند عبارت است از:

  • گوی‌ها
  • بشقابک
  • پیچ‌ها
  • اسلیو

گوی‌ها: مرکز اتصال هستند دارای سوراخ‌هایی می‌باشند که از مرکز می‌گذرد و خروج از مرکزیت ندارند و اتصال کاملاً مفصلی را برای ما به وجود می‌آورند؛ قطر سوراخ‌ها با توجه به نیرویی که به عضو وارد می‌شود متغیر است

 

جزئیات اتصالات سازه های فضاکار

شکل 31 گوی‌های اتصال مِرو

 

بشقابک: بشقابک‌ها وظیفه اتصال عضو لوله‌ای را به گوی‌ها دارند. دارای دو نوع کششی و فشاری می‌باشند؛ جهت انتقال نیرو در حالت کششی از پیچ و جهت انتقال نیرو در حالت فشاری از اسلیو استفاده می‌کنیم.

 

بشقابک یکی از اجزای سازه های فضاکار

شکل 32 بشقابک مخروطی در اتصال مِرو

 

 

پیچ‌ها: در سایزهای متفاوتی وجود دارند و یک اتصال جداشدنی بوده که جهت انتقال نیرو در حالت کششی از آن استفاده می‌کنیم.

 

پیوند مرو یکی از اتصالات سازه های فضایی

شکل 33 پیچ‌ها در اتصال مرو

 

اسلیوها: در انتهای عضو مابین گوی و عضو قرار می‌گیرند؛ اجزای فشاری با مقاومت بالا به‌صورت شیاردار و سوراخ‌دار است که جهت محکم نمودن پیچ‌ها در داخل گوی استفاده می‌شود.

 

اتصالات سازه های فضایی

شکل 34 اسلیوها در اتصال مرو

 

برای تفهیم دقیق اتصال مرو در سازه فصاکار شما را به دیدن ویدیو زیر دعوت می‌کنم

 

 

3. 2 اتصال ان اس (NS)

در این اتصال اعضای محوری مستقیماً به پیوند دهنده متصل می‌شوند که اتصال آن‌ها به یکدیگر یا به‌وسیله پیچ و یا جوش می‌باشد.

 

اتصال ان اس

شکل 35 پیوند ان اس (NS)

 

لازم به ذکر است که اتصال مرو نسبت به اتصال NS متداول‌تر است. دو  فیلم زیر اتصالات خاصِ بعضی از شرکت‌ها را نشان می‌دهد که در اختیار خودشان بوده و برای سازه‌هایی که اجرا می‌کنند از این اتصالات استفاده می‌شود که البته خیلی رایج نیست.

 

 

 

 

4. نحوه اجرا سازه‌ های فضاکار

اجرای این سازه‌ها معمولاً به دو صورت انجام می‌شود:

  1. به‌صورت پیش‌ساخته در کارخانه و مونتاژ در محل
  2. ساخت و نصب در محل پروژه

موارد زیر را به عنوان نکات اجرایی سازه های فضاکار حتما مد نظر قرار دهید.

  • ساخت باید استاندارد و مطابق با نقشه‌ها صورت گیرد.
  • کنترل و بازرسی کیفیت باید صورت گیرد.
  • حمل باید به‌گونه‌ای باشد که اعضا دچار خمش یا پیچش نگردند.
  • فرآیند نصب و بلند کردن سازه، باید به کمک چندین گره صورت گیرد.
  • پس از نصب حفاظت سازه در برابر خوردگی مخصوصاً در محل اتصالات باید صورت گیرد.

 

مراحل اجرای سازه های فضاکار

شکل 36 اجرا به‌ صورت پیش‌ساخته و نصب در محل

 

اجرای سازه های فضا کار

شکل 37 ساخت و اجرا در محل کارگاه

 

برای درک بهتر موضوع به فیلم اجرای سازه های فضا کار که در زیر قرار گرفته است دقت کنید.

