بخشی از پاورپوینت
--- پاورپوینت شامل تصاویر میباشد ----
اسلاید 1 :
از نظر مهندسي؛ سازه بلند به سازه اي اطلاق مي شود كه نسبت ارتفاع به ابعاد ديگر آن باعث شود نيروهاي جانبي ناشي از باد و زلزله ، بر طراحي آن تاثير قابل توجهي بگذارد و يا از ديدگاهي ديگر ساختمان هاي بالاي ده طبقه و زير صد طبقه را ساختمان بلند و بالاي صد طبقه را آسمان خراش مي نامند
لذا مقاوم سازي در اين سازه ها به علت ارتفاع زياد از دو نظر مورد اهميت بسيار مي باشند
تاثير نيروي باد بر سازه
تاثير نيروي زلزله
در اين مقاله به روشهايي که براي مهار نيروي باد بر سازه به کار مي روند؛ خواهيم پرداخت و بررسي روش ميراگر در مهار نيروي زلزله را به کنفرانس بعدي محول مي نماييم
نيروي باد
سازه هاي بلند اوليه به علت وزن زياد ساختمان با ديوارهاي باربر ساخته شده از مصالح بنايي چنان بودند که نيروي باد قادر نبود به جاذبه زمين غلبه كند .
با افزايش ارتفاع، سرعت باد افزايش مي يابد. سرعت متوسط باد، استاتيك است؛ يعني ثابت است ولي سرعت وزش هاي ناگهاني ديناميكي است؛ بنابراين در طراحي ساختمان ها علاوه بر خمش يك طرفه (ناشي ازبرخورد باد به يك طرف ساختمان(، خمش دو طرفه كه تنش هاي برشي و پيچشي اضافي روي اعضاي سازه وارد مي كند و در نهايت تغيير مكان دوطرفه ايجاد مي كند، روبرو هستيم.
اسلاید 2 :
سازه هاي متداول براي ساختمانهاي بلند
اهميت اثر نيروي جانبي با بالا رفتن ارتفاع ساختمان با سرعت زيادي افزايش مي يابد. در ارتفاع معيني تغيير مکان جانبي ساختمان چنان زياد مي شود که ملاحظات سختي کنترل کننده طرح مي گردند تا اينکه مقاومت مصالح سازه اي . درجه سختي اساسا بستگي به نوع سيستم سازه دارد . به علاوه بازده هر سيستم خاصي مستقيما با مقدار مصالح مصرف شده ارتباط دارد. بنابراين از بهينه کردن سازه براي شرايط فضايي معيني بايد با حداقل وزن حداکثر سختي حاصل شود . اين عمل منجربه ابداع سيستم هاي سازه اي مناسب براي حدود ارتفاعات معين مي گردد. بعضي از عواملي که در توسعه اين سيستم هاي تازه نقش مهمي داشته اند عبارتند از:
- مصالح سازه اي با مقاومت زياد.
- عمل مرکب بين عناصر سازه اي ساخته شده از دو يا چند نوع مصالح.
- روش هاي جديد اتصال قطعات.
- تخمين رفتار پيچيده سازه ها توسط نرم افزارها
- استفاده از مصالح ساختماني سبک تر.
- روش هاي اجرايي جديد.
در بخش هاي زير متداول ترين سيستم هاي سازه اي مورد بحث قرار مي گيرند.در اين بحث ها طرح هاي هندسي نمونه، رفتار سازه ها تحت بار گذاري و بازده سيستم ها مورد تاکيد مي باشند.
