عوامل پایداری ساختمان های بلند/تجزیه و تحلیل پایداری سازه های فولادی

ساختمانهای بلند مرتبه باید به گونه ای ساخته شوند که بتوانند بارهای باد و نیروهای لرزه ای را تحمل کنند.برای پایداری ساختمان و سازه ، سیستم مهاربندی یا دیوار برشی در نظر گرفته می شود .

عوامل پایداری ساختمان های بلند

 

ساختمانهای بلند مرتبه باید به گونه ای ساخته شوند که بتوانند بارهای باد و نیروهای لرزه ای را تحمل کنند.برای پایداری ساختمان و سازه ، سیستم مهاربندی یا دیوار برشی در نظر گرفته می شود .موارد بسیاری وجود داشته که به دلیل ناپایداری سازه ها تخریب شده اند .روش های محاسبه با استفاده از نرم افزار ETABS  و به کمک رایانه انجام می شود که این نرم افزار مخصوص جهت تحلیل و طراحی سازه‌های ساختمانی می‌باشد.در این مقاله به طور خلاصه به مفهوم پایداری سازه ساختمان های بزرگ می پردازیم .

اخیرا تمایل به ساختمان های بلند و برج سازی به دلایل متفاوتی افزایش یافته است.این دلایل شامل :

 

- کاهش مصرف ذخایر موجود در زمین
-  استفاده راحت از فولاد در ساخت سازه ها 
- تمرکز خدمات در مرکز شهر
- کاهش هزینه احداث ساختمان های بلند
- کاهش هزینه برای مصرف کننده

 

مطابق استاندارد های Emporis ساختمان 12-39 طبقه با ارتفاع 35 تا 100 متر را ساختمان بلند مرتبه می نامند. مقررات بین المللی  ایمنی در برابر آتش سوزی ، هر سازه ای که ارتفاع آن بتواند تاثیر جدی در تخلیه داشته باشد را ساختمان بلند مرتبه می نامند .از نظر مهندس سازه ، در ساختمان های بلند ، نیروهای جانبی  نقش مهمی در طراحی سازه دارد .

مقرون به صرفه ترین راه برای از بین بردن خرابی طبقه نرم ، افزودن دیوارهای برشی به ساختمانهای بلند است.در یک ساختمان ، آشنایی مهندس سازه با پدیده کمانش برای طراحی سازه های بلند لازم است . از زلزله گذشته مشاهده شده است که ساختمانی با ناپیوستگی در سختی و جرم در نقطه انقطاع در معرض تمرکز نیروها و تغییر شکل است که ممکن است منجر به خرابی اعضا در محل اتصال و فروریختن ساختمان شود. مقرون به صرفه ترین راه برای از بین بردن خرابی طبقه ، استفاده از  دیوارهای برشی در ساختمانهای بلند است.

مقاومت ایجاد شده توسط سازه در برابر لغزش ، ریزش و چرخش را پایداری می نامند .ثبات ساختاری را می توان به عنوان "قدرت بازیابی تعادل" نیز تعریف کرد که یک نیاز اساسی برای همه سازه ها است.سازه ای که در برابر بار وارد شده بدون حرکت مقاومت کند ، پایدار است . 

 

 

تجزیه و تحلیل پایداری سازه های  فولادی

 

دانشمندان این حوزه رانجیت و مالیک آرجوناب بر روی تجزیه تحلیل P-delta متمرکز شدند تا بتوانند با تجزیه و تحلیل استاتیک خطی مقایسه شوند. یک ساختار قاب فولادی 18 طبقه با 68.9 متر برای تحقیق در نظر گرفته شده است تا به عنوان مدل ساختمان چند طبقه فولادی مورد برسی واقع شود . 

 

 

 

 

مدل با استفاده از نرم افزار تجزیه و تحلیل ساختاری STAAD Pro 2007 با در نظر گرفتن اثر P-delta مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در همان زمان تأثیر الگوهای مختلف مهاربندی نیز بررسی شده است. مهاربند یا بادبند در دهانه ها به صورت عمودی قرار می گیرد که باعث افزایش مقاومت با حداقل وزن اضافه را برای ساختمان فراهم می کند .بنابراین برای ساختار های موجود که مقاومت جانبی ضعیفی دارد بسیار موثر است . بارهای در نظر گرفته شده برای تجزیه و تحلیل عبارتند از: بار جاذبه زمین ( وزن اسکلت) و بار زنده (وسایل و تغییر مکان).

 

 

 اثرات باد بر سازه ها

 

اثرات باد بر روی سازه ها را می توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

اثر باد استاتیک - استاتیک در درجه اول باعث خم شدن الاستیک و پیچ خوردگی ساختار می شود. برای دهانه بلند و باریک ، یک "تحلیل پویا" از ساختار ضروری است. وزش باد باعث ایجاد نوساناتی بر روی سازه می شود که حرکات دینامیکی زیادی از جمله نوسانات را القا می کند.

 

 

تثبیت سازه در برابر بارهای باد

 

باد اساساً حرکت افقی در مقیاس بزرگ هوای آزاد است که نقش مهمی در طراحی سازه های بلند دارند زیرا بارهای زیادی را بر روی ساختمان وارد می کند. این یک پدیده از پیچیدگی بسیار زیاد است زیرا بسیاری از شرایط جریان ناشی از تعامل باد با سازه ها است.

 

 

 اثرات لرزه ای در ساختمانهای بلند مرتبه

 

وقتی زمین لرزه رخ می دهد ، یک ساختمان حرکت پویا می شود. دلیل این امر این است که ساختمان تحت تأثیر نیروهای اینرسی قرار دارد که در خلاف جهت تسریع تحریکات زلزله عمل می کنند. این نیروهای اینرسی که بارهای لرزه ای نامیده می شوند ، معمولاً با فرض نیروهای خارج از ساختمان با آنها مقابله می کنند. از زمان های قدیم حرکات زلزله نیز برای تجزیه و تحلیل ساختمانهای بلند و عناصر و محتوای آنها برای طراحی لرزه ای استفاده می شود. در ISO / TC98 که به "مبانی طراحی سازه ها" می پردازد .

 

 

 تثبیت سازه در برابر نیروهای لرزه ای

 

عملکرد لرزه ای ساختمان های بلند مرتبه در مطالعه حاضر از طریق روابط شکنندگی ارزیابی می شود. از رویکردهای مختلف می توان برای استخراج عملکردهای شکنندگی استفاده کرد. مطالعه حاضر با هدف بررسی رابطه بین عملکرد لرزه ای و مقرون به صرفه بودن ساختمانهای بلند از طریق طراحی و توسعه مدلهای شبیه سازی دقیق برای ساختمانهای بلند مرتبه با درجه های مختلف از 45 تا 110 مگاپاسکال انجام می شود. هزینه ساخت و ساز از فولاد ، بتن و قالب مقایسه می شود. بیش از 1600 تجزیه و تحلیل فشار غیر کششی (IPA) و تحلیل پویای افزایشی (IDA) با استفاده از 20 رکورد زلزله طبیعی و مصنوعی برای ایجاد روابط آسیب پذیری و ارائه بینش در مورد پاسخ لرزه ای ساختارهای مرجع تا سقوط انجام می شود.
 

 

کلام آخر 

مهمترین عامل در طراحی ساختمانهای بلند مرتبه نیاز ساختمان به مقاومت در برابر نیروهای جانبی تحمیل شده توسط باد و زمین لرزه های احتمالی است. اکثر طبقه های بلند مرتبه دارای فریم های ساخته شده ازفولاد و بتن هستند. قابهای آنها از ستونها (اعضای پشتیبانی عمودی) و تیرها (اعضای پشتیبانی افقی) ساخته شده اند. از مهاربندهای متقاطع یا دیوارهای برشی می توان برای ایجاد یک قاب ساختاری با سختی بیشتر استفاده کرد تا در برابر تنش های باد مقاومت کند. نیروی برشی و خمش برای ستون های طبقه زمین با توجه به ستون طبقه اول بالاتر است. رفتار ستون مربع از نظر رانش طبقاتی ، برش پایه و جابجایی سقف از ستون مستطیل بهتر است. از دیوارهای برشی برای از بین بردن بار جانبی و اثرات طبقه نرم استفاده می شود ، وقتی دیوارهای برشی به صورت مرکزی نگه داشته شوند ، تأثیر زیادی بر رفتار سازه ها ندارد. اثر پر کردن سنگ تراشی در سازه ها باعث افزایش سختی عنصر سازه می شود .