 

 

 

 

5. مدلسازی سازه‌ فضاکار

طراحی این سازه‌ها دقیقاً مانند سازه‌های فلزی انجام می‌شود با این تفاوت که به دلیل هندسه پیچیده‌ی مدل، دیگر قادر به طراحی آن در نرم‌افزار Etabs نیستیم به همین دلیل طراحی سازه فضاکار در سپ را خواهیم داشت. اما همان‌طور که گفته شد به دلیل هندسه متفاوت و پیچیده این سازه‌ها مدل‌سازی آن در نرم‌افزار Sap نیز بسیار دشوار، زمان‌بر و حتی گاهی غیرممکن است. به همین منظور از نرم‌افزار Formian برای مدل‌سازی این سازه‌ها کمک می‌گیریم و با خروجی آن طراحی سازه فضاکار در سپ را به سرانجام خواهیم رساند.

نرم‌افزار Formian توسط پروفسور نوشین طراحی و توسعه داده‌شده است، که یک نرم‌افزار ساده و سبک برای مدل‌سازی انواع سازه‌های فضاکار می‌باشد که از لینک زیر می‌توانید آن را دانلود کنید.

 

مدلسازی سازه های فضا کار

شکل 38 نرم‌افزار Formian برای مدل‌سازی سازه‌های فضاکار

 

دانلود نرم‌افزار Formian  

 

برای استفاده از این نرم‌افزار نیازی به نصب آن نیست فقط کافی است روی آیکون Formian2.2.exe کلیک کنید.

 

محیط نرم‌افزار Formian برای مدل سازی سازه های فضا کار

شکل 39 محیط نرم‌افزار Formian

 

همان‌طور که در شکل بالا مشخص است مدل‌سازی در این نرم‌افزار به‌صورت کدنویسی می‌باشد که در پنجره سمت چپ انجام می‌شود و شکل مدل ساخته‌شده در پنجره سمت راست نشان داده می‌شود.

این نرم‌افزار دارای سه دستگاه مختصات کارتزین، استوانه‌ای و کروی می‌باشد؛ که برای مدل‌سازی شبکه‌های تخت از دستگاه کارتزین و برای مدل‌سازی چلیک‌ها و گنبدها از سیستم استوانه‌ای و کروی استفاده می‌کنیم. در مختصات کارتزین جهت x را با عدد 1، جهت y را با عدد 2 و جهت z را با حرف z نشان می‌دهیم. در ادامه دستورات اولیه که برای کدنویسی به آن نیاز دارید را بررسی می‌کنیم:

 

Clear;

این دستور برای پاک کردن کدهای نوشته‌شده از قبل می‌باشد که معمولاً در ابتدای شروع کدنویسی از آن استفاده می‌کنیم.

برای کدنویسی در این نرم‌افزار مانند اکثر زبان‌های برنامه‌نویسی، در سمت چپ یک کاراکتر تعریف می‌کنیم سپس جلوی آن علامت = قرار می‌دهیم و اطلاعاتی که قصد داریم به آن کاراکتر اختصاص دهیم را جلوی آن تایپ می‌کنیم. به‌عنوان‌مثال برای ترسیم یک خط مانند زیر عمل می‌کنیم:

E1=[ – , – ; – , – ];

مفهوم عبارت بالا این است که خط E1 از دونقطه با مختصاتی که داخل کروشه نوشتیم تشکیل‌شده است. عدد اول مختصات x نقطه اول و عدد دوم مختصات y نقطه اول را مشخص می‌کند؛ همچنین برای تمایز بین نقطه اول و دوم از نماد ; استفاده می‌کنیم و مختصات بعدی را وارد می‌کنیم مانند عبارت زیر:

E1=[1,0;0,1];

 

در این حالت یک خط از مختصات [1,0] شروع و به مختصات [0,1] ترسیم می‌شود.

برای اینکه خروجی را ببینیم از دستور زیر استفاده می‌کنیم

Draw E1;

و آیکون زیر را در نوار ابزار نرم‌افزار می‌زنیم.

