بایگانی دسته ی دسته‌بندی نشده

مهندسین مشاور باستان پل :

ویلای بازیگر

کلیــات

معرفی پروژه خانه بازیگر

پروژه خانه بازیگر سازه­ای بتنی در ۴ طبقه واقع در محدوده لواسان می­باشد ایده سازه این پروژه استفاده از المان­های معماری به عنوان عناصر سازه­ایی بوده که در آن سازه در ۳ طبقه ابتدایی دارای ستون­های بتنی به علاوه پوسته­ های منحنی شکلی بوده که به وسیله دال­های بتنی کف­ها به هم دوخته شده­اند در آخرین طبقه به لحاظ محدودیت معماری و کاهش سختی در بام    ستون­های طبقه آخر حذف شده و المان­های قارچی شکل پوسته­ای وظیفه انتقال نیروی از سقف را به عهده می­گیرند همچنین با توجه به سختی قابل توجه پوسته­ ها وظیفه اصلی مقابله با نیروی زلزله به عهده این عناصر می­باشد گرچه به لحاظ ساختار معماری محاسب مجبور به استفاده از المانهای با سختی بالاتر در طبقات بالا شد که به وسیله استفاده از ضخامت­های متفاوت این المانها سختی آنها متوازن گشت. همچنین در پایین­ترین تراز به دلیل کوچک بودن عناصر قیفی شکل در نقطه اتصال به فونداسیون از دو دیوار برشی L شکل استفاده شد.

سازه پروژه بازیگر

این شیپورها می­توانند به نوعی برای ایجاد پتانسیل بابری از عملکرد قوسی برای کنترل مقاومت و سختی استفاده کنند. این مکانیزم با بسیج کردن درون صفحه­ایی می تواند بسیار موثر عمل نماید اصولا سیستم سازه این ساختمان به نوعی به طرح معماری آن منطبق می­باشد و تمام المان­های معماری در باربری سازه نقشی بازی می­کنند بدین ترتیب با یک سازه دیواری مواجه هستیم که شاید رفتار پوسته­ای و درون صفحه­ایی آن نقش اساسی در باربری را بازی می­کند.

نحوه مدل­سازی

المان Shell یک مساحت دارای سه یا چهار نقطه است که برای مدل­سازی رفتار membrane

و رفتار خمش خارج صفحه به کار می­رود. از این نوع المان در مدل­سازی کف­ها، دیوارها و سطوح منحنی بهره می­گیرند. المان Shell می­تواند به صورت همگن یا لایه­ای باشد. می­توان برای  المان­های Shell شرایط مرزی تعریف کرد و یا المان را در هر جهت بارگذاری نمود.

در این پروژه هندسه دیوارها و پوسته­ ها پیچیده بوده و بسیاری از پوسته ­ها به شکل منحنی هستند. بنابراین تمام مولفه­ های تنشی و سختی آن­ها مهم می­باشد. به همین علت از المان Shell در مدل­سازی بهره گرفته­ایم.

در نرم افزار ETABS می­توان المان­های Shell را به دو صورت thick و thin مدل­سازی کرد. تفاوت اصلی بین این دو المان در نظر گرفتن تغییر شکل­های برشی در رفتار خمش خارج صفحه می­باشد. المان­های thin از قوانین Kirchhoff پیروی می­کنند و از تغییر شکل برشی در رفتار خارج از صفحه صرف­نظر می­نماید. لازم به ذکر است که هر دو این مدلها در رفتار داخل صفحه (membrane) نتیجه یکسانی را در بر دارند و تفاوت عمده آن­ها در نتایج مربوط به خمش خارج از صفحه است.

سازه پروژه بازیگر

در صورتی که ضخامت المان­ Shell بین ۵/۱ تا ۱۰/۱ دهانه باشد، المان از نوع thick و در غیر این صورت thin خواهد بود. لازم به ذکر است که اگرچه المان­های thick تغییر شکل برشی خارج صفحه را در نظر می­گیرند استفاده از آن­ها الزاما نتیجه بهتری را در پی نخواهد داشت. زیرا این نوع المان دارای سختی بیشتری است و در صورتی که المان به گونه­ای باشد که تغییر شکل برشی قابل اغماض باشد، استفاده از آن سختی غیرواقعی را به مدل تحمیل می­کند. همچنین نتایج این نوع المان وابستگی بیشتری به نوع و توزیع مش­بندی خواهد داشت. در واقع در صورتی که مش­بندی درشت باشد المان thick دارای سختی کاذب خواند بود. همچنین می­توان گفت که در این شرایط المان­های thin نتایج دقیق­تری در تحلیل نیرویی را ارائه می­دهند.

با توجه به به دلایل ذکر شده مدل­سازی این پروژه بر اساس المان­های thin Shell صورت پذیرفته است. به طور عمومی المان­های پوسته دارای ۸ مولفه تنشی هستند. سه مورد از این مولفه ­ها f₁₁ f₂₂ f₁₂ مربوط به عملکرد membrane بوده و درون صفحه می­باشند. دیگر مولفه­ ها شامل دو مولفه خمشی m₁₁ و m₂₂ بوده و یک مولفه پیچشی m₁₂ و دو مولفه برشی v₁₃ و v₂₃ می­باشند.

