سیستم های متداول برای سازه های بلند

-سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی-هسته برشی
- سیستم های لوله ای در سازه برج
در ساختمانهای بلند مسکونی R.C -فناوری سوپر فریم
سیستم های قالب صلب خالصبرای ساختمان های مرتفع تر از 30 طبقه عملی نمی باشد.در
چنین مواردی یکی از انواع دیوار برشی نیز در قاب به کار برده می شود تا بارهای جانبی را
مقاومتکند. دیوارهای برشی یا بتنی می باشند و یا از مهار بندی فولادی مشبک(خرپایی)
تشکیل می گردند. این دیوارها ممکن استهسته های داخلی، بسته مانندهسته های دور
محوطه های آسانسورها و پله ها، یا دیوارهای موازی در داخل ساختمان، و یا خرپاهای نمایی
قائم باشند .شکل های گوناگون نقشه های افقی،راه حل های مختلفممکن را برای طرح های
افقی نشان می دهند. سیستم های هسته ای در ارتباط با فرم ساختمان از نقطه نظرهای زیر
طبقه بندی میشوند:
محل و موقعیت هسته ها
هسته های نمایی خارجی
هسته های داخلی :هسته هایی نمایی،هسته ها در داخل ساختمان
هسته های خارجی از مرکز
تعداد هسته ها
هسته های منفرد
هسته های شکافته
هسته های چندتایی
شکل هسته ها
کل های بسته :مربعی،مستطیلی، دایره ای و مثلثی .
شکل و ناودانی شکل . I ، شکل های باز شکل
شکل هایی که از فرم ساخمان الهام می گیرند .
سیستم های مرکباز قاب و دیوار برشی بر اساسرفتارشان تحت بارگذاری جانبی دسته
بندی می شوند که ممکن استیکاز سه نوع زیر باشند .
-1 سیستم های مرکباز قاب مفصلی و دیوار برشی :در این سیستم چون اتصالشان
تیرهای قاب به ستون ها مفصلی می باشد، قاب فقط می تواند بارهای وزن را تحمل کند.
دیوار برشی تمام بارهای جانبی را مقاومتمی کند .
-2 سیستم های مرکباز قاب مفصلی،قاب ویراندیل و دیوار برشی :نیروهای جانبی به وسیله
دیوار برشی و قاب صلب(یعنی قاب ویراندیل (مشترکاً مقاومتمی گردند.قاب های داخلی و
قاب های نمایی طولی فقط بارهای وزن را تحمل می کنند .
-3 سیستم های مرکباز قاب صلبو دیوار برشی :به کار بردن فقط دیوارهای برشی به
منظور جذب بارهای جانبی برای ارتفاعات بیشاز 500 فوت غیر عملی می باشد.برای اینکه
هسته ها به اندازه کافی قوی باشند باید ابعاد آنها خیلی بزرگ انتخاب شود که در این صورت
دیگر برای دستگاه های حمل و نقل قائم و توزیع انرژی مناسب نخواهند بود .
به علاوه تغییر شکل آنها ممکن است چنان زیاد باشد که در دیوارهای جدا کننده و پنجره ها
ترکایجاد کند و یا حتی در ساکنین ساختمان واکنشهای روانی ناگوار به وجود آورد.با به
کار بردن قاب صلب که برای مقاومتنیروهای جانبی با دیوار برشی سهیم می شود بر صلبیت
جانبی ساختمان به مقدار زیادی افزوده می گردد.تغییر شکل کل سیستم های متشکل از
دیوار برشی و قاب صلب که روی یکدیگر اثر متقابل دارند با جمع کردن حالتهای تغییر
شکل جداگانه دیوار و قاب بدستمی آید .
*تغییر شکل حالتبرشقاب صلب :توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در پای
ساختمان در جایی که بیشترین برشاثر می کند حداکثر می باشد .
*تغییر شکل حالت خمشدیوار برشی :دیوار برشی ممکن استیکدیوار بتنی توپر یا یک
خر پای فولادی قائم باشد.این دیوار برشی ممکن استیکهسته داخلی،دیوار های
داخلی،دیوار های داخلی موازی و یا یکدیوار نمایی باشد. دیوار برشی مانند یکتیر طره ای
قائم عمل می کند و مانند آن خم می شود. توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در بالای
ساختمان حداکثر می باشد و این دلالتبر این قسمت ساختمان دیوار برشی در ایجاد سختی
کمترین سهم را دارد .
*تاثیر متقابل قاب و هسته برشی :برای یافتن اثر متقابل قاب و دیوار برشی تغییر شکل های
کشیده حاصل می شود. به علت s دو حالتفوق را با هم جمع می کنیم که یکمنحنی
خصوصیات تغییر شکلی مختلفدیوار برشی و قاب، دیواربرشی به وسیله قاب در قسمت
بالای ساختمان به عقب کشیده می شود و در قسمتپایین ساختمان به جلو رانده می شود.
از این رو برشناشی از باد) یا زلزله (در قسمت بالای ساختمان اساساً به وسیله قاب و در
قسمتپایین ساختمان اساسا به وسیله دیوار برشی گرفته می شود.
هسته برشی:
حتماً با دیوار برشی آشنایی داری و میدونی یکی از سیستمهای رایج مقاوم در برابر بارهای
جانبی استفاده از سیستم مختلط دیوار برشی و قاب خمشی است. حال فرضکن چند دیوار
برشی رو طوری در کنار هم قرار بدی که یکمحیط بسته رو ایجاد کنن ( شکلشمی تون
مستطیل ، مربع ، مثلث ، دایره یا هر شکل بسته ای باشه) . حتماً میدونی که چنین سیستمی
سختی پیچشی فوق العاده زیادی داره طوری که سختی قابها در مقابل اون قابل صرفنظر
کردنه . حالا اگر ما بیایم و این سیستم رو در مجاورت مرکز جرم سازه متمرکز کنیم (چون
باید اختلاف مرکز جرم و مرکز سختی به حداقل برسه تا بازوی لنگر پیچشی وارده بر سازه تا
حد امکان کوچیکبشه) در واقع یکهسته برشی در ساختمان ایجاد کردیم که وظیفه جذب
و انتقال نیروهای جانبی نظیر باد و زلزله رو داره . در کتاب بارگذاری مستوفی نژاد فصل آخر
توضیحات مفیدی در این باره داده که می تونی بهشمراجعه کنی.
سیستم های لوله ای در سازه برج
در طرح سازه های بلند اخیرا ایده جدیدی ارائه شده است که موسوم به سیستم لوله ای می
باشد. در حال حاضر در چهار مورد از پنج ساختمانی که بلندترین ساختمان های دنیا می
باشند از این روشاستفاده شده است. این ساختمان ها عبارتند از، ساختمان هنکاک برج
سیرز و ساختمان استاندارد اویل در شیکاگو و ساختمان مرکز تجارت دنیا در نیویورک .
بازده سازه ای سیستم های لوله ای به قدری زیاد می باشدکه در اکثر موارد مقدار مصالح
سازه ای مصرف شده برای هر فوت مربع کف (یا سقف) قابل مقایسه با مقدار مصالح مصرف
شده در ساختمان های قابی متداول به ارتفاع نصف می باشد .
در طرح لوله ای فرضمی شود که عناصر سازه ای پیرامونی ساختمان در مقابل بارهای جانبی
همچون یکتیر با مقطع صندوقی (جعبه ای) تو خالی که از زمین طره شده است عمل کند.
چون دیوارهای خارجی تمام یا بیشتر بار جانبی را تحمل می کنند، مهار بندی های قطری یا
دیوارهای برشی داخلی پر هزینه حذف می گردند .
دیوارهای لوله از ستون هایی تشکیل می شوند که به فواصل کم در مجاورت یکدیگر در
اطراف محیط ساختمان قرار می گیرند و به یکدیگر با تیرهای با عمق زیاد که در بالا و پایین
آنها سوراخ های پنجره قرار دارند متصل می شوند. این سازه نمایی همچون دیواری با سوراخ
های متعدد به نظر می رسد. سختی دیوار نما را می توان با افزودن مهار بندی های مورب
(قطری) که اثر خر پا مانند ایجاد می کنند زیاد تر نمود .صلبیت لوله چنان زیاد استکه در
مقابل بارهای جانبی به صورت یکتیر طره ای عمل می کند. لوله خارجی می تواند به تنهایی
تمام بارهای جانبی را تحمل کند یا اینکه با افزودن نوعی مهار بندی داخلی می توان لوله را
بیشتر تقویت نمود و سختتر کرد .
در زیر کار بردهای مختلف سیستم لوله ای که تا امروزه به کار رفته اند بررسی می گردند. این
بخشبه موضوع های زیر تقسیم می شود :
سازه لوله توخالی در ساخت برج ·
لوله قابی o
لوله خر پایی شامل o
1. لوله خرپایی مرکباز ستون و عناصر قطری
2. لوله خر پایی مشبک
برج با سازه لوله با مهار بند ی داخلی ·
لوله با دیوارهای برشی موازی o
لوله در لوله o
لوله اصلاح شده شامل o
1. لوله قابی توأم با قاب های صلب
2. لوله در نیم لوله
لوله های دسته شده ·
سازه لوله توخالی در ساخت برج
لوله قابی ·
لوله خرپایی : ·
لوله خرپایی مرکباز ستون و عناصر قطری : ·
لوله خرپایی مشبک: ·
لوله قابی
کاربرد نخستین سیستم لوله ای قابی بود که برای اولین بار در ساختمان آپارتمانی 43 طبقه
دویت چست نات در شیکاگو ( 1961 ) به کار رفت. در این سیستم لوله ای دیوار های
خارجی سا ختمان از شبکه ای از تیرهای نزدیکبه هم تشکیل می شود که با اتصالات صلب
به یکدیگر متصل می باشند(به صورت قاب ویراندیل (و این دیوارهای خارجی به توسط عمل
لوله طره شده بدون استفاده از مهار بندی داخلی بارهای جانبی را تحمل می کنند. فرضمی
شود که ستون های داخلی فقط بارهای وزن را تحمل می نمایند و در سختی لوله خارجی
سهمی ندارند. کف های سخت طبقات همچون دیافراگم نیروهای جانبی را به دیوارهای
پیرامونی توزیع می کنند .
مثال های دیگری از ساختمان هایی که در آنها از لوله قابی تو خالی استفاده شده عبارتنداز :
ساختمان 83 طبقه استاندارد اویل در شیکاگو و ساختمان 110 طبقه مرکز تجارت دنیا در
نیویورک با وجود اینکه این ساختمان ها دارای هسته داخلی می باشند مانند لوله های تو
خالی عمل می کنند زیرا هسته ها در آنها برای تحمل بارهای جانبی طرح نگردیده اند .
لوله ویراندیلی بطور منطقی از سازه قاب صلب معمولی نتیجه می شود و در حقیقتتکامل
یافته آن می باشد. این سیستم دارای سختی جانبی و مقاومت پیچشی بالا می باشد و در
عین حال از لحاظ تقسیم بندی فضای داخل آن انعطاف پذیر است.ستون ها و تیرها در شبکه
به قدری نزدیکیکدیگر و با فاصله کم قرار داده می شوند که می توان از آنها به عنوان چهار
چوب یا قاب پنجره ها استفاده نمود .
در طرح سیستم های لوله ای قابی ایده ال آن است که دیوارهای خارجی به صورت واحد و
مشترک عمل کنند و در مقابل بارهای جانبی کاملا مانند یکتیر طره ای خم شوند .در چنین
حالتی تمام ستون هایی که لوله را می سازند، مشابه تارهای یکتیر، تحت کشش یا فشار
محوری مستقیم خواهند بود .
