دانلود مقاله سازه وانواع آن

word قابل ویرایش
29 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

سازه وانواع آن

یک سازه مهندسی هر مجموعه ای از اعضای متصل به هم است که برای تحمل وانتقال مطمئن بارهای ( نیروهای )‌وارده به کار گرفته می شود. به طور معمول سازه به تکیه گاه ( یا تکیه گاههایی )‌ارتباط می یابد.
بدیهی است که یک سازه به منظور برآورد نیاز انسان طراحی و ساخته می شود از این رو باید از مقاومت واستحکام کافی برخوردار باشد به سخن دیگر سازه دستگاهی است که نیروهای وارده را تحمل کرده وبه محیط انتقال می دهد و ضمن این تحمل و انتقال مشخصات هندسی و مکانیکی خود را تاح دودی حفظ می نماید.
بنابراین یک سازهء ‌مناسب نباید در اثر بارهای وارده فرو ریزد ویا شکل هندسی اش به اندازه ای تغییر نماید که دیگر مورد استفاده نباشد. بااین تعریف گسترده سازه های بی شماری را می توان نام برد از آنجا که معرفی همهء سازه های موجود ممکن نیست دراینجاتنها به آوردن نام چند سازه از جمله ساختمانهای مسکونی ،‌کارخانه ها ، سدها . پلها زیر دریاییهای هواپیماها کشتیها ورزشگاهها و دستگاههای مکانیکی بسنده می شود.

نظر به کاربری متفاوت سازه ها آنها را به شکلهای گوناگونی می سازند هر سازه پیچیده را می توان از به هم پیوستن چند شکل ساده به دست آورد دراینجا توجه خواننده را به این نکته جلب می نماید که یک عامل بسیار مهم در چگونگی تحمل بار و پخش نیروهای دالخی شکل سازه است . شکل واقعی سازه با مطلوب سازی به صورت الگوی سادهای در می آید و سپس به تحلیل به کار گرفته می شود.
به طور کلی سازه ها را به دو گروه : رشته ای یا خطی و پیوسته دسته بندی می نمایند سازه های رشته ای از عضوهای باریک تشکیل می شوندوبه صورتهای یک دو ویا سه بعدی طراحی می گردند.
ویژگی اصلی عضوهای رشته ای این است که ابعاد مقاطع آنها در برابر طولشان بسیار کوچک می باشد. یادآوری می گردد که عضوهای رشته ای به دو صورت مستقیم ویا خمدار به کار میروند. سازه های رسیمانی قوسی خرپایی ، تیری قابی و شبکه ای چند نمونه از سازه های رشته ای هستند که شکل آنها در زیر نشان داده شده است .

مقاومت سازه های ریسمانی به دلیل انعطاف پذیری در برابر خمش ناچیز است و در نتیجه این گونه سازه ها فقط توانایی تحمل نیروهای کششی را دارند. از سازه های ریسمانی هنگامی که هدف انتقا لویا تحمل بار کششی باشد استفاده می شود.
از موارد کاربرد آنها می توان پلهای معلق خطوط انتقال نیرو و سیمهای مهار برجهای بلند را نام برد. در یک پل معلق وزن پل و بارهای وارد بر آن توسط سازه ریسمانی به تکیه گاههای پل منتقل می شود.

از سوی دیگر قوسها سازه هایی سخت اند و شکل خمدار آنها چنانکه در مورد سازه های ریسمانی ملاحظه شد تابع بار وارده نیست. هرچند سازه های قوسی توانایی تحمل بارهای کششی برشی و خمشی را دارند با وجود این سازه های مزبور بویژه در مواردی که از رانش تکیه گاههایشان جلوگیری می شود نیروهای فشاری را با شایستگی بیشتری تحمل می نمایند.

به طور کلی از سازه های قوسی در مواردی استفاده می گردد که بارهای وارده باید بیشتر به صورت فشاری ( تا برشی و خمشی )‌تحمل شوند وافزون بر این کاستن از لنگر خمشی مقاطع سازه نیز مورد نظر باشد. اگر قوسی دارای هیچ گونه لنگر خمشی نباشد و در مقاطع آن تنها نیروهای فشاری و بر شی موجود باشد به آن قوس مطلوب (‌ایده آل ) گویند.

یک نمونه قوس مطلوب هنگامی است که سازه به شکل سهمی درجه دوسه مفصلی اختیار گردد و بار قائم وارد بر آن یکنواخت باشد . باید آگاه بود در حالت کلی شکل قوسهایی که پلها را حمایت می کنند. نزدیک به سهمی اختیار می شود چرا که بار پل تقریبا به طور یکنواخت و با شدتی ثابت به قوسها وارد می گرد

د.
خرپاها عضوهای میله ای باریک مستقیم دارند که در دو انتها توسط چوش پرچ پیچ و بارها تنها در محل اتصال عضوها (‌گره )‌به خرپا وارد گردند و مفصلهای خرپا بدون مالش باشند.
با وجود آنکه عملا در مفاصل خرپاها به مقدار کمی اصطکاک وجود دارد با این حال فرض مطبور تحلیل را آسان می نماید و تنها خطای ناچیزی را در محاسبات وارد می سازد.
دراین شرایط عضوهیا خرپا فقط نیروی محوری ( فشاری یا کششی)‌تحمل خواهند نمود هرچند این سازه های به شکلهای گوناگون ساخته می شوند با وجود این خرپاها بیشتر از اجزای مثلثی تشکیل می گردند .

به دلیل مقاومت خوب خرپاها در برابر خیز در مکانهایی که دهانه بین تکیه گاهها به طور نسبی زیاد باشد برای انتقال بارها به تکیه گاهها از سازه های خرپایی استفاده می شود. به عنوان نمونه سازه های خرپایی در پاره ای از پلها سقفهای کارگاهها و تالارها به کار می روند.
گونه دیگری از سازه ها که کاربردی فراوان دارند تیرها هستند. سازها های تیری بارهای جانبی وارده رااز طریق خمشی که در آنهاایجاد می شود تحمل می کنند بارهای وارد بر تیر در مقاطع

مختلف آ“‌لنگر خمشی ایجاد می نمایند و تیر با تحمل این لنگر بارها را به تکیه گاهها انتقال می دهد لنگر خمشی یاد شده در یکسوی محور خنثای مقطع نیروهای فشاری و در سوی دیگر آن ‌نیروهای کشی ایجاد می نماید افزون بر لنگر خمشی در حالت کلی نیروهای برشی ومحوری نیز در مقاطع تیرها به وجود می آیند برخلاف خرپاها سازه های تیری از نظر ارتفاع جای زیادی نمی گیرند و در واقع بسیار فشرده هستند به همین دلیل از آنها به طور گسترده ای در سقف ساختمانهای چند طبقه استفاده می شود.
از سوی دیگر مقاطع تیرها همانند خرپاها و با ریسمانها به طور یکنواخت زیر تنش قرار نمی گیرند از این رو سازه های تیری چندان اقتصادی نیستند. در واقع هنگامی که تارهای بالایی وپائینی مقطع تیر زیر تنش عمودی بیشینه هستند تارهای مرکزی آن تنش عمودی بسیار کمی تحمل می کنند بنابراین تیرها بر خلاف ریسمانها ویا خرپاها از مصالح مقطع به گونهای مقرون به صرفه اقتصادی

استفاده نمی کنند.
سازه های قابی به طور گسترده ای در ساختمانهای به کار میروند . دراین سازه ها ازعضوهای خمشی (‌عضو خمشی ،‌عضوی است که در برابر خمش مقاومت می کند)‌ برای تیرها و ستونها استفاده می شود.
گره های یک سازه قابی بیشتر به صورت صلب و در برخی موارد به صورت مفصلی ساخته می شوند.
در پاره ای از قابلها عضوهای خرپایی برای مقاوم سازی سازه در برابر بارهای جانبی مورداستفاده قرار می گیرند . در قابهای سه بعدی افزون بر لنگر خمشی نیروهای برشی و محوری لنگر پیچشی نیز در مقاطع آنها وجود دارند .

باید افزود با فرضهایی قابهای سه بعدی را به صورت دو بعدی در آورده و آنها را ساده تر تحلیل می کنند. شبکه ها از نظر شکل هندسی هماندن قابهای مستوی هستند . تفاوت شبکه و قاب مستوی دراین است که در شبکه بارها در صفحه سازه به آن وارد نمی شوند بلکه به صورت عمود بر شبکه بر آن وارد می گردند.
به طور معمول گره های شبکه ها صلب ساخته می شوند. نیروهای مقاطع شبکه ها لنگر خمشی نیروی برشی و لنگر پیچشی اند از شبکه ها در سقفهای با دهانه های بزرگ استفاده می شود.
اینک سازه های غیر رشته ای مورد بررسی قرار می گیرند. این نوع سازه ها را سازه های پیوسته

