امروزه با پيشرفت علوم و تكنولوژي نيازها و خواسته هاي جديدي در زمينه مهندسي سازه رخ نموده است . عامل زمان در ساخت سازه ها اهميت دوچندان يافته و اين امر گرايش به سازه هاي پيش ساخته را افزايش داده است همچنين با افزايش جمعيت بشري علاقه به داشتن فضاهاي بزرگ بدون حضور ستون هاي مياني خواهان بسياري پيدا كرده است . در اين راستا از اوايل قرن حاضر تعدادي از متخصصين مجذوب قابليت هاي منحصر بفرد سازه هاي فضاكار گشته پاسخ بسياري از نيازهاي جديد را در اين سازه ها جسته اند و البته به نتايج بسيار مثبتي نيز دست يافته اند . با انتشار اين نتايج روز به روز اين عرصه با اقبال بيشتري مواجه گرديد به گونه اي كه با گذشت چندين دهه هنوز هم مطالعه سازه هاي فضاكار در كانون متخصصين و دانشجويان قرار دارد. در اين مقاله منظور از عبارت سازه فضاكار سيستم هاي اسكلت فلزي بوده كه از بافت تعدادي زيادي المان يا مدول با شكلهاي استاندارد به يكديگر تشكيل مي شوند و نهايتا يك سيستم سبك و با صلبيت زياد را ايجاد مي كنند . سازه هاي فضاكار در اشكال بسيار متنوعي ساخته مي شوند كه مهمترين آنها عبارتند از : شبكه هاي مسطح دو يا چند لايه ، چليك ها ، گنبدها و قوس ها . علاوه بر اين ، سازه هاي فضاكار داراي بافتار متنوعي نيز مي باشند . بدين ترتيب كه با تغيير در آرايش المان ها مي توان بافتار جديد ايجاد كرد و بديهي است كه كارايي هر بافتار بايد در مقايسه با بافتارهاي ديگر سنجيده شود . مثالهاي متعددي از سازهاي فضاكاري كه در دنيا و ايران ساخته شده است وجود دارد ؛ استاديوم هاي ورزشي ، مراكز فرهنگي ، سالن هاي اجتماعات ، مراكز خريد ، ايستگاه هاي قطار ، آشيانهاي هواپيما ها ، مراكز تفريحي ، برجهاي راديويي و .....
  
سازه های فضایی شکلهای هندسی منظمی هستند که در کنار یکدیگر تکرار شده و با اتصال مکرر این اجزا شبکه ای مستحکم و یکپارچه با ساختاری سه بعدی ایجاد می کنند . این اجزا از المانهای طولی( با مقطع های مربعی ، دایره ای ، مثلثی و ... ) و اتصالهایی که هر روز بر انواع آنها افزوده می شود تشکیل می شود .
 
جنس المانهای طولی متنوع بوده و بسته به نوع مصرف آنها متغیر خواهد بود ولی معمولاً از انواع پلاستیک و پروفیل ، فولاد و آلومینیوم استفاده می شود.
 
 
به عنوان نمونه هایی از این نوع سازه ها درایران ،پوشش مرقد مطهرامام و سقف چند غرفه نمایشگاه بین اللملی تهران را می توان نام برد . البته این نوع سازه پدیده خیلی جدیدی نیست ، زیرا گراهام بل طرحهایی از شبکه های منظم هندسی که کاربرد ساختمانی داشته باشد تهیه کرده بود . همچنین آلاچیقهای عشایر محلی ایران ، سبکی مانند این نوع سازه ها دارند ولی در دهه 60 میلادی بود که این نوع سازه ها به صورت موضوعی بین اللملی و قابل بحث مطرح شد به طوری که اولین کنفرانس بین اللملی سازه های فضایی ( فضاکار ) در سال 1966 در دانشگاه ساری انگستان برگزار شد .
 
 
دلیل شهرت ناگهانی چه می تواند باشد ؟ سازه های فضایی چه خصوصیاتی دارند که همه کشورها به آن روی آورده اند ؟
 
 
این سوال چند جواب می تواند داشته باشد :
 
 
- سازه های فضایی ا قطعه های پیش ساخته استاندارد تشکیل می یابند که در صورت تولیدانبوه ،قیمت این قطعات بسیار پایین می آید .این قطعات توسط کارگران نیمه ماهر قابل نصب هستند .
 