اما رفتار واقعی لوله در جایی ما بین رفتار تیر طره ای خالصقاب خالصقرار دارد. اضلاعی از
لوله که موازی امتداد نیروهای جانبی می باشند، با توجه به انعطاف پذیری تیرها ، تمایل
دارند که مانند قاب های صلب چند دهانه و مستقل عمل کنند. این انعطاف پذیری باعثمی
شود که در قاب تغییر شکل های ناشی از برشایجاد شود که به نام لنگی برشخوانده می
شود. بنابراین در ستون ها و تیرها خمشبوجود می آید .
اثر تغییر شکل برشی در روی عمل لوله منجر به توزیع غیر خطی فشار در امتداد پوشستون
ها می گردد، ستون هایی که در گوشه های ساختمان واقع شده اند مجبور می باشند سهم
بیشتری از بار را نسبت به ستون های ما بین آنها تحمل کنند. تغییر شکل کل ساختمان دیگر
شباهتبه تغییر شکل تیر طره ای نخواهد داشت زیرا تغییر شکل حالت برشاهمیت
بیشتری پیدا می کند .
مسئله برششدیداً در روی کار آیی سیتم های لوله ای تأثیر می گذارد و تمام پیشرفت های
بعدی در طرح لوله ای سعی بر بر طرف نمودن این اشکال دارد. چنین به نظر می رسد که
روشلوله قابی برای ساختمان های فولادی تا 80 طبقه و برای ساختمان های بتنی تا 60
طبقه اقتصادی باشد .
لوله خرپایی :
ضعفلوله قابی در انعطاف پذیری تیرهای آن قرار دارد .با اضافه نمودن عناصر مورب (قطری)
به مقدار زیادی بر صلبیت لوله افزوده می گردد. در این صورت قسمت عمده برشبه وسیله
عناصر قطری جذب می شود نه به وسیله تیرهایی که در بالا و پایین آنها پنچره قرار دارد.
اعضاء قطری مستقیماً بارهای جانبی را اساساً به صورت نیرو های محوری تحمل می کنند.
این کاهشتغییر شکل برشی (ناشی از لنگی برش (رفتار خالصطره ای را تامین می کند .
لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری :
در این سیستم از عناصر قطری در داخل شبکه مستطیلی تیرها و ستون ها استفاده می
شود. عناصر قطری و تیرها با یکدیگر در مقابل بارهای جانبی صلبیت دیوار مانندی بوجود
می آورند. این اعضاء قطری نه فقط قسمت اعظم بارهای جانبی را حمل می کنند بلکه
همچون ستون های مایل عمل می نمایند و بار های وزن را نیز تحمل می کنند .
معمولاً کششایجاد شده در اثر بار های جانبی بر فشار تولید شده در اثر بارهای ورن غالب
نمی آید. وظیفه دوگانه اعضاء قطری این سیستم را برای ساختمان های خیلی بلند (تا حدود
100 طبقه برای ساختمان های فولادی) نسبتاً پر بارده می سازد .استفاده از عناصر قطری
موجبمی شود که بتوان فاصله ستون ها را خیلی بیشتر از فاصله ستون ها در لوله قابی
اختیار کرد .
یکویژگی اصلی این سیستم قابلیتآن در توزیع یکنواخت بارهای متمرکز در سراسر سازه
می باشد .
تیرها بارهای وزن بین ستون ها را حمل می نمایند و مانند مهارهایی از کشیده شدن کف ها
جلوگیری می کنند. بدین طریق آنها بر کار آیی عناصر قطری به عنوان سیستم اصلی توزیع
بار می افزایند .
روشجالبی برای ایجاد عناصر قطری در دیوارهای خارجی بتنی در پروژه تحصیلی یکی از
دانشجویان انستیتوی تکنولوژی ایلی نوی پیشنهاد شده است. در آن عناصر قطری با پر
نمودن سوراخ های پنچره در یکطرح مورب بوجود می آید .
لوله خرپایی مشبک:
در این سیستم ، لوله از عناصر مورب نزدیکبهم بدون هیچ ستون قائمی ساخته می شود.
اعضاء مورب مانند ستون های مایل عمل می کنند، تمام بارهای وزن را حمل می نمایند و
سازه را در مقابل بارهای جانبی سخت تر می سازند. عناصر مورب را ممکن است به وسیله
تیرهای افقی به یکدیگر متصل کرد .
عناصر مورب در مقابل بار های جانبی فوق العاده پر بازده می باشند ولی در انتقال بارهای
وزن به زمین نسبت به ستون های قائم بازده کمتری دارند. بعلاوه تعداد زیاد اتصالاتی که بین
این عناصر مورب لازم می باشد و مشکلات مربوط به جزئیات پنجره ها سیستم خرپای
مشبکرا به طور کلی چندان عملی و قابل استفاده نمی سازد.
برج با سازه لوله با مهار بندی داخلی
لوله با دیوارهای برشی موازی : ·
لوله در لوله : ·
لوله اصلاح شده : ·
لوله های دسته شده: ·
لوله خارجی را ممکن است یا با افزودن عناصر قطری در صفحه های خارجی تقویت نمود و یا
آن را از داخل با اضافه نمود دیوار های برشی یا هسته های داخلی تقویتکرد. در قسمت
های زیر چند روشبرای مهار بندی داخلی بررسی می گردند .
لوله با دیوارهای برشی موازی :
دیوار لوله ای خارجی را می توان با ترکیب نمودن دیوارهای برشی داخلی در نقشه افقی سازه
تقویتکرد. دیوار های لوله خارجی را می توان مانند بال های یکتیر تشکیل شده از اعضاء
متصل به هم از این تجسم نمود که در آن دیوارهای برشی جان تیر را تشکیل می دهند.
تنشها در دیوارهای لوله خارجی اساساً محوری می باشند زیرا لنگی برشدر این سیستم
حداقل می باشد .
لوله در لوله :
با به کار بردن هسته نه فقط برای بارهای وزن بلکه همچنین برای تحمل بار های جانبی
سختی سیستم لوله تو خالی به مقدار خیلی زیادی افزایشمی یابد. سازه کف لوله های
خارجی و داخلی را به یکدیگر متصل می کند و همگی در مقابل نیرو های جانبی به صورت
واحد و مشترک عمل می نمایند .
واکنشیکسیستم لوله در لوله در مقابل بار های جانبی مشابه واکنشساده مرکب از قاب
صلب و دیوار برشی است. اما لوله قابی خارجی خیلی سخت تر از قاب صلبمی باشد .
لوله خارجی بیشتر بار جانبی را در قسمت بالا ساختمان مقاومتمی کند، در صورتی که
هسته بیشتر بار را در قسمتپائین ساختمان تحمل می نماید .
روشلوله در لوله در ساختمان 38 طبقه برانسویکدر شیکاگو و ساختمان 52 طبقه شماره
1 میدان شل در هوستون به کار رفته است .
با به کار بردن یکسیستم سه لوله ای تو در تو ، طراحان یکساختمان 60 طبقه اداری در
توکیو سیستم لوله در لوله را یکقدم به جلو بردند. در این سیستم لوله خارجی به تنهایی
بارهای باد را تحمل می نماید، ولی هر سه لوله که بوسیله سیستم های کف(دیافراگم ها) به
یکدیگر متصل شده اند در تحمل بارهای زلزله که عامل مهمی در ژاپن می باشد شرکت کرده
و روی یکدیگر اثر متقابل دارند .
لوله اصلاح شده :
سیستم لوله ای در مورد ساختمان های با نقشه افقی دایره و تقریبا مربع بیشترین بازده را
دارد. ساختمان هایی که از این شکل ها منحرف می شوند، در موقع استفاده از سیستم های
لوله ای ملاحظات سازه ای ویژه ای را لازم دارند. دو مثال زیر چنین شرایطی را تشریح می
کند .
لوله قابی توأم با قاب های صلب : ·
شکل ششضلعی ساختمان 40 طبقه اداری در شارلوت واقع در ایالت کارولاینای شمالی
طراحان را وادار کرد تا روشلوله ای را اصلاح کنند، گوشه های تیز این ساختمان ششضلعی
لنگی برشزیادی را نشان داد که استفاده موثر از سیستم لوله ای را غیر ممکن می ساخت .
اضافه نمودن قاب های صلبدر جهت عرضساختمان موجب گردید که دیوارهای خارجی به
یکدیگر متصل شوند، بدین ترتیب دیوارهای انتهایی در دو انتهای مثلثی شکل ساختمان به
وسیله قاب های صلب تقویت گردیدند. با متصل کردن و بستن دیوار های پیرامونی به
یکدیگر سیستم لوله ای موثری بدستآمد .
لوله در نیم لوله : ·
نقشه افقی نا منظم ساختمان 32 طبقه بانکملی و ستون پنسیلوانیا در پیتسبورگموجب
راه حل ویژه دیگری در طرح لوله ای گردید، در اغلب ساختمان های لوله ای عمل لوله ای به
وسیله دیوار های خارجی ایجاد می گردد اما در این ساختمان، دو هشت ضلعی متقاطع یک
لوله سازه ای در قسمت مرکزی ساختمان تشکیل می دهند .
دو قسمتانتهایی ساختمان به وسیله سیستم های قاب – دیواری ناودانی شکل تقویتمی
شوند. نیروهای جانبی (در اینجا باد) مشترکا به توسط لوله داخلی و دیوارهای انتهایی ناودانی
شکل بسیار بزرگمقاومتمی گردند .
لوله های دسته شده :
آخرین پیشرفت در طرح روشلوله های دسته شده می باشد. این روشبرای ساختمان سیرز
در شیکاگو به کار برده شده که در حال حاضر بلندترین ساختمان دنیاست .
لوله قابی خارجی در این روشبه وسیله دیافراگم های عرضی داخلی در هر دو جهتتقویت
می گردد. بدین ترتیبمجموعه ای از لوله های حجره ای تشکیل می شود. هر یکاز این لوله
های مستقلاً قوی هستند، بنابراین ممکن است آنها را به هر شکلی دسته کرد و در هر ترازی
قطع نمود.برتری دیگر سیستم لوله های دسته شده در محصور کردن سطوح بسیار وسیع
طبقات قرار دارد .
دیافراگم های داخلی در موقع مقاومت نیروهای برشی مانند جان های یکتیره طره ای عظیم
عمل می کنند و در نتیجه لنگی برشرا به حداقل می رسانند. به علاوه این دیافراگم ها در
تحمل خمشنیز سهیم می باشند .
دیافراگم هایی که موازی بارهای جانبی هستند(یعنی جان های تیر) برشرا جذب می کنند
و در نتیجه در نقاط تلاقی با دیوارهای عمود بر آنها (یعنی بال ها) نقاط ششحداکثر ایجاد
می شود که نشان دهنده عمل جداگانه هر یکاز لوله ها می باشد، به اختلاف توزیع تنش
محوری با حالتی که هیچ تقویت کننده داخلی وجود ندارد یعنی فقط یکلوله تنها باشند
توجه کنید. با وجود اینکه تا حدودی لنگی برشرخ می دهد، دیافراگم های قائم سعی بر
توزیع یکنواختتنش های محوری دارند. ولی انحراف از رفتار لوله ای ایده آل که با خطوط
منقطع در شکل نشان داده شده به نظر نمی رسد که قابل ملاحظه باشد.
ساختمان های مرکبیا پیوندی : ·
ساختمان های مرکبلوله ای : ·
پوشش دیواری صفحه ای : ·
ساختمان های مرکب یا پیوندی
در سازه پیوندی که از پیشرفت های اخیر به منظور ازدیاد سختی جانبی آسمان خراش های
قابی می باشد بتن و فولاد مشترکاً به عنوان واحد سازه ای عمل می کنند. این ایده چندین
سال استکه در مورد اعضاء سازه ای مانند کف ها وستون ها به کار رفته است . اما طرح تمام
ساختمان بصورت مرکب روشکاملا جدیدی به شمار می رود. در زیر دو راه حل متمایز به
عنوان مثال هایی از کار برد این روشارائه می شود.
