مقاله طبقه بندي و محدودیت سيستم هاي ساختمان هاي بلند

طبقه بندي و محدودیت سيستم هاي ساختمان هاي بلند :
يكي از الزامات مهم در طراحي و اجراي ساختمان ها، تامين ايمني در برابر آتش سوزي است. براي اين منظور لازم است تا ساختمان به نحوي طراحي و اجرا گردد كه در صورت وقوع حريق، ايمني جاني و مالي شهروندان به نحو منطقي و متناسب با كاربري ساختمان تامين شده باشد. به اين منظور به طور خلاصه بايد موارد زير رعايت گردد: الف – افراد داخل ساختمان در اولين لحظات وقوع حريق از آن مطلق شوند تا بتوانند واكنش مناسبي را به موقع از خود نشان دهند. اين هدف به وسيله سيستم هاي كشف و اعلام حريق قابل تامين است.
ب – راه هاي خروج ايمن براي تمام افراد داخل ساختمان وجود داشته باشد . براي اين منظور بايد به كاربري ساختمان و توانايي هاي متصرفان ساختمان توجه كامل نمود، از جمله براي افرادي كه داراي محدوديت حركتي باشند، بايد تمهيدات مناسبي پيش بيني گردد. ج – مصالح ، مبلمان و تزئينات ساختمان ها به نحوي انتخاب شوند كه از گسترش آسان و سريع حريق جلوگيري شود. محدوديت هاي مربوط به اين قسمت نيز به نوع تصرف ساختمان بستگي دارد. در خصوص مبلمان و تزئينات داخلي، اگرچه در ساختمان هاي مسكوني شخصي نمي توان محدوديت زيادي ايجاد يا كنترل نمود، اما كنترل اين موضوع در ساختمان هاي عمومي و خصوصا تجمعي ضرورت دارد. د – اجزاي ساختمان بايد به طور متناسب با تصرف و ابعاد ساختمان، از مقاومت كافي در برابر آتش برخوردار باشند تا از ريزش ساختمان بر اثر حريق و يا گسترش ساده حريق به واحدها و ساختمان هاي مجاور جلوگيري شود. هـ – تجهيز ساختمان به لوازم و امكانات اطفاي
حريق متناسب با بار حريق، ابعاد وتعداد متصرفان، پيش بيني شود. وجود شبكه اسپرينكلر در ساختمان هاي بلند يا با خطر زياد، ضرورت دارد. و- امكان دسترسي مناسب نيروهاي آتش نشاني در اطراف و داخل ساختمان پيش بيني شود. در اين مقاله به روش هاي آزمايشي و طبقه بندي مصالح و اجزاي ساختماني از نظر خطر حريق پرداخته مي شود. با استفاده از اين روش ميتوان مصالح مناسب براي استفاده در ساختمان كه موضوع بندها ي(ج) و (د) در فوق ميباشد را تعيين 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.
محدوديت استفاده از شيشه در نماي 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.
تغيير توسعه سيستم هاي سازه اي ساختمان هاي بلند ، از ساختمان هاي با سيستم قاب
صلب تا ساختمان هاي به شکل طره بلند مي باشد . قابهاي مقاوم چرخشي(Moment resistant frames) تا حدود 20 يا 30 طبقه مي توانند موثر باشند .قابهاي توخالي (Tublar system) و خرپاها ، اخيرا به محدوديت هايي رسيده اند . در سال 1984 موسسه ساختمان هاي بلند و اسکان شهري چهار دسته از سيستم هاي سازه اي براي ساختمان هاي بلند به شرح زير را طبقه بندي کرد (Flaconer & Beedle 1984)
1)                 قابهاي برشي : Shear Frames
الف) قابهاي نيمه صلبSemi-Rigid Frmaesب) قابهاي صلب Rigid Frames
2) سيستم هاي برهم کنشي : Interacting Systems الف) قابهاي با هسته برشي Frames with Shear Cores
ب)قابهاي با برش و خرپاها و نوارهاي مهاريFrames with Shear, Band and Outrigger Trusses
3) سيستم هاي نيمه لوله اي Partial Tubular Systemsالف)لوله هاي قابي کانال انتهايي با خرپاي
برشي داخلي End Channel Framed Tube with Interior Shear Trusses
ب)لوله هاي قابي کانال انتهايي (I) متوسطEnd Channel and Middle I Framed Tubes
4) سيستم هاي لوله اي Tubular Systemsالف)لوله قابي خارجي Exterior Framed Tube
ب)لوله در لوله Tube-in-Tube
ج)لوله قابي دسته بندي شده Bundled Framed Tube
د) لوله هاي مورب خارجيExterior Diagonalized Tube
به دليل استفاده وافر از سيستم هاي لوله اي در ساختمان هاي بلند اخير ، اين سيستم را مورد بررسي قرار دهيم .
      سيستم لوله اي در حال حاضر به چند دسته تقسيم مي شود كه عبارتند از :
۱)     لوله هاي قابي خارجي
2)     سيستم لوله در لوله
3)     لوله قابي دسته بندي شده
4)     لوله هاي مورب خارجي(لوله خرپايي)
      فاكتورهاي كه در انتخاب نوع سيستم سازه اي تاثير مي گذارد عبارتند از :
1)     ملاحظات كلي اقتصادي
2)     شرايط خاك
3)     نسبت ارتفاع به عرض ساختمان و سختي آن
4)     ملاحظات ساخت و نصب
5)     ملاحظات سيستم هاي مكانيكي
6)     ملاحظات طبقه بندي آتش و ايمني جاني افراد
7)     فاكتورهاي اجتماعي استفاده كننده ها و همسايگان
8)     فاكتورهاي قانوني ، منطقه اي و قراردادها
9)دسترسي و هزينه مواد اصلي ساختمان
سيستم لوله قابي (Framed Tube)
   درسال1960 آقاي دكتر فزلارخان يك سيستم سازه اي جديد را معرفي كرد . اين سيستم كه سيستم لوله اي نام گرفت ، مشكل ركود در ساختن ساختمان هاي بلند را تا حد بسيار زيادي حل كرد . دكتر فزلار خان نخستين توسعه دهنده قابهاي برهم كنشي ، سازه هاي قابي لوله اي و سيستم لوله در لوله (كه در ساختن ساختمانها بلند را بسيار اقتصادي مي كند) است . در سيستم سازه اي لوله اي ، محيط ساختمان از ستونهاي نزديك به هم
كه بوسيله پشت بندهاي عميق به هم وصل شده اند ، تشكيل مي شود.
 
 
سيستم حاصل مانند يك طره عمودي عظيم كار مي كند و به خاطر تقسيم شدن نيروي باد بين ستونهاي سطح باد خور (سطح رو به باد) و سطح پشت به باد بسيار موثر عمل ميكند.مفهوم لوله به تنهايي سختي و محدوديت هاي لرزشي ساختمان را ارضا نمي كند . انحراف وتري به علت جابجا شدن محور ستون ها و انحراف جان تير به علت برش و تغيير شكل هاي خمشي در اطراف ستونها و پشت بند ها ، ممكن است بطور قبل ملاحظه اي به خصوصيات الاستيك و هندسي لوله بستگي داشته باشد.تعداد طبقاتي كه ممكن است با استفاده از سيستم لوله اي اقتصادي باشد ، با توجه به فاكتورهايي از قبيل فاصله و اندازه ستون ها ، عمق پشت بندهاي محيطي و نسبت پلاني تغيير مي كند .البته در اين سيستم ساختماني بازده كار بسيار بالا مي باشد ، به طوري كه مصالح مصرف شده در هر فوت كف ، در مقايسه با ساختمان هاي
قابي متداول به نصف كاهش مي يابد ! مشكلات اساسي در ساختن آسمان خراشها و ساختمان هاي بلند ، نيروي باد و پديده لنگي برشي و تغيير مكان جانبي مي باشد كه در ادامه مورد بحث قرار مي گيرد .
      پديده لنگي برشي (shear lag)
ستون هايي كه لوله را مي سازند در مقابل بارهاي جانبي مانند يك تير طره اي خم مي شوند ، رفتار واقعي لوله در جايي ما بين تير طره اي خالص و قاب خالص قرار دارد ، اضلاعي از لوله كه موازي امتداد نيروهاي جانبي مي باشند ، با توجه به انعطاف پذيري تيرها تمايل دارند كه مانند قاب هاي صلب چند دهانه و مستقل عمل كنند ، اين انعطاف پذيري باعث مي شود كه در قاب تغيير شكل هاي ناشي از برش ايجاد شود كه به نام لنگي برشي خوانده مي شود ، بنابراين در ستون ها و تيرها خمش بوجود مي آيد . به طور کلي مي توان گفت که از مجموع حرکات جانبي فقط 25 درصد ناشي از عمل طره اي لوله است و 75 درصد بقيه در اثر لنگي (لقي) برشي بوجود مي آيد .اين نوع رفتار از خصوصيات قابهاي صلب مي باشد . اثر تغيير شكل برشي در روي
عمل لوله منجر به توزيع غير خطي فشار در امتداد پوش ستونها ميگردد، ستونهايي كه درگوشه هاي ساختمان قرار دارند مجبور مي باشند كه سهم بيشتري از بار را نسبت به ستونهاي ما بين آنها تحمل كنند . بعلاوه تغيير شكل كل ساختمان ديگر شباهت به تغيير شكل تير طره اي نخواهد داشت ، زيرا تغيير شكل حالت برشي اهميت بيشتري پيدا خواهد كرد . مسئله برش شديدا در روي كارايي سيستم هاي لوله اي تاثير ميگذارد و تمام پيشرفت هاي بعدي در طرح لوله اي ، سعي در برطرف نمودن اين اشكال دارد. دكتر فزلار خان در دهه هفتاد ميلادي در اين رويا بود كه ممكن است ساختمان بتني با ارتفاعي ساخته شود كه قابل رقابت با ساختمان هاي فلزي باشد . حدس وي براي پيدا كردن راه حلي براي از بين بردن پديده لنگي برشي وي را به سمت مفهوم جديدي به نام لوله هاي مورب هدايت كرد كه نبوغ ايشان دراين پديده در ساختمان جان هانكوك ديده مي شود . همچنين وي اجراي روشهاي مشابه براي ساختمان هاي بتني با لوله هاي خرپايي مورب كه شامل ستون هاي خارجي با فاصله حدود سه متر (10 فوت) و با بلوك هاي پنجره اي در
هر طبقه براي ساختن طرح مورب در نما بود را توصيه كرد . قطر ها بايد براي تحمل نيروهاي برشي طراحي مي شدند ، بدين گونه كه خمش در ستون ها و تيرهاي لوله از بين برود .اگر چه وي اين مطالب را بيان كرد ولي ايده او حدود پانزده سال براي ساختن ، ساختمان واقعي منتظر ماند . در اين سيستم قطرها دو كار انجام مي دادند ، يكي افزايش خاصيت لوله اي با كاهش پديده لنگي برشي و ديگري كاهش كوتاه شدگي در ستونهاي خارجي با توزيع بارهاي ثقلي ، بنابراين سختي بيشتر موثر ساختمان با اضافه كردن قطرها تحقق يافت
 
 
 
      پيدايش سيستم لوله اي
در شرايط بحراني ركود ساختمان هاي بلند ، آقاي دكتر فزلارخان يك سيستم سازه اي جديد را معرفي كرد(1960) . اين سيستم كه سيستم لوله اي نام گرفت مشكل ركود در ساختن ساختمان هاي بلند را تا حد بسيار زيادي حل كرد . دكتر فزلار خان نخستين توسعه دهنده قابهاي برهم
كنشي ، سازه هاي قابي لوله اي و سيستم لوله در لوله (كه ساختن ساختمانهاي بلند را بسيار اقتصادي مي كند) است . اين سيستم به تدريج توسعه يافت تا جايي كه اكثر ساختمان هاي بلند در حال حاضر از اين سيستم سازه اي استفاده مي كنند . انقلاب سيستم سازه اي لوله قابي اولين بار در ساخت آپارتمان دويت چستنات ديده شد . ادامه دارد ……..
 
سيستم لوله هاي دسته بندي شده  Bundled tube
يك طرح واقعا اقتصادي و مناسب از نظر سازه اي مي باشد كه از تيرها و ستون هاي صلب در شبكه خارجي سود مي برند ، ديوار خارجي مثل يك لوله (مجراي توخالي ) عمل مي كند و يكي از سازه هاي مطرح شده در برابر نيروي باد مي باشد . اين سيستم يك از توسعه سيستم لوله در لوله ايجاد شده است ، در اين سيستم سختي و مقاومت ساختمانهاي بسيار بلند ، بوسيله لوله ها توليد مي شود كه با هم ، هم مرز هستند و مثل يك مجموعه بزرگ عمل مي كنند. اين سيستم شبيه ساختمان سلولي گياه بامبو و يا مثل سيستم درختان است .مشكل معماري اين طرح تقسيم شدن پلان
سازه مي باشد که اين امر با توجه به فاصله زيادتر بين ستونهاي محيطي رفع مي شود .
اين سيستم در سازه برج سيرز در شيكاگو استفاده شده است . اين برج به مدت بيست و دو سال بلند ترين ساختمان دنيا بوده ،كه البته تا سال 2004 و قبل از ساختن برج تايپه ، همچنان بالاترين كف طبقه را به خود اختصاص مي داده است . تيوپ هاي دسته اي دراين برج در هر پهناي هفتاد و پنج فوت قرار دارند و ستوني بين هسته و محيط وجود ندارد . در مورد اين برج اعداد و ارقام بسيار شگفت انگيزي وجود دارد ، از جمله خروج از مركزيت اين برج در بالاترين نقطه ناشي از باد فقط يك فوت مي باشد ، كه اين رقم براي شهر بادخيز شيكاگو يك ركورد حساب مي شود .فايده دیگر اين سيستم نوآوري در تنظيم چند بعدي بالقوه آن از نظر معماري است، به اين ترتيب كه ساختمان هاي كوتاه تر مجبور بودند مانند جعبه باشند ، اما واحد هاي لوله اي مي توانند اشكال مختلفي داشته باشند و مي توانند در گروه هاي مختلفي با هم دسته بندي شوند .
برج سيرز از دو لوله (تيوپ) 50 طبقه ، دو لوله 66 طبقه ، سه لوله 90 طبقه و دو لوله 105 طبقه تشكيل يافته است ، كه يك طرح بسيار عالي براي شهر بادخيز شيكاگو مي باشد ، با بالارفتن سازه ، لوله ها نيروي باد را كم مي كنند .البته اين سيستم دستخوش تغييرات زيادي شده كه از جمله آن سيستم لوله اي به همراه ديوارهاي برشي و اشكال ديگري از آن در ساختمان هاي بتني و فلزي را ميتوان نام برد .
 

فایل : 14 صفحه

فرمت : Word