اصول ساختمان های بلند

[وحید 0319]

http://www.civil-architecture.com/attachment.php?attachmentid=378&d=1308570836 (http://www.civil-architecture.com/attachment.php?attachmentid=378&d=1308577713)
اصول ساختمان های بلند

ترجمه: محمد یزدی از کتاب Architectural Structures
مقدمه

ساختمان های بلند بیشتر به ساختمان هایی اطلاق می شود که در منطقه اطراف خود بالاتر از ساختمان های دیگر قرار گرفته و به صورت مشخصی خط آسمان شهر (Skyline) را تغییر می دهند. می توان ساختمان های بلند را بر اساس ارتفاع تعریف کرد ولی این مشخصه در همه جا یکی نیست و بسته به خط آسمان کلی شهر متغییر است. ممکن است ساختمانی با ارتفاع 80 متر در شهر مشخصی جزء این گروه دسته بندی شود در حالی که به علت خط آسمان بلند شهر دیگر حداقل ارتفاع لازم برای ساختمان بلند محسوب شدن 150 متر باشد.
در سیستم ساختمان های بلند به علت تاثیر گذاری قابل توجه نیرو های افقی (بار های دینامیکی، باد و زلزله) علاوه بر نیرو های عمودی (بار مرده و زنده) طراحی این نوع ساختمان ها با ساختمان های با ارتفاع کمتر متفات می باشد. برای پایداری این نوع ساختمان ها در مقابل نیرو های جانبی مکانیزم هایی لازم است که متناسب با مصالحی است که ساختمان از آن ساخته شده است.

[وحید 0319]

یک دسته بندی سیستم های متداول ساختمان های بلند متناسب با طبقات آن عبارت است از:








قاب خمشی بتنی

20 طبقه




قاب خمشی فولادی


30 طبقه




دیوار برشی بتنی


35 طبقه




قاب خمشی مهاربندی شده


40 طبقه




خرپای کمربندی


60 طبقه




قاب لوله ای بتنی


60 طبقه




قاب لوله ای فولادی


80 طبقه




لوله مهار بندی شده


100 طبقه




لوله های دسته شده


110 طبقه




لوله خرپایی بدون ستون میانی

120 طبقه















(Fazlur Kahn of Skidmore Owings and Merrill)


در شکل زیر این تناسب سیستم ساخت با تعداد طبقه را مشاهده می کنید:





http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/image001.jpg

- - - به روز رسانی شده - - -


یک دسته بندی سیستم های متداول ساختمان های بلند متناسب با طبقات آن عبارت است از:








قاب خمشی بتنی

20 طبقه




قاب خمشی فولادی


30 طبقه




دیوار برشی بتنی


35 طبقه




قاب خمشی مهاربندی شده


40 طبقه




خرپای کمربندی


60 طبقه




قاب لوله ای بتنی


60 طبقه




قاب لوله ای فولادی


80 طبقه




لوله مهار بندی شده


100 طبقه




لوله های دسته شده


110 طبقه




لوله خرپایی بدون ستون میانی

120 طبقه















(Fazlur Kahn of Skidmore Owings and Merrill)


در شکل زیر این تناسب سیستم ساخت با تعداد طبقه را مشاهده می کنید:





http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/image001.jpg

[وحید 0319]

شکل زیر یک نمای کلی از سیستم های متداول ساخت ساختمان های بلند را نشان می دهد :






http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/2.jpg

[وحید 0319]

1- دیوار های برشی سلولی







2- دیوار های برشی پیرامونی







3- دیوار های برشی خمیده







4- هسته طره شده با طبقات طره ای







5- هسته طره شده مدور با طبقات طره ای

[وحید 0319]

6- هسته طره شده با طبقات معلق







7- قاب خمشی







8- قاب خمشی با دو هسته برشی







9- قاب خمشی با هسته برشی واحد







10- هسته مهاربندی شده

[وحید 0319]

11-دهانه های پیرامونی مهاربندی شده







12- هسته مهار بندی شده با خرپا های بیرون زده







13- لوله قاب شده







14- لوله مهاربندی شده







15- لوله های دسته شده ی قاب شده







16- لوله های دسته شده ی مهار شده

- - - به روز رسانی شده - - -





11-دهانه های پیرامونی مهاربندی شده







12- هسته مهار بندی شده با خرپا های بیرون زده







13- لوله قاب شده







14- لوله مهاربندی شده







15- لوله های دسته شده ی قاب شده







16- لوله های دسته شده ی مهار شده

[وحید 0319]

