مقدمه ای بر سیستم های باربر جانبی ساختمان های بلند بتنی
سیستم های باربرجانبی ساختمان های بلند
برای موفقیت یک ساختمان بلند، سازه می بایست در یک شرایط حداقلی، سیستم ها و مصالحی را متناسب با ارتفاع و شکل ساختمان استفاده کند. سیستم می بایست بتواند شرایط ظاهری مدرنی را که از نسل جدید ساختمان های بلند انتظار می رود، برآورده سازد. تمامی شرایط نظم، ظاهر، وضوح و استحکام سیستم وابسته به معمار آن است و این معماری است که شاکله و هندسه ساختمان را به وجود می آورد.
چه چیزی یک ساختمان بلند را کارامد می سازد؟ به این دلیل که عامل اصلی موثر بر روی طراحی سازه در اثر بارهای ثقلی و جانبی به وجود می آید، توانایی ما برای اثر گذاری بر روی طراحی ثقلی ، تقریبا محدود به استفاده از مصالح سبک می شود. تغییرات بسیار جزیی را در این مورد می توان حاصل نمود. اگر چه که در ارتباط با مقاومت در برابر بارهای جانبی و کنترل تغییر شکل ها دارای انتخاب های مشخصی هستیم، و از این جنبه است که مهارت و ابتکار سازه ای دارای تاثیر به سزایی است. اصول طراحی کارامد سازه ساختمان ها بلند که از مدت ها قبل نیز مشخص بوده است، دارای قوانین ساده ای نیز می باشد.
- برای مقاومت در برابر لنگر واژگونی ناشی از بارهای جانبی از المان های سازه ای عمودی که تا جایی که امکان دارد دور از مرکز هندسی ساختمان قرار گرفته باشند، استفاده شود.
- بارهای ثقلی به این المان های عمودی که در برابر لنگر واژگونی مقاومت می کنند متصل شوند.
- این المان های عمودی به المان های سازه ای مقاوم برشی متصل شود، به گونه ای که کمترین تجربه ای از اثار تاخیر برش به وجود بیاید، به گونه ای که تمامی محیط ساختمان در برابر لنگرهای واژگونی مقاومت کند.
- مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط اعضایی که در فشار قرار دارند نسبت به اعضایی که در اثر واژگونی تحت کششند، ارجحیت دارد.
سازه های لوله ای کمابیش از این قواعد طبعیت می کنند. این سیستم ها توسط ستون های عریض نزدیک به هم که در دهانه های کوچک در امتداد محیط ساختمان ترتیب یافته اند، شناخته می شوند. این ستون ها توسط تیرهای محیطی عمیق به یکدیگر اتصال یافته اند. رفتار سیستم به گونه ایست که گویا یک لوله توخالی محیط ساختمان را تشکیل داده است.
این سیستم توسط دکتر فضلور خان که معروف به انیشتین مهندسی سازه است در سال 1970 ، که از قوانینی که پیشتر بیان شد تبعیت می کند به گونه ای که سیستم باربرجانبی در محیط ساختمان قرار گرفته است و بنابراین بهترین امکان با غنای سازه ای را ارائه می کند. توسط قالب بندی مناسب از قاب های داخلی، قسمت عمده ای از بار های ثقلی به این ستون های توخالی جاری می شوند. تیر های کناری محیطی، که نسبتا صلب هستند، سختی بسیار نزدیک به یک دیوار توپر را ارائه می کنند، و نتیجتا به گونه ای عمل می شود که دیوار های رو به باد و پشت به باد به عنوان قسمت های یکپارچه ای از کل گستره سازه عمل می کنند.
شکل1- سیستم های لوله ای
گونه های متفاوتی از این مفهوم سازه ای به دفعات استفاده شده است همچون سیستم های لوله در لوله (tube in tube systems) (تا بتوان از مقاومت موجود سازه درونی حول هسته مرکزی بهره برد.) سیستم های لوله دسته ای (همراه با قاب های لوله ای اضافی در امتداد داخلی ساختمان تا در امتداد پلان ساختمان اتصال به وجود بیاید. ) و لوله های مهار شده(braced tubes) که وجوه مقابل ساختمان را به یکدیگر متصل می کند.
ترکیب سیستم لوله ای با هسته مرکزی: در صورتی که در مزکز ساختمان پله و آسانسور وجود داشته باشد، در پیرامون آن می توان یک دیوار برشی بسته تعریف کرد و یک هسته داخلی ایجاد نمود. این هسته داخلی می تواند در برابر نیروی جانبی با پوسته خارجی مشارکت نماید. توجه شود که رفتار پوسته در مد برشی و رفتار هسته د رمد خمشی است، اما به علت سختی زیاد پوسته در برابر هسته می توان ادعا نمود که هنوز هم اکثر مقاومت جانبی توسط پوسته تامین می شود.
سیستم لوله در لوله: اگر نیاز به مقاومت جانبی بزرگتری داشته باشیم، می توانیم در هسته ساختمان ها لوله های جدیدی تعریف نماییم. این گونه سیستم زمانی مفید خواهد بود که بنا بر دلایلی بخواهیم در وسط ساختمان حفره ای داشته باشیم.نمای خارجی آن مشابه با سیستم لوله ای معمولی است.
سیستم لوله ای دسته بندی شده: می توان سیستم های لوله ای را به صورت ماتریسی دسته بندی نمود، هر کدام از خانه های ماتریس می توانند در ارتفاعی قطع گردند و نمای زیبایی ایجاد کنند.(شکل2)
شکل2-برج سیرز شیکاگو با استفاده از سیستم لوله دسته بندی شده
واژگان سازه ای در سال 2008 کاملا متفاوت از سیستم های لوله ای پیشین به ویژه در ساختمان های فرابلند(ultra-tall) است. یک مفهوم تقریبا جدید کاملا مشهور شده است. که عموما از آن به عنوان کمربند و مهار بازو(شکل3) و یا سیستم ستون فقرات یاد می شود، که از ستون فقرات مرکزی سخت، که معمولا در پیرامون هسته مرکزی است، توسط دیواره های مهاربازویی با ارتفاع یک طبقه و یا چند طبقه که از هسته تا ستون های پیرامونی در چندین تراز برای کمک در پایداری هسته لاغر سازه، امتداد یافته اند. اگرچه که مزیت های سازه ای این سیستم متعدد است، شاید محرک آن از وضوح معماری مطلوب که از نمای ساختمان نشئت می گیرد باشد. ستون های محیطی به طور موثر ستون های ثقلی هستند، که می توانند از ستون های قابی کوچکتر باشند و در دهانه های بزرگتری ترتیب می یابند، که صراحتا وضوح بیشتری را به وجود می آورند.
شکل3-سیستم هسته مهاربازو
دپارتمان سازه سامانه کارگشا
مطلب مورد تایید انجمن (ICC(International code council می باشد.
برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در موارد ذیل ، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی سازه ثبت نمایید
