انتخاب صفحه

فهرست مطالب
فصل اول : کلیات

علم مهندسی سازه که بر مبنای تحلیل و طراحی، به ساخت انواع سازه‌ها براساس ملزومات خود می‌پردازد همواره در پی توسعه و گسترش حیطه‌ی کاری خود بوده و هست که پیشرفت روز افزون طراحی و ساخت انواع سازه‌ها گواهی آشکار بر این موضوع می‌باشد و همچنین پر واضح است که در اغلب موارد در هر ساخت و سازی استفاده از حداقل مصالح و نیز افزایش سرعت و کاهش هزینه‌های اجرا مهمترین مسئله‌ای است که کارفرمایان و طراحان با آن مواجه هستند که با افزایش ابعاد و اهمیت سازه بررسی این پارامترها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌شوند. در نتیجه مطالعه‌ی کلیه‌ی پارامترهای مؤثر بر این موضوع که اصطلاحاً به آن بهینه‌یابی گفته می‌شود از اهمیت و جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. مرحله‌ی اول از هر عمل بهینه‌ کردن، طرح یک ایده‌ی اولیه می‌باشد. یافتن یک ایده‌ی بهینه‌سازی مستلزم مطالعه و بررسی شرایط حاکم بر مسئله و یافتن راهکارهایی جهت رسیدن به اهداف بهینه‌سازی می‌باشد. استفاده از سازه‌های فضاکار از نوع تخت به جای استفاده از ستون‌های میانی بسیار قوی در پوشش دهانه‌های بزرگ یک ایده‌ی بهینه‌سازی جهت کاهش هزینه‌ها بوده است. در مرحله‌ی بعد تبدیل این شبکه‌ها به انواع چلیک‌ها و مجدداً تبدیل چلیک‌ها به انواع گنبدها از دیگر ایده‌های بهینه‌سازی در این زمینه بوده است. در این تحقیق در راستای ادامه‌ی این روند بهینه‌سازی از عمل فرازش در گنبدها استفاده شده است.

1-2 . معرفی سازه‌های فضاکار
به سازه‌ای که اصولاً رفتار سه بعدی داشته باشد، به طوری که به هیچ ترتیبی نتوان رفتار کلی آن را با استفاده از یک یا چند مجموعه‌ی مستقل دو بعدی تقریب زد، سازه‌ی فضا‌کار گفته می‌شود. این تعریف یک تعریف کلی است اما در عمل این واژه به گروه خاصی از سازه‌ها که شامل انواع شبکه‌ها، چلیک‌ها، گنبدها، برج‌ها و… اتلاق می‌شود. سازه‌های فضاکار عمدتاً دارای فرم بدیع مستوی یا منحنی در فضا بوده و با واحدهای حتی‌المقدور یکسان در الگویی تکرار شونده احداث می‌شوند [1]. از مهمترین ویژگی‌های این سازه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• دهانه: سیستم سازه‌ی فضاکار قادر به پوشاندن دهانه‌های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می‌باشد )فولاد مصرفی در سازه‌ی فضاکار دو سوم سازه‌های متداول دیگر می‌باشد(.
• سرعت نصب: به علت پیش‌ساخته بودن قطعات، سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می‌باشد.
• وزن کم و قابلیت جابجایی: سازه‌ی فضاکار دارای وزن کم بوده و قابلیت جابجایی با دست را دارا می‌باشد.
• انعطاف‌پذیری در طراحی: سازه‌ی فضاکار قابلیت افزایش و کاهش سطح را دارا بوده و امکان جابجایی ستون‌ها بدون اینکه خطری برای سازه‌ی فضاکار ایجاد گردد میسر می‌باشد.
• مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی: سازه‌ی فضاکار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیکی همچون زلزله، انفجار و بار باد در مقایسه با سازه‌های متداول دیگر از خود نشان می‌دهد.
• ظاهر زیبا: سازه‌ی فضاکار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف کاذب در این سازه نیست.
• ایمنی سازه: سختی زیاد سازه تغییر شکل سازه را پایین می‌آورد.
• جدایی‌ناپذیر بودن فرم سازه از معماری.
• ایجاد فصل مشترکی برای بهره‌گیری معماران پیشرو از قابلیت‌های مهندسان سازه مسلح به دانش نوین.
• امکان احداث سازه‌ها با کاربرد چند منظوره.
• اجزا و زیرمجموعه‌های ساده اغلب در خور پیش‌سازی و تولید انبوه می‌باشند و در ابعاد و اشکال استاندارد اختیار می‌گردند.
• با استفاده ازقابلیت باربری در سه بعد، امکان کاهش وزن فراهم می‌آید. از این‌رو سازه‌های فضاکار مشبک، اسکلتی معمولاً سبک و صلب می‌باشند.
• سازه‌های فضاکار قابلیت‌ها و امکانات عمده‌ای را در اختیار مهندسان و معماران برای تلفیق اصول زیباشناختی و نوآوری‌ها با جنبه‌های رفتاری، عملکردی، کاربری و سرویس‌دهی سازه قرار می‌دهند.
• اتصالات تیپ و کاملاً یکسان در این سازه‌ها به نوبه‌ی خود کمک شایانی به افزایش سرعت نصب و اجرا می‌کند.