سطح مشترک تیر و ستون







نوع سطح مشترکی که ستون و تیر در نما ایجاد می کنند از نظر معماری و سازه ای دارای اهمیت می باشد.در مورد اتصالات خمشی از نظر سازه ای بهترین کار قاب کردن تیر به صورت مستقیم در درون ستون است. انتقال ممان بدون پیچش در این حالت به صورت بهینه انجام می گیرد. اگر این کار در نما مشهود باشد می تواند به زیبایی یک قاب خمشی را نشان بدهد. ممکن است تیر ها پشت ستون ها قرار بگیرند تا حالت عمودی را الغا کنند و یا در جلوی ستون قرار بگیرند و حال افقی را نشان دهند با این حال هر دو حالت به علت نامتقارن بودن در تیر پیچش و در ستون خمش ایجاد می کنند.







http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/4.jpg

[وحید 0319]

1- جلوه بصری قاب

2- تیر قاب شده در درون ستون







3- مقطع تیر قاب شده در ستون






4- جلوه بصری ستون






5- تیر پشت ستون






6- مقطع شکل 5 که یک کوپل را ایجاد کرده






7- جلوه بصری تیر






8- تیر در جلوی ستون







9- مقطع شکل 8 که یک کوپل را ایجاد کرده

- - - به روز رسانی شده - - -






1- جلوه بصری قاب

2- تیر قاب شده در درون ستون







3- مقطع تیر قاب شده در ستون






4- جلوه بصری ستون






5- تیر پشت ستون






6- مقطع شکل 5 که یک کوپل را ایجاد کرده






7- جلوه بصری تیر






8- تیر در جلوی ستون







9- مقطع شکل 8 که یک کوپل را ایجاد کرده

[وحید 0319]

وزن سازه






در صورت در نظر گرفتن بار مرده و زنده به تنهایی وزن سازه با افزایش ارتفاع به آرامی افزایش می یابد. با این حال اثر بار جانبی سرعت این افزایش وزن را به شکل چشمگیری و به صورت غیر خطی افزایش می دهد.







سیستم های مقاوم جانبی








سیستم های خمشی








سیستم های خمشی شامل طره ، قاب خمشی، لوله قاب شده و لوله های دسته شده می باشند. این سیستم ها نیرو های جانبی را توسط ترکیبی از خمش و نیرو های محوری تحمل می کنند. به دلیل اینکه تنش های خمشی از کشش تا فشار متغیرند و در تار خنثی با تنش صفر مواجهیم تنها نیمی از مقطع به صورت بهینه استفاده می شود. این مسئله باعث می شود که این سیستم نسبت به دیوارهای برشی یا قاب مهاربندی شده کمتر صلب باشد.در نتیجه این سیستم در مقابل زلزله منعطف تر است و انرژی ناشی از زلزله را جذب می کند. از سوی دیگر مقاومت خمشی باعث تغییر شکل های بزرگی می شود که ممکن است به اجزای غیر سازه ای آسیب بزند. سیستم های خمشی را گاهی با دیوار برشی یا قاب خمشی ترکیب می کنند تا در مقابل نیروهای متوسط به صلبیت بیشتری برسند . ولی قاب های خمشی بعد از حذف شدن مهاربندی یا دیوار برشی در برابر بار های شدید شکل پذیری مناسبی دارند.

[وحید 0319]

طره






سازه های طره ای شامل برج هایی می شوند که از پی بالا آمده اند. این سیستم شبیه سیستم قاب خمشی در مقابل وزن با مکانیزم فشار و در مقابل نیروی جانبی با مکانیزم خمش و برش عمل می کنند.






برج طره ها تحت خمش کلی قرار می گیرند در حالی که قاب های خمشی بوسیله اتصالات خمشی در مقابل خمش محلی تیر ها و ستون ها مقاومت می کنند. خمش کلی برج های طره ای از حداقل در بالای برج آغاز و به حداکثر در تراز پایه ختم می شود. این در حالی است که در قاب های خمشی خمش محلی تیر ها و ستون ها در هر طبقه از منفی به مثبت متغییر است.






