نيروي باد در آسمان خراشها

نيروي باد

آسمان خراشهاي اوليه به علت وزن زياد ساختمان با ديوارهاي باربر ساخته شده از مصالح بنايي چنان بودند نيروي باد قادر نبود به جاذبه زمين غلبه كند . با افزايش ارتفاع سرعت باد افزايش مي يابد ، سرعت متوسط باد استاتيكي يعني ثابت است ولي سرعت وزش هاي ناگهاني ديناميكي است ، بنابراين در طراحي ساختمان ها علاوه بر اين با خمش يك طرفه (ناشي ازبرخورد باد به يك طرف ساختمان) و خمش دو طرفه كه تنش هاي برشي و پيچشي اضافي روي اعضاي سازه وارد مي كند و در نهايت تغيير مكان دوطرفه ايجاد مي كند، روبرو هستيم  .

      تقسيم بندي سيستم لوله قابي :

سيستم هاي لوله اي با توجه با فاصله بين ستون هاي خارجي به چند دسته تقسيم مي شوند كه به چند مورد اشاره مي شود .

1)      قاب لوله اي با فاصله 10 تا 15 فوت (3 تا 4.58 متر) . به اين ترتيب كه در پلان هاي مستطيلي در جهت كوتاه فاصله 3 متر و در جهت بلند 4.58 متر .كه البته اين نوع فاصله گذاري براي پلان هاي غير فشرده مناسب مي باشد و در بسياري از

ساختمان هاي بلند يافت مي شود . اندازه ستون ها 38×40 اينچ و يا در بعضي طرح ها 27 ×40 اينچ . در ساختمان هاي فلزي اين اندازه ها مقداري كوچكتر شده به ميزاني كه ستونها 20 ×36 اينچ مي باشند كه البته شرايط ضد آتش آنها را به اندازه ستون هاي مركب ميرساند .

2)      قابهاي لوله اي با فاصله 10 فوت (3 متر) ستون ، كه اين فاصله براي همه ستون هاي اطراف محيطي استفاده مي شود و در بعضي از ساختمان ها ممكن است برخي از طراحان و مالكان تصميم بگيرند كه اين فاصله كمتر نيز بشود كه اندازه ستون ها 27 ×48 اينچ براي ستون هاي تركيبي و 20×36 اينچ براي ستونهاي فلزي بكار رود .

اولين ساختماني كه از اين سيستم استفاده كرده ، ساختمان 43 طبقه  دويت چيست نات در سال 1964 در شيكاگو است كه اين سيستم به خاطر مشكلاتي كه دارد اصلاح شده است ؛ در ادامه به آن  خواهيم پرداخت ، چنين به نظر مي رسد كه روش لوله قابي براي ساختمان هاي فولادي تا هشتاد طبقه و براي ساختمان هاي بتني تا شصت طبقه اقتصادي است .

 

 

 

      ساختمان هاي ساخته شده با سيستم لوله قابي :

      آپارتمان دويت چست نات

 اولين ساختمان ساخته شده با سيستم لوله قابي در سال1965 با 43 طبقه .

 

   The Plaza on Dewitt

با ارتفاع 120 متر در سال 1966 و با 43 طبقه ارتفاع ، در مرکز تجاري شهر شيکاگو ساخته شد و اين ساختمان نمونه ديگري از سيستم لوله اي است کهچهارچوبهاي صلب خارجي که از ستونهاي پيراموني تشکيل شده اند ، سازه را مهاربندي کرده و اجازه ايجاد طبقاتي با فضاي باز را مي دهند .

اتصال خورجيني، مشكل صنعت ساختمان كشور

اتصال خورجيني متداول ترين شكل اتصال در ساختمان هاي اسكلت فلزي در ايران است؛ مبدع اين اتصال ايرانيان هستند و در هيچ كجا شناخته شده نيست! نحوه اجراي اتصال خورجيني بدين طريق است كه تيرهاي باربر از طرفين ستون ها به طور يكسره عبور داده مي شوند و روي نبشي هايي كه در طرفين ستون نصب شده اند قرار مي گيرند و معمولا در بالاي هر تير هم يك نبشي قرار مي دهند، لذا اتصال خورجيني تامين كننده نشيمن براي عبور يك جفت تير سرتاسري از طرفين ستون است.

اتصال خورجيني كاربرد گسترده اي در ايران دارد كه علت آن عمدتا سادگي اجرا، كاهش هزينه، كم كردن نيمرخ بال پهن و شماره هاي بالاي نيمرخ IPE است. به طور كلي ساختمان هاي فولادي به دليل نرمي و انعطاف پذيري از پايداري خوبي در برابر نيروهاي ناشي از زلزله برخوردارند، اما متاسفانه در زلزله هاي خرداد ماه 69 منجيل و رودبار و زلزله اخير بم برخلاف انتظار، شديدا آسيب ديدند و خسارات جبران ناپذيري را به بار آوردند.

علت اين امر را بايد عمدتا در كيفيت اتصالات جست. ضابطه اصلي طرح اتصالات در نقاط زلزله خيز قابليت انتقال لنگر براي سازه هايي است كه فاقد بادبند يا ديوار برشي بتن آرمه اند؛ در حالي كه اتصالات خورجيني از سوي هيچ كدام از آيين نامه هاي موجود به عنوان اتصالات گيردار شناخته نشده اند.

يكي از اجزاي كليدي دراتصال خورجيني، نبشي هاي بالا و پايين اتصال است. تيرهاي اصلي قاب ها كه به صورت يكسره از كنار ستون ها عبور كرده اند روي نبشي هاي نشيمن سوار مي شوند و معمولا از يك نبشي اتصال كوچك نيز براي اتصال بال فوقاني تير به ستون استفاده مي شود كه مقداري گيرداري در اتصال به وجود مي آورد. نبشي تحتاني پهن تر از پهناي بال تير I شكلي كه بر روي آن قرار می گيرد، انتخاب مي شود و اين عمل به خاطر فراهم آوردن سطحي كه بتوان تير را به نبشي جوش داد، ايجاد مي شود.

نبشي هاي تحتاني وقتي كه ستون ها به صورت خوابيده بر روي زمين آماده سازي مي شوند در محل هاي خود جوش مي شوند و پس از ساخت ستون ها و گذاردن تيرها بر روي نبشي هاي تحتاني، بال تير I شكل به نبشي تحتاني به صورت تخت جوش شده و سپس با استفاده از نبشي هاي كوچكتري كه طول بال آنها از پهناي بال تيرI شكل كوتاه تر است در قسمت فوقاني تير I شكل اتصال ديگري ايجاد مي شود مجددا كيفيت جوش اين نبشي از نوع تخت بوده، ولي دقت كافي در انجام آن صورت نمي پذيرد. نبشي بالا دو جوش به تير و ستون دارد. جوش به ستون به دليل آنكه سربالا انجام مي شود اصلا مرغوب نيست و اين جوش شره اي با كيفيت پايين تري اجرا مي شود.

از آنجا كه اصل است كه جوش بايد مقاوم تر از فولاد مادر باشد لذا اگر نيروي جانبي وارد شود بايد فولاد پاره شود نه جوش و از آنجايي كه جوش ها متاسفانه هميشه ضعيف تر از فولاد عمل مي كنند در نتيجه اتصال خورجيني براي سازه جوش مناسب نيست. نبشي هاي بالا وپايين معمولا حكم عاملي جهت نگهداري تير بر جاي خود را دارد و به رغم اينكه اندازه و طول نبشي، ضخامت و طول جوش عوامل اصلي در تعيين رفتار بهينه اتصال در هنگام زمين لرزه هستند، اما در طراحي اين اتصال بدون رعايت ضوابط علمي جوش اجراي اسكلت انجام مي پذيرد.

اتصال خورجيني در برابر بارهاي قائم با اتصالات صلب برابري مي كند، اما در برابر نيروهاي جانبي بيشترين نيرو به اتصال به صورت پيچشي است كه اين نيرو مي بايست از شاه تير به نبشي و از نبشي به ستون وارد شود و بنابراين دو واسطه در انتقال نيرو وجود دارد و از آنجا كه نبشي با جوش هاي غيراستاندارد به ستون متصل شده است، لذا واسطه اي ضعيف است و در اثر زلزله يا ساير نيروهاي جانبي سقف پايين مي آيد! در خرابي هاي زلزله هاي گيلان و بم در اكثر موارد تير و نبشي پايين آمده است كه نشان مي دهد نبشي ضعيف بوده است.

قاب با اتصال خورجيني تنها بايستي براي بارهاي قائم طراحي شوند. اين اتصال در مقابل بارهاي جانبي عملكرد خوبي نداشته و تنها براي تحمل بارهاي قائم مناسب هستند و بارهاي جانبي را بايستي سيستم هاي ديگري چون بادبندها تحمل كنند. اگر چه اتصال بادبند نيز خود با مشكلاتي همراه است چرا كه به دليل فاصله بين تيرهاي متصل به ستون، چنانچه بادبند در آكس ستون ها قرار گيرد، نمي تواند به تيرها متصل شود و چنانچه به يكي از تيرهاي اصلي اتصال خورجيني نصب شوند آنگاه بادبند در آكس ستون واقع نمي شود.

يكي ديگر از مشكلات اتصال خورجيني هنگامي بروز مي كند كه تيرها در دو طرف، دهانه هاي نامساوي را پوشش دهند، در اين صورت دهانه هاي نامساوي عكس العمل هاي نامساوي را در برابر بارهاي وارده نشان خواهند داد و افزايش لنگرها را موجب مي شوند. عدم اتصال تيرها به هم و نامساوي بودن دو دهانه اطراف باعث مي شود كه نتوانند با هم كار كنند.