نمونه‌هایی از چلیک‌[2]

نمونه‌هایی از چلیک‌[2]


1-1. مقدمه …………………………………………………………………….1
1-2. معرفی سازه‌های فضاکار ……………………………………………….2
1-3. انواع سازه‌های فضاکار …………………………………………………..2
1-3-1. سازه‌ی فضاکار تخت یک لایه ………………………………………….2
1-3-2. سازه‌ی فضاکار تخت دو لایه ……………………………………………3
1-3-3. سازه‌ی فضاکار چلیک ……………………………………………………4
1-3-4. سازه‌ی فضاکار گنبد …………………………………………………….4
1-4. اتصالات در گنبدها ……………………………………………………….. 5
1-5. اهداف و گستره …………………………………………………………. 6

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم : مروری بر ادبیات تحقیق

بهینه کردن وزن سازه‌های فضاکار از دیرباز مورد توجه بوده است و بخش خلاق در پروژه‌های مهندسی به شمار می‌رود. در مرحله‌ی اول سازه‌ها باید برای مقاومت در برابر بار‌هایی که به سازه اعمال می‌شود طراحی‌ شده و نباید از تغییر شکل‌های معینی‌ تجاوز کنند و در مرحله‌ی بعد این سازه‌ها باید اقتصادی هم باشند یعنی مورد بهینه‌سازی قرار گیرند. به طور خلاصه بهترین طراحی آن است که محدودیت‌های تنش و تغییر‌مکان را ارضا کرده و حداقل هزینه را در برداشته باشد.
با توجه به اینکه تمرکز این تحقیق بر روی رفتارشناسی و بهینه‌ کردن وزن گنبدهای شبکه‌ای است، در این قسمت به طور مختصر برخی‌ مطالعات انجام شده در گذشته، ابزار حل و هدف نهایی آنها توضیح داده شده است که از جمله‌ی آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
در دو دهه‌ی اخیر توجه فزآینده‌ای به رفتار لرزه‌ای سازه‌های فضاکار در سطح جهان و به ویژه در کشورهای ژاپن و چین شده است.
• ساکا [7] رفتار تعدادی از سازه‌های فضاکار را در زلزله 2/7 ریشتری کوبه‌ی سال 1995 در ژاپن گزارش نموده است. این ساختمان‌ها شامل نمونه‌های دولایه و تک لایه در ناحیه‌ی مرکزی زلزله می‌باشند. نکته جالب توجه در گزارش ساکا این است که وی هیچ موردی از تخریب سازه‌های فضاکار را در این زلزله‌ی سنگین مشاهده نکرده است و این تأکیدی بر استقامت و پایداری چشم‌گیر این نوع سازه‌ها در برابر زلزله است. تنها مواردی را که وی به عنوان حالت شکست ذکر کرده عبارت است از بروز خرابی در محل اتصال سازه به تکیه‌گاه‌، ترک در اتصالات و کمانش خمیری برخی از اعضا در مجاورت تکیه‌گاه.
• مشاهدات مشابهی توسط کاواگوشی [8] گزارش شده است همچنین وی در مقاله‌ی خود به این نتیجه رسیده است که نیروهای اعمال شده بر سازه در هنگام زلزله‌های واقعی بیشتر از نیروهای تخمین زده شده بر سازه ‌در هنگام طراحی است.
• کارامانس [9] تأثیر انعطاف تکیه‌گاه‌ها بر پاسخ لرزه‌ای و شکست زنجیره‌ای را مطالعه کرده و به این نتیجه رسیده که کاهش مقاوت زیرسازه‌ها در کاهش نیروهای زلزله مؤثر است همچنین شکست‌‌های مشاهده شده به دلیل بر‌آورد اشتباه نیروهای زلزله در هنگام طراحی می‌باشد.
• کونیدا [10] پاسخ دینامیکی ارتجاعی سازه‌های پوسته‌ای گنبدی شکل را تحت شتاب افقی و قائم زلزله‌ی کوبه‌ی سال 1995 را بررسی نموده و به این نتیجه رسیده است که در این سازه‌ها بر خلاف سازه‌های عادی مدهای بالاتر و نیز مودهای قائم نقش تعیین کنننده‌ای در پاسخ دینامیکی سازه ایفا می‌کنند.
• یامادا [11] نیز مطالعات نظری مشابهی در زمینه‌ی سازه‌های پوسته‌ای استوانه‌ای انجام و نشان داد که رفتار دینامیکی سازه‌ی فضاکار چلیکی شبیه سازه‌ی پوسته‌ای است. به طور کلی وی در مقاله‌ی خود چنین نتیجه‌گیری نموده است که وقتی سازه‌ی فضارکار چلیکی به حالت قوسی نزدیک شود (نسبت H/B بیشتر از 3/0) در این صورت مدهای ارتعاشی قائم نقش خود را از دست می‌دهند ولی در عوض مدهای ارتعاشی افقی نقش مؤثرتری بازی می‌کنند و مدهای افقی مدهای غالب هستند و وقتی این سازه به حالت مسطح نزدیک می‌شود مدهای ارتعاشی قائم غالب بوده و اثرات مدهای افقی کمتر می‌شود (H خیز سازه و B دهانه‌ی آن می‌باشد).
• کاتو و موراتا [12] و کاتو و موکی یاما [13] نیز در مطالعات خود در مورد سازه‌های گنبدی شکل به این نتیجه رسیده است که وقتی سازه‌ی فضاکار از حالت مسطح دورتر می‌گردد (نسبت H/B بیشتر از 3/0) در این صورت مد غالب مد اول است و تأثیر مدهای بالاتر کمتر است.
