هندسه‌ی شبکه‌های فضایی- تفکر در سه بعد
معماران و احتمالاً بیش از آنان مهندسان، برای پوشش دهانههای مختلف به سازه‌های مسطح از قبیل تیرها، خرپاها و قاب‌های مسطح فکر می‌کنند. در بیشتر موارد در صورتی که طراحی به صورت سه بعدی انجام شود و برای دهانههای متوسط و دهانههای بلدن از سازه‌های فضایی استفاده شود، مزایای بیشتری به دست می‌آید. این کار به ویژه در شرایطی که ساختمان تحت تأثیر بارهای نقطه‌ای سنگین و یا بارهای متمرکز قرار داشته باشد، صادق است.
در حقیقت همه‌ی سازه‌ها سه بعدی و دارای طول، ارتفاع و ضخامت‌اند. اگر چه تیرها و خرپاهای مسطح اغلب رفتار سازهای دو بعدی دارند، اما این عناصر سازهای به طور کلی در یک صفحه ( و اغلب در صفحه‌ی سازهای قائم بین دو تکیه‌گاه) در برابر بارهای وارد مقاومت می‌کنند. در چنین سازه‌های ساده‌ای عاقلانه نیست که پایداری آنها را در سه بعد فراموش کنیم. برای مثال در تیرها و خرپاهای تحت خمش، با افزایش دهانه ارتفاع بیشتری لازم است و در نتیجه تمایل ناحیه فشاری برای کمانش در جهت عمود بر صفحه قائم افزایش می‌یابد. برای مقابله با چنین مسأله‌ای باید مهاربندی‌های جانبی در ناحیه فشاری پیش‌بینی شود. شاید یک سیستم متشکل از تیرهای موازی با مهاربندی‌هایی عمود بر دهانه، برای بهره بردن از مزایای رفتار سازهای سه بعدی که در زیر توضیح داده می‌شود، مناسب‌تر باشد. به دلیل طبیعت صفحه‌ای تیرها و خرپاهای منفرد، این نوع سازه‌ها باید برای تأمین مقاومت کافی در برابر انواع بارهای نقطه‌ای و نیروهای متحرکی که به آنها وارد می‌شود، طراحی شوند. پایداری تیرها و خرپاها با برخی تغییرات در مهاربندی‌های جانبی و یا توزیع بار بین تیرهای مجاور تأمین می‌شود. چنین سیستمی یک سازه‌ی سه بعدی را به وجود می‌آورد که در آن بارها به سرعت در یک سیستم سه بعدی توزیع می‌شوند. تمامی اعضا در مقاومت در برابر بارهای وارده شرکت می‌کنند، مگر این که بار بر روی تکیه‌گاه یا در نقطه‌ای در نزدیکی تکیه‌گاه وارد شود.
چرا سازه‌هایی با رفتار دو طرفه؟
برای مشخص کردن این که چرا از سازه‌هایی با رفتار دو طرفه استفاده می‌کنیم، می‌توان بر روی یک مثال آشنا در منازل در منازل مسکونی تأمل کرد. در روکش بافنده شده مشبکی که برای چهارپایه‌ها یا نگهداری پشتی صندلی‌ها به کار می‌رود، اگر نوارهای شبکه فقط در یک جهت به کار رفته باشد، بار وارده بر یک نوار موجب افت در آن خواهد شد و بار فقط به دو طرف قاب تکیه‌گاهی انتقال پیدا خواهد کرد. اما اگر نوارهای شبکه در دو جهت عمد بر هم بافته شده باشند، نوار بارگذاری شده توسط بقیه نوارها نگه داشته می‌شود. این کار افت نوار بارگذاری شده را کاهش می‌دهد و بار وارده را در تمام قسمت‌های قاب تکیه‌گاهی توزیع می‌کند. در حالت دوم، هر نوار به فقطی توانایی تحمل تمام بار وارد شده را ندارد و ممکن است سازه‌ی سبک‌تری برای نگهداری قاب به کار رود. مزیت دیگر آن این است که اگر یکی از نوارها پاره شود، هنوز صندلی به عنوان یک کل، می‌تواند بار را تحمل کند.
حالت مشابهی ممکن است در استفاده از سازه‌هایی با دهانه‌هایی در دو جهت در معماری و مهندسی اتفاق بیفتد. برای مثال بار وارده بر تیر ساده‌ی یک طرفه یا خرپای مسطح، باید به طور مستقیم از سازه به سمت تکیه‌گاهایش انتقال یابد. اما اگر شبکه‌ای با اتصال تیرها یا خرپاها در صفحه افق شکل گرفته باشد، بار عمودی وارد شده بر هر یک از تیرها یا خرپاها در تمامی اعضاء شبکه و هم چنین در تمامی تکیه‌گاه‌ها پخش خواهد شد.
اگر چه در این موارد رفتار سازه نسبت به آن چه در بالا در مورد شبکه‌های بافته شده توضیح داده شد، (خمش و برش برای تیرها، نیروهای محوری برای خرپاها و کشش خالص برای شبکه‌های بافته شده متفاوت می‌باشد) این شکل از تیرهای متقاطع اغلب به عنوان شبکه‌های تک لایه تعریف می‌شوند و مثال خیلی رایج آن در ساختمان، دال صندوقچه‌ای از بتن مسلح است که دنده‌های عمودی آن توسط صندوقچه‌هایی تولید می‌شود و شبکه‌ای از تیرهای متقاطع را که دال نازک طبقات را نگه می‌دارند، شکل می‌دهد.
زمانی که دهانه‌ی سازه بیشتر از 10 متر می‌شود، استفاده از اعضای تیر در شبکه‌ی تک لایه‌ای اقتصادی نیست و خرپاهای با جان باز یا شبکه‌های ویرندیل ممکن است جایگزین تیرهای توپر شود. در این صورت سازه از دو شبکه موازی افقی که با یک الگوی عمودی یا مایل از اعضای جان واقع در بین دو صفحه شبکه به هم متصل شده‌اند، تشکیل می‌شود. این سازه‌ی سه بعدی به صورت کلی به عنوان شبکه‌های دو لایه یا شبکه‌های فضایی معرفی می‌شود، هم چنین اغلب بسته به نوع مهاربندی بین دو لایه و روش‌های اتصال اعضا به عنوان قالب فضایی یا خرپای فضایی شناخته می‌شود. شبکه‌های دو لایه دلیل توانایی تقسیم و حمل بار در تمام سازه است و به عنوان یکی از کارآترین و سبک‌ترین سیستم‌های سازهای شناخته می‌شوند.
عبارت «قالب فضایی» بیشتر توسط مهندسان و معماران برای توضیح انواع گوناگونی از شبکه‌های دولایه‌ای که حتی ممکن است بارها را توسط رفتارهای سازهای کاملاً متفاوتی حمل کنند، به کار می‌رود. انواع شبکه‌های قاب فضایی به شرح زیر است:
1- شبکه‌های دو لایه با اعضای مایل جان
2- شبکه‌های دو لایه بدون اعضای مایل جان