ساختمان های مرکب لوله ای
در سیستمی که به وسیله شرکتاسکیدمور، اوبنگز و مریل طرح و تکمیل شده است قاب
فولادی خارجی در مقابل تغییر شکل جانبی به وسیله دیوار پیرامونی مشبک(سوراخ دار (
بتنی ریخته شده در محل تقویت می گردد. ساختمانی که بدین ترتیب بر پا می شود شباهت
به لوله صلبی دارد که از زمین طره شده باشد. در این روشاجرای سریع و مقاومت زیاد (و در
نتیجه انعطاف پذیری فضای داخل) ساختمان فولادی با محفوظ از آتش بودن، عایق بندی،
صلب جانبی ، و قالب پذیری دیوار خارجی بتنی ترکیبمی شود. این سیستم در ساختمان
36 طبقه گیت وی- 3 در شیکاگو، ساختمان 50 طبقه برج شماره 1 میدان شل در
نیواورلئان و ساختمان 24 طبقه سی-دی-سی در هستون که در آن قطعات پیشساخته نما
بعنوان قالب بندی بتن ریخته شده در محل به کار رفتند، مورد استفاده قرار گرفته است .
روشاجرای این سیستم بدین ترتیباست که ابتدا قاب فولادی به اندازه 8 تا 10 طبقه بالا
آورده می شود. ستون های خارجی باید بارهای اجرایی را تحمل کنند. برای تأمین پایداری
جانبی، قاب خارجی به طور موقت بوسیه کابل مهاربندی می شود. سپسفولادهای کفدر
محل قرار می گیرد و بتن کف ریخته می شود تا پایداری اسکلت فولادی تأمین گردد و بتوان
کار داخل ساختمان را شروع کرد. بعد از اینکه شبکه های فولادی بتن مسلح و قالب های بتن
در اطراف ستون ها و برای شاه تیرها در محل قرار داده شد، بتن ریخته می شود تا یکدیوار
محیطی پیوسته مشبک(سوراخ دار) تشکیل گردد. این سلسله عملیات در هر 8 تا 10
طبقه ساختمان تکرار می شود.
اما اختلاف حرکت بین ستون های خارجی بتن – فولادی و ستون های داخلی فولادی
مشکلی ایجاد می کند، برای اینکه کوتاه شدن نامساوی ستون ها در اثر رفتار ارتجاعی،
انقباضو خزشبرطرف شود .در جا گذاری شاه تیر ها باید تعدیلی صورت گیرد .
چون جدار لوله ای در این سیستم همه بارهای جانبی را مقاومتمی کند، ستون ها شاه
آسانسور، آب، برق، گاز و غیره) « تیرهای تشکیل دهنده قاب های هسته تأسیسات ضروری
می توانند سبکتر باشند زیرا آنها فقط بارهای وزن را تحمل می کنند. همچنین کف قابل
استفاده خالصدر طبقات بالا در آنها سطح هسته را می توان کاهشداد افزایشمی یابد .
شرکت رید و تاریکسدر سانفرانسیسکو سیستم ساختمانی مرکبلوله ای دیگری ابداع
کرده است. آنها از شاه تیرهای فولادی و ستون های فولادی لوله ای پر شده با بتن به عنوان
سازه نما استفاده می کنند. در این مورد نیز پوشساختمان سختی کافی برای حمل تمام
بارهای جانبی را تأمین می نماید. در این سیستم از قطعات پیشساخته ای استفاده می شود
که هر یکشامل یکستون لوله ای به ارتفاع دو طبقه و دو شاه تیر فولادی طره ای می
باشد. این قطعات پیشساخته در وسط دهانه شاه تیرها و در وسط ارتفاع ستون ها به
یکدیگر پیچ کرده می شود. از لحاظ بار گذاری جانبی این نقاط اتصال تحت کمترین تنشمی
باشد . پیوستگی طبیعی شاه تیرها در محل ستون ها که تنشها بیشترین مقدار را دارند از
بین نمی رود، شاه تیرها در ستون ها فرو می روند و فقط جان آنها به لوله متصل می شود.
بدین ترتیباز تعداد اتصالات ساختمان که تحت تنشهای زیاد می باشند به مقدار زیادی
کاسته می شود.
پوششدیواری صفحه ای
روی دیوارهای خارجی سازه های قابی فولادی معمولاً قطعات پیشساخته دیواری متصل می
گردد،این قطعات نا سازه ای می باشند و منحصراً برای حفاظتدر مقابل محیط خارج
ساختمان به کار می روند .
میسفان در روهه یکی از اولین آرشیتکت هایی بود که از روکش( پوشش (فولادی در سازه
نمای ساختمان های بلند استفاده کرد، در یکساختمان آپارتمانی، او از صفحات فولادی
16 اینچ برای پوشاندن بتن محافظ قاب فولادی در مقابل آتش – رنگشده به ضخامت 5
سوزی اسفاده نمود. موقعی که پوشش فولادی به توسط بر آمدگی های میخ شکلی به بتن
مسلح متصل می گردد، نه فقط در مقابل هوا ، قاب پنجره و نمایشمعماری مطلوب بوجود می
آورد بلکه سختی سازه ای نیز ایجاد می کند، در اغلب سازه های قاب صلب، قسمتاعظم
مقاومت در مقابل تغییر مکان جانبی به وسیله شاه تیرها ایجاد می شود. اما عمل مرکب
پوسته فولادی و قاب متشکل از فولاد و بتن مسلح مقاومت جانبی را به قدری زیاد می کند
که شاه تیرهای داخلی سختی کمتری لازم دارند. به علاوه بدون افزایشوزن سازه، نوسان
(تغییر مکان جانبی) ساختمان 20 تا 50 در صد کاهشمی یابد. چون پوشش فولادی نسوز
نمی باشد. آیین نامه ها استفاده از آن را برای تحمل بارهای وزن مجاز نمی دانند.