 

 

مدلسازی سازه فضایی

شکل 40 رسم خط E1 در نرم‌افزار

 

برای ترکیب چند دستور با یکدیگر از کاراکتر # استفاده می‌کنیم مانند زیر:

E1=[1,0;0,1];

E2=[0,1;1,2];

F=E1#E2;

Draw F;

طراحی و مدلسازی سازه های فضا کار

شکل 41 ترسیم خط E1 و E2 به کمک ترکیب آن با کاراکتر #

 

برای قرینه کردن یک عبارت از دستور زیر استفاده می‌کنیم:

 

F1=lam(1,1)|F;

 

دستور ()lam برای قرینه کردن یک جز استفاده می‌شود که عدد اول جهتی است که محور قرینه بر آن عمود می‌شود مثلاً عدد 1 یعنی محور قرینه عمود بر محور x باشد و عدد دوم فاصله محور قرینه را از مبدأ مختصات نشان می‌دهد یعنی در عبارت بالا یک محور قرینه در فاصله 1 واحد از مبدأ مختصات و با عمود بر محور x ایجاد شود همچنین در ادامه ابتدا کاراکتر | و سپس جزئی که قرار است قرینه شود نوشته می‌شود.

 

دستورات کد نویسی در مدلسازی سازه فضا کار

شکل 42 قرینه کردن به کمک دستور ()lam

 

حال برای اینکه یک شبکه ترسیم شود کافی است شکل بالا با تعداد مشخص در راستای x و y تکرار شود که از دستور زیر استفاده می‌کنیم.

 

F2=rin(1,10,2)|F1;

 

اولین عدد جهت تکرار، دومین عدد تعداد کل آرایه‌های ساخته‌شده و عدد سوم فاصله هر آرایه از آرایه قبلی را مشخص می‌کند یعنی در مثال بالا کاراکتر F1 9 بار کپی در راستای x بافاصله 2 واحد از قبلی کپی می‌شود که درمجموع 10 آرایه خواهیم داشت.

 

 

تکرار آرایه ها در مدلسازی سازه های فضا کار

شکل 43 تکرار 10 آرایه

 

حال آرایه‌های بالا را در راستای y تکرار می‌کنیم

 

F3=rin(2,6,2)|F2;

 

ساخت سازه فضا کار تک لایه در formina

شکل 44 تشکیل شبکه تک لایه

 

برای خلاصه کردن دستورات بالا می‌توان به‌جای اینکه یک‌بار در راستای x و یک‌بار در راستای y تکرار کنیم به کمک دستور زیر هم‌زمان در هر دو جهت تکرار را انجام دهیم.

 

F4=rinid(10,6,2,2)|F1;

 

عدد اول تکرار در جهت x، عدد دوم تکرار در جهت y، عدد شود فاصله آرایه‌ها در جهت x و عدد چهارم فاصله آرایه‌ها در جهت y، به‌طورکلی برای اینکه دستورات به‌طور هم‌زمان در جهت x و y انجام شود به آخر دستورات عبارات id اضافه می‌کنیم.

یک نکته مهم این است که همان‌طور که ملاحظه کردید در انتهای هر دستور حتماً باید از عبارت ; استفاده گردد.

 

5. 1 مثال‌هایی از کدنویسی در Formian

5. 1. 1 شبکه تخت یک‌لایه

برای ترسیم شبکه تخت بالا در حالت خلاصه می‌توان به‌صورت زیر عمل کرد.

 

Clear;

E1=[1,0;0,1];

F1=lamid(1,1)|E1;

F2=rinid(10,6,2,2)|F1;

Draw F2;

 

 

مدلسازی سازه فضا کار شبکه ای تک لایه

شکل 45 شبکه تخت تک لایه

 

5. 1. 2 شبکه تخت دولایه

برای ترسیم شبکه دولایه باید یک شبکه در بالا، یک شبکه در پایین و یک سری اعضا به‌عنوان جان ترسیم کرد.