- سازه ديوار باربر
- سازه هسته برشي
- سازه تير ديواري
اسلاید 3 :
سازه ديوار باربر
از لحاظ تاريخي سازه هاي ضخيم و سنگين ساخته شده از مصالح بنايي بوده اند .وزن زياد و انعطاف ناپذيري آنها در طرح افقي باعث عدم استفاده مؤثر از آنها در ساختمان هاي بلند گرديد. اما پيشرفت تکنولوژي جديد در استفاده از مصالح بنائي مهندسي ساخته شده و قطعات بتني ساخته مفهوم ديوار باربر را براي ساختمان هاي با ارتفاع متوسط اقتصادي ساخته است. اين سيستم براي انواعي از ساختمان ها که در آنها تقسيمات مکرر فضا لازم است مانند آپارتمان ها و هتل ها قابل استفاده مي باشد. روش ديوار باربر براي انواع طرح و شکل ساختمان ها مناسب است. نقشه هاي افقي اين طرح ها از شکل هاي مستطيلي ساده تا شکل هاي دايره اي و مثلثي متغيير مي باشند. سازه هاي ديوار باربر عموماً شامل مجموعه اي از ديوارهاي خطي مي باشند. بر اساس نحوه قرار گرفتن اين ديوارها در ساختمان آنها را مي توان به سه گروه اصلي تقسيم نمود:
- سيستم ديوار عرضي که شامل ديوار هاي خطي در امتداد عمود بر طول ساختمان مي باشد و در نتيجه مانع نماکاري نماي اصلي نمي گردد.
- سيستم ديوار طولي که شامل ديوارهاي خطي موازي طول ساختمان مي باشد از اين رو ديوار نماي اصلي را تشکيل مي دهد.
- سيستم دو طرفه که شامل ديوارهاي موازي عرض و طول ساختمان مي باشد.
اسلاید 4 :
همچنين ممکن است ساختمان را بطور مشخصي به قسمت هاي سازه اي مختلف تقسيم کرد بطوري که هر قسمت سيستم ديوار جداگانه اي را به کار برد.
ترتيب قرار گرفتن ديوارها که در اينجا بحث شد در مورد ساختمان هاي مستطيلي ممکن است به وضوح قابل بيان باشد،اما در مورد ساختمان هاي با تصاوير افقي پيچيده تر طبقه بندي کردن ممکن است تا حدودي مشکل باشد. رفتار سازه ديوار باربر تحت بارگذاري بستگي به مصالح مصرف شده و نحوه اثر متقابل صفحه افقي کف و صفحه قائم ديوار دارد.به عبارت ديگر اين رفتار تابعي از درجه پيوستگي(اتصال) ديوارها به يکديگر و به دال هاي کف مي باشد.اتصال سازه کف به ديوارهاي پيوسته را بايد مفصلي تصور کرد.(با فرض اين که هيچگونه سيستم اتصال خاصي به کار نرفته باشد)، در صورتي که در ساختمان هاي بتني در محل ريخته شده، دال هاو ديوارها بطور واقعي متصل و پيوسته هستند. واضح است که ساختمان بتني در محل ريخته شده، با توجه به رفتار سه بعدي اش،خيلي سخت تر از ساختمان ساخته شده ار مصالح بنائي يا قطعات پيش ساخته مفصلي مي باشد و اين نکته بتن را براي ساختمان هاي بلندتر اقتصادي مي سازد.
بارهاي قائم با ايجاد خمش از سازه کف مستقيما به ديوارها انتقال مي يابند. دهانه هاي متداول کف ها (يعني فاصله بين ديوارها ) بسته به ظرفيت حمل بار و صلبيت جانبي سيستم کف و عوامل ديگر بين 12 تا 25 فوت متغير مي باشند.چون ديوار بارها را خيلي شبيه به يک ستون باريک و عريض مقاومت مي کند پايداري آن در مقابل کمانش بايد کنترل گردد.
تنش هاي فشاري در ديوار تابعي از دهانه کف، ارتفاع و نوع ساختمان و اندازه و ترتيب سوراخ هاي ديوار(براي در و پنجره و غيره)مي باشد. سوراخ هاي ديوار بايد روي يک محور قائم قرار داده شود تا از تمرکز و ترکيب تنش ها در اثر ترتيب متناوب پنجره ها اجتناب گردد.
کف هايي که بصورت خارج از مرکز به ديوارها متصل مي باشند لنگرهاي خمشي ايجاد مي کنند که ديوار بايد آنها را نيز مقاومت کند.