در ساختمانهای بلند مسکونی R.C فناوری سوپر فریم
دکتر علی کمکپناه - عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس
ساختمان مسکونی از نظر اسکلت باید نه تنها مقاوم در برابر نیروهای زلزله ساخته شود، بلکه
باید دارای دوام لازم در مدت زمان پیشبینی شده برای بهرهبرداری از آن نیز باشد. اگرچه از
نظر کارکرد اقتصادی میتوان بخشهایی از ساختمان را از مصالح سبکبنا نمود، اما اسکلتی
که بتواند کارکرد درست داشته باشد معمولاً وزن قابل ملاحظهای از ساختمان را به خود
اختصاصمیدهد. با افزایشارتفاع و به تبع آن نیروهای حاصل از زلزله مقاطع باربر ساختمان
بسیار بزرگ شده و تکانهای ناشی از نیروی زلزله، در طبقات فوقانی شدید میشود (شتاب و
تغییر مکانهای بیشتر از حد مجاز). برای اجتناب از این مسائل، روشی تحت عنوان
برای اسکلت ساختمان، در کشور ژاپن، ابداع شده و به عنوان جدیدترین r.c سوپرفریم
فناوری به مورد اجرا گذاشته شده است. با توجه به امکان انطباق و اجرای این روشبا
پتانسیلهای موجود در داخل کشور، روشسوپرفریم به عنوان یکروشاقتصادی و فنی
جهت اجرای ساختمان برج مسکونی پردیسان تبریز انتخاب شده است.
پیشگفتار
با توجه به قرار گرفتن کشور ما بر روی کمربند زلزلۀ آلپ – هیمالیا، سالانه تعداد قابل
ملاحظهای زلزله در آن رخ میدهد. براساسآمار موجود، تقریباً همه ساله، یکزلزله با بزرگی
بیشاز 6 ریشتر و، در هر چند سال، یکزلزله مخرب بزرگتر از 7 ریشتر، در کشور، رخ
میدهد. این مسأله نشان میدهد که توجه کردن به پایداری ساختمان، در برابر زلزله، یک
ضرورت اصلی است. اگرچه در سالهای اخیر بلند مرتبهسازی در کشور رونق فراوانی یافته
است، اما اغلب، روشساخت به صورت سنتی انجام پذیرفته و تنها با بزرگکردن ابعاد یک
ساختمان سنتی دو یا سه طبقه اقدام به ساختبناهای بیست طبقه و یا بلندتر شده است.
واضح است که، با تکیه بر روشهای سنتی، نمیتوان ساختمان بلندی که در برابر زلزلههای
مخرب مقاوم باشد، ساخت.
حتی اگر کلیه ضوابط آییننامه زلزله از نظر طراحی و محاسبات رعایت شده باشد، با اجرای
سنتی و دخالتانسان در اجزای مقاوم کننده ساختمان همانند بتنریزیها و جوشکاریها
هرگز نمیتوان به یکسازه مناسب دستپیدا کرد.
ساختمان حتی اگر در محدوده کوچکی اشکال اجرایی داشته باشد، در زمان وقوع زلزله از آن
ناحیه، آسیبدیده و خرابی به سایر نقاط سرایت خواهد نمود. فناوریهای نو تلاشمیکنند تا
دخالت انسان را در حین ساختن به حداقل رسانده و با صنعتی کردن اجرا، یکساختمان
همگن و مطمئن بنا نمایند.
استکه در سالهای r.c یکی از روشهای مدرن و مناسب برای کشور ما روشسوپرفریم
اخیر، به خصوصپساز وقوع زلزله مخرب کوبه در کشور ژاپن، ابداع شده و هم اکنون
ساختمانهای بلند مسکونی زیادی را با آن روشبه مورد اجرا میگذارند. در این روشضمن
کاهشمقاطع باربر، با پیشساخته نمودن ستونها و همچنین کنترل حرکات ساختمان در
حین زلزله و جذب انرژی به وسیله میراگرهای هیدرومکانیکی، یکساختمان مطمئن از نظر
رفتار در برابر نیروها و بسیار مناسب برای سکونت ساخته میشود.
ساختمان فلزی یا بتن آرمه
در کشور ژاپن ترجیح میدهند که ساختمانهای مسکونی را با اسکلتبتن آرمه بنا کنند.
اسکلت فلزی بیشتر برای اجرای ساختمانهای اداری و تجاری، ایستگاهها و غیره مورد
استفاده قرار میگیرد. دلیل انتخاب اسکلت بتن آرمه، را برای ساختمانهای مسکونی،
میتوان به شرح زیر بیان نمود:
? ساختمانهای بتن آرمه اغلب ارزانتر از ساختمانهای فلزی ساخته میشوند.
? ساختمانهای بتن آرمه در مقابل سوانح آتشسوزی و انفجار دوام بیشتری دارند.
? در ساختمانهای بتن آرمه، انتقال صوت بین طبقات (با توجه به اهمیت آن به خصوصدر
کاشانههای مسکونی) کمتر است.
? با توجه به هماهنگی مناسب بین اجزای جذب کننده نیروهای زلزله و اسکلت (با قراردادن
دیوار برشی) رفتار ساختمان مناسبتر خواهد بود.
توصیههای طراحی و ساخت
اغلب آییننامههای زلزله برای ساختن بناهای مقاوم در برابر زلزله توصیههایی را ارائه
مینمایند. ابداع هرنوع فناوری باید این توصیهها را در برگیرد :
? پلان ساختمان به شکل ساده و متقارن در دو امتداد عمود بر هم و بدون پیشآمدگی و
پسرفتگی زیاد باشد و از ایجاد تغییرات نامتقارن پلان در ارتفاع ساختمان نیز احتراز شود.
? عناصری که بارهای قائم را تحمل مینمایند در طبقات مختلف بر روی هم قرار داده شوند
تا انتقال بار این عناصر به یکدیگر با واسطه عناصر افقی صورت نگیرد.