برای ترسیم اعضا و خطوط باز مانند مثال قبل عمل می‌کنیم با این تفاوت که برای خلاصه کردن کدها به‌جایی اینکه یک خط بکشیم و سپس آن را قرینه و یا تکرار کنیم، دستورات تکرار و قرینه را مستقیماً روی مختصات اعمال می‌کنیم و از عبارت # برای ترکیب چند دستور کمک می‌گیریم.

در این حالت چون دو صفحه در راستای z از یکدیگر فاصله‌دارند مختصات نقطه را به‌صورت [ – , – , – ] یعنی [x,y,z] وارد می‌کنیم.

 

Clear;

TOP=rinid(7,8,2,2)|[0,0,1;2,0,1]#

Rinid(8,7,2,2)|[0,0,1;0,2,1];

BOT=rinid(6,7,2,2)|[1,1,0;3,1,0]#

Rinid(7,6,2,2)|[1,1,0;1,3,0];

 

 

برای ترسیم اعضای جان نیز از دستور rosad به معنای دوران استفاده می‌کنیم مانند زیر:

 

WEB=rinid(7,7,2,2)|rosad(1,1,4,90)|[0,0,1;1,1,0];

 

 

بدین معنی که خط گذرنده از مختصات [0,0,1;1,1,0] را دوران می‌دهیم به این صورت که دو عدد اول مختصات نقطه‌ای که دوران حول آن انجام می‌شود است، عدد سوم تعداد آرایه‌های کپی شده به همراه آرایه اول (کل خطوط) می‌باشد و عدد چهارم زاویه دوران می‌باشد.

 

مدل سازی سازه های فضایی

شکل 46 یک دوران جان بدون تکرار

 

برای ترکیب لایه بالا، لایه پایین و جان از عبارت زیر استفاده می‌کنیم

 

GRID=TOP#BOT#WEB;

که درنهایت شکل زیر تولید می‌شود.

 

سازه فضا کار تخت دولایه

شکل 47 شبکه تخت دولایه

5. 1. 3 گنبد اسکالپ

یک نمونه از ترسیم گنبدهای اسکالپ نیز در ادامه آورده شده است.

 

Clear;

A=60;

R=40;

M=48;

N=22;

S=rin(2,48,1)|[1,0.5,23];

E=rin(2,12,4)|[1,0,0;1,0,1]#rin(2,12,4)|lamid(2,2)|[1,0,1;1,2,2]#rin(2,12,4)|[1,2,2;1,2,3];

F=E#rin(2,24,2)|lamid(1,4)|[1,0,3;1,1,4]#rin(2,24,2)|[1,1,4;1,1,5];

G=F#lux(s)|rinit(48,5,1,4)|lam(2,0.5)|{[1,0,5;1,0.5,6],[1,0.5,6;1,0.5,7]}#rinit(48,4,1,4)|lam(2,0.5)|{[1,0.5,7;1,0,8],[1,0,8;1,0,9]};

G2=sbs(1,60,[1,22,1,0],1,7,0.5,4)|G;

Draw G2;

 

 

مدلسازی سازه فضاکار گنبدی و آماده سازی سازه برای طراحی سازه فضاکار در سپ

شکل 48 گنبد اسکالپ

 

 

6. طراحی سازه فضاکار در سپ

پس از مدل‌سازی در نرم‌افزار Formian باید مدل ساخته‌شده را به نرم‌افزار SAP منتقل کنیم تا طراحی سازه فضاکار در سپ انجام شود. برای انتقال مدل به نرم‌افزار sap طبق آدرس زیر عمل می‌کنیم:

 

Transfer → Reformat formex file

 

انتقال مدل سازه فضاکار به سپ

شکل 49 انتقال مدل به sap

 

سپس اسم فایلی که ساخته‌ایم را در سمت چپ پیدا می‌کنیم و سمت راست را روی حالت dxf قرار می‌دهیم، سپس آدرس محل ذخیره را مشخص می‌کنیم و گزینه reformat را می‌زنیم.