نيروهاي افقي به وسيله سازه کف که مانند ديافراگمي افقي عمل مي کند به ديوارهاي برشي موازي امتداد نيرو توزيع مي شود. اين ديوارهاي برشي به دليل صلبيت زياد شان مانند تيرهاي با عمق زياد عمل مي کنند و در مقابل برش،خمش و واژگوني، مثل آن واکنش نشان مي دهند
اسلاید 5 :
در مقابل نيروي باد موازي با جهت کوتاه ساختمان، ديوارها در سيستم ديوار عرضي نه فقط بارهاي وزن را تحمل مي کنند بلکه در مقابل برش ناشي از باد نيز مقاومت مي نمايند. از طرف ديگر سيستم ديوار طولي اين دو وظيفه ديوارهاي عرضی را تخصصي مي نمايد. ديوارهاي طولي بارهاي وزن را تحمل مي نمايند و نيروهاي باد را به صورت خمش موضعي به ديافراگم کف يا مستقيما به ديوارهاي برشي واقع در وسط يا دو انتهاي ساختمان منتقل مي کنند.
در مورد اثر باد روي ضلع کوتاه ساختمان که اهميت کمتري دارد، ديوارهاي باربر در سيستم ديوار طولي اکنون به صورت ديوار هاي برشي نيز عمل مي کنند. در سيستم ديوار عرضي ديوارهاي برشي را ممکن است در امتداد کريدور مرکزي قرار داد. در ساختمان هاي بتني در محل ريخته شده، پايداري در اثر رفتار يکپارچه سيستم کف-ديوار که مانند يک واحد صندوقي با خمش واکنش نشان مي دهد تامين مي گردد.
بنابراين با فرض ديافراگم هاي کف بي نهايت صلب آنها مستقيماً به نسبت سختي نسبي شان بارهاي باد را مقاومت مي کنند.اما اگر طرح ديوارها چنان باشد که نيروي برآيند باد از مرکز جرم ديوار هاي مقاوم عبور نکند، پيچش ايجاد مي شود که باعث افزايش برش در بعضي از ديوار ها مي گردد.
رفتار ديوار برشي در مقابل بار گذاري جانبي به مقدار زياد بستگي به شکل آن در تصوير افقي يعني اينرسي حاصله در مقابل خمش دارد.
ديوارهاي برشي به ندرت ديوارهاي توپر مي باشند زيرا غالبا در آنها سوراخ هايي براي پنجره و غيره تعبيه مي شود که باعث ضعيف شدن آنها مي گردد. تعداد، اندازه و ترتيب قرار گرفتن اين سوراخ ها ممکن است شديدا در رفتار ديوار تاثير داشته باشد.
اسلاید 6 :
اگر ديوار فقط داراي سوراخ هاي پنجره کوچک باشد تحت بار گذاري جانبي مثل ديوار تو پر رفتار مي کند. بارهاي زياد وزن چنان فشاري در ديوار توليد مي کنند که دوران(خمش) ايجاد شده در اثر باد هرگز قادر به غلبه کردن آن در طرف رو به باد نمي باشد.
با قرار دادن سوراخ هاي در دريک ديوار برشي داخلي به طور متناوب به طوريکه در آن ديوار به صورت واحد هايي تکرار شود. نتيجه مشابه اي به دست مي آيد. اما در منتهي اليه ديگر که در آن سوراخ ها به صورت شکافي ديوار را به دو واحد جدا تقسيم مي کنند هر يک از واحد ها به صورت ديوار جداگانه عمل مي نمايدو نصف بار را تحمل مي کند.در چنين حالتي به دليل بارهاي وزن به نسبت کم امکان اين که در ديوار کشش ايجاد شود کاملا وجود دارد. همچنين براي ديوار برشي داخلي در جايي که پيوستگي در عرض کريدور فقط به وسيله دال کف تامين مي شود، با اطمينان مي توان فرض نمود که دو قسمت ديوار به صورت جداگانه و انفرادي عمل مي کنند ولي به علت وزن مرده بيشتر ممکن است در اثر باد کشش ايجاد نشود.
تعيين رفتار سيستم ديواري که بين حالت هاي منتهي اليه مورد بحث در بالا قرار دارد نسبتا مشکل است. رفتار اين سيستم هاي ديواري بستگي به مقدار صلبيت ايجاد شده به وسيله قسمت هاي فوقاني و تحتاني پنجره ها (يا درها) در مقابل برش قائم دارد. ديوار را ممکن است به صورت دو قطعه جدا تصور نمود که موقع مقاومت کردن بارهاي جانبي تا حدودي روي يکديگر اثر متقابل دارند.