• ساکا [14]-‌[16] در سال 2007 به بررسی طراحی بهینه‌ی هندسه‌ی گنبدهای مهار شده پرداخته است. در این مطالعه تابع هدف وزن گنبد در نظر گرفته شده و سطح مقطع اعضا و ارتفاع رأس گنبد به عنوان متغیرهای تصمیم می‌باشند. در مدل بهینه‌یابی پیشنهادی با در نظر گرفتن محدودیت‌های تغیرمکان و کنترل پایداری سازه، رفتار گنبدها با آنالیز غیرخطی بررسی شده است. آیین‌نامه‌ی مورد استفاده برای طراحی گنبدها در این مقاله آیین‌نامه‌ی BS5950 [17] بوده و برای حل مسئله‌ی بهینه‌‌یابی از الگوریتم ژنتیک استفاده شده و نشان داده شده است که دسته‌بندی اعضا تأثیر مهمی در بهینه شدن مقاطع گنبد دارد به این صورت که هر قدر تعداد این دسته‌بندی بیشتر باشد وزن کمتری حاصل خواهد شد. همچنین وی در مقاله‌ای دیگر به بهینه‌یابی توپولوژی گنبدهای شبکه‌ای تک لایه با استفاده از نوع موازی الگوریتم ژنتیک پرداخته و مینیمم تعداد گره‌ها و حلقه‌ها را بدست آورده است.
• سلاجقه [18] در سال 1391 با در نظر گرفتن پارامترهای هندسی مانند نسبت‌های خیز به دهانه به طراحی بهینه‌ی چلیک‌های دولایه‌ی تحت بارهای دینامیکی پرداخته است. وی در این تحقیق به دلیل وجود گره‌ها و المان‌های زیاد به روشی دست یافته است که به کمک آن تعداد گره‌ها و المان‌ها کاهش یافته و در نتیجه جرم سازه بهینه می‌گردد همچنین وی در بارگذاری دینامیکی اثرات قائم زلزله را نیز در نظر گرفته و به این نتیجه رسیده است که هر چقدر H/B (H خیز سازه و B دهانه‌ی آن می‌باشد) افزوده گردد (بیشتر از 3/0) یعنی سازه‌ی فضاکار از حالت مسطح به قوسی حرکت کند پریود طبیعی اول آن افزوده می‌شود و این مؤید این مطلب است که تأثیر زلزله بروی سازه‌هایی که نسبت H/B بالاتری دارند بیشتر از حالت مسطح است.
• مقدم [19] در سال 1997 رفتار لرزه‌ای سازه‌های چلیکی و گنبدی رابررسی نموده و با انجام آنالیز دینامیکی تحت شرایط مختلف تکیه‌گاهی و زوایای پوشش مختلف با استفاده از آیین‌نامه‌ی FEMA [5] پرداخته است. مهمترین پارامترهایی که وی در این تحقیق به بررسی آنها پرداخته است عبارت‌اند از:
– تأثیر خیز بر زمان تناوب و اشکال مدی: وی در این قسمت این طور نتیجه‌گیری کرده است که تناوب پایه با افزایش زاویه‌ی پوشش φ (زاویه‌ی پوشش داخلی گنبدها) زیاد می‌شود، همچنین تأثیر خیز سازه بر شکل مدی را بررسی نموده و به این نتیجه رسیده است که حرکت مد اول برای مدل‌های گنبدی با زاویه پوشش°‌‌90=φ تقریباً به صورت افقی است، در حالی که برای°‌60=φ یک حرکت دورانی راستگرد است به طوری که هنگامی که رأس سازه به سمت راست می‌رود، سمت چپ آن به پایین و سمت راست به بالا حرکت می‌کند. برعکس، برای°‌120=φ مد اول به صورت یک حرکت دورانی چپگرد می‌باشد به طوری که سمت چپ سازه به سمت بالا و سمت راست آن به پایین حرکت می‌کند. بنابراین چنین نتیجه‌گیری کرده است که خیز سازه یا زاویه‌ی پوشش آن نقش تعیین کننده‌ای در شکل حرکت مدی آن دارد.
– تأثیر بار برف بر زمان تناوب: وی در این قسمت از تحقیق خود به این موضوع اشاره کرده است که در یک سازه‌ی فضاکار، وزن واحد سطح بار مرده می‌تواند تا حد 40 تا 50 کیلوگرم بر متر مربع کاهش یابد. بنابراین، برای پوشش یک فضای 400 متر مربعی، وزن خود سازه حدود 20 تن خواهد بود در حالی که وزن بار برف با احتساب تخفیف بام شیب‌دار ممکن است به 60 تن (150/0 × 400) برسد که سه برابر وزن خود سازه است. بدین ترتیب این طور نتیجه‌گیری کرده است که بار برف تأثیر زیادی بر خصوصیات دینامیکی و پاسخ لرزه‌ای سازه‌های فضاکار دارد.
• علمدار [20] و [21] در سال 1391 به ارزیابی میزان بار استاتیکی معادل زلزله بر روی گنبدهای مشبک تک لایه پرداخته است. در این مقاله سعی شده است جهت تخمین نیروهای برش پایه و همچنین نیروهای ناشی از زلزله در ترازهای مختلف گنبد مشبک تک لایه روابطی ارایه گردد که این روابط قادرند نیروی زلزله را براحتی و بدون انجام محاسبات زمان‌بر دینامیکی و یا استفاده از فرمول‌های پیچیده‌ی ریاضی تخمین بزند.
• بررسی رفتار لرزه‌ای گنبدهای تک لایه‌ی دنده‌ای، اشتودلر و دیامتیک با استفاده از روش آنالیز تاریخچه‌ی زمانی تحت آیین نامه‌ی FEMA که توسط هریسچیان [22] در سال 2010 انجام شده است. در این مطالعه این طور نتیجه‌گیری شده است که در بین گنبدهای مقایسه شده گنبد اشتودلر آسیب‌پذیرترین و گنبد دنده‌ای مقاوم‌ترین گنبد در برابر نیروهای زلزله می‌باشد و همچنین گنبدهایی با نسبت خیز به دهانه‌ی بزرگتر از یک پنجم در برابر نیروهای افقی و کمتر از آن در برابر نیروهای قائم زلزله آسیب‌پذیر‌تر هستند.
• کامیاب و نوشین [23] در سال 2012 به بررسی اثر ایجاد قاچ و طرح آن در رفتار وزنی گنبدهای اسکالپ دو لایه پرداخته‌اند. برخی از نتایجی که آنها در این تحقیق با مطالعه‌ی پارامترهایی مانند تعداد قاچ‌ها، نوع و نسبت‌‌های هندسی (نسبت خیز به دهانه) به آن اشاره کرده‌اند عبارتند از:
– انتخاب طرح سهمی شکل در مقایسه با طرح سینوسی شکل منجر به وزن کمتری در گنبدها شده‌است.