برج های طره ای می توانند دیوار های باریک، صندوقه های تو خالی و یا ستون های توپر باشند. ولی در مقایسه با دیوارهای برشی که نیرو های جانبی را اصولا با برش تحمل می کنند این سیستم اصولا نیروهای جانبی را با مکانیزم خمش متحمل می شود.مصالح معمول این سیستم بتن آرمه و چوب می باشد. ممکن است کف طبقات نیز از برج طره شود. طره ها به فنداسیون های بزرگی نیازمندند تا در مقابل واژگونی مقاوم باشند. سیستم طره ای با برج های چند گانه ممکن است پی های مفصلی داشته باشند که برج ها را به منظور پایداری بهتر به هم متصل می کند.








http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/5.jpg






- - - به روز رسانی شده - - -


طره






سازه های طره ای شامل برج هایی می شوند که از پی بالا آمده اند. این سیستم شبیه سیستم قاب خمشی در مقابل وزن با مکانیزم فشار و در مقابل نیروی جانبی با مکانیزم خمش و برش عمل می کنند.






برج طره ها تحت خمش کلی قرار می گیرند در حالی که قاب های خمشی بوسیله اتصالات خمشی در مقابل خمش محلی تیر ها و ستون ها مقاومت می کنند. خمش کلی برج های طره ای از حداقل در بالای برج آغاز و به حداکثر در تراز پایه ختم می شود. این در حالی است که در قاب های خمشی خمش محلی تیر ها و ستون ها در هر طبقه از منفی به مثبت متغییر است.






برج های طره ای می توانند دیوار های باریک، صندوقه های تو خالی و یا ستون های توپر باشند. ولی در مقایسه با دیوارهای برشی که نیرو های جانبی را اصولا با برش تحمل می کنند این سیستم اصولا نیروهای جانبی را با مکانیزم خمش متحمل می شود.مصالح معمول این سیستم بتن آرمه و چوب می باشد. ممکن است کف طبقات نیز از برج طره شود. طره ها به فنداسیون های بزرگی نیازمندند تا در مقابل واژگونی مقاوم باشند. سیستم طره ای با برج های چند گانه ممکن است پی های مفصلی داشته باشند که برج ها را به منظور پایداری بهتر به هم متصل می کند.








http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/5.jpg

[وحید 0319]

1- برج طره ای واحد با طبقات طره ای






2- برج طره ای واحد تحت نیرو های جانبی






3- برج های دوقلو طره ای با پی متصل برای افزایش پایداری






4- برج های دوقلو طره ای تحت نیرو های جانبی






5- برج طره ای واحد با طبقات معلق






6- برج طره ای واحد با طبقات معلق تحت بار جانبی

[وحید 0319]

قاب خمشی








قاب های خمشی تشکیل شده اند از یک یا دو قاب پرتال که تیر ها و ستون های آن با اتصالات مقاوم خمشی به هم متصل شده اند که تغییر شکل های خمشی را از تیر به ستون و یا بالعکس منتقل می کنند. تیرها و ستون ها با یکدیگر کار می کنند تا سازه در مقابل نیرو های وزنی و جانبی مقاومت کند. مقاومت خمشی باعث می شود که قاب های خمشی منعطف ترو شکل پذیر تر از قاب های مهاربندی شده و یا دیوار های برشی باشند. رفتار شکل پذیر این سیستم باعث می شود که انرژی ناشی از زلزله را جذب کند ولی تغییر مکان جانبی را که برای آرامش ساکنین و امنیت آنها مهم است را افزایش می دهد.








قاب های خمشی باعث ایجاد فضا های آزاد معماری با کمترین تداخل سازه ای می شوند. ساختمان های اداری که معمولا نیاز به فضا های منعطف با کاربری های متنوع دارند از این سیستم استفاده می کنند. برای کاهش تغییر مکان جانبی در ساختمان های بلند سیستم های دوگانه استفاده می شود که از مهاربندی و یا دیوار های برشی بهره می گیرند و معمولا در هسته داخلی قرار داده می شوند زیرا در این نقاط انعطاف پذیری پلان زیاد مهم نیست.