 

انتقال مدل و طراحی سازه فضاکار در سپ

شکل 50 انتقال مدل به sap

 

سپس می‌توان این فایل را در نرم‌افزار AutoCAD باز کرد و از روی آن save as گرفت و سپس وارد نرم‌افزار sap شده و به کمک گزینه import مدل را وارد نرم‌افزار sap کرده و طراحی را روی آن انجام داد.

 

باز کردن فایل های سازه فضا کار در اتوکد

شکل 51 بازکردن فایل خروجی در نرم‌افزار AutoCAD

 

import کردن سازه فضایی به منظور طراحی سازه فضاکار در سپ

شکل 52 import کردن فایل در نرم‌افزار SAP

 

همان‌طور که در مدل‌سازی مشاهده کردید در نرم‌افزار Formian در هیچ مرحله واحدی تعریف نکردیم، اما برای طراحی سازه فضاکار در سپ نیاز به واردکردن یک واحد است. بعد از Import کردن با صفحه زیر مواجه می‌شوید و با توجه به واحدی که مدنظر دارید می‌توانید هریک از گزینه‌های زیر را انتخاب کنید.

همچنین جهت رو به بالا را می‌توانید برای محور Z ها انتخاب کنبد.

 

تنظیمات اولیه مدلسازی سازه فضا کار

شکل 53 تنظیم واحدها و جهت نمودار به سمت بالا

 

طراحی سازه فضاکار در سپ

شکل 54 وارد شدن مدل ساخته در SAP برای طراحی

 

6. 1 بارگذاری سازه‌ های فضاکار

در ادامه‌ی طراحی سازه فضاکار در سپ، بارهایی که با سازه‌های فضاکار اعمال می‌شوند بررسی خواهند شد.

6. 1. 1 بار مرده

در سازه‌های فضاکار بار مرده معمولاً متشکل از وزن سازه، وزن پوشش و وزن تأسیسات می‌باشد. که با توجه به طول دهانه‌ها متفاوت است. اما وزن سازه در حدود 20 تا 60 کیلوگرم در واحد سطح می‌باشد و وزن پوشش‌ها نیز مطابق زیر در نظر گرفته می‌شود:

  • وزن پوشش سبک: 10 تا 20 کیلوگرم در واحد سطح
  • وزن پوشش سنگین: 20 تا 50 کیلوگرم در واحد سطح

درنتیجه، بدون احتساب وزن تأسیسات بار مرده در حالت پوشش سبک حدود 30 تا 80 کیلوگرم در واحد سطح و در حالت پوشش سنگین حدوداً 50 تا 120 کیلوگرم در واحد سطح می‌باشد. همان‌طور که می‌بینید این بار در مقایسه با سازه‌های معمولی بسیار سبک می‌باشد.

 

بررسی دیتیل سقف سازه فضا کار

شکل 55 دیتیل سقف یک سازه فضاکار

 

بررسی دیتیل سازه فضاکار به منظور بارگذاری آن

شکل 56 دیتیل سقف یک سازه فضاکار

 

پوشش سقف سازه فضایی

شکل 57 پوشش سقف یک سازه فضاکار با ورق گالوانیزه

 

6. 1. 2 بار برف

در سازه‌های فضاکار به‌جای بار زنده، بار برف در نظر گرفته می‌شود که معمولاً در چلیک‌ها و گنبدها تأثیرگذار است. این بار طبق مقررات ملی مبحث 6، فصل هفتم به دست می‌آید که به میزان شیب و دمای بام، برف‌گیری و اهمیت سازه وابسته بوده و با توجه به روابط زیر محاسبه می‌شود:

Pr = 0.7 Cs Ct Ce Is Pg

Is= ضریب اهمیت سازه

Ce= ضریب برف‌گیری

Ct= ضریب شرایط دمایی

Cs= ضریب شیب

Pr بار برف متوازن می‌باشد که البته نباید از مقادیر زیر برای هر یک از مناطق مختلف کشور طبق تقسیم‌بندی جدول 6-7-1 مقررات ملی مبحث 6 کمتر در نظر گرفته شود.

