اهداف اصلی ایمن سازی جداره های گود با استفاده از سازه های نگهبان عبارتند از : حفظ جان انسانهای خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود و نیز فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای اجرای کار.
موضوع گودبرداری و طراحی و اجرای سازه های نگهبان در مهندسی عمران دارای گستره وسیعی است و نیاز به بررسی ها و مطالعات و ملاحظات ژئوتکنیکی، سازه ای ، مواد و مصالح، تکنولوژیکی و اجرایی و اقتصادی و اجتماعی دارد. در نتیجه می توان گفت که انتخاب روش مناسب بستگی به جمیع شرایط تأثیرگذار دارد و می توان در شرایط مختلف، به صورت های گوناگونی باشد. از سوی دیگر، تئوری ها و روش های اجرایی گود برداری و سازه های نگهبان، هم مبتنی بر اصول تئوریک و هم متأثر از ملاحظات اجرایی و تجربی، توأماً است.
گودبرداری اصولی و سازه نگهبان
تخریب و گودبرداری یک ساختمان فرسوده برای ساخت مجدد از مراحلی است که در بافت فرسوده انجام می شود. و
گودبرداری یکی از فعالیتهای عمرانی است که معمولا به منظورهای مختلف مثل رسیدن به تراز بکر و حفاظت فوندانسیونها در برابر یخبندان یا احداث کانالها و مخازن زیر زمینی یا احداث پارکینگ و ... انجام میشود حال برای جلوگیری از تخریب دیوار های گود مجبور به اجرای سازه هایی هستیم که نیروهای مقاوم در برابر تخریب دیوار ها را تقویت نماید .
ضوابط و دستورالعمل های گودبرداری به عنوان بخشی از مقررات ملی ساختمان
عملیات خاکی
1 - عملیات خاکی شامل مراحل خاکبرداری، خاکریزی، تسطیح زمین، گودبرداری، پی کنی ساختمان ها، حفر شیارها، کانال ها و مجاری آب و فاضلاب و حفر چاه های آب و فاضلاب با وسایل دستی یا ماشین آلات است.
قبل از اینکه عملیات خاکی شروع شود اقدامات زیر باید انجام شود:
الف: زمین موردنظر از لحاظ استحکام و جنس خاک به طور دقیق مورد بررسی قرار گیرد.
ب: موقعیت تاسیسات زیرزمینی از قبیل کانال های فاضلاب، قنوات قدیمی، لوله کشی آب و گاز، کابل های برق، تلفن و غیره که ممکن است در حین عملیات گودبرداری و خاکبرداری موجب بروز خطر و حادثه یا خود دچار خسارت شوند، بررسی و شناسایی شوند و با همکاری سازمان های ذی ربط، نسبت به تغییر مسیر دائم یا موقت و همچنین در صورت قطع جریان آنها اقدام شود.
ج: در صورتی که تغییر مسیر یا قطع جریان برخی از تاسیسات مندرج در بند ب امکان پذیر نباشد، باید با همکاری سازمان های مربوطه و به طرق مقتضی نسبت به حفاظت آنها اقدام شود.
د: چنانچه محل گودبرداری در نزدیکی یا مجاورت یکی از ایستگاه های خدمات عمومی از قبیل آتش نشانی، اورژانس و غیره و یا در مسیر اتومبیل های مربوطه باشد، باید از قبل مراتب به اطلاع مسوولان ذی ربط رسانده شود تا در سرویس رسانی عمومی وقفه ای ایجاد نشود.
ه: کلیه اشیای زاید از قبیل تخته سنگ، ضایعات ساختمانی یا بقایای درخت که ممکن است مانع انجام کار شده یا موجب بروز حادثه شود، از زمین موردنظر خارج شوند.
3 - تمام کارگرانی که در عملیات خاکی مشغول به کار می شوند باید تجربه کافی داشته باشند و اشخاص ذی صلاح بر کار آنان نظارت کنند. همچنین سایر افراد از جمله رانندگان و اپراتورهای ماشین آلات و تجهیزات مربوطه، باید از اشخاص ذی صلاح باشند.
4 - در صورتی که در عملیات خاکی از دستگاه های برقی مانند الکتروموتور برای هوادهی، تخلیه آب و نظایر آن استفاده شود، باید با رعایت مفاد به کار گرفته شده در این ضوابط نسبت به تجهیز وسایل حفاظتی مناسب اقدام کنند.
5 - چنانچه محل موردنظر برای عملیات خاکی نظیر حفر چاه در معابر عمومی یا محل هایی که احتمال رفت و آمد افراد متفرقه وجود داشته باشد، باید با اقدامات احتیاطی از قبیل محصور کردن محوطه حفاری، نصب علائم هشداردهنده و وسایل کنترل مسیر، از ورود افراد به نزدیکی منطقه حفاری جلوگیری شود.
حفر طبقات زیرزمین و پی کنی ساختمان ها
1 - در صورتی که در عملیات گودبرداری و خاک برداری احتمال خطری برای پایداری دیوارها و ساختمان های مجاور وجود داشته باشد، باید از طریق نصب شمع، سپر و مهارهای مناسب، رعایت فاصله مناسب و ایمن برای گودبرداری و در صورت لزوم با اجرای سازه های نگهبان قبل از شروع عملیات، ایمنی و پایداری آنها تامین شود.
2 - در خاکبرداری های با عمق بیش از 120سانتیمتر که احتمال ریزش یا لغزش دیوارها وجود دارد، باید با نصب شمع، سپر و مهارهای محکم و مناسب برای حفاظت دیوارها اقدام شود، مگر آنکه شیب دیواره از زاویه شیب طبیعی خاک کمتر باشد.
3 - در مواردی که عملیات گودبرداری در مجاورت بزرگراه ها، خطوط راه آهن و مراکز یا تاسیسات دارای ارتعاش انجام می شود، باید برای جلوگیری از لغزش یا ریزش دیواره ها اقدامات لازم صورت گیرد.
4 - در موارد زیر باید دیواره های محل گودبرداری به طور دقیق مورد بررسی و بازدید قرار گرفته و در نقاطی که خطر ریزش یا لغزش دیواره ها ایجاد شده، وجود مهارها و وسایل ایمنی لازم از قبیل شمع، سپر و غیره نصب و با مهارهای موجود تقویت شوند:
الف: بعد از بارندگی های شدید
ب: بعد از وقوع توفان های شدید، سیل و زلزله
ج: بعد از یخبندان های شدید
د: بعد از هر گونه عملیات انفجاری
ه: بعد از ریزش های ناگهانی
و: بعد از وارد آمدن صدمات اساسی به مهار ها
ز: بعد از هر گونه ایجاد وقفه در فعالیت ساختمانی
5 - برای جلوگیری از بروز خطرهایی نظیر پرتاب سنگ، سقوط افراد، حیوانات، مصالح ساختمانی و ماشین آلات و سرازیر شدن آب به داخل گود و نیز برخورد افراد و وسایط نقلیه با کارگران و وسایل و ماشین آلات حفاری و خاک برداری، باید اطراف محل حفاری و خاک برداری با رعایت ضوابط و دستور العمل گودبرداری به نحو مناسب حصارکشی و محافظت شود. در مجاورت معابر و فضاهای عمومی، محل حفاری و خاک برداری باید با علائم هشداردهنده که در شب و روز قابل رویت باشد، مجهز شود.
در گودبرداری هایی که عملیات اجرایی به علت محدودیت ابعاد آن با مشکل نور و تهویه مواجه می شود، لازم است نسبت به تامین وسایل روشنایی و تهویه اقدام لازم به عمل آید.
7 - خاک و مصالح حاصل از گودبرداری نباید به فاصله کمتر از نیم متر از لبه گود ریخته شود. همچنین این مصالح نباید در پیاده روها و معابر عمومی به نحوی انباشته شود که مانع عبور و مرور شده یا به بروز حادثه منجر شود.
8 - قبل از استقرار ماشین آلات و وسایل مکانیکی از قبیل، جرثقیل، بیل مکانیکی، لودر، کامیون و غیره یا انباشتن خاک های حاصل از گودبرداری یا مصالح ساختمانی در مجاورت گود، ضمن رعایت فاصله مناسب از لبه گود، نسبت به تامین پایداری دیواره های گود نیز باید اقدام شود.
9 - در گودهایی که عمق آنها بیش از یک متر است، نباید کارگر به تنهایی در محل به کار گمارده شود.
10 - در محل گودبرداری های عمیق و وسیع، باید یک نفر نگهبان عهده دار مسوولیت نظارت بر ورود و خروج کامیون ها و ماشین آلات سنگین باشد و نیز برای آگاهی کارگران و سایر افراد، علائم هشداردهنده در معبر و محل ورود و خروج کامیون ها و ماشین آلات مذکور نصب شود.
بررسی مسائل ایمنی در تخریب، گودبرداری و اجرای سازهی نگهبان در مناطق
یکی از مسائل مهم در ساخت و سازههای شهری، ایجاد پایداری مناسب در هنگام تخریب،گودبرداری و اجرای سازهی نگهبان است. عدم رعایت مسائل فنی و ایمنی درتخریب، گودبرداری و ساخت سازههای نگهبان باعث تخریب برخی ساختمانهای مجاور گودبرداری در ساخت و سازهای شهری شدهاست. یکی از متداولترین انواع سازههای نگهبان، "دیوارهای توکار" است. در این نوع سازهی نگهبان نیروی فعال خاک به یک دیوار نازک منتقل میگردد و دیوار از طریق ستونهایی که در فواصل معینی در آن قرار دارد، نیروها را به مهاربند، دستک و پشتبند منتقل میکند. تکیهگاه مهاربند که در خاک قرار دارد به کمک نیروهای رانش مقاوم خاک، در برابر نیروهای مهاربند و در نتیجه نیروهای فعال خاک وارد بر دیوارهی مقابله مینماید. معمولاً دیوارها از جنس بتن مسلح، صفحههای فلزی یا الوارمیباشند
برای پایدار نمودن دیوارهی گودبرداریها در مناطق شهری از انواع عناصر ساختمانی که ازترکیب خاک و سنگ تشکیل یافتهاند، دیوارها و سیستمهای نگهبان ساخته میشود که اصطلاحاً "سازهی نگهبان" نامیده میشود. در تخریب، گودبرداریو اجرای سازههای نگهبان، یکی از مهمترین نکات لازم حفظ ایمنی کارگاه است.
سازههای نگهبان مشتمل بر سه نوع هستند که "دیوارهای نگهبان وزنی"، "دیوارهای توکار" و "سازههای نگهبان ترکیبی" نامیده میشوند.
3- سازههای نگهبان با عناصر "دیوار توکار" و پشت بند خرپای فلزی
این سازه متشکل از یک دیوار بتن مسلح است که در فواصل مشخصی در درون آن یک ستون فلزی یا بتنی قراردارد و شبکهی آرماتورهای دیوار بتن مسلح به نحو مطلوبی در درون ستونهای بتنی مهار و یا به ستون فلزی جوش شده است. ستونها در فواصل قائم مناسب بوسیلهی تیرهای بتنی یا فلزی بههم متصل شدهاند. دیوار به وسیلهی پشت بند خرپایی درداخل خاک مهارشده و نیروهای فعال خاک وارد برسازهی نگهبان توسط نیروی رانش مقاوم خاک، تحمل میشود. پشت بندهای خرپایی در فواصل قائم مناسب توسط عناصر افقی و ضربدری به یکدیگر متصل میگردند تا از حرکت جانبی یا کمانش صفحهای آنها جلوگیری به عمل آید.
سازهی نگهبان و عناصر سازهای آن
1- شمع زیر ستون،
2- شمع تأمین کننده رانش مقاوم خاک،
3- ستون خرپای پشت بند،
4- خرپای سازهی نگهبان،
5- چاه آب یا فاضلاب ساختمان مجاور،
6- دیوار توکار،
7- دیوار مقاوم کننده ساختمان مجاور،
8- دیوار مرزی ساختمان مجاور،
9- شمعهای انتقال نیروی سقف به کف،
10- عمق گودبرداری،
11-فاصله توقف گودبرداری،
12- عنصر ضربدری کاهش دهنده طول کمانش جانبی خرپا،
13- تکیه گاه تأمین کننده رانش مقاوم خاک،
14- عنصر کاهش دهندهی طول کمانش جانبی خرپا،
15- دیوارهی گودبرداری،
16- چاه تعبییه شده جهت نصب ستونهای پشت بند،
17- ساختمان مجاور
الف) پلان سازه نگهبان
ب) نمای سازه نگهبان
4- ساختمانهای مصالح بنایی فاقد عناصر مناسب مقاوم در برابر زلزله
منظور از ساختمانهای مصالح بنّایی ،ساختمانهایی است که ازمصالح سنگی یا آجری با ملات ماسه سیمان یا ملات دیگری ساخته شده و فاقد کلافهای افقی و قائم بوده و مصالح آجر و ملات استفاده شده درآن دارای مشخصات فنی مناسب نبوده، بعضاً دارای سقف دیافراگم صلب یکپارچه نیز نیست. علاوه برآن به دلیل قدمت زیاد، مصالح استفاده شده در آن دچار پوسیدگی، فرسایش و هوازدگی شدهاست. معمولاً اینگونه ساختمانها دارای دیوارنسبی[3] مناسبی نبوده و ازشالوده منسجم وکافی نیز بهرمند نیستند. دراینگونه ساختمانها سیستم فاضلاب بصورت چاه جذبی بوده و به صورت یک یا دو طبقه ساخته شدهاند. دربرخی موارد بخشی از دیوارهای مرزی این ساختمانها با ساختمانهای ساختگاه پروژه مشترک بوده و یا دارای ضخامت کم و یا بازشوهای بزرگ میباشد.
5- مسائل ایمنی کارگاه قبل از گودبرداری
قبل از هرگونه گودبرداری مسائل ایمنی مربوط به تخریب یا گودبرداری ساختگاه پروژه و ساختمانهای مجاور باید در زمان طراحی و اجرا به شرح مندرج دربند 5-1 و 5-5 مد نظر قرارگیرد.
5-1- تأمین مسائل ایمنی درطرح سازهی نگهبان
رعایت مسائل ایمنی در طراحی سازهی نگهبان شامل در نظر گرفتن کلیهی شرایط موجود، اعم از شرایط هندسی، بارگذاری و ژئوتکنیکی است. در تحلیل و طراحی سازههای نگهبان کلیه مفاد مطرح در آییننامههای بارگذاری و طراحی سازهی نگهبان [2و4] باید رعایت گردد. یک طرح مناسب دارای مرحلهبندی ترتیب انجام عملیات تخریب،گودبرداری و اجرای سازهی نگهبان است و توسط مهندس محاسب ذیصلاح که دارای تخصص ژئوتکنیک است انجام میپذیرد. در بندهای ذیل این موارد به صورت مجزا پیشنهاد شده که درطراحی سازهی نگهبان لازم است درنظرگرفته شود.
5-1-1- طراحی جهت جلوگیری از فقدان پایداری کلی،
5-1-2- طراحی در برابر گسیختگی یکی از عناصر سازهای مانند، دیوار، ستون، تیر، مهارت پشت بند، اعضای افقی کاهش دهندهی طول کمانش جانبی پشتبندها، شالودهی تأمینکنندهی نیروهای رانش مقاوم و شالودهی ستونها. این طرح باید دربرگیرندهی تهیهی نقشهی کلیهی عناصر سازهی نگهبان، تیپهای مختلف عناصر و اتصالات و مرحلهبندی اجرای آن و تعیین پیشساخته یا درجا بودن آن باشد. حتیالمقدور قسمت عمدهی عناصر بصورت پیش ساختهی طراحی شود تا کمترین عملیات اجرایی درمحل نصب صورت پذیرد،
5-1-3- طراحی و ارائهی نقشههای اجرایی مرحلهبندی شده تخریب، گودبرداری و اجرای سازهی نگهبان،
5-1-4- طراحی دربرابر گسیختگی توأم درزمین و عناصر سازهای،
5-1-5- طراحی برای جلوگیری از حرکات سازهی نگهبان که ممکن است موجب فروریختن یا ایجاد تغییرات در شکل ظاهری یا تضعیف عملکرد سازهای یا تأسیساتی ساختمان مجاور گردد،
5-1-6- طراحی برای مقابله با نشست غیرقابل قبول از پشت یا زیر دیوار،
5-1-7- طراحی برای جلوگیری از تغییر غیرقابل درجریان آبهای زیرزمینی،
5-1-8- طراحی درمقابل گسیختگی براثرچرخش یا استفادهی دیوار یا بخشهایی ازآن،
5-1-9- طراحی برای مقابله با گسیختگی براثرعدم تعادل عمودی دیوار و نشستهای ستونها، یا حرکت تکیهگاههای ایجاد کنندهی نیروی رانش مقاوم خاک،
5-1-10- طراحی و ارائهی نقشههای اجرایی مرحلهبندی شدهی تخریب، گودبرداری و اجرای سازهی نگهبان.
5-2- طراحی برای مقابله با مشکلات سازهای موجود در ساختمان مجاور
برای ساختمان مجاور حتیالمقدور موارد ذیل طراحی و اجرا گردد.
5-2-1- طراحی برای مقاومسازی دیوارهای مجاور گودبرداری، ایجاد دیوارکمکی جدید درسمت داخل ساختمان مجاور ویا درسمت بیرون آن و بصورت بخشی از سازهی نگهبان با ارتفاع مورد نیاز ازتراز زمین طبیعی،
5-2-2- طراحی برای مقابله با تمرکز تنشهای ناشی از بارسقف وارد بر دیوار مجاور گودبرداری، ازطریق طراحی شمع در زیر سقفها، به تعداد مورد نیاز و انتقال نیروی آن به کف زمین که ضروری است برای همة طبقات ساختمان مجاور انجام شود،
5-2-3- طراحی برای ایجاد یکپارچگی مورد نیاز درسقف و دیوار ساختمان مجاور درمحدودة نزدیک گودبرداری که وسعت آن با توجه به عمق گودبرداری تعیین میگردد. این موضوع در شرایطی که سقفهای مجاور گودبرداری دارای ابعاد بزرگتری هستند ضرورت بیشتری دارد.
5-2-4- طراحی درجهت جلوگیری از افزایش رطوبت موضعی در فواصل نزدیک مرز دیوارهی گودبرداری و انتقال آن به فواصل دورتر از آن، ازطریق جلوگیری تجمع رواناب ریزشهای جوی، آبیاری باغچه و فضای سبز، ریزش آب و فاضلاب به درون چاههای مجاور گودبرداری و نشت سیستمهای انتقال آب و فاضلاب،
5-2-5- طراحی دربرابرتأثیر سربارسازههای مجاور، مصالح دپوشده، ماشین آلات، وسایل درحال تردد یا پارک شده
5-2-7- طراحی دربرابر فشارآب هیدرواستاتیکی آب زیرزمینی و فشار آب حفرهای چاههای فاضلاب موجود، نفوذ روانآب ریزشهای جوی، آبیاری باغچه و فضای سبز و ... که امکان انتقال آن به فواصل مناسب دورتر مرز گودبرداری نبوده است و تأثیرموضعی وکلی آن برروی عناصر مختلف سازهی نگهبان.
5-2-8- طراحی در برابر اثر پدیدههای خاص ژئوتکنیکی مجاور گودبرداری از قبیل وجود گودالهای قدیمی، خاکهای دستریز، چاههای قنوات و ...
5-2-9- طراحی در برابر پدیدهی یخبندان و ذوب یخ خاکهای دیوارهی گودبرداری، خصوصاً در هنگام بارش برف و چند روز پس از آن که برفها آب میشوند.
5-3- مسائل ایمنی مهم در طرح مرحلهبندی گودبرداری
برای خاکبرداری لازم است طرح مرحلهبندی مناسب با در نظر گرفتن کلیهی مسائل ایمنی کار تهیه و به مورد اجرا گذاشته شود. یک طرح خوب باید به صورتی باشد که ایمنی کارگاه در هیچ مرحلهای تهدید نگردد. مراحل اجرای یک سازهی نگهبان و برخی مسائل ایمنی مهم آن به صورت ذیل پیشنهاد میگردد.
مرحلهی 1- پرکردن کلیهی چاههای فاضلاب مجاور گودبرداری درداخل ساختگاه با بتن مگر
مرحلهی 2- حفرچاههای اطراف زمین به منظور اجرای شمع: ایمنی کارگران در برابر ازسقوط اشیاء و افراد به داخل چاه، در برابرتخریب دیوارهی چاه درحین حفاری و بعد از آن، خصوصاً درمواقع افزایش رطوبت دیوارهی چاه و حفاری درتراز زیرآب زیرزمینی
مرحلهی 3- نصب ستون های پیش ساخته یا درجا دردرون چاهها: ایمنی حمل، جابجایی و نصب.
مرحلهی 4- بتن ریزی پی ستون دردرون چاه: مسائل ایمنی مرحلهی 2.
مرحلهی 5- پرکردن داخل چاهها برای ستونهای پیش ساخته: مسائل ایمنی مرحلهی 2.
مرحلهی 6- مقاوم سازی دیوار مرزی یا اجرای دیوار مناسب پشت ساختمان مجاور، در تراز زمین طبیعی (این دیوار جهت جلوگیری از دوران دیوار مجاور ساخته میشود و برروی تیرها یا شناژهای متصل به ستونها اجرا و به عنوان بخشی ازسازهی نگهبان تلقی میگردد). ایمنی افراد در سقوط اجسام در موقع دیوارچینی.
مرحلهی 7- خاکبرداری بوسیلهی ماشینآلات تا فاصلهی توقف گودبرداری. ایمنی افراد در برابر خطر حفاری با شیب نامناسب دیواره، دربرابر خطر خاکبرداری محل چاهها ی موجود در ساختگاه، خطر سقوط افراد، اشیاء به داخل گود، خطر عدم رعایت فاصلهی توقف مناسب، خطر وجود چاه فاضلاب درفاصلهی توقف.
مرحلهی 8- پی کنی و اجرای تکیهگاه پشتبند در تراز کف گود برای ایجاد رانش مقاوم خاک: ایمنی کارگران در برابر خطر تخریب دیوارهی گود.
مرحلهی 9- نصب عضو مورب پشت بند: مسائل ایمنی مرحلهی 3.
مرحلهی 10 – خاکبرداری فاصلهی توقف به روش دستی تا عمق مطلوب (حدود 5/1 متر): ایمنی افراد در برابر خطر سقوط به داخل گود، خطر زه آب به داخل گود، خطر ناپایداری دیوارهی گود در اثر وجود چاه در فاصلهی توقف.
مرحلهی 11- نصب تیرهای افقی در تراز بالایی فاصلهی توقف و اجرای دیوار بتنی: مسائل ایمنی مرحلهی 3.
مرحلهی 12- آرماتوربندی، قالب بندی و بتن ریزی دیوار سازهی نگهبان: مسائل ایمنی مرحلهی 3.
مرحلهی 13- اجرای عناصر مورب و افقی درون صفحهای پشتبند: مسائل ایمنی مرحلهی 3.
مرحلهی 14- اجرای مراحل 10 تا 13تا زمان اتمام کامل گودبرداری و نصب عناصر سازهی پشتبند و دیوار توکار.
مرحلهی 15- نصب عناصر کاهنده طول کمانش جانبی خرپا
مرحلهی 16- آرماتوربندی، قالببندی و بتنریزی فونداسیون و ایجاد اتصال آن با پشتبند خرپایی.
مرحلهی 17- اجرای اسکلت سازه و سقف طبقه اول
مرحله 18- بریدن خرپای سازه نگهبان و ایجاد اتصال لازم بین آن و سقف سازه
مرحلهی 19- مراقبت از مسائل تهدید کنندهی پایداری دیواره و ساختمان مجاور در تمام طول مدت گودبرداری وبعد از آن.
5-4- مسائل ایمنی ساختگاه پروژه قبل از گودبرداری
5-4-1- قبل از تخریب ساختمان ساختگاه پروژه چگونگی اتصال ساختمانهای مجاور به ساختمان ساختگاه مورد بررسی قرارگرفته و دیوارهای مشترک مرزی، مکان و نحوهی اتصال دیوارهای مرزی به هم، تیرها یا سقفهای مشترک دو ساختمان مجاور، وجود بازشوها و نعل درگاهها و لولههای دودکش یا داکتهای تأسیساتی واقع دردیوارهای مرزی، نوع مصالح آجر و 5-4-2- با ساخت سقفهای ایمن با استفاده از داربستهای فلزی که بر روی آن به کمک توریهای مناسب پوشیده شده، قبل از تخریب ساختمان ساختگاه، ایمنی کافی را دربرابر سقوط احتمالی اجسام و مصالح برسقف، دیوار، حیاط و معابر مجاور ساخته ایجاد نمود.
5-4-3- قبل از انجام عملیات تخریب در ساختگاه پروژه، چاههای فاضلاب موجود درآن راشناسائی وآنها رابا مواد مناسب پر نمود. چنانچه عمق این چاهها بیش ازعمق گودبرداری ساختگاه باشد لازم است این چاهها با مصالح بتن کم مایه یا بتن غوطهای، حداقل تا 50 سانتیمتر بالاتر از تراز کف گودبرداری پرگردد و سپس روی آن با مواد مناسب دیگر تا سطح زمین پر شود. محل این چاهها باید درنقشههای نهایی سازهی نگهبان ترسیم و به عنوان بخشی از شرایط مسأله در طراحی شرایط ایمنی گودبرداری لحاظ گردد.
5-4-4- انتخاب روش تخریب باید با دقت انجام پذیرفته و عملیات تخریب ساختمان ساخت
دینامیک سازهها
دینامیک سازهها (به انگلیسی: Structural dynamics) زیر شاخهای ست از تحلیل سازهها و تئوری ارتعاشات است که به آنالیز و مطالعه رفتار سازهها تحت اثر بارهای دینامیکی میپردازد.
مقدمه[ویرایش]
بارهای وارده بر سازه در بعضی موارد ممکن است از نظر مقدار، جهت و موقعیت تغییراتی نسبت به زمان داشته باشند. این بارها را اصطلاحاً بارهای دینامیکی گویند. در چنین حالتی رفتار سازه «مقادیر تغییر شکلها، نیروهای داخلی و تنشها» وابسته به زمان خواهد بود؛ بنابراین رفتار سازه در این حالت بر عکس رفتار استاتیکی آن جواب منحصربهفردی نخواهد داشت، بلکه در هر لحظه از زمان، رفتار خاصی برای آن موجود خواهد بود که به آن رفتار دینامیکی میگویند.
در اثر اعمال بارهای دینامیکی، تغییر مکان حاصله همراه با سرعت و شتاب خواهد بود. جهت مقابله با شتاب وارده، نیرویی به نام نیروی لختی در اثر جرم و جهت مقابله با سرعت، نیروی میرایی در اثر اصطکاک بین ذرات، لقی اتصالات و غیره بوجود میآید؛ بنابراین نیروهای داخلی سازه نه تنها میباید با بارگذاری اعمال شده بر آن در تعادل باشند، بلکه نیروهای لختی ناشی از شتاب و میرایی ناشی از سرعت نیز در تعادل مؤثر میباشند. از جمله اثرات دینامیکی وارد بر سازهها و ساختمانها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:[۱]
اجزای تشکیل دهنده یک سیستم ارتعاشی شامل جرم، فنر، میرا کننده و نیروی محرک است که برای سیستمهای حقیقی معمولاً پیوسته هستند؛ ولی در بیشتر مواقع با جایگزین کردن خواص پیوسته به صورت ناپیوسته ممکن است تجزیه و تحلیل را سادهتر نمود. بعد از آنکه خصوصیات مکانیکی هر جزء تعیین گردید، آنالیست در وضعیتی میباشد که میتواند یک مدل ریاضی تشکیل دهد که نمایانگر سیستم حقیقی است.
با توجه به مطالب ذکر شده، سیستمهای ارتعاشی را میتوان بر حسب نوع مدل ریاضی به دو دسته طبقهبندی نمود؛ مدلهای پیوسته دارای تعداد درجات آزادی معینی هستند، حال آنکه سیستمهای ناپیوسته دارای بینهایت درجه آزادی هستند. طبق تعریف درجه آزادی عبارتست از تعداد مختصات مستقل برای توصیف حرکت یک سیستم.
[۲]
معادلات حرکت سیستمهای یک درجه آزادی[ویرایش]
کلیات[ویرایش]
معادلات حرکت، روابط ریاضی حاکم بر تغییر مکانهای دینامیکی دستگاهها میباشد. معادلات حرکت به طور کلی از سه روش مختلف بدست میآیند که هرکدام از آنها در حالت خاص ممکن است از دو روش دیگر مناسبتر باشد.
روش تعادل دینامیکی (اصل دالامبر)[ویرایش]
نیروی لختی که نمایانگر مقاومت جسم در مقابل شتاب حرکت میباشد از رابط زیر بر حسب شتاب حرکت حاصل میگردد:
به کمک این اصل معادلات حرکت اجسام را میتوان با در نظر گرفتن نیروی لختی به شکل مشابه تعادل استاتیکی اجسام بدست آورد. به عبارت دیگر اگر نیروی اینرسی را به عنوان نیروی مقاوم در برابر شتاب گرفتن و در خلاف جهت حرکت، وارد پیکره آزاد جسم نماییم معادله حرکت آن را میتوان با نوشتن معادله تعادل کلیه نیروهای موجود در پیکره آزاد جسم به سادگی بدست آورد. نیروی (P(t نیز میتواند نیروی خارجی، نیروی ارتجاعی و یا نیروی میرایی باشد.
اصل هامیلتون[ویرایش]
در برخی موارد به کار بردن روش انرژی که بر اساس کمیتهای عددی انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل دستگاه میباشد، نسبت به روش برداری مناسب تر است. این روش که مبتنی بر اصل هامیلتون میباشد، معمولاً به صورت زیر نوشته میشود:
که در این رابطه:
T: انرژی جنبشی
V: انرژی پتانسیل
W: کار انجام شده توسط نیروهای غیرپتانسیل نظیر نیروی میرایی و بارهای خارجی دلخواه
: نشان دهنده تغییرات این انرژیها
اصل هامیلتون بیان میدارد:
مجموع تغییرات انرژیهای جنبشی و پتانسیل دستگاه و کار انجام شده توسط نیروهای غیرپتانسیل در فاصله زمانی برابر صفر است.
اصل کار مجازی[ویرایش]
اصل کار مجازی بیان میدارد:
کار مجازی انجام شده توسط نیروهای فعال خارجی بر روی یک مجموعه مکانیکی ایدهآل در حد تعادل به ازای هرگونه جابجایی مجازی سازگار با قیود مجموعه مساوی صفر است.
شرط تعادل سیستم هم ارز با صفر بودن نیروها در یک تغییر مکان مجازی میباشد. طرز به کار بردن این اصل برای دستیابی به معادله حرکت دستگاه به این ترتیب است که ابتدا باید کلیه نیروهای وارده بر جرمهای متمرکز شده دستگاه را مشخص نمود. به ویژه نیروهای لختی که طبق اصل دالامبر بدست آمدهاند، سپس در هر درجه آزادی دستگاه تغییر مکان نسبی ایجاد کرده و کار انجام شده توسط نیروهای متعادل کننده را برابر صفر قرار میدهیم. به این ترتیب برای n درجه آزادی n معادله تعادل میتوان نوشت که به n معادله حرکت دستگاه منتهی میگردد. اگر دستگاه شامل تعداد زیادی جرم متمرکز باشد روشهای انرژی یا مکانهای مجازی مناسبتر میباشد.
نیروهای مؤثر در معادلات حرکت[ویرایش]
نیروهای مؤثر در معادله حرکت دستگاههایی که به صورت یک درجه آزادی مدل شدهاند، عبارت از نیروهای مقاوم در مقابل تغییر مکان، سرعت و شتاب میباشد. عاملی که تغییرمکان را به نیرو مربوط میکند معمولاً به شکل فنر مدل میشود.
نیروی فنر fs همواره در امتداد محور فنر عمل میکند، در محدوده تغییر طولهای کوچک رابطه نیرو و تغییر طول فنر را به صورت خطی در نظر میگیریم، از آنجا که تغییر طول مدلی از تغییر شکل واقعی سازه میباشد با توجه به خطی بودن رابطه نیرو- تغییر مکان در محدودهٔ تغییر شکلهای کوچک سازه طبق قانون هوک، این فرض کاملاً منطقی است؛ لذا میتوان نوشت:
که در آن k ثابت فنر نامیده شده و واحد آن عبارتست از واحد نیرو بر واحد طول .
در یک سازهٔ تغییر شکل یافته به غیر از جذب انرژی ناشی از تغییر شکل ارتجاعی آن که با فنر بالا مدل میشود، مقداری انرژی نیز تلف میگردد. به عبارت دیگر در هنگام تغییر شکل سازه، مکانیزمهای میرایی در آن بوجود میآید. مدل تحلیلی متداولی که برای میرایی در تحلیلهای دینامیکی در نظر گرفته میشود، کمک فنر ویسکوز میباشد. ثابت تناسب نیروی میرایی با سرعت، ضریب میرایی نامیده شده و با C نمایش داده میشود؛ بنابراین نیروی میرایی را میتوان با رابطه زیر در معادله تعادل منظور نمود.
واحد C در دستگاه SI برابر است.
تعیین کردن و منظور کردن نیروهای لختی در معادلات حرکت شاید مهمترین بخش از مراحل تعیین این معادلات باشد. نیروی لختی ذره از معادله حرکت نیوتن بدست میآید:
در این رابطه m جرم ذره و شتاب آن نسبت به دستگاه مختصات ماند میباشد که به شکل یک دستگاه متعامد واقع در یک نقطه از فضا و بدون حرکات انتقالی و چرخشی فرض میشود. علامت منفی نمایانگر این است که نیروی لختی در جهت عکس شتاب حرکتی منظور میگردد. معادل تعادل دینامیکی را میتوان به شکل زیر نوشت.
یعنی نیروی لختی را از حاصلضرب جرم ذره در شتاب حرکت آن بدست آورده و در خلال جهت بردار شتاب وارد معادله تعادل نیروها مینماییم.
معادلات حرکت سیستمهای n درجه آزادی[ویرایش]
روش دیگری که میتوان با آن معادلات حرکت را بدست آورد استفاده از ضریب تأثیر است. هدف از ارائه این روش تفهیم تعبیر فیزیکی عناصر ماتریسهای ضرایب است که در معادلات حرکت ظاهر میشود.
دراین معادله دیفرانسیل برداری، هر مختصه مشخصه یک درجه آزادی سیستم است. در هر مختصه یک نیروی خارجی معلوم اعمال میشود که در حالت تعادل این نیرو باید به وسیله نیروهای داخلی وارده در آن نقطه متعادل شود. این نیروهای داخلی عبارتند از:نیروی اینرسی ، نیروی میرائی و نیروی الاستیک .مکانیک مهندسی هم شالوده و هم چارچوب اغلب شاخه های مهندسی است. بسیاری از مباحث در رشته هایی مانند: مهندسی عمران، مهندسی مکانیک،مهندسی هوا فضا، مهندسی کشاورزی و البته در خود مهندسی مکانیک، مبتنی بر دروس استاتیک و دینامیک است حتی در حوزه هایی مانند برق، دست اندرکاران حرفه ای در جریان بررسی اجزای الکتریکی یک دستگاه رباتی و یا یک فرایند ساخت، ممکن است ابتدا به تحلیل مکانیکی نیاز پیدا کنند.
بنابراین درس های مکانیک مهندسی در برنامه های درسی رشته های مهندسی نقش مهمی پیدا می کند مخصوصاً رشته ی عمران و سازه که ما در این پروژه با آن سروکار داریم. این درس نه تنها درس مهمی می باشد بلکه به دانش آموزان و کاربران این امکان را می دهد که سازه ها را کاملاً درک کنند و در نقشه کشی و تحلیل آن ها صاحب نظر شوند و از قدرت بیش تری در تحلیل سازه بهره مند شوند.
هدف بعدی از مطالعه ی علم مکانیک مهندسی که جزیی از آن استاتیک می باشد، پرورش قدرت پیش بینی
سازههای پوستهای
در بیشتر موارد با استفاده از بتن مسلح ساخته میشوند به همین دلیل سازههای بتن پوستهای نیز نامیده میشوند.ضمن آن که پوستهها در طبیعت از متنوع ترین فرمهایی هستند که در دنیای فیزیکی اطراف ما یافت میشوند. واژهٔ پوسته تداعی کنندهٔ اشکال موجود در طبیعت مانند تخم پرندگان، پوستهٔ نرم تنان میباشد. این لغت یک نمود ذهنی با دو ویژگی ویژه را مجسم میسازد:
عملکرد کلی پوستهها
پوسته،سازه ای نازک با سطح منحنی می باشد که بارها را بصورت کشش، فشار و برش به تکیه گاه ها منتقل می نماید.سازه های پوسته ای مشابه طاقهای سنتی
می باشد با این تفاوت که سازه ی پوسته ای در برابر نیروهای کششی مقاوم می باشد.اغلب پوسته ها ی معماری از بتن مسلح ساخته شده اند همچنین از تخته ی چند لایی ،فلز پلاستیک های شیشه ای مسلح هم استفاده می شود.پوسته ها به علت شکل منحنی خود مقاومت خوبی در برابر بارهای گسترده ی یکنواخت در سازه هایی مانند سقف دارند اما مقاومت این نوع سازه به علت نازک بودن،در برابر خمش های ناحیه ای که ازطریق بارهای متمرکزتولید شده قابل توجه نمی باشد.
انواع پوسته
پوستهها بر اساس:
طبقه بندی میشوند. در این تقسیم بندی هدف ارائه رفتار و عکس العملهای یکسان در گروههای مختلف پوسته هاست.
۱)تقسیم بندی از نظر نوع شکل گیری
پوستهها از نظر شکل گیری به پوستههای دورانی((چرخش (فیزیک))) و پوستههای انتقالی((Transational)) تقسیم میشوند. در پوستههای دورانی، شکل گیری پوسته ناشی از دوران یک منحنی حول یک محور و در پوستههای انتقالی ناشی از انتقال یک منحنی در طول یک خط یا یک منحنی است.
۲)تقسیم بندی از نظر فرم
پوستهها از نظر نوع انحنای پوسته به دو گروه پوستههای سین کلاستیک و پوستههای آنتی کلاستیک تقسیم میشوند. پوستههای سین کلاستیک دو منحنی دارند و خطوط انحنا در هر جهت آنها یکسان است. پوستههای آنتی کلاستیک((زین اسبی))انحنای مضاعف و خطوط انحنا در جهتهای مخالف دارند.
۳)تقسیم بندی از نظر هندسه
به
تقسیم میشوند
۳-۱)پوستههای قابل توسعه
پوستههایی هستند که بتوان سطح هندسی آنها را بدون ایجاد بریدگی، تنش یا تغییر شکل به شکل صفحهٔ مستوی در آورد. مانند پوستههای استوانهای.
پوستههای گهوارهای که فقط در یک جهت انحنا دارند و از دوران یک منحنی در طول مسیر مستقیم شکل میگیرند، پوستههای قابل توسعهاند. در این پوستهها اغلب از اشکال نیم دایره و سهمی استفاده میشود و تکیه گاهها فقط در گو شهها هستندو در جهت طولی و در جهت انحنا دهانه را میپوشانند.[۴]
پوستههای قابل توسعه خود به چند بخش تقسیم میشوند:
الف) پوستههای استوانهای
که این خود به
تقسیم میشود
ب) پوستههای متقاطع
که این خود به
تقسیم میشود.
الف-۱-۳)پوستههای استوانهای
در طبیعت به ندرت یافت میشود. میتوان به فرم لولهای ساقهٔ گیاهانی مانند بامبو اشاره کرد. جز اصلی تشکیل دهندهٔ استوانه، شکل کلی پوسته است. یک ورقهٔ کاغذ به طور طبیعی تقریباً قادر به هیچ گونه مقاومتی در مقابل خمش نیست، اما با لوله کردن مقاومت آن بیشتر میشود.
۱-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای کوتاه
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و در یکی از دو جهت یا ترکیبی از هر دو جهت عمل میکنند. اولین مورد استفاده از این نوع پوستهها، عملکرد پوسته به عنوان دال است که فاصلهٔ بین قوسها را می پو شاند، در این حالت هر انتها را میتوان به وسیلهٔ یک قوس سخت و مقاوم کرد. دومین روش برای آن که لبهٔ طولی پایینتر به وسیلهٔ یک تیر سخت شود، آن است مه از پوستههای نازک تر که مانند مجموعهای از قوسهای مجاور هم رفتار میکنند و فاصلهٔ بین تیرهای کناری را می پو شانند، استفاده کرد.
پوسته های استوانهای کوتاه که به عنوان:(الف)فاصله بین قوسها با دال پوشانده شده است،(ب)مجموعهای از قوسهای مجاور هم که فاصله ی بین تیرها ی کناری را پوشانده اند.مقایسه این دو با (ج)طاق استوانه ای که باید در طول پایه،تکیه گاه ممتد داشته باشد،رفتار کند
۲-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای بلند
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و مانند تیرهای بزرگ در جهت طولی عمل میکنند، در نتیجه تنشها در این گونه پوستهها مشابه تنشهای خمشی در یک تیر است. بخش بالایی در سر تا سر طول پوسته تحت فشار است در حالی که بخش پایینی تحت کشش میباشد.
پوسته ی استوانه ای بلند مانند تیری که فاصله ی بین دو تکیه گاه را می پوشاند رفتار می کند.افزایش تنش فشاری در بالا و تنش کششی پوسته در پایین پوسته اتفاق می افتد.
نسبت دهانه به ارتفاع در پوسته های استوانه ای بر روی مقدار تنش تاثیر داشته و آن را افزایش میدهد. همچنین افزایش این نسبتها میزان پوشش در دهانه ی بزرگ را افزایش می دهد.اگر ارتفاع از دهانه در این پوسته بیشتر باشد ارتفاع فشار تحتانی کاهش پیدا کرده و نیروی کششی در بالا امکان ایجاد پوسته ی با ضخامت کمتر را فراهم می کند. در تئوری بهترین نسبت دهانه به ارتفاع در حدود 2 می باشد،که حداقل حجم بتن و فولاد مصرفی را نیاز دارد.در عمل از نسبت های 6 تا 10به سبب ملاحظات فنی و حداقل ضخامت مورد نیاز و با توجه به قوانین ساختمانی یا ساختمانهای ساخته شده،معمول تر است.
شرایط لبه ها
سختی پوسته در دو انتهای و لبه ی طولی با مقاومت در برابر رانش بیرونی در نظر گرفته می شود.
نمودار تنش برای پوسته های استوانه ای بلند،همانطور که مشاهده می کنید تنشهای فشاری و کششی بر هم عمودند فاصله ی بین خطوط تنش اشاره به تمرکز تنش در آن ناحیه دارند
۱-ب-۱-۳)پوستههای متقاطع دو بخشی
تقاطع راست گوشهٔ پوستههای دو بخشی با مقطع دایرهای شکل نوعی تاق پهار بخشی را ایجاد میکند که قسمت مقعر ایجاد شده میان بخشهای متقاطع با یک منحنی تا خورده قابل مقایسه است.
۲-ب-۱-۳)پوستههای متقاطع چند بخشی
چندین تقاطع با بخشهای بیشتراست. اگر تعداد بر آمدگی ها (خط الراسها) از خط القعرها بیشتر باشد، نتیجه، ساختار گنبدی شکل خواهد بود.
۳-ب-۱-۳)مخروطها و شبه مخروطها
سطوح مخروطی با حرکت یک خط صاف بر روی خط صاف دیگر و یک منحنی به دست میآیند. این حقیقت که مخروطها انحنای دوگانه دارند و با استفاده از خطوط صاف ساخته میشوند به طور طبیعی آنها را برای طراحی پوستهها مناسب میسازد.
۳-۲) پوستههای غیر قابل توسعه
مانند پوستههای کروی
سقف های پوسته ای
سقف های هستنند منحی وممکن است در یک و یا دو جهت انحنا داشته باشند با ترکیب این سقف ها میتوان حجم زیبای را خلق نمودوازطرفی این سقف ها قادر به تحمل بارهای سنگین هستنند بنابراین امکان پوشش دهنه های بزرگ وجود داردبا توجه به خمیری بودن آنها میتوان فرم دلخواه را طراحی واجرا نمود امروزه با پیشرفت تکنولوژی در تمام علوم وبوجودآمدن نرم افزارهای کامپیوتری قادریم طراحی ومحاسبات این سقف ها را بدقت انجام دهیم از طرفی امکان شبیه سازی این سقف ها قبل از ساخت وجود داردفرودگاه بین المللی جان اف کندی که بین سالهای 1956و1962 ساخته شد یکی از کارهای موفق ارو سارینن است این سقف پوسته ای یکی از شاهکارهایمعماری است که درنوع خود بی نظیر است حجم تندیس گونه این فرودگاه نتنها مورد استقبال بازدید کنندگان قرار گرفت بلکه موردتحسین صاحبنظران واقع گردید.
یکی از بنیان گذاران سقف های پوسته ای هاینس ایسلراست این مهندس که در سوئیس متولد شده اولین فرم پوسته رابوجودآورد این مهندس مبتکر پارچه ها را به شکل منحنی خم میکرد وسپس این پارچه های خم شده را مرطوب نموده و آنرا درفصل زمستان آویزان میکرد تا کاملا یخ بزنند وبا وارونه کردن آنها توانست مطالعاتی در مورد سقف های پوسته ای انجام دهدوی باین نتیجه رسیداشکالی که از هندسه ساده تشکیل شده باشند نسبت به اشکال غیر هندسیمقاوم ترند
نمونه کارهای هاینس ایسلر
Precast Reinforced Concrete Shells
سیستم ها در یک تقسیمبندی کلی در گروه سازههای سه بعدی قرار میگیرند. سازههای سهبعدی با مواد و مصالح مختلف مانند فولاد، آلومینیوم، چوب، بتن، کامپوزیتهای مسلح فیبری و یا ترکیبی از این مواد را شامل میشود.این سازهها به سه گروه تقسیم میشوند:
الف- سازههای سه بعدی پیوسته که شامل اجزای
سازه های چادری
سازههای غشایی که سازه چادری یا سازه پارچهای نیز نامیده میشود، زیرمجموعهای از سازههای فضایی هستند و به دلیل سبکی، شفافیت و انعطاف در خلق فرمهای زیبا و بدیع، گسترش روزافزونی در ساخت بناهایی با عملکردهای مختلف تجاری، اداری، ورزشی و... و یا به شکل سایه بان در فضاهای عمومی و شهری داشتهاند.
ویژگیهای مذکور ارتباط مستقیم با خواص مواد سازنده غشاهای این نوع سازهها دارد. ساخت و تولید مواد کامپوزیت از الیاف و پلیمرها با طیف وسیعی از خواص فیزیکی، مکانیکی و سازهای امکانات متعددی را پیش روی طراحان قرار داده است. این مواد دارای تفاوتهایی در اندازه، وزن و خواصی نظیر مقاومت گسیختگی، مقاومت در برابر ترک خمشی، انتشار آتش، گسترش پارگی و همینطور درجه شفافیت، دوام و ضمانتی که کارخانه سازنده میدهد، میباشند؛ بنابر این شناخت این ویژگیها و تفاوتها جهت انتخاب ماده مناسب از سوی طراحان و مهندسین، امری ضروری مینماید
تعریف سازههای چادری
غشا ورقهای نازک ازماده است که تنها دربرابر کشش مقاومت دارد و دربرابر فشاروخمش هیچ مقاومتی ندارد، پارچه را میتوان بهترین نمونه ازغشاهاوسازه چادری نام برد. سازه چادری از دو جزء تشکیل شده است؛
تاریخچه سازه چادری
اولین بنای واقعی معماری با این نوع سازه توسط ولادیمر شوخوف طراحی شدکه وی تمامی محاسبات کاربردی تنشها وتغییر شکلهای حاصل از تنشها راتوسعه داد وپس از آن آنتونیوگائودی با معکوس کردن یک ساختار فشاری یک ساختار معلق کششی به دستآورد که درکلیسای ساگرافمیلیا ازآن استفاده کرد. وپس ازآن فرای اتو ازاین سازه در سقف استادیوم المپیک مونیخ۱۹۷۲ استفاده کرد
طراحی سازههای چادری
طراحی ساختمان با سازه چادری باطراحی ساختمانهای ساده بسیار متفاوت میباشد درطراحی این سازهها نمیتوان ابتدا پلان بنارا کشید وسپس آن را اجرا کرد. دراین نوع سازهها، ادرگام اول طرح اولیهای متناسب با عملکرد ارائه میشود، درگام بعدی با ساخت ماکتی شکل کلی آن را پیدا میکنند وسپس به تحلیل کلی سازه میپردازند ودرنهایت تمامی جزئیات سازه را طراحی میکنند
مزایای سازههای غشایی
رفتارسازهای
سازه چادری ازجمله سازههایی است که فرم سازه دقیقاً منطبق با عملکرد سازه میباشد. با طراحی این سازهها به صورت یک سازه کابلی با انحنای مضاعف توانایی باربری وطول عمر این سازه هابسیار بالا میرود
تکیه گاه ها
درحالت کلی دراین نوع سازهها غالباً چادرتوسط ستون مرکزی نگاه داشته میشود.(در این حالت برای جلوگیری از پارگی درپارچه ستون بصورت قارچی اجرا میشود). درحالتهای دیگر از قوسها، کابلهای زنجیرواره، ترکیب سیستم فشاری وکابلهای زنجیرواره نیز دیده میشود.
ترمینال حجاج جده
طراحان هتگام بازدید ازاین منطقه به این مسئله پی بردند که انسانهای بدوی ساکن دراین منطقه آموخته بودند که زندگی درزیر سایه چتر درگرمای عربستان بهترازماندن در ساختمانی محصور وداغ میباشد وهمچنین به عقیده طراحان تهویه مکانیکی هوا ونورپردازی ساختمان موردنیاز ترمینال باتوجه به اوج استفاده دریک دوره کوتاه بسیارگرانقیمت میباشد. تمامی این دلایل معماران رابرآن داشت تا ازیک سقف پارچهای نیمه شفاف وپخش کننده نور برای ترمینال استفاده کنند. این فرم طبیعی چادر، در شب باعث انعکاس نورها به بالا میشود ومانع از ایجاد خیره گی درشب میشود و فرم وارتفاع چادرهاازجریان طبیعی هوا برای ایجادسرما ازطریق تهویه بیرون ودرون از طریق بازشوهای مرکزی درتابستان بهره میبرند. این چادرها سطحی بیش از ۴۳۰هزارمترمربع راپوشش میدهند. مدول اصلی یک پوسته چادری مربع شکل به ضلع ۳۹٫۴مترمی باشد
سازه های پارچه ای نوعی جدیدی از سازه به شمار می آیند که در آنها با استفاده از پوسته های پارچه ای و صنعتی کاملا سبک ، سقفهایی با دهانه های بزرگ و به صرفه ایجاد می شود و بسته به موقتی یا دائمی بودن آنها ،به سازه های مختلفی تقسیم می گردند که خود این دسته ها نیز به به زیر شاخه هایی تقسیم می شوند. وزن سبک پارچه باعث می شود تا ما به پروفیل های فلزی سبکتری نیاز پیدا کنیم و همچنین به علت پیش ساخته بودن کل سیستم سقف ، کل زمان اجرای پروژه به طور قابل توجهی کاهش پیدا می کند . استفاده از این نوع سازه محدودیت زیادی ندارد و می تواند با توجه به شرایط محیطی مختلف ، نوع پوسته مصرفی را تطبیق داد . نوع خاصی از این سازه ، سازه های بادی یا هوانشین هستند که اصطلاحا air-support نامیده می شوند و امکان ساخت ورزشگاه های بزرگ را بدون نیاز به تیرو ستون فراهم ساخته اند. این سازه ها مصرف انرژی را کاهش داده و از مزایای دیگر استفاده از آن ها ، عدم آسیب پذیری سازه در مقابل آتش و زمین لرزه است که هر ساله تلفات زیادی را بر جوامع بشری وارد می سازند
گروه تولیدی کاوشکام در سال 1384 با محوریت تولید سازه های فلزی تاسیس شد. پس از تجربه ای درخشان در صنایع فلزی و بتن پیش ساخته با حسن شهرت کسب شده در صنعت برق، مخابرات و پتروشیمی ، در داخل و خارج از کشور، با راه اندازی بخش جدید سازه چادری کاوشکام قدم به عرصه ای نوین گذاشته است. سازه چادری کاوشکام با استفاده از ظرفیت بالای صنایع فلزی کاوشکام در ساخت انواع سازه های فلزی با جمع آوری گروهی از مهندسین مجرب و متخصص در طراحی و اجراء سازه های چادری-کششی اعم از سایبان پارچه ای (سایبان چادری ) سقف پارچه ای ، سقف پارکینک پارچه ای ، آلاچیق ساحلی ، آلاچیق پارک ، (آلاچیق پارچه ای ) (آلاچیق چادری ) تولید سازه های چادری ( سازه های پارچه ای ) را در ابعاد گسترده آغاز کرده است
سازه های غشایی در سال 1960 توسط فرانک اوتو رواج دوباره ای گرفت. دو طرح پیشنهادی او عبارتند از:
شبکه سیمی آویخته که در نمایشگاه مونترال و همچنین ورزشگاه المپیک مونیخ استفاده شد که هر دو، جزءعظیم ترین و پیچیده ترین سازه های غشایی هستند.
امروزه با پیشرفت فناوری ها سازه های غشایی به کلی دگرگون و متحول شده اند،هر چند بهبود مصالح موجب بهبودعمکرد پوشش های غشایی شده است، ولی روش های نوین طراحی عامل اصلی بهره وری این سازه ها می باشد .
ویژگی های این سازه ها:
1- ریشه در سنت کهن چادر سازی دارند.
2- به لحاظ ارزانی مصالح، سهولت اجراو سرعت برپایی بسیار جذاب می باشند.
از اولین کاربرد های این نوع چادر ها در سالن های نمایشی و سیرک ها و چادر های ارتش می باشد پیشرفت فن آوری های امروز باعث شده است تا:
1) دوام و طول عمر مصالح بیشتر شود.
2) مقاومت در برابر آتش سوزی بیشتر شود.
3) گسترش حریق و دودهای ساطعه کاهش می یابد.
4) انرژی کمتری برای تنظیم شرایط محیط حاصل می شود.
مثلا در مناطق گرمسیر با استفاده از این غشاء ها می توان مقدار زیادی از نور خورشید را منعکس کرده و دمای ساختمان را با صرف انرژی کمتری تنظیم نمود و در مناطق سردسیر با بهره گیری از لایه های عایق حرارتی که منعطف و مات می شوند با انژری کمتری شرایط مطبوع حاصل می شود.
ویژگی محصولات
درصد اشتعال پایین
دارای عالی ترین خواص فیزیکی
دارای پرداخت صیقلی بالا و براق
استفاده از تارپولین وزن متوسط
دارای خاصیت ضد قارچ یا ضد کپک زدگی
قابلیت جوش ، با تکنوژی هوای گرم و فرکانس بالا
مقاومت بسیار بالا در برابر اشعه های مضر آفتاب (UV)
استفاده از رنگدانه های با کیفیت بالا (ثبات و دوام بالای رنگ)
عدم فرسایش در شرایط مختلف آب و هوایی و طول عمر بسیار بالا
دارای رنگ لاکی (لاک و الکل) اکریلیک و پوشش PVC در هر دو سمت
کلیه سازه ها دارای دفترچه محاسباتی فنی و مهندسی بوده و تمام مراحل طراحی تولید و اجرا زیرنظر مهندسی ناظر صورت می پذیرد.
مقایسه سازه های بیمارستان صحرایی
اسکلت بندی این نوع چادرها لوله های فلزی اکثراً از آلیاژهای آلومینیوم و سبک می باشد و در دو نوع اسکلت داخل و یا اسکلت خارج ساخته میشود.
معایب
محاسن
زمان نصب طولانی تر – بیش از یک ساعت
حجم جمع شده بیشتر
وزن زیادتر نسبت به چادر بادی
عدم امکان تراز بندی کف سازه در زمین شیبدار
مقاوم و ساده
دوام و طول عمر بیشتر نسبت به چادر بادی
قیمت ارزان
اسکلت بندی این نوع چادرها لوله های لاستیکی ضخیم و سبک می باشد که با پمپ هوا باد میشود .
معایب
محاسن
قیمت بالاتر به نسبت چادر اسکلت فلزی
مقاوم و ساده
زمان نصب بسیار کوتاه در حد چند دقیقه
کمترین حجم جمع شده و وزن کم
کانکس( 3 متری، 6 متری، 12 متری )
کانکس ها اتاق های با دیواره های دو جداره با عایق پشم شیشه ( جدار خارجی فلزی و جدار داخلی چوب،MDF یا فوم پلاستیکی ) هستند . عرض تمام این سازه ها به دلیل ضوابط ترافیکی در تمام دنیا 4/2 متر است بطور معمول در سه طول 3 ، 6 و 12 متر ساخته میشوند.
