بازسازی و نوسازی مساجد با گنبد سازه فضاکار همراه شبکه دو لایه تخت

استفاده از گنبد سازه های فضاکار

بازسازی و نوسازی مساجد با گنبد سازه های فضاکار همراه شبکه دو لایه تخت 

خلاصه

ساختن مساجد طوریکه که علاوه بر آسان تر بودن و سریع تر بودن اجرا،امنیت لازم در برابر بلایای طبیعی داشته باشند بسیار مهم است. پس کاربرد سازه های فضاکار که خواصی مانند صلیبی بودن، وزن سبک و راحتی اجرا و سرعت بالای نصب دارند، می‌تواند نتیجه بسیار خوبی داشته باشد. در مورد میل به این هدف،این مقاله به گونه ای جدید گنبد فضاکار به همراه شبکه دو لایه تخت با کاربرد در ساخت مسجد با نرم افزار فرمین تاشه پردازی شده است و رفتار آن با انجام تحلیل های استاتیکی و دینامیکی مورد برسی قرار می‌دهد.

کلمات کلیدی:گنبد، سازه فضاکار ،فرمین

1.مقدمه مقاله

با بهره گیری از سازه های فضاکار،تولید فرم های اصیل و تاریخی و فرهنگی از جمله گنبد ها و چلیک ها به آسانی امکان پذیر خواهد گردید و با توجه به رفتار مسلط سه بعدی این سازه ها،ضمن امکان پذیری قابلیت مشارکت بیشتر اعضا در مقابله با عوامل موثر،کاهش وزن قابل ملاحظه و همینطور کاهش نیروهای اینرسی ناشی از زلزله و کم شدن مقدار مصالح مصرفی در مقایسه با سازه های سنتی همیشگی،صلبیت قابل ملاحظه،یکپارچگی و رفتار مناسب در مقابل پدیده ی گسیختگی زنجیره ای،امکانات تولید انبوه صنعتی،امکان تلفیق جنبه های زیباشناختی موجود ایجاد شده و نیازهای فنی و اقتصادی به گونه ی رضایت بخشی برطرف می‌شود.
تا به اینجا، سازه های فضاکار گنبدی وچیلکی، از جنبه های زیادی، از جمله ریخت یابی و ریخت شناسی،ویژگی های کالبدی، رفتار منسجم و عملکرد مناسب در مقابل زلزله ،سبکی وزن و صلیب قابل ملاحظه و راحتی و سرعت ساخت و ساز، الگوی درخشانی به منظور استفاده از فرم سازه ای برای محتوای معماری ایجاد شده. ازچنین الگویی می توان در اقدامات پیشگیرانه مدیریت بحران قبل از وقوع زلزله در قالب نوسازی بافت های فرسوده یا مقاوم سازی استفاده کرد.

2.مدل چیست؟

مدل با استفاده از نرم افزار فرمین تاشه پردازی شده است[1و2و3]. ابعاد کلی ومشخصات هندسی مدل مطابق با شکل 1 می‌باشد. گنبد از نوع گنبد شوئدر می‌باشد. از ویژگی های خاص این مدل،استفاده از آرایش عنکبوتی مطابق شکل 2 درپلان کل سازه است. این امر به هماهنگی معماری گنبد با سیستم تخت منجر شده است.

سازه فضاکار

سازه فضاکار

سازه فضاکار

شکل1-ابعاد کلی و مشخصات هندسی مدل

سازه فضاکار

شکل2-آرایش عنکبوتی پلان سازه فضاکار
شکل2-آرایش عنکبوتی پلان سازه

 

در این تحقیق جهت مدل سازی از نرم افزارSAP[4] استفاده شده است. فولاد مورد استفاده در مدل سازی از نوع ST-37 و اتصال پای ستون ها گیردار فرض شده است.

3.بارگذاری

بار مرده:

بار اسکلت توسط برنامه با داشتن مقاطع اعضا و وزن مخصوصی فولاد به طور خودکار محاسبه می‌گردد. وزن معادل واحد سطح پوشش سقف و بار پیونده ها با توجه به نوع مصالح پوشش مورد استفاده kg/m2 150 فرض شده است.

باربرف:

چگالی برف از جدولی که در همین رابطه توسط مبحث ششم مقررات ملی ساختمانی ایران[5] ارائه گردیده است، استخراج می‌شود. این جدول اعدادی را متناسب با تنوع آب وهوایی موجود در ایران برای چگالی برف ارائه نموده است که چگالی kg/m2 150 برای مناطق با برف زیاد تعیین گردیده است. شیوه ی توزیع باربرف بنا به توصیهISO/IDS/4355 مطابق شکل 3 انجام می‌پذیرد. شدت بار برف اسمی روی بام مطابق رابطه S=µSC به دست می‌آید که SC نماد شدت باربرف روی سطح افقی است. در ضمن هرگاه β>60 باشد،2.3≥ 2µ خواهد بود.
طبق این توصیه، دونوع توزیع متفاوت،دریک حالت به صورت یکنواخت و متقاران و در حالت دیگر،به صورت یکنواخت و نامتقارن در نظر گرفته شده است.

سازه فضاکار

شکل 3-نمو گراف های بار برف طبق توصیهISO/IDS/4355

بار روی هر گره براساس سهم بارگیر هر گره و توسط برنامه ای که به کمک نرم افزار EXCEL نوشته شد،محاسبه و اعمال گردیده است.

