دانلود تحقیق طبقه بندی و محدودیت سیستم های ساختمان های بلند

یکی از الزامات مهم در طراحی و اجرای ساختمان ها، تامین ایمنی در برابر آتش سوزی است.

برای این منظور لازم است تا ساختمان به نحوی طراحی و اجرا گردد که در صورت وقوع حریق، ایمنی جانی و مالی شهروندان به نحو منطقی و متناسب با کاربری ساختمان تامین شده باشد.

به این منظور به طور خلاصه باید موارد زیر رعایت گردد: الف – افراد داخل ساختمان در اولین لحظات وقوع حریق از آن مطلق شوند تا بتوانند واکنش مناسبی را به موقع از خود نشان دهند.

این هدف به وسیله سیستم های کشف و اعلام حریق قابل تامین است.

ب – راه های خروج ایمن برای تمام افراد داخل ساختمان وجود داشته باشد .

برای این منظور باید به کاربری ساختمان و توانایی های متصرفان ساختمان توجه کامل نمود، از جمله برای افرادی که دارای محدودیت حرکتی باشند، باید تمهیدات مناسبی پیش بینی گردد.

ج – مصالح ، مبلمان و تزئینات ساختمان ها به نحوی انتخاب شوند که از گسترش آسان و سریع حریق جلوگیری شود.

محدودیت های مربوط به این قسمت نیز به نوع تصرف ساختمان بستگی دارد.

در خصوص مبلمان و تزئینات داخلی، اگرچه در ساختمان های مسکونی شخصی نمی توان محدودیت زیادی ایجاد یا کنترل نمود، اما کنترل این موضوع در ساختمان های عمومی و خصوصا تجمعی ضرورت دارد.

د – اجزای ساختمان باید به طور متناسب با تصرف و ابعاد ساختمان، از مقاومت کافی در برابر آتش برخوردار باشند تا از ریزش ساختمان بر اثر حریق و یا گسترش ساده حریق به واحدها و ساختمان های مجاور جلوگیری شود.

ه - تجهیز ساختمان به لوازم و امکانات اطفای حریق متناسب با بار حریق، ابعاد وتعداد متصرفان، پیش بینی شود.

وجود شبکه اسپرینکلر در ساختمان های بلند یا با خطر زیاد، ضرورت دارد.

و- امکان دسترسی مناسب نیروهای آتش نشانی در اطراف و داخل ساختمان پیش بینی شود.

در این مقاله به روش های آزمایشی و طبقه بندی مصالح و اجزای ساختمانی از نظر خطر حریق پرداخته می شود.

با استفاده از این روش میتوان مصالح مناسب برای استفاده در ساختمان که موضوع بندها ی(ج) و (د) در فوق میباشد را تعیین نمود.

سقف های اجرا شده با تیرچه وبلوک ، دارای محدودیت های اجرائی به شرح زیر هستند: 1) فاصله محور تا محور تیرچه ها نباید از 70 سانتیمتر بیشتر باشد .

2) بتن پوششی قسمت بالائی تیر ( بتن روی بلوک ) نباید از 5 سانتیمتر ، یا 12/1 فاصله محور به محور تیرچه ها کمتر باشد .

3) عرض تیرچه ها نباید از 10 سانتیمتر کوچکتر باشد و همچنین نباید از 3.5/1 برابر ضخامت کل سقف کمتر باشد .

4) حداقل فاصله دو بلوک دو طرف یک تیرچه ، پس از نصب نباید کمتر از 6.5 سانتیمتر باشد.

5) ضخامت سقف برای تیرهای با تکیه گاه ساده نباید از 20/1 دهانه کمتر باشد .

در مورد تیرهای یکسره ( تکیه گاه های گیردار ) نسبت ضخامت به دهانه ، به 26/1 کاهش می یابد .

در سقف هایی که مسئله خیز مطرح نباشد ، این مقدار تا 35/1 دهانه نیز کاهش می یابد .

6) حداکثر دهانه مورد پوشش سقف ( در جهت طول تیرچه پیش ساخته خرپایی ) یا تیرچه های منفرد ، نباید از 8 متر بیشتر شود برای اطمینان بیشتر ، دهانه مورد پوشش ، بیشتر از 7 متر نباشد و در صورت وجود سربارهای زیاد ، و یا دهانه بیش از 7 متر ، از تیرچه مضاعف استفاده شود.

محدودیت استفاده از شیشه در نمای ساختمان با اشاره به این که برنامه راهبردی منظر شهری در حال آماده شدن است، بر اساس مصوبه شورای شهر، برای مالکانی که بیش تر از 40درصد نمای ساختمان های آنها شیشه ای است، جرایمی در نظر گرفته شده است.

و این که بحث شیشه ای بودن نمای ساختمان ها از نظر تخصصی دارای ابعاد مختلف است، گفت: نمای شیشه ای ساختمان از نظر فنی، ایمنی و به ویژه از نظر معماری و هویت ملی دارای اهمیت است و این که این نوع ساختمان ها در چه بافت محله ای احداث شوند، قابل بررسی است.ساختمان های نمای شیشه ای باید امکانات خاصی را داشته باشند و تمهیداتی مانند ایمنی ساختمان در برابر زلزله، مباحث حرارتی و مبحث 19 مقررات ملی ساختمان در آنها لحاظ شود.

به اعمال جریمه برای سازندگان ساختمان های نمای شیشه ای اظهار کرد: براساس مصوبه شورای شهر، احداث ساختمان با 40درصد نمای شیشه ای با در نظر گرفتن تمهیدات لازم، مجاز وبرای بیشتر از آن، جرایمی در نظر گرفته شده است.

مدیر کل معماری و ساختمان معاونت شهرسازی و معماری شهرداری تهران، از تهیه و تدوین برنامه راهبردی سیمای شهری خبر داد و افزود: برنامه راهبردی منظر شهری، توسط چند مشاور در حال آماده شدن است و محورهای احداثی، اصلاحی و تجاری ساختمان ها، با در نظر گرفتن سیمای شهری در آن طراحی می شود.

تغییر توسعه سیستم های سازه ای ساختمان های بلند ، از ساختمان های با سیستم قاب صلب تا ساختمان های به شکل طره بلند می باشد .

قابهای مقاوم چرخشی(Moment resistant frames) تا حدود 20 یا 30 طبقه می توانند موثر باشند .قابهای توخالی (Tublar system) و خرپاها ، اخیرا به محدودیت هایی رسیده اند .

در سال 1984 موسسه ساختمان های بلند و اسکان شهری چهار دسته از سیستم های سازه ای برای ساختمان های بلند به شرح زیر را طبقه بندی کرد (Flaconer & Beedle 1984) 1) قابهای برشی : Shear Frames الف) قابهای نیمه صلبSemi-Rigid Frmaes ب) قابهای صلب Rigid Frames 2) سیستم های برهم کنشی : Interacting Systems الف) قابهای با هسته برشی Frames with Shear Cores ب)قابهای با برش و خرپاها و نوارهای مهاریFrames with Shear, Band and Outrigger Trusses 3) سیستم های نیمه لوله ای Partial Tubular Systems الف)لوله های قابی کانال انتهایی با خرپای برشی داخلی End Channel Framed Tube with Interior Shear Trusses ب)لوله های قابی کانال انتهایی (I) متوسطEnd Channel and Middle I Framed Tubes 4) سیستم های لوله ای Tubular Systems الف)لوله قابی خارجی Exterior Framed Tube ب)لوله در لوله Tube-in-Tube ج)لوله قابی دسته بندی شده Bundled Framed Tube د) لوله های مورب خارجیExterior Diagonalized Tube به دلیل استفاده وافر از سیستم های لوله ای در ساختمان های بلند اخیر ، این سیستم را مورد بررسی قرار دهیم .

سیستم لوله ای در حال حاضر به چند دسته تقسیم می شود که عبارتند از : ۱) لوله های قابی خارجی 2) سیستم لوله در لوله 3) لوله قابی دسته بندی شده 4) لوله های مورب خارجی(لوله خرپایی) فاکتورهای که در انتخاب نوع سیستم سازه ای تاثیر می گذارد عبارتند از : 1) ملاحظات کلی اقتصادی 2) شرایط خاک 3) نسبت ارتفاع به عرض ساختمان و سختی آن 4) ملاحظات ساخت و نصب 5) ملاحظات سیستم های مکانیکی 6) ملاحظات طبقه بندی آتش و ایمنی جانی افراد 7) فاکتورهای اجتماعی استفاده کننده ها و همسایگان 8) فاکتورهای قانونی ، منطقه ای و قراردادها 9)دسترسی و هزینه مواد اصلی ساختمان سیستم لوله قابی (Framed Tube) درسال1960 آقای دکتر فزلارخان یک سیستم سازه ای جدید را معرفی کرد .

این سیستم که سیستم لوله ای نام گرفت ، مشکل رکود در ساختن ساختمان های بلند را تا حد بسیار زیادی حل کرد .

دکتر فزلار خان نخستین توسعه دهنده قابهای برهم کنشی ، سازه های قابی لوله ای و سیستم لوله در لوله (که در ساختن ساختمانها بلند را بسیار اقتصادی می کند) است .

در سیستم سازه ای لوله ای ، محیط ساختمان از ستونهای نزدیک به هم که بوسیله پشت بندهای عمیق به هم وصل شده اند ، تشکیل می شود.

سیستم حاصل مانند یک طره عمودی عظیم کار می کند و به خاطر تقسیم شدن نیروی باد بین ستونهای سطح باد خور (سطح رو به باد) و سطح پشت به باد بسیار موثر عمل میکند.مفهوم لوله به تنهایی سختی و محدودیت های لرزشی ساختمان را ارضا نمی کند .

انحراف وتری به علت جابجا شدن محور ستون ها و انحراف جان تیر به علت برش و تغییر شکل های خمشی در اطراف ستونها و پشت بند ها ، ممکن است بطور قبل ملاحظه ای به خصوصیات الاستیک و هندسی لوله بستگی داشته باشد.تعداد طبقاتی که ممکن است با استفاده از سیستم لوله ای اقتصادی باشد ، با توجه به فاکتورهایی از قبیل فاصله و اندازه ستون ها ، عمق پشت بندهای محیطی و نسبت پلانی تغییر می کند .البته در این سیستم ساختمانی بازده کار بسیار بالا می باشد ، به طوری که مصالح مصرف شده در هر فوت کف ، در مقایسه با ساختمان های قابی متداول به نصف کاهش می یابد !

مشکلات اساسی در ساختن آسمان خراشها و ساختمان های بلند ، نیروی باد و پدیده لنگی برشی و تغییر مکان جانبی می باشد که در ادامه مورد بحث قرار می گیرد .

پدیده لنگی برشی (shear lag) ستون هایی که لوله را می سازند در مقابل بارهای جانبی مانند یک تیر طره ای خم می شوند ، رفتار واقعی لوله در جایی ما بین تیر طره ای خالص و قاب خالص قرار دارد ، اضلاعی از لوله که موازی امتداد نیروهای جانبی می باشند ، با توجه به انعطاف پذیری تیرها تمایل دارند که مانند قاب های صلب چند دهانه و مستقل عمل کنند ، این انعطاف پذیری باعث می شود که در قاب تغییر شکل های ناشی از برش ایجاد شود که به نام لنگی برشی خوانده می شود ، بنابراین در ستون ها و تیرها خمش بوجود می آید .

به طور کلی می توان گفت که از مجموع حرکات جانبی فقط 25 درصد ناشی از عمل طره ای لوله است و 75 درصد بقیه در اثر لنگی (لقی) برشی بوجود می آید .این نوع رفتار از خصوصیات قابهای صلب می باشد .

اثر تغییر شکل برشی در روی عمل لوله منجر به توزیع غیر خطی فشار در امتداد پوش ستونها میگردد، ستونهایی که درگوشه های ساختمان قرار دارند مجبور می باشند که سهم بیشتری از بار را نسبت به ستونهای ما بین آنها تحمل کنند .

بعلاوه تغییر شکل کل ساختمان دیگر شباهت به تغییر شکل تیر طره ای نخواهد داشت ، زیرا تغییر شکل حالت برشی اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد .

مسئله برش شدیدا در روی کارایی سیستم های لوله ای تاثیر میگذارد و تمام پیشرفت های بعدی در طرح لوله ای ، سعی در برطرف نمودن این اشکال دارد.

دکتر فزلار خان در دهه هفتاد میلادی در این رویا بود که ممکن است ساختمان بتنی با ارتفاعی ساخته شود که قابل رقابت با ساختمان های فلزی باشد .

حدس وی برای پیدا کردن راه حلی برای از بین بردن پدیده لنگی برشی وی را به سمت مفهوم جدیدی به نام لوله های مورب هدایت کرد که نبوغ ایشان دراین پدیده در ساختمان جان هانکوک دیده می شود .

همچنین وی اجرای روشهای مشابه برای ساختمان های بتنی با لوله های خرپایی مورب که شامل ستون های خارجی با فاصله حدود سه متر (10 فوت) و با بلوک های پنجره ای در هر طبقه برای ساختن طرح مورب در نما بود را توصیه کرد .

قطر ها باید برای تحمل نیروهای برشی طراحی می شدند ، بدین گونه که خمش در ستون ها و تیرهای لوله از بین برود .اگر چه وی این مطالب را بیان کرد ولی ایده او حدود پانزده سال برای ساختن ، ساختمان واقعی منتظر ماند .

در این سیستم قطرها دو کار انجام می دادند ، یکی افزایش خاصیت لوله ای با کاهش پدیده لنگی برشی و دیگری کاهش کوتاه شدگی در ستونهای خارجی با توزیع بارهای ثقلی ، بنابراین سختی بیشتر موثر ساختمان با اضافه کردن قطرها تحقق یافت پیدایش سیستم لوله ای در شرایط بحرانی رکود ساختمان های بلند ، آقای دکتر فزلارخان یک سیستم سازه ای جدید را معرفی کرد(1960) .

این سیستم که سیستم لوله ای نام گرفت مشکل رکود در ساختن ساختمان های بلند را تا حد بسیار زیادی حل کرد .

دکتر فزلار خان نخستین توسعه دهنده قابهای برهم کنشی ، سازه های قابی لوله ای و سیستم لوله در لوله (که ساختن ساختمانهای بلند را بسیار اقتصادی می کند) است .

این سیستم به تدریج توسعه یافت تا جایی که اکثر ساختمان های بلند در حال حاضر از این سیستم سازه ای استفاده می کنند .

انقلاب سیستم سازه ای لوله قابی اولین بار در ساخت آپارتمان دویت چستنات دیده شد .

ادامه دارد ........

سیستم لوله های دسته بندی شده Bundled tube یک طرح واقعا اقتصادی و مناسب از نظر سازه ای می باشد که از تیرها و ستون های صلب در شبکه خارجی سود می برند ، دیوار خارجی مثل یک لوله (مجرای توخالی ) عمل می کند و یکی از سازه های مطرح شده در برابر نیروی باد می باشد .

این سیستم یک از توسعه سیستم لوله در لوله ایجاد شده است ، در این سیستم سختی و مقاومت ساختمانهای بسیار بلند ، بوسیله لوله ها تولید می شود که با هم ، هم مرز هستند و مثل یک مجموعه بزرگ عمل می کنند.

این سیستم شبیه ساختمان سلولی گیاه بامبو و یا مثل سیستم درختان است .مشکل معماری این طرح تقسیم شدن پلان سازه می باشد که این امر با توجه به فاصله زیادتر بین ستونهای محیطی رفع می شود .

این سیستم در سازه برج سیرز در شیکاگو استفاده شده است .

این برج به مدت بیست و دو سال بلند ترین ساختمان دنیا بوده ،که البته تا سال 2004 و قبل از ساختن برج تایپه ، همچنان بالاترین کف طبقه را به خود اختصاص می داده است .

تیوپ های دسته ای دراین برج در هر پهنای هفتاد و پنج فوت قرار دارند و ستونی بین هسته و محیط وجود ندارد .

در مورد این برج اعداد و ارقام بسیار شگفت انگیزی وجود دارد ، از جمله خروج از مرکزیت این برج در بالاترین نقطه ناشی از باد فقط یک فوت می باشد ، که این رقم برای شهر بادخیز شیکاگو یک رکورد حساب می شود .فایده دیگر این سیستم نوآوری در تنظیم چند بعدی بالقوه آن از نظر معماری است، به این ترتیب که ساختمان های کوتاه تر مجبور بودند مانند جعبه باشند ، اما واحد های لوله ای می توانند اشکال مختلفی داشته باشند و می توانند در گروه های مختلفی با هم دسته بندی شوند .

برج سیرز از دو لوله (تیوپ) 50 طبقه ، دو لوله 66 طبقه ، سه لوله 90 طبقه و دو لوله 105 طبقه تشکیل یافته است ، که یک طرح بسیار عالی برای شهر بادخیز شیکاگو می باشد ، با بالارفتن سازه ، لوله ها نیروی باد را کم می کنند .البته این سیستم دستخوش تغییرات زیادی شده که از جمله آن سیستم لوله ای به همراه دیوارهای برشی و اشکال دیگری از آن در ساختمان های بتنی و فلزی را میتوان نام برد .