بر اساس معادلات تعادل، معادلات سازگاری و رابطه بین تنش و کرنش، تنش در نقاط انتگرال گیری محاسبه می­شود. سپس این نقاط به نقاط المان منتقل شده و تنش در نقاط المان محاسبه  می­گردد. باید توجه داشت که در یک سازه پوسته­ای نقاط لبه­ای بین المان­های مختلف مشترک بوده، و تنش محاسبه شده درهر المان در این نقاط متفاوت است. نرم­افزار ETABS در این مرحله از روش متوسط­گیری بهره می­گیرد. به این صورت که تنش محاسباتی از هر المان در نقطه مشترک محاسبه شده و میانگین تنش­های محاسباتی به عنوان تنش آن نقطه پذیرفته می­شود.

در مرحله بعدی بر اساس تنش­های محاسبه شده کانتور نیرو محاسبه می­گردد. باید توجه داشت نیروهای داخلی المان پوسته­ای در داخل المان توزیع شده­اند. در واقع این نیروها نیروهای موجود در لایه وسطی المان هستند. لازم به ذکر است نیروها و لنگرهای گزارش شده توسط نرم­افزار بر حسب یک متر طول درون صفحه المان می باشد. نیروهای گزارش شده توسط نرم­افزار به صورت F₁₁,F₂₂,F₁₂,M₁₁,M₂₂,M₁₂,V₁₃&V₂₃ است. فرض بر این است که f₂₁=f₁₂ و m₂₁=m₁₂ است و نیازی به گزارش کردن این مقادیر توسط نرم­افزار نیست.

همانطور که در شکل زیر مشخص است نیروها توسط نرم­افزار در نقاط گوشه در لایه میانی تقریب زده شده و توزیع نیرویی به صورت خطی فرض می­گردد.

در شکل زیر جهت مثبت برای نیروهای F₁₁,F₂₂,F₁₂,V₁₃&V₂₃ نشان داده شده است. تمامی نیروها در نقاط گوشه پوسته بر حسب متر طول محاسبه شده و توزیع آن­ها در طول تار خطی فرض می­گردد.

در شکل زیر جهت مثبت برای نیروهای بیشینه مشخص شده است. لازم به ذکر است تعریف برش بیشینه به صورت زیر می­باشد.

لازم به ذکر است جهت مثبت برای لنگرها نیز بر اساس قوانین دست راست تعیین میگردد. در   شکل­های زیر جهت مثبت برای لنگرهای بیشینه نشان داده شده است.

مدل در نظر گرفته شده برای المان پوسته شامل سه بخش می­باشد. بتن دارای دو بخش هسته و پوسته و دو لایه آرماتور می­باشد. به این مدل در اصطلاح، مدل ساندویچی می­گویند. بخش هسته و پوسته و آرماتور تامین کننده ظرفیت خمشی و بخش هسته تامین کننده ظرفیت یرشی است.

فرضیات طراحی بر این مبنا استوار است که هیچ ترک قطری در هسته بتن ایجاد نمی­شود. بلکه برش خالص در هسته رخ خواهد داد. به همین دلیل نیازی به آرماتورگذاریعمودی المان پوسته نیست. لازم به ذکر است ظرفیت لایه­ های آرماتور را در ظرفیت برشی در نظر نمی­گیریم.

لازم به ذکر است که اصولا تمامی اجزای سازه­ای این ساختمان بتنی به صورت عمودی یا عضو دیواری طبقه­بندی می­گردند و یا یک دال بنابراین می­توان دو نوع عضو سازه­ای برای ساختمان در نظر گرفت که ماهیت رفتاری آنها رفتار پوسته­ای خالص می­باشد که با تلاش خمشی خارج صفحه و داخل صفحه­ای خود امکان انتقال بارهای وارده به ساختمان را به وجود می آورند. همچنین با توجه به سطح قابل توجه دیوارهای سازه نسبت به سطح پلان به نظر می­رسد که تلاش­های درون صفحه­ای برای این المان­ها به هیچ وجه کنترل کننده نخواهد بود.

در ادامه طراحی عناصر مختلف سازه­ای نمایش داده شده است. کلیات طرح بر دو روش سختی و مقاومت مبتنی خواهد بود. با توجه به ضریب رفتار در نظر گرفته شده اصولا معیار شکل­ پذیری را می­توان در نظر گرفت.

طراحی المان­های دیواری وشیپورها   

طراحی خمشی

به منظور طراحی خمشی المان­های دیواری می­بایست مقادریر لنگر خمشی در جهات طولی و عرضی m11 و m22 را با ظرفیت طراحی مدنظر مقایسه کرد. ظرفیت طراحی حداقل در واقع مطابق با آرماتورهای حداقل درون دیوارها می­باشد و این ظرفیت برای یک متر طول محاسبه  می­گردد و به عنوان کران بال و پایین برای گرفتن کانتورهای خمشی ارائه می­شود. با این کانتورها نواحی که نیاز به آرماتور تقویتی دارند نمایش داده می­شوند و می­توان بر اساس این کانورها و تعیین ظرفیت کانتورهای مقاطع دیوارها با آرماتورهای تقویتی اصولا آرایش آرماتورها در مقاطع دیوار را محاسبه کرد.

در اولین گام باید یک شبکه آرماتور سراسری برای سازه طراحی گردد. در این بخش یک شبکه آرماتور f22@20 در نظر گرفته می­شود. در این حالت ظرفیت این شبکه آرماتور به صورت زیر محاسبه شده و به عنوان کران بالا و پایین m22 و m11 به نرم­افزار وارد می­گردد. در صورتی که کانتور لنگر از این حد بیشتر باشد با قرار دادن آرماتور تقویتی در این نقاط ظرفیت اضافه تامین می­گردد. باید در نظر داشت ضخامت المان پوسته شیپوری برابر ۲۰ سانتی­متر است.