2-1. مقدمه ……………………………………………………………………..1

فصل سوم : تاشه‌پردازی گنبد‌های تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته

اولین گام در تحلیل و رفتارشناسی هر سازه‌ای ایجاد مدل هندسی دقیق آن می‌باشد. در این تحقیق برای انجام تحلیل‌ و طراحی گنبدها از نرم‌افزار SAP 2000 استفاده شده است. برای ترسیم هندسه سازه‌های فضاکار ساده هرچند در نرم‌افزار SAP 2000 قابلیت‌هایی در نظر گرفته شده است اما برای سازه‌هایی با هندسه‌ی پیچیده ترسیم این گونه سازه‌ها به روش معمول در این برنامه و یا حتی با استفاده از نرم افزار Autocad کاری دشوار و زمان‌بر می‌باشد.
در این تحقیق برای ایجاد هندسه‌ی گنبدها از نرم‌افزار فرمین استفاده شده است. محیط برنامه‌نویسی در این نرم‌افزار به گونه‌ای است که با استفاده از جبر فرمکسی امکان مدل‌سازی هرگونه سازه‌ی‌ فضاکار حتی سازه‌های با فرم‌های آزاد معماری فراهم می‌باشد. از مهمترین قابلیت‌های این نرم‌افزار می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
– برنامه‌نویسی با استفاده از جبرفرمکسی برای ایجاد انواع تاشه‌ها.
– مشاهده‌ی پرسپکتیو سازه‌ی مدل شده.
– وجود الگوهای ساده برای ترسیم سریع انواع شبکه‌های تخت تک و دولایه و همچنین الگوهای مربوط به هندسه‌ی انواع مختلف چلیک‌ها و گنبد‌ها و….
– امکان انتقال خروجی به صورت‌های DXF ، PDF وTXT از تاشه‌پردازی و کد‌های مربوطه.