 
- یکی ازمهمترین خصوصیات سازههای فضایی ،قابلیت پوشش سطحهای وسیع بدون ایجاد مانع وهمچنین قابلیت پوشانیدن دهانه های بسیاربلنداست که برای استفاده در امر ساختن استادیوم های ورزشی ،سالنهای چندمنظوره،آشیانه های هوایی،سقف استخرها و ... ایده آل است .
- سادگی ولی درعین حال زیباییظاهری این سازه ها توجه بسیاری از مهندسین معمار را به خود جلب کرده ، به طوری که قبل ازمهندسین ساختمان ،این آرشیتکتها بودند که به این نوع سازه روی آوردند وتنوع بسیاروسیع آن ،که بویژه با پیشرفت علم کامپیوتر وایجاد برنامه گرافیکی جدیدی برآن افزوده شده ،قدرت خلاقیت بسیار زیادی به طراح می بخشد .
 
 
- دانشمندان پس ازآزمایشهای زیاد،به مقاومت بسیارزیادانواع مختلف سازههای فضایی در مقابل بارگذاریهای سنگین متمرکزیا  نا متقارن پی برده اند . سازه های فضایی دارای آنچنان نیروی پایداری و مقاومت نهایی هستند که سازه را قادر به تحمل بارگذاری موضعی بیش از حد میکند . تجربه نشان می دهد که انواع ویژه ای از شبکه های فضایی حتی در صورت صدمه دیدن ، به صورت ناگهانی فرو نمی ریزند و این ویژگی ، در صورت بروز حریق و انفجار ، اهمیت بیشتری دارد .
 
 
همچنین استحکام این قابهای فضایی ،امکان جابجایی بعضی ازستونها رابدون ایجاد نقض ساختمانی می آورد .
 
 
-  با پیشرفت تکنولوژی،مهندسین و طراحان ، انواع جدیدی از اتصالهای ارزان قیمت رااختراع کرده اند که اتصال چند قطعه رادرفضا توسط کارگران نیمه ماهر بدون هیچ مشکلی ممکن می سازد .
 
 
- ازانجا که سازههای فضایی از نظر استاتیکی نامعین هستند بنابراین تحلیل دستی آنها با استفاده ازروشهای دقیق،کار بسیار دشواری است.این امریکی از دلایل معوق ماندن طرحهای سازه های فضایی درگذشته بوده است ،ولی امروزه بااستفاده ازکامپیوترهای الکترونیکی و رورشهای ریاضی نوین ، امر تحیلی سازه بسیار سریعتر و دقیق تر از گذشته صورت می گیرد .همچنین استفاده ازروشهای نوین طراحی بهینه سازه باحداقل مصالح را امکان پذیر می سازد و سازه ، دست بالا طراحی نمی شود .
 
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 تکمیل شده 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 ویا چند لایه وجودمی آید و با استفاده ازقطعات پیش ساخته می توان سازه های عظیمی را با هزینه کم و به آسانی ایجاد کرد .
 
یک نمونه ازسیستمهای موفق ،سیستم گوی ولوله ( mero ) است که اتصالهایش گوی هایی با 18 سوراخ است که از جهات مختلف عضو می پذیرد و قدرت عمل زیادی را 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 260 در 260 متر مربع را با تکیه بر 25 ستون و با استفاده از 48000 عضو لوله ای آلومینیومی پوشش می دهد . نمونه جالب دیگری از کاربرد سازه های فضاکار قابل جداشدن ، پارکینگ هیترو لندن است . این پارکینگ قابلیت تحمل 325 اتومبیل را داشته و استفاده از آن بسیار اقتصادی است . این نمونه ، تصور اکثر افراد را مبنی بر اینکه شبکه های فضایی فقط برای مسقف کردن محوطه بکار می روند را باطل می سازد . نمونه دیگر ، آشیانه هواپیما در لندن است که دهانه ای به طول 138 متر دارد . این سقف باید لوازمی به وزن حدود 700 تن را تحمل کند که 300 تن آن متحرک و شامل چندین دستگاه جرثقیل است که امکان تعمیرات ونگهداری هواپیما را به سهولت فراهم می آورد .
سازه فضا كار(space structure) به سازه اي اطلاق مي شود كه سه بعد دارد . كه اين سازه ها در مقابل سازه هاي صفحه اي (plane structure) مانند خرپاهاي صفحه اي قرار مي گيرند كه بيش از دو بعد ندارند.بطور دقيق تردر حالت سازه صفحه اي بارهاي خارجي و داخلي در صحفحه اي منفرد وارد مي شوند .كه همان صفحه اي است كه شامل خود سازه نيز مي شود . درسازه هاي فضا كار تركيبي از بارهاي خارجي ؛ بارهاي داخلي و جابجايي هاي سازه بر فراز يك صفحه مفنرد توسعه مي يابد .اين تعريف يك تعريف كلي از سازه هاي فضا كار است . در عمل سازه فضا كار به مجموعه اي از سازه ها اطلاق مي شود كه شامل تيرها طاقهاي گنبدي  گنبدها برج ها شبكه هاي كابلي سيستم هاي پوسته اي تركيبات تاشو و اشكال كششي است . سازه هاي فضا كار دامنه بزرگي از اشكال و سازه هاي ساخته شده با مواد مختلف مثل فولاد آلومونيم چوب بتن كامپوزيتهاي مسلح فيبري شيشه و يا تركيبي از اين موارد را شامل مي شود .
 
سازه هاي فضا كار از نظر اسمي به سه گروه تقسيم مي شوند :
 
1-سازه هاي فضا كار شبكه اي 'lattice space structures'
 
كه شامل المانهاي طولي معمولي جدا از هم است
 
2-سازه هاي فضا كار پيوسته 'continuous space structures'
 
كه شامل اجزايي مانند دالها پوسته ها و جلد ها مي شود .
 
3-سازه هاي فضا كار دو وجهي 'biform space structures'
 
كه شامل تركبي از اجزاي جدا و پيوسته است
 
به سازه اي كه اصولا رفتار سه بعدي داشته باشد ، به طوريكه به هيچ ترتيبي نتوان رفتار كلي آن را با استفاده از يك يا چند مجموعه مستقل دوبعدي تقريب زد ، سازه فضاكار ناميده مي شود . با اين تعريف طيف وسيعي از سازه ها يعني حتي برخي از قوس ها و گنبدهاي آجري گذشته نيز جزو سازه هاي فضاكار محسوب مي شوند ، اما در اينجا منظور سازه هاي سه بعدي خاص هستند كه معمولا داراي اعضاي مستقيم با اتصالات صلب يا مفصلي مي باشند.
 
3- انواع سازه هاي فضاكار :
 
الف) شبكه هاي تخت :
 
به تركيب يك سيستم يك يا چند وجهي با لايه هاي واحد شبكه گفته مي شود . شبكه مسطح تركيبي از يك دو وجهي كه با تيرهاي واحد متصل شده است مي باشد . شبكه هاي تخت مي توانند داراي يك ، دو يا سه و حتي چند لايه باشند ، ولي بيشتر به صورت دو لايه مورد استفاده قرار مي گيرند. شبكه هاي دولايه از دو صفحه موازي كه بوسيله عناصري به هم متصل گرديده اند تشكيل مي شوند . يك نمونه استفاده از اين شبكه ها در آشيانه هواپيما است . زماني كه اعضا در شبكه دولايه طويل شوند براي جلوگيري از خطركمانش كردن از شبكه هاي سه لايه استفاده مي شود و با توجه به اينكه نيمي از هزينه هاي سازه هاي فضاكار را پيوندها تشكيل مي دهند اين نوع سازه ها اغلب غير اقتصادي است . نكته ديگري كه در طراحي شبكه هاي دولايه و اكثر سازه هاي فضاكار بايد در نظرگرفت اين است كه براي توزيع بهتر نيرو و كششي شدن آن ستون ها در داخل شبكه قرار مي گيرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است براي توزيع منظم نيرو در سازه ها در اطراف كنسول داشته باشيم .
 
ب) شبكه هاي چيلك :
 
به شبكه اي كه در يك جهت داراي انحنا باشد ، چليك مي گويند . اين سازه بيشتر براي پوشش سطوح مستطيلي دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون مي باشند و روي لبه هاي چليك كه به تكيه گاه متصل است ، قرار مي گيرند . چليك ها داراي محور مي باشند . اگر چليك يك لايه باشد اتصالات به شكل صلب است . چليك ها اغلب به شكل تركيبي استفاده مي شوند و تيركمري نقش تركيب كردن چليك ها به يكديگر را بازي مي كنند . نكته اي كه در طراحي اين نوع سازه ها بايد در نظرگرفت اين است كه انتهاي چليك بايد قوي باشد و اين تقويت را مي شود بوسيله تير ، و تيروستون و شكل خورشيدمانند انجام داد . انواع چليك ها عبارتند از : چليك اريبي ، چليك لملا با مقاطع بيضي گونه ، سهمي گون ، هذلولي گون و ..... .
 
