مشخصات این فایل
عنوان: هندسه‌ی شبکه‌های فضایی- تفکر در سه بعد
فرمت فایل: word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 48
این مقاله درمورد هندسه‌ی شبکه‌های فضایی- تفکر در سه بعد می باشد.
خلاصه آنچه در مقاله هندسه‌ی شبکه‌های فضایی می خوانید :
تعریف شبکه
رفتار سازه‌های مشبک فضایی قابل مقایسه با صفحات مسطح است و قبل از پیشرفت در محاسبات دیجیتالی سریع و نرم‌افزارهای تحلیل سازه‌های سه بعدی مناسب، نیروی داخلی اعضای شبکه‌های فضایی با استفاده از محاسبات دستی بر پایه تئوری صفحات تعیین می‌شد. فناوری کامپیوترها طی دهه‌های 1980 و 1990 به سرعت تغییر کرد.
سرعت پردازش اطلاعات، حافظه‌ی ذخیره کامپیوترها به سرعت به طرز باور نکردنی افزایش یافت، این در حالی است که قیمت آن‌ها کاهش یافته است. در نتیجه امروزه، می‌توان تعداد زیادی شبکه‌ی فضایی را به عنوان سازه‌ی عضو و گره مجرد بر روی صفحه‌ی نمایش کامپیوتر یا نوت بوک در کم‌ترین زمان، بسته به اندازه و پیچیدگی شکل و بارگذاری آن تحلیل و مدل کرد. برای تحلیل سازه‌ای، تعیین اطلاعات سازه و مشخص کردن محل گره‌ها (برای مثال با استفاده از مختصات دکارتی نسبت به سه محور عمود بر هم) لازم است.
هم چنین جهت، محل و مشخصات فیزیکی هر عضو، نوع اتصال بین میله‌ها و گره‌ها (اتصال مفصلی، کاملاً صلب و یا نیمه صلب) و محل و درجه مقید بودن برای هر تکیه‌گاه باید مشخص شود. سپس مجموعه‌ای از انواع بارهای وارد بر شبکه‌ی فضایی شامل وزن خود سازه، بارهای وارده از قبیل پوشش و تأسیسات نصب شده و بارهای ناشی از بهره‌برداری مانند بار طبقات، باربرف، بار باد و تأثیرات ناشی از تغییرات درجه‌ی حرارت را می‌توان تعریف کرد. در حقیقت، تعیین میزان و نوع تغییر مکان قسمت‌های مجزا در شبکه‌ی فضایی، نیازمند بیشترین دقت برای تحلیل سازه است. هر چند که کارخانه‌های تولید شبکه‌های فضایی اغلب برنامه‌های کامپیوتری از قبل پردازش شده‌ای مخصوص تولیدات خود برای مختصات گره‌ها ، فهرست اعضا و توضیح این که کدام یک از اعضا به کدام گره در شبکه‌های سازه متصل می‌شوند، دارند.
هنگامی که مشخصات کمی شکل یک سازه شبکه فضایی مشخص شده باشد، می‌توان از محاسبات بیشتری برای ایجاد فرم‌های سازه‌ای پیچیده‌تر استفاده کرد. پردازش کرد. پردازش شکل، همان طور که شرح داده شد، ممکن است با استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری مضاعفی که برای تولیدات کارخانه‌های سازنده توسعه پیدا کرده است، انجام شود یا این که توسط برنامه‌هایی مانند فرمین بر پایه‌ی جبر فرمکس که توسط پروفسور هوشیار نوشین در دانشگاه ساری گیلفورد انگلستان توسعه یافته است، صورت گیرد. پیشرفت بیشتر در تولید پردازش شکل شبکه‌ی فضایی از مبادله بین‌نرم افزار طراحی با کامپیوتر (CAD) که برای ترسیمات مهندسی و معماری به کار می‌رود و نرم‌افزارهای تجزیه و تحلیل سازه حاصل می‌شود.
محل قرارگیری تکیه‌گاه‌ها
انتخاب بهترین محل تکیه‌گاه‌ها در شبکه‌های فضایی همراه با بیشترین مزایا، به فرم پلان سازه و محدودیت‌های معماری بستگی دارد. این در حالی است که نقاط تعیین شده می‌توانند بر کارآیی سازه تأثیر زیادی داشته باشند. با توجه به شکل شبکه ممکن است تکیه‌گاه‌ها به گره‌های فوقانی یا تحتانی وصل شوند در مورد اول، اعضای جان که در مجاورت تکیه‌گاه‌ها واقع شده‌اند، اغلب تحت کشش و در مورد دوم تحت فشارند. در شبکه‌هایی که فقط بر تعداد اندکی از گره‌های تحتانی تکیه می‌کنند، ممکن است اعضای جان اطراف تکیه‌گاه، بحرانی‌ترین بخش سازه باشند و شکست در یکی از اعضای قطری فشاری ممکن است منجر به گسترش فروریختگی در کل سازه شود. به این دلیل، اگر تکیه‌گاه‌ها در گره‌های فوقانی باشند، پتانسیل خرابی شبکه می‌تواند کاهش یابد. در این حالت اعضای قطری تحت سنگین‌ترین بارها دچار کشش می‌شوند، هر چند ستون‌های تکیه‌گاهی بلندتر شده و در این صورت خودشان، عامل آسیب‌پذیری برای شکست در اثر کمانش می‌شوند.
برخی از حالات‌های محل قرارگیری تکیه‌گاه‌ها برای بارهای یکنواخت وارده در پلان‌های مربع شکلع مربع روی مربع جا به جا شده و سازه‌ی شبکه‌ای بام که در گره‌های فوقانی نگه داشته شده‌اند، تأمین تکیه‌گاه‌ها در تمام گره‌های تمامی محیط پیرامونی شبکه نسبت به تأمین آن‌ها فقط در گروه‌های واقع در کنج‌های شبکه از نظر حسی و بصری نیز بسیار کاراتر و مؤثرتر است. با قرار دادن تکیه‌گاه‌ها در تمام لبه‌ها، بار وارده مسیر کوتاه‌تری را به سمت زمین طی می‌کند، هر چند به دلیل تعداد بیشتر ستون‌ها، هزینه پی‌های اضافی ممکن است، به وجود آید. در شبکه‌های فضایی مشابه، با بارگذاری مشابه، حداکثر نیروی اعضا در حالتی که تمامی لبه‌های سازه بر روی تکیه‌گاه قرار دارد کم‌ترین مقدار بوده و هم چنین حداکثر تغییر شکل عمودی آن هم خیلی کمتر است. اجرای شبکه‌های فضایی با تغییر اندکی در شرایط تکیه‌گاهی کنج‌ها و با قرار دادن یک یا چند تکیه‌گاه میانی در طول لبه‌ها با کمی افزایش هزینه برای ستون‌ها و پی‌ها بسیار بهتر خواهد شد. با چنین شرایط تکیه‌گاهی، یک شبکه‌ی فضایی مؤثر حاصل می‌شود. این در حالی است که تعداد ستون‌ها تا حد امکان باید محدود نگه داشته شود.
ستون‌های منفردی که در وسط هر یک از لبه‌ها قرار گرفته‌اند، می‌توانند سیستم تکیه‌گاهی مؤثری ایجاد کنند. در این حالت کوشه‌های شبکه فضایی طره‌ای اند و در فضای مرکزی دارای تعادل می‌باشند.
اگر تکیه‌گاه‌ها اندکی به سمت داخل لبه‌های شبکه فضایی قرار گیرند و قسمت‌های طره‌ای را در تمامی پیرامون سازه به وجود آورند، حداکثر تغییر شکل عمودی و نیروهای اعضاء در بیشتر موارد بالا باز هم به مقدار زیادی می‌تواند کاهش یابد. اگر در این حالت ممکن است ستون‌ها در داخل فضای ساختمان قرار گیرند، اما می‌تواند مزایای معماری داشته باشد. در کنار فضای کاملاً یکپارچه و بدون ستون با سایبانی برای تأمین سرپناه یا سایه در اطراف ساختمان، امکان ایجاد فضای مناسبی برای سیرکولاسیون به وجود می‌آید.
در برخی سیستم‌های خرپای فضایی، قابلیت طره شدن محدود است، زیرا چنین سیستم‌هایی اغلب برای پذیرش نیروهای فشاری بزرگ در شبکه تحتانی، طراحی نشده‌اند (برای مثال، مدول‌های هرمی شکل فضایی اغلب، در شبکه‌ی تحتانی با میله‌های مخروطی شکلی که مقاومت فشاری کمی دارند، به یکدیگر متصل می‌شوند). در این نوع شبکه‌های فضایی، استفاده از تکیه‌گاه‌های طره‌ای باید با احتیاط صورت گیرد. محدودیت تغییر شکل عمودی در پیرامون شبکه تحت بارگذاری‌های متنوع با افزایش طول طره، ممکن است حالت طراحی بحرانی پیدا کند.
در بیشتر دستورالعمل‌های شبکه‌های فضایی، نشان دادن تکیه‌گاه‌ها روی شبکه‌ی یک شکل معمول است و به همین دلیل این گونه فرض می‌شود که شبکه‌های فضایی باید در چنین حالت منظمی نگه داشته شوند. اما برای کارآیی بیشتر می‌توان تکیه‌گاه‌ها را در زیر هر یک از گره‌های درون شبکه قرار داد برای پلان نامنظم اگر تکیه‌گاه‌ها روی الگوی تعریف شده‌ی منظم قرار نگرفته باشند، هزینه‌ی سازه فقط کمی افزایش خواهد یافت.
تکیه‌گاه‌هایی به شکل «درخت»
تا کنون این گونه فرض شده است که شبکه‌ی فضایی روی گره‌های دلخواه در طول لبه‌ها یا روی ستون‌های منفرد داخلی نگه داشته می‌شوند. یک روش ممکن برای انتخاب به منظور کاهش حداکثر تغییر شکل عمودی و نیروهای اعضا در شبکه‌ی فضایی، استفاده از تکیه‌گاه‌های درختی به جای ستون‌های منفرد است. این مسأله اغلب با استفاده از یک پایه‌ی مربع شکل معکوس از شاخه‌های هرمی در هر موقعیت تکیه‌گاهی به دست آید که می‌تواند از اعضای خرپای فضایی، متشکل از گره‌های استاندارد یا اعضای ساخته شده خاصی استفاده شده باشد. زمانی که شبکه در محل هر ستون روی چندین گره تکیه می‌کند، نیرو در اعضای مهاربندی جان کمتر از زمانی است که روی ستون‌های ساده اتکا دارد، در نتیجه دهانه‌ی شبکه‌ی فضایی به طور مؤثری کاهش می‌یابد. تکیه‌گاه‌های درختی هم چنین می‌توانند با توزیع جریان نیرو از شبکه فضایی به ستون‌های تکیه‌گاهی، تأثیری معمارانه داشته باشد. در شبکه‌های فضایی چند دهانه کاربرد ستون‌های درختی شکل از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
مقاطع لبه‌ها
از بیرون ساختمانی که دارای سقف شبکه فضایی است فقط نیمرخهای معلق از بام که اطلاعات سازه‌ای درون آن را به نمایش می‌گذراند دیده می‌شود. برای نیمرخهای لبه شبکه‌ها، سه شکل اصلی وجود دارد که هر سه از هندسه شبکه فضایی منتیج شده‌اند. دو حالت آن از هندسه خرپاهای مربع روی مربع جابه‌جا شده به وجود آمده است. در حالت اول، شبکه اعضای فوقانی در مقابل شبکه اعضای تحتانی گسترش یافته و اعضای مهاری جان در لبه‌های بین دو سطح شبکه، در لبه‌ها، نیمرخی پیش آمده را ایجاد می‌کنند. در حالت دوم اگر شبکه تحتانی در مقابل شبکه فوقانی گسترش یابد فرم مهاربندی‌های اعضای جان یک لبه شیبدار را ایجاد می‌کند. دیگر شبکه‌های فضایی مانند سیستم‌های متشکل از خرپاهای مسطح متقاطع و قاب فضایی کیوبیک لبه‌های عمودی دارند. یک لبه عمودی می‌تواند با خرپاهای فضایی استاندارد که یک نیم‌دهانه در لبه‌ها دارند حاصل شود. مهندس معمار به این مقاطع به عنوان جزئیات لبه‌های خاصی که می‌تواند بر اساس سفارش ساخته شده و به عنوان شبکه‌های فضایی گره‌ای یا مدولار نصب شوند محدود نمی‌باشد.
شبکه‌های فضایی چندلایه
در مواقعی که از خرپای فضایی دو لایه مسطح برای پوشش دهانه‌های قابل توجه استفاده می‌شود و بار وارد بر آن سنگین است، باید ارتفاع بین شبکه فوقانی و تحتانی به میزان زیادی افزایش یابد تا حداکثر تغییر شکل محدود شود و در برابر گشتاور خمشی بزرگ، مقاومت کند. از آن‌جایی که ارتفاع شبکه در این حالت افزایش می‌یابد باید زاویه اعضای مهاری قطری به خط عمود نزدیک شده و یا فاصله دولایه افقی شبکه افزایش یابد. ارتفاع و فاصله شبکه ممکن است به قدری بزرگ شود که اعضای فشاری (اعضای فوقانی و تعداد زیادی از اعضای مهاری‌جان) به میزان زیادی افزایش طول پیدا نماید. اندازه قطر و ضخامت جداره‌های اعضای فشاری بلند با بارگذاری سنگین افزایش می‌یابد به این ترتیب سازه در چنین حالتی سنگین و غیراقتصادی می‌شود و با فلسفه سبکی و اقتصادی بودن مصالح در شبکه‌های فضایی سازگاری نخواهد داشت. در این حالت می‌توان یک شبکه افقی میانی بین شبکه‌های فوقانی و تحتانی ایجاد کرد. این لایه اضافی، اجازه می‌دهد فاصله شبکه‌های خارجی کاهش یابد. در نتیجه طول اعضای فشاری فوقانی و طول مهارنشده اعضای فشاری جان، با کاهش مناسب می‌تواند در مقاطع عرضی اعضا کاهش یابد. مزیت دیگر امکان استفاده از اشکال متفاوت لایه‌های شبکه افقی است که در نتیجه آن بیشترین کارایی اعضا می‌تواند به دست آید.
لایه میانی اغلب در وسط ارتفاع شبکه یا نزدیکی آن قرار می‌گیرد زیرا در این نقطه تنش‌های کمی وجود دارد بنابراین لایه‌های میانی از اعضای کم‌وزن و یا شبکه‌های با تراکم کم تشکیل شده‌اند. اگرچه لایه اضافی تعداد گره‌ها و اعضا را در خرپای فضایی افزایش می‌دهد ولی موجب می‌شود که از اعضای فشاری سبک‌تری استفاده شود. هزینه اضافی ناشی از اعضا و گره‌های با تنش کم نسبت به هزینه مصالح ذخیره شده در اعضای شبکه در حالت اول کمتر است.
شبکه‌های چندلایه می‌توانند برای پوشاندن دهانه‌های متوسط نیز از سیستم خرپای فضایی سبک که از مقاطع فولادی سرد نورد شده با مقاومت فشاری محدود تشکیل شده‌اند به کار روند. در این حالت طول بیشتر اعضا استاندارد است و برای دهانه‌های بزرگ‌تر مجموعه‌ای سه لایه از قطعات کوتاه شده منظم به کار می‌رود. یکی از نمونه‌های جدید خرپای فضایی سه لایه سیستم مرو سقف سالن ورزش سرپوشیده ملی است که در سال 1990 در بیرمنگام انگلستان ساخته شده است.
بخشی از فهرست مطالب مقاله هندسه‌ی شبکه‌های فضایی
چرا سازه‌هایی با رفتار دو طرفه؟
نسبت ظاهری
پایداری خرپای فضایی
اشکال چند وجهی پایدار
سازه‌های متشکل از عضو و گره
چند وجهی به عنوان سازه‌ی صفحه‌ای
سازه‌های متشکل از عضو و صفحه
مزایای استفاده از شبکه‌های فضایی
تقسیم بار
نصب تأسیسات
مقاومت
اجزای مدولار
آزادی در انتخاب محل تکیه‌گاه‌ها
هندسه منظم
سهولت نصب
معایب و محدودیت‌های شبکه‌های فضایی
هزینه
هندسه‌ی منظم
زمان نصب
مقاومت در برابر آتش‌سوزی
ترکیب بندی شبکه‌ها
تعریف شبکه
محل قرارگیری تکیه‌گاه‌ها
تکیه‌گاه‌هایی به شکل «درخت»
مقاطع لبه‌ها
شبکه‌های فضایی چندلایه
دانلود مقاله هندسه‌ی شبکه‌های فضایی