به ترکیب گره‌ها و المان‌ها که شکل هندسی سازه را ایجاد میکنند تاشه و به پرسه‌ی انجام این کار، تاشه‌پردازی اتلاق می‌شود [2]. با توجه به آن که در اکثر سازه‌های فضا کار تعداد زیادی گره و عضو وجود دارد، ایجاد شکل هندسی این سازه‌ها و یا به اصطلاح تاشه‌پردازی آنها، کار سخت و پیچیده‌ای است. اما نرم‌افزار فرمین با بهره‌گیری از جبر فرمکسی، وسیله‌ای برای ساده‌تر کردن این منظور فراهم ساخته است.
در جبر فرمکسی برای سهولت نشان دادن موقعیت المان‌ها و گره‌ها از دستگاههای مختصات مختلفی استفاده می‌شود. همچنین برای ایجاد این المان‌ها و گره‌ها بدون نیاز به تکرار مختصات تک‌تک آنها، توابعی تعریف می‌گردد که در ادامه پس از تعریف مفاهیم اولیه، دستگاه‌های مختصات و توابع مهم و لازم برای تولید گنبدها شرح داده می‌شود.

3-1-3. یکانه ، تژ ، لاد و فرمکس
به هر عدد داخل کروشه در سیستم جبر فرمکسی، یکانه گفته می‌شود [2]. مجموعه‌ی یکانه‌ها که با علامت کاما از هم جدا می‌گردند، و می‌توانند معرف یک گره باشد تژ نامیده می‌شود. برای تعریف یک عضو از دو تژ که علامت نقطه ویرگول بینشان می‌باشد استفاده می‌شود و به آن لاد اتلاق می‌گردد. در دو طرف لاد علامت کروشه گذاشته می‌شود و تعدادی لاد که در یک آکولاد قرار می‌گیرند معرف یک فرمکس و عبارت اولیه برای تولید تاشه می‌باشد که این تعاریف و تاشه‌ی مربوطه در شکل 3-1 نشان داده شده است.

3-1. مدل‌سازی و تاشه‌پردازی گنبدها……………………………………… 14
3-1-1. کلیات…………………………………………………………………… 14
3-1-2. تعریف تاشه‌پردازی…………………………………………………….. 14
3-1-3. یکانه، تژ، لاد و فرمکس………………………………………………. 15
3-1-4. توابع فرمکسی…………………………………………………………. 15
3-1-5 . برماره‌ی گنبدها …………………………………………………………16
3-2. تاشه‌پردازی گنبد دیامتیک………………………………………………… 16
3-2-1. کلیات…………………………………………………………………….. 17
3-2-2. برماره‌ی دیامتیک……………………………………………………….. 18
3-2-3. توابع استفاده شده در تاشه‌پردازی گنبد دیامتیک ………………….19
3-2-4. بافتار ولایه‌بندی گنبدهای دیامتیک………………………………….. 21
3-3‌. فرازش و بهینه‌سازی در سازه‌های فضاکار…………………………….. 22
3-3-1‌. کلیات ……………………………………………………………………..22
3-3-2. تعریف فرازش……………………………………………………………. 22
3-3-3. تاشه‌پردازی فرازش ………………………………………………………23
3-3-4. توابع استفاده شده در تاشه‌پردازی گنبد دیامتیک فرازش‌یافته……… 23

 

فصل چهارم : مدل‌سازی و معرفی گنبدهای مورد مطالعه

مدل‌سازی ریاضی یک مدل مجازی از سازه‌ی واقعی است که رابطه‌ی بین اجزای سازه، مشخصات مکانیکی، هندسه‌ی سازه، عوامل و بارهای مؤثر و پاسخ سازه را تعیین می‌کند. در این تحقیق مدل‌سازی ریاضی یا تاشه‌پردازی گنبدها براساس جبر فرمکسی در برماره‌ی دیامتیک که در بخش‌های قبلی شرح داده شده است و با استفاده از نرم‌افزار فرمین انجام شده است. در ادامه به شرح گروه‌های در نظر گرفته شده و در این تحقیق پرداخته شده است.
به منظور بررسی حالات مختلف هندسی گنبد دیامتیک فرازش‌یافته، 4 گروه مختلف که هر یک دارای پارامترهای هندسی متغیر می‌باشند، مدل‌سازی شده است. این 4 گروه عبارتند از:

4-2 .گروه 1 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک ساده با نسبت‌های مختلف خیز به دهانه
گنبدهای دیامتیک که در بخش 3-2 مورد معرفی قرار گرفتند در اینجا به عنوان گنبدهای پایه و در گروه 1 تحت عنوان گنبدهای دیامتیک ساده مدل‌سازی شده‌اند. گنبدهای پایه مدل اولیه‌ی گنبدهایی هستند که در مراحل بعدی عمل فرازش در آنها انجام می‌شود و بدیهی است که شناخت عملکرد سازه‌های اولیه امری اجتناب ناپذیر در بررسی و رفتارشناسی گنبدهایی است که از تغییرات آنها گنبدهای فرازیده به وجود می‌آیند. بنابراین گروه اول از گنبدها به این دسته اختصاص یافته است.

