Transcript نیرو مصالح فرم

‫استاد‪ :‬جناب دکتر جمشیدی‬
‫دانشجو‪ :‬آصفه رفیعی زاده‬
‫سازه های کشش ی ‪:‬‬
‫پیش تنیدگی یک روش تسلیح بتن با فوالد با مقاومت باال‬
‫می باشد که باعث مقاومت بیشتر اعضای بتنی در مقابل‬
‫بارهای وارده می شود‪.‬‬
‫پیش تنیدگی در احداث ساختمان های اداری و آپارتمانی ‪،‬‬
‫پارکینگ ‪ ، S-O-G ،‬استادیوم های ورزش ی ‪ ،‬تکیه گاه های‬
‫خاک و مهار سنگی و همچنین در پل سازی‪ ،‬ساخت مخازن‬
‫بتنی و سازه های ویژه نظیر اسکله ها و کاربردهای فراوانی‬
‫دارد‪.‬‬
‫هر چند سیستم های پیش تنیدگی نیازمند دانش و نظرات‬
‫فنی خاص ی برای ساخت و نصب کردن می باشد ‪ ،‬اما‬
‫توضیح دادن مفهوم آن آسان است‪.‬‬
‫•کاربرد پیش تنیدگی به ‪ ۴۴۰‬سال قبل از میالد بر می گردد‪.‬‬
‫زمانی که یونانی ها کشش و تنشهای خمش ی در بدنه کشتی‬
‫های جنگی خود را با پیش تنیدگی ساختار بدنه به وسیله‬
‫طنابهای کشیده شده کاهش می دادن‪.‬‬
‫•یک مثال دیگر که نشانگر سادگی پیش تنیدگی می باشد‪،‬‬
‫بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در‬
‫حلقه های فلزی به طور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر‬
‫می فشارد تا مقاومت و پایداری آن را افزایش دهد‬
‫•یکی از ساده ترین مثال های پیش تنیدگی تالش برای بلند‬
‫کردن یک ردیف کتاب می باشد ‪ .‬ابتدا الزم است به دریف‬
‫کتاب ها‪ ،‬از دو طرف فشاری اعمال کنیم تا باعث افزایش‬
‫مقاومت در مقابل لغزش بین کتابها شده به طوریکه بلند‬
‫کردن آنها را ممکن سازد ‪ .‬این‬
‫•مثال همچنین نشانگر یکی از اصول متداول در بیشتر‬
‫کاربردهای پیش تنیدگی است‪.‬‬
‫•با توجه به مثال های فوق می توان پیش تنیدگی را به‬
‫سادگی تعریف نمود‪:‬‬
‫•«اعمال نیروهایی به سازه ‪ ،‬عالوه بر بارهایی که سازه‬
‫برای تحمل آنها طراحی می شود‪ ،‬به منظور افزایش ظرفیت‬
‫باربری سازه‪».‬‬
‫•بتن دارای مقاومت کشش ی کمی است ولی در برابر فشار‬
‫بسیار مقاوم است ‪ ،‬با پیش فشرده کردن یک عضو بتنی ‪،‬‬
‫پس از خمش در اثر اعمال بار نیز کال تحت فشار باقی می‬
‫ماند و بدین دلیل طراحی کارآمدتری را فراهم می آورد ‪.‬‬
‫اصول اولیه بتن پیش تنیده در شکل مجاور نشان داده‬
‫شده است‬
‫•یک تیر بتنی پیش تنیده هنگامیکه تحت اعمال بار قرار می‬
‫گیرد خم می شود و تنشهای فشاری داخلی کاهش می یابد‪،‬‬
‫هنگامی که بار برداشته می شود ‪ ،‬نیروی پیش تنیدگی‬
‫باعث می شود که تیر به حالت اولیه خود برگردد که نشان‬
‫دهنده خاصیت ارتجاعی بتن پیش تنیده است ‪ .‬به عالوه‬
‫آزمایش ها نشان داده اند که تعداد بسیار زیادی بارگذاری‬
‫متناوب می تواند به تیر اثر کند بدون آنکه روی قابلیت تیر‬
‫برای تحمل بارهای سرویس یا ظرفیت نهائی آن تاثیری‬
‫بگذارد ‪ .‬به عبارت دیگر پیش تنیدگی به تیر امکان مقاومت‬
‫بسیار باالیی در برابر خستگی می دهد‪.‬‬
‫•اگر به هنگام اعمال بار‪ ،‬تنش های کشش ی حاصل از بار‬
‫وارده از تنش های پیش تنیدگی فراتر نرود‪ ،‬بتن در ناحیه‬
‫کشش ترک نمی خورد ‪ ،‬اما اگر نیروی اعمال شده زیاد‬
‫شده و تنش های کشش ی بر پیش تنیدگی غلبه کند‪ ،‬ترک‬
‫اتفاق خواهد افتاد‪ .‬با وجود بارگذاری بیشتر تیر تا حد‬
‫ظرفیت نهایی آن‪ ،‬در صورت برداشتن بار‪ ،‬ترکها کامال بسته‬
‫شده و تحت بارهای سرویس دوباره نمایان نمی شوند‪.‬‬
‫دو روش برای اعمال پیش تنیدگی در یک عضو بتنی وجود‬
‫دارد‪:‬‬
‫الف) روش پیش تنیدگی‬
‫در این روش ‪ ،‬بتن پیرامون کابل های از قبل تنیده شده قرار‬
‫می گیرد ‪ .‬با کسب مقاومت گرفتن و گرفتن بتن ‪ ،‬به تدریج‬
‫کابلهای تنیده شده با بتن درگیر شده و هنگامیکه بتن‬
‫مقاومت الزم را کسب کرد‪ ،‬کابل ها آزاد می شوند و بدین‬
‫ترتیب انتقال نیروها به بتن انجام می گیرد‪ .‬برای ایجاد تنش‬
‫در کابل ها نیروی قابل توجهی الزم است ‪ ،‬بنابراین پیش‬
‫کشیدگی اصوال در بتن پیش ساخته مورد استفاده قرار می‬
‫گیرد که در آن نیروها توسط بست های ثابتی که در دو‬
‫انتهای بستر پیش کشیدگی قرار دارد و یا توسط قالبهای‬
‫مخصوص و محکمی در کابلها مهار می شوند‬
‫ب) روش پس کشیدگی‬
‫این روش بتن به دور غالف محتوی کابل های کشیده نشده‬
‫ریخته می شود در زمانی که بتن به مقاومت کافی رسید کابل‬
‫ها کشیده شده وتوسط گیره های مخصوص قفل میشوند‬
‫در این سیستم تمام نیروی کابل ها مستقیما به بتن منتقل‬
‫می شوند واز آنجایی که هیچ تنش ی به قالب اعمال نمی‬
‫شود استفاده از هر نوع قالب عادی ممکن می باشد‬
‫توسعه روش پس کشیدگی ‪:‬‬
‫نو آوری بتن پیش تنیده منسوب به ‪Eugene‬‬
‫‪freyssinet‬میباشد که اولین بار سیستم پس کشیدگی را‬
‫بطور عملی در سال ‪۱۹۳۹‬بکار برد اکثر موارد کاربرد اولیه در‬
‫طرح واجرای سازه های پل انجام گرفت این سیستم با‬
‫استفاده از کابل های چند رشته ای در غال فهای بزرگی که‬
‫در مقطع بتن تعبیه ودر هر دو انتها ثابت می شد توسعه‬
‫یافت کابل ها توسط جک از یک یا هر دو طرف کش ی ده‬
‫شده وسپس داخل غال فها دوغاب ریزی می شد در این‬
‫سیستم که به سیستم چسبیده (‪)bonded‬معروف است‬
‫دوغاب در تمام طول مقطع به کابل می چسبد ماهیت‬
‫چسبندگی در اینجا شبیه به حالتی است که در آن‬
‫میلگردها در داخل بتن مسلح به بتن می چسبد پس از‬
‫تکمیل تزریق دوغاب برای انتقال فشار به مقطع مهارتهای‬
‫انتها ئی کارایی خود را از دست می دهند موارد کاربرد‬
‫متداول دیگر در ساخت قطعه ای می باشد که در آن‬
‫قطعات پل بتنی پیش ساخته بوسیله کابل ها ی فوالدی یا‬
‫میل گرد به یکدیگر پیش تنیده می شوند که در این مورد‬
‫توسعه همان ایده ساده فشردن کتا بها می باشد‪.‬‬
‫بیشتر سیستم پیش تنیدگی به دلیل اندازه بزرگ غالف ها‬
‫وگیره های انتها یی در ساختمان سازی فقط طراحی تیرهایی‬
‫با دها نه بزرگ که بار های سنگینی را تحمل می کنند مورد‬
‫استفاده قرار می گرفت اما از سال ‪۱۹۷۰‬میالدی شرکتهای‬
‫معتبر پیش تنیدگی در دنیا اقدام به طراحی وتولید ادوات‬
‫پس کشیدگی مطابق با استاندارد ساختمان سازی نموده‬
‫وتا به امروز میلیون ها متر مربع از این نوع ساختمان ها با‬
‫کاربری های متفا وت اجرا شده است‬
‫سیستم های چسبیده وغیر چسبیده ‪:‬‬
‫پیشر فتهای اخیر پس کشیدگی خصوصادر زمینه اجرای دال‬
‫کف درجا منجر به استفاده از دو روش ساخت شده است‬
‫الف) سیستم چسبیده‬
‫ب) سیستم غیر چسبیده‬
‫الف) سیستم چسبیده‬
‫با این روش کابلهای پیش تنیده از میان غالف های تخت ‪،‬‬
‫ممتد و کوچک عبور می کند که داخل غالفها بعد از‬
‫کشیده شدن کابلها با دوغاب پر می شود ‪ .‬این سیستم‬
‫برای کاربردهای تخصص ی استفاده می شود‪.‬‬
‫خصوصیات عمده سیستم چسبیده به شرح زیر می باشد‪:‬‬
‫ موثرترین طراحی پیش تنیدگی وقتی حاصل می شود که‬‫کابلهای پیش تنیدگی با خروج از مرکزیت نسبت به مقطع‬
‫بتنی و نه در یک خط مستقیم بلکه در یک مسیر منحنی و یا‬
‫خطوط شکسته قرار داده می شود‬
‫ اندازه غالف استفاده شده در این سیستم و حداقل‬‫پوشش ی که بایستی فراهم شود‪ .‬میزان حداکثر خروج از‬
‫مرکزیتی که می توان به آن دست یافت را محدود می کند‪.‬‬
‫ غالف ها از نوارهای فلزی گالوانیزه که به شکل مارپیچی‬‫خم شده اند‪ .‬درست می شود‪.‬‬
‫ میزان انحناء و یا مسیر کابلهای پیش تنیدگی به قابلیت‬‫انعطاف غالف ها بستگی دارد‪.‬‬
‫ غالفها پس از کشیدگی کابلها ‪ ،‬باید با دوغاب پر شود که‬‫این عمل فعالیت دیگری را به فرآیند ساخت اضافه می‬
‫کند‪.‬‬
‫ چسبندگی در سراسر طول کابلها توسط مالت سیمانی به‬‫نام دوغاب به دست می آید‬
‫ نیروی پس کشیدگی کابلها تابعی از تغییر شکل بتن می‬‫باشد‪.‬‬
‫سقف های متحرک ‪:‬‬
‫ساخت بناهایی با سقف منعطف از اعصار پیشین رواج‬
‫داشت‪ .‬بناهای تاریخی بسیاری با سقف بازشو وجود دارد‪ .‬از‬
‫والهای رومی تا چادر عشایر‪.‬‬
‫والهای نوع اولیه تاتر رومی مرکب از تیرهای چوبی و ترکه‬
‫های عمودی است که با طناب به هم متصل شدند‪ .‬طناب‬
‫های میتوانستند به طور موازی مابین تیرها حرکت کنند‪ .‬با‬
‫کشیدن طنابها میتوانستند زاویه قرارگیری سقف را با‬
‫توجه به نور خورشید تغییر دهند‪.‬‬
‫سازه اصلی چادرهای مخروطی شکل از تیرهای چوب است‪.‬‬
‫محل قرارگیری راه خروج دود در راس چادر مطابق جهت‬
‫باد تغییر میکند‪ .‬همچنین پوستههای یکسان با ارتفاع‬
‫متفاوت قابل برپایی بودند‬
‫قدیمیترین تصویر باقیمانده از سقف چتری شکل متعلق به‬
‫‪ ۱۳‬قرن قبل از میالد تصویر پادشاه آشور‪ ،‬آشوربانیپال را‬
‫با چتر خورشیدی‪ ،‬نشانگر قدرت و سالمت جاویدان‪ ،‬نشان‬
‫میدهد‪ .‬این ساختمان پس از گذشت سالها همچنان به‬
‫شکل اولیه خود باقی مانده است‪ .‬پرده با نیروی کشش ی و‬
‫تیر مرکزی که نیروی فشاری هر واحد را تحمل میکند‪.‬‬
‫در قرن پانزدهم میالدی لئوناردو داوینچی بر اساس‬
‫مطالعات فراوان سازهای‪ ،‬یک مکانیزم مسطح ساده قابل‬
‫گسترش را طراحی و در جلد اول کتاب خود معرفی کرد‪.‬‬
‫(چیلتون‪)۱۳۸۶ ,‬‬
‫در باغسازی دوران قاجار ایران سازههای سبک در باغها‬
‫برای برافراشتن چادر میان چمن رواج داشت‪( .‬ایرانی‬
‫بهبهانی‪ )۱۳۸۲ ,‬در زیر این چادرها در تابستان فضایی مفرح‬
‫برای گذران اوقات فراغت و برپایی میهمانیها و مراسم‬
‫جشن و عزا به وجود میآمد‬
‫سازههای قابل گسترش در ابتدا برای حفظ حالت باز و‬
‫بسته شونده خود در اندازههای کوچه ساخته میشدند‪.‬‬
‫(‪ )Melin, 2004‬در پی تصمیم دولت ایاالت متحدهآمریکا‬
‫در سالهای ‪ ۱۹۸۰‬برای تاسیس یک پایگاه فضایی‪ ،‬ناسا‬
‫هزینه تحقیق در خصوص سازههای باز و بسته شونده را‬
‫فراهم کرد‪ .‬هدف از این تحقیق ساخت سیستمهای‬
‫مهندس ی بازو بسته شوندهای بود که بتواند جهت حمل به‬
‫فضا در فضاپیما جای گیرد‪ .‬این سازههای میبایست پس از‬
‫حمل به فضا گسترش یافته و به اصطالح منبسط یا‬
‫منفجر شوند‪.‬‬
‫(مشایخ فریدنی‪)۱۳۷۷ ,‬‬
‫به این طریق حجمهای مثل آنتنها و خودروی فضایی‬
‫بسته بندی شده ساخته شد تا زمانیکه به مدار یا سطح‬
‫سیاره رسیدند باز شوند‪ .‬حجم بستهبندی کم‪ ،‬سرهم بندی‬
‫سریع و گسترش و بسته شدن آسان از معیارهای طراحی‬
‫این سازهها بود‪ )Melin, 2004( .‬اگر چه طرح مذکور در‬
‫سطح کالن اجرا نشد‪ ،‬ولی هنوز هم سازههای کوچک یا‬
‫اشیاء باز و بسته شوندهای مانند گیره خورشیدی و آنتنها‪،‬‬
‫کماکان مورد استفاده است‪.‬‬
‫دانشگاه کمبریج از جمله مراجعی است که در زمینه‬
‫سازههای قابل گسترش تحقیق کرده است‪ .‬سرجیو پلگرینو‬
‫از این دانشگاه حلقهای را ساخت که قابل گسترش است‪.‬‬
‫حلقه از میله و کابل تشکیل شده و تعداد میلهها در هر‬
‫اتصال ‪ ۴‬عدد است که در وسط طول دو به دو به شکل‬
‫قیچی به یکدیگر اوال شدهاند‪.‬‬
‫اتصاالت را تعدادی کابلهای فعال و غیر فعال به یکدیگر‬
‫متصل میکنند‪ .‬به این ترتیب که با حرکت و گسترش سازه‪،‬‬
‫کابلهای فعال توسط قرقرهها جمع شده و رفته رفته‬
‫کابلهای غیر فعال وارد عمل میشوند تا در نهایت در کشش‬
‫کامل قرار گرفته و سازه شکل نهایی خود را ثابت کند‪.‬‬
‫سازمان فضایی و هوانوردی ژاپن نیز تحقیقات جامعی در‬
‫خصوص سازههای قابل گسترش انجام داده است‪ .‬کوریر‬
‫میورا با همکارانش توانستهاند اصول پیچیده ریاض ی را با‬
‫هنر اوریگامی ترکیب نموده و به سطوح قابل گسترش‬
‫دست یابند‪ .‬در واقع مجموعه تاشده کامال مسطح را تنها با‬
‫قطعات مسطح میتوان به دست آورد به نحویکه وقتی این‬
‫قطعات به روی هم قرار میگیرند‪ ،‬مجموعه بدون انحنا باقی‬
‫بماند‪( .‬مشایخ فریدنی‪)۱۳۷۷ ,‬‬
‫در دو دهه اخیر هزینه برپایی مسابقات ورزش ی و کنسرت ها‬
‫به نحو چشمگیری افزایش یافته و هزینههای لغو هر کدام‬
‫از آنها بیش از پیش سنگینتر گردیده است‪.‬‬
‫در فاصله زمانی بین سالهای ‪ ۱۹۹۸‬تا ‪ ۲۰۰۲‬نه مرتبه‬
‫مسابقات تنیس ویمبلدون در شرایط آب و هوای بارانی‬
‫برگزار گردید‪ .‬به دلیل نیاز چمن زمین به نور خورشید و‬
‫لزوم سرباز بودن زمین‪ ،‬یافتن راهی برای سرپوشیده نمودن‬
‫مرکز زمین در زمانهای مقتض ی ضرورت یافت‪.‬‬
‫برای غلبه بر چنین مشکالتی ساخت استادیومها و‬
‫استخرها با سقف متحرک رواج یافت‪ .‬ایده ساخت سقف‬
‫متحرک از سوی پینهرو مطرح شد‪ .‬او سازه قابل بسطی را‬
‫به کمک مکانیزم قیچی طراحی کرده بود‪.‬‬
‫به دلیل عمر کوتاه پینهرو تمام تحقیقات او در این‬
‫خصوص تنها ‪ ۹‬سال به طول انجامید‪ .‬اما تاثیرات شگرفی‬
‫بر آیندگان داشت‪ .‬او درکل بر روی دو نوع سازه مختلف کار‬
‫کرد‪.‬‬
‫‪-۱‬سازه مشبک مجزا‬
‫‪-۲‬سازه قابل گسترش‬
‫اکثر سازههایی که پینهرو به آن توجه داشت‪ ،‬اغلب در‬
‫حوزه تمرین و قدمهای نخستین یک حرکت بودند‪ .‬مانند‪:‬‬
‫‪-‬تئاتر متحرک برای فستیوالها‬
‫سالن سینما پروجکشن‬‫سقف موزه پالئوکریستین در تاراگونا‬‫‪-‬گنبد موزه دالی‬
‫سامانه سازه قابل گسترش او به لحاظ آسانی و سرعت‬
‫عمل در باز و بسته شدن‪ ،‬ایدههایی را که تا آن زمان در این‬
‫خصوص وجود داشت‪ ،‬متحول نمود‪ .‬او از ترکیب ورقهای‬
‫نازک حجمهای مسطح و محدب پدید آورد‪.‬‬
‫(‪)Belda, 2003‬‬
‫در سال ‪ ۱۹۶۴‬معمار آملانی ” فرای اتو” موسسهای برای‬
‫تحقیق در خصوص سقف های متحرک را بنیان نهاد‪ .‬فرای‬
‫اتو و همکارانش سیستم طبقه بندی آنرا توسعه دادند‪ .‬آنها‬
‫بین سقفهای صلب و سقفهای پوستهای تمایز قایل‬
‫شدند‪ .‬همچنین در این راستا فرمهای ممکن سقفهای‬
‫متحرک را در ماتریس زیر طبقهبندی کردند‪.‬‬
‫در دو دهه اخیر توان بشر برای ساخت سقفهای متحرک‬
‫افزایش بینظیری یافته است‪ .‬اساس این تحول‬
‫انعطافپذیری و بهینه شدن اقتصادی اجرای آنها نسبت به‬
‫سایر سقفهای ثابت و سنتی است که معیار ارزیابی مزیت‬
‫این گونه سازهها نیز گردید‪ )Jensen, 2005( .‬از لحاظ‬
‫تطابق سقفهای منعطف با اقلیم منطقه در تمام روزهای‬
‫سال مزیت چشمگیری بر سایر روشها دارد‪.‬‬
‫(‪)Mollaert, 2003‬‬
‫یکی از کاربردهای شبکههای فضایی قابل گسترش و‬
‫تاشونده‪ ،‬ایجاد سازههای بزرگ برای حفاظت از تجهیزاتی‬
‫مانند صفحات فتوولتائیک است‪ .‬این شبکه فضایی‬
‫میتواند به صورت فشرده ساخته شده و به فضای مورد‬
‫نظر منتقل گردد‪(.‬چیلتون‪)۱۳۸۶ ,‬‬
‫اصول طراحی و باربری سازه های کشش ی ‪:‬‬
‫‪ -1‬سازه های کشش ی در اثر پیش تنیدگی و هندسه دو‬
‫قوس ی در مقابل نیروهای باد و برف ایستا می شوند‬
‫این پیش تنیدگی به دو صورت مکانیکی و نئوماتیک انجام‬
‫می گیرد‬
‫‪ -2‬نیروهای املان های سازه ای بر اساس فرم و هندسه‬
‫طرح تعریف می شود‬
‫‪ -3‬پارچه ها و کابل ها فقط کشش را تحمل می‬
‫کنند‪.‬فشار‪،‬پیچش‪،‬خمش‪ ،‬فقط توسط املان های سخت‬
‫( پروفیل های فلزی ‪ ،‬بتن پیش تنیده ‪ ،‬چوب و ‪ )...‬تحمل‬
‫می شود‬
‫بررس ی چند نمونه از استاندارد های سازه های‬
‫چادری ‪:‬‬
‫حال به بررس ی چند نمونه از سازه های پارچه ای میپردازیم‬
L
H
Z
Area
L
H
Z
Area
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده سازه های چادری در کشور‬
‫عزیزمان ایران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫مانژ و لونژ سوارکاری ‪ ،‬لواسانات تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫سایبان منزل شخص ی در تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫ورودی سالن جدید موزه سینما ‪ ،‬تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫بازار گل ‪ ،‬تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫نصب پارچه پروژه بازار گل ‪ ،‬تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫آمفی تئاتر آب و آتش ‪ ،‬تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫نمایشگاه سطح مینیمم ‪ ،‬تهران‬
‫تصاویر پروژه های اجرا شده ‪:‬‬
‫آمفی تئاتر پارک پردیسان ‪ ،‬قائم ‪ ،‬کرمان‬