 

محاسبه بار برف وارد بر سازه های فضا کار

شکل 58 حداقل بار برف متوازن طبق مبحث ششم

 

نکته حائز اهمیت در مورد بار برف برای سازه‌های فضاکار ضریب Cs یا همان اثر شیب بام می‌باشد. این ضریب برای چلیک‌ها و گنبدها حائز اهمیت می‌باشد که به روش زیر عمل می‌کنیم:

زاویه با افق را محاسبه می‌کنیم α  ابتدا قوس را به‌صورت چندضلعی در نظر می‌گیریم و

 

حداقل ضریب شیب وارد بر سازه های فضا کار (بارگذاری سازه های فضاکار)

 

 

 

 

 

اعمال ضریب شیب بار برف

شکل 59 اعمال ضریب شیب بار برف

6. 1. 3 بار باد

طبق ترکیب بارهای موجود در مبحث 6 مقررات ملی، بین ترکیب بار باد و زلزله هرکدام بحرانی‌تر باشد باید در نظر گرفته شوند. همانطور که می‌دانیم، بار زلزله به وزن سازه بستگی دارد به این شکل که اگر وزن سازه زیاد باشد نیروی زلزله حاکم می‌شود و اگر وزن سازه کم باشد بار باد حاکم می‌شود. البته بار باد به دهنه بارگیر نیز بستگی دارد و این پارامتر نیز در سازه‌های فضاکار زیاد می‌باشد لذا بین نیروی زلزله و باد، معمولا نیروی باد حاکم می‌شود.

نیروی باد طبق مبحث 6 مقررات ملی فصل دهم محاسبه می‌شود. اما یکی از روش‌های محاسبه نیروی واقعی باد بر سازه‌های با اهمیت زیاد از جمله سازه‌های فضاکار روش تونل باد است. این روش با مدل‌سازی سازه در ابعاد کوچک‌تر و اعمال باد به مدل در آزمایشگاه انجام می‌شود.

 

محاسبه بار باد وارد بر سازه های فضاکار در روش تونل باد

شکل 60 روش تونل باد برای محاسبه بار واقعی باد در آزمایشگاه

 

محاسبه بار باد به عنوان یکی از موارد بارگذاری سازه ها فضا کار

شکل 61 نمونه‌ای دیگر از روش تونل باد

 

مقایسه روش تونل باد با اعداد آیین نامه ای

شکل 62 مقایسه روش تونل باد و اعداد به‌دست‌آمده از آیین‌نامه آمریکا

 

6. 1. 4 بار زلزله

همان‌طور که گفته شد به دلیل سبک بودن سازه معمولاً حاکم نیست. اما اثر مؤلفه قائم زلزله را در طراحی‌ها باید لحاظ کرد.

6. 2 روش‌های بهینه‌سازی سازه‌های فضاکار

با توجه به اینکه معمولاً سعی می‌شود ابعاد اعضا یکسان باشند معمولاً تعداد اعضا زیاد می‌شود. یکی از مسائلی که همیشه در کارهای پژوهشی به آن پرداخته‌شده است بررسی نحوه بهینه‌سازی و کاهش تعداد اعضا با روش‌ها و شیوه‌های مختلف است. این بهینه‌سازی معمولاً با نوشتن یکسری کدهای نرم‌افزاری انجام می‌شود و نرم‌افزار خاصی برای این موضوع وجود ندارد. بهینه‌سازی به این معناست که اعضای غیرضروری از سازه حذف گردد. این کدها و الگوریتم‌های نوشته‌شده برای وجود یا حذف هریک از المان‌ها تصمیم‌گیری می‌کنند و درنهایت تعدادی از اعضای غیرضروری حذف‌شده و یک سازه سبک‌تر با همان مقاومت قبلی ساخته می‌شود. به عنوان مثال، روش‌هایی که بر پایه استفاده از الگوریتم ژنریک می‌باشند، برای بهینه‌سازی در سازه‌های فضاکار هم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