به علت هزینه بالای اتصالات خمشی موجود در این سیستم ساختمان های با ارتفاع کم ممکن است از این سیستم در چند دهانه محدود استفاده شود. دیگر دهانه های مفصلی تنها بار های قائم را تحمل کرده و توسط دهانه های دیگری که قاب خمشی هستند پشتیبانی می شوند.اتصال تیر به ستون معمولا قائم بوده و تلاش می شود که بعد از تغییر شکل نیز قائم باقی بماند. تیر ها با مقاومت در مقابل پیچش به تحمل بار های جانبی کمک می کنند.








- - - به روز رسانی شده - - -


قاب خمشی








قاب های خمشی تشکیل شده اند از یک یا دو قاب پرتال که تیر ها و ستون های آن با اتصالات مقاوم خمشی به هم متصل شده اند که تغییر شکل های خمشی را از تیر به ستون و یا بالعکس منتقل می کنند. تیرها و ستون ها با یکدیگر کار می کنند تا سازه در مقابل نیرو های وزنی و جانبی مقاومت کند. مقاومت خمشی باعث می شود که قاب های خمشی منعطف ترو شکل پذیر تر از قاب های مهاربندی شده و یا دیوار های برشی باشند. رفتار شکل پذیر این سیستم باعث می شود که انرژی ناشی از زلزله را جذب کند ولی تغییر مکان جانبی را که برای آرامش ساکنین و امنیت آنها مهم است را افزایش می دهد.








قاب های خمشی باعث ایجاد فضا های آزاد معماری با کمترین تداخل سازه ای می شوند. ساختمان های اداری که معمولا نیاز به فضا های منعطف با کاربری های متنوع دارند از این سیستم استفاده می کنند. برای کاهش تغییر مکان جانبی در ساختمان های بلند سیستم های دوگانه استفاده می شود که از مهاربندی و یا دیوار های برشی بهره می گیرند و معمولا در هسته داخلی قرار داده می شوند زیرا در این نقاط انعطاف پذیری پلان زیاد مهم نیست.








به علت هزینه بالای اتصالات خمشی موجود در این سیستم ساختمان های با ارتفاع کم ممکن است از این سیستم در چند دهانه محدود استفاده شود. دیگر دهانه های مفصلی تنها بار های قائم را تحمل کرده و توسط دهانه های دیگری که قاب خمشی هستند پشتیبانی می شوند.اتصال تیر به ستون معمولا قائم بوده و تلاش می شود که بعد از تغییر شکل نیز قائم باقی بماند. تیر ها با مقاومت در مقابل پیچش به تحمل بار های جانبی کمک می کنند.

[وحید 0319]

1- قاب پرتال با اتصالات مفصلی در مقابل نیرو های جانبی ناپایدار است




2- اتصال خمشی در تراز پایه و اتصال مفصلی در تیر ، تغییر مکان زیاد




3- اتصال مفصلی در پایه و تیر صلب با اتصال خمشی ،تغییر مکان زیاد




4- اتصال خمشی در پایه و تیر صلب،تغییر مکان به نصف کاهش یافته




5- پایه با اتصال مفصلی و اتصالات خمشی در تیر، تیر دارای نقطه عطف است

- - - به روز رسانی شده - - -


6- بار قائم، پایه مفصلی، تیر با اتصال خمشی ، تیر دارای دو نقطه عطف است




7- بار جانبی ، تمام اتصالات مفصلی ، نقطه عطف در تیر و ستون




8- بار قائم ، تمام اتصالات خمشی ، نقطه عطف در تیر و ستون




9- تغییر شکل قاب با چند دهانه تحت بار جانبی




10- تغییر شکل قاب با چند دهانه تحت بار قائم




a نقطه عطف ، نقطه ای با تنش خمشی صفر

[وحید 0319]

اتصالات خمشی





اتصالات خمشی معمولا بوسیله فولاد یا بتن ساخته می شوند. این اتصالات به منظور انتقال لنگر خمشی و دوران عضوی به عضو دیگر ایجاد می شوند (معمولا ستون به تیر) . اتصالات خمشی باعث می شود تیر ها و ستون ها متناسب با هم کار کنند و بدین وسیله نیرو های ثقلی و افقی تحمل می شوند. در مناطق زلزله خیز قاب های خمشی باید شکل پذیر باشند تا بدون شکستن نیروی زلزله را جذب کنند.





اتصالات خمشی معمولا تیر های بال پهنند که به ستون های بال پهن متصل شده اند. معمول این است که تیر و ستون حول محور قوی خود به هم متصل شوند. اتصالات نیمه صلب محور قوی تیر را به محور ضعیف ستون متصل می کنند. اتصالات خمشی به تقویت کننده هایی که بین بال های ستون جوش داده شده اند نیازمندند. تیر ها در برابر تنش خمشی که بال های ستون را تحت خمش قرار می دهند مقاومند و به همین دلیل به چنین تقویت کننده هایی نیاز ندارند.ستون های فشرده با بال های بسیار ضخیم نیازی به این تقویت کننده ها ندارند. فولاد ماده ای انعطاف پذیری است که برای جذب انرژی زلزله در بازه الاستیک خود مناسب است. البته رفتار فولاد در برابر زلزله در سال 1994 طی زلزله Northridge مورد بررسی قرار گرفت که در آن فولاد گسیخته شده بود. دلیل اولیه این گسیختگی بع علت جوش اتصالات بوده است. قاب های بتنی با تقویت های فولادی مناسب در اتصالات که قبل از گسیختگی ترد به تسلیم می رسند اتصالات شکل پذیری را شکل می دهند. معمولا این نکته باعث کاهش 25 تا 50 درصدی فولاد مصرفی و افزایش بتن مصرفی نسبت به طراحی در حالت متعادل است. طراحی شکل پذیر نیازمند خاموت های نزدیک به هم در اتصال تیر و ستون است که در آن آرمه ستون در تیر و آرمه تیر در ستون ادامه داده می شود و خاموت های ستون در درون تیر ها ادامه داده می شود.

[وحید 0319]

http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/8.jpg

- - - به روز رسانی شده - - -





http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/8.jpg

[وحید 0319]

1 اتصال خمشی فولادی در انتهای ستون




2 اتصال خمشی فولادی در تیر میانی




3 اتصال خمشی بتنی در انتهای ستون




4 اتصال خمشی بتنی در تیر میانی




a ستون بال پهن فولادی




b تیر بال پهن فولادی




c ورق های تقویت کننده خمش حاصل از تیر را تحمل می کنند




d ورق فولادی که در کارخانه به ستون جوش داده می شود و به تیر در




محل پیچ می شود




e جوش ، اتصال دهنده بال تیر به ستون




fفولاد طولی تیر




g خاموت برای جلوگیری از کمانش فولاد طولی




h فولاد طولی ستون برای مقاومت در برابر فشار و خمس

- - - به روز رسانی شده - - -




1 اتصال خمشی فولادی در انتهای ستون




2 اتصال خمشی فولادی در تیر میانی




3 اتصال خمشی بتنی در انتهای ستون




4 اتصال خمشی بتنی در تیر میانی




A ستون بال پهن فولادی




B تیر بال پهن فولادی




C ورق های تقویت کننده خمش حاصل از تیر را تحمل می کنند




D ورق فولادی که در کارخانه به ستون جوش داده می شود و به تیر در




محل پیچ می شود




E جوش ، اتصال دهنده بال تیر به ستون




Fفولاد طولی تیر




G خاموت برای جلوگیری از کمانش فولاد طولی




H فولاد طولی ستون برای مقاومت در برابر فشار و خمس

[وحید 0319]

قاب فولادی




قاب فولادی ساخته شده با پروفیل های بال پهن مستلزم دقت در جهت قرارگیری ستون ها می باشد تا سازه بتواند مقاومت و صلبیت مناسب برای مقاومت در برابر نیرو های افقی در هر دو جهت متعامد را داشته باشد.




بر اساس ممان اینرسی مقاطع بال پهن متداول صلبیت حول محور x نسبت به محور y ، 3 به 1 است .بعضی از مقاطع عمیق دارای نسبت صلبیت 50 به 1 اند . با این همه جهت قرارگیری ستون ها برای مقاومت در برابر نیر های جانبی فاکتور مهمی در طراحی قاب های فولادی است. مقاومت یکی از معیار های مهم در طراحی قاب های فولادی است. با فرض یکسان بودن نیرو های جانبی و یک شکل بودن مقاطع ستون ها نیمی از ستون ها باید در یک جهت قرار بگیرند. برای بارهای غیر یکسان جهت قرارگیری ستون ها باید به گونه ای باشد که مقاومت سازه متناسب با بارها باشد.