محاسن عمومی : - کانکس ها را به جک های تنظیم ارتفاع مجهز مینمایند تا ترازبندی کف سازه امکان پذیر باشد
- امکان نصب ثابت تجهیزات در داخل کانکس که سرعت عمل شروع بکار گیری را بالا میبرد
- تنظیم دمای داخل آن ساده تر است
کانکس 3 متری (10 فوتی)
کانکس 6 متری (20 فوتی)
کانکس 12 متری (40 فوتی)
کاربرد:
اتاق تزریقات و پانسمان
سرویسهای بهداشتی، آشپزخانه،آزمایشگاه،داروخانه،رادیولوژی، انبار ، رخشوی خانه
سرویسهای بهداشتی، آشپزخانه،آزمایشگاه،داروخانه،رادیولوژی، انبار ، اتاق عمل، ریکاوری ، CSR، رخشوی خانه
معایب
محاسن
معایب
محاسن
معایب
محاسن
اندازه کوچک
وزن کم و
سهولت حمل
قابلیت حمل با هواپیما و بالگرد
عدم قابلیت حمل با بالگرد
- فضای بیشتر برای بکارگیری به عنوان دو واحد جداگانه
کانکس با قابلیت گسترش دو برابر /سه برابر
این کانکس ها اتاق های با دیواره های دو جداره با عایق پشم شیشه هستند . عرض تمام این سازه ها به دلیل ضوابط ترافیکی در تمام دنیا 4/2 متر است. ولی با ایجاد یک یا دو قسمت باز شونده از طرفین عرض این سازه ها به ترتیب به 7/4 متر و 6 متر افزایش میابد بطور معمول در سه طول 3 ، 6 و 12 متر ساخته میشوند.
محاسن عمومی : - فضای داخلی وسیعتری ایجاد میکنند
- کانکس ها را به جک های تنظیم ارتفاع مجهز مینمایند تا ترازبندی کف سازه امکان پذیر باشد
- امکان نصب ثابت تجهیزات در داخل کانکس که سرعت عمل شروع بکار گیری را بالا میبرد
- تنظیم دمای داخل آن ساده تر است
کانکس 3 متری (10 فوتی)
کانکس 6 متری (20 فوتی)
کانکس 12 متری (40 فوتی)
کاربرد: اتاق تزریقات و پانسمان ،
اتاق ایزوله
اتاق عمل، ریکاوری ، ICU
اتاق عمل، ریکاوری ، ICU
این خودرو ها از یک شاسی خودرو با کابین راننده دارای دو صندلی در جلو و یک کابین مجزا در عقب با ابعاد 4/2 عرض و طول از 3 تا 5/4 متر تشکیل شده است . میتوانند بنزینی و یا گازوئیلی باشند . همچنین میتوان انواع شاسی بلند و شاسی کوتاه آن را تهیه نمود.
کاربرد عمومی این خودروها برای اتاق ارتباطات و فرماندهی است.
معایب
محاسن
کف کابین عقب از زمین فاصله زیادی دارد
فضای داخلی کوچک
عدم نیاز به وسیله حمل مجزا
امکان نصب ثابت تجهیزات در داخل کابین
سرعت عمل شروع بکار گیری
امکان بکارگیری تجهیزات حتی در حال حرکت
معماری طبیعی نوعی معماری آمیخته با رنگ است که در اوایل قرن بیستم به عرصه ظهور رسید. معمارانی چون فرانک لوید رایت، آنتونی گادی و رادولف استینر که هر کدام با الهام از طبیعت شیوه ای از این معماری را بنیان گذاشتند. این شیوه معماری به معنای تقلید صرف از طبیعت نیست بلکه در آن خواسته های بشر بعنوان موجودی خلاق و زنده در نظر گرفته می شود، به انسان فردیت می بخشد و به سازگاری انسان با طبیعت پیرامون و مشخصه های فرهنگی وی کمک می کند
معماری طبیعی از توجه صرف به ابعاد فرهنگی و اجتماعی پا را فراتر گذاشته و جنبه های فیزیکی، روحی و روانی بشر و ارتباط وی با دنیای پیرامون را مد نظر قرار می دهد و در زمانی که معماری روز شدیداْ وابسته به اقتصاد، تکنیک و مقررات است معماری طبیعی این موارد را با ابعاد زیستی، فرهنگی و روحی بشر گره می زند.
فری اتو
از چادرهای بزرگ که برروی شبکه های کابلی پیچیده یا دیرکهای عمودی یا مایل فشاری قرار دارند برای ساخت غرفه های نمایشگاهی دائم یا موقت استفاده می شود. یکی از بزرگ ترین این چادرها سطحی به وسعت 7500 متر را در بازیهای المپیک 1972 آلمان می پوشاند.
سقف بالنی (سازه های هوایی یا بادی)
وقتی که غشا ها یک حجم با تعدادی از احجام را کاملا احاطه می کند می تواند به وسیله فشار داخلی خود پیش تنیده شوند. نمونه این سازه غشا یی که شامل یک حجم بسته است در قایقهای پلاستیکی میتوان مشاهده کرد. مو رانا غرفه فوجی را در نمایشگاه بین المللی اوزاکا در 1970 طراحی کرد که با استفاده از لوله های پلاستیکی باد شده است. بالنهای از جنس بافته پلاستیکی که از استخرهای شنا- زمینهای تنیس و سایر تاسیسات موقتی را می پوشاند استادیوم گنبد نقره ای در پونیتاک میشیگان طراحی شده است.
سازه های چادری
چادر یک نوع پوسته کششی یکپارچه نازک است که به وسیله یک ستون یا قوس فشاری نگه داشته می شود.چادر نوع متفاوتی از سازه های کابلی است. در سازه های چادری فرم معماری و عملکردسازه ای یکی هستند. چادر ها معمولا برای استفاده در سازه های موقتی در نظر گرفته می شوند زیرا پارچه مقاومت کمی در برابر خورشید داشته وبه سرعت از بین می رود. پیشرفت اخیر استفاده از قایبر گلاس یا پوششهایی که کمترین فرسایش را در برابر خورشید دارد(تفلون) افزایش داده است. عمر مفید بیش از 20 سال .
ترمینال حج: فرودگاه بین المللی سلطان عبدالعزیز
معمار: اونینگز-اسکید مور- مرپل مهندس سازه:گایگربرگردر1985 به گنجایش 950 هزار نفر زائر خانه خدا طراحی شد.
طراحان هنگام بازدید از منطقه دریافتند که قبایل بدوی آموخته بودند ماندن در زیر سایه یک چتر بر ماندن در یک ساختمان داغ ترجیه دارد. همچنین تهویه و نور پردازی ساختمان بسیار هزینه بر بود پس به یک پارچه نیم شفاف و پخش کننده نورکه در روز نور کافی داشته در شب نورها را منعکس کند احتیاج داشتند. بطور کلی سیستم چادرها تیرک و آسانسور همه به وسیله کابل پایدار گشته اند.کابل ها به پی ساخته شده در زیر آب و بر آمده از آن متصل شده اند.
سازه های کابلی
مشابه بادبان هایی است که در قایق ها و برای حفظ تعادل آن به کار می رود.
مانند مرکزنمایشگاهی دارلینگ – هر دهانه دارای چهار دکل مرکب است-تکیه گاه عمودی اصلی- که هر کدام از چهار ستون فولادی لوله ای تشکیل میشوند. میله ی قطری در بالای دکل ها دو انتهای خرپاهای فضا یی را به صورت معلق نگه می دارند.
پل آ لامیلو
1992 مهندس سازه کالاتروا برای نمایشگاه جهانی اکسپسو 92 ساخته شد که بخش سواره رو این پل دهانه 200 متر را می پوشاند و بوسیله کابل های قطری موازی که همه آن ها از یک طرف به دکل بلندی به ارتفاع 142 متر آویزان هستند نگه داشته می شود.
معماری با الهام از طبیعت
اصل و مبدا معماری طبیعی
با خلق شیوه های نوین معماری بسیاری از معماران بر آن شدند که با تلفیق تکنیک های ساختمان سازی و الهام از طبیعت زندگی بشر امروز، معماری طبیعی را بنیان گذاری کنند.
لوئیس سالیوان (1856_1924): اولین فردی که به تجزیه و تحلیل مفاهیم معماری طبیعی پرداخت. وی در مورد طبیعت تحقیقات بسیاری انجام داد که نتیجه آن اصول نقشه کشی این شیوه معماری بود. او همچنین معمار بنای هندسی (شکل مقابل) است.
فرانک لوید رایت (1869_1956): وی مفاهیم را در جهت تصریح روابط میان طبیعت و معماری گسترش داد و به وضع دستور العمل هایی در خصوص چگونگی ساخت فضاهای داخلی و خارجی بنا و استفاده از مصالح ساختمانی سازگار با طبیعت پیرامون پرداخت
آنتونی گادی (1852_1926): اولین فردی که طرح این شیوه ساخت و ساز را با ارائه صورت ساخته شده بنا بیان کرد و بر چگونگی ساختمان سازی بدین شیوه تاکید داشت . وی در اواخر عمرش معماری هندسی طبیعی را با ساخت دو فضای قوس دار در کلیسای "سگرادا فامیلی متحول ساخت
رادولف استینر (1861_1925): وی اصول این سبک متحول شده معماری را بیان کرد. این اصول شامل طبیعت ، فرهنگ و شعور بشر است
دگرگونی مدرنیسم
معماری طبیعی در اواخر قرن بیستم رو به افول نهاد، چندین نفر از پایه گذاران این سبک مردند و در اروپا رکود اقتصادی و شروع جنگ جهانی دوم باعث کساد بازار ساخت و ساز شد. اگرچه در دهه پنجم وششم قرن بیستم این سبک معماری دوباره رواج پیدا کرد. این حیات دوباره معماری طبیعی مدیون تلاش های بنیانگذاران مدرنیسم بود. آنها صورت های تئوری معماری هندسی را عملی کردند. نام برخی ازاین افراد همراه با آثارشان در ذیل آورده شده است
کاخ اعیانی نوتری
معمار: لی کوربوسیر
شهر رونچمپ فرانسه 1950-1955
تالار فنلاند
معمار: آلورآلتو
شهر هلسینکی فنلاند، 1962-1975
سالن کنسرت سمفونی
معمار: هانز شارون
شهر برلین آلمان 1956-1963
با احیای دوباره معماری طبیعی، بسیاری از معماران با الهام از یافته های پیشگامانی چون رایت و استینر و استفاده از تکنیک ها و خلاقیت های فنی اقدام به ساخت و ساز کردند. اما هنوز این شیوه معماری جهانی نشده بود. چند سال بعد در نمایشگاهی 50 آرشیو و پوستر از این پروژه ها در معرض دید عموم قرار گرفت و بدین نحو معماری طبیعی شهرت جهانی یافت .این ساختمانها علاوه بر برخورداری از استحکام و ایمنی نشانگر هویت ملی و فرهنگی مردم یک منطقه بود و بدلیل داشتن رنگ آمیزی ، روشنایی و طرح جذاب بازدیدکنندگان را بر آن می داشت تا این شیوه را شخصا تجربه کنند.
ساختمانی همخوان با باد... یا به سوی یک معماری رندوم:
مایکل یانتسن Michael Jantzen که به با معماری های عجیبش، مثل M-House، شهرت دارد این بار بنایی را در اسپانیا طراحی کرده که با باد می چرخد!احجام منحنی روی هم چیده شده در جهات مختلف و به صورتی رندوم قابلیت حرکت حول یک محور را دارند و نتیجه بنایی است که با وزش باد و البته متاثر از وزن کم سازه اش، پیوسته تغییر شکل می دهد
Wind Shaped Pavilion آنچنان که از نامش برمی اید در جستجوی هویتی بادگونه است؛ جالب است که حرکت قسمت های 6 گانه بنا فرصت تامین انرژی شامگاهی ساختمان را نیز فراهم می کنند.
این عکس ها متعلق به ماکت استخر می باشد که از طرح صدف الهام گرفته است
خانه جنگل هانگی، نماد طبیعت دوستی «شیگرو بان» معمار ژاپنی:
انسان بدون معماری نمی تواند در این کره خاکی به راحتی زندگی کند. محیط زیست طبیعی و محیط زیست مصنوعی (ساختمان) هر دو محیط زیست هستند و هر دو لازم برای زندگی بشری. ولی وقتی به رابطه میان این دو محیط زیست توجه کنیم متوجه می شویم که معمولا معماری در نقطه مقابل حفاظت محیط زیست طبیعی قرار دارد.
سایت این پروژه باغی است با درختان سر به فلک کشیده. هر روز در دهها نقطه از دنیا در زمینهایی با شرایط مشابه معماران بدون هیچ شکی درختان را قطع می کنند تا ساختمان مورد نظر خود را بنا کنند. ولی «بان» در این پروژه درختان را قطع نمی کند بلکه ساختمان را در مابین درختان می سازد و یک هم زیستی مسالمت آمیز میان درختان (زیست طبیعی) و ساختمان (محیط زیست مصنوعی) ایجاد می کند که کمتر می توان مانند آن را در دیگر آثار معماری دید. «بان» با این کار خود نه تنها درختان را از سرنوشت تلخ قطع شدن نجات می دهد بلکه فضاهای بسیار غنی معماری را نیز می آفریند.
سالن های چادری شرکت تولیدی مشمع آذرآبادگان از دو بخش اصلی تشکیل شده است :
الف) اسکلت سالن:
این بخش از پروفیل آهن محکم ساخته می شود که درهنگام نصب با پیچ ومهره به یکدیگر متصل می شوند.
ب) پوشش سقف
1) پوشش یک لایه: از جنس پارچه پلی استر وروکش پی.وی.سی جهت کاربریهای گوناگون نظیر انبار،پارکینگ و....
2) پوشش سه لایه(عایق حرارتی): لایه رویه از جنس پارچه پلی استر(تارپولین) و روکش پی.وی.سی، لایه دوم پشم پلی استر ولایه سوم (لایه داخلی) که از جنس لایه اول می باشد و امکان نصب سیستم های گرمایشی،سرمایشی وبخار وامکانات نورپردازی وروشنایی وتهویه را دارد.
از مزایای پوشش های سه لایه ای می توان به موارد زیر اشاره نمود:
a عایق بودن در برابرگرما، سرما،رطوبت، آفتاب ،باران وبرف ؛
a عدم شعله ور شدن(ضد حریق)
a تنوع رنگی وطرحهای گوناگون در داخل و خارج جداره سالن با توجه به نیاز مشتری .
برخی از مزایای این سالنها عبارتند از:
a مقرون به صرفه بودن ازلحاظ اقتصادی در مقایسه با احداث سوله بتونی؛
a سهولت جابجایی و نصب مجدد؛
a ضد آب، زلزله ؛
a امکان طراحی در طول و عرض های مختلف بدون محدودیت ؛
a امکان افزایش طول سوله به اندازه دلخواه بعد از بهره برداری اولیه .
انواع کاربریهای این نوع سالنها عبارتند از:
جلوگیری از خروج گاز های آلوده کننده محیط زیست در استخرهای پساب پتروشیمی؛
سایه بان (پارکینگ های اتومبیل،کالا ها در فضای باز؛
سالن های اجتماعات(نماز خانه،غذاخوری،مراسم ها) ؛
سالن های انبار؛
سالن های ورزشی؛
سالن های نمایشگاهی؛
استخرهای روباز و.....
اختراع سازه جایگزین چادر و کانکس برای اسکان موقت بازماندگان حوادث طبیعی توسط ایران
کیفیت بالا، سرعت در نصب و احساس امنیت و آسایش مطلوب برای بازماندگان حوادثی چون زلزله در استفاده از این سازه مسکونی دغدغه اصلی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در طراحی و ساخت این طرح بوده است.
شاسا. گروه فناوری ساختمانی.
به گزارش شبکه اطلاع رسانی ساختمان ایران شاسا، مشاور طرح "سیستم مسکن موقت سریعالاحداث" که به عنوان اولین اختراع مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن به ثبت رسیده است گفت هرچند ساخت مسکن موقت موضوع جدیدی نیست ولی سعی ما در ساخت این سیستم بر آن بوده تا با بالا بردن احساس رضایتمندی، شرایط مناسبی را برای بازماندگان از زلزله که اصلیترین استفادهکنندگان از این سیستم هستند، فراهم کنیم.
وی با اشاره به تجربه اسکان موقت پس از زلزله بم و بررسیهای صورت گرفته جهت ساخت سیستم مسکن موقت سریعالاحداث افزود: تجربه نشان داده است که افرادی که در چادر و یا کانکس اسکان مییابند، به دلیل محدود بودن فضا و ارتفاع پایین آنها، همواره با نوعی احساس ناامنی و عدم آسایش درگیر هستند.
بر اساس این شواهد، در طراحی این سازه جدید سعی شده تا پیش از هر چیز با ایجاد ارتفاع مناسب، زمینه ایجاد آرامش فکری و روحی را در استفادهکنندگان آتی از این مسکن فراهم شود. وی در ادامه افزود: شکل ظاهری این سیستم هم طوری طراحی شده تا در همان نگاه اول تصویری از یک خانه واقعی را به فرد بدهد. داشتن اتاق خواب مجزا و آشپزخانه و سالن در نظر گرفته شده این مزیت را فراهم کرده است.
مهندس بیگلری در تشریح دیگر ویژگیهای برجسته این مسکن موقت خاطرنشان ساخت اتصال اجزای این سازه نیاز به تخصص خاصی ندارد و سهولت در اجرا یک ویژگی مهم در این طرح به حساب میآید. در واقع اجزای این اختراع می تواند به صورت بستههای آماده همراه با دفترچه های راهنما جهت راهاندازی ارائه شود تا در زمان حادثه به سرعت مورد استفاده قرار گیرد.
این کارشناس در خصوص انطباق این نوع سازه برای نقاط مختلف آب و هوایی کشورمان نیز گفت: پیشبینیهای لازم برای استفاده از این خانه برای همه نقاط ایران به عمل آمده است و برای مثال اگر نیاز به استفاده از این سیستم در مناطق سردسیر باشد در عایقبندی و پوششهای آن تغییراتی ایجاد خواهیم کرد ولی اسکلت سازه به همین صورت خواهد بود.
به گزارش شاسا مهندس بیگلری با اشاره به این موضوع که تا به حال در خصوص تولید انبوه این سیستم کاری صورت نگرفته است، ابراز امید واری کرد که مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن با حمایت صحیح و ارتباط مناسب با صنعت ساختمان زمینه بهرهگیری مناسب از این سیستم را فراهم کند.
وی با اشاره به ضرورت ارتقاء مسکن موقت سریعالاحداث گفت: این سیستم یک طرح پایه است که میتواند با ایجاد تغییرات به صورت کاملتری ارائه شود. در حال حاضر نیز در خصوص امکان استفاده از آن در کاربریهای مختلف نظرات و پیشنهادات گوناگونی ارایه شده است از جمله سازمان نوسازی و توسعه و تجهیز مدارس کشور خواستار استفاده از این طرح به عنوان مدرسه عشایری شده است. استفاده از سیستم مسکن موقت سریعالاحداث به عنوان غرفههای نمایشگاهی، استفاده برای افراد عادی، برپایی درمانگاه یا بیمارستان صحرایی و... از جمله دیگر کاربریها می باشد.
منابع:
Belda, E.F. 2003) Constructine Problems in Deployable Structure of Emilio Perez pinero. Transactions on the Built Environment, 21, 141-142.
Buhl, Thomas, Jensen, Frank V. & Pellegrino, S (2004) Shape optimization of cover plates for retractable roof structures. Computers and Structures, 82, 1227-1236.
Chilton, John (2003) Environmental aspects. IN LORENS, J., Textile roof 2003 - Eigth international workshop, Berlin.
Jensen, Frank V. (2005) Concepts for Retractable Roof Structures, Ph.D. Dissertation, University of Cambridge
Melin, Nicholas O'brien (2004) Application of Bennett Mechanisms to Long-Span Shelters, PhD Dissertation, University of Oxford
Mollaert, Marijke (2003) A classification for the application of technical textiles and lightweight structures. IN LORENS, J., Textile roof 2003 - Eigth international workshop, Berlin.
Walter, Vortrag Von Matthias (2006) Convertible Roofs. Ferienakademie.
ایرانی بهبهانی, هما (1382) شاخص ها و ویژگی های باغسازی دوران قاجار در تهران. محیط شناسی ضمیمه 31, 99-81.
چیلتون, جان (1386) سازههای مشبک فضایی, تهران, دانشگاه تهران.
مشایخ فریدنی, سعید (1377) سازههای باز و بسته شونده. صفه
غشا ورقهای نازک ازماده است که تنها دربرابر کشش مقاومت دارد و دربرابر فشاروخمش هیچ مقاومتی ندارد، پارچه را میتوان بهترین نمونه ازغشاهاوسازه چادری نام برد. سازه چادری از دو جزء تشکیل شده است؛
تاریخچه سازه چادری
اولین بنای واقعی معماری با این نوع سازه توسط ولادیمر شوخوف طراحی شدکه وی تمامی محاسبات کاربردی تنشها وتغییر شکلهای حاصل از تنشها راتوسعه داد وپس از آن آنتونیوگائودی با معکوس کردن یک ساختار فشاری یک ساختار معلق کششی به دستآورد که درکلیسای ساگرافمیلیا ازآن استفاده کرد. وپس ازآن فرای اتو ازاین سازه در سقف استادیوم المپیک مونیخ۱۹۷۲ استفاده کرد
طراحی سازههای چادری
طراحی ساختمان با سازه چادری باطراحی ساختمانهای ساده بسیار متفاوت میباشد درطراحی این سازهها نمیتوان ابتدا پلان بنارا کشید وسپس آن را اجرا کرد. دراین نوع سازهها، ادرگام اول طرح اولیهای متناسب با عملکرد ارائه میشود، درگام بعدی با ساخت ماکتی شکل کلی آن را پیدا میکنند وسپس به تحلیل کلی سازه میپردازند ودرنهایت تمامی جزئیات سازه را طراحی میکنند
مزایای سازههای غشایی
رفتارسازهای
سازه چادری ازجمله سازههایی است که فرم سازه دقیقاً منطبق با عملکرد سازه میباشد. با طراحی این سازهها به صورت یک سازه کابلی با انحنای مضاعف توانایی باربری وطول عمر این سازه هابسیار بالا میرود
تکیه گاه ها
درحالت کلی دراین نوع سازهها غالباً چادرتوسط ستون مرکزی نگاه داشته میشود.(در این حالت برای جلوگیری از پارگی درپارچه ستون بصورت قارچی اجرا میشود). درحالتهای دیگر از قوسها، کابلهای زنجیرواره، ترکیب سیستم فشاری وکابلهای زنجیرواره نیز دیده میشود.
ترمینال حجاج جده
طراحان هتگام بازدید ازاین منطقه به این مسئله پی بردند که انسانهای بدوی ساکن دراین منطقه آموخته بودند که زندگی درزیر سایه چتر درگرمای عربستان بهترازماندن در ساختمانی محصور وداغ میباشد وهمچنین به عقیده طراحان تهویه مکانیکی هوا ونورپردازی ساختمان موردنیاز ترمینال باتوجه به اوج استفاده دریک دوره کوتاه بسیارگرانقیمت میباشد. تمامی این دلایل معماران رابرآن داشت تا ازیک سقف پارچهای نیمه شفاف وپخش کننده نور برای ترمینال استفاده کنند. این فرم طبیعی چادر، در شب باعث انعکاس نورها به بالا میشود ومانع از ایجاد خیره گی درشب میشود و فرم وارتفاع چادرهاازجریان طبیعی هوا برای ایجادسرما ازطریق تهویه بیرون ودرون از طریق بازشوهای مرکزی درتابستان بهره میبرند. این چادرها سطحی بیش از ۴۳۰هزارمترمربع راپوشش میدهند. مدول اصلی یک پوسته چادری مربع شکل به ضلع ۳۹٫۴مترمی باشد
سازه های پارچه ای نوعی جدیدی از سازه به شمار می آیند که در آنها با استفاده از پوسته های پارچه ای و صنعتی کاملا سبک ، سقفهایی با دهانه های بزرگ و به صرفه ایجاد می شود و بسته به موقتی یا دائمی بودن آنها ،به سازه های مختلفی تقسیم می گردند که خود این دسته ها نیز به به زیر شاخه هایی تقسیم می شوند. وزن سبک پارچه باعث می شود تا ما به پروفیل های فلزی سبکتری نیاز پیدا کنیم و همچنین به علت پیش ساخته بودن کل سیستم سقف ، کل زمان اجرای پروژه به طور قابل توجهی کاهش پیدا می کند . استفاده از این نوع سازه محدودیت زیادی ندارد و می تواند با توجه به شرایط محیطی مختلف ، نوع پوسته مصرفی را تطبیق داد . نوع خاصی از این سازه ، سازه های بادی یا هوانشین هستند که اصطلاحا air-support نامیده می شوند و امکان ساخت ورزشگاه های بزرگ را بدون نیاز به تیرو ستون فراهم ساخته اند. این سازه ها مصرف انرژی را کاهش داده و از مزایای دیگر استفاده از آن ها ، عدم آسیب پذیری سازه در مقابل آتش و زمین لرزه است که هر ساله تلفات زیادی را بر جوامع بشری وارد می سازند
گروه تولیدی کاوشکام در سال 1384 با محوریت تولید سازه های فلزی تاسیس شد. پس از تجربه ای درخشان در صنایع فلزی و بتن پیش ساخته با حسن شهرت کسب شده در صنعت برق، مخابرات و پتروشیمی ، در داخل و خارج از کشور، با راه اندازی بخش جدید سازه چادری کاوشکام قدم به عرصه ای نوین گذاشته است. سازه چادری کاوشکام با استفاده از ظرفیت بالای صنایع فلزی کاوشکام در ساخت انواع سازه های فلزی با جمع آوری گروهی از مهندسین مجرب و متخصص در طراحی و اجراء سازه های چادری-کششی اعم از سایبان پارچه ای (سایبان چادری ) سقف پارچه ای ، سقف پارکینک پارچه ای ، آلاچیق ساحلی ، آلاچیق پارک ، (آلاچیق پارچه ای ) (آلاچیق چادری ) تولید سازه های چادری ( سازه های پارچه ای ) را در ابعاد گسترده آغاز کرده است
سازه های غشایی در سال 1960 توسط فرانک اوتو رواج دوباره ای گرفت. دو طرح پیشنهادی او عبارتند از:
شبکه سیمی آویخته که در نمایشگاه مونترال و همچنین ورزشگاه المپیک مونیخ استفاده شد که هر دو، جزءعظیم ترین و پیچیده ترین سازه های غشایی هستند.
امروزه با پیشرفت فناوری ها سازه های غشایی به کلی دگرگون و متحول شده اند،هر چند بهبود مصالح موجب بهبودعمکرد پوشش های غشایی شده است، ولی روش های نوین طراحی عامل اصلی بهره وری این سازه ها می باشد .
ویژگی های این سازه ها:
1- ریشه در سنت کهن چادر سازی دارند.
2- به لحاظ ارزانی مصالح، سهولت اجراو سرعت برپایی بسیار جذاب می باشند.
از اولین کاربرد های این نوع چادر ها در سالن های نمایشی و سیرک ها و چادر های ارتش می باشد پیشرفت فن آوری های امروز باعث شده است تا:
1) دوام و طول عمر مصالح بیشتر شود.
2) مقاومت در برابر آتش سوزی بیشتر شود.
3) گسترش حریق و دودهای ساطعه کاهش می یابد.
4) انرژی کمتری برای تنظیم شرایط محیط حاصل می شود.
مثلا در مناطق گرمسیر با استفاده از این غشاء ها می توان مقدار زیادی از نور خورشید را منعکس کرده و دمای ساختمان را با صرف انرژی کمتری تنظیم نمود و در مناطق سردسیر با بهره گیری از لایه های عایق حرارتی که منعطف و مات می شوند با انژری کمتری شرایط مطبوع حاصل می شود.
ویژگی محصولات
درصد اشتعال پایین
دارای عالی ترین خواص فیزیکی
دارای پرداخت صیقلی بالا و براق
استفاده از تارپولین وزن متوسط
دارای خاصیت ضد قارچ یا ضد کپک زدگی
قابلیت جوش ، با تکنوژی هوای گرم و فرکانس بالا
مقاومت بسیار بالا در برابر اشعه های مضر آفتاب (UV)
استفاده از رنگدانه های با کیفیت بالا (ثبات و دوام بالای رنگ)
عدم فرسایش در شرایط مختلف آب و هوایی و طول عمر بسیار بالا
دارای رنگ لاکی (لاک و الکل) اکریلیک و پوشش PVC در هر دو سمت
کلیه سازه ها دارای دفترچه محاسباتی فنی و مهندسی بوده و تمام مراحل طراحی تولید و اجرا زیرنظر مهندسی ناظر صورت می پذیرد.
مقایسه سازه های بیمارستان صحرایی
سازههای پوستهای
در بیشتر موارد با استفاده از بتن مسلح ساخته میشوند به همین دلیل سازههای بتن پوستهای نیز نامیده میشوند.ضمن آن که پوستهها در طبیعت از متنوع ترین فرمهایی هستند که در دنیای فیزیکی اطراف ما یافت میشوند. واژهٔ پوسته تداعی کنندهٔ اشکال موجود در طبیعت مانند تخم پرندگان، پوستهٔ نرم تنان میباشد. این لغت یک نمود ذهنی با دو ویژگی ویژه را مجسم میسازد:
عملکرد کلی پوستهها
پوسته،سازه ای نازک با سطح منحنی می باشد که بارها را بصورت کشش، فشار و برش به تکیه گاه ها منتقل می نماید.سازه های پوسته ای مشابه طاقهای سنتی
می باشد با این تفاوت که سازه ی پوسته ای در برابر نیروهای کششی مقاوم می باشد.اغلب پوسته ها ی معماری از بتن مسلح ساخته شده اند همچنین از تخته ی چند لایی ،فلز پلاستیک های شیشه ای مسلح هم استفاده می شود.پوسته ها به علت شکل منحنی خود مقاومت خوبی در برابر بارهای گسترده ی یکنواخت در سازه هایی مانند سقف دارند اما مقاومت این نوع سازه به علت نازک بودن،در برابر خمش های ناحیه ای که ازطریق بارهای متمرکزتولید شده قابل توجه نمی باشد.
انواع پوسته
پوستهها بر اساس:
طبقه بندی میشوند. در این تقسیم بندی هدف ارائه رفتار و عکس العملهای یکسان در گروههای مختلف پوسته هاست.
۱)تقسیم بندی از نظر نوع شکل گیری
پوستهها از نظر شکل گیری به پوستههای دورانی((چرخش (فیزیک))) و پوستههای انتقالی((Transational)) تقسیم میشوند. در پوستههای دورانی، شکل گیری پوسته ناشی از دوران یک منحنی حول یک محور و در پوستههای انتقالی ناشی از انتقال یک منحنی در طول یک خط یا یک منحنی است.
۲)تقسیم بندی از نظر فرم
پوستهها از نظر نوع انحنای پوسته به دو گروه پوستههای سین کلاستیک و پوستههای آنتی کلاستیک تقسیم میشوند. پوستههای سین کلاستیک دو منحنی دارند و خطوط انحنا در هر جهت آنها یکسان است. پوستههای آنتی کلاستیک((زین اسبی))انحنای مضاعف و خطوط انحنا در جهتهای مخالف دارند.
۳)تقسیم بندی از نظر هندسه
به
تقسیم میشوند
۳-۱)پوستههای قابل توسعه
پوستههایی هستند که بتوان سطح هندسی آنها را بدون ایجاد بریدگی، تنش یا تغییر شکل به شکل صفحهٔ مستوی در آورد. مانند پوستههای استوانهای.
پوستههای گهوارهای که فقط در یک جهت انحنا دارند و از دوران یک منحنی در طول مسیر مستقیم شکل میگیرند، پوستههای قابل توسعهاند. در این پوستهها اغلب از اشکال نیم دایره و سهمی استفاده میشود و تکیه گاهها فقط در گو شهها هستندو در جهت طولی و در جهت انحنا دهانه را میپوشانند.[۴]
پوستههای قابل توسعه خود به چند بخش تقسیم میشوند:
الف) پوستههای استوانهای
که این خود به
تقسیم میشود
ب) پوستههای متقاطع
که این خود به
تقسیم میشود.
الف-۱-۳)پوستههای استوانهای
در طبیعت به ندرت یافت میشود. میتوان به فرم لولهای ساقهٔ گیاهانی مانند بامبو اشاره کرد. جز اصلی تشکیل دهندهٔ استوانه، شکل کلی پوسته است. یک ورقهٔ کاغذ به طور طبیعی تقریباً قادر به هیچ گونه مقاومتی در مقابل خمش نیست، اما با لوله کردن مقاومت آن بیشتر میشود.
۱-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای کوتاه
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و در یکی از دو جهت یا ترکیبی از هر دو جهت عمل میکنند. اولین مورد استفاده از این نوع پوستهها، عملکرد پوسته به عنوان دال است که فاصلهٔ بین قوسها را می پو شاند، در این حالت هر انتها را میتوان به وسیلهٔ یک قوس سخت و مقاوم کرد. دومین روش برای آن که لبهٔ طولی پایینتر به وسیلهٔ یک تیر سخت شود، آن است مه از پوستههای نازک تر که مانند مجموعهای از قوسهای مجاور هم رفتار میکنند و فاصلهٔ بین تیرهای کناری را می پو شانند، استفاده کرد.
پوسته های استوانهای کوتاه که به عنوان:(الف)فاصله بین قوسها با دال پوشانده شده است،(ب)مجموعهای از قوسهای مجاور هم که فاصله ی بین تیرها ی کناری را پوشانده اند.مقایسه این دو با (ج)طاق استوانه ای که باید در طول پایه،تکیه گاه ممتد داشته باشد،رفتار کند
۲-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای بلند
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و مانند تیرهای بزرگ در جهت طولی عمل میکنند، در نتیجه تنشها در این گونه پوستهها مشابه تنشهای خمشی در یک تیر است. بخش بالایی در سر تا سر طول پوسته تحت فشار است در حالی که بخش پایینی تحت کشش میباشد.
پوسته ی استوانه ای بلند مانند تیری که فاصله ی بین دو تکیه گاه را می پوشاند رفتار می کند.افزایش تنش فشاری در بالا و تنش کششی پوسته در پایین پوسته اتفاق می افتد.
نسبت دهانه به ارتفاع در پوسته های استوانه ای بر روی مقدار تنش تاثیر داشته و آن را افزایش میدهد. همچنین افزایش این نسبتها میزان پوشش در دهانه ی بزرگ را افزایش می دهد.اگر ارتفاع از دهانه در این پوسته بیشتر باشد ارتفاع فشار تحتانی کاهش پیدا کرده و نیروی کششی در بالا امکان ایجاد پوسته ی با ضخامت کمتر را فراهم می کند. در تئوری بهترین نسبت دهانه به ارتفاع در حدود 2 می باشد،که حداقل حجم بتن و فولاد مصرفی را نیاز دارد.در عمل از نسبت های 6 تا 10به سبب ملاحظات فنی و حداقل ضخامت مورد نیاز و با توجه به قوانین ساختمانی یا ساختمانهای ساخته شده،معمول تر است.
شرایط لبه ها
سختی پوسته در دو انتهای و لبه ی طولی با مقاومت در برابر رانش بیرونی در نظر گرفته می شود.
نمودار تنش برای پوسته های استوانه ای بلند،همانطور که مشاهده می کنید تنشهای فشاری و کششی بر هم عمودند فاصله ی بین خطوط تنش اشاره به تمرکز تنش در آن ناحیه دارند
سازههای پوستهای
در بیشتر موارد با استفاده از بتن مسلح ساخته میشوند به همین دلیل سازههای بتن پوستهای نیز نامیده میشوند.ضمن آن که پوستهها در طبیعت از متنوع ترین فرمهایی هستند که در دنیای فیزیکی اطراف ما یافت میشوند. واژهٔ پوسته تداعی کنندهٔ اشکال موجود در طبیعت مانند تخم پرندگان، پوستهٔ نرم تنان میباشد. این لغت یک نمود ذهنی با دو ویژگی ویژه را مجسم میسازد:
عملکرد کلی پوستهها
پوسته،سازه ای نازک با سطح منحنی می باشد که بارها را بصورت کشش، فشار و برش به تکیه گاه ها منتقل می نماید.سازه های پوسته ای مشابه طاقهای سنتی
می باشد با این تفاوت که سازه ی پوسته ای در برابر نیروهای کششی مقاوم می باشد.اغلب پوسته ها ی معماری از بتن مسلح ساخته شده اند همچنین از تخته ی چند لایی ،فلز پلاستیک های شیشه ای مسلح هم استفاده می شود.پوسته ها به علت شکل منحنی خود مقاومت خوبی در برابر بارهای گسترده ی یکنواخت در سازه هایی مانند سقف دارند اما مقاومت این نوع سازه به علت نازک بودن،در برابر خمش های ناحیه ای که ازطریق بارهای متمرکزتولید شده قابل توجه نمی باشد.
انواع پوسته
پوستهها بر اساس:
طبقه بندی میشوند. در این تقسیم بندی هدف ارائه رفتار و عکس العملهای یکسان در گروههای مختلف پوسته هاست.
۱)تقسیم بندی از نظر نوع شکل گیری
پوستهها از نظر شکل گیری به پوستههای دورانی((چرخش (فیزیک))) و پوستههای انتقالی((Transational)) تقسیم میشوند. در پوستههای دورانی، شکل گیری پوسته ناشی از دوران یک منحنی حول یک محور و در پوستههای انتقالی ناشی از انتقال یک منحنی در طول یک خط یا یک منحنی است.
۲)تقسیم بندی از نظر فرم
پوستهها از نظر نوع انحنای پوسته به دو گروه پوستههای سین کلاستیک و پوستههای آنتی کلاستیک تقسیم میشوند. پوستههای سین کلاستیک دو منحنی دارند و خطوط انحنا در هر جهت آنها یکسان است. پوستههای آنتی کلاستیک((زین اسبی))انحنای مضاعف و خطوط انحنا در جهتهای مخالف دارند.
۳)تقسیم بندی از نظر هندسه
به
تقسیم میشوند
۳-۱)پوستههای قابل توسعه
پوستههایی هستند که بتوان سطح هندسی آنها را بدون ایجاد بریدگی، تنش یا تغییر شکل به شکل صفحهٔ مستوی در آورد. مانند پوستههای استوانهای.