به مثال‌های زیر توجه کنید:

 

بهینه سازی سازه های فضا کار در طراحی آن

شکل 63 شبکه دولایه 16 در 16 پیش از بهینه‌سازی

 

بهینه سازی طراحی سازه فضاکار در سپ

شکل 64 شکل قبلی بعد از بهینه‌سازی

 

همان‌طور که مشخص است شبکه دولایه 16 در 16 (شکل63) پس از بررسی به کمک الگوریتم‌های نوشته‌شده تعدادی از عضوهای آن حذف‌شده است (شکل64). این عضوهای حذف‌شده در تحمل نیروها و افزایش مقاومت درصد بسیار کمی مشارکت داشته‌اند و با حذف آن‌ها وزن سازه کاهش‌یافته و شرایط برای سایر اعضا نیز بهتر شده است.

 

6. 3 طراحی پیوند دهنده‌ها

طراحی پیوند‌‌دهنده‌ها بر اساس بیشترین نیروی عضو متصل شده به آن طراحی می‌گردد. که قطر پیوند دهنده از رابطه زیر به دست می‌آید:

 

طراحی سازه های فضا کار

 

 

Pmax: بیشترین نیروی عضو متصل شده

Fy: تنش تسلیم مصالح پیونده

d: قطر پیونده

 

7. نتیجه‌گیری

با توجه به قسمت‌های مختلف در مقاله مشاهده کردیم که برای سازه‌هایی که نیاز به دهانه‌های بسیار بزرگ داریم نمی‌توانیم از سازه‌های متعارف استفاده کنیم و باید حتما از یک سیستم جدید که نیازهای ما را برآورده می‌کند استفاده کنیم. سازه‌های فضاکار یکی از بهترین این سیستم‌ها برای استفاده در این قسمت می‌باشد که مهم‌ترین مزیت آن سبک بودن این سازه نسبت به سایر سازه‌ها و استفاده از شبکه‌های خرپایی برای انتقال هرچه بهتر نیرو به تکیه‌گاه‌ها می‌باشد.

همچنین به دلیل پیچیدگی این سازه‌ها باید ابتدا این سازه را در نرم‌افزار Formian مدل‌سازی کرد سپس به نرم‌افزار SAP وارد کنیم و طراحی این سازه‌ها را در این نرم‌افزار انجام دهیم. در این سازه‌ها بدلیل سبک بودن اغلب به‌جای نیروی زلزله نیروی باد حاکم می‌باشد و باید در تحلیل‌ها از نیروی باد استفاده کنیم.

 

منبع:

 

خرید لينک هاي دانلود

دانلود رایگان اعضای ویژه

دانلود رایگان این آموزش و ده ها آموزش تخصصی دیگر به ازای پرداخت فقط 137 هزار تومان (+ اطلاعات بیشتر)

خرید با اعتبار سایت به ازای پرداخت فقط 3 هزار تومان

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع و بدون نیاز به عضویت به ازای پرداخت فقط 3 هزار تومان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 18,596 نفر

تفاوت خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه‌ها، نوآورانه و بروز بودن آن است. فقط تخفیف‌ها، جشنواره‌ها، تازه‌ترین‌های آموزشی و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیلتان ارسال می‌کنیم.

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل‌های تبلیغاتی متنفریم و خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
با ارسال چهارمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. امیرحسین باغبانی

    بسیار عالی با تشکر از ضحمات کادر اموزشی

    پاسخ دهید

  2. مهدی بختیاری

    با سلام و خسته نباشید بسیار عالیه مرسی

    پاسخ دهید

  3. مهندس مرضیه صبور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام جناب مهندس
    خیلی ممنون از حسن توجه شما
    پیشنهاد می کنم حتما به شهر یادگیری سبزسازه سر بزنید.

    پاسخ دهید

؟ شهرزاد صادقی | مشاور شما :

پاسخ سوالات متداول غیر علمی خود را با کلیک روی علامت سوال بدون اتلاف زمان پیدا کنید.