بخشی از مقاله
خلاصه
برج میلاد شاخصترین سازهی شهر تهران با ارتفاع 435 متر میباشد که ششمین برج بلند تلویزیونی و مخابراتی دنیا در نوع خود است. این برج شامل پی، ساختمان پای برج - لابی - ، شفت، سازهی رأس و دکل مخابراتی و تلویزیونی است. پس از ساخت و بهره برداری از برج میلاد، ابزارهای سنجش سرعت باد و ارتعاشات در این سازه نصب شده و اطلاعات مربوطه برای دورهی معینی در دسترس است.
در این مقاله برخی از نتایج به دست آمده در اندازه گیری های میدانی از اثرات باد بر روی این برج تشریح میشود. درضمن طیف حاصله از رکوردهای ثبت شده با طیف های موجود در ادبیات فنی مقایسه شده و نزدیکترین آنها به طیف واقعی مشخص میشود. سپس معادلهی طیف آیین نامه مطابق با طیف میانگین حاصل از تمامی رکوردهای با سرعت متوسط نسبتاً زیاد اصلاح شده و شکل همواری برای طیف باد طولی به دست میآید.
برای تحلیل سازه با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود، مدلی مناسب از سازه ساخته شده و تحت طیف باد هموار حاصل از رکوردهای ثبت شده تحلیل دینامیکی طیفی میگردد و پاسخهای سازه شامل تغییر مکان و شتاب در نقاط مختلف برج به دست میآید. نتایج حاصل از تحلیل با نتایج ثبت شده در حسگرهای برج مقایسه و میزان خطا در طیف ورودی و یا ثبت حسگرها محاسبه میشود.
.1 مقدمه
باتوجه به پیشرفتهایی که در صنعت ساخت و ساز حاصل شدهاست، در سال های اخیر ساختمانها سبکتر و انعطافپذیرتر و همچنین با میرایی ذاتی کمتر نسبت به گذشته ساخته میشوند. این ویژگیها سبب افزایش حساسیت این سازهها به اثرات دینامیکی باد میشود. با وجود این پیشرفت و همچنین افزایش تمایل بشر برای ساخت سازههای بلندتر و سازه های نمادین شهری این نیاز به وجود آمد که اثرات باد بر سازهها را بهتر بتوان درک کرد و تخمین زد
به طور کلی اکثر آیین نامه ها برای سازههای انعطافپذیر انجام تحلیلهای دینامیکی در برابر باد را الزامی مینمایند. به عنوان نمونه طبق مبحث ششم مقررارت ملی ساختمان ایران، در صورتی که 2 شرط زیر برقرار باشد، این تحلیل لازم است :
· در ساختمانها و سازههای مشابه که در آنها نسبت ارتفاع به کوچکترین بعد سازه بیشتر از 5 است.
· در ساختمانها و سازههای مشابه که فرکانس طبیعی مود اول آنها کمتر از 1 هرتز است.
با وجود پیشرفتهای زیادی که در آزمایش های تونل باد و همینطور تکنیکهای شبیه سازی عددی صورت گرفته، همچنان پدیدههای بحرانی وجود دارد که فقط در آزمایشات مقیاس کامل مشاهده میشود. اندازهگیری میدانی، مطمئن ترین روش برای ارزیابی اثرات باد بر سازه و همچنین خصوصیات دینامیکی سازه محسوب می شود. از طرف دیگر پایش سلامت سازه با بازبینی رفتار دقیق سازه تحت بارهای سرویس امکان شناسایی آسیب و زوال سازه ایجاد میشود. ضمناً اندازه گیری های میدانی جهت طراحی سیستم جانبی مقاوم در برابر باد، صحت سنجی میزان اعتبار تکنیکهای آزمایش تونل باد و کالیبره کردن مدلهای عددی بسیار مفید میباشد .[5-3]
برج میلاد شاخصترین سازهی شهر تهران با ارتفاع 435 متر میباشد که ششمین برج بلند تلویزیونی و مخابراتی دنیا در نوع خود است. این برج شامل پی، ساختمان پای برج - لابی - ، شفت بتنی، سازهی رأس و دکل مخابراتی و تلویزیونی است. بدنهی برج شامل هسته مرکزی و چهار عدد باله است. مقطع شفت بهطور کلی از دو هشت ضلعی مرکزی و 4 باله با مقطع ذوزنقهی توخالی تشکیل میشود. ابعاد بالهها در ارتفاع کاهش مییابد و در تراز 240متری کلاً حذف میگردد که از این تراز به بعد فقط هشت ضلعیهای مرکزی ادامه یافته تا تراز 302 متری که هشت ضلعی بیرونی قطع و فقط هشت ضلعی داخلی تا تراز 315 ادامه مییابد که در این تراز پایهی دکل آنتن به آن اتصال مییابد
.2 تجهیزات نصب شده برای ثبت داده ها
در سازه ی برج میلاد در کل تعداد 37 سنسور در ترازهای مختلف برج و 1 سنسور در محوطهی برج نصب شدهاست. با توجه به اطلاعات ثبت شده توسط سنسورها، دادههای ثبت شده ی بادسنج و شتابسنج در فصول پاییز و زمستان موجود میباشد. شتابسنج های نصب شده در برج میلاد دادههای خود را به صورت پیوسته و با فرکانس 10 هرتز در طول 24 ساعت شبانه روز ثبت و ذخیره سازی می نمایند. سنسورهای بادسنج نیز با فرکانس 1 هرتز و به صورت پیوسته در طول 24 ساعت شبانه روز به ثبت سرعت و جهت باد میپردازند.
.3 ویژگیهای اندازهگیری شده ی باد
جریان باد را با ثابت در نظرگرفتن جهت میتوان به 2 مؤلفه تقسیم کرد. یکی مؤلفهی سرعت میانگین که تنها تابعی از ارتفاع خواهد بود و دیگری مؤلفه ی اغتشاشی در راستای جریان که در یک دورهی زمانی بلند مدت، بعنوان مثال 10 دقیقه ای دارای میانگین صفر می باشد و تابع زمان و مکان، هر دو میباشد
که در آن z ارتفاع از سطح زمین و سرعت متوسط باد است که به کمک رابطهی 2 حساب میشود:
که در آن T0 متوسط زمانی است که محدوده ی آن ممکن است از ده دقیقه تا یک ساعت باشد. بیانگر نوسانات تصادفی سرعت باد در اطراف مقدار متوسط می باشد و به آن مؤلفهی تندباد می گویند که در فواصل زمانی کوتاه - T0 - می توان آن را یک فرآیند تصادفی ایستا با متوسط صفر در نظر گرفت. برای اینکه بتوان فرض ایستا بودن مؤلفه ی نوسانی باد را در نظر گرفت و همچنین با توجه به این موضوع که جهت وزش باد در بازه ی 10 دقیقه در بادسنج دو ارتفاع 28 و 315متری تقریباً ثابت میباشد، بازهی زمانی که دستهبندی دادههای بادسنج بر اساس آن صورت گرفتهاست، 10 دقیقه انتخاب شدهاست.
1-3 سرعت میانگین
تغییرات سرعت متوسط باد در ارتفاع را می توان به کمک قانون توان شرح داد که در سال 1916 برای اولین بار توسط هلمن به صورت رابطهی 3 بیان شد ، توانِ قانون توان نامیده میشود که وابسته به زبری محیط است. با توجه به رکوردهای ثبت شده، پروفیل توانی برای تغییر سرعت متوسط در ارتفاع انتخاب شده است و با توجه با اینکه در مجموع در 30 روز هر دو بادسنج فعال بودهاست، با در نظر گرفتن و در رابطه ی 3 و میانگین گیری بین 182 مقدار برای و همچنین نزدیک بودن زاویه ی وزش باد در دو بادسنج در این رکوردها، مقدار مناسب برای برابر 0/128 به دست آمده است. این در حالی است که این پارامتر در مرجع 7 مقدار 0/11، در مرجع 8 و در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان مقدار 0/16 در نظر گرفته شده است. این تفاوت می تواند به این علت باشد که در مراجع ذکر شده، ارتفاع مبنا - - برابر 10 متر و همچنین سرعت باد نیز سرعت باد طرح - دورهی بازگشت 10 سال - فرض شده است.
2-3 شدت آشفتگی
شدت آشفتگی، آسان ترین روش برای توصیف نوسانات جو میباشد. پارامتر شدت نوسان طولی که تابعی از ارتفاع میباشد، طبق رابطهی 4 محاسبه میشود :
، انحراف معیار مؤلفه ی نوسانی سرعت و سرعت متوسط در ارتفاع z در طول 10 دقیقه ی فرض شده میباشند. با توجه به دادههای موجود برای روزهایی که سرعت باد نسبتاً زیاد می باشد، شدت آشفتگی در هر دو ارتفاع محاسبه شده و در شکل 1 بر حسب سرعت متوسط در هر دو ارتفاع آمده است.
شکل - 1 شدت آشفتگی بر حسب سرعت متوسط - الف - ارتفاع 28 متر - ب - ارتفاع 315 متر
همانطور که از شکل 1 پیداست میتوان نتایج زیر را استنتاج کرد:
· در هر دو ارتفاع، با افزایش سرعت متوسط شدت آشفتگی کاهش مییابد که این کاهش در ارتفاع بالاتر به صورت محسوستر رخ میدهد.
· شدت آشفتگی در ارتفاع 28 متر بیشتر از ارتفاع 315 متر میباشد که این نکته را تأیید میکند که با افزایش ارتفاع، شدت آشفتگی کاهش مییابد.
· شدت آشفتگی در ارتفاع 28 متر به صورت میانگین مقدار %27 و در 315 متر مقدار %12 را دارد.
3-3 ضریب تندباد
در رابطه ی 5، ، حداکثر سرعت متوسط 3 ثانیه ای در داخل بازه ی 10 دقیقه ای میباشد .[5] در روزهای ذکر شده در بخش 2-3، همزمان با شدت آشفتگی این پارامتر نیز محاسبه شده که در شکل 2 آورده شدهاست.
