بخشی از مقاله
چکیده
سیستم سازه ای لوله ای یک سیستم سازه ای برای ساختمانهای بلند در برابر بار جانبی می باشد. این نوع سیستم از مصالح کمتری نسبت به سایر سیستم های سازه ای برای ساختمانهای بلند استفاده می شود. و فضای داخلی ساختمان بسیار زیاد است. وجود معضل لنگی برشی - تأخیر برشی - باعث توزیع نامناسب نیروهای محوری در ستونهای سیستمهای سازه ای ساختمانهای بلند می شود. که باعث افزایش مصالح مصرفی و کاهش استحکام و کارایی ساختمان در برابر نیروی جانبی خواهد شد. در این تحقیق ایجاد یک سیستم مقاوم در برابر نیروی جانبی می باشد. تا لنگی برشی - تأخیر برشی - را در ساختمان بلند به حداقل برسانیم و از برش و نیروی محوری زیاد در ستونها بکاهیم. و در نتیجه از مصالح کمتری در ساختمانهای بلند استفاده کنیم. بنابراین استفاده از لوله ی داخلی - هسته ی برشی - در لوله ی خارجی ، سیستم سازه ای به شکل لوله در لوله ترکیب کرده و به بیانی دیگر آرایش هسته داخلی با هسته خارجی باعث سختی بیشتر شده و امکان ساخت ساختمانها با ارتفاع بیشتر را بوجود می آورد. با انجام تحقیق روی این سیستم سازه ای مشاهده شد در سازه ی لوله در لوله به دلیل کاهش میزان لنگی برشی - تأخیر برشی - نیروی ستونها متعادل تر شده و به صورت صحیح تر پخش می شود. که این موضوع باعث بازدهی بیشتر ستونها در سیستم های نوین می گردد و همچنین در می یابیم بهترین طبقات از نظر لنگی برشی - تاخیر برشی - حدوداً در طبقات میانی می باشد. و لنگی برشی - تاخیر برشی - در طبقات پایین تر مثبت و در طبقات بالایی منفی است.
مقدمه
یکی از انواع سازه های مقاوم در برابر زلزله در ساختمانهای بلند سیستم سازه ای لوله ای می باشد. که معمول ترین آن قاب محیطی شامل چهار قاب صلب صفحه ای عمود بر هم است که تشکیل یک محیط بسته می دهند. قابهای هر وجه شامل ستونهای محیطی نزدیک به هم می باشند که توسط تیرهای عمیق در تراز سقف ها به هم متصل می شوند. که در آن تمام مقاومت جانبی از طریق ستونهای خارجی با فواصل کم و تیرهای محیطی عمیق فراهم می شود. سیستم کف که معمولاً در صفحه ی خودش صلب در نظر گرفته می شود. بار جانبی را بین المان مختلف بر اساس سختی آنها توزیع می کند. قابهای موازی با بار جانبی به صورت جانهایی از لوله ی تو خالی و سایر قابها به صورت بالهای لوله تحمل می کنند. هنگامی که لوله در معرض خمش قرار می گیرد. ستونها در جهت مقابل محور خنثی لوله در معرض خمش درون صفحه ای و نیروهای برشی وابسته به عملکرد مستقل قاب صلب هستند. اگرچه سازه فرمی لوله ای شکل دارد. اما رفتار آن بسیار پیچیده تر از رفتار یک لوله صلب است. بر خلاف یک لوله ی صلب در معرض اثر لنگی برشی - تاخیر برشی - قرار دارد که تمایل به اصلاح کردن توزیع تنش محوری در ستونها دارد.
در این مقاله به معرفی سیستم سازه ای لوله ای و مزایای استفاده از آن در ساختمانهای بلند می پردازد و همچنین در بررسی رفتار پیچیده ی این سیستم سازه ای پدیده ای بنام لنگی برشی - تاخیر برشی - در ستونها آشکار می گردد. در این تحقیق هدف برسی پدیده ی لنگی برشی - تأخیر برشی - در ستونها دو مدل سازه ای بلند بتن آرمه چهل طبقه ی لوله ای و لوله در لوله می باشد مطالعاتی در زمینه ی رفتار ساختمانهای بلند توسط محققین انجام شده است. که خلاصه ای از آن از نظر می گذرد. مصطفی مقدسی و ابوالقاسم کرامتی. - تاثیر هسته ی داخلی لوله بر رفتار لوله قابی در ساختمان بلند در معرض بارگذاری جانبی - مورد مطالعه قرار دادند . [1] سید داود اجاق زاده ی محمدی و حمید سیدیان. - کاربرد تئوری و لا سقف در مدل سازی هسته مرکزی ساختمان های بلند - را بررسی کردند . [2] علی خیر الدین و حسین جمشیدی مقایسه سیستم های لوله ای در ساختمانهای بلند بتن آرمه را مطالعه کردند.[5] حسین نادر پور و علی خیرالدین بررسی پدیده ی لنگی برشی - تاخیر برشی - در ساختمانهای بلند بتن آرمه با سیستم لوله ای را مطالعه کرد.[7] و دیگر محققین که در متن مقاله به آنها اشاره خواهد شد.
