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.

 

 

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.

 

 

 

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.

 

 

 

• 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.

 

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

 

 

• 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.

 

 

• 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.

 

 

 

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.

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

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.

 

 

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.

 

 

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.

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

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

 

 

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.

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

 

 

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.

 

 

 

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

 

 

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.

 

 

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.

 

 

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.

 

 

 

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.

 

 

دانلود نرم‌افزار Formian  

 

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

 

 

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.

 

 

 

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;

 

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.

 

 

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.

 

 

 

حال آرایه‌های بالا را در راستای y تکرار می‌کنیم

 

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

 

 

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;

 

 

 

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.

 

 

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

 

GRID=TOP#BOT#WEB;

که درنهایت شکل زیر تولید می‌شود.

 

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;

 

 

 

 

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

 

 

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.

 

 

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.

 

 

 

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.

 

 

 

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.

 

 

 

 

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:

P_r = 0.7 C_s C_t C_e I_s P_g

I_s= ضریب اهمیت سازه

C_e= ضریب برف‌گیری

C_t= ضریب شرایط دمایی

C_s= ضریب شیب

P_r 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.

 

 

نکته حائز اهمیت در مورد بار برف برای سازه‌های فضاکار ضریب C_s 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

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

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:

 

 

 

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:

 

 

 

P_max: بیشترین نیروی عضو متصل شده

F_y: 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:

• آموزش های سبزسازه
• مبحث ششم مقررات ملی ساختمان

 

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا