مقدمه

سازه هاي فضا كار دو لايه به دليل سختي جانبي و قائم بالا، مقاومت مناسب در مقابل بارهاي جانبي ناشي از زلزله، قابليت پوشش دهانه هاي بزرگ بدون نياز به ستون هاي داخلي و نيز جذابيت هاي معماري فوق العاده، سبكي، سرعت بالاي عمليات نصب و همچنين كمترين آثار زيست محيطي مي توانند مورد توجه مهندسان سازه و معماران قرار گيرند. سقف هاي گنبدي نيز كه از دير باز در ايران مورد استفاده قرار مي گرفته است در شكل و انواع مختلف اجرا و ساخته مي شده است. بيش از 100شكل از سقف هاي گنبدي در ايران وجود دارد كه اكثر آن ها همچنان پابرجا و استوار هستند. سقف هاي سوله اي به خاطر اجراي سريع، ايجاد فضاهايي با دهانه هاي بزرگ و سبك بودن اسكلت سازه اي و تبع آن عملكرد مناسب در برابر زلزله به طور وسيعي مورد استفاده قرار مي گيرند. نيروي زلزله اغلب زماني در اين نوع سازه ها حاكم است كه سازه داراي جرثقيل سنگين باشد، در غير اين صورت نيروي باد حاكم بر طراحي خواهد بود[1] (کلیدواژه: مقدار مصرف فولاد در سقف سوله)

برای تخمین هزینه های ساخت سوله با ما تماس بگیرید

سازه فضا كار

در طراحي اين سازه ها بار مرده ناشي از وزن خود سازه، بار برف، بار باد و بار زلزله در نظر گرفته مي شود. بارهاي مرده، باد و برف با توجه به كاربري مورد انتظار و منطقه ي محل احداث سازه و بر اساس دستورالعمل هاي موجود در آيين نامه هاي بارگذاري و آيين نامه ي سازه هاي فضا كار با تقريب خوبي قابل محاسبه مي باشند ولي برآورد بارهاي جانبي ناشي از زلزله به منظور تحليل هاي خطي، به دليل عدم وجود ضرايب رفتار مشخص با عدم قطعيت همراه مي باشد. اين نوع سازه ها به علت ماهيت دو نيرويي بودن ، رفتار آنها از بهينه ترين سازه ها مي باشند. اين سازه ها نيرو را به صورت كشش و فشار منتقل مي كنند و با توجه به سختي قابل توجه محوري به راحتي نيرو ها وارده را منتقل مي كنند. اما عيب بزرگ اين نوع سازه ها جاگير بودن آنها مي باشد. بر اساس آيين نامه ي طراحي ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ايران سازه هاي فضا كار جزو سازه هاي غير ساختماني محسوب شده و مقدار ضريب رفتار 3/5 براي اين سازه ها در نظر گرفته شده است[2]. بر اساس آيين نامه، UBC در بخش سازه هاي غير ساختماني به برج هاي خرپايي اشاره شده و مقدار ضريب رفتار 2/9 براي اين سازه ها در نظر گرفته شده است[3]. (کلیدواژه: مقدار مصرف فولاد در سقف سوله)

سوله

تجربه زلزله هاي گذشته نشان مي دهد كه قاب هاي شيب دار فولادي (سوله) اغلب رفتار مناسبي در برابر زلزله از خود نشان مي دهند . سبكي اين سازه ها از جمله عواملي است كه موجب بهبود رفتار لرزه اي اين نوع سازه ها مي شود . رفتار لرزه اي مناسب اين نوع سازه ها در زلزله بم در سال 1382نشان مي دهد [4] خسارت هاي بوجود آمده بيشتر از نوع غير سازه اي است به صورتي كه سازه پس از زلزله پايداري خود را حفظ كرده و فقط ديوارهاي پيرامون آن تخريب جزئي داشته است.ضريب شكل پذيري سوله ها نيز با با افزايش طول دهانه، افزايش مي يابد[5]. بر اساس مطالعات انجام شده بر روي تعدادي سوله، ضريب رفتار پيشنهادي آيين نامه[6] 2800 كه براي قاب خمشي فولادي متوسط(R=7) مي باشد در جهت اطمينان است در حالي كه مقدار متوسط آن برابر 8/808 مي باشد[7].

سقف گنبدی

سقف هاي گنبدي از يكسو مقاومت چشمگيري در زلزله هاي مخرب از خود بروز داده اند و از سوي ديگر رفتار ديناميكي و لرزه اي آنها حدود زيادي ناشناخته است. آماري كه پس از زلزله از سازه ها گرفته شده نشان مي دهد كه هيچكدام از اين نوع سازه ها خسارت جدي كه باعث خرابي سازه شود نديده و به خاطر همين بسياري از اين سازه ها در طي زمين لرزه پناهگاه كساني كه خانه شان را از دست داده بودند شده است افزايش بار برف در گنبد ها باعث افزايش پريود نوسان سازه شده و تاثير بسزايي در پاسخ ديناميكي آن دارد همچنين تغيير مكان افقي گنبد افزايش خيز و شكل پذيري افزايش مي يابد[8].