پوستههای گهوارهای که فقط در یک جهت انحنا دارند و از دوران یک منحنی در طول مسیر مستقیم شکل میگیرند، پوستههای قابل توسعهاند. در این پوستهها اغلب از اشکال نیم دایره و سهمی استفاده میشود و تکیه گاهها فقط در گو شهها هستندو در جهت طولی و در جهت انحنا دهانه را میپوشانند.[۴]
پوستههای قابل توسعه خود به چند بخش تقسیم میشوند:
الف) پوستههای استوانهای
که این خود به
تقسیم میشود
ب) پوستههای متقاطع
که این خود به
تقسیم میشود.
الف-۱-۳)پوستههای استوانهای
در طبیعت به ندرت یافت میشود. میتوان به فرم لولهای ساقهٔ گیاهانی مانند بامبو اشاره کرد. جز اصلی تشکیل دهندهٔ استوانه، شکل کلی پوسته است. یک ورقهٔ کاغذ به طور طبیعی تقریباً قادر به هیچ گونه مقاومتی در مقابل خمش نیست، اما با لوله کردن مقاومت آن بیشتر میشود.
۱-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای کوتاه
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و در یکی از دو جهت یا ترکیبی از هر دو جهت عمل میکنند. اولین مورد استفاده از این نوع پوستهها، عملکرد پوسته به عنوان دال است که فاصلهٔ بین قوسها را می پو شاند، در این حالت هر انتها را میتوان به وسیلهٔ یک قوس سخت و مقاوم کرد. دومین روش برای آن که لبهٔ طولی پایینتر به وسیلهٔ یک تیر سخت شود، آن است مه از پوستههای نازک تر که مانند مجموعهای از قوسهای مجاور هم رفتار میکنند و فاصلهٔ بین تیرهای کناری را می پو شانند، استفاده کرد.
پوسته های استوانهای کوتاه که به عنوان:(الف)فاصله بین قوسها با دال پوشانده شده است،(ب)مجموعهای از قوسهای مجاور هم که فاصله ی بین تیرها ی کناری را پوشانده اند.مقایسه این دو با (ج)طاق استوانه ای که باید در طول پایه،تکیه گاه ممتد داشته باشد،رفتار کند
۲-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای بلند
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و مانند تیرهای بزرگ در جهت طولی عمل میکنند، در نتیجه تنشها در این گونه پوستهها مشابه تنشهای خمشی در یک تیر است. بخش بالایی در سر تا سر طول پوسته تحت فشار است در حالی که بخش پایینی تحت کشش میباشد.
پوسته ی استوانه ای بلند مانند تیری که فاصله ی بین دو تکیه گاه را می پوشاند رفتار می کند.افزایش تنش فشاری در بالا و تنش کششی پوسته در پایین پوسته اتفاق می افتد.
نسبت دهانه به ارتفاع در پوسته های استوانه ای بر روی مقدار تنش تاثیر داشته و آن را افزایش میدهد. همچنین افزایش این نسبتها میزان پوشش در دهانه ی بزرگ را افزایش می دهد.اگر ارتفاع از دهانه در این پوسته بیشتر باشد ارتفاع فشار تحتانی کاهش پیدا کرده و نیروی کششی در بالا امکان ایجاد پوسته ی با ضخامت کمتر را فراهم می کند. در تئوری بهترین نسبت دهانه به ارتفاع در حدود 2 می باشد،که حداقل حجم بتن و فولاد مصرفی را نیاز دارد.در عمل از نسبت های 6 تا 10به سبب ملاحظات فنی و حداقل ضخامت مورد نیاز و با توجه به قوانین ساختمانی یا ساختمانهای ساخته شده،معمول تر است.
شرایط لبه ها
سختی پوسته در دو انتهای و لبه ی طولی با مقاومت در برابر رانش بیرونی در نظر گرفته می شود.
نمودار تنش برای پوسته های استوانه ای بلند،همانطور که مشاهده می کنید تنشهای فشاری و کششی بر هم عمودند فاصله ی بین خطوط تنش اشاره به تمرکز تنش در آن ناحیه دارند
۱-ب-۱-۳)پوستههای متقاطع دو بخشی
تقاطع راست گوشهٔ پوستههای دو بخشی با مقطع دایرهای شکل نوعی تاق پهار بخشی را ایجاد میکند که قسمت مقعر ایجاد شده میان بخشهای متقاطع با یک منحنی تا خورده قابل مقایسه است.
۲-ب-۱-۳)پوستههای متقاطع چند بخشی
چندین تقاطع با بخشهای بیشتراست. اگر تعداد بر آمدگی ها (خط الراسها) از خط القعرها بیشتر باشد، نتیجه، ساختار گنبدی شکل خواهد بود.
۳-ب-۱-۳)مخروطها و شبه مخروطها
سطوح مخروطی با حرکت یک خط صاف بر روی خط صاف دیگر و یک منحنی به دست میآیند. این حقیقت که مخروطها انحنای دوگانه دارند و با استفاده از خطوط صاف ساخته میشوند به طور طبیعی آنها را برای طراحی پوستهها مناسب میسازد.
۳-۲) پوستههای غیر قابل توسعه
مانند پوستههای کروی
سقف های پوسته ای
سقف های هستنند منحی وممکن است در یک و یا دو جهت انحنا داشته باشند با ترکیب این سقف ها میتوان حجم زیبای را خلق نمودوازطرفی این سقف ها قادر به تحمل بارهای سنگین هستنند بنابراین امکان پوشش دهنه های بزرگ وجود داردبا توجه به خمیری بودن آنها میتوان فرم دلخواه را طراحی واجرا نمود امروزه با پیشرفت تکنولوژی در تمام علوم وبوجودآمدن نرم افزارهای کامپیوتری قادریم طراحی ومحاسبات این سقف ها را بدقت انجام دهیم از طرفی امکان شبیه سازی این سقف ها قبل از ساخت وجود داردفرودگاه بین المللی جان اف کندی که بین سالهای 1956و1962 ساخته شد یکی از کارهای موفق ارو سارینن است این سقف پوسته ای یکی از شاهکارهایمعماری است که درنوع خود بی نظیر است حجم تندیس گونه این فرودگاه نتنها مورد استقبال بازدید کنندگان قرار گرفت بلکه موردتحسین صاحبنظران واقع گردید.
یکی از بنیان گذاران سقف های پوسته ای هاینس ایسلراست این مهندس که در سوئیس متولد شده اولین فرم پوسته رابوجودآورد این مهندس مبتکر پارچه ها را به شکل منحنی خم میکرد وسپس این پارچه های خم شده را مرطوب نموده و آنرا درفصل زمستان آویزان میکرد تا کاملا یخ بزنند وبا وارونه کردن آنها توانست مطالعاتی در مورد سقف های پوسته ای انجام دهدوی باین نتیجه رسیداشکالی که از هندسه ساده تشکیل شده باشند نسبت به اشکال غیر هندسیمقاوم ترند
نمونه کارهای هاینس ایسلر
Precast Reinforced Concrete Shells
سیستم ها در یک تقسیمبندی کلی در گروه سازههای سه بعدی قرار میگیرند. سازههای سهبعدی با مواد و مصالح مختلف مانند فولاد، آلومینیوم، چوب، بتن، کامپوزیتهای مسلح فیبری و یا ترکیبی از این مواد را شامل میشود.این سازهها به سه گروه تقسیم میشوند:
الف- سازههای سه بعدی پیوسته که شامل اجزای
سازه فضاکار یک سیستم خرپای سه بعدی است که دهانههای آن در دو جهت گسترش یافتهاند و اعضای آن فقط تحت تاثیر کشش و فشار قرار دارند. این سازهها از مدولهای یکسان و تکرار شونده با لایههای موازی در بالا و پایین (مشابه میلههای فوقانی و تحتانی خرپا) تشکیل میگردند سازه فضاکار، به مجموعه سازههای مشابهی اطلاق میشود که شامل شبکهها، طاقها، برجها، شبکههای کابلی، سیستمهای پوستهای و غشایی، سازههای تا شونده و ترکیبات کش بستی میشود. این تعریف، یک تعریف ریخت شناسانه از سازههای فضا کار است
یک قاب فضایی یا سازه فضایی، عبارت است از سازهای که از اجزای خرپامانند سبک و محکم تشکیل شده از پایههایی که در یک الگوی هندسی در کنار هم قرار گرفتهاند. قابهای فضایی برای پوشش دادن دهانههایی که تکیهگاه کم تعدادی دارند به کار میروند. چون در قابهای فضایی، همچون خرپاها از مثلث استفاده میشود، لنگرهای خمشی، به صورت بارهای کششی و فشاری به اعضای محوری خرپا منتقل میگردند که این خود باعث مستحکم بودن قابهای فضایی میشود.
گاهی از سازههای فضاکار در ساخت موتور سیکلت و وسایل حمل و نقل نیز استفاده میشود.
اصطلاح سازه فضایی گاهی اوقات به جای سازه فضاکار بکار می رودکه این دو اصطلاح از لحاظ کلمهای مترادفند؛ ولی از لحاظ معنا و مفهوم با هم تفاوت دارند. سازه فضایی به سازهای اطلاق میشود که در فضای خارج از جو ساخته یا مورد استفاده قرار گیرد که ممکن است خود یک فضاکار باشد
مزایای سازه فضاکار شامل:
1- سرعت بالا در تولید و اجرای سازه های فضاکار
بدلیل امکان استفاده حداکثر از سیستم پیش ساختگی و انبوه سازی ، اجزای سازه در تولید سازه های فضایی و همچنین با توجه به امکان بکارگیری روش های متعدد در زمان بافت و نصب ، این سازه ها از سرعت بسیار بالایی در تولید و اجرا برخوردار می باشند . تا حدی که در بسیاری از موارد ، ( پس از آماده شدن نقشه های ساختمان و سازه ) ملاحظه شده که سازه فضاکار قبل از تکمیل عملیات اجرای فونداسیون ، تولید شده و آماده حمل به محل پروژه بوده است .
2- کنترل کیفیت بالا بدلیل تولید صنعتی سازه های فضایی
پیچ و مهره ای بودن کلیه اتصالات در سازه های فضایی ( عدم نیاز به جوشکاری در محل پروژه ) و ساخت کارخانه ای قطعات سازه به صورت پیش ساخته ، کنترل کیفیت در حین تولید و پس از تولید را دقیقتر نموده و موجب افزایش کیفیت و دقت بسیار بالایی در کل سازه مورد نظر خواهد شد .
3 – امکان نصب هر نوع پوشش بر روی سازه فضایی
قابلیت اجرای کلیه پوشش های مختلف ( که تا کنون وارد بازار شده ) بر روی سازه های فضاکار از دیگر ویژگی های این سازه می باشد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :
ساندویچ پانل – ورق گالوانیزه ( سینوسی– شادولاین ) – اسپایدر (شیشه) – ورق پلی کربنات (دوجداره – فشرده) – فایبرگلاس – پانل نواری (PVC – UPVC) – دال بتنی و …
4 – دارای صرفه جویی اقتصادی
یکی از دلایل گسترش روزافزون سازه های فضایی ، اقتصادی بودن ساخت این ساز ها در مقایسه با دیگر سازه های صنعتی می باشد به طوری که این سیستم در دهانه های بزرگ دارای ” صرفه اقتصادی مطلق ” بوده و بسیار ارزان تراز سایر سیستم ها ( تیر ورق و … ) می باشد و در دهانه های کوچک دارای ” صرفه اقتصادی نسبی ” است که با توجه به سایر مزیت های آن ، استفاده از سازه فضاکار را در این دهانه ها نیز توجیه پذیر می نماید .
از سوی دیگر ، در کلیه فضاهای ساخته شده با سازه فضاکار ، بدلیل زیبایی و جذابیت بصری این سازه ها ، نیاز به اجرای سقف کاذب نبوده و از این لحاظ نیز به کاهش هزینه های کارفرما کمک می نماید . در عین حال چنانچه در موارد خاص و ” بدلیل ملاحظات فنی ” الزام به استفاده از سقف کاذب باشد ، تعدد گره های سازه ، هزینه اجرای سقف کاذب را کاهش می دهد .
همچنین بدلیل سبکی سازه های فضایی در مقایسه با دیگر سازه های صنعتی ، در موارد متعددی ، هزینه اجرای فونداسیون در اینگونه سازه ها ، کمتر شده و از این جهت نیز به کاهش کل هزینه ها کمک موثری می نماید .
5 – سهولت در بسته بندی و حمل و نقل ارزان سازه های فضایی
مشابهت واحد های از پیش ساخته شده سازه های فضا کار و نوع قرارگیری آنها در کنار یکدیگر ، موجب گردیده تا بسته بندی و بارگیری مصالح مربوط به مساحتی زیاد ، در حجمی کم و به سادگی میسر شده و با هزینه ای ناچیز (در مقایسه با سازه های مشابه ) به هر نقطه و با هر شرایط آب و هوایی منتقل گردد .
6- امکان سند بلاست و رنگ آمیزی الکترواستاتیکی
با توجه به ویژگی ابعادی المانهای سازه فضاکار و امکان شات بلاست ، سند بلاست و اجرای انواع پوشش های محافظ بر روی قطعات نظیر رنگ الکترواستاتیک پودری و آبکاری ، به عنوان مزیتی دیگر برای سازه های فضا کار ( در مقایسه با سایر سازه ها ) مطرح است .
7- برگشت پذیری سریع سرمایه
علیرغم آنکه در برخی از دهانه ها ، ممکن است تفاوت اندکی در حجم سرمایه گذاری بر اساس استفاده از سازه فضایی یا سایر سازه های مشابه وجود داشته باشد ، اما با توجه به ویژگی های به وجود آمده ناشی از سرمایه گذاری بر روی سازه های فضاکار ، بر اساس نوع کاربری روند ( جریان ) بازگشت سرمایه سریعتر خواهد شد مانند :
استفاده از سازه های فضایی در سالن های تولید بر اساس اصول حاکم بر روانشناسی صنعتی ، زیبایی و مدرن بودن محیط کار و سالن تولید ، از طریق افزایش راندمان و کارایی پرسنل ، سودآوری مجموعه را افزایش داده و جریان درآمدی بیشتری به وجود آورده و برگشت پذیری سرمایه را سریعتر می نماید .
استفاده ا
سازههای پوستهای
این سازه ها معمولا با استفاده از بتن مسلح ساخته میشوند به همین دلیل سازههای بتن پوستهای نیز نامیده میشوند.ضمن آن که پوستهها در طبیعت از متنوع ترین فرمهایی هستند که در دنیای فیزیکی اطراف ما یافت میشوند. واژهٔ پوسته تداعی کنندهٔ اشکال موجود در طبیعت مانند تخم پرندگان، پوستهٔ نرم تنان میباشد. این لغت یک نمود ذهنی با دو ویژگی ویژه را مجسم میسازد:
عملکرد کلی پوستهها
طبقه بندی میشوند. در این تقسیم بندی هدف ارائه رفتار و عکس العملهای یکسان در گروههای مختلف پوسته هاست.
۱)تقسیم بندی از نظر نوع شکل گیری
پوستهها از نظر شکل گیری به پوستههای دورانی((چرخش (فیزیک))) و پوستههای انتقالی((Transational)) تقسیم میشوند. در پوستههای دورانی، شکل گیری پوسته ناشی از دوران یک منحنی حول یک محور و در پوستههای انتقالی ناشی از انتقال یک منحنی در طول یک خط یا یک منحنی است.
۲)تقسیم بندی از نظر فرم
پوستهها از نظر نوع انحنای پوسته به دو گروه پوستههای سین کلاستیک و پوستههای آنتی کلاستیک تقسیم میشوند. پوستههای سین کلاستیک دو منحنی دارند و خطوط انحنا در هر جهت آنها یکسان است. پوستههای آنتی کلاستیک((زین اسبی))انحنای مضاعف و خطوط انحنا در جهتهای مخالف دارند.
۳)تقسیم بندی از نظر هندسه به
تقسیم میشوند
۳-۱)پوستههای قابل توسعه
پوستههایی هستند که بتوان سطح هندسی آنها را بدون ایجاد بریدگی، تنش یا تغییر شکل به شکل صفحهٔ مستوی در آورد. مانند پوستههای استوانهای.
پوستههای گهوارهای که فقط در یک جهت انحنا دارند و از دوران یک منحنی در طول مسیر مستقیم شکل میگیرند، پوستههای قابل توسعهاند. در این پوستهها اغلب از اشکال نیم دایره و سهمی استفاده میشود و تکیه گاهها فقط در گو شهها هستندو در جهت طولی و در جهت انحنا دهانه را میپوشانند.[۴]
پوستههای قابل توسعه خود به چند بخش تقسیم میشوند:
الف) پوستههای استوانهای
که این خود به
تقسیم میشود
ب) پوستههای متقاطع
که این خود به
تقسیم میشود.
الف-۱-۳)پوستههای استوانهای
در طبیعت به ندرت یافت میشود. میتوان به فرم لولهای ساقهٔ گیاهانی مانند بامبو اشاره کرد. جز اصلی تشکیل دهندهٔ استوانه، شکل کلی پوسته است. یک ورقهٔ کاغذ به طور طبیعی تقریباً قادر به هیچ گونه مقاومتی در مقابل خمش نیست، اما با لوله کردن مقاومت آن بیشتر میشود.
۱-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای کوتاه
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و در یکی از دو جهت یا ترکیبی از هر دو جهت عمل میکنند. اولین مورد استفاده از این نوع پوستهها، عملکرد پوسته به عنوان دال است که فاصلهٔ بین قوسها را می پو شاند، در این حالت هر انتها را میتوان به وسیلهٔ یک قوس سخت و مقاوم کرد. دومین روش برای آن که لبهٔ طولی پایینتر به وسیلهٔ یک تیر سخت شود، آن است مه از پوستههای نازک تر که مانند مجموعهای از قوسهای مجاور هم رفتار میکنند و فاصلهٔ بین تیرهای کناری را می پو شانند، استفاده کرد.
پوسته های استوانهای کوتاه که به عنوان:(الف)فاصله بین قوسها با دال پوشانده شده است،(ب)مجموعهای از قوسهای مجاور هم که فاصله ی بین تیرها ی کناری را پوشانده اند.مقایسه این دو با (ج)طاق استوانه ای که باید در طول پایه،تکیه گاه ممتد داشته باشد،رفتار کند
۲-الف-۱-۳)پوستههای استوانهای بلند
این نوع پوستهها اغلب در گوشهها دارای تکیه گاه هستند و مانند تیرهای بزرگ در جهت طولی عمل میکنند، در نتیجه تنشها در این گونه پوستهها مشابه تنشهای خمشی در یک تیر است. بخش بالایی در سر تا سر طول پوسته تحت فشار است در حالی که بخش پایینی تحت کشش میباشد.
پوسته ی استوانه ای بلند مانند تیری که فاصله ی بین دو تکیه گاه را می پوشاند رفتار می کند.افزایش تنش فشاری در بالا و تنش کششی پوسته در پایین پوسته اتفاق می افتد.
