پایان نامه عمران سازه :مطالعه‌ی پارامتری رفتار سازه‌ای گنبدهای ديامتيک‌ فرازيده به منظور تعيين هندسه‌ی بهينه

دانلود متن کامل پایان نامه درجه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه

با عنوان:مطالعه‌ی پارامتری رفتار سازه‌ای گنبدهای ديامتيک‌ فرازيده به منظور تعيين هندسه‌ی بهينه

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

پايان‌نامه‌ی كارشناسي ارشد رشته‌ی مهندسي عمران گرايش سازه

مطالعه‌ی پارامتری رفتار سازه‌ای گنبدهای ديامتيک‌ فرازيده به منظور تعيين هندسه‌ی بهينه

 

 

 

استاد راهنما:

دکتر مريم داعي

 

 

استاد مشاور:

دکترسيد اميرمهرداد-محمد حجازی

                                              اردیبهشت 1393


تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکيده

با پيشرفت علوم و تكنولوژي، نوآوري‌هاي بسياري در زمينه‌ی مهندسي سازه و بهینه‌سازی آنها رخ نموده است كه نمونه‌اي از آن سازه‌هاي فضاكار مي‌باشد. در مقايسه‌ی با ساير سيستم‌هاي سازه‌اي، سازه‌ی فضاكار داراي چندين مزيت اساسي است كه با توجه به زلزله خيز بودن كشور ایران، سبكي و صلبيت بالای اين سازه‌ها بيش از هر چيز چشم‌گير مي‌باشد. 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 يک از فرم‌هاي سازه‌هاي فضاکار تحت کنش‌های مختلف که از انواع آن می‌توان به کنش‌های دینامیکی مانند زلزله و کنش‌های استاتیکی مانند وزن و برف اشاره کرد، رفتار خاصي دارند و لذا هر يک از آنها نيازمند رفتارشناسي خاص خود با توجه به ويژگي‌هاي منحصر به فرد مي‌باشند. در اين بين فرم‌هاي تکمیل یافته‌ی سازه‌های فضاکار مانند گنبدهای فرازیده به دليل تاشه‌پردازي خاص خود از جايگاه ويژه‌اي 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 استفاده از نرم افزار FORMIAN و تحلیل و طراحی آنها با استفاده 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 ديامتيک فرازش‌يافته

3-1. مدل‌سازي و تاشه‌پردازي گنبدها……………….. 14

3-1-1. کليات………………………………… 14

3-1-2. تعريف تاشه‌پردازي ……………………… 14

3-1-3. يكانه، تژ، لاد و فرمكس…………………….. 15

3-1-4. توابع فرمکسی………………………….. 15

3-1-5 . برماره‌ی گنبدها……………………….. 16

3-2. تاشه‌پردازی گنبد ديامتيک………………….. 16

3-2-1. کليات………………………………… 17

3-2-2. برماره‌ی ديامتيک ………………………. 18

3-2-3. توابع استفاده شده در تاشه‌پردازی گنبد ديامتيک     19

3-2-4. بافتار ولايه‌بندی گنبدهای ديامتيک ……….. 21

3-3‌. فرازش و بهینه‌سازی در سازه‌های فضاکار………. 22

3-3-1‌. کليات………………………………… 22

3-3-2. تعریف فرازش…………………………… 22

3-3-3. تاشه‌پردازی فرازش………………………. 23

3-3-4. توابع استفاده شده در تاشه‌پردازی گنبد ديامتيک فرازش‌يافته   23

 

عنوان

 

           صفحه

فصل چهارم : مدل‌سازی و معرفی گنبدهای مورد مطالعه

4-1. کليات…………………………………… 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. کليات………………………………… 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 زمين‌شناسي، تكتونيكي و لرزه‎اي اصفهان. 54
  • 6-2-2. انتخاب شتاب ‌نگاشت……………………… 55
  • 6-2-3. مقياس 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. بررسي ناپايداري در سازه‌هاي فضاكار به روش الاستيک و الاستوپلاستيک……………………………………………. 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 نمونه‌اي از يک عبارت فرمکسي…………….. 15

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

شکل3- 3 مؤلفه‌های برماره‌ی کروی برای تاشه‌پردازی گنبد 17

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

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

شکل3- 6 گنبدهای دنده‌ای (رديف بالا) و اشودلر (رديف پايين) که اعضای مجاور رأس آنها مورد قطع کلی و يا هرس قرار گرفته‌اند.     18

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

شکل3- 8 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای ديامتيک   20

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

شکل3- 10 کاربرد توابع فرمکسی در تاشه‌پردازی گنبدهای ديامتيک با بافت لانه زنبوری و تاشه‌ی ايجاد 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 كيلومتري اصفهان. 54

عنوان              صفحه

 

  • شکل 6- 3 زلزله‎هاي رخ داده تا شعاع 200 كيلومتري شهر اصفهان 55
  • شکل 6- 4 بزرگاي زمين 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 طيف 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 مودهاي ناپايداري در سازه‌هاي فضاکار……. 76

شکل 6- 37 فروجهش محلي و کلي در سازه‌هاي گنبدي…… 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 مشخصه‌های 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 زلزله‎هاي 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 سازه‌اي كه اصولاً رفتار سه بعدي داشته باشد، به طوري كه به هيچ ترتيبي نتوان رفتار كلي آن را با استفاده از يك يا چند مجموعه‌ی مستقل دو بعدي تقريب زد، سازه‌ي فضا‌كار گفته مي‌شود. اين تعريف يك تعريف كلي است اما در عمل اين واژه به گروه خاصي از سازه‌ها كه شامل انواع شبكه‌ها، چليك‌ها، گنبدها، برج‌ها[6]و… اتلاق مي‌شود. سازه‌هاي فضاکار عمدتاً داراي فرم بديع مستوي يا منحني در فضا بوده و با واحدهاي حتي‌المقدور يکسان در الگويي تکرار شونده احداث مي‌شوند [1]. از مهمترین ویژگی‌های این سازه‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • دهانه: سيستم سازه‌ی فضاكار قادر به پوشاندن دهانه‌هاي بزرگ با حداقل مواد مصرفي مي‌باشد )فولاد مصرفي در سازه‌ی فضاكار دو سوم سازه‌هاي متداول ديگر مي‌باشد(.
  • سرعت نصب: به علت پيش‌ساخته بودن قطعات، سرعت عمليات مونتاژ و نصب بسيار بالا و اقتصادي مي‌باشد.
  • وزن كم و قابليت جابجايي: سازه‌ي فضاكار داراي وزن كم بوده و قابليت جابجايي با دست را دارا مي‌باشد.
  • انعطاف‌پذيري در طراحي: سازه‌ی فضاكار قابليت افزايش و كاهش سطح را دارا بوده و امكان جابجايي ستون‌ها بدون اينكه خطري براي سازه‌ی فضاكار ايجاد گردد ميسر مي‌باشد.
  • مقاومت در برابر نيروهاي ديناميكي: سازه‌ی فضاكار مقاومت بالاتري در برابر بارهاي ديناميكي همچون زلزله، انفجار و بار باد در مقايسه با سازه‌هاي متداول ديگر از خود نشان مي‌دهد.
  • ظاهر زيبا: سازه‌ی فضاكار از نظر نماي ظاهري بسيار زيبا بوده و نيازي به استفاده از سقف كاذب در اين سازه نيست.
  • ايمني سازه: سختي زياد سازه تغیير شكل سازه را پايين مي‌آورد.
  • جدايي‌ناپذير بودن فرم سازه از معماري.
  • ايجاد فصل مشترکي براي بهره‌گيري معماران پيشرو از قابليت‌هاي مهندسان سازه مسلح به دانش نوين.
  • امکان احداث سازه‌ها با کاربرد چند منظوره.
  • اجزا و زيرمجموعه‌هاي ساده اغلب در خور پيش‌سازي و توليد انبوه مي‌باشند و در ابعاد و اشکال استاندارد اختيار مي‌گردند.
  • با استفاده ازقابليت باربري در سه بعد، امکان کاهش وزن فراهم مي‌آيد. از اين‌رو سازه‌هاي فضاکار مشبک، اسکلتي معمولاً سبک و صلب مي‌باشند.
  • سازه‌هاي فضاکار قابليت‌ها و امکانات عمده‌اي را در اختيار مهندسان و معماران براي تلفيق اصول زيباشناختي و نوآوري‌ها با جنبه‌هاي رفتاري، عملکردي، کاربري و سرويس‌دهي سازه قرار مي‌دهند.
  • 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 شبكه‌اي یک یا چند لایه كه در يك جهت داراي انحنا باشد، چليك اتلاق مي‌شود. اين سازه براي پوشش سطوح مستطيلي دالان مانند استفاده شده و بعضاً فاقد ستون مي‌باشد و روي لبه‌هاي چليك كه به تكيه گاه متصل است، قرار مي‌‌گيرد. برخي از نمونه‌هاي چليك 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 داراي انحنا مي‌باشد. سطح يك گنبد مي‌تواند بخشي از يك سطح منفرد كروي يا سهموي بوده يا وصله‌اي از چندين سطح متفاوت باشد. برخي از انواع گنبدهاي معمول يك ‌لايه 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 دسته‌های 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 يک از فرم‌هاي سازه‌هاي 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 خاصي دارند و هيچيک از فرم‌ها رفتار مشابهي با سایر فرم‌ها ندارند، هر يک از آنها نيازمند رفتارشناسي خاص خود با توجه به ويژگي‌هاي منحصر به خود مي‌باشند. در اين بين فرم‌هاي تکمیل یافته‌ی سازه‌های فضاکار مانند گنبدهای فرازش‌یافته از جايگاه ويژه‌اي 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 رفتارشناسي چهار گروه از گنبدهای تک لایه‌ی دیامتیک با استفاده 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

[14] Diamatic

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه :139

14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :       

        serderehi@gmail.com