4.برسی

برسی استاتیکی خطی: از آن جایی که سازه با کاربری مسجد مورد استفاده قرار می گیرد،طبق استاندارد 2800[6]،ساختمان با اهمیت زیاد در نظر گرفته شده است. لذا ضریب اهمیت ساختمان برابر 2/1 و در محاسبه وزن کل ساختمان،بارمرده و 40% باربرف منظور گردیده است. مشخصات مدل مورد مطالعه براساس بارگذاری بند 3 و با منظور داشتن ضریب زلزله مذکور در فوق تحلیل وبراساس آئین نامه AISC-ASD89 و با استفاده از اعضای لوله ای شکل طبق استاندارد DIN[7] طراحی شده است. نتایج در جدول 1 ارائه شده است.عدد اول،نشان دهنده قطر خارجی و عدد دوم نشان دهنده ضخامت اعضا می‌باشد.

سازه فضاکار

تحلیل مقادیر مشخصه: در جدول 2 نتایج به دست آمده ازاین تحلیل ارائه شده است.

در این جدول:

مقدار زمان تناوب طبیعی به دست آمده از نرم افزار ومقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 ارائه شده. با توجه به جدول تطابق خوبی بین زمان تناوب به دست آمده از تحلیل و مقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 مشاهده می‌شود.

سازه فضاکار

برسی طیفی:

این برسی براساس طیف طرح استاندارد 2800 برای زمین نوع یک ودرنظرگرفتن حداقل تعداد مودهای لازم به منظور ملحوظ داشتن 90% میزان مشارکت مودی انجام گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل وطراحی در جدول 3 ارئه شده است.

سازه فضاکار

برسی تاریخچه زمانی خطی:

برای انجام این برسی از شتاب نگاشت های اصلاح شده سه زلزله ال سنترو،طبس ومنجیل استفاده شده. در اشکال 4تا6 نگاشت ها پس از مقیاس شدن به مقدار بیشینه g 35/0 ترسیم شده. در این اشکال longitudinal معرف مولفه بزرگ تر شتاب نگاشت و transverse معرف دومین مولفه افقی و vertical معرف مولفه قائم زمین لرزه می‌باشند.

شکل 4-شتاب نگاشت زلزله ال سنترو سازه فضاکار
شکل 4-شتاب نگاشت زلزله ال سنترو
شکل 5-شتاب نگاشت زلزله منجیل سازه فضاکار
شکل 5-شتاب نگاشت زلزله منجیل
شکل 6- شتاب نگاشت زلزله طبس سازه فضاکار
شکل 6- شتاب نگاشت زلزله طبس

پروفیل های طراحی شده براساس نتایج از به کارگیری روش تحلیل تاریخچه زمانی خطی در جدول 4 ارائه شده.

سازه فضاکار

5.محاسبه ضریب رفتار

جهت به دست آوردن ضریب رفتار، از برسی استاتیکی غیرخطی بارافزون استفاده شده است.

رفتار اعضا، براساس:

طراحی حاصل از تحلیل استاتیکی خطی و متناسب با نسبت لاغری،مطابق شکل7،در این مرحله مورد استفاده قرار گرفته.

بار جانبی طبق الگوی مود غالب ارتعاشی که از تحلیل مقادیر مشخصه،

به صورت تدریجی و افزاینده بر مدل اعمال شده.

جهت محاسبه ضریب رفتار،برسی ها تا مرحله ادامه می‌یابند که شرط زیر اتفاق افتد:
نیل بیشینه تغییر مکان جانبی نسبی به مقدار 02/0 ارتفاع کل سازه.

شکل7-رفتار اعضا براساس نسبت لاغری سازه فضاکار
شکل7-رفتار اعضا براساس نسبت لاغری

در شکل 8 منحنی پاسخ کلی(برش پایه-تغییر مکان بالای سازه) ودو خطی ایده آل شده ،نشان داده شده است.

سازه فضاکار

شکل 8-منحنی برش پایه -تغییر مکان بالای سازه دو خطی ایده آل شده

در جدول 5 مقادیر Rµ،RS،R برای مدل مورد مطالعه ارائه گردیده اند.

سازه فضاکار

6.نتیجه گیری

در خاتمه خلاصه ای از نکات به صورت زیر قابل جمع بندی است. نتایج در حیطه مدل های مدل مطالعه صدق نموده ودر تعمیم آن باید جانب احتیاط را رعایت نمود.

1- نتایج حاصل از تحلیل مقادیر مشخصه نشان می‌دهد

تطابق خوبی بین زمان تناوب به دست آمده از تحلیل و مقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 وجود دارد.

2- نتایج حاصل از برسی استاتیکی خطی با نتایج تحلیل طیفی قابل قیاس بوده

 

ولی با نتایج تحلیل تاریخچه زمانی خطی تفاوت قابل ملاحظه ای را در این مطالعه نشان داده اند.

3- توصیه می‌شود تا مطالعات بیشتر برای سازه با حدود ابعاد و هندسه مورد مطالعه در این تحقیق،ضریب رفتار حدود 5/8 درنظر گرفته شود.

تهیه کنندگان: شاهرخ مالک، سید محمد سید اردکانی

فهرست مطالب