نسبت دهانه به ارتفاع در پوسته های استوانه ای بر روی مقدار تنش تاثیر داشته و آن را افزایش میدهد. همچنین افزایش این نسبتها میزان پوشش در دهانه ی بزرگ را افزایش می دهد.اگر ارتفاع از دهانه در این پوسته بیشتر باشد ارتفاع فشار تحتانی کاهش پیدا کرده و نیروی کششی در بالا امکان ایجاد پوسته ی با ضخامت کمتر را فراهم می کند. در تئوری بهترین نسبت دهانه به ارتفاع در حدود 2 می باشد،که حداقل حجم بتن و فولاد مصرفی را نیاز دارد.در عمل از نسبت های 6 تا 10به سبب ملاحظات فنی و حداقل ضخامت مورد نیاز و با توجه به قوانین ساختمانی یا ساختمانهای ساخته شده،معمول تر است.
شرایط لبه ها
سختی پوسته در دو انتهای و لبه ی طولی با مقاومت در برابر رانش بیرونی در نظر گرفته می شود.
نمودار تنش برای پوسته های استوانه ای بلند،همانطور که مشاهده می کنید تنشهای فشاری و کششی بر هم عمودند فاصله ی بین خطوط تنش اشاره به تمرکز تنش در آن ناحیه دارند
۱-ب-۱-۳)پوستههای متقاطع دو بخشی
تقاطع راست گوشهٔ پوستههای دو بخشی با مقطع دایرهای شکل نوعی تاق پهار بخشی را ایجاد میکند که قسمت مقعر ایجاد شده میان بخشهای متقاطع با یک منحنی تا خورده قابل مقایسه است.
۲-ب-۱-۳)پوستههای متقاطع چند بخشی
چندین تقاطع با بخشهای بیشتراست. اگر تعداد بر آمدگی ها (خط الراسها) از خط القعرها بیشتر باشد، نتیجه، ساختار گنبدی شکل خواهد بود.
۳-ب-۱-۳)مخروطها و شبه مخروطها
سطوح مخروطی با حرکت یک خط صاف بر روی خط صاف دیگر و یک منحنی به دست میآیند. این حقیقت که مخروطها انحنای دوگانه دارند و با استفاده از خطوط صاف ساخته میشوند به طور طبیعی آنها را برای طراحی پوستهها مناسب میسازد.
۳-۲) پوستههای غیر قابل توسعه
مانند پوستههای کروی
سقف های پوسته ای
سقف های هستنند منحی وممکن است در یک و یا دو جهت انحنا داشته باشند با ترکیب این سقف ها میتوان حجم زیبای را خلق نمودوازطرفی این سقف ها قادر به تحمل بارهای سنگین هستنند بنابراین امکان پوشش دهنه های بزرگ وجود داردبا توجه به خمیری بودن آنها میتوان فرم دلخواه را طراحی واجرا نمود امروزه با پیشرفت تکنولوژی در تمام علوم وبوجودآمدن نرم افزارهای کامپیوتری قادریم طراحی ومحاسبات این سقف ها را بدقت انجام دهیم از طرفی امکان شبیه سازی این سقف ها قبل از ساخت وجود داردفرودگاه بین المللی جان اف کندی که بین سالهای 1956و1962 ساخته شد یکی از کارهای موفق ارو سارینن است این سقف پوسته ای یکی از شاهکارهایمعماری است که درنوع خود بی نظیر است حجم تندیس گونه این فرودگاه نتنها مورد استقبال بازدید کنندگان قرار گرفت بلکه موردتحسین صاحبنظران واقع گردید.
یکی از بنیان گذاران سقف های پوسته ای هاینس ایسلراست این مهندس که در سوئیس متولد شده اولین فرم پوسته رابوجودآورد این مهندس مبتکر پارچه ها را به شکل منحنی خم میکرد وسپس این پارچه های خم شده را مرطوب نموده و آنرا درفصل زمستان آویزان میکرد تا کاملا یخ بزنند وبا وارونه کردن آنها توانست مطالعاتی در مورد سقف های پوسته ای انجام دهدوی باین نتیجه رسیداشکالی که از هندسه ساده تشکیل شده باشند نسبت به اشکال غیر هندسیمقاوم ترند
نمونه کارهای هاینس ایسلر
Precast Reinforced Concrete Shells
سیستم ها در یک تقسیمبندی کلی در گروه سازههای سه بعدی قرار میگیرند. سازههای سهبعدی با مواد و مصالح مختلف مانند فولاد، آلومینیوم، چوب، بتن، کامپوزیتهای مسلح فیبری و یا ترکیبی از این مواد را شامل میشود.این سازهها به سه گروه تقسیم میشوند:
الف- سازههای سه بعدی پیوسته که شامل اجزایی مانند دالها و پوستهها میشود.
ب- سازههای سه بعدی مشبک که شامل عناصر طولی جدا از هم میباشد.
ج- سازه های سه بعدی دو گانه که شامل ترکیبی ار اجزای جدا و پیوسته است.
انواع کاربریهای این سازه درمعماری را میتوان با استفاده ازسقفهای پوستهای پیشساخته به نحوه مطلوب طراحی و اجرا کرد. بعنوان مثال برای کاربری مسکونی میتوان انواع پلانهای معماری را طراحی کرد،ضمن آنکه سرعت و سهولت اجرای چنین طرحهایی را در حداقل زمان و با هزینه قابل مقایسه با سایر روشها فراهم سازد. همچنینبرای استفاده بیشتر از زمین میتوان با استفاده از سازههای پوستهای پیشساخته در دو طبقه اجرا کرد.با استفاده از سازههای پوستهای پیشساخته میتوان دهانههای 10 تا 15 متر را با پوسته بتنی به ضخامت 20 تا 30 سانتیمترپوشاند. در طرحهایی که ابعاد بیشتری مورد نیاز است مانند مدرسه، نمایشگاه، درمانگاه، رستوران و... میتوان از ترکیب دو یا چند سازه پوستهای پیشساخته برای پوشش فضاهای مورد نظر دهانه استفاده کرد.
پایداری سازهای این سیستم با استفاده از رفتار پوستهای در برابر نیروهای ثقلی و بارهای جانبی تامین میشود.انتقال بار در پوسته بتنی توسط مکانیزم غشایی انجام میگیرد. در صورت ایجاد تقسیمات درونی به فضاهای محدود سقف فضاهای داخلی پوستهها بر روی دیوارها باربر تکیه میکنند پنجرهها هم میتوانند به صورت بازشوهایی در دیوارها قرار گیرند. دیوارهای زیر سقف در برابر بارهای جانبی به صورت دیوار برشی عمل میکند و ضوابط طراحی آن همانند دیوارهای باربر است.
مزایای این سیستم: سرعت و سهولت ساخت، ایجاد فضایی بدون ستون، زیبایی و جذابیت فرم، عملکرد مناسب در برابر نیروهای زلزله،امکان ترکیب و ایجاد فرمهای متنوع و صرفه جویی در مصرف انرژی است.
معایب این سیستم: عدم امکان اجرا در طبقات متعدد، عدم استفاده بهینه از فضاها به دلیل شکل دایرهای و عدم سازگاری با محیط زیست به دلیل استفاده از بتن.
گنبد پوسته ای سین پلاستیک
از دوران یک خط منحنی حول یک محور گنبد بوجود می آید که شناخته ترین آن گنبدهایی به شکل کره می باشد که از دوران یک دایره حاصل شده است.
قسمتهای عمودی پوسته،خطوط قوسی طولی (نصف النهار)و قسمتهای افقی پوسته،بصورت دایره های موازی می باشد.
رفتار سازه:تنشهایی که در پوستهای گنبدی بوجود می آید از دو جهت می توان بررسی نمود.گنبدهای پوسته ای که زیر بار یکنواخت قرار می گیرند در طول قوسها(نصف النهار)درهر نقطه تحت فشار می باشند.
در گنبدهای نیم کره ای،به علت اینکه خطوط قوسی آن بصورت نیم دایره می باشد در قسمت بالایی خود پایداری آنچنانی ندارشته و در قسمتهای پایینی تمایل به خمش رو به بالا دارند.
در گنبدهای پوسته ای که در برابر کشش مقاوم می باشند،کمانش آنها توسط تنشهای کششی در طول خطوط حلقوی زیر زاویه ی 45درجه مهار می شود .
گنبدهای پوسته ای نازک:در قسمت تحتانی (زیر زاویه 45 درجه از مرکز)تحت تاثیر فشار حلقوی هستند.
گنبدهای پوسته ای عمیق :در قسمت تحتانی (زیر زاویه 45 درجه از مرکز)تحت تاثیر کشش های حلقوی و در قسمت فوقانی(بالای زاویه ی 45درجه از مرکز)تحت تاثیرکششهای حلقوی می باشند.البته این زوایا بسته به بارگذار متغییر است و در صورتی که فقط بار وزن گنبد وجود داشته باشداین زاویه به 38 درجه تقلیل پیدا می کند.گنبدهای بیضوی در بخشهای بالایی نسبت به بخشهای پایینی مسطح تر می باشد،در حین بارگذاری قسمت پایینی آن خمشی رو به بالا می گیرد که این خمش توسط حلقه های کششی مهار می شود.
اجرای ستونها ی بتنی
ستونها اعضای فشاری هستند که جهت انتقال بار ساختمان به زمین مورد استفاده قرار می گیرند و ستونها ی بتنی که در محل اجرا می شوند شکلهای مختلفی می توانند داشته باشند
1) مربعی شکل
2) مستطیلی شکل
3) دایره ای شکل
4) چند ضلعی
حداقل میلگرد ها برای یک چند گوشه یک میلگرد به ازای هر گوشه می باشد و برای مقطع دایره ای شکل حداقل میلگرد ها 6 عدد می باشد فاضله میلگرد ها در ستونها از هم حداقل 5 سانتی متر و حداکثر 25 سانتی متر است نسبت سطح مقطع میلگرد ها به سطح مقطع ستون حداقل 0.8% و حداکثر 4% و 6% در شرایط خاص می باشد و حداقل سایز میلگرد 14 می باشد پوشش بتن برای عناصر فولادی حدود 5-2.5سانتی متر است .
در یک ستون به ازای هر متر 4 عدد خاموت بسته می شود ، معمولا به ازای هر 25 سانتی متر یک خاموت بطور استاندارد است ، در 1/6طول ستون از پائین و بالا فشرده می شود و می تواند 15 سانتی متر کمتر شود و به ازای هر 15 سانتی متر جهت تقویت در مقابل کمانش بسته شوند بطور مثال اگر طول ستون 3 متر باشد در نیم متر از پائین و بالای ستون خاموتها باید فشرده شوند .
برای اینکه محور میلگردها ی ستون ثابت بماند و بعد ستون کوچک نشود میلگردها را خم می کنند و خم آنها به اندازه 40 برابر قطر میلگرد است .
البته شماره و طول میلگردهای ستون و اینکه میلگردها چقدر باید از سقف بالا تر باشند تا میلگرد انتظار برای ستون طبقه بعد باشند در نقشه مربوط به ستون بتنی داده شده است .
پس میلگردها را به طولعای مشخص بریده و به میلگردهای انتظار بسته ودر فواصل مشخص در نقشه خاموتها را می بندند و سپس تا تراز سقف قالب بندی را انجام می دهند و همانطوریکه قبلا هم در مورد قالب بندی بحث شد از انواع قالب با توجه به شکل ستون می توان برای قالب بندی استفاده کرد که بیشتر از قالب چوبی استفاده می کنند و سپس عملیات بتن ریزی را انجام می دهند و با ضربه زدن به قالب در حین بتن ریزی کار ویبراتور را نیز انجام می دهند .
بعد از اینکه اجرای ستونها پایان یافت نوبت به اجرای تیرهای اصلی اتصال است که ستونها را به هم وصل کنند که تیرهای اصلی هم همزمان با سقف قالبندی می شوند و بطور همذمان اجرا می گردنند.
اجرای تیر و سقف ساختمان بتنی
ابعاد مربوط به مقطع تیر وتعداد میلگردها و میلگردهای تقویتی در تیر در نقشه داده شده است و در تیرها خاموتها کار مقابله با نیروهای برشی دارند که مثل ستون در ابتدا و انتها تیر فشرده می شوند .
میلگردهای تقویتی در ابتدا و انتها تیر در بالای تیر و برای مقابله با نیروهای فشاری در نظر گرفته می شوند و در وسط تیر در پائین تیر و برای تحمل نیروهای کششی لحاظ می شوند و چون برش تحت زاویه 45 درجه ماکزیمم است زیرا با توجه به دایره موهر تنشها ، تنش برشی که برابربا تحت زاویه 45 درجه ماکزیمم است . به همین خلطر آرماتورهای تقویتی را تحت زاویه 45 درجه بهم وصل می کنند .
قالب بندی مربوط به تیرها پس از بستن آرماتورهای مربوط به آن همزمان با سقف اننجام می گیرد و در زیر همزمان با سقف تیرچه بلوک شرح داده خواهد شد .
اجرای سقف تیرچه بلوک
سقف تیرچه بلوک شامل تیرچه و بلوک است که تیرچه کار تیر فرعی و بلوک بعنوان قالب برای بتن ریزی و عایق صوتی عمل می کند و به دلیل فضاهای خالی داخل آن موجب سبک شدن سقف می گردد . بطوری که در عمل به سقف تیرچه بلوک سقف سبک هم می گویند .
انواع بلوک :
- بلوک سفالی
- بلوک سیمانی
بلوکهای سفالی در کارخانه تولید میشود و جهت اجرا به محل حمل می شوند و بلوکهای سیمانی در کارگاههای محلی اجرا می شوند و نسبت به بلوکهای سفالی ارزانتر تمام می شوند و چون مقاومت بلوک در سقف در نظر اساسی قرار نمی گیرد هیچ اولویتی برای بلوکهای سفالی نسبت به بلوکهای سیمانی نمی تواند قائل شد و به همین خاطراست که برای پروژه های معمولی از بل.کهای بتنی استفاده می شود .
تیرچه های سقف معمولاً در کارگاههای محلی تولید می شوند و با توجه به محاسبات مربوط به تیرچه ها و دتایلهای مخصوص سقف تیرچه بلوک شماره میلگردهای پائینی و بالای تیرچه مشخص شده است که باتوجه به طول تیرچه منظور شده اند . شماره میلگردهای پائینی بطور معمول 14و16 و ... و شماره میلگرد بالایی که مونتاژ نامیده می شود کمتر از میلگردهای پائینی است که بعنوان میلگرد حرارتی هم عمل می کند .
نحوه اجرا
ابتدا قالب بندی تیرها که معمولاً قالب تخته ای است انجام می شود و عرض قالبها از عرض تیر بیشتر است و در قسمتهایی که قرار است تیرچه ها به تیرها متصل شوند تخته هایی به عرض حدود 10 - 5 سانتی متر بر حسب ضخامت تیر قرار می دهند تا تیرچه ها هنگام اتصال به تیر روی میلگردهای طولی قرار نگیرند و بر آنها بار منفرد وارد نکنند . دور از اینکه در فاصله بین تیرها قرارگرفتند توسط بلوک فاصله دوطرف تیرچه تنظیم می گردد و بعد از آن شمع بندی زیر تیرچه شروع می شو دکه یطور متوسط از هر 15 - 1 متر ، یک ردیف شمع برای تیرچه های سقف در نظر گرفته می شود .
انواع شمع :
شمع فلزی
شمع چوبی
شمعهای فلزی دارای پیچهایی هستند که برای نگه داشتن تخته هایی که زیر تیرچه ها قرار می گیرند . در قسمت فوقانی دارای یک صفحه گیر دار هستند که به این تخته ها در اصطلاح بنایی کش می گویند . بعد از اینکه کش ها را روی شمعها قرار می دهند توسط پیچهایی که در وسط شمع شمع فلزی قرار دارد ، کش ها را به تیرچه ها اتصال داده و به تیرچه ها یک خیز منفی اعمال می کنند تا بعد از بتن ریزی سطح زیرسقف دارای خیز به طرف پائین نباشد .
بعد از آنکه قالب بندی و شمع بندی پایان گرفت فاصله بین تیرچه را با بلوک پر کرده و شروع به بستن میلگردهای حرارتی می کنند که فاصله میلگردهای حراراتی در طول ( به موازات ) تیرچه ها از هم 50 سانتی متر و در عرض ( عمود بر ) تیرچه ها 25 سانتی متر است و علت فاصله زیاد میلگردهای حرارتی موازی تیرچه ها این است که میلگردهای بالای تیرچه ها بعنوان میلگرد حرارتی عمل می کنند . پس از آن که آرماتوربندی ها تمام شد نوبت به بتن ریزی می رسد که اصولاً باید یکپارچه انجام گیرد ، ولی در عمل پائین آوردن هزینه و یا نبود کارگاه بتن از بتونر برای ساختن بتن استفاده می کنن دکه به علت سرعت پائین آن و اینکه اکثراً دانه بندی هاب صورت تخمینی و آنچنان در قبل عنوان صورت می پذیرد یعنی 35 بیل شن ،40 بیل ماسه و یک کیسه سیمان و دو سطل آب و کیفیت بتن حداقل از لحاظ دانه بندی سیار نامناسب می شود و نسبت آب به سیمان در آن دعایت نمی شود .
پس از آنکه بتن در داخل بتونر آماده می شود توسط بالا بر یا دست به بالای سقف هدایت می شود و چون حجم بتن ساخته شده در واحد زمان نسبت به حجم سقف کم است ، پس ازآنکه بتن یک قسمت ریخته می شود حداقل نیم ساعت الی یک ساعت و نیم طول می کشد تا بتن بعدی در کنار آن ریخته شود و این عامل باعث عدم چسبندگی بتن تازه به بتن که گیرش اولیه را انجام داده میشود . که در عکس ها کاملاً مشهود است .
پس ازاتمام بتن ریزی پس از آن که بتن کاملاً گیرش را انجام داد نوبت به شیب بندی وایزولاسیون سقف می رسد که برای تمام انواع ساختمانها یکسان صورت می گیرد و همزمان قسمتهای داخلی ساختمان نیزاجرا می گردند .
عملیات صورت گرفته در سازه های بتنی :
بتن ریزی
قبل از بتنریزی باید کلیه آرماتورها با نقشه کنترل شود، مخصوصاً دقت شود که آرماتورها به هم دیگر با سیم آرماتوربندی بسته شده باشد و اگر جای فراموش شده باشد مجددا بسته شود. فاصله آرماتورها یکنواخت باشد زیرا اغلب اتفاق میافتد که در تیرهای اصلی که آرماتورها نزدیک همدیگر بسته میشود فاصله بین آرماتورها یکنواخت نباشد، بعضی ازآنها به هم چسبیده و بعضی با فاصله ازهم دیگر قرار میگیرند. این موضوع باعث میشود که بتن نتواند کلیه میلگردها را احاطه نموده و قطعه همگن و توپری به وجود بیاورد. باید محل بتنریزی عاری از خاک و مواد زائد باشد، اگر بین اتمام کارآرماتوربندی و بتن ریزی چند روز فاصله باشد حتماً میباید محل کار با دقت بیشتری بازدید شود.
کلیه قسمتهای قالب بندی باید با دقت بازدید شود واز استحکام تیرها و دستکها و قالبها باید مطمئمن بشویم زیرا تا چند روز کلیه وزن بتن و آرماتورهای آنرا همین قالب تحمل خواهدنمود واگر نقطعه ضعفی درآن باشد که نتواند بتن را تحمل نماید و در موقع بتنریزی شکسته وفرو ریزد ضر رمالی بزرگی به کار وارد خواهد شد. زیرا درروز بتنریزی که رفت وآمد روی قالب زیاد بوده و هر کس به کاری مشغول میباشد مشکل به توان اقدام به تعمیر کفراژ نمود. درتمام روز بتنریزی حتماً باید یک نفر کارگر با تجربه مدام قالبها را اززیرکنترل نموده و اثرات اضافه شدن وزن را روی آنها درنظر داشته باشد و درموقع بروز خطرفور افراد دیگر را مطلع نماید.