تعريف مسئله

پوشش دادن فضاهايي كه داري سطح وسيعي نظير مراكز خريد ، رستوران ها، مراكز تجمع و… كه مستلزم حذف ستون هاي مياني مي باشند به طور معمول توسط سطوح گنبدي يا فضاكار و يا سوله اي پوشيده مي شوند. هر كدام از اين نوع سطوح داراي مزايا و معايبي مي باشند كه نسبت به ديگري برتري دارد به طور مثال سبكي، زيبايي، راحتي اجرا و … كه از پارامتر هاي ارزيابي سقف مورد نظر و دلخواه مي باشد. يكي از پارامتر هايي كه بايستي مورد توجه قرار گيرد ميزان مصالح به كار رفته در ساخت و تنظيم سطح مي باشد و اين كه چه ميزان صرفه اقتصادي در سطح انتخابي وجود دارد.(کلیدواژه: مقدار مصرف فولاد در سقف سوله)

مشخصات هندسی مدلها (کلیدواژه:بررسی مصرف فولاد در سقف سوله)

سوله اي با متراژ 720متر مربع كه در جهت طولي داراي 6دهنه ي 6متري و در جهت افقي داراي دهانه 20متري و با زاويه سقف نسبت به افق 15درجه مي باشد در نرم افزار SAP2000 مدل سازي شده است. مهاربند هاي آن به طول 7/2متر و به صورت ضربدري مي باشد. براي افزايش صلبيت سقف شيب دار اجراي سيستم بادبندي آن در دهانه هاي ابتدايي و انتهايي صورت گرفته است. مقاطع مهاربند ها از نوع دوبل نبشي 6،8،10 با فاصله پشت به پشت يك سانتي متر بوده كه تعداد و نوع آنها در جدول 1آورده شده است.

لاپه ها (پرلين ها) که داراي مقطع z شكل مي باشند. معمولا نيمرخ هاي z شكل توليد شده توسط كارخانه هاي سازنده فولاد برای استفاده در سقف سوله با مقاومت بالا (Fy >= 3500 kg/cm^2) مي باشد و از اين رو اينگونه مقاطع با ضخامت هاي كمتر نيز قادر به تحمل بارهاي وارده به فولاد به کار رفته در سقف هستند. ضمنا چون با افزايش تنش تسليم Fy نسبت عرض به ضخامت بالها براي كنترل پديده كمانش موضعي كاهش مي يابد لذا با خم كردن انتهاي آزاد بالها در مقاطع z شكل، شرايط مرزي بال را از ورق تقويت نشده به تقويت شده تغيير مي دهند تا ضريب كمانش موضعي ورق بال افزايش يابد. فاصله لاپه ها برابر يك متر در نظر گرفته شده است. مقطع لاپه ها به صورت زير مي باشد:

تير ها و ستون هاي سوله داراي مقاطع I شكل غير منشوري مي باشند كه طول ستون ها برابر 4متر و طول تير ها برابر 20متر مي باشد. مقطع 1- 1در شكل 3 ابتداي ستون (عرض بال 25سانتي متر ، ارتفاع مقطع 25سانتي متر ، ضخامت جان 1سانتي متر ، ضخامت بال 2سانتيمتر) و مقطع 2-2 انتهاي ستون (عرض بال 25سانتي متر، ارتفاع مقطع 50سانتي متر، ضخامت جان 1سانتي متر، ضخامت بال 2سانتي متر) است.

همانطور كه در شكل 4مشخص است تير سوله داراي سه قسمت مي باشد. قسمت ابتدايي و پاياني مشابه يكديگر مي باشند. در قسمت ابتدايي و پاياني مقطع داراي مشخصات (ابتداي تير عرض بال 25 سانتي متر، ارتفاع مقطع 25سانتي متر ، ضخامت جان 1سانتي متر، ضخامت بال 2 سانتي متر و انتهاي تير عرض بال 25سانتي متر، ارتفاع مقطع 50سانتي متر، ضخامت جان 1سانتي متر، ضخامت بال) مي باشد. در قسمت مياني تير داراي مقطع (ابتداي تير عرض بال 25سانتي متر، ارتفاع مقطع 25سانتي متر، ضخامت جان 1سانتي متر، ضخامت بال 2سانتي متر) مي باشد.

در سازه گنبدي نيز شعاع گنبد برابر 15/14 متر مي باشد كه تصوير سطح آن برابر 720 متر مربع مي باشد همانطور كه در شكل 5مشخص است، تعداد تقسيم هاي نصف النهاري دايره برابر، 16 تعداد تقسيمات مداري برابر 8 و زاويه راس تكيه گاه با افق برابر 45 درجه است. محل استقرار تكيه گاه ها به صورتي در نظر گرفته شده است كه داراي موقعيت يكساني نسبت به محور هاي مختصات (محور Xها و محور Yها) مي باشند. مصالح اعضاي تشكيل دهنده ي سازه از فولاد و مصالح سقف سازه از جنس ساندويچ پانل مي باشد . مقاطع اعضا از نوع لوله اي بوده و مشخصات آنها بر اساس جدول پروفيل هاي استاندارد اشتال در نظر گرفته شده است .