? عناصری که نیروهای افقی ناشی از زلزله را تحمل میکنند موکداً طوری طراحی شوند که
انتقال نیروها به سمت شالوده به طور مستقیم انجام شود و عناصری که با هم کار میکنند در
یکصفحه قائم قرار داشته باشند.
? برای کاهشنیروهای پیچشی ناشی از زلزله، مرکز جرم هر طبقه بر مرکز سختی آن طبقه
منطبق و یا فاصله آنها در هریکاز امتدادهای ساختمان از 5 درصد بعد ساختمان در آن
امتداد کمتر باشد.
1 متر حتیالمقدور احتراز شود. / ? از احداث طرههای بزرگتر از 5
? از ایجاد سوراخهای بزرگ و مجاور یکدیگر در دیافراگمهای کفها خودداری شود.
? با به کار بردن مصالح سازهای با مقاومت زیاد و مصالح غیرسازهای سبک، وزن ساختمان به
حداقل رسانده شود.
? ساختمان و اجزای آن به نحوی طراحی گردد که دارای شکلپذیری مناسب باشند.
? ساختمان به نحوی طراحی گردد که عناصر قائم (ستونها) دیرتر از عناصر افقی (تیرها)
دچار خرابی شوند.
? اعضای غیرسازهای، به خصوصدیوارهای داخلی و نماها، طوری اجرا شوند که حتیالامکان
مزاحمتی برای حرکتاعضاء سازهای در جریان زلزله ایجاد نکنند. در غیر اینصورت اثر
اندرکنشاین اعضا با سیستم سازهای باید در تحلیل سازه در نظر گرفته شود.
? اعضاء و قطعات غیرسازهای، به خصوصقطعات نما و شیشهها، آنچنان طراحی و اجرا
شوند که در هنگام وقوع زلزله از سازه جدا نشده و با فرو ریختن خود ایجاد خسارات
احتمالی جانی و مالی نمایند.
? روشابداعی سوپرفریم نه تنها توصیههای مذکور را در نظر میگیرد بلکه با ملحوظ نمودن
انواع توصیههای ایمنی دیگر مانند آتشسوزی و انفجار و…مسائل جدیدی را از دید اجرای
بخشهای تأسیساتی در نظر گرفته دارد تا علاوه بر دسترسی آسان به کلیه بخشهای
تأسیساتی، هرگونه تعمیر و تعویضدر آنها بدون ایجاد مزاحمت، برای سایر همسایهها، عملی
شده و همه دسترسیها از داخل خود واحدها صورت گیرد.
r.c اجزای اصلی سازه سوپرفریم
با تشریح اسکلت یکساختمان اجرا شده، به روشسوپرفریم، میتوان به نحوه کارکرد آن
پی برد. شکل ( 1) به طور شماتیکاسکلتو شکل ( 2) نمای چنین ساختمانی را نشان
میدهد. همانطور که ملاحظه میشود، بخشهای باربر ساختمان ازششجزء تشکیل شده
است. این اجزای را میتوان به صورت زیر تشریح نمود:
-1 سوپروال
سوپروال یا دیوار برشی مرکزی هسته اصلی باربر نیروهای قائم و به خصوصنیروهای زلزله
شکل اجرا میشود. این دیوار برشی، که در هسته ساختمان قرار i میباشد که با مقطع
میگیرد، از بخشپایین بر روی فونداسیون قرار گرفته و در بخشبالای خود به سوپربیم
منتهی میشود. دیوار برشی به صورت بتن در جا، اجرا میگردد که بتن آن در بخشهای
پایین بتن با مقاومت بالاست. با در نظر گرفتن شکلپذیری ساختمان، مقاومت بتن سوپروال
از 60 نیوتن بر میلیمترمربع در بالای فونداسیون به مرور به مقدار 36 نیوتن بر
میلیمترمربع در بخشبالایی آن کاهشمییابد. آرایشمیلگرد آن براساسانجام
آزمایشهایی، بر روی قطعات مدل، طراحی شده است. از نظر اجرایی، سوپروال همیشه دو
طبقه جلوتر از اجرای کفها پیشمیرود تا وقفهای در کار ایجاد نشود. شبکۀ میلگردهای این
بخش، به دلیل سنگینی زیاد در سطح زمین ساخته شده و به وسیله جرثقیل برجی در محل
( خود نصبمیشود. جرثقیل برجی باید حداقل قادر به جابجایی 10 تن بار باشد. شکل ( 3
مراحل اجرای دیوار برشی را نشان میدهد.
-2 ستونهای اتصالی
در طرح سوپرفریم، در هریکاز نماهای ساختمان دو ستون اتصالی و جمعاً به تعداد هشت
عدد، اجرا میگردد. این ستونها که بزرگترین مقطع (ستون) را در ساختمان دارند (مقطع
1/1 متر) به دلیل قرار گرفتن در نمای ساختمان، فضای داخلی را اشغال نمیکنند. * 1/1
وظیفه اصلی این ستونها، انتقال نیروی زلزله از بالای ساختمان بر روی پی میباشد. این
ستونها به صورت پیشساخته در سطح کارگاه ساخته میشوند. با توجه به اهمیت آنها در
محافظت ساختمان از تصادم اشیای خارجی در حین بهرهبرداری و با عنایتبه کارکرد آنها،
کنترل کاملاً دقیقی بر روی قطعات پیشساخته انجام میشود و اگر بتن ستونی مناسب نبوده
باشد آن ستون از رده خارج میشود. مقاومت بتن در این ستونها نیز به صورت هماهنگبا
سوپروال از 60 تا 36 نیوتن بر میلیمترمربع متغیر است. در شکل ( 4) ستونهای
پیشساخته دپو شده در محل کارگاه نشان داده شده است.
