سازه های فضایی شکلهای هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده وبا اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدیایجاد می کنند . این اجزا از المانهای طولی ( با مقطع های مربعی ، دایرهای ، مثلثی و ... ) و اتصالهایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می شودتشکیل می شود . [TABLE="class: ncode_imageresizer_warning"] [TR] [TD="class: td1, width: 20"][/TD] [TD="class: td2"]Click this bar to view the full image.[/TD] [/TR] [/TABLE] جنس المانهای طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بودولی معمولاً از انواع پلاستیک و پروفیل ، فولاد و آلومینیوم استفاده می شود به عنوان نمونه هایی از این نوع سازه ها در ایران ، پوشش مرقد مطهر امام وسقف چند غرفه نمایشگاه بین اللملی تهران را می توان نام برد . البته ایننوع سازه پدیده خیلی جدیدی نیست ، زیرا گراهام بل طرحهایی از شبکه هایمنظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بود . همچنینآلاچیقهای عشایر محلی ایران ، سبکی مانند این نوع سازه ها دارند ولی دردهه 60 میلادی بود که این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین اللملی و قابلبحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه های فضایی ( فضاکار) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد . از آغاز پیدایش سازه های فضایی اشکال بسیار گوناگونی به انواع آن افزوده شده که دارای طبقه بندی جامع ذیل است : 1- داربستهای اسکلتی ( Skeleton Frameworks ) 2- سیستمهای پوسته تحت تنش ( Stressed Skin Systems ) 3-سازه های معلق ( Suspended Structures ) 4- سازه های هوای فشرده ( Pneumatic Structures ) در انواع این سازه ها ، اتصالهای مختلف که در طی مدت زمان طولانی تکمیلشده اند به کار گرفته می شوند و اکثر آنها شکل ظاهری بسیار ساده ای دارند. با استفاده از این اتصالها امکان ساختن این سازه ها به صورت دو و یا چندلایه وجود می آید و با استفاده از قطعات پیش ساخته می توان سازه های عظیمیرا با هزینه کم و به آسانی ایجاد کرد . یک نمونه از سیستمهای موفق ، سیستم گوی و لوله ( mero ) است که اتصالهایشگوی هایی با 18 سوراخ است که از جهات مختلف عضو می پذیرد و قدرت عمل زیادیرا به طراح و سازنده می بخشد . یک نمونه جالب از سازه های دو لایه ،ساختمان نمایشگاه واقع در سائوپولو ، برزیل است که محوطه ای به مساحت 260در 260 متر مربع را با تکیه بر 25 ستون و با استفاده از 48000 عضو لوله ایآلومینیومی پوشش می دهد . نمونه جالب دیگری از کاربرد سازه های فضاکارقابل جداشدن ، پارکینگ هیترو لندن است . این پارکینگ قابلیت تحمل 325اتومبیل را داشته و استفاده از آن بسیار اقتصادی است . این نمونه ، تصوراکثر افراد را مبنی بر اینکه شبکه های فضایی فقط برای مسقف کردن محوطهبکار می روند را باطل می سازد . نمونه دیگر ، آشیانه هواپیما در لندن استکه دهانه ای به طول 138 متر دارد . این سقف باید لوازمی به وزن حدود 700تن را تحمل کند که 300 تن آن متحرک و شامل چندین دستگاه جرثقیل است کهامکان تعمیرات و نگهداری هواپیما را به سهولت فراهم می آورد