-2سیستم سازه ای لوله ای
هنگامی که استفاده از قابهای بادبندی شده و قابها با دیوار برشی در سازه های بسیار بلند ناکارامد شد قاب لوله ای به عنوان سیستم جایگزین مطرح گردیدند بارزترین مشخصه این سیستم استفاده از ستونهای پیرامونی با فواصل نزدیک بوده که این اعضا با تیرهای عمیق به یکدیگر متصل می گردند بنابراین کل ساختمان به عنوان یک طره قائم بسیار بزرگ در برابر واژگونی مقاومت می کنندمعمولاً. فاصله ستونهای خارجی برای ساختمانهای لوله ای دو تا سه متر می باشد. و عمق تیرهای محیطی بین 0/6 تا 1/3 متر است. نمونه ای از این سیستم در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل :1 سیستم سازه ای لوله ای
به طور کلی در طرح لوله ای فرض می شود که عناصر سازه ای پیرامون ساختمان در مقابل بارهای جانبی مثل یک تیر جعبه ای شکل توخالی که از زمین طره شده اند ، عمل می کنند. در حالت کلی ستونهای عمود بر بار جانبی مانند بالهای تیر جعبه ای تحت کشش و فشار قرار گرفته و قابهای موازی با جهت بار جانبی، مانند جان تیر عمل می کنند. این سیستم که اولین بار توسط فضلور خان معرفی شد نه به مصالح جدید نیاز داشت و نه به قاب بندی جدید یا تکنیک های خاصی برای نصب. در این سیستم از عناصر اصلی سازه های بلند برای مثال تیرهای و ستونها استفاده شده و با تغییر ماهرانه مکان آنها یک سیستم سازه ای بسیار به صرفه ایجاد می گردد.
سیستم لوله ای به عنوان منطقی ترین شکل برای سازه های بلند با نمونه های بی شماری از بناهای ساخته شده در سراسر دنیا و تقریباً در هر شهر گسترش یافته است. معمولاترین نوع قاب محیطی شامل چهار قاب صلب صفحه ای عمود بر هم است که تشکیل یک محیط بسته را می دهند قابهای هر وجه شامل ستونهای محیطی نزدیک به هم می باشند که توسط تیرهای عمیق در تراز سقف ها به هم متصل می شوند. بازدهی مطلوب این سیستم ، ناشی از گره های صلب زیادی است . که در پیرامون سازه ها وجود دارد و موجب پیدایش یک لوله بزرگ می گردد. از طرفی کف های صلب طبقات همچون دیافراگم هایی نیروهای جانبی را به دیوارهای پیرامونی توزیع می کنند. هم اکنون دو روش برای ساخت سازه های مرکب با این سیستم متداول می باشند . در یک روش از ستونهای مرکب و تیرهای بتن آرمه استفاده می گردد در حالی که در دیگری از تیرهای فولادی بجای تیر بتن آرمه استفاده می شود.[3]
-1-1مزایای سیستم های لوله ای
سیستم لوله ای به نسبت سایر سیستم های سازه ای مزیت هایی دارد که در زیر به طور مختصر به آنها اشاره می کنیم:
الف -اولین مساله ، اقتصادی سازه های لوله ای است که از این لحاظ بازده بسیار بالایی را دارا هستند. میزان مصالح مصرفی در این سیستم مقایسه با سازه هایی هم ارتفاع که دارای سایر سیستم ها می باشند به نصف کاهش پیدا کرده است.
ب-مساله دوم تغییر شکل جانبی و نسبی طبقات در این سیستم میباشد که باز هم به نسبت سایر سیستم ها کاهش چشم گیری دارد.
ج-همچنین به دلیل کم بودن مشکلات سازه ای این سیستم ، با آن می توان به ساخت سازه های بسیار بلند دسترسی پیدا کرد. حال آنکه سایر سیستم از یک ارتفاع به بالا ، کارایی خود را از دست می دهند.
د-در سیستم لوله ای فضای داخلی ساختمان بسیار زیاد بوده و علت این امر فاصله ی زیاد ستونهای داخلی است. در سیستم لوله ای فرض براین است که ستونهای داخلی ساختمان فقط وظیفه ی تحمل بارهای داخلی را دارند و بارهای جانبی تنها توسط ستونهای پیرامونی تحمل می شوند. به همین دلیل ستونهای داخلی کمتر و دارای فواصل بیشتر می باشند که افزایش فضای داخلی را منجر شده است.[11]
