به سازه ای كه اصولا رفتار سه بعدی داشته باشد ، به طوریكه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار كلی آن را با استفاده از یك یا چند مجموعه مستقل دوبعدی تقریب زد ، سازه فضاكار نامیده می شود . با این تعریف طیف وسیعی از سازه ها یعنی حتی برخی از قوس ها و گنبدهای آجری گذشته نیز جزو سازه های فضاكار محسوب می شوند ، اما در اینجا منظور سازه های سه بعدی خاص هستند كه معمولا دارای اعضای مستقیم با اتصالات صلب یا مفصلی می باشند.
انواع سازه های فضاكار :
الف) شبكه های تخت : به تركیب یك سیستم یك یا چند وجهی با لایه های واحد شبكه گفته می شود . شبكه مسطح تركیبی از یك دو وجهی كه با تیرهای واحد متصل شده است می باشد .
شبكه های تخت می توانند دارای یك ، دو یا سه و حتی چند لایه باشند ، ولی بیشتر به صورت دو لایه مورد استفاده قرار می گیرند. شبكه های دولایه از دو صفحه موازی كه بوسیله عناصری به هم متصل گردیده اند تشكیل می شوند . یك نمونه استفاده از این شبكه ها در آشیانه هواپیما است . زمانی كه اعضا در شبكهدولایه طویل شوند برای جلوگیری از خطركمانش كردن از شبكه های سه لایه استفاده می شود و با توجه به اینكه نیمی از هزینه های سازه های فضاكار را پیوندها تشكیل می دهند این نوع سازه ها اغلب غیر اقتصادی است .
نكته دیگری كه در طراحی شبكه های دولایه و اكثر سازه های فضاكار باید در نظرگرفت این است كه برای توزیع بهتر نیرو و كششی شدن آن ستون ها در داخل شبكه قرار می گیرند و ستون به چند گره متصل شود و بهتر است برای توزیع منظم نیرو در سازه ها در اطراف كنسول داشته باشیم .
ب) شبكه های چلیك : به شبكه ای كه در یك جهت دارای انحنا باشد ، چلیك می گویند . این سازه بیشتر برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضا فاقد ستون می باشند و روی لبه های چلیك كه به تكیه گاه متصل است ، قرار می گیرند . چلیك ها دارای محور می باشند .
اگر چلیك یك لایه باشد اتصالات به شكل صلب است . چلیك ها اغلب به شكلتركیبی استفاده می شوند و تیركمری نقش تركیب كردن چلیك ها به یكدیگر را بازی می كنند . نكته ای كه در طراحی این نوع سازه ها باید در نظرگرفت این است كه انتهای چلیك باید قوی باشد و این تقویت را می شود بوسیله تیر ، و تیروستون و شكل خورشیدمانند انجام داد . انواع چلیك ها عبارتند از : چلیك اریبی ، چلیك لملا با مقاطع بیضی گونه ، سهمی گون ، هذلولی گون و ..... .
اگر شبكه ای در دو جهت دارای انحنا باشد ، گنبد نامیده می شود . شاید رویه یك گنبد بخشی از یك كره یا یك مخروط با اتصال چندین رویه باشد . گنبدها سازه هایی با صلبیت بالا می باشند و برای دهانه های بسیار بزرگ تا حدود 250 متر مورد استفاده قرار می گیرند . ارتفاع گنبد باید بزرگتر از 15% قطر پایه گنبد باشد . گنبدها دارای مركز هستند .
ج)سازه های کش بستی
سازه های کش بستی شکل نوینی از سازه های مشبک فضا کار هستند که در آنها از کابل ها به عنوان جایگزینی برای عناصر کششی استفاده شده است و سختی سازه ای این مجموعه مشبک حاصی نیروی پیش تنیدگی موجود در اعضای آن می باشد. به عبارت ديگر وجه تمايز اين سازهها با سيستم هاي خرپاي فضايي معمولي جايگزيني كابل ها با ميله هاي مورد استفاده در سيستم هاي معمول است. از مزاياي اين سازهها مي توان وزن كم, راحتي حمل و نقل، شكل معماري زيبا و راحتي نصب آنها را نام برد.
به تعبیر فولر از این سازه ها دریایی از اعضای کششی ( کابلها ) به صورت یک مجموعه کاملا پیوسته، اجتماعات نا پیوسته و جزایر گونه المان های فشاری را در بر میگیرند به گونای که به هر گره از سازه دست کم یک عضو فشاری و سه المان کششی کابلی ملحق می شود.
از زمان تولد سازه های کش بستی در اذهان بشری توسط اسنلسون فولر و امریچ ( سال 1948 ) تا کنون ، این سازه ها به جهت وزن کم ناشی از کم بودن نسبی تعداد عناصر فشاری _ خاصیت انعطاف پذیری ناشی از پیش تنیدگی _ قابلیت تاشوندگی _ تنوع اشکال _ تعداد کاربرد و ... موضوعی جذاب و جالب برای محققان بوده است.
سازه های فضایی بعلت پخش نیرو در جهات مختلف از استحکام توام با سبکی استثنایی برخوردار می یاشد.به نحوی که وزن آنها 35% از سازه های متداول کمتر است و بعلت استفاده حداکثر از سیستم پیش ساختگی از سرعت ساخت و نصب 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 باز بدون ستونها مترادف است که این امر راندمان فضا را بسیار بالا می برد(تا 25%) و این گسترش در هر دو بعد براحتی میسر است .
ویژگیهای سازه های کش بستی:
ـ قابلیت پوشش دهانه های با عرض زیاد: این سیستم قادر به پوشاندن دهانه های بزرگ با حداقل مداد مواد مصرفی می باشد
ـ سرعت نصب: به علت پیش ساخته بودن قطعات سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می باشد
ـ وزن کم و قابلیت جابه جایی : این سیستم دارای مزن کم بوده و قابلیت جا به جایی با دست را دارد
ـ انعطاف پذیری در طراحی :این سازه قابلیت افزایش و کاهش سطح را دارد و امکان جا به جایی ستونها بدون اینکه خطری برای سازه ایجاد گردد میسر می شود
ـ مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی : این سازه مقاومت بسیار خوبی در برابر بارهای دینامیکی همچون زلزله و بار باد دارد
ـ ظاهر زیبا :از نظر نمای ظاهری زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف کاذب در این سازه نیست.
ـ ایمنی سازه : سختی زیاد سازه تغییر شکل سازه را پایین می آورد. درجه نامعین این نوع سازه بالا بوده و معمولا خرابی موضعی باعث خرابی کل سازه نمی گردد و بعلت رفتار سه بعدی ، توضیع تنش در تمام جهات انجام می گردد.