مع تطور صناعة البناء و تقدم التكنولوجيا، أصبح السبيس فريم محط اهتمام المهندسين و المختصين في تشييد المباني و اختيارهم الأمثل نظراً لتعدد أنواع السبيس فريم، حيث يعتبر السبيس فريم نظام هيكلي مُبتكَر يحقق استقرار هيكلي ممتاز في المساحات الواسعة، و الذي ينقل صناعة البناء و الإنشاءات إلى مراحل متقدمة ومتطورة لقدرته على تكوين تصاميم دقيقة و فريدة. ففي هذا المقال سنتناول كل ما يجب معرفته عن السبيس فريم، مميزاته وعيوبه، أنواع السبيس فريم، أمثلة سبيس فريم، وأهم تطبيقاته.
ما هو السبيس فريم؟
السبيس فريم (space frame) هو عبارة عن نوع من الهياكل المعدنية ثلاثية الأبعاد التي تستخدم في تشييد المباني ، وهو هيكل إنشائي صلب ، يتميز بخفة الوزن، مصنوع من الدعامات المتصلة ببعضها البعض لتكوين شبكة على شكل هندسي ،مثلث، يتم استخدامه في المساحات الواسعة حيث يتطلب القليل من الدعامات الداخلية، كما يتميز بالقوة والصلابة التي يستمدها من الشكل الهندسي (المثلث) المكون له ، حيث يقوم بتوزيع حمولة المبنى المُمَثلة في عزم الإنحناء بالنسبة لقوى الشد (Tension) والضغط (Compression)، على طول الهيكل الإنشائي بالتساوي مما يساعد على إستقرار المبني وصلابته، فأنواع السبيس فريم متعددة ومختلفة الأغراض.
مكونات السبيس فريم:
يتكون السبيس فريم من العديد من الأجزاء ، أهمها:
- الهياكل المعدنية: وهي التي تتحمل قوى الشد و الضغط ، وتقوم بتوزيعها على أجزاء المثلث لتخفيف الحمولة، وترتبط هذه العواميد ببعضها عن طريق عُقَد وَصل (Nodes) .
- الوصلات العُقدية (Nodes) :تقوم بتوصيل مفصلين أو أكثر من العواميد الهياكل المعدنية ببعضها البعض، وعندما يتم توزيع حمولة المبنى تتم من خلال هذه العُقَد.
- المفصلات الهيكلية (joints) : حيث يجب أن تكون هذه المفاصل قوية و صلبة حتى تدعم توصيل عواميد الهياكل المعدنية ببعضها، كما يمكن أن يتم شراء أجزاء السبيس فريم كوحدات مستقلة مسبقة الصنع ذات شكل وحجم موحَد.
كما تُحَدد هذه الدعامات الداخلية من الوصلات و المفاصل الهيكلية و غيرها ، عن طريق المعايير المعمارية و الإنشائية للهيكل أو المبني المراد إنشاءه لضمان قوة التحمل و الاستقرار ، كما تختلف أيضاً بين أنواع السبيس فريم وبعضها.
أنواع السبيس فريم:
تنقسم أنواع السبيس فريم إلى العديد من الأنواع ، منها:
- الإطارات الخطية :(Linear Frames)
هي عبارة عن إطارات تستخدم في المساحات الكبيرة ، و الهياكل المعدنية بها تكون أفقية، توزع الأثقال على شكلها المثلثي. - الإطارات متعددة الإغراض (Polygonal Frames):
لكل غرض مُضلع قوي خاص به، و كلما انطبق شكل الهيكل على شكل المضلع؛ يجعله يتعرض إلى إجهادات ضغط، مع قلة اجهادات الانحناء و بالتالي يضمن استقرار الهيكل. - الإطارات المنحنية (Curvilinear Frames) :
نوع من أنواع السبيس فريم حيث تتكون الإطارات المنحنية من عقود (nodes) منفردة الإنحناءات، أو عقود مزدوجة، و لكن كانت تظهر مشكلة في التحميل عند التقاء الهيكل بالأرض، لذلك تم تطوير هذا النظام في القرن ال 19 بعمل عُقَد ذو ثلاث مفصلات (joints)، ولكن مع التطور في العقود الثابتة و معرفة كيفية توزيع الأحمال، تم الاستغناء عن هذا النوع. - الفرنديل (Vierendeel Girders) :
هذا النوع من انواع السبيس فريم يمكن إنشاءه بإستخدام الخرسانة، أو الخشب ، أو الحديد، حيث يستخدم هذا النوع من السبيس فريم في تشييد أسقف المباني ذات المساحات الواسعة و فوقها منشآت ذات مساحات قصيرة، حيث يعتمد فكرته على حذف نقاط الارتكاز في المباني. - الأسقف اللاملا (Lamella Roofs) :
في هذا النوع، يتم تغطية المساحة المطلوبة بمجموعتين من السبيس فريم المستوية أو العقود الموازية لقطري المستقيم حتي يحدث تماسك بين العقود و بعضها.
مميزات السبيس فريم:
مميزات السبيس فريم متعددة نظراً لتعدد أنواع السبيس فريم، منها التالي:
- يتميز السبيس فريم بالقوة و المتانة: وذلك بالرغم من أنها تتحمل أحمال ثقيلة، ولكن شكلها الهندسي ثلاثي الأبعاد يوزع حمولة المبنى على جميع أجزاءة بالتساوي
- السبيس فريم يتميز بالاستخدامات العديدة: حيث تسمح الطبيعة المعمارية لنظام السبيس فريم بقابلية صُنع تصاميم متعددة الاستخدامات ، و بالتالي يمكن التخصيص و التوسع السهل، كما يمكن تصميم متطلبات محددة من الحجم والشكل و النمط المعماري لكل نوع من أنواع السبيس فريم.
- سرعة البناء: حيث يمكن توفير اجزاء جاهزة للسبيس فريم و التي تختصر الكثير من وقت البناء، حيث يتم تصنيع هذه المكونات خارج موقع البناء مما يتضمن الجودة و مراقبتها، فبمجرد تسليم هذه الأجزاء تكون عملية تثبيتها سريعة و فعالة.
- فعالية تكلفة البناء: تؤدي خفة وزن إطارات الفضاء إلى تقليل تكاليف المواد، كما تساعد عملية التصنيع المسبق إلى تقليل نفقات العمالة، كما يتميز السبيس فريم بإستمراريته لوقت طويل و انخفاض متطلبات الصيانة، وبالتالي توفير التكاليف على المدى الطويل.
عيوب السبيس فريم:
بالرغم من مميزات السبيس فريم المتعددة إلا أنه قد تواجهه بعض التحديات في بعض أنواع السبيس فريم، فمن عيوب السبيس فريم :
- متطلبات دقة التصنيع العالية: لضمان استقرار الهيكل وسلامته؛ تتطلب تصنيعا عالي الدقة، و خاصة في المباني التي تشغل مساحات كبيرة والجسور والمشاريع الاخري ، لذلك من الضروري وجود معدات و تقنيات معالجة لضمان دقة التصنيع العالية و جودة المكونات.
- المتطلبات الفنية العالية: حيث يتطلب هياكل السبيس فريم مستوى عالى من المهارة و الخبرة للتعامل مع مجموعة كبيرة من المتطلبات التصميمية الهيكلية المعقدة، مثل قطع و ثني و لحام الأنابيب فتتطلب هذه العمليات الخبرة والكفاءة الفنية، كما تتطلب قدرات عالية للتحليل و التصميم و اختبار للهياكل لضمان سلامة واستقرار هياكل السبيس فريم.
- قد يتطلب السبيس فريم تكاليف عالية: وذلك مقارنةً بالهياكل التقليدية، فالفولاذ و المواد المعدنية الأخري تكلفتها أعلى، كما تتطلب عمليات المعالجة والتصنيع قدراً عالياً من الطاقة و الموارد البشرية لذلك تتطلب الاستثمار في القوى العاملة و المعدات الميكانيكية المُستخدمة، فتكون التكلفة الإجمالية أعلى.
- مقاومة التآكل و صعوبة الصيانة: فعادةً ما تكون مباني السبيس فريم في أماكن و بيئات مفتوحة مُعرضَة للتآكل و الصدأ، لذلك يجب مراعاة صيانتها ومعالجة مقاومة الهياكل مثل معالجة الطلاء و مقاومة الصدأ ، بالإضافة إلى تجويف الهياكل من الداخل مما يصعب صيانتها ، و هناك الحاجة إلى الفحص و الصيانة بصورة دورية منتظمة لضمان سلامة واستقرار المبنى.
الأسئلة الشائعة حول السبيس فريم:
ماهي تطبيقات السبيس فريم؟
نظراً لتعدد أنواع السبيس فريم، فهناك أمثلة على السبيس فريم متعددة، فتتعدد تطبيقاته والتي لا تنفرد فقط على الأبنية و المشاريع الضخمة ولكن يوجد العديد من أمثلة على سبيس فريم الأخري، حيث تستخدم أيضاً في السيارات ، في المعارض و المولات، و صالات الرياضة ، صالات المطارات و هناجر الطائرات، كما تستخدم في المخازن، حيث أن الهدف الأساسي للسبيس فريم هو تغطية مساحات واسعة مع عدم وجود أعمدة في المنتصف أو دعامات داخلية.
ما هو الفرق بين السبيس فريم والسبيس تراس؟
تتميز السبيس تراس بقدرتها الفائقة على توزيع الحمولة بفعالية، حيث يتم توجيه القوى وتوزيع الإجهادات عبر الثلاثيات المتصلة، بينما يعتمد السبيس فريم على توزيع الحمولة عبر الهيكل الشبكي الذي يتكون من مستطيلات ومثلثات.
يتطلب السبيس تراس غالبًا كميات أقل من المواد بسبب تصميمه الهندسي المُحسّن، يتطلب السبيس فريم غالبًا كميات أكبر من المواد، ومع ذلك، تعتمد تكاليف البناء على عوامل مختلفة مثل التصميم وطريقة التشييد.
تتيح السبيس ترس إمكانيات تصميمية مرنة وقابلة للتكيف، حيث يمكن تكييفها مع متطلبات المشروع بسهولة، بالمقابل، يمكن للسبيس فريم أن يوفر خيارات تصميمية متنوعة وجذابة، مما يتيح للمهندسين والمعماريين إطلاق العنان لإبداعهم في استخدام أنواع السبيس فريم المتعددة.
ما هي الاتجاهات المستقبلية والابتكارات التي قد يشهدها السبيس فريم؟
مع تقدم التكنولوجيا و استمرار تطور صناعة البناء، قد يلاحظ السبيس فريم ابتكارات وتطور مستمر في السنوات القادمة وذلك من خلال استكشاف الاتجاهات المستقبلية فيمكننا التنبؤ بكيفية تشكيل نظام السبيس فريم ليكون مصاحب للبيئة في المستقبل، كما يستطيع المهندسون تلبية احتياجات المشاريع المختلفة بإستخدام أنواع السبيس فريم المختلفة.
ما الفرق بين السبيس فريم و الهياكل المعدنية التقليدية؟
السبيس فريم هو نظام فعال يتحمل الضغوط و الأثقال بشكل أكبر من الهياكل المعدنية التقليدية ، حيث يتميز السبيس فريم بالثبات والقوة مع القليل من الانحناءات، مما يجعله خياراً أولاً في تصاميم المباني التي تتطلب استقراراً عالياً.