-3 لوازم جذب انرژی (میراگرها)
یکساختمان بلند باید در مقابل تکانهای شدید ناشی از زمینلرزه رفتار کاملاً پیشبینی
شدهای را داشته باشد. قراردادن لوازم جذب انرژی اگرچه از حدود 30 سال پیشدر دنیا
رواج پیدا کرده است، اما گذاشتن نوع خاصی از آنها در بالای ساختمان، تنها در تکنیک
سوپرفریم استفاده میشود. لوازم جذب انرژی که همانند یککمکفنر بسیار بزرگ عمل
میکنند رفتار ساختمان را کنترل کرده و سطح تنشها را به میزان قابل ملاحظهای کاهش
میدهند. در ساختمان سوپرفریم با ارتفاع 33 طبقه تعداد 32 عدد از آنها که چهار عدد بر
روی هر ستون اتصالی قرار میگیرد نصب خواهد شد. بنابراین در هنگام وقوع زلزله، نیروهای
حاصل از زلزله بر دیافراگمهای هر طبقه اثر کرده و نیروها به سوپروال منتقل میشود.
سوپروال با جذب نیروها تغییر مکانها را به بالاترین نقطه ساختمان منتقل میکند. تغییر
مکانها به چهار عدد سوپربیم که در بالای سوپروال قرار میگیرند منتقل شده و از طریق آنها
به لوازم جذب انرژی انتقال مییابند. این لوازم هم به صورت فشاری و هم کششی عمل کرده
و نیروهای زلزله را پساز کاهشدادن بر روی ستونهای اتصالی منتقل میکنند و همانطور
که ذکر شد، نیروها سپساز طریق ستونهای اتصالی به صورت قائم بر روی پی منتقل
میشوند. در شکل ( 5) تصویر میراگرهای نصب شده برروی ساختمان مشاهده میگردد.
-4 سوپربیم
4 متر) بر /00 * 1/ در بالاترین بخشاسکلت ساختمان چهار عدد تیر با مقطع بزرگ( 00
بالای سوپروال قرار میگیرند که تغییر مکانهای آنرا به لوازم جذب انرژی منتقل مینمایند.
این تیرها کارکرد بسیار حساسی را در هنگام وقوع زلزله و یا برخورد یکشیء خارجی به
ساختمان از خود نشان میدهند. تصویر سوپربیم از منظره پایین آن در شکل ( 6) ارائه شده
است.
-5 ستونهای ساده
نیز نامیده میشود واین بدان معنا است که (free plan) ساختمان با سوپرفریم، فری پلان
به دلیل مسطح بودن کفها و عدم وجود ستونهای میانی زیاد (تنها یکستون میانی در یک
کاشانه 235 مترمربع وجود دارد) میتوان هر نوع پلان دلخواه را در هر طبقه پیاده نمود.
درحقیقت نه تنها تکنیکسوپرفریم، از منظر سازهای، آخرین دستاورد به شمار میرود بلکه
این تکنیک، از نظر معماری، نیز به آخرین دستاوردها متکی استیعنی " ما باید خودمان را
با سلیقه استفادهکنندگان تطبیق دهیم ".
-6 دیافراگمها
کلیه کفسازیها به صورت دال دیافراگمی اجرا شده و تنها یکتیر میانی از تقاطع دالها در
دو تراز مختلف و با اختلاف 30 سانتیمتر شکل میگیرد. این کفها به صورت کاملا مشخص
نیروهای زلزلۀ طبقات را به هسته مرکزی (سوپروال) منتقل مینمایند.این نوع کفها
ارجحیت زیادی دارد، به طوریکه عدم وجود تیرهای با ارتفاع زیاد انعطاف در پلان را زیاد
میکند و در نتیجه سقفها مزاحمتی برای اجرای تأسیسات ایجاد نکرده و ساختمان را برای
مهیا میسازد. در طراحی سقفها که به صورت دال اجرا میشوند دو (free plan) شرایط
سطح با اختلاف 30 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. بخشهای داخلی که سرویسها و
آشپزخانه و غیره بر روی آن قرار میگیرند 30 سانتیمتر پایینتر از کف اتاقها و سایر
قسمتها اجرا میگردند. از این بخشکلیه خطوط لوله آب و فاضلاب و گاز واحدها عبور داده
میشود که با اجرای کف کاذب در مواقع اضطراری میتوان از داخل هر واحد به لولهها
دسترسی پیدا کرد.
کلیه خطوط برق، تلفن و تهویه مطبوع در زیر سقفها به آن متصل میشوند و یکسقف
کاذب کم وزن روی آنها را میپوشاند. در شکل ( 7) مراحل بتنریزی دیافراگمها قابل مشاهده
است.
سایر موارد فنی
موارد فنی متعددی در ساختمان شده است. به طورکلی نه تنها ستونها بلکه دیوارهای نما به
همراه اجزای نماسازی آنها به صورت پیشساخته اجرا میشوند. ستونها که به طور عمده
برای حمل نیروهای قائم عمل میکنند در کنار کارگاه به صورت خوابیده اجرا میشوند تا در
زمان مقرر به وسیله جرثقیل در جای خود نصب گردند. دیوار برشی با استفاده از قالبلغزنده
اجرا میشود. معمولاً با تعبیه مناسببه صورت قائم و با قرار دادن یکآسانسور ساده
میتوان در کنار کارگاه میلگردها را با ارتفاع 12 متر آماده نموده و سپسبه وسیله جرثقیل
برجی آنرا به بخشهای لازم منتقل نمود.
کلیه ارتباطات قائم ساختمان از نظر مسیر خطوط اصلی، راه پلهها و آسانسورها در جوار
دیوار برشی ساخته میشوند.
معمولاً میتوان در زمان اجرای طبقه هشتم، طبقه همکف را از نظر تأسیسات و نازک کاری به
اتمام رساند. اجزای جدا کننده به صورت دیوارهای گچی پوستهای پیشساخته (درای وال)
نصب میشوند. بر روی کفها یکلایۀ سهلایی به ضخامت حدود 20 میلیمتر نصب شده و
کفپوشها بر روی آن اجرا میگردند.
قالببندی سقفها به دلیل یکنواخت بودن آنها به صورت قالبهای سبکفلزی بوده که
سریعاً قابل باز و بسته کردن هستند