اصول ساختمان های بلند

[وحید 0319]

1 لوله قاب شده بدون هسته میانی

2 لوله قاب شده با هسته میانی

3 دیاگرام کلی تنش لوله قاب شده

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

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

- - - به روز رسانی شده - - -

1 لوله قاب شده بدون هسته میانی

2 لوله قاب شده با هسته میانی

3 دیاگرام کلی تنش لوله قاب شده

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

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

[وحید 0319]

لوله های دسته شده قاب شده

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

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

[وحید 0319]

سیستم های معلق

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

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

[وحید 0319]

منطق معلق سازی

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

چالش ها

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

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

منطق معماری

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

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

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

[وحید 0319]

منطق سازه

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

· آویز های مقاوم به جای ستون های فشاری عظیم

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

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

گزینه طراحی

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

· بلوک های متعدد برای کاهش تغییر شکل نسبی

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

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

[وحید 0319]

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

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

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

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

[وحید 0319]

1 تک برجی - تک بلوکی

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

2 چند برجی

چند برجی ها با پی مفصلی دارای پایداری بالایی اند

3 دو بلوکی

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

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

4 دو برجی - دو بلوکی

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

دو برجی ها با پی مفصلی پایداری را افزایش می دهند

5 سه بلوکی

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

6 سه بلوکی – دو برجی

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

- - - به روز رسانی شده - - -

1 تک برجی - تک بلوکی

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

2 چند برجی

چند برجی ها با پی مفصلی دارای پایداری بالایی اند

3 دو بلوکی

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

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

4 دو برجی - دو بلوکی

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

دو برجی ها با پی مفصلی پایداری را افزایش می دهند

5 سه بلوکی

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

6 سه بلوکی – دو برجی

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

[وحید 0319]

محدودیت ها

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