بخشی از مقاله
خلاصه
بناهای بزرگ در معماری پیش از اسلام در دوران هخامنشی و پارتی و ساسانی، مانند کاخهای بزرگ تختجمشید و شوش، فضاهای پرستونی بوده اند. با بهره گیری از سازههای تاقی نیاز به فضاهای بزرگ همچنان وجود داشت. این فضاها دو شکل داشتند، نخست فضایی بزرگ و نمادین و نیمه باز به نام ایوان و دوم فضای بزرگ مرکزی. این فضای مرکزی بزرگ میبایست با آسمانهای منحنی پوشیده میشد و برای این کار گنبد بهترین گزینه بود. ازآغاز ساخت نخستین گنبدها حدود دوهزار سال میگذرد. در بیان کلی، گنبد شکلی است که از چرخش یکی از انواع قوس حول محوری که از راس آن گذشته و به وسط قاعده آن عمود است حاصل میشود.
دراین مقاله گنبد مسجد جامع عباسی - مسجد امام اصفهان - به منظور بررسی رفتار سازه ای تحت بار باد طرح اصفهان در سه حالت مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته و مقادیر تنشهای اصلی و جابجایی محاسبه شده است. در حالت اول پوسته پایین یه صورت تک پوسته، در حالت دوم پوسته بالایی به صورت تک پوسته و در حالت سوم گنبد دوپوسته گسسته بدونخشخاشی - تقویت نشده - در نظر گرفته شده است. تحلیل غیر خطی با استفاده از روش المان محدود سه بعدی و با استفاده از نرم افزار ANSYS انجام گرفته است. در مطالعات آینده این گنبد همراه با دیوارهای - خشخاشی، تقویت - آجری موجود مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
.1 مقدمه
بناهای تاریخی و باستانی هر ملت به منزلهی شناسنامهی تاریخ و تمدن آنها و آینهی تمام نمای هویت فرهنگی و اجتماعی و برگ زرینی بر حاصل تلاش های گوناگون گذشتگان آنها میباشد. دنیای طاقهای ایرانی پر از زیبایی و گوناگونی و شگفتی است. در کمتر کشوری در جهان میتوان معمارانی را یافت که این گونه فرهنگ غنی از آسمانههای زیبا به وجود آورده باشند. دراین مقاله گنبد دوپوسته گسسته آجری مسجد جامع عباسی - مسجد امام اصفهان - ، تحت بار باد طرح اصفهان مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته است.
.2 مروری بر پیشینه تحقیق
شواهد موجود نشان میدهد که اندیشه ساخت گنبدهای دوپوسته گسسته از قرن چهارم هجری قمری در ایران شکل گرفته است. بنای گنبد قابوس در سال 397 هجری قمری اگرچه نخستین گنبد دوپوسته گسسته به جای مانده است، اما پیشرفت ساختمانی آن نقطه عطفی در معماری ایرانی است. گنبد دو پوسته گسسته رک پس از گنبدهای یک پوسته و پیش از گنبدهای دوپوسته پیوسته وترکین با باریکه تاق، در ردیف دومین گونه ساختمانی گنبد های ایران قرار گرفته است. در گنبدهای دوپوسته گسسته، پوسته داخلی متناسب با فضای زیرین ساخته می شود و پوسته خارجی در منظر شهری نمایان میگردد
در سال های اخیر توجه محققان به بررسی رفتار سازه ای عناصر معماری سنتی ایران شامل گنبد جلب شده است. هیمان[2] از اولین کسانی بود که در قرن بیستم تحلیل های نوینی را بر روی سازه های قوس دار بر مبنای تئوری های کهن قرن 17 میلادی پیشنهاد کرد. وی با فرض مقاومت فشاری نامحدود، مقاومت کششی صفر و سختی اصطکاکی برای مصالح بنایی، مقدار حداقلی را برای نسبت ضخامت به دهانه قوس ها به عنوان راه حلی مطمئن ارائه داده است.
حجازی [5-3]اولین کسی بود که بناهای تاریخی ایران را از دیدگاه سازه مورد بررسی قرار داد. او مطالعات جامعی بر روی رفتار سازهای گنبدهای آجری تاریخی ایران تحت اثر وزن، برف، باد، حرارت و زلزله از سال انجام داد و نتیجه گرفت که در اغلب موارد گنبدها رفتار رضایت بخشی دارند.[9-6] وی در مطالعاتش به بررسی رفتار سازه ای سه گنبد یک پوش - نظام الملک، تاج الملک و شیخ لطف االله - و یک گنبد دو پوش - مسجد امام - از گنبدهای تاریخی شهر اصفهان را نام برد. در کارهای ایشان نشان داده شده است، که هندسه ویژه ی بعضی از گنبدها باعث بهبود در رفتار مکانیکی سازه های گنبدی شده است
در مطالعات ورملت فورت[11] پیرامون قوس های آجری و تحلیل آنها با نمونه های آزمایشگاهی می توان به پیش بینی مقدار خیز تحت بارها ی سرویس دست یافت. گانجو[12] در سالٌُُْ مدلی از مصالح بنایی با خصوصیات میانگین و با صرف نظر کردن از تأثیر اتصالات ملات درحالی که امکان شکست های موضعی را نیز در نظر میگرفت ارائه داد. شوبرت [13]در سال َدر تحقیقی به بررسی تنش های کششی و فشاری آجرهای مختلف و به دست آوردن محدوده مشخص برای این تنش ها پرداخت.
درتحقیقات انجام شده توسط بایراکتاروهمکاران[14] درسال2010 می توان مشاهده کرد که در بیشتر سازه های تاریخی بزرگ، برای مدل کردن سازه از مدل ماکرو استفاده می کنند. ژو و همکاران [15]در سال2012 درتحقیقی به تعیین بار کمانش پوسته های کروی پرداختند. آنان پس از تعیین بار کمانش پوسته ها با استفاده از روش کار و انرژی یک رابطه تجربی برای تعیین بار کمانش گنبدها به دست آوردند. چاکو و همکاران[16] در سال 2014 با استفاده از نرم افزار ANSYSبار کمانش پوسته های کروی را در دهانه های مختلف تعیین کردند و با تغییر دادن اندازه دهانه گنبد به مطالعه پارامتری گنبدها پرداختند.
.3 معرفی گنبدهای مورد مطالعه و روش تحلیل
در بیان کلی، گنبد شکلی است که از چرخش یکی از انواع قوس حول محوری که از راس آن گذشته و به وسط قاعده آن عمود است حاصل میشود. از لحاظ سازهای گنبدهای ایرانی را میتوان به کنبدهای یک پوسته، دوپوسته و سهپوسته تقسیم کرد. گنبدهای یک پوسته اولین نوع گنبدها می باشند، در این نوع گنبد، تک پوسته جزء اصلی باربر میباشد. گنبدهای دوپوسته از دو عدد پوسته تشکیل یافته اند و به دو نوع پیوسته و گسسته تقسیم میشوند. در گنبدهای دوپوسته پیوسته فاصله بین دوپوسته کم است و پوستهها توسط اتصال دهندههای آجری به یکدیگر متصل شده اند. در گنبدهای دوپوسته گسسته فاصله قابل ملاحظهای بین دوپوسته وجود دارد،یرای پایداری برخی از گنبدها دیوارها یا تقویت کنندههای نصف النهاری در فضای بین دوپوسته ساخته شده است. تعداد اندکی گنبد با سه پوسته نیز وجود دارد.
دراین مقاله گنبد مسجد جامع عباسی - مسجد امام اصفهان - ، در سه حالت تک پوسته پایین - شکل - 1، تک پوسته بالا - شکل - 2 و دوپوسته بدون خشخاشی - تقویت نشده - - شکل - 3، تحت بار باد طرح اصفهان مورد بررسی و آنالیز قرار گرفته است. این گنبد در سمت جنوبی میدان نقش جهان در اصفهان قرار دارد. گنبد دارای آوگون، یعنی دارای پیش آمدگی اندکی نسبت به گریو، است و بر روی یک گریو بلند قرار گرفته است. قطر خارجی گریو 26/3 m است. ارتفاع گریو 7 m و ضخامت آن در پایه و در بالا به ترتیب 2/2 m و 1/7 m ست. ارتفاع پوسته های بالایی و پایینی از تراز پایه گریو به ترتیب 24/45 m و 13/2 mوفاصله بین دو پوسته 11/25 m است. پوسته بالایی دارای ارتفاع 52 m از تراز زمین است. ضخامت پوسته پایینی از 0/22 m تا 1/35 m به سمت گریو تغییر میکند و تغییرات ضخامت پوسته بالایی از 0/3 m تا m 1/1 به سمت پایه است. پوسته بالایی شلغمی شکل است. تعداد 24 عدد دیوار - خشخاشی، تقویت کننده - آجری شعاعی در فضای بین دوپوسته وجود دارد که به دوپوسته متصل شده اند.
جهت آنالیز از روش المان محدود و نرمافزار ANSYS استفاده شده است. المان به کار رفته در تحلیل، المان سازهای SOLID 65 است که یک المان شش وجهی و هشت گرهی میباشد. شرایط تکیهگاهی بدین صورت تعریف شده است که کلیه تغییر مکانهای گرهای در تکیهگاهها مقید شدهاند. مدلسازی مصالح بنایی به صورت ماکرو میباشد که در آن آجر و ملات به عنوان یک مجموعه پیوسته در نظر گرفته میشوند. به منظور حصول اطمینان از کافی بودن تعداد المانهای مورد استفاده در تحلیل المان محدود جهت همگرایی نتایج، تحلیلهای مختلفی انجام گرفت و بر آن مبنا مشخص شد که با توجه به ابعاد ارائه شده برای پوسته پایین تعداد 8442 المان، برای پوسته بالایی تعداد 17360 المان وبرای حالت دوپوسته تعداد 26319 المان جهت همگرایی کافی است.
