مقاله در مورد بررسی رفتار سیستم سازه ای خرپای پله‌ای 20 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 23

بررسی رفتار سیستم سازه ای خرپای پله‌ای

چکیده:

سیستم سازه ای پله ای (staggreed truss) سیستمی است که به تازگی از جانب مهندسین سازه در کشورهای عربی مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.در این تحقیق ابتدا خصوصیات هندسی و معماری سیستم سازه ای خرپاهای پله ای توصیف و سپس عملکرد این سیستم با مدلسازی المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است.در این مطالعه میزان تغییر مکان جانبی نسبی طبقات،نیروی کششی در پی (uplift) و همچنین وزن فولاد مصرفی در اسکلت این سیستم با سایر سیستم های رایج اسکلت فولادی (قاب‌های خمشی و قابهای باد بندی)مقایسه شده است.

1- مقدمه

به منظور دستیابی به یک سیستم با کار آرایی بیشتر برای مفابله با بارهای جانبی توام با تحمل بارهای قائم و همچنین تغییر دادن فضای معماری برای رسیدن به یک فضای بزرگ بدون ستون میانی،نظریه اولیه سیستم خرپای پله ای(شکل 1)ابتدا توسط تیم معماری و مهندسین عمران دانشگاه M.I.T. در دهه 1970 میلادی معرفی شد[1] اما به دلیل عدم امکان شناخت دقیق رفتار این سیستم که ناشی از محدودیتهای تحلیل و محاسباتی است ، چندان مورد توجه قرار نگرفت . با پیشرفتهای حاصل شده درسالهای اخیر درعلم تئوری سازه ها و بخصوص روشهای عددی و همچنین علاقه مهندسین آرشیتکت به فضاهای باز ، این سیستم از چندی قبل مجددا مورد توجه خاص قرار گرفته است . این سیستم تا کنون در ساخت انواع گوناگون سازه های نمیه مرتفع (15 تا 20 طبقه) مثل هتلها و ساختمانهای مسکونی و خوابگاه‌ها و بیمارستان‌ها و دانشگاهها به کار رفته است.

2- خصوصیات سیستم خرپاهای پله ای

نظریه پایه در مورد سیستم خرپاهای پله ای این است که کل قاب سازه در مقابله با بارهای جانبی به شکل یک تیر طره قائم رفتار کند . دراین حالت تمامی ستونها در پیرامون سازه قرار می گیرند و به عنوان بال تیر طره و خر پاها بعنوان جان تیر طره عمل می کنند . بدین ترتیب در اسکلت سازه فقط دو ردیف ستون کناری خواهیم داشت که خرپاها مابین این ستونها قرار خواهند گرفت . شکل (2) با قرار گرفتن ستونها در دیوارهای پیرامونی ساختمان ، ستونهای داخلی حذف می شوند و بنابراین در عرض ساختمان هیچگونه ستونی موجود نخواهدبود . از آنجا که ترتیب قرار گیری خرپاها در کل طبقه به صورت یک در میان در بین ستونها می باشد در نتیجه یک فضای خالی یا دو دهانه بین دو خرپای مجاور در هر طبقه ایجاد می‌شود. (شکل 3).

در جهت طولی ساختمان عمدتا از سیستم قاب خمشی استفاده می گردد تا در محل قرارگیری پنجره‌ها در بعد طولی ساختمان هیچ عضو سازه ای (مثل اعضای بادبندی ) قرار نگیرد . در این صورت اگر دو برش از نمای طولی ساختمان از محل دو قاب مجاور را در نظر بگیریم ملاحظه می‌شود که خرپاها در قابهای متوالی هم به صورت یک درمیان در دهانه های مجاور نصب می شوند. همچنین خرپاها درهر قاب نیز بصورت یک درمیان در طبقات قرار می گیرند. (شکل 4).

همانطور که در شکل 4(ب و ج ) ملاحضه می شود برای اینکه خرپاها کل عرض ساختمان را مسدود نکنند یک دهانه خالی در وسط خرپاها تعبیه می شود تا یک راهرو دسترسی درهر طبقه فراهم شود.

از دیدگاه معماری، یکی از خصوصیات جالب سیستم مورد بحث آن است که در طبقه همکف نیازی به اجرای خرپا نیست و می توان با نصب مهاربندی هایی در این طبقه برش حاصل از بارهای جانبی از طبقات فوقانی را به پی سازه منتقل نمود . ازدیگرمزایای معماری وسازه ای سیستم خرپاهای پله ای می توان به موارد زیر اشاره کرد . [1] و [2]:

ایجاد فضاهای خالی و بدون ستون میانی در فاصله بین دو خرپا در کل عرض سازه و به اندازه دو دهانه در جهت طولی ساختمان.

لنگر خمشی ناچیز در ستونها ناشی از بارهای ثقلی و جانبی بدلیل عملکرد طره ای قاب ساختمان.

بدلیل قرار گیری ستون ها در دیوارهای پرامونی ، فونداسونها فقط در خطوط ستونها قرار می گیرند که می تواند تنها شامل دوپی نواری باشد . این موضوع کاهش حجم قالب بندی و هزینه های مربوط را به دنبال خواهد داشت.

بدلیل اینکه در بیشتر اعضای خرپاها و ستونها در حالات مختلف بارگذاری نیروهای محوری ایجاد میشود و می توان از فولاد با مقاومت بالا استفاده کرد و درنتیجه وزن سازه را کاهش داد.

از جهات مختلف ، طراحی یک سیستم خرپای پله ای از طراحی سازه های فولادی مرسوم ساده تر و اغلب جزییات اجرایی تکراری هستند .

سرعت در نصب و اجرا.

3- بررسی عملکرد اجزای سیستم

3-1 سیستم سقف:

سقف ساختمان مابین عضو پایین یک خرپا و عضو بالایی دو خرپای مجاور گسترش می یابد و بارهای ثقلی را به صورت یک طرفه به خرپاها منتقل می کند . اما مسیر انتقال بارهای جانبی در سیستم