پاسخ : سازه هاي فضايي - سازه های فضایی شکلهای هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده وبا اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدیایجاد می کنند . این اجزا از المانهای طولی ( با مقطع های مربعی ، دایرهای ، مثلثی و ... ) و اتصالهایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می شودتشکیل می شود . [TABLE="class: ncode_imageresizer_warning"] [TR] [TD="class: td1, width: 20"][/TD] [TD="class: td2"]Click this bar to view the full image.[/TD] [/TR] [/TABLE] جنس المانهای طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بودولی معمولاً از انواع پلاستیک و پروفیل ، فولاد و آلومینیوم استفاده می شود به عنوان نمونه هایی از این نوع سازه ها در ایران ، پوشش مرقد مطهر امام وسقف چند غرفه نمایشگاه بین اللملی تهران را می توان نام برد . البته ایننوع سازه پدیده خیلی جدیدی نیست ، زیرا گراهام بل طرحهایی از شبکه هایمنظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بود . همچنینآلاچیقهای عشایر محلی ایران ، سبکی مانند این نوع سازه ها دارند ولی دردهه 60 میلادی بود که این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین اللملی و قابلبحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه های فضایی ( فضاکار) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد . از آغاز پیدایش سازه های فضایی اشکال بسیار گوناگونی به انواع آن افزوده شده که دارای طبقه بندی جامع ذیل است : 1- داربستهای اسکلتی ( Skeleton Frameworks ) 2- سیستمهای پوسته تحت تنش ( Stressed Skin Systems ) 3-سازه های معلق ( Suspended Structures ) 4- سازه های هوای فشرده ( Pneumatic Structures ) در انواع این سازه ها ، اتصالهای مختلف که در طی مدت زمان طولانی تکمیلشده اند به کار گرفته می شوند و اکثر آنها شکل ظاهری بسیار ساده ای دارند. با استفاده از این اتصالها امکان ساختن این سازه ها به صورت دو و یا چندلایه وجود می آید و با استفاده از قطعات پیش ساخته می توان سازه های عظیمیرا با هزینه کم و به آسانی ایجاد کرد . یک نمونه از سیستمهای موفق ، سیستم گوی و لوله ( mero ) است که اتصالهایشگوی هایی با 18 سوراخ است که از جهات مختلف عضو می پذیرد و قدرت عمل زیادیرا به طراح و سازنده می بخشد . یک نمونه جالب از سازه های دو لایه ،ساختمان نمایشگاه واقع در سائوپولو ، برزیل است که محوطه ای به مساحت 260در 260 متر مربع را با تکیه بر 25 ستون و با استفاده از 48000 عضو لوله ایآلومینیومی پوشش می دهد . نمونه جالب دیگری از کاربرد سازه های فضاکارقابل جداشدن ، پارکینگ هیترو لندن است . این پارکینگ قابلیت تحمل 325اتومبیل را داشته و استفاده از آن بسیار اقتصادی است . این نمونه ، تصوراکثر افراد را مبنی بر اینکه شبکه های فضایی فقط برای مسقف کردن محوطهبکار می روند را باطل می سازد . نمونه دیگر ، آشیانه هواپیما در لندن استکه دهانه ای به طول 138 متر دارد . این سقف باید لوازمی به وزن حدود 700تن را تحمل کند که 300 تن آن متحرک و شامل چندین دستگاه جرثقیل است کهامکان تعمیرات و نگهداری هواپیما را به سهولت فراهم می آورد