ویبره کردن بتن
معمولاً درتیرها ودالها بتن را با دستگاه ویبراتور، متراکم می نمایند ویبراتور دستگاهی است که به شیلنگ بلندی ختم شده واین شیلنگ بوسیله موتور برقی ویا بنزینی مرتعش میشود که با قراردادن این شیلنگ در داخل بتن آن را مرتعش نموده و باعث هدایت آن به تمام گوشه های قالب میشوند با توجه به اینکه ویبره کردن بتن مخصوصاً در دالها و تیرهای اصلی لازم میباشد ولی باید متوجه بود که ویبره کردن بتن بیش ا ز اندازه باعث میشود که دانههای ریزتر و دوغاب سیمان بالا آمده ودانههای درشتتر به ته قالب هدایت بشود که این خود باعث مجزا شدن اجزاء بتن گردیده و موجب ضعف قطعه ریخته شده خواهد شد. بهتر است که درضمن ویبره کردن بتن بوسیله ضربه زدن به بدنه قالب و یا کوبیدن خود بتن آنرا بخوبی متراکم نموده و نقاط تجمع هوا و فضاهای خالی را به خوبی پر نماییم.
درموقع ویبره کردن بتن شیلنگ ویبراتور باید حتیالمقدور دروضع قائم نگاهداشته شود و درامتداد محورش جابه جا گردیده وخیلی آرام درحال کارکردن از بتن بیرون کشیده شود. اگر بتن را ویبره مینماییم باید زمانی که شیلنگ ویبراتور داخل بتن قرارمیگیرد به دفعات بوده وهربار ازیک دقیقه تجاوز نکند وبعداز یک دقیقه باید آنرا دربتن جابجا نماییم .
آرماتوربندی
آرماتوربندی از حساترین و با دقت ترین قسمتهای ساختمان بتنی میباشد زیرا کلیه نیروهای کششی در ساختمان بوسیله میلگردها تحمل میشود بدین لحاظ دراجرا آرماتوربندی ساختمانهای بتنی باید نهایت دقت به عمل آید.
خمکردن آرماتور :
آرماتورهای تا قطر 12 میلی متر را میتوان با دست خم نمود ولی آرماتورهای بزرگتر از 12 میلمتر بهتر است با دستگاه مکانیکی مجهز به فلکه خم شود قطر فلکه خم، متناسب با قطر آرماتور بوده و باید به وسیله مهندس محاسب و مهندسی کارگاه تعیین گردد.
وصله کردن آرماتورها :
با توجه به اینکه طول میلگرد که به بازارها عرضه میشود 12 متر است و دراغلب قسمتهای ساختمان ها مخصوصاً د رشناژها میلگردهائی با طول بیشتر مورد نیاز میباشد و هم این طور قطعات باقی مانده از شاخههای بلند که بالاخره باید مصرف شود. ناگریز از وصالی میلگردها هستیم، بهتر است دقت شود حتیالمقدور این وصالی به حداقل برسد یعنی درموقع برشکاری طوری اندازهها را هم جور کنیم که ریزش آرماتورها زیاد نباشد و درصورت اجبار محل مصرف آرماتورهای وصلهدار با نظر مهندسی ناظر در جائی باشد که تنشها درآن جا حداقل است و باید توجه شود که دریک مقطع کلیه آرماتورها وصالی شده نباشد.
قالب بندی
قالبهای که برای بتن ساخته میشود اغلب چوبی بوده ولی برای کارهای سری سازی از قالبهای فلزی نیز استفاده میشود.
قالبها وداربست های زیر آن علاوه بر شکل دادن به بتن وزن آنرا نیز تا زمان سخت شدن تحمل مینمایند. بدین لحاظ اگر دراجرای آن دقت کافی نشود ممکن است در موقع بتنریزی واژگون شده موجب خسارت شود. در ساختمانهای بزرگ برای قالببندی نیز باید محاسبه انجام گرفته و نقشه اجرایی تهیه گردد ولی درساختمانهای کوچک به علت کمی حجم بتن احتیاج به محاسبه وتهیه نقشه برای قالب بندی وداربست آن ندارد.
شکل قطعات بتنی با اندازه آنها که باید ریخته شود باید به وسیله قالب تهیه شود. تخته و چوبی که برای قالببندی مصرف میشود باید کاملاً خشک بوده و در برابر رطوبت تغییر شکل ندهد زیرا تغییر شکل قالب موجب تغییر شکل بتن گشته و در شکل تیرها و ستونها و همچنین ممانهای وارده برآنها موثر میباشد. در ایران معمولاً از تختهای که به نام چوب روسی معروف میباشد برای قالببندی استفاده مینمایند.
انواع قالب
1) قالببندی پیها
درساختمانهای کوچک که معمولاً برای قالببندی پیها از آجر استفاده میکنند. بدین طریق که بعد از خاکبرداری و تعیین محورها اندازه پیها را با آجر چیده و بعد آجرچینی قالب شناژها را نیز به آن متصل مینمایند.
مشکل اساسی دراین نوع قالب بندی آن است که آجر، آب بتنی مجاور خودرا مکیده و آنرا خشک نموده و فعل وانفعالات شیمیایی را درآن متوقف مینماید و در نتیجه حداقل به ضخامت 5 سانتیمتر بتن مجاور خود را فاسد میکند برای جلوگیری از این کار بهتر است که رویه آجر با یک ورقه نایلون پوشانیده شود تا آجر و بتن مستقیماً درتماس نباشند. مزیت دیگر این ورقه نایلون آن ا ست که بعد از سخت شدن بتن آجرها به راحتی از قالب جداشده و میتواند درمحل های دیگر مورد استفاده قرارگیرد.
2) قالب بندی ستونها
اغلب ستونها بصورت چهارضلعی (مربع یا مستطیل) میباشد گاهی نیز ممکن است آرشیتکت ساختمان از نظر زیبائی مقاطع دیگری را از جمله دایره – بیضی و غیره پیشنهاد نماید برای قالب بندی ستونها ابتدا ابعاد ستون را از روی نقشه تعیین نموده و دو ضلع قالب را به همان میزان از تختههای مناسب بریده و به چوبهای چهارتراش که به آن" پشت بند" میگویند میخ مینمایند.
درمورد ستونها معمولاً به محض آن که بتن حالت روانی خود را از دست بدهد و بتواند شکل هندسی خود را حفظ کند قالب آن را باز میکنند و این درحدود 48 ساعت بعد از بتنریزی میباشد درمواقع بازکردن قالب باید توجه شود که قالب را با احتیاط طوری از بتن جدا نمایند که گوشههای تیز ستون خراب نشود برای جلوگیری از این کار بهتر است درگوشههای قالب فتیلههائی مثلثی شکل نصب نمایند تا در داخل قالب پختی کوچکی ایجاد گردد تا بتن ریخته شده درقالب تیز گوشه نبوده و درنتیجه شکننده نباشد. قالب ستون باید حتماً بعد از48 ساعت باز شود زیرا در غیراین صورت آب دادن به بتن به راحتی میسر نیست و ممکن است بتن خشک شده و به سوزد.
3) قالببندی تیرهای اصلی
دراغلب موارد بتن تیرهای اصلی و سقف یک پارچه ریخته است وآرماتورهای سقف و تیرهای اصلی به یکدیگر متصل میباشد. اگر ضخامت تیرهای اصلی از سقف بیشتر باشد گاهی این تفاوت ضخامت را از پائین منظور نموده و آنگاه آنرا با سقف کاذب اصلاح مینمایند وگاهی نیز این تفاوت ضخامت را از بالا منظور نموده برای هم سطح کردن کف و فرش نمودن اطاقها این اختلاف ارتفاع را با بتن سبک پر مینمایند.
درمورد اول قالب تیرهای اصلی از دوقسمت تشکیل میشود که این دو قسمت عبارتند از کف قالب وگونههای چپ و راست قالب ازپائین ولی اگر ضخامت تیرهای اصلی و سقف مساوی باشد و یا اختلاف ضخامت در بالا منظور شود در نتیجه قالب تیرهای اصلی فقط احتیاج به کف دارد.
4) قالب بندی سقف
درمورد سقف ساختمانهای بتنی آنچه که درایران معمول است اغلب تیرچه بلوک میباشد. گاهی نیز از دال بتنی پیش ساخته و یا بتن شده در محل استفاده مینمایند درمورد دال بتنی پیش ساخته احتیاج به قالب بندی نیست زیرا کارخانه سازنده با توجه به دهانه و بارهای مرده و زنده دالهای مورد لزوم را به عرض حدود یک متر ریخته و با چرنقیل در محل روی تیرهای اصلی که قبلاً ریخته شده و کاملا سخت گردیده است قرارمیدهد ولی درمورد سقفهای بتنی ریخته شده درمحل و سقفهای تیرچه بلوک برای هرکدام احتیاج به قالب بندی مخصوصی میباشد برای سقفهای بتنی که احتیاج به قالب بندی مفصلتر و محکمتر دارد معمولا ازبه هم میخ کردن تختهها و تشکیل صفحهای به ابعاد مورد نیاز استفاده میکنند که این تختهها را روی داربستهای چوبی قرارداده آنگاه شبکههای فلزی (آرماتوربندی) را روی آن قرار میدهند وبتنریزی مینمایند.
برای تنظیم قالب بندی وسهولت درقالب برداری ازگوه استفاده مینمایند. گوه قطعه چوبی یا سطح شیبدار است که درقالب بندی ساختمانهای بتنی برای رگلاژ سقف زیر تیرهای چوبی قرار میدهند.
سازه بتنی سازهای است که در ساخت آن از بتن یا به طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و پولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستونها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب میشود.
امروزه بسیاری از پلها را از بتن آرمه می سازند. برای استفاده از پل های بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پلها از تیر پیشتنیده استفاده می شود.
مزایای سازههای بتنی
۱- ماده اصلی بتن که شن و ماسه میباشد ارزان و قابل دسترسی است.
۲- سازههای بتنی که مطابق با اصول آیین نامهای طراحی و اجرا شده اند، در مقابل شرایط محیطی سخت، مقاومتر از سازههای ساخته شده با مصالح دیگر هستند.
۳- به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن، امکان ساخت انواع سازههای بتنی نظیر پل، ستون و ... به اشکال مختلف میسر است.[۱]
۴- سازههای بتنی در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم اند. آزمایشهای نشان داده اند که در صورت ایجاد حرارتی معادل ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد برای یک نمونه بتن آرمه، حداقل یک ساعت طول میکشد تا دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی با ضخامت ۲٫۵ سانتی متر پوشیده شده است، به ۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد.
روشهای طراحی سازههای بتن آرمه
به طور کلی هدف از طراحی یک سازه، تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد مناسب در زمان بهره برداری است. چنانچه مقاومت واقعی یک سازه بطور دقیق قابل پیش بینی بود و در صورتی که بارهای وارد بر سازه و اثرات داخلی آنها نیز با همان دقت قابل تعیین بودند، تامین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای وارده ممکن می گشت. لیکن عوامل نامشخص و خطاهای احتمالی متعددی در آنالیز، طراحی و ساخت سازهها وجود دارند که یک حاشیه ایمنی را در طراحی سازهها طلب میکنند. مهمترین ریشهها و منابع این خطاها عبارتند از:
الف: بارهایی که در عمل به سازه وارد میشوند و همچنین توزیع واقعی آنها ممکن است با آنچه در بارگذاری سازه فرض شده است متفاوت باشند.
ب: رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه، که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه میشوند، تفاوت داشته باشد.
ج: مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.
د: ابعاد قطعات و محل واقعی میلگردها ممکن است دقیقاً مطابق آنچه طراح در محاسبات خود فرض کرده نباشد.
بنابراین، انتخاب یک حاشیه ایمنی مناسب امر بسیار دشواری است که نحوه منظور نمودن آن، به صورت یکی از مشخصههای اساسی روشهای طراحی در آمده است. به طور کلی طراحی سازههای بتن آرمه به سه روش زیر صورت میگیرد[۲]:
۱: تنش مجاز
۲: مقاومت نهایی
۳: روش طراحی بر مبنای حالات حدی
روش تنش مجاز
این روش که قبلاً روش تنش بهره برداری یا روش تنش بار سرویس نامیده میشد، اولین روشی است که بصورت مدون برای طراحی سازههای بتن آرمه بکارگرفته شد. در این روش یک عضو سازهای به نحوی طراحی میشود که تنشهای ناشی از اثر بارهای بهره برداری (یا سرویس)، که به کمک تئوریهای خطی مکانیک جامدات محاسبه میشوند، از مقادیر مجاز تنشها تجاوز نکنند. منظور از بارهای بهره برداری یا سرویس بارهایی نظیر: بار زنده، بار مرده، بار برف و بار زلزله هستند. این بارها توسط آیین نامههای بارگذاری، مانند مبحث ششم مقررات ملی ساختمان تعیین میشوند. در این روش منظور از تنش مجاز تنشی است که از تقسیم تنش حدی ماده، نظیر مقاومت فشاری برای بتن و مقاومت تسلیم برای فولاد، بر ضریب بزرگتر از واحد، به نام ضریب اطمینان به دست میآید. تنشهای مجاز مصالح توسط آیین نامههای محاسباتی تعیین میشوند. به عنوان مثال مطابق آیین نامه ACI مقدار تنش فشاری مجاز بتن {displaystyle f'} c ۰٫۴۵می باشد.
بدین ترتیب مراحل این روش بطور خلاصه به ترتیب زیر هستند:
۱: تعیین بارهای وارد بر سازه
۲: آنالیز سازه و تعیین تنشها در مقاطع مختلف به کمک تئوریهای کلاسیک اجسام الاستیک
۳: تعیین تنشهای مجاز با استفاده از یک آیین نامه محاسباتی
۴: طراحی نهایی مقطع با این محدودیت که در هیچ نقطهای از سازه تنشهای ایجاد شده از تنشهای مجاز تجاوز نکنند
این روش به دلیل سادگی و سهولت کاربرد تا چندی قبل به عنوان قابل استفادهترین روش طراحی سازههای بتن آرمه مطرح بود. لیکن نقاط ضعف این روش استفاده از آن را محدود کرده است. مهمترین این نقاط ضعف عبارتند از:
الف: در این روش ایمنی به کمک تنها یک ضریب (ضریب اطمینان) و در یک مرحله منظور میشود، از آنجا که عواملی که لزوم تامین یک حاشیه ایمنی را ایجاب میکنند دارای ریشهها و شدتهای متفاوت هستند، در نظر گرفتن آنها تنها با کمک یک ضریب غیر منطقی است.
ب: بتن مادهای است که تنها تا تنشهای معادل نصف مقاومت فشاری آن به صورت الاستیک و خطی عمل میکند. بنابراین با بکار بردن درصدی از مقاومت فشاری بتن در محاسبات نمیتوان اطلاعی از ضریب اطمینان کلی سازه در مقابل فروریختگی به دست آورد.
ج: به کار بردن این روش در طراحی بعضی مقاطع با اشکالات تئوریک مواجه است. به عنوان مثال در مقاطع خمشی تنش واقعی فولاد غالباً کمتر از مقداری است که با این روش محاسبه میشود.
تا سال ۱۹۵۶ میلادی روش تنشهای مجاز مبنای محاسبات در آیین نامه ACI بود. این روش از سال ۱۹۷۷ تنها در قسمت ضمائم آیین نامه و تحت عنوان روش دیگر طراحی جا داده شد
روش مقاومت نهایی
روش مقاومت نهایی که در آیین نامه ACI به نام روش طراحی بر مبنای مقاومت موسوم است، حاصل مطالعات گسترده روی رفتار غیر خطی بتن و تحلیل دقیق مسئله ایمنی در سازههای بتن آرمه میباشد. روند طراحی در این روش را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود:
۱: باربهره برداری به وسیله ضریبی موسوم به ضریب بار افزایش داده میشود، بار حاصله را اصطلاحاً بار ضریبدار یا بار نهایی می نامند.
۲: بارهای ضریبدار بر سازه اعمال میشوند و به کمک روشهای خطی آنالیز سازه ها، نیروی داخلی مقاطع محاسبه میشود. به این نیروی داخلی اصطلاحاً مقاومت لازم گفته میشود. مقاومت لازم در یک مقطع شامل: مقاومت خمشی لازم، مقاومت برشی لازم، مقاومت پیچشی لازم و مقاومت بار محوری لازم است.
۳: برای هر مقطع، مقاومت طراحی آن از حاصلضرب مقاومت اسمی در ضریبی کوچکتر از واحد به نام ضریب کاهش مقاومت به دست میآید. مقاومت اسمی، حداکثر مقاومتی است که مقطع قبل از گسیختگی از خود نشان میدهد. مقاومت اسمی یک مقطع مشتمل است از: مقاومت خمشی اسمی، مقاومت برشی اسمی، مقاومت پیچشی اسمی و مقاومت بار محوری اسمی.
۴: طراحی مقطع به نحوی که در آن مقاومت لازم از مقاومت طراحی کمتر باشد.
روش طراحی بر مبنای مقاومت، امروزه اساس کار طراحی سازههای بتن آرمه میباشد.[۴]
روش طراحی بر مبنای حالات حدی
به منظور تکامل روش مقاومت نهایی، به ویژه از نظر نحوه منظور نمودن ایمنی، روش طراحی بر مبتای حالات حدی ابداع گردید. این روش هم اکنون مبنای طراحی در تعدادی از آیین نامههای اروپایی است، با این حال این روش هنوز نتوانسته است جای روش مقاومت نهایی را در آیین نامه ACI بگیرد. این روش از نظر اصول محاسبات مربوط به مقاومت، مشابه روش طراحی بر مبنای مقاومت است و تفاوت عمده آن با روش قبل، در نحوه ارزیابی منطقی تر ظرفیت باربری و احتمال ایمنی اعضا میباشد. در این روش نیازهای طراحی با مشخص کردن حالات حدی تعیین میشوند. منظور از حالات حدی شرایطی است که در آنها سازه مورد نظر خواستههای طرح را تامین نمیکند. طراحی سازه با توجه به سه حالت حدی زیر صورت میگیرد[۵]:
۱: حالت حدی نهایی، که مربوط به ظرفیت باربری میشود.
۲: حالت حدی تغییر شکل (مانند تغییر مکان و ارتعاش اعضا)
۳: حالت حدی ترک خوردگی یا بازشدن ترک ها
مدل سازی سازه
امروزه در کشورهای صنعتی و پیشرفته با تعریف کاتالوگ محصولات از فولاد و بتن تا سنگ نما در نرم افزارهای مدل سازی اطلاعات ساختمان BIM سازنده،طراح و مالک به سادگی در مراحل ابتدایی با انتخاب محصول مشخص شده و جایگذاری آن در مدل با خصوصیات و رفتار ناشی از قرارگیری هر المان در ساختمان آشنا شده و میتواند به صرفه ترین انتخاب از لحاظ اقتصای،انرژی و مقاومت را انجام دهد