 اگر شبكه اي در دو جهت داراي انحنا باشد ، گنبد ناميده مي شود . شايد رويه يك گنبد بخشي از يك كره يا يك مخروط با اتصال چندين رويه باشد . گنبدها سازه هايي با صلبيت بالا مي باشند و براي دهانه هاي بسيار بزرگ تا حدود 250 متر مورد استفاده قرار مي گيرند . ارتفاع گنبد بايد بزرگتر از 15% قطر پايه گنبد باشد . گنبدها داراي مركز هستند . از انواع گنبدها مي توان گنبد از نوع دنده اي اشاره كرد كه در صورتيكه تعداد دنده ها زياد باشد بايد به مسئله شلوغي اعضا در راس گنبد توجه شود كه براي اجتناب از اين مسئله بهتر است كه برخي از دنده هاي نزديك راس حذف شود . گنبد ديگري به نام اشفدلر ( مهندس آلماني ) وجود دارد كه تعداد زيادي از اين نوع گنبدها بعد از قرن 19 توسط اشفدلر و ديگران ساخته شده است . از ايرادات اين گنبد مي توان به مسئله شلوغي اعضا در راس اشاره كرد ، كه براي حل اين مشكل همان راه حل بالا ارائه مي شود . نمونه ديگر از گنبدها ، گنبد لملا است . اين گنبد را مي توان به نوعي تركيبي از يك يا چند حلقه كه با يكديگر متقاطع هستند ، دانست . از نمونه ديگر گنبدها مي توان به گنبدهاي ديامتيك و گندهاي حبابي و ژئودزيك اشاره كرد. اتصالات در گنبدهاي دنده اي و اشفدلر حتما صلب هستند . از لحاظ پخش منظم نيرو ، گنبدهاي ژئودزيك ، ديامتيك و حبابي بسيار مناسب هستند .
 
 
 
امتيازات سازه هاي فضاكار :
 
امروزه در سراسر دنيا سازه هاي فضاكار به سرعت در حال پذيرش و مقبوليت در بين طراحان و مهندسين سازه مي باشند ، اين امر را نمي توان فقط مرهون جذابيت و زيبايي بيشتر اين سازه ها دانست ، بلكه دلايل متعددي كه در ذيل به پاره اي از آنها اشاره مي شود در گسترش محبوبيت اين سازه ها موثر بوده است :
 
·  جذابيت و زيبايي بيشتر و قابليت ساخت انواع فرمهاي دلخواه
 
·  ذخيره مقاومتي بيشتر به دليل داشتن درجات نامعيني بالا در مقايسه با ساير سازه هاي متداول .
 
· سختي و صلبيت زياداين سقف ها قابليت استثنايي براي حمل بارهاي بزرگ متمركز و غير متقارن بوجود مي آورد.
 
· سيستم هاي فضاكار براي پوشش سالن هاي بزرگ اجتماعات ،سالن هاي نمايشگاهي ، ورزشگاه ها ،آشيانه هواپيما ،كارخانه هاي صنعتي ،مساجد و به طوركلي تمام سازه هايي كه به نحوي محدوديت تكيه گاه هاي مياني دارند ، ايده ال بوده و دراين موارد از نظر جلوه هاي ظاهري ومسائل سازه اي حالت منحصربفردي رانسبت به ساير سيستم هاي جايگزين ايجاد مي كند .
 
· اكثر سيستم هاي فضاكار پيش ساخته بوده و قطعات مورد نيازآنها انبوه سازي مي شوند به همين دليل اين سيستم ها معمولا به سادگي و در زمان كوتاهي توليد و نصب مي شوند.
 
· دراخرمي توان گفت كه اصلي ترين علت گسترش روزافزون سازه هاي فضاكار در جهان ، اقتصادي تر بودن اين سيستم ها است .
 
سازه های فضا کار
 
سازه های فضایی بعلت پخش نیرودرجهات مختلف از استحکام توام با سبکی استثنایی برخوردارمی یاشد.به نحوی که وزن آنها 35% ازسازههای متداول کمتراست و بعلت استفاده حداکثر از سیستم پیش ساختگی ازسرعت ساخت ونصب بیشتری برخوردار می باشد و بعلت یکپارچگی میتوان کلیه سازه و تاسیسات مربوطه را در تراز زمین سوار کرده و سپس سقف را بالا برده و نصب کرد.
 
سازه فضایی با گسترش فضای بازبدون ستونها مترادف است که این امرراندمان فضا را بسیار بالا می برد(تا 25%) و این گسترش در هر دو بعد براحتی میسر است .
 
شکل منتظم سازههای فضایی نمای خوش آیندی راعرضه می دارد که به لحاظ معماری با ارزش می باشد و از این روست که بسیاری از معماران در سالنها و مراکز اجتماعات و غیره از سقف کاذب استفاده نکرده و خود سازه را به نمایش می گذارند.