در شكل6 سقف فضاكار به صورت مدل شده نمايش داده شده است. مساحت پوشش داده شده توسط سازه فضا كار برابر 720 متر مربع مي باشد كه در آن ارتفاع هر يك از ستون ها برابر 6/06 متر ، ضخامت خرپا، 1/06 طول اعضا 1/5 متر و مقاطع استفاده شده در آن از نوع لوله مي باشد. سازه فضاكار موجود داراي دو لايه مي باشد. يك لايه ي كششي و يك لايه ي فشاري. خرپاي مورد نظر مسطح مي باشد. در سازه فضا كار موجود لايه بالا و پايين داراي اعضايي با طول يكسان مي باشند دولايه با هم اختلاف فاز مكاني دارند به صورتي كه گوشه هاي شبكه پاييني در مركز مربع هاي شبكه بالايي قرار مي گيرند، شبكه بالا از هر طرف يك مدول بيشتر از شبكه پاييني دارد . مقطع ستون ها از نوع لوله 30 سانتي متري با ضخامت 1/5سانتي متر مي باشد. اعضاي شبكه بالايي سقف داراي مقاطع لوله اي 1/5 و ضخامت 5 ميلي متر مي باشند همچنين در شبكه پاييني مقاطع لوله اي 5 و ضخامت 4 ميلي متر استفاده شده است. گره هاي كف سازه از نوع تكيه گاه گير دار مي باشد.

نتيجه گيری (کلیدواژه:بررسی مصرف فولاد در سقف سوله)

در اين مقاله سه نوع سقف گنبدي، فضاكار و سوله اي كه براي پوشش فضاهاي داراي سطح وسيعي كه مستلزم حذف ستون هاي مياني مي باشند مورد بررسي قرار گرفت. سقف فضا كار از نقطه نظر سبكي نسبت به ساير سيستم هاي پوشش، برتري محسوسي دارد به صورتي كه وزن اين سقف براي سطح برابر با ديگر سقف ها %20 كمتر بوده است. سقف گنبدي و سقف سوله اي تعداد اعضاي كمتري نسبت به سقف فضاكار دارند. سهولت اجراي سقف سوله اي با توجه به ساير سيستم ها، فراگير تر بوده به طوري كه اكثر فضاها توسط اين پوشش محافظت مي شوند. (کلیدواژه: مقدار مصرف فولاد در سقف سوله)

نویسندگان: مهرداد محمد نژاد ،علي نكوئي محمود آبادي

مراجع (کلیدواژه:بررسی مصرف فولاد در سقف سوله)

1- عرب، محمدامين، و فرامرز خوشنوديان ،1390، تخمين ضريب رفتار سوله هاي يك دهانه و مقايسه آن با آيين نامه،2800 ششمين كنگره ملي مهندسي عمران، سمنان، دانشگاه سمنان،
2- مركز تحقيقات ساختمان و مسكن.آيين نامه طراحي ساختمان ها در برابر زلزله استاندارد “،2800-84ويرايش سوم.
3-UBC97(Uniform Building Code).,”Structural Engineering Design Provisions.” International Conference of Building Officials.1997.
4- عشقي ، س . و ديگران، (1382) “گزارش مقدماتي شناسايي زلزله 5 دي ماه 1382بم ” تهران : پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله .
5- عرب، محمدامين، و فرامرز خوشنوديان، ،1390تخمين ضريب رفتار سوله هاي يك دهانه و مقايسه آن با آيين نامه ،2800 ششمين كنگره ملي مهندسي عمران، سمنان، دانشگاه سمنان،
6- كميته بازنگري آيين نامه طراحي ساختمان ها در برابر زلزله ،(1384)، آيين نامه طراحي ساختمان ها در برابر زلزله ، استاندارد 2800-84 (ويرايش سوم) ، نشريه شماره ض – ، 253چ ، 3تهران : مركز تحقيقات ساختمان و مسكن
7- عرب، محمدامين، و فرامرز خوشنوديان، ،1390تخمين ضريب رفتار سوله هاي يك دهانه و مقايسه آن با آيين نامه ،2800ششمين كنگره ملي مهندسي عمران، سمنان، دانشگاه سمنان،
8- طاووسي، شهريار و سروش مقدم، ،1391اثر زلزله وارزيابي رفتار لرزه اي گنبد هاي فضاكار تك لايه فولادي، دومين كنفرانس ملي سازه، زلزله و ژئوتكنيك، بابلسر، موسسه آموزش عالي پرديسان.