نیز می گویند باید دانست سازه های پیوسته به صورتهای دو بعدی و سه بعدی ساخته می شوند سدها و دیوارهای حجیم نمونه های سه بعدی این گونه های سازه ها می باشند از سوی دیگر برای ساده کردنتحلیل وهنگامی که یک بعد سازه همواره از بعدهای دیگر آن کوچکتر باشد آن را مطلوب سازی نموده و به صورت دو بعدی در می آورند.
سازه های پرده ای یک نمونه دو بعدی از سازه های مورد بحث هستند. ویژگی مهم سازه های پردهای دراین است که نرم وانعطاف پذیر بوده و ضخامت کمی دارند وتنها نیروی کششی را تحمل می کنند در واقع سازه های پردهای نوع دو بعدی سازه هایی ریسمانی هستند لاستیکهای ساده یا مسطح و پارچه ها اگر به صورت باربر مورد استفاده قرار گیرند این ویژگی را دارا می باشند. همچنین چادرهای صحرایی و پوشش توپهای بازی دو نمونه از سازه های پرده ای هستند.
صفحه ها نمونه ای دیگر از سازه های پیوسته اند که در شکلهای متفاوت مانند چارگوشه و گرده به کار می روند. این سازه هاتخت و دارای ضخامت بوده و بر خلاف پرده ها سخت می باشند . در ساختمانها و ماشینهای صنعتی از صفحه ها استفاده های فراوانی می گردد.

چگونگی تحمل نیروها به وسیله صفحه ها همانند تیرهاست بااین تفاوت که سازه های صفحه ای به صورت دو بعدی رفتار می کنند در وهله نخست صفحه ها نیروهای وارده را با تحمل لنگر خمشی ایجاد شده انتقال می دهند با وجود این نیروها ی برشی و در پاره ای از موارد نیروهیا محوری نیز در مقاطع این گونه سازه ها به وجود می ایند.

پوسته ها همانند صفحه ها نیستند ولی خمیده شکل اند و به همین دلیل برای دهانه های بزرگ مناسبتر می باشند. طراحان از شکل پذیری بتن دراجرای پوسته ها استفاده نموده و بناهای زیبایی می سازند . باید دانست نوع دو بعدی قوسها همان سازه های پوسته ای هستند. نیروهای وارده بر پوسته ها در وهله نخست به وسیله نیروهای فشاری و یا کششی مقاطع انتقال می یابند با وجود این مقاطع پوست ها زیر اثر لنگرهای خمشی و نیروهای برشی نیز قرار دارند.

سقفهای تا شده انبارهای غلات ( سیلوها)‌و گنبدها نمونه هایی از سازه های پوسته ای هستند از جمله دیگر کاربردهای پوسته ها می توان مخازن بسته دارای فشار داخلی را نام برد.
سازه های معین و نامعین
از دیدگاه تخیلی سازه ها در دو گروه معین و نامعین جای می گیرند در سازه های معین شماره مجهولهای سازه با تعداد کل معادله های آن برابر است باید آگاه بودکه مجهولهای ……نیرویی سازه همان نیروهای داخلی و واکنشهای تکیه گاهی هستند و معادله های آن مجموعه معادلات ایسایی و شرط است به سخن ساده تر تحلیل سازه های معین تنها با به کار گرفتن معادلات ایستایی و شرط امکان پذیر می شود.
در برابر اینها سازه های نامعین قراردارند که شمار مجهولهای نیرویی آنها بیش از شمار کل معادله های آنهاست از این رو بی نهایت دسته جواب برای نیروهای داخل و واکنشهای تکیه گاهی این گونه سازه ها می توان یافت که همه آنها معادلات تعادل و شرط سازه را برآورده می سازند این امر نشان دهنده آن است که تحلیل سازه های نامعین تنها با به کاربردن معادلات تعادل و شرط انجام پذیر نیست و تعدادی معادله اضافی مورد نیاز است .

به طور کلی معادلات اضافی مورد نیاز برای تحلیل سازه های نامعین بر پایه روابط سازگاری وتغییر شکلهای سازه استوارند واز میان تمامی دسته جوابهایی که در معادلات تعادل و شرط سازه صدق می کنند تنها آن دسته پاسخ واقعی مجهولهای نیرویی سازه است که روابط سازگاری را نیز برقرار سازد.
تعداد معادلات اضافی مورد نیاز برای تحلیل سازه های نامعین که برابر با تفاوت میان شمار مجهولهای مستقل نیرویی سازه و شمار کل معادله های آن می باشد درجه نامعینی سازه نامیده می شود.

