مقاله در مورد بررسي رفتار سيستم سازه اي خرپاي پله‌اي

 nx دارای 21 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : بررسی رفتار سیستم سازه ای خرپای پله‌ای – این مقاله دارای شکل است –چكیده:سیستم سازه ای پله ای (staggreed truss) سیستمی است كه به تازگی از جانب مهندسین سازه در كشورهای عربی مورد توجه و استفاده قرار گرفته است.در این تحقیق ابتدا خصوصیات هندسی و معماری سیستم سازه ای خرپاهای پله ای توصیف و سپس عملكرد این سیستم با مدلسازی المان محدود مورد مطالعه قرار گرفته است.در این مطالعه میزان تغییر مكان جانبی نسبی طبقات،نیروی كششی در پی (uplift) و همچنین وزن فولاد مصرفی در اسكلت این سیستم با سایر سیستم های رایج اسكلت فولادی (قاب‌های خمشی و قابهای باد بندی)مقایسه شده است. 1- مقدمهبه منظور دستیابی به یك سیستم با كار آرایی بیشتر برای مفابله با بارهای جانبی توام با تحمل بارهای قائم و همچنین تغییر دادن فضای معماری برای رسیدن به یك فضای بزرگ بدون ستون میانی،نظریه اولیه سیستم خرپای پله ای(شكل 1)ابتدا توسط تیم معماری و مهندسین عمران دانشگاه M.I.T. در دهه 1970 میلادی معرفی شد[1] اما به دلیل عدم امكان شناخت دقیق رفتار این سیستم كه ناشی از محدودیتهای تحلیل و محاسباتی است ، چندان مورد توجه قرار نگرفت . با پیشرفتهای حاصل شده درسالهای اخیر درعلم تئوری سازه ها و بخصوص روشهای عددی و همچنین علاقه مهندسین آرشیتكت به فضاهای باز ، این سیستم از چندی قبل مجددا مورد توجه خاص قرار گرفته است . این سیستم تا كنون در ساخت انواع گوناگون سازه های نمیه مرتفع (15 تا 20 طبقه) مثل هتلها و ساختمانهای مسكونی و خوابگاه‌ها و بیمارستان‌ها و دانشگاهها به كار رفته است. 2- خصوصیات سیستم خرپاهای پله ای نظریه پایه در مورد سیستم خرپاهای پله ای این است كه كل قاب سازه در مقابله با بارهای جانبی به شكل یك تیر طره قائم رفتار كند . دراین حالت تمامی ستونها در پیرامون سازه قرار می گیرند و به عنوان بال تیر طره و خر پاها بعنوان جان تیر طره عمل می كنند . بدین ترتیب در اسكلت سازه فقط دو ردیف ستون كناری خواهیم داشت كه خرپاها مابین این ستونها قرار خواهند گرفت . شكل (2) با قرار گرفتن ستونها در دیوارهای پیرامونی ساختمان ، ستونهای داخلی حذف می شوند و بنابراین در عرض ساختمان هیچگونه ستونی موجود نخواهدبود . از آنجا كه ترتیب قرار گیری خرپاها در كل طبقه به صورت یك در میان در بین ستونها می باشد در نتیجه یك فضای خالی یا دو دهانه بین دو خرپای مجاور در هر طبقه ایجاد می‌شود. (شكل 3). در جهت طولی ساختمان عمدتا از سیستم قاب خمشی استفاده می گردد تا در محل قرارگیری پنجره‌ها در بعد طولی ساختمان هیچ عضو سازه ای (مثل اعضای بادبندی ) قرار نگیرد . در این صورت اگر دو برش از نمای طولی ساختمان از محل دو قاب مجاور را در نظر بگیریم ملاحظه می‌شود كه خرپاها در قابهای متوالی هم به صورت یك درمیان در دهانه های مجاور نصب می شوند. همچنین خرپاها درهر قاب نیز بصورت یك درمیان در طبقات قرار می گیرند. (شكل 4). همانطور كه در شكل 4(ب و ج ) ملاحضه می شود برای اینكه خرپاها كل عرض ساختمان را مسدود نكنند یك دهانه خالی در وسط خرپاها تعبیه می شود تا یك راهرو دسترسی درهر طبقه فراهم شود. از دیدگاه معماری، یكی از خصوصیات جالب سیستم مورد بحث آن است كه در طبقه همكف نیازی به اجرای خرپا نیست و می توان با نصب مهاربندی هایی در این طبقه برش حاصل از بارهای جانبی از طبقات فوقانی را به پی سازه منتقل نمود . ازدیگرمزایای معماری وسازه ای سیستم خرپاهای پله ای می توان به موارد زیر اشاره كرد . [1] و [2]: – ایجاد فضاهای خالی و بدون ستون میانی در فاصله بین دو خرپا در كل عرض سازه و به اندازه دو دهانه در جهت طولی ساختمان. – لنگر خمشی ناچیز در ستونها ناشی از بارهای ثقلی و جانبی بدلیل عملكرد طره ای قاب ساختمان. – بدلیل قرار گیری ستون ها در دیوارهای پرامونی ، فونداسونها فقط در خطوط ستونها قرار می گیرند كه می تواند تنها شامل دوپی نواری باشد . این موضوع كاهش حجم قالب بندی و هزینه های مربوط را به دنبال خواهد داشت. – بدلیل اینكه در بیشتر اعضای خرپاها و ستونها در حالات مختلف بارگذاری نیروهای محوری ایجاد میشود و می توان از فولاد با مقاومت بالا استفاده كرد و درنتیجه وزن سازه را كاهش داد. – از جهات مختلف ، طراحی یك سیستم خرپای پله ای از طراحی سازه های فولادی مرسوم ساده تر و اغلب جزییات اجرایی تكراری هستند . – سرعت در نصب و اجرا. 3- بررسی عملكرد اجزای سیستم3-1 سیستم سقف: سقف ساختمان مابین عضو پایین یك خرپا و عضو بالایی دو خرپای مجاور گسترش می یابد و بارهای ثقلی را به صورت یك طرفه به خرپاها منتقل می كند . اما مسیر انتقال بارهای جانبی در سیستم خرپاهای پله ای بدین صورت است كه بارهای جانبی از طریق كف ساختمان به شكل یك دیافراگم یا تیر عمیق عمل می كند به عضو بالایی خرپای مجاور منتقل می شوند. نیروها سپس از طریق اعضای جان خرپا كه به شكل دیوار برشی عمل می كنند (یعنی سختی آنها از سختی جانبی ستونها بیشتر است) به عضو پایینی خرپا منتقل میشوند . اما در عضو پایینی هر خرپا، بارها نمی توانند مستقیما به پایین منتقل شوند چون خرپایی درادامه این عضو نمی باشد .بنابراین نیروهای برشی با برش آن طبقه جمع شده و توسط سیستم كف به عضو بالایی خرپاهای مجاور منتقل میشوند. بدین طریق بارهای جانبی در مسیر رسیدن به پای ساختمان ، مكررا توسط سیستم كف بین خرپاها به عقب و جلو رانده میشوند . درنتیجه سازه قادر خواهد بود یك قاب مهاربندی شده را از طریق خرپاهایی كه بین دو صفحه موازی قرار گرفته اند به كمك سیستم سقف فراهم سازد. بدین ترتیب سیستم كف باید برای فراهم كردن مقاومت وسختی دورن صفحه‌ای لازم طراحی شود تا تنش های برشی و خمشی ناشی از بارهای افقی را به خوبی تحمل نماید. نو.ع سیستم كفی كه برای سیستم خرپاهای پله ای بكار میرود معمولا توسط عوامل اقتصادی و محل اجرای پروژه تعیین می گردد . سیستمهای گوناگونی برای كف می توانند بكار گرفته شوند از جمله سقف مركب، ‌دال بتنی در جا و پیش ساخته و نیز سقف های بتنی پیش ساخته مجوف . اتصالات سیستم كف به خرپاها باید قادر به انتقال مستقیم بارهای ثقلی و برشی درون صفحه‌ای باشد . برش درون صفحه ای توسط اتصالات برگشیر به اعضای افقی خرپا منتقل میشود و این اتصالات بگونه ای طراحی می شوند كه برش در جهت عرض ساختمان رابطور مناسب در طول اعضای بالاو پایین خرپاها توزیع كنند. 3-2- خرپاها: تعداد پانل های خرپا به عمق و دهانه خرپا بستگی دارد . مهمترین اثر در طراحی خرپاها كه كل عرض ساختمان را می پوشاند فراهم سازی یك باز شو در وسط دهانه خرپا به منظور ایجاد راهرو در میان پلان ساختمان است دراین حالت برای حل مشكل پایداری خرپاها دربرابر بارهای جانبی این اعضا در سه پانل میانی و یا به طور كلی درسرتاسر خود یكسره ساخته میشوند بدان معنا كه در محل گره پانلها می توانند لنگر تحمل كنند. باید توجه داشت كه به دلیل وجود بازشو (راهرو وسط دهانه) دراثر بارهای زلزله در اعضای افقی خرپاها، خمش موضعی ایجاد میشود . نتایج آنالیزهای انجام شده نشان میدهد كه لنگر خمشی در اثر بارهای زلزله در پانل میانی و در دو پانل طرفین آن ایجاد می شود و دربقیه اعضا تنها نیروی محوری ایجاد میشود ( شكل 5). 3-3-ستونها : اصلی ترین عمل ستونها حمل كل بارهای ثقلی و جانبی وارد به ساختمان در دو جهت طولی و عرضی است. بارهای ثقلی فقط به شكل بارهای محوری به ستونها منتقل میشوند زیرا اتصال خرپاها باه جان ستونها بصورت مفصلی برقرار می باشد . بارهای جانبی بدلیل عملكرد قاب دو صفحه‌ای خرپاها، بصورت بارهای محوری به ستون ها اعمال می شود . بارهای وارد بر بعد طولی ساختمان درصورتی كه مهاربندی موجود نبیاشد به وسیله قاب پرتال تحمل میشود. 4- آنالیز دینامیكی در تحقیق انجام شده ، جهت بررسی رفتار دینامیكی سیستم سازه ای خرپای پله ای از روش تحلیل دینامیكی طیفی استفاده و درهر امتداد پس از یك سری مطالعات مقدماتی ، 5 مورد در نظر گرفته شده است . همچنین مقادیر بازتابها درصورت لزوم بر اساس آیین نامه 2800 اصلاح شده است. 5- مقایسه میزان تغییر مكان جانبی در این تحقیق برای اینكه تغییر مكان ناشی از بارهای جانبی در سیستم خرپاهای پله‌ای باسیستم قاب خمشی و قاب بادبندی مقایسه گردد ، سه اندازه پلان 10×2 ، 20×20،30،20 با تعداد طبقات 10و 15و20 انتخاب و مدلسازی گردید . در سیستم قاب خمشی و قاب بادبندی طول دهانه‌ها 5 متر وبرای سیستم قاب بادبندی در پلان 10×20و 20×20 در جهت عرضی 4 دهانه بادبندی و در پلان 20×30 تعداد 6 دهانه بادبند ضربدری قرار داده شد. نتیجه حاصل از تغییر مكان جانبی این سیستم هابطور نمونه درمورد ساختمان 20طبقه با پلان 20×30 درشكل 6 ارائه شده است. در شكل فوق نمودارهای stage و MRF و X به ترتیب سیستم های خرپاهای پله ای ، قاب خمشی و قاب مهاربندی را نشان میدهد . همانطور كه دراین شكل دیده میشود تغییر مكان جانبی در سیستم خرپاهای پله ای نسبت به سایر سیستم ها كمتر است . بدیهی است كه اگر بخواهیم تغییر مكان در سیستم بادبندی كمتر شود لازم است تعداد دهانه های بادبندی را افزایش دهیم. حال اگر نمودار تغییر مكان نسبی طبقات را رسم كنیم ( شكل 7) ملاحظه میشود كه در سیستم خرپاهای پله ای بر خلاف سیستم قاب بادبندی بیشترین میزان تغییر نسبی طبقات در طبقه اول رخ می‌دهد. در حالی كه در سیستم قاب بادبندی درطبقه آخر میزان تغییر مكان نسبی ماكزیمم مقدار می‌شود. دلیل این امر این است كه درسیستم خرپاهای پله ای در طبقه همكف خرپایی موجود نیست و فقط مهاربندهای زانویی در این طبقه وظیفه انتقال بارهای جانبی به پی و كنترل تغییر مكان نسبی طبقه را بر عهده دارند. 6-مقایسه وزن فولاد مصرفی در اسكلت سازه یكی از مسائل مهم در اقتصادی بودن یك طرح سازه ای ، میزان وزن فولاد مصرفی در اسكلت سازه است. در این تحقیق مقایسه ای كه از ساخت تعداد زیادی مدل سازه ای با ابعاد پلان مختلف بدست آمده نشان دهنده این ویژگی است كه اگر وزن فولاد مصرفی درسایر سیستم‌های مورد مطالعه را نسبت به وزن فولاد در سیستم خرپای پله ای بسنجیم نتایج شكل 8 حاصل میشود. بر اساس نتایج بدست امده سیستم قاب بندی 16% بطور میانگین بیشتر از سیستم خرپاهای پله ای فولاد مصرف می كنند. 7- مقایسه نیروهای كششی پی ( uplift ) یكی از مسائل مهم در محاسبات پی ساختمان میزان نیروهای كششی ناشی از بارهای زلزله است كه با افزایش ارتفاع ساختمان مقدار این نیروها افزایش یافته و گاها استفاده از پی های گسترده و حتی شمع كوبی برای مهار این نیروها لازم میشود . یكی دیگر از نتایج استخراج شده از مدلهای ساخته شده میزان نیروهای Uplift است كه در شكل 9 نمایش داده شده است . همانطور كه دراین شكل دیده می شود در سیستم خرپاهای پله ای به میزان نیروی uplift بسیار كاهش یافته و حتی حذف میشود. به عبارت دیگر تحت هیچ یك از تركیبات بارگذاری در پای ستونها نیروی كششی (قابل توجهی) ایجاد نمی شود. علت اینكه درسیستم قاب بادبندی نیروهای كشش در پی ها (uplift) زیاد است ، این است كه به ستونهایی كه در كنار اعضای بادبندی قرار دارند سهم محدودی از بارهای ثقلی به آنها اختصاص می گیرد ولی درسیستم خرپای پله ای تمام ستونها به خرپاها متصل بوده و بارهای ثقلی بطور یكسان بین آنها توزیع میشود . 8-نتیجه گیری همانطور كه اشاره گردید استفاده از سیستم خرپاهای پله ای علاوه بر مزایای زیاد معماری ، كه قبلا شرح داده شد دارای مزایای سازه ای زیر نیز می باشد : 1- كاهش وزن اسكلت سازه در حدود 20تا 30 درصد درمقایسه با سایر سیستم های رایج اسكلت فولادی 2- كاهش قابل توجه نیروی كششی پی uplift و در نتیجه كاهش در هزینه های پی سازی 3- كاهش میزان تغییر مكان جانبی سازه در برابر نیروهای زلزله در اثر مشاركت تمام اجزای سازه 4- بطور كلی نتایج حاصل بیانگر عملكرد مطلوب سیستم سازه ای خرپای پله ای بوده و همچنین افزایش كاربرد این سیستم در كشورهای آمریكایی و اروپایی در سالهای اخیر (5) و (6) به نوعی بیانگر اقتصادی بودن این سیستم نیز می باشد . مراجع: 1- SCALIZ, JOHN B.,”The staggred truss system-structural consideration”,AISC ENGINEERING JOURNAL. 1971.2- “Benefits of staggred truss system in multi-sroty residential and other Applications “.february 2002. www.archrecord.com.3- COHEN, MICHAEL.,P.E,”Design solution utitizing the staggred steel truss system.”THIRED QUARYTER, AISC ENGINEERING JOURNAL. 1986. 4- ASHRAF HABIBILLAH. SE,”steeel frame design straggred truss framing using ETABS”,January 2002 CSI.inc Berkeley California . January 2002.5- AINE BRAZIL, PE,”staggred truss system proves economical for hotels “. Modern steel construction journal, septembr 2000.6- R.J. MC Namara. “ALAFFIN HOTEL 38 design – build steel structure features a staggered truss frame modern steel constructions journal”, May 1999. شكل 1: نمای سه‌بعدی سیستم خرپای پله‌ای شكل 4: الف) نمایش طولی ساختمان ب) مقطع A-A ج) مقطع B-B شكل 2: پلان سیستم خرپای پله‌ای و قرارگیری خرپاها در عرض اسكلت ادامه خواندن مقاله در مورد بررسي رفتار سيستم سازه اي خرپاي پله‌اي

نوشته مقاله در مورد بررسي رفتار سيستم سازه اي خرپاي پله‌اي اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.