بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه مهندسین سازه تلاش میکنند با بکارگیری جدیدترین متدها و تکنیکهای علم سازه و زلزله به طراحی سیستمهای کارا با حداقل هزینه و حداکثر سود که نیازهای عملکردی را برآورده میسازد، بپردازند. سوله از سازههای مهمی است که تمایل به ساخت آن در جوامع بشری افزایش یافته و توجه مهندسین را به خود معطوف کرده است. در این پژوهش، روکش فلزی سوله به عنوان بخش جدایی ناپذیر از سازه در نظر گرفته شده است که سختی و مقاومت کششی ذاتی روکش فلزی سبب کاهش نیروی انتقال یافته به قابهای داخلی میشود و امکان ساخت سبکتر این قابها را فراهم میکند. این عملکرد، با استفاده از عملکرد تنش پوستهها و تئوری فنر معادل مدل گردید. در این روش عملکرد تنش پوستهای، با جایگزینی پانل برشی با فنر، با انعطاف پذیری معادل c انجام میشود. اعمال تاثیر پوشش سقف، توصیف واقعی از رفتار سازه است و طراحی سازه را از شرایط آرمانی خارج میکند. مدلهای مورد بررسی نشان میدهند که در نظر گرفتن اثر تنش پوستهها بیش از 20 درصد وزن سوله را کاهش میدهد و میزان تاثیر گذاری این عملکرد به انعطاف پذیری قاب و دیافراگم سقف وابسته است که تغییر ابعاد قابها، نوع اتصالات، محل اتصالات، ضخامت ورقها، نوع اعوجاج پوشش و ... انعطاف پذیری را تغییر خواهد داد.
واژههای کلیدی: سوله، روکش فلزی، عملکرد تنش پوستهها، کاهش وزن
-1 مقدمه
عملکرد تنش پوستهها برای اولین بار در سال 1950 با آزمایشاتی که بر روی سوله با ابعاد بزرگ انجام گرفت، کشف شد. در طول این آزمایشها، مشاهده شد که تغییر شکلها و تنشها کوچکتر از مقادیر محاسبه شده است و توضیح داده شد که ورقهای فولادی پوشش، سبب کاهش تنش و افزایش مقاومت میشوند .[1]
دیوید و برایان - 1982 - به طور کامل و گسترده عملکرد تنش پوستهای را مطالعه کردند و اصولی را برای طراحی تنش پوستهای فراهم کردند. اصل اساسی در طراحی تنش پوستهای، این است که ورقها در برابر جابجایی درون صفحه مقاومت کنند به دلیل آنکه قابها، تحت بار افقی تمایل به نوسان در صفحه اعمال بار دارند و این نوسان بدون ایجاد جابجایی در صفحه ورق سقف امکان پذیر نیست .[2] در این نوع طراحی، ورقهای در ارتباط با پرلینها به صورت یک تیر عمیق عمل خواهند کرد به طوریکه پرلینها به صورت بال در فشار و ورقها مانند جان در مقابل برش عمل میکنند. فرانسن نیز در سال 1984 یک سازه کاربردی را یک بار بدون در نظر گرفتن عملکرد تنش پوستهها و بار دیگر با استفاده از این عملکرد طراحی کرد و نتیجه گرفت که تفاوت این دو طراحی در تاثیر نیروی عمودی، تغییر و تبدیل نیروهای محوری در ستون، نیروی برشی و انتقال به تیرهای لبه بام میباشد. این آنالیز در حقیقت منجر به کاهش ماکزیمم بار برشی در پانل برشی و کاهش نیروی محوری در ستونها میشود که این کاهش نیرو منجر به طراحی سبکتر سازه میگردد .[3] در کل با مطالعات اقتصادی که در اروپا توسط سازمانهایی مانند انجمن سازههای فولادی اروپا - ECCS - و یا سازمان توسعه و تحقیقات فولاد انجام شد نشان میدهد که با در نظر گرفتن اثر دیافراگم میتوان بیش از 10 درصد هزینه کل ساخت سازه فولادی را کاهش داد .[4] اما این نوع عملکرد شاید به دلیل سختی طراحی هنوز به یک اصل طراحی تبدیل نشده است.
