Transcript سازه هوای فشرده

‫بسم هللا‬
‫الرحمن الرحیم‬
‫سازه های هوای فشرده (بادی)‬
‫سازه‌هاي هواي فشرده‪ ،‬بارها را به تكيه گاه‌ها از طريق پوسته‌هاي ي با تنظيم داخلي به وسيله هوا منتقل مي‌كند‪ .‬مشابه كابل‌ها‪ ،‬انها فقط نيروهاي كشش را از‬
‫طريق سطح پوسته انتقال مي‌دهند‪ .‬به عالوه‪ ،‬به علت انكه سازه‌هاي هواي فشرده به صورت مستقيم براي حمل بارها و تنظيم هواي داخل انها شكل گرفته‌اند‬
‫داراي فرم منحني طنابي نيز مي‌باشند‪.‬‬
‫درك چگونگي عملكرد فشار نيروهاي دروني روي يك پوسته محصور‌ اصل مهمي براي طراحي و تحليل سازه‌هاي هواي فشرده مي‌باشد‪ .‬اصل كلي به اين صورت‬
‫است‪ :‬فشار هوا بار يكنواخت گسترده‌اي را كه عمود بر هر نقطه از پوسته است بر ان وارد مي‌كند‪.‬‬
‫دو نوع كلي از سازه‌هاي بادي وجود دارد‪:‬‬
‫سازه‌هاي متكي بر هوا و سازه‌هاي پر شده از هوا‬
‫در سازه‌هاي متكي بر هوا پوسته سقف يك اليه است كه در اطراف هوابندي شده و با تنظيم فشار داخلي كه كمي بيشتر از فشار هواي بيرون است نگاه داشته‬
‫مي‌شوند‪ .‬در نتيجه تمامي حجم داخلي سازه با فشار هواي داخلي تنظيم مي‌گردد‪.‬‬
‫سازه‌هاي بسته باد شده(پر شده از هوا) براساس عناصر سازه‌اي (مانند قوس‌ها و ستون‌ها) كه فشار هواي داخلي انها تنظيم شده است‪ ،‬شكل گرفته‌اند‪ .‬بنابراين‬
‫به صورت يك فرم صلب هستند كه براي نگاهداري‌ فضاي داخلي محصور‌ كه هواي داخل ان ثابت نيست به كار مي‌روند‪.‬‬
‫حباب صابون‪ ،‬فرمي طبيعي از سازه متكي بر هواست كه به وسيله فشارهاي نامتعادل در هر سمت پوسته اب شكل گرفته است‪ .‬كشش سطحي اب باعث‬
‫محدوديت گسترش حباب مي‌گردد‪ .‬هنگامي كه كشش سطحي به حد مقاومت كششي اب مي‌رسد‪ ،‬حباب از هم پاشيده مي‌شود‪.‬‬
‫همجواري حبابهاي صابون با زاويه ‪120‬‬
‫اگر دو حباب شناور‌ با اندازه برابر به يكديگر نزديك شوند‪ ،‬به هم ملحق شده و سطح پوسته ان دو با زاويه ‪ 120‬درجه با هم برخورد مي‌كنند و سطح تقسيم‬
‫كننده انها ساخته مي‌شود صفحه تقسيم كننده داخلي به علت اينكه فشار برابر در هر دو سمت ان وجود دارد‪ ،‬مسطح است‪.‬‬
‫اگر‌اندازه‌حباب‌ها‌متفاوت‌باشد‪‌،‬فشار‌داخل ي‌متف اوت‌ب وده‌و‌س طح‌جداكنن ده‌دو‌حب اب‌ب ه‌ص ورت‌ي ك‌منحن ي‌خواه د‌ش د‪‌،‬ام ا‌زاوي ه‌ب ين‌س طو ‌بيرو‌ن ي‌‬
‫حباب‌ها‌و‌صفحه‌داخلي‌هميشه‌‪ 120‬درجه‌خواهد‌بود‬
‫اشكال گوناگون‪:‬کروی و غیر کروی‬
‫معموال بيشتر اشكال از طريق دوران يك‬
‫ا‌‬
‫تمامي سازه‌هاي متكي بر هوا تمايل به شكل نيمكره دارند انحناي انها بايد حداقل در يك جهت محدب باشد‪.‬‬
‫فرم خطي حول يك محور‌ به دست مي‌ايند با پوسته‌اي متكي بر هوا كه شكل نهاي ي ان را مي‌سازد‪.‬‬
‫اشكال غير كروي با تكيه‌گاه بادي‪( :‬الف) فرم زين اسبي دوران يافته‪( ،‬ب) بيضي دوران يافته و (ج) مستطيل با گوشه‌هاي مدور‌ جهت كاهش تنش‪.‬‬
‫شرايط بارگذاري‬
‫مشابه ديگر سازه‌ها‪ ،‬در سازه‌هاي متكي بر هوا‪ ،‬بارهاي مرده (وزن‌ پوسته و بارهاي دائمي معلق از پوسته) و بارهاي زنده (بار برف‪ ،‬باران‪ ،‬باد و بارهاي‬
‫وارده موقت) مورد مطالعه قرار مي‌گيرند‪.‬‬
‫بارهاي مرده ‪:‬‬
‫معموال از وارد كردن بارهاي مرده متمركز براي جلوگيري‌ از ميزان زياد تغيير شكل و تنش متمركز بايد اجتناب شود‪ .‬در جاي ي كه چنين باري‌ الزم است‪‌،‬بار‬
‫ا‌‬
‫بايد روي سطح بزرگي پخش شده و پوسته نيز تقويت گردد‬
‫بارهاي زنده‪:‬‬
‫تجمع برف به عالوه بار يكنواخت و قابل پيش‌بيني نسبي ناشي از انباشته شدن برف‪ ،‬مساله مهمي براي سازه‌هاي متكي بر هواست‪ ،‬بخصوص هنگامي كه خيز‬
‫خصوصا در دهانه‌هاي طوالني)‪ .‬بار ناشي از نيروي باد امري‌ مهم در سازه‌هاي متكي بر هواست‪ .‬در سازه‌اي با خيز تند‪‌،‬فشار باد بر بخش‬
‫ا‌‬
‫منحني كم باشد(‬
‫پايين‌تر گنبد در جهت مقابل باد تمايل به متعادل كردن فشار تكيه‌گاهي داخلي دارد و سبب فروريختن داخلي در اثر فشاري‌ كه متعادل شده است در هر جهت‬
‫مي‌گردد‪ .‬فشار داخلي بايد به اندازه كافي جهت مقاوم در برابر اين نيرو‌ بزرگ باشد‪.‬‬
‫در سازه‌هاي ي با خيز كم‪ ،‬هوا به هنگام عبور‌ از روي سازه سرعت گرفته (شبيه به انچه در بال هواپيما اتفاق مي‌افتد)‪ ،‬در نتيجه مكش در باالي پوسته به فشار‬
‫تكيه‌گاهي در پايين اضافه مي‌شود و كشش در ان افزايش مي‌يابد‬
‫بارهاي‌ناشي‌از‌فشار‌هوا‪:‬‬
‫بارهاي‌ناشي‌از‌فشار‌هوا‌عمود‌و‌به‌طور‌يكنواخت‌بر‌پوسته‌عمل‌مي‌نمايند‪.‬‬
‫فشار هواي داخل به وسيله پمپ‌هاي مكانيكي هوا تامين مي‌شود‪ .‬ميزان هواي مورد نياز براي نگاهداري‌ سقف بستگي به حجم داخلي ساختمان‬
‫دارد‪ .‬شيوه ديگر تنظيم فشار هواي داخل به كارگير ‌ي تفاوت دماي بيرون و درون است‪.‬‬
‫بازشوهاي دسترسي‬
‫مشكل اساسي تامين دسترسي‌ها به فضاي داخلي در عين ثابت نگاه داشتن فشار داخلي مي‌باشد‪ .‬درهاي لوالي ي معمولي براي اين سيستم مناسب نمي‌باشند‪،‬‬
‫نسبتا كم هم براي باز شدن به سمت داخل مشكل دارند و هنگامي كه لوال به سمت بيرون مي‌چرخد‪ ،‬غيرقابل كنترل مي‌باشند‪ .‬به عالوه در زير‬
‫زيرا تحت فشار ا‌‬
‫معموال به طور‌ مداوم باز هستند و در نتيجه ميزان اتالف هوا زياد خواهد بود‪.‬‬
‫ا‌‬
‫بار ازدحام مردم‪ ‌،‬درها‬
‫معموال به طور‌ مداوم باز هستند و در نتيجه ميزان اتالف هوا زياد خواهد بود‪.‬‬
‫ا‌‬
‫به عالوه در زير بار ازدحام مردم‪ ‌،‬درها‬
‫در جهت رو‌ به باد‪ ،‬هوا وارد مي‌شود‪ ،‬در جهت پشت به باد فشار داخلي و قسمت خارجي دريچه‌ها را مي‌بندد‪ ،‬با استفاده از هوابند كه از افت فشار ممانعت‬
‫به عمل مي‌اورد‪ .‬اين سيستم به صورت خودكار با تغيير جهت باد عمل كرده و دريچه‌هاي مختلف باز و بسته مي‌شوند‪.‬‬
