مقاله یافتن زاویه بهینه اعضای مورب در ساختمان های دیاگرید بر اساس سختی سازه ای و کاهش مصرف مصالح ( با رویکرد معمارانه )

word قابل ویرایش
7 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان

یافتن زاویه بهینه اعضای مورب در ساختمان های دیاگرید بر اساس سختی سازه ای و کاهش مصرف مصالح ( با رویکرد معمارانه )
چکیده

امروزه در سراسر دنیا ساختمان های بلند زیادی با سیستم سازه ای دیاگرید ” Diagrid” ساخته می شوند که این امر به دلیل ظرفیت سازه ای بالای این سیستم و همچنین امکان ایجاد طرح های بدیع معمارانه در این روش نسبت به سایر سیستمها درساختمان های بلند مرتبه می باشد.اما نکته حائز اهمیت این است که طراحی معمارانه بسیاری از این ساختمان ها صرفا بر اساس مورب بودن اعضای ساختمان وبدون توجه به زاویه بهینه ممکن بین این اعضا صورت می گیرد و به همین دلیل است که بیشتر سازه های طراحی شده با سیستم دیاگرید دارای زاویه ثابت ۶۰ درجه بین اعضای مورب می باشند که این موضوع باعث کاهش ظرفیت سازه ای و افزایش چشمگیر مصرف فولاد (نسبت به حالت بهینه ) در این ساختمان ها شده است. در این مقاله یافتن زاویه بهینه بین اعضای مورب بر پایه طراحی بر اساس زیبایی شناسی معمارانه ، سختی سازه ای و کاهش مصرف مصالح مورد ارزیابی قرار گرفته است.

این بررسی بر روی سازه های دیاگرید با ارتفاعات متفاوت و هندسه های گوناگون صورت گرفته است. نتایج مطالعه نشان میدهد که در سازه های دیاگرید با پلان مربعی یکسان در سازه هایی که نسبت ارتفاع به عرض آنها کمتر از ۷ می باشد بهتر است زاویه بین اعضای مورب در تمام ارتفاع سازه ثابت بماند و نتایج محاسبات نشان می دهد که این زاویه بهینه بین ۶۰ تا

۷۲ درجه بسته به ارتفاع سازه متغیر خواهد بود.و نیز در مورد سازه های با نسبت ارتفاع به عرض بیشتر از ۷ ، بهتر است زاویه بین اعضای مورب سیستم دیاگرید در ارتفاع سازه تغییر یابد که برای هر سازه با ارتفاع مشخص ، مقادیر زوایای بهینه معین می باشند. نتایج حاصل از محاسبات فوق که بر اساس سختی سازه حاصل می شود، با نتایج حاصل از استراتژی های مصرف کمتر مصالح کاملا تطبیق دارد و محاسبات نشان می دهد که برای ساخت سازه های طراحی شده با زوایای بهینه از نظر سازه ای ، میزان فولاد مورد نیاز کمتر خواهد بود. از نقطه نظر معماری نیز برای داشتن بازشوهایی با زاویه دید حداکثرکه کمترین مانع را ( اعضای مورب در سازه های دیاگرید به منزله موانع بصری به شمار می روند) پیش روی کاربران قرار دهند زاویه بهینه بین اعضای مورب ۶۰ درجه می باشد. از نظر زیبایی شناسی و تلطیف حس بصری نیز زوایای بهینه ای وجود دارد. در این مطالعه با توجه به تمامی موارد فوق زاویه بهینه بین اعضای مورب برای سازه های دیاگرید با ارتفاعات مختلف به دست آمده است.

کلمات کلیدی : ساختمان بلند ، سیستم دیاگرید ، طراحی بهینه ، سختی سازه ای

۲

مقدمه

امـروزه سیسـتم سـازه ای دیاگریـد بـه دلیـل کـارایی سـازه ای بـالا و زیبـایی فـوق العـاده خـود ، در طراحـی و سـاخت سـاختمان

های بلنـد در سراسـر دنیـا مـورد اسـتفاده قـرار مـی گیرد.سیسـتم دیاگریـد در مقایسـه بـا سـایر سیسـتم هـای سـاختمانی سـاختمان هــای بلنــد ، بــه دلیــل رفــع مشــکلات ناشــی از لنگــی برشــی ( ( Shear lag ، نیروھ ای ج انبی را ب ه واس طه عملک رد مح وری
اعض ای م وربش بس یار بھت ر تحم ل م ی کن د. لنگ ی برش ی پدی ده ای اس ت ک ه در س اختمان ھ ای بلن د لول ه ای ب ا س تون ھ ای عم ودی پیرام ونی، ناش ی از بارھ ای ج انبی رخ م ی دھ د. ســتون هــایی کــه لولــه را مــی ســازند در مقابــل بارهــای جــانبی ماننــد
یک تیر طره ای خم می شوند ، رفتـار واقعـی لولـه در جـایی مـا بـین تیـر طـره ای خـالص و قـاب خـالص قـرار دارد ، اضـلاعی از لولـه که موازی امتداد نیروهـای جـانبی مـی باشـند ، بـا توجـه بـه انعطـاف پـذیری تیرهـا تمایـل دارنـد کـه ماننـد قـاب هـای صـلب چنـد دهانه و مستقل عمل کنند ، این انعطاف پـذیری باعـث مـی شـود کـه در قـاب تغییـر شـکل هـای ناشـی از بـرش ایجـاد شـود کـه بـه نام لنگی برشـی خوانـده مـی شـود ، بنـابراین در سـتون هـا و تیرهـا خمـش بوجـود مـی آیـد . بـه طـور کلـی مـی تـوان گفـت کـه از مجموع حرکات جانبی فقط ۲۵ درصـد ناشـی از عمـل طـره ای لولـه اسـت و ۷۵ درصـد بقیـه در اثـر لنگـی (لقـی) برشـی بوجـود مـی آید .این نوع رفتار از خصوصـیات قابهـای صـلب مـی باشـد . اثـر تغییـر شـکل برشـی در روی عمـل لولـه منجـر بـه توزیـع غیـر خطـی فشار در امتداد پوش ستونها میگـردد وسـتونهایی کـه درگوشـه هـای سـاختمان قـرار دارنـد مجبـور مـی باشـند کـه سـهم بیشـتری از بار را نسبت به ستونهای ما بین آنها تحمل کننـد . ایـن مشـکل در سـازه هـای دیاگریـد ، بـه دلیـل عـدم وجـود سـتون هـای عمـودی

و عملکــرد محــوری اعضــای مــورب از میــان برداشــته شــده اســت.علاوه بــر کــارایی ســازه ای فــوق العــاده ، سیســتم دیاگریــد دارای مزایای متعدد دیگری نیز می باشد که استفاده از آن را برای معماران جذاب تر نموده است.

در سازه های دیاگرید ، فـرم اصـلی سـاختمان انطبـاق کامـل بـا سـازه آن دارد و حتـی اعضـای مـورب دیاگریـد بـه صـورتی پررنـگ
و برجسته در نمای سـاختمان قـرار مـی گیرنـد ، سـایر اجـزای سـاختمانی از جملـه فـرم و انـدازه بازشـوها ، نحـوه قرارگیـری و فاصـله آنهــا از یکـدیگر ، ابعــاد و انــدازه هــای مــدول هــای مصــالح نمــای سـاختمان ، همــه و همــه وابســتگی بــه نحــوه چیــدمان و آرایــش اعضای مـورب دیاگریـد دارنـد. در واقـع ایـن نحـوه چیـدمان و قرارگیـری بـر روی تمـامی اجـزای خـارجی سـاختمان و حتـی بـر روی شکل پلان طبقات نیز موثر است.
علاوه بر این ها ، ساختمان های دیاگرید بـه سـبب تفـاوت سـازه ای و ظـاهری شـگرفی کـه بـا سایسـر سـاختمان هـای بلنـد دارنـد
، اغلب در یک محیط شهری ، بـیش از سـایر سـاختمان هـای بلنـد – بـا انـواع سیسـتم هـای رایـج دیگـر – خـود نمـایی مـی کننـد و در هرکجای شهر کـه قـرار گیرنـد بـه عنـوان عضـوی شـاخص و متفـاوت در آن منطقـه ظـاهر مـی شـوند ، لـذا بایـد حـداکثر دقـت و ظرافت در طراحی اعضای مورب ایـن سـازه هـا بـه کـار گرفتـه شـود تـا ایـن سیسـتم سـازه ای بـه بهینـه تـرین حالـت خـود طراحـی شود.
آن چـه در طراحـی هـای سـازه هـای دیاگریـد سـاخته شـده اولیـه در دنیـا و حتـی در سـازه هـایی کـه امـروزه در دسـت طراحـی هستند و هنوز به مرحله اجـرا نرسیسـده انـد بـه چشـم مـی خـورد ، انتخـاب زاویـه ای نزدیـک بـه ۶۰ درجـه بـرای اعضـای مـورب در یک سازه بلند دیاگرید اسـت. بـه طـوری کـه مـدول هـا اغلـب بـه شـکل مثلثـی و یـا لـوزی گـون هـای متشـکل از دو مثلـث بـر روی هم قـرار گرفتـه بـه دسـت مـی آینـد. از نظـر زیبـایی شناسـی و تلطیـف حـس بصـری ، ایـن زاویـه ۶۰ درجـه بـرای اعضـای مـورب ، زاویه ای مناسب به نظر می رسد کـه ایجـاد مـدول هـای یکسـان بـه فـرم مثلـث هـای متسـاوی الاضـلاع ، تصـویری از حـس پایـداری را در ذهن انسان متجلی می سـازد ، امـا در عـین حـال ، مـدول هـای مثلثـی متسـاوی الاضـلاع در کنـار هـم قـرار گرفتـه ، بـه دلیـل داشتن ساق ها و قاعده هم اندازه ، از نظـر بصـری حـس اوج گیـری و بلنـد شـدن بـه سـوی آسـمان را نسـبت بـه مـدول هـای مثلثـی متساوی الاضلاع با طول ساق هایی بلندتر از قاعده ، بسیار کمتر نشان می دهند.
با این همه ، معیار هـای زیبـایی شناسـی تنهـا یکـی از عوامـل تعیـین کننـده در طراحـی یـک سـازه دیاگریـد اسـت و معمـار نبایـد تنها با تکیه به ایـن عامـل ، طـرح یـک سـاختمان بلنـد یـا آسـمان خـراش را بریـزد، چـرا کـه عوامـل فنـی و مـدیریتی ماننـد سـختی سازه ای و هزینـه هـای سـاخت نیـز بایـد بـه عنـوان عوامـل اولیـه در نظـر گرفتـه شـوند و در غیـر ایـن صـورت ممکـن اسـت ، طـرح معماری را به کلی دگرگون سازند.