پاسخ : سازه هاي فضايي - معمارانو مهندسان همواره در پی یافتن راه حل های جدید برای حل مسئله فضاهای محصوربوده اند. با صنعتی شدن وتوسعه د نیای مدرن تقاضا برای استفاده از سازههای با دهانه های بزرگ افزایش یافت.تا اواسط قرن 18 ، مصالح اصلی در دسترسبرای معماران و مهندسان، سنگ ، چوب وآجر بود. از آن مصالح ، سنگ و آجر ،در برابر فشار مقاوم ، ولی در برابر کشش ضعیف بودند ، به همین دلیل برایسازه های سه بعدی مثل گنبد ها وطا ق ها منا سب بودند . از پیشرفت های قابل توجه در این زمینه اجرای طاق ها توسط کارگران قرون وسطی بود. بزرگتریندهانه ها در میان گنبد های آجری ، کلیسای سنت پیترز در رم(93-1588) وسانتاماریادل فیوره در فلورانس (34- 1420) بودند که هردو در پایه گنبد ،قطری معادل 42 متر داشتند . چوب مقاومت زیادی دربرابر کشش وفشار دارد ولیبه صورت طبیعی تنها درطول ها ومقاطع عرضی محدود در دسترس است .با وقوعانقلاب صنعتی ، تولید آهن و سپس فولاد گسترش یافت و تولید مصالح با مقاومتزیاد ، ساختن ساختمان های با ارتفاع بیشترو دها نه های وسیعتر را امکانپذیر ساخت .همزمان با توسعه راه آهن وصنعتی شدن تولیدات کالاها ، تقاضاجهت سازه های با دهانه وسیع برای پل ها ، ایستگاه ها ، ساختمان انبارها وکارخانه ها افزایش یافت . در ابتدا مجموعه ای از خرپاهای متنوع شکل گرفتودر مراحل بعد سازه های مشبک فضایی سه بعدی به وجود آمدند . بسیاری از فرم های سازه ای به ویژه اغلب شبکه های فضایی از مدول هاییتشکیل شده اند . نظریه ساخت ساختمان های مدولار به صورت یک رویای تحققیافته تقریبا 150 سا ل قبل ، با طراحی ، ساخت و نصب قا ب های فلزی کریستالپالاس در هاید پارک لندن (برای برگذاری نمایشگاه بزرگی در سال 1851 ) شکلعملی یافت وکارایی این روش به خوبی نشان داده شدهسازه های نمادین مانندبرج ایفل که از آهن شکل داده شده بین سا ل های1897 و 1899 در شهر پاریسساخته شد ، دلیلی بر پایداری و دوام سازه های فلزی سه بعدی مدولار به شمارمیروند .شاید قدیمی ترین نمونه ها از انچه امروزه به عنوان قاب فضاییمیشناسیم ( که دارای امتیاز هایی نظیر سبکی ، مقاومت ، سه بعدی ، امکانتولید انبوه و اجرا به روش سازه های مدولار می باشد ) توسط مخترع تلفن الکسا ندر گرا ها م بل( 1922- 1847 ) رواج یافت . در دههاول قرن 20 او خرپاهای فضایی مرکب از قطعات 4 وجهی و 8 وجهی را آزمایش کرد.گراهام بل خصوصیات دو گانه مقاومت بالا وسبکی وزن را با فرم های 4 وجهیسه بعدی صلب به نمایش گذاشت وازآنها دربسیاری ازپروژه هایش استفاده کرد.یکی از اولین سازه های مشبک فضایی فولادی با استفاده از اتصالات ریخته گریشده و اعضای لوله ای ، یک برج دیده بانی در بین بریگ ، آمریکا بود که درسال 1907 توسط گراهام بل ساخته ش Meroدر سال 1943 ، این خرپاها در معماری کاربردی نداشتند . ایناولین سیستم شبکه فضایی بود که به صورت گسترده در دسترس معماران و مهندسانقرار گرفت و توسط دکتر مکس منگرینگ هوسن ( 88- 1903 ) معرفی شد .این سیستم، هنوزهم رایج ترین روش درساخت خرپاهای فضایی است ، شامل اعضای لوله ایمنفردواتصالاتی ازنوع پیوندهای کروی ( گوی سان ) است .