مهندسی معماری

اشکان سرپله -طراحی معماری تحلیل فضای شهری معماری معاصر معماری اسلامی پروژه های معماری روستا ۱و۲ طراحی فرهنگسرا

مهندسی معماری

هر انچه در مورد خرپا در سازه فلزی لازم دارید

خرپا

از آن جا که نیاز اولیه هر انسانی مسکن می باشد و به علت تراکم بیش از حد شهرها از جمعیت و نیز روی آوردن صنعت ساختمان سازی به مرتفع ساختن واحدهای مسکونی و اداری و همچنین به منظور تأمین نیازهای کشاورزی چه از لحاظ راههای ارتباطی و چه از نظر کـانـالـهـای آبـرسانـی مصرف بتون در قسمتهای ذکر شده بخصوص صنعت پیشرفته ساختمان سازی بسیار زیاد وهر روز بیشتر میشود.

آشنایی با انواع ساختمانهای فلزی

اطلاع از شکل ساختمانهای مختلف فلزی و تجسم آنها از معلومات اولیه ای است که بعدا برای محاسبه اعضای اصلی ساختمان لازم خواهد بود.

1) ساختمان با قابهای متشکل از تیر و ستون

این ساختمانها معمولا چند طبقه و برای مصارف مسکونی،اداری و هتلها و غیره ساخته میشوند و به Beam-Colvmn Framing مشهورند و استخوان بندی فلزی آنها عبارت است از تعداد ستونهای قائم و تیر ها و شاهتیرهای افقی است ،ستونهای فلزی معمولا در ارتفاع طبقات به صورت سرتاسری ادامه دارند. و تیرها و شاهتیرها بین دهانه بین ستونها به ستون جانبی آنها مـتــصـل می گردند،تیرهای افقی بار کف طبقات را تحمل می نمایند کف طبقات به انواع مختلف ساخته میشود. طاق ضربی بین تیر آهنها ساده ترین نوع آنست که در ایران رواج دارد که برای ساختمانهای مرتفع نامناسب است. باید مهندس محاسب در نظر داشته باشد که برای تأمین استحکام جانبی ساختمان در مقابل نیروهای افقی که مهمترین عامل میتواند باشد سه راه میتوان پیشنهاد کرد:

1) استفاده از بادبندهای فلزی بصورت اشکال مثلثی Cross Bracing

2) استفاده از تیغه های بتونی یا بتون مسلح معروف به دیوارهای برشی S hear Walls

3) تعبیه گیرداری در اتصالات تیر و ستون و ساختن قالب بندی فضائی Moment Resisting Space Frames

به طورکلی در ساختمان های بلند ولاغر معمولأ علاوه برگیرداری گره ها به سیستم باد بندی ویا دیوار برشی نیز احتیاج می گردد.

2) ساختمان های صنعتی

به ساختمان کارخانه ها و مراکز صنعتی و تولیدی اطلاق می شود و از نظر شــــکـل و استخوان بندی فلزی ساختمان انبار ها ،آشیانه هواپیما ،سالنهای ورزش، مرغداری و نظایر آنها وضع مشابهی با ساختمانهای صنعتی دارند. در ساختمانهای صنعتی سعی بر آن است که در استخوان بندی تعداد ستونهای داخل واحد امکان کم شود تا سطح بزرگی عاری از ستون برای کار و منظور دیگر بوجود آید. و اصولا یک طبقه می باشند و پوشش آنها اغلب شیبدار و از نوع سبک مثلا از نوع ورقهای موجدار فلزی یا آزبست سیمانی می باشند.توجه شودکه مهاربندی یا باد بندی درمقابل نیرویهای جانبی در ساختمانهای صنعتی فوق العاده مهم است اگر مهندس محاسب به این مسئله مهم توجه نکند و اسکلت دارا ی مهاربندی کافی و یاگیرداری بین اتصالات خرپا و ستون نباشد در مقابل نیروهای حاصل از باد از حالت تعادل خارج میگردد و بارهای قائم آنرا به حالت ناپایداری پیش روند سوق می دهند. مناسبترین روش برای مهار بندی خرپای فلزی مهاربندی با قطعات چپ و راست می باشد.

قابهای صلب

در سالهای اخیر در ساختمانهای صنعتی به جای پوشش های مرکب از خرپاو ستون بیشتر از قابهای فلزی استفاده شده است و مشکلات بادبندی که در خرپا بوده است در این نوع ساختمان کمتر می باشد . قابهای صلب استحکام بیشتری در مقابل نیروهای عرضی دارد.

3) منابع فلزی

منابع فلزی برای ذخیره نمودن آب و یا مایعات دیگر به دوصـــورت ســـاخـتـه مــی شــونـــد

الف)به صورت یک حجم استوانه ای شکل که بر شالوده خود مستقیما روی زمین قرار میگیرد.

ب )منابع روی پایه های مرتفع فلزی که آنها را منابع هوایی می نامند.منابع هوایی آب بای شبکه های لوله کشی شهرها به تعداد زیاد ساخته می شوند.

4) دودکش های فلزی Steel Chimneys

دودکش های فلزی بر دو نوع اند:

الف)دوکش های با کابل های مهاری G u yed Stacks

ب) دودکش های خود ایستا یا طره ایSap porting or Free Standing

دودکشهای فلزی معمولا استوانه ای شکل و با قطرثابت اند (یعنی جدار آنها از پایین تا بالا بدون شیب است) مگر در مورد دودکش های خود ایستا که قسمت پایین آنها گاهی به صورت مخروطی ساخته می شود. نیرو هایی که بر دودکش ها تاثیر می نماید علاوه بر وزن خود عبارت از فشار باد و نیروی حاصل از زلزله قسمت داخل دودکش ها را با مصالح مقاوم در مقابل حرارت می پوشانند. دودکش های بلند با مهای معمولا بدون این غشاء مـــحـافظ می باشند قسمت محافظت شده از پایین دودکش شروع می شود و تا ارتفاعی که دیگر حرارت نمی تواند حرارت نمی تواند صدمه ای به دودکش وارد کندادامه می یابد. این ارتفاع معمولا از 3 متر کمتر نمی باشد. مصالح حافظ حرارتی معمولا آجر نسوز است و ضخامت آن حدود5/12 سانتیمتر است که 10 سانتی مکتر آن آجر نسوز و 5/2سانتیمتر درز ملات می باشد.

5) دکل های مرتفع رادیو،تلوزیون،خطوط میکروویوMicrowave Towers

این دکل ها تیرک مشبکی هستند که از نیمرخ های فولادی سبک ساخته می شوند و در دو نوع طرح می گردند:

الف)دکل های خود ایستا

ب)دکل های با کابل های مهاری

در انتخاب این دو نوع عامل تعیین کننده در درجه اول وضع محل نصب دکل است زیرا اگر به علت وضع محوطه نصب دکل امکان نصب کابل های مهاری نباشد اجبارا باید از دکل نوع خود ایستااستفاده نمود و اگر محدودیتی موجود نباشد در مورد دکل های بلـند از نــوع با کابل های مهاری به صرفه نزدیکتر است.

6) دکل های انتقال نیروی برقTransmission Towers

7) ساختمان های مخصوص نمایشگاهها و ورزشگاههای سر پوشیده بزرگ قاب بندی فضایی پوششهای کامل و پوششهای معلق از طناب های فولادی.

این پوششها از نظر ایستایی معمولا در دو سیستم مختلف ساخـــــــتـــه مـــــی شـــونــد. الف) سیستم فشاری به صورت گنبدی با منحنی کره ای شکل و یا سطمثلاپارابولوئید دوار و غیره که ساختمان اصلی آنها از تیرک های مشبک و به صورت منحنی فضایی مثلا پارابولوئید دوار و غیره که ساختمان اصلی آنها از تیرک های مشبک و به صورت بافت متقاطع تشکیل می گردد و بنام پوششهای کامل معروف است.

ب) سیستم کششی که اعضای اصلی به صورت کابل های شعاعی کشش است و کل دستگاه یک سطح فضائی ناودیسی را به وجود می آورد و قسمتهای مختلف پوشش بر این دستگاه سوار است. ساختمان های ورزشی در شهر هوستن یکی از پدیده های بی سابقه از این نوع سیستم می باشد.

8) آشیانه های سیستم طره ای برای هواپیما های بزرگ Canti lever

9) پل های فلزی

پل های فلزی را می توان از نظر مورد استفاده به 3گروه تقسیم کرد:

1) پل های شوسه 2)پل های راه آهن 3)پل ها ی مشترک شوسه و اه آهن

اتصالات در ساختمان های فلزی

1) اتصالات مفصلــــیpin Connection 2)اتصالات پیچیBolt

3)اتصـــــــــالات پرچـــــــــــــیrivet 4) اتصــــــــالات جــوشــــی Weld 1)

اتصالات مفصلی: بیشتر در موقعی به کار می رود که احتیاج است در محل لنگر خمشی به وجود نیاید در این نوع اتصالها گره های اتصال آزاد است که حول یک خار مغزی (p i n ) دوران نماید این نوع اتصال در سالهای قبل بیشتر در پل های راه آهن بکار می رفت که قطعات متصل شونده بصورت تسمه های سرپین استفاده می شده است.

2) اتصالات پیچی: یکی از پیچ های که مورد استفاده زیاد قرار می گیرد(H igh strength friction ) می باشد که به پیچهای اعلای پیش تنیده مرسوم است در این پیچ هابا تولید پیش تنیدگی قطعات فلزی مورد اتصال را به یکدیگر می فشارد و وصله به صورت اصطکاکی عمل می نماید از این نوع پیچ ها در ساختمان های فلزی چند طبقه و ساختمان های صنعتی با خرپا وقابها با دهانه بزرگ و پل ها می توان استفاده کرد.

2) اتصالات جوشی: جوشکار یبه چند نوع انجام می شود که متداول تر از همه جوش الکتریک می باشد که به (M etal A rc Welding ) مشهور است.

اقـــــســـــام جـــــوش:1)از نظر شکل خود جوش 2)نوع جوش نواری 3)جوش حفره ای (کمتر مورد استفاده قرار می گیرد)

تیر ها

تیر ها قطعات ساختمانی هستند که وظیفه اصلی و مهم آنها متحمل کردن بارهای عمود بر میانتار خود می باشد. بنابراین باید در مقابل لنگر خمشی و تلاش برشی وارده مقاوم باشند.

تر های با نیمرخ نورد شده که در آن نیمرخ I خیلی متداول است. و از باصرفه تری اشکال برای تحمل خمش است. وقتی که مقاطع نورد شده از کفاف لنگر خمشی موجود را ندهند گاهی آن را با اضافه نمودن مصالح بیشتر بر روی بالها مانند تسمه یا ورق تقویت می کنند. و یا با برش و جوشکاری آنهارا به صورت لانه زنبوری در می آورند و در صورت لزوم با تسمه تقویت می کنند. و اگر مقاطع تقویت شده با این صورت نیز بغار و دهانه خمش کافی نباشد از تیر های مرکب استفاده می شود.

فولاد های ساختمانی

از زمانی که فولاد به عنوان یک ماده اصلی ساختمان سازی از سال 1960 به کار رفته در بیشتر موارد از فولاد کربنی A stm طبقه بندی شده که به A7 مشخص شده استفاده می شود و دارای حداقل خستگی برای 33kst را داراست.

تعریف خرپا:خرپای ساده از اتصال چند میله مستقیم که به طور مفصلی به هم متصل شده به طوری که شبکه های مثلثی به وجود می آورد تشکیل می گردد. ضمنا نیرو های وارد بر خر پاها بایستی حتما در محل اتصالات مفصلها به خر پا وارد شوند .
اصول ساخت خرپا :‌چون در خرپاها فرض می شود که اعضا در انتهای خود به اعضای دیگر لولا شده اند . بنابراین ((شکل مثلثی))تنها شکل پایدار خواهد بود . اگر شبکه در یک صفحه واقع باشد ، خرپا را ((خرپای صفحه ای ))واگر شبکه فضایی باشد خرپای حاصل را ((خر پای فضایی))می گویند . شبکه هایی که به صورت چهار عضو یا بیشتر باشند ،پایدار نیستند و تحت تاثیر نیرو های مؤثر فرو می ریزند .
کا ر برد خرپاها : خرپاها از مفید ترین فرم ساختمانی هستند که در انواع ساختمانها وماشینها به کار می روند. ساختمانهای خرپایی،در مقابل نیروهای واردآمده مقاومت بسیاری دارند واز لحاظ اقتصادی نیز ساختن آنها مقرون به صرفه است .اتصال میله های خرپاها به یکدیگر چنانچه فلزی باشند ،به وسیله میخ وپیچ انجام می گیرد .وچنانچه خرپای چوبی باشد،اتصالات آنها به سقفهای با دهانه های زیاد ونیز پله ها به کار می برند. بعضی از ماشینهای سنگین ،مثل جرثقیلها،نیز از خرپا استفاده می شود.خرپاها ضمن داشتن مقاومت زیاد،از نظر وزن سبک هستند. استخوانبندی بال بعضی از پرندگان که برای پرواز باید سبک باشند،به صورت خرپا تکوین یافته است .اسکلت بندی هواپیماها را نیز به همین علت از نوع خرپایی انتخاب می کنند.
پروفیل های رایج در خرپا سازی :
در خرپاسازی میتوان بر حسب مورد از پروفیلهای فولادی مختلف استفاده کرد.1-استفاده از پروفیلهای در خرپاهای سبک به نحوی که وترهای بالایی وپایینی از I وقطرهایL استفاده می^L و و L به طوری که وترهای بالایی وپایینی^شود .2-استفاده از پروفیلهای IPE یا IPB و از I واعضای قائم از IPE یا IPB وقطریها از 2L پشت به پشت .
3-استفاده از پروفیلهای مثل IPEIو 2 [ .4-در طراحی خرپاهای بسیار سنگین از پروفیلهای IPB استفاده می‌کنند ولی وترهای بالایی و پایینی به صورت افقی است.
5-امروزه به کمک تکنیک نورد کردن پروفیلهای قوطی مربع و مربع مستطیل بسیار ساده شده است و هیچ‌گونه اضافه قیمت ساخت برای این نوع پروفیلها در مقایسه با دیگر پروفیلها در خرپاسازی وجود ندارد.
6- ازپرو فیل های لوله ای شکل در خرپا سازی استفاده می شود . تنها مشکل در استفاده از این نوع پروفیل ها بریدن وجفت و جور کردن قطعات به یکدیگر است . استفاده از این نوع پروفیل در صنایع جرثقیل سازی اهمیت بسیار دارد.
اجزای تشکیل دهنده خرپا عبا رتند از : نیروی وارد از لاپه- عضو قطری، عضو قا ئم ، وتر بالایی (کنش) وتر پایینی (عضو مورب زرین)وتر بالایی(عضو مورب بالایی)
اتصالات در خرپا ها :اعضای خر پاها به وسیله جوش ، پیچ و مهره ویا پرچ به یکدیگر متصل می شوند اتصال اعضا گاهی به مستقیم وگاهی به مسیله ورقی موسوم به ورق اتصال صورت می گیرد :بنا براین در عمل نه تنها حالت اتصال مفصلی در انتهای اعضا وجود ندارد، بلکه پیوند آنها به یکدیگروبه ورق اتصال از گیرداری قابل ملا حظه ای نیز برخوردار است . توجه به نکاتی خاص موجب می شود که فرض اتصال مفصلی و نیرو ی محوری خالص در اعضای خرپا ها واقعیت بیشتری پیدا کند . از مهمترین ملا حظات در این مورد آن است که در طرح خرپا سعی شود تا امتداد محور میله ها از نقطه مشترکی بگذرد . همچنین اعمال نیرو های خا رجی به محل گروه ها از شرایط دیگر این فرض می باشد .
ورقه های اتصال در خرپا : ورق اتصال در خرپا با توجه به فرم اعضای آن بدست می آید .یکی از مسائلی که گاهی در اتصالات خرپا ها پیش می آید خمش ورق اتصال است . خمش ورق اتصال در بعضی موارد موجب تغییر فرم و کج شدن خرپا واحتمالا خرابی آن می شود . بسیاری از خر ابیهای ساختمانهای خرپایی به علت اتصال ضعیف (جوش یا پرچ یا پیچ )و خمش ورق اتصال اتفاق افتاده است . گسیختگی جوش ، پارگی ورق و برش پیچ وپرچها را نیز باید از ضایعات اتصالات ضعیف خرپا ها به شمار آورد.
لاپه ریزی روی خرپاها و مهار کردن آنها : خر پا ها یا قابهای خرپایی معمولا به فواصل 3تا6 متر از یکدیگر انتخاب می شوند وبر روی آنها تیر های (لاپه) در امتداد عمو د برصفحه خرپا ها ویا قابهای خر پایی قرار داده می شود . برای نمونه قاب ساختمانی از این نوع با تیر های طو لی و عرضی متکی بر آنها در شکل نشان داده شده است . بهتر است لاپه ها روی گره های خر پا قرار گیرند . باد بند وانوع آن در ساختمانهای خر پایی : تعریف : به طور کلی باد بند عبارتند از مجموعه میله ها ویا پرو فیل هایی ( کشها و مهار ها ) است که نو عا به صورت ضربدری قا بهای ساختمانی را بهم متصل می کند . چون مقاومت قابهای خر پایی در برابر نیروهای عمود بر صفحه قابهابسیار کم است ، لذا برای بالا بردن مقاومت ساختمان در امتدادعمود بر قابهای خرپایی، از عناصر ساختمانی دیگری به نام ( باد بند) یا ((مهارهای جانبی ))استفاده می کنند ، فلسفه وجودی باربند جانبی آن است که به نحوی مقاومت مقاومت سیستم قابها را در جهت عمود بر قابها افزایش دهد. سیستم باد بند عبارتند از مجموعه ای از کشها یا مهارهایی که به طور ضربدری قابها را به هم متصل می‌سازد . در این حالت قابهای انتهای ساختمان توسط باد بندها به اولین قاب درونی متصل شده‌اند . این ترتیب تقویت برای ایجاد استحکام جانبی مناسب است و عملکرد آن به این صورت است که سیستم قابهای خرپایی به این وسیله به هم متصل می‌شود و حالت قفسه‌ای را پیدا می‌کند . این قفسه در جهات مختلف تحت اثر نیروهای جانبی دارای صلبیت و پایداری است و واژگون نمی‌شود ، در مواردی نیز سیستم بادبند را هر چند دهنه قاب در میان ، بین دو قاب انجام می‌دهند.چپ و راستها را می‌توان در سطح میله‌های بالایی خرپا یا در سطح میله‌های پایینی خرپا قرار داد.
خرپای فضایی:یکی از مقاومترین و جالبترین سازه‌ها ی شبکه فضایی (( حقیقی )) یا خرپای فضایی است . از خرپاهای فضایی ، به علت سختی و استحکام زیادی که دارند ، برای پوشش فضاهای کارخانه‌ها ، نمایشگاها ،استخرها و … استفاده می‌شود . در عمل از این سیستم برای پوشاندن سقفهایی به مساحت 90*90 بدون بهره‌گیری از ستون استفاده می‌کنند . در طی سالهای اخیر از شبکه‌های دو لایه‌ای که یک یا هر دو لایه آنها از شش ضلعی‌هایی تشکیل می‌‌شود ، برای احداث بام استفاده‌ شده است . جنس و نوع پروفیلهای به کار رفته در خرپاهای فضایی ممکن است لوله فلزی ، آلومینیومی ،نبشی و یا قوطی باشد که اتصالات به صورت مفصلی است.

تحلیل پارامتری رفتار دینامیکی پل های خرپایی طره ای بلند دهانه تحت تاثیر زلزله

در این مقاله پارامتر های موثر بر رفتار دینامیکی پل های خرپایی طره ای تحت تاثیر زلزله مورد بررسی قرار گرفته است . برای این منظور سه پل سه دهانه با طول های کلی 360 و 552و 744 متر براساس آیین نامه آشتو طراحی گردید و اثرات حرکات تیکه گاهی هماهنگ و ناهماهنگ ، سرعت انتشار موج ، انتقال امواج و هماهنگی میان امواج لرزه ای ورودی در جهت طولی پل ها و با در نظر گرفتن اثر توام و همزمان زلزله در جهت های عرضی و طولی مورد مطالعه قرار گرفت . در جهت عرضی به علت این که عرض پل ها خیلی کم است و اثر ارتعاش نا هماهنگ اهمیت ندارد امواج زلزله برای تمام پایه ها یکسان در نظر گرفته شد . برای تحلیل سه بعدی دینامیکی خطی تاریخچه زمانی ازنگاشت های تاریخچه زمانی تغییر مکان زمین استفاده شده که به صورت مصنوعی و اتفاقی ناهماهنگ گوسی ، مبنی بر شبیه سازی حرکات تصادفی ایستا بطوری که با تابع چگالی طیفی خود همبستگی و یک تابع هماهنگی مشخص مطابقت داشته باشند توسط یک برنامه کامپیوتری که در فضای MATLAB طراحی گردید ، شبیه سازی شده اند . تغییر مکان های تولید شده مصنوعی زمین در فواصل مختلف در سرعت نسبتا بالا دارای پیوستگی خوبی می باشند ولی در سرعت های پائین کاملا ناپیوسته هستند و در سرعت های بالا حرکت امواج اثر ناچیزی بر تغییر مکان های تولید شده مصنوعی زمین دارند . فرض زمین لرزه های یکنواخت در تمامی تکیه گاه ها ، همیشه بحرانی ترین حالت درمحاسبه پاسخ ها نمی باشد و سرعت انتشار امواج تنها در صورتی که اثرات ناهماهنگی در نظر گرفته شوند تاثیر قابل توجهی بر تغییر مکان های طولی و عرضی و قائم پل ها دارد و برای دستیابی به یک طرح مناسب ، تخمین دقیقی از سرعت انتشار امواج مورد نیاز است . اثر ناهماهنگی امواج لرزه ای بر تغییر مکان های عرشه در مقایسه با اثر حرکت موج تاثیر بیشتری بر تغییر مکان های عرشه دارد . برای طرح و آنالیز پل ها در صورت نداشتن دادهایی که در آنها اثر ناهماهنگی و اثر عبور موج لحاظ نشده باشند ، لحاظ تاخیر زمان یا همان اثر عبور موج به تنهایی جواب های قابل قبول تری را می دهد و به منظور دستیابی به یک طرح مناسب ، تخمین دقیقی از سرعت انتشار موج مورد نیاز است .