در اين بحث فرض شده است که ديوار هاي باربر، توپر و مسطح و در صفحه هاي قائم مي باشند. اما ديوارها ممکن است از شبکه عناصر مورب يا اعضا خطي ستوني در فواصل نزديک تشکيل شده باشند. آنها همچنين ممکن است منحني شکل يا تاب دار و در صفحه هاي مايل قرار گرفته باشند
اسلاید 7 :
سازه هسته برشي
سيستم ديوار خطي باربر براي ساختمان هاي آپارتماني که در آنها وظايف و نحوه استفاده ساختمان ثابت است کاملاً مناسب مي باشد. اما براي ساختمان هاي تجارتي و اداري حداکثر انعطاف پذيري در تقسيم بندي فضا لازم مي باشد، از اين رو در اين ساختمان ها فضاهاي باز و وسيع مطلوب است که بتوان آنها را به وسيله جدا کننده هاي متحرک تقسيم کرد. يک راه حل متداول اين است که سيستم هاي قائم حمل و نقل و توزيع انرژي (مانند آسانسور، پله ها، و مجراهاي عبور وسايل مکانيکي) را يک جا جمع کرده تا بسته به اندازه و وظيفه ساختمان تشکيل هسته يا هسته هايي بدهند. اين هسته ها به عنوان سيستم هاي ديوار برشي مورد استفاده قرار مي گيرند و پايداري جانبي لازم را براي ساختمان تأمين مي کنند. به نظر مي رسد که از لحاظ شکل و محل هسته در داخل ساختمان هيچ گونه محدوديتي وجود نداشته باشد. خصوصيات سيستم هاي هسته به قرار زير مي باشند:
- شکل هسته
1- هسته باز در مقابل هسته بسته
2- هسته تنها در مقابل هسته توام با ديوارهاي خطي
- تعداد هسته ها: هسته انفرادي در مقابل چندين هسته.
- محل هسته ها: داخلي در مقابل محيطي و در مقابل خارجي
- ترتيب قرار گرفتن هسته ها: متقارن در مقابل نا متقارن
- هندسه ساختمان به عنوان مولد شکل هسته: مولد مستقيم در مقابل مولد غير مستقيم
اسلاید 8 :
هسته ها را مي توان از فولاد، بتن يا ترکيبي از هر دو ساخت. در هسته قابي فولادي براي رسيدن به پايداري جانبي مطلوب، ممکن است از خرپا استفاده کرد.سيستم قاب نسبتا انعطاف پذير است، از اين رو فقط براي ساختمان هاي به نسبت کوتاه به کار مي رود. براي ساختمان هاي بلندتر در قاب از مهار بندي قطري (به صورت خرپاي قائم) استفاده مي شود تا سختي لازم براي هسته به دست آيد. مزيت هسته هاي قابي فولادي در سوار کردن نسبتا سريع قطعات پيش ساخته مي باشد.
از طرف ديگر هسته بتني علاوه بر حمل بارها، فضا را نيز محصور مي کند و از لحاظ حفاظت در مقابل آتش هيچ گونه ملاحظه اضافي لازم نيست. فقدان شکل پذيري و قابليت تغيير شکل پلاستيک بتن به عنوان يک ماده ساختماني از لحاظ بار گذاري زلزله اشکال اين نوع هسته ها مي باشد.
هسته هاي برشي را مي توان به صورت تيرهاي بسياري مجسم کرد که از زمين طره شده و بارهاي جانبي را مقاومت مي کنند. بنابراين تنش هاي خمشي و برشي توليد شده در هسته، با فرض اينکه تاب رفتار يک هسته تحت بارهاي جانبي بستگي به شکل، درجه همگن بودن و صلبيت آن و جهت بار دارد. در هر طبقه سوراخ هايي در هسته وجود دارد و مقدار پيوستگي ايجاد شده به وسيله قسمت هاي فوقاني و تحتاني اين سوراخ ها روي رفتار هسته اثر تعيين کننده دارد. هسته به خصوص تحت بار گذاري نامتقارن که پيچش ايجاد مي کند ممکن است مانند يک مقطع باز عمل کند و قسمت بالاي آن تاب بردارد. بنابراين در قسمت فوقاني هسته تنش هاي برشي پيچشي اضافي و در پاي آن خمش جانبي و برش اضافي در بال ها توليد مي شود
اسلاید 9 :
سازه تير ديواري
- سيستم هاي فاصله گذاري و خر پاي متناوب
- سيستم هاي مرکب از قاب و ديوار برشي
- سيستم هاي دال مسطح
- سيستم هاي مرکب از ديوار برشي و قاب توام با خرپا هاي کمر بندي صلب
- سيستم هاي لوله اي در سازه برج:
سيستم هاي فاصله گذاري و خرپاي متناوب
در اين بخش اساسا تيرهاي هم ارتفاع طبقه که دهانه ها را در جهت کوتاه ساختمان مي پوشاند مورد نظر مي باشد .