- - - به روز رسانی شده - - -




قاب فولادی




قاب فولادی ساخته شده با پروفیل های بال پهن مستلزم دقت در جهت قرارگیری ستون ها می باشد تا سازه بتواند مقاومت و صلبیت مناسب برای مقاومت در برابر نیرو های افقی در هر دو جهت متعامد را داشته باشد.




بر اساس ممان اینرسی مقاطع بال پهن متداول صلبیت حول محور x نسبت به محور y ، 3 به 1 است .بعضی از مقاطع عمیق دارای نسبت صلبیت 50 به 1 اند . با این همه جهت قرارگیری ستون ها برای مقاومت در برابر نیر های جانبی فاکتور مهمی در طراحی قاب های فولادی است. مقاومت یکی از معیار های مهم در طراحی قاب های فولادی است. با فرض یکسان بودن نیرو های جانبی و یک شکل بودن مقاطع ستون ها نیمی از ستون ها باید در یک جهت قرار بگیرند. برای بارهای غیر یکسان جهت قرارگیری ستون ها باید به گونه ای باشد که مقاومت سازه متناسب با بارها باشد.

[وحید 0319]

برای مثال یک ساختمان با پلان مستطیلی در نمای طولی خود بیشتر تحت بار باد است تا در نمای عرضی. اگر باد طراحی افقی را مشخص می کند این مسئله باید در جهت قرارگیری ستون ها لحاظ شود.به منظور جلوگیری از پیچش جهت گیری ستون ها باید صلبیت را در هر دو جهت به صورت متقارن برآورده کند. پیچش در حالتی اتفاق می افتد که مثلا یک قسمتی از ساختمان ستون هایی با صلبیت بیشتری نسبت به قسمت دیگر داشته باشد. همچنین برای اینکه مقاومت خوبی در برابر پیچش تصادفی حاصل از توزیع نامتقارن جرم در طبقات وجود داشته باشد ستون ها باید در لبه ها توزیع شود. قرار دادن ستون ها نزدیک مرکز جرم مقاومت پیچشی را کاهش می دهد زیرا بازوی مولد پیچش کوچک بوده و تنش پیچشی در ستون ها افزایش می یابد. در طراحی ابعاد ستون ها باید عقب نشینی طبقات بالاییی و اثر نیروی باد نامتقارن و زلزله را بر این عقب نشینی ها لحاظ کرد.






http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/9.jpg

[وحید 0319]

1 نمای جلو از قاب خمشی با عقب نشینی هایی در طبقات بالایی




2 آرایش ستون ها در پلان برای مقاومت خمشی در هر دو جهت




a آرایش ستون برای مقاومت در برابر نیروی جانبی در جهت عرض




b آرایش ستون برای مقاومت در برابر نیروی جانبی در جهت عرض





لوله قاب شده




لوله های قاب شده نوعی از قاب های خمشی هستند که ساختمان بوسیله یک دیوار ساخته شده از ستون های نزدیک به هم و تیرهای عمیق با طول کم پوشیده شده است. با قرار دادن سیستم مقاوم جانبی در نما به جای فضای داخلی علاوه بر اینکه فضای داخلی افزایش می یابد مقاومت پیچشی بنا نیز بهینه می شود. همچنین سیستم مقاوم جانبی باعث کوچک شدن ستون های داخلی می شود زیرا تنها نیرو های ثقلی را حمل می کنند. همچنین طراحی کف ها و سقف ها برای پوشش کل عرض ساختمان باعث ایجاد فضای داخلی بدون ستون و در نتیجه افزایش انعطاف پذیری معماری می شود. مهمترین مسئله در لوله های قاب شده هزینه بالا به علت اتصالات زیاد بین ستون های نزدیک به هم و تیر هاست. برای کاهش این هزینه ها طراحان معمولا از روش های پیش ساخته استفاده می کنند تا جوشکاری های اصلی در کارخانه صورت گیرد تا در محل اجرا. این عمل باعث افزایش اطمینان و کنترل کیفی کار می شود.

[وحید 0319]

http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/10.jpg

[وحید 0319]

1 لوله قاب شده بدون هسته میانی




2 لوله قاب شده با هسته میانی




3 دیاگرام کلی تنش لوله قاب شده




4 لوله قاب شده با خرپای میانی و بالایی برای سختی بیشتر




5 قاب پیش ساخته با اتصال مفصلی در نقطه بدون لنگر (نقطه عطف)

- - - به روز رسانی شده - - -



1 لوله قاب شده بدون هسته میانی




2 لوله قاب شده با هسته میانی




3 دیاگرام کلی تنش لوله قاب شده




4 لوله قاب شده با خرپای میانی و بالایی برای سختی بیشتر




5 قاب پیش ساخته با اتصال مفصلی در نقطه بدون لنگر (نقطه عطف)

[وحید 0319]

لوله های دسته شده قاب شده




سازه ی لوله های دسته شده قاب شده شامل لوله های قاب شده ای است که توسط ستون های نزدیک به هم و متصل به تیر به صورت قاب در آمده اند. لوله های دسته شده حاصل از ردیف ستون ها مقاومت جانبی به سازه افزوده و برش را توسط ستون های خارجی که توسط نیروهای جانبی تحت کشش و فشارند انتقال می دهد. این انتقال برش باعث می شود که ستون های خارجی بر خلاف ستون های تکی در برابر نیروی جانبی هماهنگ مقاومت کنند و در نتیجه مقاومت جانبی سازه افزایش می یابد.لوله های دسته شده نه تنها نیروی برشی را توسط لوله خارجی انتقال می دهند دیوار های داخلی نیز در این کار کمک کرده تنش برشی را کاهش می دهند.




حالت دیگری از لوله های دسته شده لوله های دسته شده مهار شده است. با اینکه این سیستم سختی بیشتری فراهم می کند ولی مهاربندی ها دسترسی را در فضا های حاصل از ستون های داخلی منقطع می کند. با توجه به هندسه پلان این سیستم ممکن است شامل لوله های دسته ای مربع،مستطیل و یا مثلث قابل تکرار باشد. با این همه شش ضلعی ها دارای کارایی کمتراند.

[وحید 0319]

سیستم های معلق



سیستم های مقاوم جانبی از نوع معلق ،سازه های بلند مرتبه معلق نیز نامیده می شوند و با سازه های معلق مثل پل های معلق که از دو نقطه آویخته شده اند متفاوتند. سازه های بلند مرتبه معلق معمولا به صورت عمودی از بالا آویخته می شوند. یکی از دلایل معلق کردن سازه جلوگیری از ایجاد مانع در طبقات است.



با توجه به نیرو های جانبی محدودیت های ساختمان های بلندمرتبه معلق، باریک بودن سطح و محدودیت در نسبت طول به عرض آن است. با این حال رفتار این سیستم مشابه درخت می باشد بدین صورت که تنه درخت به صورت کلی بارها را تحمل کرده و ریشه های بزرگی لازم است تا در برابر واژگونی مقاوم باشد. طراحی های مناسب با نسبت طول به عرض محدود باعث تسهیل در شکل پذیری بنا و در نتیجه با رفتاری مشابه گَلی در باد نیرو های ناشی از زلزله کاهش می یابد.

[وحید 0319]

منطق معلق سازی



در دیده اول چون مسیر نیرو از طبقه به سمت بالا (هسته) و از آنجا به سمت پایین (فنداسیون) می باشد سازه های بلند مرتبه معلق غیر منطقی به نظر می آیند. با این حال این سیستم دارای مزایای سازه ای و معماری است که در ادامه خواهد آمد. فهمیدن معایب و مزایای این سیستم و ارزیابی کلی آن به منظور طراحی لازم است.



چالش ها



· انحراف مسیر حرکت نیرو : نیرو به سمت بالا حرکت کرده و از آنجا به سمت پایین به فنداسیون منتقل می شود



· تغییر شکل ستون ها باعث ایجاد تغییر شکل های نسبی بزرگ در سازه می شود



منطق معماری



· تعداد ستون های کمتر در پلان همکف باعث انعطاف پذیری در پلان می شود



· تسهیل در گسترش های احتمالی آینده با تداخل کمتر در اجرا



· آویز های کوچک به جای ستون های بزرگ انعطاف پذیری را افزایش و دید را بهینه می کند

[وحید 0319]

منطق سازه



· از بین بردن کمانش در آویز ها (جایگزینی فشار با کشش)



· آویز های مقاوم به جای ستون های فشاری عظیم



· می توان کف را بر روی زمین ساخت و پس از اتمام در ارتفاع نصب کرد



· تمرکز فشار در چند ستون محدود کمانش را به حداقل می رساند





گزینه طراحی



· برج های متعدد با پی مفصلی مقاومت در برابر واژگونی را بهبود می بخشد



· بلوک های متعدد برای کاهش تغییر شکل نسبی



· قرارگیری آویزها متناسب با بار مرده و زنده باعث کاهش تغییر شکل



· آویز های پیش تنیده به منظور کاهش تغییر شکل به نصف

[وحید 0319]

http://www.civil-architecture.com/attachment/tall/14.jpg



1 مسیر نیرو های ثقلی: از طبقه به سمت بالا (هسته) و از آنجا به سمت پایین (فنداسیون)



2 تغییر شکل های نسبی تجمعی اند : کوتاه کردن ستون ها و کم کردن کرنش طولی آویز ها ضروری است



3 پیش تنیدگی تغییر شکل را به نصف کاهش می دهد: قسمت بالا نیمی از بار را توسط افزایش در پیش تنیدگی تحمل می کند - قسمت پایین نیمی از بار را توسط کاهش در پیش تنیدگی تحمل می کند



4 مهار در زمین برای پایداری مناسب ( انتخاب آویز ها به عنوان مهار در زمین بلامانع است)

[وحید 0319]

1 تک برجی - تک بلوکی



تک برجی ها نیاز به پی بزرگی دارند مانند درختی که در برابر واژگونی مقاوم است



2 چند برجی



چند برجی ها با پی مفصلی دارای پایداری بالایی اند



3 دو بلوکی



دو بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد



ماکزیمم 5 طبقه در هر بلوک تغییر شکل نسبی را به 5 سانتی متر محدود می کند



4 دو برجی - دو بلوکی



دو بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد



دو برجی ها با پی مفصلی پایداری را افزایش می دهند



5 سه بلوکی



سه یا چند بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد



6 سه بلوکی – دو برجی



سه یا چند بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد – دو یا چند برجی ها با پی مفصلی پایداری را افزایش می دهند

- - - به روز رسانی شده - - -




1 تک برجی - تک بلوکی



تک برجی ها نیاز به پی بزرگی دارند مانند درختی که در برابر واژگونی مقاوم است



2 چند برجی



چند برجی ها با پی مفصلی دارای پایداری بالایی اند



3 دو بلوکی



دو بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد



ماکزیمم 5 طبقه در هر بلوک تغییر شکل نسبی را به 5 سانتی متر محدود می کند



4 دو برجی - دو بلوکی



دو بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد



دو برجی ها با پی مفصلی پایداری را افزایش می دهند



5 سه بلوکی



سه یا چند بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد



6 سه بلوکی – دو برجی



سه یا چند بلوکی ها طول آویز ها را کاهش داده و درنتیجه تغییر شکل نسبی نیز کاهش می یابد – دو یا چند برجی ها با پی مفصلی پایداری را افزایش می دهند

[وحید 0319]

محدودیت ها



مهمترین محدودیت برای سازه های بلند مرتبه معلق محدودیت تعداد طبقه برای بلوک هاست. بیش از 10 طبقه به ازای هر بلوک تغییر شکل های غیر قابل قبولی ایجاد می کند. ستون هایی که در حالت عادی تحت فشارند تحت کرنش یکسان قرار می گیرند. از آنجایی که آویز ها تحت بار کشیده می شوند بر خلاف ستون ها که تحت بار های ثقلی فشرده می شوند سازه های بلند مرتبه معلق تحت تغییر شکل های بزرگ قرار می گیرند. با اینکه آویزها کمانش ندارند اما بدلیل اینکه تنش های بالای کششی در آویزها وجود دارد در آنها کرنش های کششی زیادی اتفاق می افتد که باعث افزایش تغییر شکل های نسبی می شود.