יישומים של מבנה שפראם במערכות אדריכליות מודרניות.

הבניינים המורכבים והחדשניים ביותר של ימינו חורגים בבירור מגבולות התיבות המלבניות הפרימיטיביות ששלטו בעריכת האדריכלות בעבר. הם מאפיינים קווים מורכבים, חללים שמתפשטים מעבר לטווח הראיה הנראה של העמודים, ומערכות גגות צפים שנעלמים. בנייה מסוג ספייספריים (Spaceframe) היא גישה מבנית שמאפשרת למימוש כל העיצובים הללו. אם כי בנייה מסוג ספייספריים אינה חדשנות רעילה, השימוש בה ותחומי היישום שלו באנטיקטורה המודרנית גדלים באופן משמעותי. לעיתים קרובות, הפתרונות לבעיות שאדריכלים מודרניים נאלצים להתמודד איתן בעת שואפים לאחד בין צורה לתפקוד, מבוססים על בנייה מסוג ספייספריים. בעיצובים שבהם יש דרישה לנפח מרבי ולחשיפה מקסימלית של חללים, נהוג בדרך כלל להשתמש בבנייה מסוג ספייספריים.

מאפייני ספייספריים

מסגרת חלל היא מערכת מבנית במרחב תלת-ממדי. בניגוד למבנים קונבנציונליים המשתמשים בקרשים ובעמודים המורכבים בתבנית רשת, מסגרת חלל משתמשת ברשת של אלמנטים מבניים המורכבים בתבנית גאומטרית. התבניות הנפוצות ביותר הן משולשיות ומפרימידיות. ההבדל העיקרי הוא שקרש קונבנציונלי יקבל עומס בכיוון אחד בלבד, בעוד שקרש 'מסגרת חלל' יקבל עומס בשלושה כיוונים. בעוד שקרש קונבנציונלי יתוכנן בדרך היעילה ביותר עבור העומס אותו הוא תומך, מסגרת חלל מפיצה את העומס לאורך כל המערכת המבנית, מה שמאפשר לבנות טווחים גדולים במיוחד ללא צורך בקרשים גדולים במיוחד או בעמודים המרוכזים בצפיפות. עובדה זו הופכת את המבנה של מסגרת החלל ליעיל מאוד, ולעיתים קרובות יותר מאשר מבנה קונבנציונלי.

פיתוח של מרחבים פתוחים רחבים וצורות בולטות

מכשול משמעותי בעיצוב אדריכלי הוא היכולת לכסות מרחבים גדולים ללא עמודים שיפריעו לחלל, מאחר שהם חוסמים קווי ראייה ומקשים על מיקום של אלמנטים נוספים. השימוש במערכות תלת-ממדיות (Spaceframes) מאפשר לעצמאי לעצב מרחבים גדולים בלתי מופרדים, אשר היו בלתי מעשיים להשגה באמצעות מסגרות פלדה מסורתיות. זהו הסיבה העיקרית לשימוש הרחב במערכות תלת-ממדיות בבניית נמלים תעופה גדולים, אצטדיונים ספורט ומרכזי כנסים. הגגות הגדולים שלהן מכסים שטחים נרחבים ללא צורך בקשתות תמיכה. עם זאת, מערכות תלת-ממדיות אינן רק פונקציונליות. העיצוב של המערכת התלת-ממדית יוצר דפוס מרשים ומושך במיוחד. במקרים רבים, המערכת התלת-ממדית משאירה חשופה כאלמנט עיצובי, כאשר הדפוס החוזר של משולשים או פירמידות יוצר קצב ומזמין את הצופים להשתתף. האלמנטים מתעצמים כאשר הם מוארין באור ומשליכים צללים. המערכת התלת-ממדית משתלבת באדריכלות ונהיית חלק מהעיצוב.

קל משקל, יעיל ומשתמש בחומרים חכמים

מערכות מסגרת חלל יש להן גם יתרון בולט מבחינת יעילות החומר. מכיוון שהמטענים מתפזרים דרך מספר גדול של רכיבי מבנה קטנים, ניתן לאמץ חתכים צולבים קטנים יותר מאשר במערכות מסורתיות של קרשים ועמודים. זה מוביל להפחתה בכמות הפלדה המשמשת, מה שמביא להפחתה במשקל המבנה ובגודל היסודות התומכים. פחות פלדה גם אומר יסודות קטנים יותר וחסכונות הן במונחים כספיים והן במונחים של משאבים. הבנייה הקלה של מערכות מסגרת חלל מקלה על הובלתן ואפשרת הרכבה מהירה יותר. משמעות הדבר היא שניתן להרכיב את אתר הבנייה בזמן קצר יותר, מה שמאיץ את תהליך בניית המבנה ומפחית את ההפרעות באזור האתר. בסביבה שבה טווח החלקים הנעים הולך וגדל תמיד, הצעות מחיר קשיחות יותר, והזמן המוקצב לפרויקט הולך וקטן, היתרונות של מסגרת חלל מעוצבת היטב הם בולטים. בדרך כלל, הרכיבים של מסגרת חלל מיוצרים מפלדה, אשר עמידה וחזקה באופן טבעי. בהיעדר ניקוז, מסגרת חלל יכולה למלא את תפקידיה המיועדים במשך עשורים רבים.

השימוש במערכים תלת־ממדיים בסוגי בניינים שונים

מערכות תלת־ממדיות ניתנות ליישום בכל סוגי הבניינים, בין אם הם סימבוליים ובין אם הם פונקציונליים. בבנייני תעשייה ומסחר כגון מפעלים, מחסנים ומراكז הפצה, נדרשים לעיתים קרובות שטחים גדולים ללא עמודים כדי לאפשר את הצבת מכונות או מערכות אחסון. מערכות תלת־ממדיות מספקות פתרונות כאלה. רעיון זה חל גם על בנייני מסחר כגון מרכזי קניות, מרכזי תערוכות ואמפירים בבנייני משרדים. באדריכלות המודרנית נכללים גם צורות מורכבות במיוחד, בעיקר בגגות. אלו עשויות לכלול עקומים או מדרונות, ולפעמים להיות לא סימטריות. במקרים כאלה, מבנה המסגרת המסורתי עלול להפגין מגבלות משמעותיות, בעוד שמערכות התלת־ממדיות יתפקדו באופן יוצא דופן. ניתן להתאים מערכות תלת־ממדיות כמעט לכל צורה, מה שאומר שניתן להשיג קומות כיפתיות, קומות קשתיות ואחרות בצורות חופשיות בקלות רבה בהשוואה לקורות ועמודים מסורתיים.

יתרונות נוספים של בניית מערכות תלת־ממדיות

יתרון משמעותי של מבנה הספייספריים הוא האינטגרציה הטובה שלו עם מערכות בנייה אחרות. החללים בין האיברים יכולים לקלוט את המערכות המכניות, החשמליות והאינסטלציה. ניתן להתקין תאורת נקודתית ישירות על המסגרת, וצינורות מיזוג האוויר יכולים להיות משולבים בתוך המסגרת. זה שומר על התקרה נקייה ומאורגנת, ובמבנים שבהם הספייספריים חשוף, הוא הופך חלק מהעיצוב של התקרה. עם התייחסות האדריכלות לסביבה ולקיימות בזמננו, גם היעילות של בניית הספייספריים מהווה יתרון. היעילות בחומרים פירושה שימוש בכמות קטנה יותר של פלדה בייצור ובתחבורה, מה שמפחית את הרגל הפחמנית הקשורה לכך. המבנה הקל של הספייספריים מפחית את כמות הבטון הנדרשת לבסיסים. והיכולת ליצור מרחבים גדולים ופתוחים מאפשרת לעתים קרובות אור טבעי טוב יותר וויסות אוויר יעיל יותר, מה שמוביל לצמצום הצריכה האנרגטית.

פתרון חכם לאתגרים מודרניים

המבנים של היום עומדים בפני דרישות גבוהות מאוד מבחינת הפונקציונליות והאסתטיקה שלהם. צפוי מהם לענות על דרישות משתנות לאורך זמן, וכן להיבנות באופן יעיל כלכלית וזמני. מערכות מסגרת-מרחב (Spaceframe) עונות על דרישות שغالבًا קשה למערכות מסורתיות יותר לעמוד בהן. כדי לכסות את המרחב הפתוח של טרמינל נמל תעופה, אצטדיון ספורט, מרכז כנסים או מבנה תעשייתי – ביעילות ובשיקול דעת – ולתת חופש תכנון, מערכות מסגרת-מרחב מספקות שוב ושוב את אותן כוחות מרכזיים. ככל שהתכנון נעשה פחות מוגבל, כך מסגרת-המרחב הופכת יותר ויותר זהה לאתגרים מסוג זה.

לפרויקטים הדורשים מרחבים פתוחים ומבנים מורכבים של גגות, מערכות מסגרת-מרחב (Spaceframe) צריכות להיות חלק מהדיון. הן מציעות כמות עצומה של חופש תכנון, תוך הפעלת יעילות בלתי מושגת, והן הוכחו כמוצלחות ברחבי העולם, ותרמו תרומה מכרעת לאפשרות התכנון המודרני.