تحقیق بررسي رفتار سيستم سازه اي خرپاي پله‌اي 20 ص
دسته بندي :
دانش آموزی و دانشجویی »
دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 21 صفحه
قسمتی از متن word (..doc) :
2
بررسي رفتار سيستم سازه اي خرپاي پله‌اي
چكيده:
سيستم سازه اي پله اي (staggreed truss) سيستمي است كه به تازگي از جانب مهندسين سازه در كشورهاي عربي مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.در اين تحقيق ابتدا خصوصيات هندسي و معماري سيستم سازه اي خرپاهاي پله اي توصيف و سپس عملكرد اين سيستم با مدلسازي المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است.در اين مطالعه ميزان تغيير مكان جانبي نسبي طبقات،نيروي كششي در پي (uplift) و همچنين وزن فولاد مصرفي در اسكلت اين سيستم با ساير سيستم هاي رايج اسكلت فولادي (قابهاي خمشي و قابهاي باد بندي)مقايسه شده است.
1- مقدمه
به منظور دستيابي به يك سيستم با كار آرايي بيشتر براي مفابله با بارهاي جانبي توام با تحمل بارهاي قائم و همچنين تغيير دادن فضاي معماري براي رسيدن به يك فضاي بزرگ بدون ستون مياني،نظريه اوليه سيستم خرپاي پله اي(شكل 1)ابتدا توسط تيم معماري و مهندسين عمران دانشگاه M.I.T. در دهه 1970 ميلادي معرفي شد[1] اما به دليل عدم امكان شناخت دقيق رفتار اين سيستم كه ناشي از محدوديتهاي تحليل و محاسباتي است ، چندان مورد توجه قرار نگرفت . با پيشرفتهاي حاصل شده درسالهاي اخير درعلم تئوري سازه ها و بخصوص روشهاي عددي و همچنين علاقه مهندسين آرشيتكت به فضاهاي باز ، اين سيستم از چندي قبل مجددا مورد توجه خاص قرار گرفته است . اين سيستم تا كنون در ساخت انواع گوناگون سازه هاي نميه مرتفع (15 تا 20 طبقه) مثل هتلها و ساختمانهاي مسكوني و خوابگاهها و بيمارستانها و دانشگاهها به كار رفته است.
2- خصوصيات سيستم خرپاهاي پله اي
نظريه پايه در مورد سيستم خرپاهاي پله اي اين است كه كل قاب سازه در مقابله با بارهاي جانبي به شكل يك تير طره قائم رفتار كند . دراين حالت تمامي ستونها در پيرامون سازه قرار مي گيرند و به عنوان بال تير طره و خر پاها بعنوان جان تير طره عمل مي كنند . بدين ترتيب در اسكلت سازه فقط دو رديف ستون كناري خواهيم داشت كه خرپاها مابين اين ستونها قرار خواهند گرفت . شكل (2) با قرار گرفتن ستونها در ديوارهاي پيراموني ساختمان ، ستونهاي داخلي حذف مي شوند و بنابراين در عرض ساختمان هيچگونه ستوني موجود نخواهدبود . از آنجا كه ترتيب قرار گيري خرپاها در كل طبقه به صورت يك در ميان در بين ستونها مي باشد در نتيجه يك فضاي خالي يا دو دهانه بين دو خرپاي مجاور در هر طبقه ايجاد مي
2
شود. (شكل 3).
در جهت طولي ساختمان عمدتا از سيستم قاب خمشي استفاده مي گردد تا در محل قرارگيري پنجرهها در بعد طولي ساختمان هيچ عضو سازه اي (مثل اعضاي بادبندي ) قرار نگيرد . در اين صورت اگر دو برش از نماي طولي ساختمان از محل دو قاب مجاور را در نظر بگيريم ملاحظه ميشود كه خرپاها در قابهاي متوالي هم به صورت يك درميان در دهانه هاي مجاور نصب مي شوند. همچنين خرپاها درهر قاب نيز بصورت يك درميان در طبقات قرار مي گيرند. (شكل 4).
همانطور كه در شكل 4(ب و ج ) ملاحضه مي شود براي اينكه خرپاها كل عرض ساختمان را مسدود نكنند يك دهانه خالي در وسط خرپاها تعبيه مي شود تا يك راهرو دسترسي درهر طبقه فراهم شود.
از ديدگاه معماري، يكي از خصوصيات جالب سيستم مورد بحث آن است كه در طبقه همكف نيازي به اجراي خرپا نيست و مي توان با نصب مهاربندي هايي در اين طبقه برش حاصل از بارهاي جانبي از طبقات فوقاني را به پي سازه منتقل نمود . ازديگرمزاياي معماري وسازه اي سيستم خرپاهاي پله اي مي توان به موارد زير اشاره كرد . [1] و [2]:
ايجاد فضاهاي خالي و بدون ستون مياني در فاصله بين دو خرپا در كل عرض سازه و به اندازه دو دهانه در جهت طولي ساختمان.
لنگر خمشي ناچيز در ستونها ناشي از بارهاي ثقلي و جانبي بدليل عملكرد طره اي قاب ساختمان.
4
بدليل قرار گيري ستون ها در ديوارهاي پراموني ، فونداسونها فقط در خطوط ستونها قرار مي گيرند كه مي تواند تنها شامل دوپي نواري باشد . اين موضوع كاهش حجم قالب بندي و هزينه هاي مربوط را به دنبال خواهد داشت.
بدليل اينكه در بيشتر اعضاي خرپاها و ستونها در حالات مختلف بارگذاري نيروهاي محوري ايجاد ميشود و مي توان از فولاد با مقاومت بالا استفاده كرد و درنتيجه وزن سازه را كاهش داد.
از جهات مختلف ، طراحي يك سيستم خرپاي پله اي از طراحي سازه هاي فولادي مرسوم ساده تر و اغلب جزييات اجرايي تكراري هستند .
سرعت در نصب و اجرا.
3- بررسي عملكرد اجزاي سيستم
3-1 سيستم سقف:
سقف ساختمان مابين عضو پايين يك خرپا و عضو بالايي دو خرپاي مجاور گسترش مي يابد و بارهاي ثقلي را به صورت يك طرفه به خرپاها منتقل مي كند . اما مسير انتقال بارهاي جانبي در سيستم خرپاهاي پله اي بدين صورت است كه بارهاي جانبي از طريق كف ساختمان به شكل يك ديافراگم يا تير عميق عمل مي كند به عضو بالايي خرپاي مجاور منتقل مي شوند.
نيروها سپس از طريق اعضاي جان خرپا كه به شكل ديوار برشي عمل مي كنند (يعني سختي آنها از سختي جانبي ستونها بيشتر است) به عضو پاييني خرپا منتقل ميشوند . اما در عضو پاييني هر خرپا، بارها نمي توانند مستقيما به پايين منتقل شوند چون خرپايي درادامه اين عضو نمي باشد .بنابراين نيروهاي برشي با برش آن طبقه جمع شده و توسط سيستم كف به عضو بالايي خرپاهاي مجاور منتقل ميشوند.
بدين طريق بارهاي جانبي در مسير رسيدن به پاي ساختمان ، مكررا توسط سيستم كف بين خرپاها به عقب و جلو رانده ميشوند . درنتيجه سازه قادر خواهد بود يك قاب مهاربندي شده را از طريق خرپاهايي كه بين دو صفحه موازي قرار گرفته اند به كمك سيستم سقف فراهم سازد. بدين ترتيب سيستم كف بايد براي
4
فراهم كردن مقاومت وسختي دورن صفحهاي لازم طراحي شود تا تنش هاي برشي و خمشي ناشي از بارهاي افقي را به خوبي تحمل نمايد.
نو.ع سيستم كفي كه براي سيستم خرپاهاي پله اي بكار ميرود معمولا توسط عوامل اقتصادي و محل اجراي پروژه تعيين مي گردد . سيستمهاي گوناگوني براي كف مي توانند بكار گرفته شوند از جمله سقف مركب، دال بتني در جا و پيش ساخته و نيز سقف هاي بتني پيش ساخته مجوف .
اتصالات سيستم كف به خرپاها بايد قادر به انتقال مستقيم بارهاي ثقلي و برشي درون صفحهاي باشد . برش درون صفحه اي توسط اتصالات برگشير به اعضاي افقي خرپا منتقل ميشود و اين اتصالات بگونه اي طراحي مي شوند كه برش در جهت عرض ساختمان رابطور مناسب در طول اعضاي بالاو پايين خرپاها توزيع كنند.
3-2- خرپاها:
تعداد پانل هاي خرپا به عمق و دهانه خرپا بستگي دارد . مهمترين اثر در طراحي خرپاها كه كل عرض ساختمان را مي پوشاند فراهم سازي يك باز شو در وسط دهانه خرپا به منظور ايجاد راهرو در ميان پلان ساختمان است دراين حالت براي حل مشكل پايداري خرپاها دربرابر بارهاي جانبي اين اعضا در سه پانل مياني و يا به طور كلي درسرتاسر خود يكسره ساخته ميشوند بدان معنا كه در محل گره پانلها مي توانند لنگر تحمل كنند.
بايد توجه داشت كه به دليل وجود بازشو (راهرو وسط دهانه) دراثر بارهاي زلزله در اعضاي افقي خرپاها، خمش موضعي ايجاد ميشود . نتايج آناليزهاي انجام شده نشان ميدهد كه لنگر خمشي در اثر بارهاي زلزله در پانل مياني و در دو پانل طرفين آن ايجاد مي شود و دربقيه اعضا تنها نيروي محوري ايجاد ميشود ( شكل 5).