گنبدهای دیامتیک تک‌لایه بدون ایجاد فرازش با نسبت‌های خیز به دهانه به ترتیب از چپ 1/0 و2/0 و3/0 و 4/0 و 5/0

گنبدهای دیامتیک تک‌لایه بدون ایجاد فرازش با نسبت‌های خیز به دهانه به ترتیب از چپ 1/0 و2/0 و3/0 و 4/0 و 5/0

4-1. کلیات………………………………………………………………………… 25
4-2‌. گروه 1 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک ساده با نسبت‌های مختلف خیز به دهانه………………………………………………………………………………… 25
4-3. گروه 2 : گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته با نسبت‌های مختلف هندسی در گنبد پایه………………………………………………………………………………. 27
4-4. گروه 3 : گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته با خیز ثابت و دهانه‌ی متغییر در فرازش چلیکی……………………………………………………………………….. 28
4-5 . گروه 4 : گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته با دهانه‌ی ثابت و خیز متغییر در فرازش چلیکی…………………………………………………………………….. 29
4-6‌. مقاطع استفاده شده در گنبدها…………………………………………… 30

فصل پنجم : بهینه‌یابی گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارگذاری ثقل

در این فصل ‌رفتار گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته در برابر بارگذاری ثقلی شامل وزن و همچنین بار برف بررسی می‌شود. به دلیل وسعت زیاد سازه‌های فضاکار بار برف و آثار انباشتگی آن می‌تواند از جمله بارهای بحرانی در برابر انواع فروجهش‌های موضعی و کلی باشد. در این تحقیق به طور کلی بارگذاری ثقلی به دو گروه اصلی بارهای مرده (دائمی) و بارهای زنده که عمدتاً در مورد سازه‌های فضاکار بار برف می‌باشد، طبقه‌بندی می‌شوند که در ادامه به بررسی آنها پرداخته شده است.

5-1-2. بارهای مرده
بارهای مرده بارهایی هستند که به صورت دایمی در تمام عمر مفید سازه بدون آنکه در بزرگی و شدت آنها تغییر قابل اعتنایی حاصل گردد به صورت فعال حضور دارند و شامل تمامی بارهای ثقلی (وزن) سازه، اعضا و اجزای سیستم باربر، سازه‌های سقف‌ها، نازک‌کاری، نماسازی، پوشانه‌ها، اتصالات و تمامی تجهیزات و وسایلی که در موقعیت ثابت قرار می‌گیرند می‌باشد. نحوه‌ی در نظر گرفتن این بارها در گنبدهای مورد مطالعه در بخش 5-2 به طور مفصل بیان شده است.

5-1-3. بارهای ناشی از برف و عوامل مؤثر بر آن
در مورد سازه‌های فضاکار پوشاننده‌ی فضاهای وسیع فاقد ستون‌های میانی بارهای برف در مناطق سردسیر و معتدل، اغلب نقش تعیین‌کننده‌ای در طراحی سازه‌ی فضاکار خواهند داشت. بار برف ماهیتاً ثقلی محسوب گردیده و به صورت قائم بر مساحت سطح افقی حاصل از تصویر سطح بام شیب‌دار یا رویه‌های منحنی شکل اعمال می‌گردد.
بار برف وارده بر بام بستگی به شرایط آب و هوایی، فرم، نوع، ابعاد، نسبت، ناحیه و جهت استقرار سازه و میزان تصعید حرارت از طریق بام و تفاوت دمای داخل سازه و خارج آن دارد. با توجه به آنکه در اغلب سازه‌های شبکه‌ای فضاکار به دلیل سبکی نسبی وزن سازه، نسبت بار برف به بار مرده قابل ملاحظه می‌باشد، بار برف یکی از مؤثرترین کنش‌های وارده بر این سازه‌ها در مناطق سردسیر و معتدل به شمار می‌رود. با توجه به آنکه نسبت بار برف به بار مرده‌‌ی سازه‌های فضاکار در مناطقی از کشور قابل ملاحظه‌ است، نحوه‌ی توزیع بار برف در این نوع سازه‌ها نقش مهمی در طراحی اجزای سازه‌ی فضاکار ایفا می‌نماید.
بطور کلی شدت و شیوه‌ی توزیع بار برف روی سقف‌ها تابعی از شرایط آب و هوایی، توپوگرافی، شکل ساختمان، مصالح پوشش سقف، دمای سقف برف‌گیر و جهت کل باد می‌باشد. جز در مناطق کم باد یا حفاظدار، بار وارده بر بام سازه معمولاً از بار برف وارده بر سطح زمین با همان مساحت، کوچکتر خواهد بود. زیرا بخشی از برف فرود آمده بر بام به وسیله‌ی باد پراکنده می‌گردد. همچنین باد می‌تواند بخش‌هایی از برف برجای مانده را هم به تدریج بردارد. به علت افزایش دما یا گرم شدن بام از طبقه‌ی زیرین و انتقال حرارت از طریق مصالح پوشانه‌ی بام، بخشی از برف تبخیر و یا ذوب می‌شود. گاه از روش‌های گرم کردن پوشانه به منظور عدم تجمع برف در سازه‌های فضاکار پوشش دهنده‌ی دهانه‌های وسیع بهره‌گیری می‌شود. از طرف دیگر ذوب شدن و به دنبال آن کاهش دما و یخبندان متعاقب آن، ممکن است مانع جابه‌جایی برف از بام توسط باد گردد.
موارد فوق و همچنین احتمال نزول برف از بخش‌های مرتفع‌تر نه تنها کل بار را تغییر می‌دهد، بلکه نحوه‌ی توزیع بار برف را نیز دگرگون می‌نماید. در حالتی که شکل و فرم بام موجب کاهش سرعت باد در موضعی از بام گردد، ممکن است در آن موضع، شدت بار برف از شدت بار برف روی زمین افزونتر باشد. نسبت بار برف وارده بر بام به بار برف روی زمین به طور عمده به فرم سازه، شیب سقف‌ها، میزان زبری سطوح در معرض بارش برف، سرعت، جهت و طول مدت وزش باد و شرایط تابش خورشید بستگی دارد و توزیع بار برف بر بام سازه‌ی فضاکار باید با توجه به این عوامل و شروط تخمین‌ زده شود و لذا با توجه به جمیع این جهات بار برف در حالت‌های متفاوتی مانند اعمال بار گسترده‌ یا بصورت یکنواخت یا به صورت نامتقارن یا با انباشتگی موضعی ملحوظ گردد.

بارگذاری بار برف برای گنبد SS.DD.003  بر اساس آیین‌نامه‌ی سازه‌ها‌ی فضاکار ایران

بارگذاری بار برف برای گنبد SS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی سازه‌ها‌ی فضاکار ایران

5-1. بارگذاری ثقلی /……………………………………………………………………32
5-1-1. کلیات……………………………………………………………………………. 32
5-1-2. بارهای مرده……………………………………………………………………. 32
5-1-3. بارهای ناشی از برف و عوامل مؤثر بر آن……………………………………. 32
5-2. بارگذاری ثقلی در گنبدهای دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته…………………. 38
5-2-1. بارهای مرده…………………………………………………………………….. 38
5-2-2. بارهای ناشی از برف…………………………………………………………… 38
5-3. بارگذاری حرارتی……………………………………………………………………. 41
5-4. ترکیبات بارگذاری در آنالیز و طراحی گنبدها تحت بارهای ثقلی……………… 45
5-5. تحلیل و طراحی گنبدها تحت بارهای ثقلی……………………………………. 46
5-5-1. روش آنالیز و فرضیات……………………………………………………………. 47
5-5-2. بررسی رفتار وزنی گنبدها در گروه‌های تعریف شده……………………….. 47
5- 6 . نتیجه‌گیری………………………………………………………………………… 50

فصل ششم: بررسی رفتار لرزه‌ای گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته

در این فصل از تحقیق به رفتارشناسی گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازیده تحت کنش‌های دینامیکی که مهمترین آنها به لحاظ زلزله خیز بودن کشور ایران کنش‌های زلزله می‌باشد، پرداخته می‌شود. در مورد این سازه‌ها انتظار می‌رود که به دلیل سبکی و درجات نامعینی زیاد رفتار مناسبی در برابر زلزله داشته باشند از این رو کاربرد این سازه‌ها در چنین شرایطی با داشتن ویژگی‌های ممتاز ذکر شده معقولانه و مطلوب می‌باشد. بدین منظور با انجام آنالیز دینامیکی تاریخچه‌ی زمانی و به صورت غیرخطی برای گروه‌های تعریف شده، رفتار گنبدها بررسی شده و هندسه‌ی بهینه در هر گروه مشخص شده است. جزییات نحوه‌ی کار در ادامه شرح داده شده است.