اين تيرها که بر رديف هائي از ستون ها در امتداد ديوارهاي خارجي متکي مي باشند ممکن است خرپاهاي فولادي يا بتني ، و يا ديوارهاي بتني توپر باشند.
متداول ترين سازه هاي تير ديواري سيستم هاي فاصله گذاري و خرپاهاي متناوب مي باشند. خرپاها يک طبقه در ميان به کار برده مي شوند. اين خرپاها دال هاي کف را هم در تار فوقاني و هم در تار تحتاني شان نگه مي دارند. فضاي آزادي که در طبقات متناوب (يک در ميان) ايجاد مي شود براي بعضي از انواع ساختمان ها که در طرح ريزي فضاهاي آنها انعطاف پذيري لازم است سودمند مي باشد. ساختمان متشکل از خرپاهاي متناوب از سيستم فا صله گذاري خيلي سخت تر مي باشد. در اينجا خرپاها در تمام طبقات بکار مي روند ولي بصورت متناوب قرار داده مي شوند. با به کار بردن تيرهاي ديواري به ارتفاع طبقه بطور متناوب، دال هاي کف فقط نصف فاصله بين خرپاها رامي پوشانند و فضاهاي باز نسبتاً بزگي ايجاد مي شود. اين دال هاي کف از يک طرف روي تار فوقاني يک خرپا قرار دارند و از طرف ديگر از تار تحتاني خرپاي بعدي که در طبقه بالا قرار دارد آويزان مي شوند. طرز قرار گرفتن خرپاها در ارتفاع ساختمان تا حدودي شبيه طرح آجر کاري ديوارها مي باشد
اسلاید 10 :
سيستم خرپاهاي متناوب در موقع مقاومت بارهاي افقي و قائم به نحو خيلي مؤثري عمل مي کند. اين روش در مورد ساختمان هاي بلند نسبت به قاب هايي که بطور معمولي مهار بندي شده اند در حدود 40 در صد کمتر فولاد مصرف مي کند و اتصالات کمتري در محل ساختمان لازم دارد. اين سيستم تاکنون براي ساختمان هاي تا حدود 30 طبقه به کار رفته است.
در سازه هاي تير ديواري سيستم فاصله گذاري طبقاتي که داراي خرپا هستند، مانند قطعات صلب، فوق العاده سخت مي باشند و به سختي تغيير شکل مي دهند. .ولي طبقات باز (طبقاتي که داراي خرپا نمي باشند) فقط ازستون ها مي توانند براي تحمل بار جانبي استفاده کنند.
تغيير شکل اين ستون ها مشابه تغيير شکل ستون هاي يک قاب صلب معمولي مي باشد.
در سيستم خرپاي متناوب فرض مي شود که دال هاي کف مانند ديافراگم هاي افقي بي نهايت سخت عمل کنند، از اين رو همه نقاط واقع در روي هر يک از کف ها تغيير مکان افقي مساوي خواهند داشت. بنابراين قاب هاي خرپايي مجاور يکديگر مجبورند که مشترکا بصورت واحد عمل کنند. به عبارت ديگر از جمع تغيير شکل هاي جداگانه دو قاب مجاور بطور تقريبي حالت تغيير شکل يافته تمام سيستم بدست مي آيد. تغيير شکل ساختمان مشابه تغيير شکل يک تير طره اي صلب مي باشد.
منحني تغيير شکل ساختمان نشان مي دهد که لازم نيست ستون ها براي لنگرهاي خمشي در امتداد جهت کوتاه ساختمان طرح کردند. بنابراين دال هاي کف که مانند ديافراگم هاي صلب عمل مي کنند