مطالعات نشان مـی دهـد ، تغییـرات انـدکی روی زاویـه اعضـای مـورب در یـک سـازه دیاگریـد مـی توانـد بـه میـزان قابـل تـوجهی وزن فولاد مصرفی و هزینـه هـای سـاخت را تغییـر دهـد. ایـن نگرانـی در مـورد سـاختمان هـای دیاگریـد بتنـی کـه امـروزه بـه تعـداد معدودی در دنیا طراحی شده اند و جزء سیستم هـای سـاختمانی نـوین بـه شـمار مـی رونـد ، نیـز وجـود دارد چـرا کـه انتخـاب فـرم

سازه و زاویه اعضای مورب در یـک سـاختمان دیاگریـد بتنـی بـه صـورت غیـر بهینـه ، موجـب افـزایش جـرم سـاختمان شـده و عـلاوه بـر افـزایش هزینـه سـاخت ، میـزان نیـروی زلزلـه را بـه شـدت افـزایش مـی دهـد کـه ایـن امـر منجـر بـه طراحـی مقـاطع سـازه ای بزرگتر و در نتیجه زمخت شدن سـازه نهـایی مـی شـود ، و لـذا در ایـن مـورد توجـه صـرف بـه مسـائل زیبـایی شناسـی و معمـاری نـه تنها موجب زیبایی ساختمان نهایی نمی شود بلکه موجب عدم زیبایی و تحمیل هزینه های گزاف به ساختمان می شود.

مدلسازی و تحلیل

این مقاله به یافتن زاویه بهینه اعضای مورب سازه های دیاگرید فولادی می پردازد. این بررسی ها بر روی سازه های دیاگرید ۲۰ ، ۵۰ ، ۶۰ ، ۸۰ و ۱۰۰ طبقه با زوایای ۳۰ ، ۴۵ ، ۶۰ و۷۵ درجه برای اعضای مورب ( در کل ۲۰ حالت ) انجام گرفته است. پلان ساختمان ها مربعی به ضلع ۴۰ متر و ارتفاعات طبقات ۳٫۶ متر در نظر گرفته شده است. بار جانبی وارد بر سازه، بار زلزله با شرایط شهر تهران، خاک نوع دو و ضریب R هفت و ضریب اهمیت یک میباشد. با توجه به این که بار زلزلهمستقیماً به بار ثقلی وابسته است در جهت به دست آوردن مقدار بهینه در اندازهی اعضای مورب یک بار ثقلی قابل ملاحظه در مقابل وزن سازه به سازه اعمال میگردد تا با کم شدن اندازهی اعضای مورب بار زلزله به مقدار زیادی کاهش نیابد . امروزه با پیشرفت علم مصالح و نیز تولید مصالح با مقاومت بالا ، اغلب در طراحی ساختمان های بلند عامل تعیین کننده ، سختی جانبی ساختمان می باشد و طراحی بر اساس سختی جانبی در یک ساختمان بلند که مانند یک طره عمل می کند بر اساس میزان حداکثر جا به جایی افقی سازه در نظر گرفته می شود تا علاوه بر شرایط پایداری ، شرایط آسایش را نیز تامین نماید. در این مطالعه ، معیار کنترل بر اساس حداکثر تغییر مکان افقی سازه دیاگرید به اندازه ۰٫۰۵ ارتفاع کل سازه می باشد. با استفاده از نرم افزار ٢٠٠٠ SAP سازه های دیاگرید فوق الذکر مدل شده اند و مقادیر فولاد مصرفی به ازای زوایای مختلف برای آرایش اعضای مورب دیاگرید به دست آمده اند. سپس لگاریتم متغیر فولاد مصرفی محاسبه شده و بر اساس آن میزان حداقل فولاد مصرفی و از روی آن زاویه بهینه اعضای مورب سازه دیاگرید به دست آمده است.

نمودارهای زیر میزان لگاریتم فولاد مصرفی را بر اساس زاویه آرایش اعضای دیاگرید برای یک ارتفاع مشخص نشان می دهد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 7 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد