استاد راهنما:
دکتر مریم داعی
 
 
استاد مشاور:
دکترسید امیرمهرداد-محمد حجازی
                                              اردیبهشت 1393

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکیده

با پیشرفت علوم و تكنولوژی، نوآوری‌های بسیاری در زمینه‌ی مهندسی سازه و بهینه‌سازی آنها رخ نموده است كه نمونه‌ای از آن سازه‌های فضاكار می‌باشد. در مقایسه‌ی با سایر سیستم‌های سازه‌ای، سازه‌ی فضاكار دارای چندین مزیت اساسی است كه با توجه به زلزله خیز بودن كشور ایران، سبكی و صلبیت بالای این سازه‌ها بیش از هر چیز چشم‌گیر می‌باشد. از انواع سازه‌های فضاکار می‌توان به شبکه‌های تخت، چلیک‌ها و انواع گنبدها اشاره نمود. همچنین در حالت پیشرفته می‌توان فرم‌های تکمیل یافته‌ی سازه‌های فضاکار را بر اساس سازه‌های اولیه ایجاد کرد. بدین مفهوم که علاوه بر تکنیک‌های ساده برای تولید انواع تاشه‌های سازه‌های فضاکار تکنیک‌های دیگری نیز با اهداف مختلف تاشه‌پردازی وجود دارند که کاربرد‌یترین این تکنیک‌ها تحت توابعی چون فرازش تعریف می‌شوند. این توابع در حقیقت با ایجاد تغییراتی در مدل‌های ابتدایی، اهداف طراحی که مهمترین آنها در خصوص سازه‌های فضاکار کاهش هزینه‌ها و عملکرد مطلوب می‌باشد را برآورده می‌کنند. در این تحقیق گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک با اعمال فرازش در چهار گروه مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که هر یک از فرم‌های سازه‌های فضاکار تحت کنش‌های مختلف که از انواع آن می‌توان به کنش‌های دینامیکی مانند زلزله و کنش‌های استاتیکی مانند وزن و برف اشاره کرد، رفتار خاصی دارند و لذا هر یک از آنها نیازمند رفتارشناسی خاص خود با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد می‌باشند. در این بین فرم‌های تکمیل یافته‌ی سازه‌های فضاکار مانند گنبدهای فرازیده به دلیل تاشه‌پردازی خاص خود از جایگاه ویژه‌ای برخوردارند. در این تحقیق از تابع تکمیلی فرازش چلیکی که بهترین تطبیق را با گنبدهای دیامتیک دارد استفاده شده است و مراحل تاشه‌پردازی گنبدها با بهره گرفتن از نرم افزار FORMIAN و تحلیل و طراحی آنها با بهره گرفتن از نرم‌افزار SAP2000 و بر اساس آنالیز استاتیکی خطی و همچنین آنالیز غیر خطی تاریخچه‌ی زمانی انجام شده است.رفتارگنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک تحت کنش‌های فوق‌الذکر با بررسی نسبت‌های خیز به دهانه‌ در گنبدهای پایه و همچنین بررسی ابعاد هندسی فرازش ایجاد شده مورد مطالعه قرار گرفته و نسبت‌های هندسی و ابعادی از فرازش که منجر به کمترین وزن در گنبدها می شوند، برای گروه‌های مختلف محاسبه شده است. بطور کلی نتایج نشان می‌دهد که اعمال فرازش مناسب در گنبد دیامتیک می‌تواند منجر به بهبود عملکرد سازه شود.

 

کلید واژه: سازه‌های فضاکار، گنبد تک لایه‌ی دیامتیک فرازیده، بهینه‌یابی سازه‌ای، تحلیل دینامیکی غیر خطی.

 

فهرست مطالب

عنوان
 
         صفحه
 

فصل اول : کلیات

1-1. مقدمه…………………………………… ..1

1-2. معرفی سازه‌های فضاکار…………………….. ..2

1-3. انواع سازه‌های فضاکار…………………….. ..2

1-3-1. سازه‌ی فضاكار تخت یک لایه ………………… ..2

1-3-2. سازه‌ی فضاكار تخت دو لایه ………………… ..3

1-3-3. سازه‌ی فضاكار چلیک………………………. ..4

1-3-4. سازه‌ی فضاكار گنبد………………………. ..4

1-4. اتصالات در گنبدها………………………….. . 5

1-5. اهداف و گستره……………………………. . 6

فصل دوم : مروری بر ادبیات تحقیق

2-1. مقدمه…………………………………… ..1

فصل سوم : تاشه‌پردازی گنبد‌های تک لایه‌ی دیامتیک فرازش‌یافته

3-1. مدل‌سازی و تاشه‌پردازی گنبدها……………….. 14

3-1-1. کلیات………………………………… 14

3-1-2. تعریف تاشه‌پردازی ……………………… 14

3-1-3. یكانه، تژ، لاد و فرمكس…………………….. 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

 

عنوان 

 
 
         صفحه
فصل چهارم : مدل‌سازی و معرفی گنبدهای مورد مطالعه

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 ثقلی

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

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، تكتونیكی و لرزه‎ای اصفهان. 54
6-2-2. انتخاب شتاب ‌نگاشت……………………… 55
6-2-3. مقیاس كردن شتاب ‌نگاشت‎ها………………… 59
عنوان
 
         صفحه
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 فضاكار 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، q…………….. 89

7-4-2. ضریب بادگیری، Ce ………………………. 89

7-4-3. ضریب تندباد، Cg………………………… 91

7-4-4. ضریب فشار بیرونی، Cp……………………. 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
 

 

عنوان
 
           صفحه

7-9. نتیجه‌گیری………………………………. 101
فصل هشتم : نتیجه‌گیری

8-1. کلیات…………………………………… ..103
8-2. نتایج…………………………………… 104

8-3. پیشنهادات………………………………. 104

مراجع……………………………………….. 105

پیوست1………………………………………. 109

 

فهرست شكل‌ها

عنوان
 
        صفحه
 

شکل 1- 1 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت تک لایه………. .3

شکل 1- 2 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دو لایه………. .4

شکل 1- 3 نمونه‌هایی از چلیک‌……………………. .4

شکل 1- 4 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد لملا، گنبد اشودلر و گنبد دنده‌ای………………………………….. .5

شکل 1- 5 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد پیازی، گنبد اسکالپ و گنبد دیامتیک………………………………. .5

شکل 1- 6 گنبد دیامتیک تک لایه‌ی فرازش‌یافته………. ..7

شکل3- 1 نمونه‌ای از یک عبارت فرمکسی…………….. 15

شکل3- 2 تاشه‌ی گنبد و یک مقطع عمودی از آن………. 16

شکل3- 3 مؤلفه‌های برماره‌ی کروی برای تاشه‌پردازی گنبد 17

شکل3- 4 نمونه‌ای از گنبد دیامتیک……………….. 17

شکل3- 5 ساختار قاچ گنبدها. (a) گنبد دیامتیک بدون مشکل تراکم اعضا در رأس و (b) گنبد لملا با داشتن مشکل تراکم اعضا در رأس 18

شکل3- 6 گنبدهای دنده‌ای (ردیف بالا) و اشودلر (ردیف پایین) که اعضای مجاور رأس آنها مورد قطع کلی و یا هرس قرار گرفته‌اند.     18

شکل3- 7 خطوط شبکه در برماره‌ی دیامتیک…………… 19

شکل3- 8 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای دیامتیک   20

شکل3- 9 چند نمونه از توابع فرمکسی مورد استفاده در تاشه‌پردازی گنبدهای دیامتیک……………………………………… 20

شکل3- 10 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای دیامتیک با بافت لانه زنبوری و تاشه‌ی ایجاد شده توسط آنها ……….. 21

شکل3- 11 نمونه‌ای از بافت مثلی در گنبد دیامتیک (به وجود آمدن خطوط مرزی در نواحی مرزی قاچ‌ها)‌…………………….. 22

شکل3- 12 نمونه‌هایی از انواع فرازش در شبکه‌های تخت.. 23

شکل3- 13 مراحل ابتدایی فرازش کروی……………… 23

شکل3- 14 تابع استفاده شده در فرازش چلیک‌گونه……. 24

شکل3- 15 مراحل اولیه‌ی فرازش چلیک‌گونه…………… 24

شکل4- 1 نسبت‌های هندسی در گنبدها……………….. 26

شکل4- 2 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…. 26

شکل4- 3 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه 2……….. 27

شکل4- 4 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه 3………. 28

عنوان
 
           صفحه
 

شکل4- 5 تاشه‌های مربوط به گنبدهای گروه4………… 30

شکل 5- 1 ضریب CS برای سقف‌های گنبدی و دندانه‌ای شکل در بارگذاری متقارن و نامتقارن ………………………………… 34

شکل 5- 2 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی  AISC 7-05برای زوایای کمتر از°‌30 در قوس‌ها 35

شکل 5- 3 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی  AISC 7-05برای زوایای بین °30 تا °‌70 در قوس‌ها   35

شکل 5- 4 مقادیر بارگذاری بار برف بصورت متقارن و نامتقارن درآیین‌نامه‌ی  AISC 7-05برای زوایای بیشتر از °‌70 در قوس‌ها    36

شکل 5- 5 نمودارهای مربوط به تعیین ضریب Cs …….. 37

شکل 5- 6 جدول مربوط به تعیین ضریب Ce…………… 37

شکل 5- 7 جدول مربوط به تعیین ضریب Ct…………… 37

شکل 5- 8 جدول مربوط به تعیین ضریب I……………. 38

شکل 5- 9 تعیین زاویه‌ی α درگنبد SS.DD.003 …………. 39

شکل 5- 10 بارگذاری بار برف برای گنبدSS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی سازهای فضاکار ایران………………………………… 40

شکل 5- 11 بارگذاری بار برف برای گنبدSS.DD.003 بر اساس آیین‌نامه‌ی AISC 7-05. ……………………………………………. 41

شکل 5- 12 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری متقارن 42

شکل 5- 13 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری متقارن 43

شکل 5- 14 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری متقارن 43

شکل 5- 15 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری متقارن 44

شکل 5- 16 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری نامتقارن   44

شکل 5- 17 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری نامتقارن   45

شکل 5- 18 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری نامتقارن   45

شکل 5- 19 نمونه‌ای از گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری نامتقارن   46

شکل 5- 20 رفتار وزنی گنبدهای گروه 1……………. 48

شکل 5- 21 تغییرات وزنی گنبدها در نسبت‌های خیز به دهانه‌ی مختلف     48

شکل 5- 22 رفتار وزنی گنبد‌های گروه 2……………. 49

شکل 5- 23 رفتار وزنی گنبدهای گروه 3……………. 49

شکل 5- 24 رفتار وزنی گنبدهای گروه 4 …………… 50

شکل 5- 25 رفتار وزنی گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری بار برف   51

شکل 6- 1 منحنی نیرو-تغییرشکل (دوران)…………… 53

شکل 6- 2 گسل‌های شناخته شده تا شعاع 100 كیلومتری اصفهان. 54

عنوان
 
           صفحه
 

شکل 6- 3 زلزله‎های رخ داده تا شعاع 200 كیلومتری شهر اصفهان 55
شکل 6- 4 بزرگای زمین لرزه‎ها نسبت به سال وقوع در گستره‌ی شهر اصفهان 55
شکل 6- 5 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله San Fernando    56

شکل 6- 6 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله Whittier Narrows  57

شکل 6- 7 مؤلفه‌های افقی و قائم (به ترتیب از بالا) زلزله Northridge    57

شکل 6- 8 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله Northridge    58

شکل 6- 9 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله San Fernando  58

شکل 6- 10 طیف ترکیبی پاسخ مؤلفه‌های افقی زلزله Whittier Narrows 59

شکل 6- 11 طیف طرح استاندارد…………………… 60

شکل 6- 12 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 1…………… 61

شکل 6- 13 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 2…………. 62

شکل 6- 14 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 3…………….. 63

شکل 6- 15 مد اول مدل‌های گنبدی گروه 4…………… 64

شکل 6- 16 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.001……….. 66

شکل 6- 17 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.002……….. 66

شکل 6- 18 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.003……….. 67

شکل 6- 19 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.004……….. 67

شکل 6- 20 مقادیر مشارکت جرمی گنبد SS.DD.005……….. 68

شکل 6- 21 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.001……….. 68

شکل 6- 22 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.002……….. 69

شکل 6- 23 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.003……….. 69

شکل 6- 24 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.004……….. 70

شکل 6- 25 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PP.DD.005……….. 70

شکل 6- 26 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.001……….. 71

شکل 6- 27 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.002……….. 71

شکل 6- 28 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.003……….. 72

شکل 6- 29 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.004……….. 72

شکل 6- 30 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PS.DD.005……….. 73

شکل 6- 31 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.001………. 73

شکل 6- 32 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.002………. 74

شکل 6- 33 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.003………. 74

عنوان
 
           صفحه
 

شکل 6- 34 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.004………. 75

شکل 6- 35 مقادیر مشارکت جرمی گنبد PH.DD.005………. 75

شکل 6- 36 مودهای ناپایداری در سازه‌های فضاکار……. 76

شکل 6- 37 فروجهش محلی و کلی در سازه‌های گنبدی…… 77

شکل 6- 38 محل قرارگیری نقاط در ارتفاع گنبدها قبل از ایجاد فرازش  78

شکل 6- 39 محل قرارگیری نقاط در ارتفاع گنبدهای فرازش‌یافته   79

شکل 6- 40 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 1…………. 79

شکل 6- 41 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 2…………. 80

شکل 6- 42 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 3…………. 81

شکل 6- 43 تغییرمکان‌های گنبدهای گروه 4………… 81

شکل 6- 44 تغییرات وزن گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری‌های مختلف  82

شکل 6- 45 تغییرات وزن گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری‌های مختلف  83

شکل 6- 46 تغییرات وزن گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری‌های‌مختلف   84

شکل 6- 47 تغییرات وزن گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری‌های مختلف  85

شکل 6- 48 رفتار گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری زلزله 86

شکل 7- 1. مقادیر Cp، ضریب فشار خارجی و گنبد دیامتیک تک لایه تحت کنش‌های ناشی از باد…………………………… 90

شکل 7- 2 نمونه‌ای از سطح مؤثر باد در نقاط مختلف…. 91

شکل 7- 3 نقاط مختلف بارگذاری گنبدهای گروه 1……. 92

شکل 7- 4 گنبدهای گروه 2………………………. 93

شکل 7- 5 گنبدهای گروه 3………………………. 93

شکل 7- 6 گنبدهای گروه 4………………………. 93

شکل 7- 7 حداکثر ضریب خارجی CpCg در دیوار‌های تک…… 93

شکل 7- 8 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های با شیب کمتر از°‌7    94

شکل 7- 9 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های با شیب°‌7 و بیشتر از°‌7     95

شکل 7- 10 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های پله‌ای…. 95

شکل 7- 11 حداکثر ضریب خارجی CpCg در سقف‌های دندانه‌ای. 96

شکل 7- 12 حداکثر ضریب خارجی CpCg در گنبدهای فرازش‌یافته   97

شکل 7- 13 مشخصه‌ های مکانی گنبد PP.DD.03…………… 98

شکل 7- 14 رفتار وزنی گنبدهای گروه 1 تحت بارگذاری‌های مختلف   99

شکل 7- 15 رفتار وزنی گنبدهای گروه 2 تحت بارگذاری‌های مختلف   100

شکل 7- 16 رفتار وزنی گنبدهای گروه 3 تحت بارگذاری‌های مختلف   100

عنوان
 
           صفحه
 

شکل 7- 17 رفتار وزنی گنبدهای گروه 4 تحت بارگذاری‌های مختلف   101

شکل 7- 18 رفتار گروه‌های مختلف گنبدها تحت بارگذاری باد 102

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

عنوان
 
           صفحه
 

جدول4- 1 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای گروه 1… 27

جدول4- 2 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 2………………………………. 28

جدول4- 3 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 3………………………………. 29

جدول4- 4 نامگذاری و مشخصات هندسی گنبدهای پایه و فرازش ایجاد شده در گنبدهای گروه 4………………………………. 29

جدول4-5 مقاطع و مشخصات هندسی پروفیل‌های استفاده شده در گنبدها 30
جدول 6-1 مشخصات زلزله‎های انتخاب شده……………. 56
جدول 6-2 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 1……………. 61
جدول 6-3 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 2……………. 62

جدول 6-4 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 3…………… 64
جدول 6-5 تناوب پایه‌ی گنبدهای گروه 4…………… 65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

فصل اول

کلیات

 

 

 

 

 

 

 

. مقدمه
 
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[1] 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[2] به انواع چلیک‌ها[3] و مجدداً تبدیل چلیک‌ها به انواع گنبدها[4] از دیگر ایده‌های بهینه‌سازی در این زمینه بوده است. در این تحقیق در راستای ادامه‌ی این روند بهینه‌سازی از عمل فرازش[5] در گنبدها استفاده شده است.

 

 

 

. معرفی سازه‌های فضاکار
به سازه‌ای كه اصولاً رفتار سه بعدی داشته باشد، به طوری كه به هیچ ترتیبی نتوان رفتار كلی آن را با بهره گرفتن از یك یا چند مجموعه‌ی مستقل دو بعدی تقریب زد، سازه‌ی فضا‌كار گفته می‌شود. این تعریف یك تعریف كلی است اما در عمل این واژه به گروه خاصی از سازه‌ها كه شامل انواع شبكه‌ها، چلیك‌ها، گنبدها، برج‌ها[6]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 فضاكار قادر به پوشاندن دهانه‌های بزرگ با حداقل مواد مصرفی می‌باشد )فولاد مصرفی در سازه‌ی فضاكار دو سوم سازه‌های متداول دیگر می‌باشد(.
سرعت نصب: به علت پیش‌ساخته بودن قطعات، سرعت عملیات مونتاژ و نصب بسیار بالا و اقتصادی می‌باشد.
وزن كم و قابلیت جابجایی: سازه‌ی فضاكار دارای وزن كم بوده و قابلیت جابجایی با دست را دارا می‌باشد.
انعطاف‌پذیری در طراحی: سازه‌ی فضاكار قابلیت افزایش و كاهش سطح را دارا بوده و امكان جابجایی ستون‌ها بدون اینكه خطری برای سازه‌ی فضاكار ایجاد گردد میسر می‌باشد.
مقاومت در برابر نیروهای دینامیكی: سازه‌ی فضاكار مقاومت بالاتری در برابر بارهای دینامیكی همچون زلزله، انفجار و بار باد در مقایسه با سازه‌های متداول دیگر از خود نشان می‌دهد.
ظاهر زیبا: سازه‌ی فضاكار از نظر نمای ظاهری بسیار زیبا بوده و نیازی به استفاده از سقف كاذب در این سازه نیست.
ایمنی سازه: سختی زیاد سازه تغییر شكل 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 بهره گرفتن 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.
 

. انواع سازه‌های فضاکار
       1-3-1. سازه‌ی فضاكار تخت یک لایه[7]

شبکه‌ی تک لایه از مجموعه‌ای از اعضایی تشکیل شده که محورهایشان در یک صفحه قرار دارند و به صورت صلب به هم متصل شده‌اند. نمونه‌هایی از این شبکه‌ها در شکل 1-1 نشان داده شده است.

شکل 1- 1 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت تک لایه[2]

 

1-3-2. سازه‌ی فضاكار تخت دو لایه[8]

شبکه‌ی دولایه از زیر مجموعه‌های ذیل تشکیل شده است:

یک لایه‌ی بالایی با اعضای متصل به هم.
یک لایه‌ی پایینی با اعضای متصل به هم .
اعضای جان که لایه‌ی بالایی و پایینی را به هم متصل می‌‌کنند.
شبکه‌های دولایه اغلب در حالت افقی طرح و اجرا می‌شوند ولی می‌توان آنها را با هر درجه‌ی تمایلی نسبت به سطح افقی نیز طرح و اجرا نمود. نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دولایه در شکل 1-2 نشان داده شده است.

شکل 1- 2 نمونه‌هایی از شبکه‌های تخت دو لایه[2]

 

همچنین از دیگر شبکه‌ها می‌توان به شبکه‌های چند لایه اشاره کرد. شبکه‌های چندلایه دارای بیش از دولایه می‌باشند. این شبکه‌ها از نظر ساختاری مانند شبکه‌های دولایه می‌باشند و لایه‌های این شبکه‌ها نیز توسط اعضای جان به یکدیگر متصل شده‌اند. همچنین ممکن است شبکه‌ای در قسمت‌هایی دارای دولایه بوده و در قسمت‌های دیگر از بیش از دولایه تشکیل شده باشد.

 

1-3-3. سازه‌ی فضاكار چلیک

به شبكه‌ای یک یا چند لایه كه در یك جهت دارای انحنا باشد، چلیك اتلاق می‌شود. این سازه برای پوشش سطوح مستطیلی دالان مانند استفاده شده و بعضاً فاقد ستون می‌باشد و روی لبه‌های چلیك كه به تكیه گاه متصل است، قرار می‌‌گیرد. برخی از نمونه‌های چلیك در شكل 1-3 نشان داده شده است.

 

شکل 1- 3 نمونه‌هایی از چلیک‌[2]

 

1-3-4. سازه‌ی فضاكار گنبد

گنبد شبکه‌ای یک یا چند لایه است كه در چند جهت دارای انحنا می‌باشد. سطح یك گنبد می‌تواند بخشی از یك سطح منفرد كروی یا سهموی بوده یا وصله‌ای از چندین سطح متفاوت باشد. برخی از انواع گنبدهای معمول یك ‌لایه شامل گنبدهای لملا[9]، اشودلر[10] و دنده‌ای[11] در شكل 1-4 و گنبدهای پیازی[12]، اسکالپ[13] و دیامتیک[14] در شکل 1-5 نشان داده شده است. در این تحقیق از گنبدها‌ی دیامتیک تک لایه استفاده شده است.

شکل 1- 4 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد لملا‌، گنبد اشودلر و گنبد دنده‌ای [2]

شکل 1- 5 نمونه‌هایی از گنبد به ترتیب از راست گنبد پیازی‌، گنبد اسکالپ و گنبد دیامتیک [2]

 

. اتصالات در گنبدها
سازه‌های فضاکار از نظر نوع ساختار و اتصالات به دسته‌ های زیادی تقسیم می‌شوند که در زیر به برخی از آنها اشاره شده است:

سیستم انگلیسی Space Deck
سیستم آلمانی Mero Deck
سیستم لوزی شکل Diamond Deck
سیستم اس دی سی SDC Deck
سیستم تک پیچ Single Bolts
سیستم هشت نقطه‌ای Octatube Nodes
Unibat Unitrust
در این تحقیق تمامی اتصالات صلب انتخاب شده‌اند و برای چنین اتصالی از سیستم SDC Deck که نمونه‌هایی از آن در شکل 1-7 نشان داده شده است استفاده می‌شود.

شکل 1- 6 نمونه‌هایی از اتصال SDC [1]

 

. اهداف و گستره
از آنجا که هر یک از فرم‌های سازه‌های فضاکار تحت کنش‌های مختلف که از انواع آن می‌توان به کنش‌های دینامیکی چون زلزله و باد و همچنین کنش‌های استاتیکی مانند وزن سازه و بار برف اشاره کرد رفتار خاصی دارند و هیچیک از فرم‌ها رفتار مشابهی با سایر فرم‌ها ندارند، هر یک از آنها نیازمند رفتارشناسی خاص خود با توجه به ویژگی‌های منحصر به خود می‌باشند. در این بین فرم‌های تکمیل یافته‌ی سازه‌های فضاکار مانند گنبدهای فرازش‌یافته از جایگاه ویژه‌ای برخوردارند. فرازش در حقیقت تابعی است که انواع سازه‌های فضاکار را در جهت اهداف مختلف که در این تحقیق بهینه‌کردن وزن سازه است ترکیب می‌کند و سازه‌ای به وجود می‌آورد که ترکیبی از سازه‌های پیشین خود با رفتاری کاملاً متفاوت می‌باشد. گنبدهای فرازش‌یافته گنبدهای شبکه‌ای معمولی هستند که عمل فرازش در آنها باعث تغییر رفتار سازه ای آنها شده است.

هدف اصلی در این تحقیق رفتارشناسی چهار گروه از گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک با بهره گرفتن از آیین‌نامه‌های سازه‌های فضاکار ایران ‌[1]، AISC-7‌ [3]، آیین‌نامه‌ی طراحی ساختمان در برابر زلزله، استاندارد 2800‌ [4] و FEMA- 356‌[5] و همچنین مبحث ششم مقررات ملی ساختمان [6] به منظور تعیین هندسه بهینه است. نمونه‌ای از این گنبدها در شکل 1-7 ترسیم شده است.

[1] Spaceframe Structure

[2] Grids

[3] Barrel Vaults

[4] Domes

[5] Pellevation

[6] Towers

[7] Single layer grids

[8] Double layer grids

[9] Lamella

[10] Schwedler

[11] Ribbed

[12] Onion

[13] Scallop