شکل شماره ۴-۳۹- گنبد لملای ۱۵۶ عضوی ………………………………………………………………………………………………………..۱۰۷
شکل شماره ۴-۴۰- تغییرات مقدار حداکثر DCR در گنبدهای لملا با افزایش تعداد اعضا و گرههای میانی …….۱۰۸
شکل شماره ۴-۴۱- گنبد دندهدار ۱۲ عضوی …………………………………………………………………………………………………………۱۰۸
شکل شماره ۴-۴۲- گنبد دندهدار ۳۶ عضوی …………………………………………………………………………………………………………۱۰۹
شکل شماره ۴-۴۳- گنبد دندهدار ۶۰ عضوی …………………………………………………………………………………………………………۱۱۰
شکل شماره ۴-۴۴- گنبد دندهدار ۸۴ عضوی …………………………………………………………………………………………………………۱۱۱
شکل شماره ۴-۴۵- تغییرات مقدار حداکثر DCR در گنبدهای دندهدار با افزایش تعداد اعضا و گرههای میانی .۱۱۲
شکل شماره ۴-۴۶- گنبد اشودلر ۱۲ عضوی ………………………………………………………………………………………………………….۱۱۲
شکل شماره ۴-۴۷- گنبد اشودلر ۴۸ عضوی ………………………………………………………………………………………………………….۱۱۳
شکل شماره ۴-۴۸- گنبد اشودلر ۸۴ عضوی ………………………………………………………………………………………………………….۱۱۴
شکل شماره ۴-۴۹- گنبد اشودلر ۱۲۰ عضوی ……………………………………………………………………………………………………….۱۱۵
شکل شماره ۴-۵۰- تغییرات مقدار حداکثر DCR در گنبدهای اشودلر با افزایش تعداد اعضا و گرههای میانی ..۱۱۶
فصل اول
مقدمه
۱-۱- تاریخچهی سازههای فضاکار:
سازههای فضاکار به سازههایی گفته میشود که عملکرد سه بعدی دارند و در فضای سه بعدی بررسی میشوند. این سیستم سازهای برای ایجاد فضاهای پوشیده وسیع بکار میرود. به عنوان مثال، از این سازهها میتوان برای پوشش فضاهایی مثل سقف استادیومها، ژیمنازیومها، سالنهای اجتماعات و استخرها و . . . استفاده کرد.
اولین بار تیموشینکو نام سازههای فضایی را در مقابل سازههای صفحهای۲ بکار برد و هدف از بکار بردن آن، تعریف سازههایی بود که عملکرد دوبعدی نداشته و امکان آنالیز صفحهای آنها وجود ندارد. در سازههای دوبعدی همانند خرپاهای مسطح، نیروهای خارجی، نیروهای داخلی و تغییرشکلها در یک صفحه قرار میگیرند، ولی در سازههای فضایی چنین نیست، و این موارد در صفحههای مختلفی قرار دارند.
در عمل، واژهی سازههای فضاکار به برخی از سازههای شناخته شده از قبیل شبکهها، چلیکها، گنبدها، دکلها، شبکههای کابلی، سیستمهای غشایی، سازههای تاشو و کشبستی اطلاق میشود.
توسعهی قابل توجه سازههای فضاکار از زمانی آغاز شد که فاپل۳ اولین کتاب خود را در زمینهی سازههای فضاکار، تحت عنوان تئوری سیستمهای مشبک در سال ۱۸۸۰ نوشت. کمتر کسی تئوریهای محاسباتی ایشان را مورد توجه قرار داد، که یکی از آنها مهندس ایفل بود که برج معروف
خود را برای نمایشگاه جهانی پاریس در سال ۱۸۸۹ ساخت. این برج اولین سازه فضاکار ساخته شده است که محاسبات آن بر اساس هندسه سه بعدی انجام گرفت. این برج قرار بود پس از نمایشگاه برچیده شود، ولی چنان با موفقیت روبرو شد که امروزه به عنوان سمبل شهر پاریس شناخته میشود.
طبق شواهد تاریخی، اولین سازههای فضاکار شناخته شده به شکل امروزی، گنبدهایی بود که توسط مهندسان آلمانی، اشودلر و زیمرمن۲ در قرن نوزدهم ساخته شد. گنبدی که توسط اشودلر، پس از جنگ جهانی دوم، برای پوشش مرکز مهندسی شارلوت در کارولینای شمالی آمریکا ساخته شد، دهانهای به طول ۳۳۲ فوت داشت و دهانهی گنبد زیمرمن، ۳۶۱ فوت بود که در سال ۱۸۹۴ برای پوشش نمایشگاه لیون ساخته شد. این ابعاد سازهای در زمان ساخت، بزرگ و قابل توجه بود.
الکساندرگراهام بل، مخترع معروف تلفن، در سال۱۹۰۷، آزمایشات وسیعی روی سیستمهای فضاکار چندلایه پیش ساخته انجام داد. او هواپیمای کوچک یک نفره و برجهای دیدهبانی را با استفاده از واحدهای پیش ساخته صنعتی چهاروجهی، مرکب از لوله و پوسته ساخت. گراهام بل اولین مهندسی بود که امکان استفاده از شبکههای چندلایه فضاکار را در سیستمهای ساختمانی، به شکل کنونی بررسی کرد.
این تجربههای آغازین، تقریباً تا سال ۱۹۳۷ هنگامی که دکتر منجرینگ هاوزن۳، دوباره سازههای فضاکار را رواج داد به فراموشی سپرده شده بود. او معتقد بود برای رواج سازههای فضاکار در سطح جهانی، باید اجزای سازههای فضاکار به صورت کارخانهای ساخته شوند و مونتاژ آن در محل انجام شود. برای تحقق این هدف، لازم بود که تنوع عضوی کاهش یابد و عمل مونتاژ به سادگی قابل انجام باشد. از این رو او تحقیقات خود را به کاهش تنوع معطوف کرد و در نهایت با اختراع اتصال مرو۴، توانست مشکل مونتاژ را حل کند و با موفقیت در سال ۱۹۴۲، سازههای فضاکار را به صورت تجاری درآورد.
از دیگر کسانی که در راه پیشرفت و توسعهی سازههای فضاکار اقدامات ارزشمندی انجام دادهاند، میتوان از دکتر مکوفسکی۵، پروفسور نوشین و همکاران نام برد. پروفسور نوشین، استاد دانشگاه ساری انگلستان، به کمک همکاران خود، تحقیقات گستردهای درباره تحلیل، طراحی و ساخت سازههای فضاکار انجام دادهاند. یکی از کارهای ارزشمند ایشان، طراحی نرم افزار تاشهپردازی سازههای فضاکار، به نام فرمین۶ میباشد که انجام عمل مدل سازی این نوع سازهها را بسیار راحت و سریع نموده است.
امروزه ویژگیهایی چون اقتصادی بودن، سبکی، ایمنی بالا، زیبایی، اجرای آسان و سریع و عملکرد مناسب در برابر بارهای وارده به دلیل صلبیت بالا، باعث گسترش کاربرد این
نوع سازهها شده است. همچنین امکان ایجاد فضاهای پوشیده وسیع بدون ستونهای میانی، دست معماران را برای خلق طرحهای بدیع باز گذاشته است. از دیگر ویژگیهای برخی از این نوع سازهها، امکان جمعآوری و انتقال آن به محل دیگر و برپایی دوبارهی آن میباشد. این نوع سازهها به دلیل سبکی و سختی زیاد، عملکرد بسیار خوبی در برابر زلزله دارند و معمولاً در هنگام زلزله آسیب چندانی نمیبینند.
از آنجا که سازههای فضاکار، درجه نامعینی بالایی دارند، این مسئله باعث شده است تا چنین تصور شود که این سازهها با خرابی یک یا چند عضو یا بخشی از سازه، کماکان بتوانند به تحمل بارهای وارده ادامه دهند و خراب نشوند. اما مشاهدات عملی در مورد خرابی این نوع سازهها، و همچنین نتایج آزمایشهای فراوانی که در این زمینه انجام شده است، صحت این ادعا را مورد تردید قرار داده است. این تحقیقات نشان دادهاند که در پارهای از موارد، حتی خرابی یک عضو سازه میتواند باعث خرابی کل سازه شود. به عنوان مثال، میتوان به خرابی سقف ورزشگاه هارتفورد در سال ۱۹۷۸ در آمریکا اشاره کرد. سقف این ورزشگاه ۶ ساعت بعد از انجام یک مسابقهی بسکتبال، بر اثر بارش سنگین برف و تجمع نامتقارن برف روی سازه و ایجاد خرابی موضعی، به کلی تخریب شد. خوشبختانه در هنگام وقوع حادثه کسی در ورزشگاه حضور نداشت.