بخشی از مقاله
بررسی میزان مصالح فولادي به کار رفته در سه نوع سقف گنبدي ، سوله اي و فضاکار
چکیده
پوشش دهانه هاي بزرگ به دلیل حذف ستون هاي میانی و تحمل بار گسترده از دیر باز مورد توجه مهندسان بوده است. دهانه هاي بزرگ امروزه عمدتا توسط سقف هاي گنبدي ، سازه هاي فضا کار و سقف هاي سوله اي پوشیده می شوند.سازه هاي فضا کار به علت دارا بودن تعداد اعضاي زیاد و درجه نا معینی بالا داراي سختی زیادي هستند و همچنین سقف هاي گنبدي بدلیل وجود انحناي هندسی نیز داراي سختی زیادي هستند. در این تحقیق سه نوع سقف گسترده ي گنبدي ، سوله اي و فضا کار از طریق مدل سازي در نرم افزار و با استفاده از مقطع بهینه در تمامی مقاطع سازه به مقایسه هزینه و مقدار مصالح به کار رفته در هرکدام می پردازد.
واژگان کلیدي: سقف گنبدي، سازه فضا کار، سقف سوله اي، مقطع بهینه.
.1 مقدمه
در میان سازه هاي فضا کار ، سازه هاي فضا کار دو لایه به دلیل سختی جانبی و قائم بالا ، مقاومت مناسب در مقابل بارهاي جانبی ناشی از زلزله، قابلیت پوشش دهانه هاي بزرگ بدون نیاز به ستون هاي داخلی و نیز جذابیت هاي معماري فوق العاده، سبکی ، سرعت بالاي عملیات نصب و همچنین کمترین آثار زیست محیطی می توانند مورد توجه مهندسان سازه و معماران قرار گیرند. سقف هاي گنبدي نیز که از دیر باز در ایران مورد استفاده قرار می گرفته است در شکل و انواع مختلف اجرا و ساخته می شده است . بیش از 100 شکل از سقف هاي گنبدي در ایران وجود دارد که اکثر آن ها همچنان پابرجا و استوار هستند.سقف هاي سوله اي به خاطر اجراي سریع ، ایجاد فضاهایی با دهانه هاي بزرگ و سبک بودن اسکلت سازه اي و تبع آن عملکرد مناسب در برابر زلزله به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. نیروي زلزله اغلب زمانی در این نوع سازه ها حاکم است که سازه داراي جرثقیل سنگین باشد ، در غیر این صورت نیروي باد حاکم بر طراحی خواهد بود [1]
.2 سازه فضا کار
در طراحی این سازه ها بار مرده ناشی از وزن خود سازه ، بار برف ، بار باد و بار زلزله در نظر گرفته می شود. بارهاي مرده ، باد و برف با توجه به کاربري مورد انتظار و منطقه ي محل احداث سازه و بر اساس دستورالعمل هاي موجود در آیین نامه هاي بارگذاري و آیین نامه ي سازه هاي فضا کار با تقریب خوبی قابل محاسبه می باشند ولی برآورد بارهاي جانبی ناشی از زلزله به منظور تحلیل هاي خطی ، به دلیل عدم وجود ضرایب رفتار مشخص با عدم قطعیت همراه می باشد.
این نوع سازه ها به علت ماهیت دو نیرویی بودن ، رفتار آنها از بهینه ترین سازه ها می باشند . این سازه ها نیرو را به صورت کشش و فشار منتقل می کنند و با توجه به سختی قابل توجه محوري به راحتی نیرو ها وارده را منتقل می کنند . اما عیب بزرگ این نوع سازه ها جاگیر بودن آنها می باشد .
1
بر اساس آیین نامه ي طراحی ساختمان ها در برابر زلزله ، استاندارد 2800 ایران سازه هاي فضا کار جزو سازه هاي غیر ساختمانی محسوب شده و مقدار ضریب رفتار 3/5 براي این سازه ها در نظر گرفته شده است .[2] بر اساس آیین نامه UBC ، در بخش سازه هاي غیر ساختمانی به برج هاي خرپایی اشاره شده و مقدار ضریب رفتار 2/9 براي این سازه ها در نظر گرفته شده است .[3]
.3 سوله
تجربه زلزله هاي گذشته نشان می دهد که قاب هاي شیب دار فولادي (سوله) اغلب رفتار مناسبی در برابر زلزله از خود نشان می دهند .
سبکی این سازه ها از جمله عواملی است که موجب بهبود رفتار لرزه اي این نوع سازه ها می شود . رفتار لرزه اي مناسب این نوع سازه ها در زلزله بم در سال 1382 نشان می دهد [4] خسارت هاي بوجود آمده بیشتر از نوع غیر سازه اي است به صورتی که سازه پس از زلزله پایداري خود را حفظ کرده و فقط دیوارهاي پیرامون آن تخریب جزئی داشته است.ضریب شکل پذیري سوله ها نیز با با افزایش طول دهانه ، افزایش می یابد . [5] بر اساس مطالعات انجام شده بر روي تعدادي سوله ، ضریب رفتار پیشنهادي آیین نامه [6] 2800 که براي قاب خمشی فولادي متوسط ( ( R=7 می باشد در جهت اطمینان است در حالی که مقدار متوسط آن برابر 8/808 می باشد . [7]
.4 سقف گنبدي
سقف هاي گنبدي از یکسو مقاومت چشمگیري در زلزله هاي مخرب از خود بروز داده اند و از سوي دیگر رفتار دینامیکی و لرزه اي آنها تا حدود زیادي ناشناخته است . آماري که پس از زلزله از سازه ها گرفته شده نشان می دهد که هیچکدام از این نوع سازه ها خسارت جدي که باعث خرابی سازه شود ندیده و به خاطر همین بسیاري از این سازه ها در طی زمین لرزه پناهگاه کسانی که خانه شان را از دست داده بودند شده است .
افزایش بار برف در گنبد ها باعث افزایش پریود نوسان سازه شده و تاثیر بسزایی در پاسخ دینامیکی آن دارد همچنین تغییر مکان افقی گنبد با افزایش خیز و شکل پذیري افزایش می یابد . [8]
.5 تعریف مسئله
پوشش دادن فضاهایی که داري سطح وسیعی نظیر مراکز خرید ، رستوران ها ، مراکز تجمع و ... که مستلزم حذف ستون هاي میانی می باشند به طور معمول توسط سطوح گنبدي یا فضاکار و یا سوله اي پوشیده می شوند . هر کدام از این نوع سطوح داراي مزایا و معایبی می باشند که نسبت به دیگري برتري دارد به طور مثال سبکی ، زیبایی ، راحتی اجرا و ... که از پارامتر هاي ارزیابی سقف مورد نظر و دلخواه می باشد . یکی از پارامتر هایی که بایستی مورد توجه قرار گیرد میزان مصالح به کار رفته در ساخت و تنظیم سطح می باشد و این که چه میزان صرفه اقتصادي در سطح انتخابی وجود دارد.
.6 مشخصات هندسی مدل ها
سوله اي با متراژ 720 متر مربع که در جهت طولی داراي 6 دهنه ي 6 متري و در جهت افقی داراي دهانه 20 متري و با زاویه سقف نسبت به افق 15 درجه می باشد در نرم افزار SAP2000 مدل سازي شده است . مهاربند هاي آن به طول 7/2 متر و به صورت ضربدري می باشد
. براي افزایش صلبیت سقف شیب دار اجراي سیستم بادبندي آن در دهانه هاي ابتدایی و انتهایی صورت گرفته است . مقاطع مهاربند ها از نوع دوبل نبشی 10،8،6 با فاصله پشت به پشت یک سانتی متر بوده که تعداد و نوع آنها در جدول 1 آورده شده است .
2
شکل :1 مدل سازي سقف سوله اي
جدول -1 مشخصات مقاطع مهاربند سازه سوله
نوع تعداد طول (m)
2 L 80 5 7/2
2 L 60 2 7/2
2 L 100 1 7/2
لاپه ها ( پرلین ها ) داراي مقطع z شکل می باشند . معمولا نیمرخ هاي z شکل تولید شده توسط کارخانه هاي سازنده داراي فولاد با
مقاومت بالا (Fy >= 3500 kg/cm^2) می باشد و از این رو اینگونه مقاطع با ضخامت هاي کمتر نیز قادر به تحمل بارهاي وارده هستند . ضمنا
چون با افزایش تنش تسلیم Fy نسبت عرض به ضخامت بالها براي کنترل پدیده کمانش موضعی کاهش می یابد لذا با خم کردن انتهاي آزاد بالها در مقاطع z شکل ، شرایط مرزي بال را از ورق تقویت نشده به تقویت شده تغییر می دهند تا ضریب کمانش موضعی ورق بال افزایش یابد . فاصله لاپه ها برابر یک متر در نظر گرفته شده است . مقطع لاپه ها به صورت زیر می باشد :
شکل - 2 مقطع پرلین ها
تیر ها و ستون هاي سوله داراي مقاطع I شکل غیر منشوري می باشند که طول ستون ها برابر 4 متر و طول تیر ها برابر 20 متر می باشد . مقطع
1-1 در شکل 3 ابتداي ستون ( عرض بال 25 سانتی متر ، ارتفاع مقطع 25 سانتی متر ، ضخامت جان 1 سانتی متر ، ضخامت بال 2 سانتی متر ) و
مقطع 2-2 انتهاي ستون ( عرض بال 25 سانتی متر ، ارتفاع مقطع 50 سانتی متر ، ضخامت جان 1 سانتی متر ، ضخامت بال 2 سانتی متر) است.