عمومیت استفاده ازاین سیستم تا به امروز ادامه دارد زیرا علاوه بر زیبایی سازه ای می تواندبه اشکا ل گوناگون وبا سیستم های متنوع ، متشکل از پیوند های کروی و لولهها مورد استفاده قرار گیرد . یک نوع شناخته شده از این سیستم ، شبکه هایدو لایه با استفاده از مدول های پیش ساخته است . در انگلستان ، دردهه 1950، دنینگ آف چارد سیستم سقف فضایی را براسا س مدول های هرمی فولادی پیشساخته که به یکدیگرپیچ می شوند ( با ابعاد 1.22*1.22 متر در پلان و 1.05متر یا 0.61 متر در ارتفاع ) توسعه داد. با اندکی تغییرات در ابعاد مدولها و مصالح ، سیتم سقف فضایی تا کنون به صورت گسترده وموفقیت آمیز برایسازه های کف وبام مورد استفاده قرار گرفته است .در دهه 1950 و 1960،سیستمهای مشبک فضایی در تمام دنیا مورد استفاده قرار گرفت . در امریکا ریچاردباکمینستر فولر(1981-1895) در پی مطالعاتی که در مورد نحوه اتصال تعدادیاز کره ها به یکدیگر انجام داد، به سیستم خرپای هشت وجهی دست یافت . ارائهطرحهای جدید ریچارد باکمینستر فولر و رشد قابل انتظارسازه های مشبک سبب بهوجود آمدن ساختمان سه ربع کره ای به قطر 76 متر به صورت گنبد ژئودزیک برایغرفه آمریکا در نمایشگاه اکسپو 67 مونترال ، کانادا شد . این غرفه توسطفولربا همکاری شرکت های سادائو ، ژئومتریکس و سیمپسون، گامپرتزو هگر طراحیشد . گنبدها یک شبکه اتصالی دو لایه از لوله های فولادی بودند که یک شبکهژئودزیک مثلثی برای لایه خارجی و یک شبکه شش ضلعی برای لایه داخلی داشتند.در نمایشگاه مونترال ، 2 غرفه بزرگ به نام " انسان جستجوکننده " و" انسانتولید کننده" ccweمعماران: افلک ، دسبارتز،دیماکوپولوس ،لبن سولد وسیس ) با استفاده ازشبکه های فضایی بعدی مدولارساخته شد. این شبکه های چندلایه ، یکی از اولینتلاش ها برای اثبات امکان تولید سازه های بزرگ با استفاده از سیستم مدولارمتشکل از اعضای کوچک بود .درهمان زمان استفاده بیشترازکامپیوترها و توسعهبرنامه هایی که قادربودند سازه ها ی مشبک فضایی را تحلیل کنند، تاثیرزیادی در افزایش استفاده آنها برای سازه های با دهانه های بزرگتروطویلترداشت. به دلیل کارآمد نبودن برنامه های کامپیوتری متداول درآن زمان برایتحلیل سازه های فضایی موجود، برنامه کامل و جدیدی درباره هندسه و شکل سازههای فضایی بزرگ نوشته شد که می توانست به منظور تحلیل شبکه های چند لایههرم ولکانو که در بالا شرح داده شد ، به کار رود .در اواخر دهه 1960واوایل دهه 1970 ، بسیاری از اولین نمونه های سیستم های شبکه فضایی با نسلدوم چنین سیستم ها یی جایگزین شدند .
پاسخ : سازه هاي فضايي - بخش لوله های شرکت فولادی انگلیسی شناخته میشود، سیستم نودوس ( NODUS ) رابا دامنه کوچکی از گره ها ی اتصال استاندارد که متناسب با مقاطع لوله هایتولیدی با اندازه های مختلف و ظرفیت های باربری متنوع بودند ، طراحی کرد.تمام اتصالات استاندارد برای شکست در شرایط خاص ، در مرکز تحقیقات کربیبرای اثبات میزان موثر بودن ، آزمایش شدند وشبکه فضایی کامل به ابعا د30.5*30.5 متر وبه ارتفاع 1.52 متر نیز ساخته و آزمایش شد .این سازه پس ازآزمایش برچیده شد و برای استفاده در آزمایشگاه سازه های فضایی در دانشگاهسا ری در گیلفورد انگلستان دوباره نصب شد .در دهه 1980 کاربرد مقاطع ممتداز فولاد با نورد سرد برای اعضای فوقانی وتحتانی در خرپاهای فضایی بدونگره موجب توسعه سیستم های سبکتر و ارزانتری مانند سیستم هارلی ( Harley )شد که ابتدا دراسترالیا به کاررفت. در این نوع شبکه فضایی اعضای ممتد دردو جهت عمود بر هم با مقاطع C شکل که پشت به پشت در گره ها به یکدیگر پیچشده اند ، واقع می شود .دردهه 1980 واوایل دهه 1990 ، قاب فضایی کیوبی(CUBIC )و شبکه اسپیس ( SPACE )وسیستم شبکه فضایی کاندر هالی در انگلستانشناخته شد و به صورت قاب فضایی مدولار ، که توسعه یافته سیستم خرپای فضایییونی با ت و نمونه اصلاح شده سیستم خرپای فضایی هارلی استرالیایی است ،ارائه شد .درسال 1943 ، این خرپاها در معماری کاربردی نداشتند . این اولین سیستم شبکهفضایی بود که به صورت گسترده در دسترس معماران و مهندسان قرار گرفت و توسطدکتر مکس منگرینگ هوسن ( 88- 1903 ) معرفی شد .این سیستم ، هنوزهم رایجترین روش درساخت خرپاهای فضایی است ، شامل اعضای لوله ای منفردواتصالاتیازنوع پیوندهای کروی ( گوی سان ) است .عمومیت استفاده از این سیستم تا بهامروز ادامه دارد زیرا علاوه بر زیبایی سازه ای می تواند به اشکا لگوناگون وبا سیستم های متنوع ، متشکل از پیوند های کروی و لوله ها مورداستفاده قرار گیرد . یک نوع شناخته شده از این سیستم ، شبکه های دو لایهبا استفاده از مدول های پیش ساخته است . در انگلستان ، دردهه 1950 ، دنینگآف چارد سیستم سقف فضایی را براسا س مدول های هرمی فولادی پیش ساخته که بهیکدیگرپیچ می شوند ( با ابعاد 1.22*1.22 متر در پلان و 1.05 متر یا 0.61متر در ارتفاع ) توسعه داد. با اندکی تغییرات در ابعاد مدول ها و مصالح ،سیتم سقف فضایی تا کنون به صورت گسترده وموفقیت آمیز برای سازه های کفوبام مورد استفاده قرار گرفته است .در دهه 1950 و 1960،سیستم های مشبکفضایی در تمام دنیا مورد استفاده قرار گرفت . در امریکا ریچارد باکمینسترفولر(1981-1895) در پی مطالعاتی که در مورد نحوه اتصال تعدادی از کره هابه یکدیگر انجام داد، به سیستم خرپای هشت وجهی دست یافت . ارائه طرحهایجدید ریچارد باکمینستر فولر و رشد قابل انتظارسازه های مشبک سبب به وجودآمدن ساختمان سه ربع کره ای به قطر 76 متر به صورت گنبد ژئودزیک برای غرفهآمریکا در نمایشگاه اکسپو 67 مونترال ، کانادا شد . این غرفه توسط فولرباهمکاری شرکت های سادائو ، ژئومتریکس و سیمپسون، گامپرتزو هگر طراحی شد .گنبدها یک شبکه اتصالی دو لایه از لوله های فولادی بودند که یک شبکهژئودزیک مثلثی برای لایه خارجی و یک شبکه شش ضلعی برای لایه داخلی داشتند.در نمایشگاه مونترال ، 2 غرفه بزرگ به نام " انسان جستجوکننده " و" انسانتولید کننده" ccweمعماران: افلک ، دسبارتز،دیماکوپولوس ،لبن سولد وسیس ) با استفاده ازشبکه های فضایی بعدی مدولارساخته شد. این شبکه های چندلایه ، یکی از اولینتلاش ها برای اثبات امکان تولید سازه های بزرگ با استفاده از سیستم مدولارمتشکل از اعضای کوچک بود .درهمان زمان استفاده بیشترازکامپیوترها و توسعهبرنامه هایی که قادربودند سازه ها ی مشبک فضایی را تحلیل کنند، تاثیرزیادی در افزایش استفاده آنها برای سازه های با دهانه های بزرگتروطویلترداشت. به دلیل کارآمد نبودن برنامه های کامپیوتری متداول درآن زمان برایتحلیل سازه های فضایی موجود، برنامه کامل و جدیدی درباره هندسه و شکل سازههای فضایی بزرگ نوشته شد که می توانست به منظور تحلیل شبکه های چند لایههرم ولکانو که در بالا شرح داده شد ، به کار رود .در اواخر دهه 1960واوایل دهه 1970 ، بسیاری از اولین نمونه های سیستم های شبکه فضایی با نسلدوم چنین سیستم ها یی جایگزین شدند .