بر اساس این تعریف درجه نامعینی سازه های معین برابر با صفر است و سازه های با درجه نامعینی منفی ناپایدارند. باید دانست که هر سازه با درجه نامعینی مثبت به طور حتم پایدار نمی باشد.
تعیین درجه نامعینی سازه ها
در جه نامعینی سازه های را می توان با روشهای متفاوتی محاسبه نمود از میان این روشها روشهای معلوم و مجهول حلقه مقطع و درخت کاربرد بیشتری دارند که در ادامه به شرح آنها پرداخته می شود باید دانست که تمامی این روشها بر پایه تعریف درجه نامعینی و مقایسه تعداد مجهولهای مستقل نیرویی و معادله ای سازه استوارند و تنها اختلاف آنها در چگونگی محاسبه مقادیر مزبور است .
بسته به نوع و ویژگیهای سازه مورد نظر به کارگیری یکی از روشهای یاد شده ممکن است درجه نامعینی سازه را ساده تر و سریعتر از سایر روشها به دست دهد تشخیص روش مناسب برای حل هر مسئله به عهده تحلیلگر است .
باید افزود دو نوع درجه نامعینی داخلی و خارجی وجود دارد. درجه نامعینی داخلی سازه ناشی از قیدهای درونی آن است ولی درجه نامعینی خارجی سازه ناشی از نیروهای اضافی واکنشهاست .
روش معلوم و مجهول
در روش معلوم و مجهول که به کار گرفتن آن برای همه سازه ها مناسب است تعداد مجهولها و تعداد معادله ها به طور مستقیم محاسبه و با یکدیگر مقایسه می شوند بااین کار می توان روابط ساده ای برای تعیین درجه نامعینی گونه های مختلف سازه ها پیدا نمود.
این روش برای سازه های خرپایی و قابی دو بعدی در ادامه بخش ارائه می گردد و به روش مشابه برای سازه های دیگر قابل گسترش است .

هر عضو سازه های خرپایی تنها یک نیروی داخلی مجهول دارد که همان نیروی محوری است از این رو خرپایی با B عضو دارای B نیروی مجهول عضوی است و در صورت داشتن R واکنش تکیه گاهی تعداد کل مجهولهای نیرویی آن B+R خواهد شد همچنین در هر گره از یک خرپای دو بعدی دو معادلهء‌تعادل مستقل برقرار است . برای خرپایی با J گره می توان ۲J معادل تعادل گرهی برپا نمود.
به این ترتیب چنانچه درجه نامعینی سازه با حرف N نشان داده شود رابطه ای که روش معلوم و مجهول برای محاسبه درجه نامعینی سازه های خرپایی دو بعدی ارائه می نماید به صورت زیر خواهد بود:

N=(B+R)-2J
اینک رابطه ای برای تعیین درجه نامعینی سازه های تیری قابی و قوسی دو بعدی ارائه می گردد: در حالت کلی در هر مقطع از یک عضو خمشی دو بعدی یک نیروی محوری یک نیروی برشی و یک لنگر خمشی وجود دارد.
بنابراین هر عضو خمشی در حالت کلی دارای سه نیروی داخلی مجهول است چنانچه سازه دارای B عضو باشد شمار نیروهای مجهول عضوی آن ۳B خواهد بود. همچنین اگر سازه مورد نظر دارای R واکنش تکیه گاهی باشد تعداد کل مجهولهای عضوی و تکیه گاهی آن به ۳B+R خواهد رسید.
از سوی دیگر در هر گره از یک سازه خمشی دو بعدی سه معادله تعادل مستقل برقرار است بنابراین در صورت وجود J گره می توان ۳J معادله تعادل مستقل برپا نمود.
سرانجام اگر C معادله شرط که برابر با تعداد قیدهای رها شده داخلی سازه است موجودب اشد تعداد کل معادله های سازه ۳J+C خواهدشد . به این ترتیب می توان رابطه زیر را برای تعیین درجه نامعینی سازه های خمشی دو بعدی ارائه نمود:

N=(3B+R)-3J+C N=3(B-J)+R-C
نکته مهم در به کاربردن رابطه اخیر محاسبه درست مقدار c است به عنوان نمونه در روش معلوم و مجهول تعداد واکنشهای تکیه گاهی سازه به طور مستقل در معادله بارا وارد می گردد. روشنا ست که در محل هریک از قیدهای رها شدهء تکیه گاهی یک معادله شرط خارجی برقرار می باشد که در حقیقت نشان دهنده صفر بودن مقدار واکنش تکیه گاهی در محل قید رها شده است .

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 29 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد