استفاده از گنبد سازه های فضاکار به همراه شبکه دو لایه تخت در بازسازی و نوسازی مساجد

خلاصه

ساخت مساجد به گونه ای که علاوه بر سهولت و سرعت اجرا،از ایمنی کافی در برابر زلزله برخوردار باشند دارای اهمیت ویژه ای می باشد. در این راستا،کاربرد سازه های فضاکار که دارای ویژگی هایی چون صلیب،سبکی وزن و سهولت اجرا و سرعت بالای نصب می باشند، می تواند مورد توجه قرار گیرد. در جهت نیل به این هدف،در این مقاله به گونه ای ابتکاری گنبد فضاکار به همراه شبکه دو لایه تخت با کاربری مسجد با نرم افزار فرمین تاشه پردازی شده است و رفتار آن با انجام تحلیل های استاتیکی و دینامیکی مورد ارزیابی قرار می گیرد.
کلمات کلیدی:گنبد، سازه فضاکار ،فرمین

1.مقدمه

با بهره گیری از سازه های فضاکار،تولید فرم های دارای اصالت تاریخی و فرهنگی از جمله گنبدها و چلیک ها به سهولت امکان پذیر خواهد گردید و با توجه به رفتار مسلط سه بعدی این سازه ها،ضمن فراهم آوردن قابلیت مشارکت هرچه بیشتر اعضا در مقابله با عوامل موثر،کاهش وزن قابل ملاحظه و به دنبال آن کاهش نیروهای اینرسی ناشی از زلزله و کاهش میزان مصالح مصرفی در مقایسه با سازه های به اصطلاح سنتی متداول،صلبیت قابل ملاحظه،یکپارچگی و رفتار مناسب در مقابل پدیده ی گسیختگی زنجیره ای، فراهم آوردن امکانات تولید انبوه صنعتی،امکان تلفیق جنبه های زیباشناختی موجود فراهم گردیده و نیازهای فنی واقتصادی به گونه ی رضایت بخشی ارضاء خواهند گردید.
درمطالعه ی حاضر، با توجه به ویژگی های سازه های فضاکار گنبدی وچیلکی، از جنبه های گوناگون مرتبط، از جمله ریخت یابی و ریخت شناسی،خصوصیات کالبدی، رفتارمنسجم و عملکرد مطلوب در مقابل زلزله ،سبکی وزن و صلیب قابل ملاحظه و سهولت و سرعت ساخت و نصب، الگوی نوینی به منظور به کارگیری فرم سازه ای در خدمت محتوای معماری ارائه گردیده است. ازچنین الگویی می توان درچارچوب اقدامات پیشگیرانه مدیریت بحران قبل از وقوع زلزله در قالب نوسازی بافت های فرسوده یا مقاوم سازی بهره گیری نمود.

2.تعریف مدل

مدل با استفاده از نرم افزار فرمین تاشه پردازی شده است]1و2و3[. ابعاد کلی ومشخصات هندسی مدل مطابق با شکل 1 می باشد.گنبد از نوع گنبد شوئدر می باشد. از ویژگی های خاص این مدل،استفاده از آرایش عنکبوتی مطابق شکل 2 درپلان کل سازه است. این امر به هماهنگی معماری گنبد با سیستم تخت منجر شده است.

شکل1-ابعاد کلی و مشخصات هندسی مدل

شکل2-آرایش عنکبوتی پلان سازه

در این تحقیق جهت مدل سازی از نرم افزارSAP[4] استفاده شده است.فولاد مورد استفاده در مدل سازی از نوع ST-37 و اتصال پای ستون ها گیردار فرض شده است.

3.بارگذاری

بار مرده: بار اسکلت توسط برنامه با داشتن مقاطع اعضا و وزن مخصوصی فولاد به طور خودکار محاسبه می گردد.وزن معادل واحد سطح پوشش سقف و بار پیونده ها با توجه به نوع مصالح پوشش مورد استفاده kg/m2 150 فرض شده است.
باربرف: چگالی برف از جدولی که در همین رابطه توسط مبحث ششم مقررات ملی ساختمانی ایران[5] ارائه گردیده است، استخراج می گردد. این جدول اعدادی را متناسب با تنوع آب وهوایی موجود در ایران برای چگالی برف ارائه نموده است که چگالی kg/m2 150 برای مناطق با برف زیاد تعیین گردیده است. نحوه ی توزیع باربرف بنا به توصیهISO/IDS/4355 مطابق شکل 3 انجام می پذیرد. شدت بار برف اسمی روی بام مطابق رابطه S=µSC به دست می آید که SC نماد شدت باربرف روی سطح افقی است. در ضمن هرگاه β>60 باشد،2.3≥ 2µ خواهد بود.
طبق این توصیه ، دونوع توزیع متفاوت،دریک حالت به صورت یکنواخت و متقاران و در حالت دیگر،به صورت یکنواخت و نامتقارن در نظر گرفته شده است.

شکل 3-نمو گراف های بار برف طبق توصیهISO/IDS/4355
بار روی هر گره براساس سهم بارگیر هر گره و توسط برنامه ای که به کمک نرم افزار EXCEL نوشته شد،محاسبه و اعمال گردیده است.

4.تحلیل

تحلیل استاتیکی خطی: از آن جایی که سازه با کاربری مسجد مورد استفاده قرار می گیرد،طبق استاندارد 2800[6]،ساختمان با اهمیت زیاد در نظر گرفته شده است.لذا ضریب اهمیت ساختمان برابر 2/1 و در محاسبه وزن کل ساختمان،بارمرده و 40% باربرف منظور گردیده است. مشخصات مدل مورد مطالعه براساس بارگذاری بند 3 و با منظور داشتن ضریب زلزله مذکور در فوق تحلیل وبراساس آئین نامه AISC-ASD89 و با استفاده از اعضای لوله ای شکل طبق استاندارد DIN[7] طراحی شده است. نتایج در جدول 1 ارائه شده است.عدد اول،نشان دهنده قطر خارجی و عدد دوم نشان دهنده ضخامت اعضا می باشد.

تحلیل مقادیر مشخصه: در جدول 2 نتایج به دست آمده ازاین تحلیل ارائه شده است. در این جدول مقدار زمان تناوب طبیعی به دست آمده از نرم افزار ومقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 ارائه گردیده است. با توجه به جدول ارائه شده تطابق خوبی بین زمان تناوب به دست آمده از تحلیل و مقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 مشاهده می شود.

تحلیل طیفی: این تحلیل براساس طیف طرح استاندارد 2800 برای زمین نوع یک ودرنظرگرفتن حداقل تعداد مودهای لازم به منظور ملحوظ داشتن 90% میزان مشارکت مودی انجام گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل وطراحی در جدول 3 ارئه شده است.

تحلیل تاریخچه زمانی خطی: برای انجام این تحلیل از شتاب نگاشت های تصحیح شده سه زلزله ال سنتر و،طبس ومنجیل استفاده شده است. در اشکال 4 تا 6 این نگاشت ها پس از مقیاس شدن به مقدار بیشینه g 35/0 ترسیم شده اند. در این اشکال longitudinal معرف مولفه بزرگ تر شتاب نگاشت و transverse معرف دومین مولفه افقی و vertical معرف مولفه قائم زمین لرزه می باشند.

شکل 4-شتاب نگاشت زلزله ال سنترو

شکل 5-شتاب نگاشت زلزله منجیل

شکل 6- شتاب نگاشت زلزله طبس
پروفیل های طراحی شده براساس نتایج حاصل از به کارگیری روش تحلیل تاریخچه زمانی خطی در جدول 4 ارائه شده اند.

5.محاسبه ضریب رفتار

جهت به دست آوردن ضریب رفتار، از تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون استفاده شده است.رفتار اعضا، براساس طراحی حاصل از تحلیل استاتیکی خطی و متناسب با نسبت لاغری، مطابق شکل 7، در این مرحله از تحلیل مورد استفاده قرار گرفته است. بار جانبی طبق الگوی مود غالب ارتعاشی که از تحلیل مقادیر مشخصه به دست آمده، به صورت تدریجی و افزاینده بر مدل اعمال شده است. جهت محاسبه ضریب رفتار،تحلیل ها تا مرحله ادامه می یابند که شرط زیر اتفاق افتد:
نیل بیشینه تغییر مکان جانبی نسبی به مقدار 02/0 ارتفاع کل سازه.

شکل7-رفتار اعضا براساس نسبت لاغری

در شکل 8 منحنی پاسخ کلی(برش پایه-تغییر مکان بالای سازه) ودو خطی ایده آل شده ،نشان داده شده است.

شکل 8-منحنی برش پایه -تغییر مکان بالای سازه دو خطی ایده آل شده

در جدول 5 مقادیر Rµ،RS،R برای مدل مورد مطالعه ارائه گردیده اند.

6.نتیجه گیری

در خاتمه خلاصه ای از نکات قابل توجه به صورت زیر قابل جمع بندی است. لازم به یادآوری است که این نتایج در حیطه مدل های مدل مطالعه صدق نموده ودر تعمیم آَن باید جانب احتیاط را رعایت نمود.
1- نتایج حاصل از تحلیل مقادیر مشخصه نشان می دهد تطابق خوبی بین زمان تناوب به دست آمده از تحلیل و مقدار حاصل از روش تقریبی استاندارد 2800 وجود دارد.
2- نتایج حاصل ازتحلیل استاتیکی خطی با نتایج تحلیل طیفی قابل قیاس بوده ولی با نتایج تحلیل تاریخچه زمانی خطی تفاوت قابل ملاحظه ای را در این مطالعه نشان داده اند.
3- توصیه می شود تا مطالعات بیشتر برای سازه با حدود ابعاد و هندسه مورد مطالعه در این تحقیق،ضریب رفتار حدود 5/8 درنظر گرفته شود.

تهیه کنندگان: شاهرخ مالک،سید محمد سید اردکانی