‫عوامل افت فشار ‪ :‬كاهش هوا به خودي خود يك خرابي نيست‪ ،‬زيرا پوسته سقف براي حركت به باال و پايين طراحي شده است‪ .‬مساله مهم هنگام تخريب يا‬
‫زمان سرويس كردن است‪ .‬كاهش فشار هوا به صورت تصادفي در اثر سه مساله به وجود مي‌ايد‪ .‬افت فشار در اثر شكاف يا بريدگي در سقف مي‌باشد‪ .‬در اثر‬
‫سوء عمل وسايل مكانيكي يا قطع برق‌ است‪ .‬فرو‌ ريختن سازه در اثر وزن‌ برف مي‌باشد‪.‬‬
‫مصالح ‪:‬‬
‫در واقعيت تمامي سازه‌هاي بزرگ پوسته‌اي از مصالح با حداقل كشش در زير بار ساخته مي‌شوند‪ .‬شكل نهاي ي به وسيله شكل‌گيري‌ پانل‌هاي پارچه‌اي يك اليه‬
‫تقريبا با همان حالتي كه چادرها شكل مي‌گيرند‪ ،‬تعيين مي‌گردند‪.‬‬
‫قبل از ساخت‪ ،‬ا‌‬
‫به عالوه‪ ،‬مشابه سازه‌هاي چادري‪ ،‬از سال ‪ ،1974‬تمامي سازه‌هاي هواي فشرده بزرگ از پوسته فايبرگالس با پوشش تفلون ساخته شده‌اند‪ .‬اين پوسته در برابر‬
‫اتش‌سوزي‌ و استهالك در برابر نور‌ خورشيد به خوبي مقاوم است و عمر مفيدي بيش از ‪ 25‬سال دارد‪.‬‬
‫مهار كردن (تكيهگاه)‬
‫در تمامي سازه‌هاي متكي بر هوا نيروي ي برابر با حاصلضرب سطح اتكا انها بر روي زمين در فشار داخلي سازه وجود دارد‪.‬‬
‫در ساختمان‌هاي كوچك‪ ،‬در برابر چنين خمشي مي‌توان با مهار كردن پيرامون ساختمان به زمين‪ ،‬مقاومت كرد‪ .‬در ساختمان‌هاي بزرگ تر‪ ،‬از يك حلقه فشاري‌ از‬
‫معموال به شكل دايره يا بيضي است‪.‬‬
‫ا‌‬
‫بتن مسلح براي مقاومت در برابر نيروي رانش داخلي استفاده مي‌شود‪ .‬به همين دليل‪ ،‬پالن چنين ساختمان‌هاي ي‬
‫مطالعات موردي سازههاي متكي بر هوا‪:‬‬
‫ورزشگاه سرپوشيده گنبد نقره‌اي ‪Silverdome‬‬
‫خيز كم‪ ،‬سقف متكي بر هوا‪ ،‬كابل‌هاي مهار الماس گونه و يك حلقه پيراموني‪ .‬سازه ان تركيبي از بتن مسلح و مقاطع فوالدي ساخته شده است و داراي مقطعي به‬
‫شكل ‪ H‬مي‌باشد‪.‬‬
‫غرفه اياالت متحد‪ ،‬نمايشگاه اكسپو ‪70‬‬
‫اولين نمونه از ساختمان‌هاي با دهانه بزرگ و كابل‌هاي مهاري‌ متكي بر هوا بود‬
‫پوشش سقف‪ ،‬متشكل از يك پوسته فايبرگالس با پوشش وينيل تشكيل شده است‪ .‬سقف به وسيله كابل‌هاي فوالدي كه به شكل الماس چيده شده‌اند‪،‬‬
‫مهار شده است كه نماي ي مشابه شكل ابر را ايجاد مي‌نمايد‪.‬‬
‫مطالعات موردي سازه‌هاي پرشده از هوا‪:‬‬
‫تائتر شناور‪ ،‬نمايشگاه اكسپو ‪70‬‬
‫اين سازه قابل توجه بود كه روي يك قاب مدور‌ فوالدي متكي بر ‪ 48‬كيسه شناور‌ كه روي يك درياچه كم‌عمق شناور‌ بودند‪ ،‬قرار گرفته بود‪ .‬هر كيسه براي‬
‫مقاومت در برابر تغيير ناشي از وزن‌ بار توزيع شده با حركت تماشاچيان در سالن تائتر باال به طور‌ اتوماتيك پرشده بود‪ .‬سازه شنا ‌ور‌ به تدريج در طول رودخانه‬
‫در طي ‪ 20‬دقيقه اجراي نمايش مي‌چرخيد‬
‫پوسته سقف يك پوسته نازك پلي‌استر است كه به قوس‌هاي سمت ديگر متصل مي‌شود‪ .‬فضاي بين سقف و پوسته‌هاي بام تحت فشار منفي براي نگاهداري‌ سقف‬
‫است‪ ،‬كه باعث افزايش فشار بام و افزايش پايدار ‌ي همه جانبه در سقف مي‌گردد‪.‬‬
‫غرفه فوجي‪ ،‬نمايشگاه اكسپو ‪70‬‬
‫در پالن به شكل دايره مي‌باشد از اين فرم دايره‌اي شكل ‪ 16‬عدد قوس پرشده از هوا منشعب شده است‪ .‬قوس‌هاي مركزي‌ در مقطع نيمدايره مي‌باشند‪،‬‬
‫بازديدكنندگان از شرق‌ ساختمان از طريق يك رامپ به سطح باالتر فضاي نمايشگاه وارد مي‌شوند‪ ،‬جاي ي كه تصاوير عكاسي بخوبي روي ديوارهاي پوسته‌اي‬
‫پرشده از هوا ارائه شده است‪ .‬رستوران‪ ،‬سرويس بهداشتي و وسايل كنترل روي يك سكوي مدور‌ در مركز جاي داده شده‌اند‪ .‬يك رامپ متحرك بازديدكنندگان را به‬
‫سطح پايين‌تر نمايشگاه و خروجي غربي منتقل مي‌كنند‪.‬‬
‫سازههاي پرشده از هوا‬
‫برخالف سازه‌هاي متكي بر هوا كه فشار‪ ،‬تمامي حجم داخلي را تنظيم مي‌نمايد‪ ،‬سازه‌هاي پرشده از هوا‪ ،‬اجزاي سازه‌اي پرشده از هوا را (قوس‪ ،‬تير‪ ،‬ديوار و‬
‫ستون) يكي مي‌كند‪ ،‬اين اجزا براي ايجاد شكل محصور‌ ساختمان به كار مي‌روند‪ .‬فقط اجزا‪ ،‬داراي فشار تنظيم شده مي‌باشند و حجم داخلي اين گونه نيست‪.‬‬
‫سازه‌هاي پرشده از هوا به دو بخش اصلي تقسيم مي‌شوند‪ :‬سازه‌هاي دندانه‌اي پرشده از هوا و سازه‌هاي با ديواره دوجداره‪.‬‬
‫رفتار سازهاي‪:‬‬
‫در حالي كه سازه‌هاي متكي بر هوا به فشاري‌ كم براي نگه‌داشتن پوسته سقف نياز دارند‪ ،‬فشار در اجزا سازه‌هاي پرشده از هوا بايد مقدار قابل توجهي باشد‬
‫تا سختي الزم براي پايداري‌ سازه و اعضا تكيه‌گاهي تامين گردد‪.‬‬
‫يك لوله پرشده از هوا را در نظر بگيريد‪ .‬هنگامي كه از هوا پرشده (ولي بارگذاري‌ نشده)‪ ،‬فشار داخلي در دو انتها سبب كشش طولي در پوسته مي‌شود‪ .‬در همان‬
‫زمان‪ ،‬فشار داخلي در جهت جداره استوانه‌اي لوله تمايل به تبديل پوسته به شكل دايره دارد و ايجاد كشش شعاعي در پوسته مي‌كند‪.‬‬
‫در حقیقت در این نوع سازه ‪ ,‬پوسته ی ان که به شکل قسمت های لوله ای یا سلولی است با تحت فشار قرار گرفتن هوای داخل ان برای اماده سازی‌ ساختمان‬
‫به کار می رود‪.‬‬
‫‪)1‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪)2‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪)3‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪.5‬‬
‫‪)4‬‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫اماکن ورزشی‬
‫کلیه رشته های ورزشی‬
‫استخر‬
‫چند منظوره‬
‫اماکن صنعتی‬
‫( کارخانه ها ‪ ،‬کارگاه های تولید )‬
‫انبار و کارگاه های موقت‬
‫کاربردهای نظامی‬
‫انبار تجهیزات و افزار االت جنگی‬
‫اشیانه های موقت هواپیما‪ ،‬بالگرد‬
‫کمپ های نظامی جهت اردوها و مانورهای جنگی‬
‫مقرهای فرماندهی‬
‫استتار کارگاههای سر ‌ی‬
‫سایر موارد‬
‫نمایشگاه ها‬
‫همایش ها‬