در این پژوهش برای کاهش هزینه ساخت سولهها و کاهش مصرف مواد خام به جهت حفظ محیط زیست از عملکرد تنش پوستهها در طراحی سولههای قوسی استفاده گردید. با توجه به تعریف تنش پوستهای که سختی و مقاومت کششی ذاتی در روکش فلزی قابها، به عنوان یک دیافراگم برشی عمل میکند، انتظار میرود به قابها مقدار نیروی کمتری انتقال یابد و به همین دلیل سازه سبکتر ساخته شود.
-2 فرضیات سازهای مدل
در این تحقیق برای بررسی تاثیر عملکرد تنش پوستهها 4 سوله قوسی با روش معمول و با در نظر گرفتن اثر تنش پوستهها طراحی شدند، ابعاد سولهها مطابق با جدول - 1 - میباشد. سازهها از ورق فولادی با مدول الاسیسیته 210 کیلونیوتن بر میلیمتر مربع، مدول برشی 81 کیلونیوتن بر میلیمتر مربع، ضریب پواسون 0/3، ضریب انبساط حرارتی 12×10 -6 و چگالی 7850 کیلوگرم بر مترمکعب ساخته میشوند. سازه یک طبقه فولادی با سقف شیبدار و قوسی دارای تیر وستون با مقاطع غیر منشوری، ستونهای با تکیهگاه مفصلی مطابق با نکات آیین نامه مقررات ملی مبحث دهم ، مبحث ششم و توصیه اروپا طراحی گردید .[6-5] این سولهها در منطقه خارج از شهر با برف زیاد و با فشار مبنای باد 49/5 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شد. این منطقه از نظر زلزله خیزی، در پهنای با خطر نسبی زیاد و شتاب مبنای باد 0/3 و نوع خاک III قرار دارد. با توجه به آیین نامه و نداشتن اطلاعات موثق از تغییرات دمای سالیانه شهرها، تغییرات دما برابر با 30 تا 40 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد.
جدول : - 1 - مشخصات سولهها
-3 بارگذاری
با توجه با اینکه سازه بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان 1389 و به روش تنش مجاز طراحی میشود [5]، لازم است تا ترکیبات بارگذاری لازم، مطابق با مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و روابط - 1 - تا - 15 - به نرم افزار معرفی شود
DEAD بار مرده ، SNOW بار برف، EY و EX بار زلزله، WIND-X و WIND-Y بار باد، TEMP-POS و TEMP-NEGبار حرارتی، Q نیروی ناشی از وزن ارابه، وزن پل و طرفیت اسمی جرثقیل است که راستای اثر آن در صفحه جان تیر حمال جرثقیل است، H نیروی ناشی از حرکت ارابه که در راستای عمود بر جان تیر حمال جرثقیل میباشد، نیروی N ناشی از حرکت طولی پل بر روی تیر حمال که راستای آن در امتداد محور طولی تیر حمال جرثقیل است.
در صورتی که نیاز به کنترل جابجایی سازه برای بارهای ثقلی و باد به صورت همزمان باشد، در نظر گرفتن 80 درصد نیروی باد کفایت میکند. بنابراین لازم است دو ترکیب بار جدید ایجاد نمود و جابجایی سازه در راستای عرضی در برابر این ترکیبات بار را نیز کنترل کرد .[6]
نکته دیگر حائز اهمیت اینست که برای بارگذاری باد حتما بر اساس اینکه جهش باد به کدام سمت است، سازه حداقل دوبار برای باد بارگذاری میشود. ظرفیت اسمی جرثقیل در این سازهها برابر با 5 تن میباشد که مطابق با جدول - 2 - و ابعاد دهانه سوله، مقدار بار وارد بر سازه تعیین میشود .[6] بارگذاری کامل مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و آیین نامه زلزله 2800 انجام میگیرد .