6-1-2. آنالیز غیر خطی تاریخچه‌ی زمانی
در این روش، تحلیل دینامیکی سازه با اثر دادن شتاب زمین به صورت تابعی از زمان در تراز پایه‌ی ساختمان و به کارگیری محاسبات متعارف دینامیک سازه‎ها انجام شده است. این تابع به صورت زوج‌های مرتب که یکی از درایه‌های آن زمان و دیگری معرف مقدار تابع تاریخچه‌ی زمانی است می‌باشد. هر زوج شتاب ‌نگاشت شده، هم‎زمان در دو جهت عمود بر هم و در امتدادهای اصلی سازه و همچنین در جهت قائم به آن اثر داده شده و بازتاب‎های سازه به‎ صورت تابعی از زمان تعیین گردیده است. بازتاب نهایی سازه در هر لحظه‌ی زمانی برابر با حداکثر بازتاب‎های به‎دست آمده از تحلیل با سه زوج شتاب نگاشت مورد نظر می‎باشد.
6-1-1. کلیات…………………………………………………………………………….. 52
6-1-2. آنالیز غیر خطی تاریخچه‌ی زمانی……………………………………………… 52
6-1-3. مشخصات مفصل‌های پلاستیک………………………………………………. 53
6-2. پارامترهای انتخاب شتاب نگاشت……………………………………………….. 53
6-2-1. مشخصات زمین‌شناسی، تکتونیکی و لرزه‎ای اصفهان ……………………..54
6-2-2. انتخاب شتاب ‌نگاشت…………………………………………………………. 55
6-2-3. مقیاس کردن شتاب ‌نگاشت‎ها……………………………………………….. 59
6-2-4. طیف طرح استاندارد…………………………………………………………… 60
6-3. بررسی زمان تناوب و شکل مدی گنبدها ……………………………………….60
6-3-2.گنبدهای گروه 1………………………………………………………………… 60
6-3-2.گنبدهای گروه 2……………………………………………………………….. 61
6-3-3.گنبدهای گروه 3………………………………………………………………… 63
6-3-4.گنبدهای گروه 4………………………………………………………………….. 64
6-4. مد مؤثر……………………………………………………………………………… 65
6-4-1. گنبدهای گروه 1………………………………………………………………. 65
6-4-2. گنبدهای گروه 2……………………………………………………………….. 68
6-4-3. گنبدهای گروه 3 …………………………………………………………………71
6-4-4. گنبدهای گروه 4…………………………………………………………………. 73
6-5. ناپایداری در گنبدها …………………………………………………………………..76
6-5-1. بررسی ناپایداری در سازه‌های فضاکار به روش الاستیک و الاستوپلاستیک 76
6-5-2. تغییرمکان‌های جانبی گنبدها …………………………………………………….78
6-‌6. بررسی رفتار وزنی گنبدها……………………………………………………….. 82
6-7. نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………… 85

فصل هفتم : بررسی رفتار گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته تحت بارباد

7-1.کلیات……………………………………………………………………. 87
7-2. تعاریف…………………………………………………………………. 87
7-3. روش‌های محاسبه‌ی بارهای باد……………………………………..88
7-4. تعیین فشار باد……………………………………………………….. 89
7-4-1. فشار متناظر با سرعت مبنا،………………………………………  89
7-4-2. ضریب بادگیری، Ceا………………………………………………… 89
7-4-3. ضریب تندباد، Cg ا…………………………………………………..91
7-4-4. ضریب فشار بیرونی، Cp ا…………………………………………….91
7-5. فشار خالص ناشی از باد………………………………………………. 91
7-6. نیروی ناشی از باد بر اجزای گنبد ………………………………………..91
7-7. بارگذاری گنبدهای مورد مطالعه ………………………………………..91
7-7-1. گنبدهای گروه 1 (گنبدهای بدون فرازش)………………………… 91
7-7-2. گنبدهای گروه 2 و3 و4 (گنبدهای فرازش‌یافته)…………………… 92
7-8. بررسی رفتار وزنی گنبدها تحت بارگذاری باد ………………………..99

7-9. نتیجه‌گیری……………………………………………………………… 101

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل هشتم : نتیجه‌گیری

8-1. کلیات …………………………………………………………………………103
8-2. نتایج …………………………………………………………………………..104
8-3. پیشنهادات………………………………………………………………….. 104
مراجع………………………………………………………………………………. 105
پیوست1 …………………………………………………………………………….109

 

Abstract

Many innovations have occurred in the structural engineering and optimization due to science and technology advancement that one of them is space frame structures. Compared to the other structural systems, space frame structures have several fundamental advantages. Lightweight and high rigidity are outstanding features of this system according to the high risk of earthquakes in Iran. Varieties of this system include grids, barrel vaults, and domes. But, in advanced the innovative shapes called free forms can be created from these typical primary models. Hence, moreover the simple techniques for generation of different types of primary models geometry, other techniques appropriate for different possible configuration of free forms are defined, that pellevation function is one of the most useful. By applying these new techniques, the primary models are changed to reduce cost and improve structural behavior. In this research, four different groups of single layer pellevated diamatic domes are investigated. It shall be mentioned that each type of space frame structure has a special behavior under different dynamic loading for example earthquake or static loadingfor example weight and snow. Therefore every structure requires to be studied separately, and in this respect the free form models such as pellevated domes are of particular importance due to their special configurations. In this research, the barrel pellevation which can be easily matched to the diamatic domes is applied, and the computer program Formian is used as a tool for configuration processing of models. The linear static and nonlinear time history analyses are performed by SAP2000 software. The effects of changes in the geometry including the ratio of rise to span and dimensions of pellevation are studied, and the best configuration resulted minimum weight is proposed for each group. In general, the results show that the structural behaivior of single layer diamatic domes can be improved via applying proper pellevation.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان