نام فایل : هندسه‌ي شبكه‌هاي فضايي- تفكر در سه بعد 27 ص

فرمت : .doc

تعداد صفحه/اسلاید : 28

حجم : 1047 کیلوبایت

هندسه‌ي شبكه‌هاي فضايي- تفكر در سه بعد
معماران و احتمالاً بيش از آنان مهندسان، براي پوشش دهانه‌هاي مختلف به سازه‌هاي مسطح از قبيل تيرها، خرپاها و قاب‌هاي مسطح فكر مي‌كنند. در بيشتر موارد در صورتي كه طراحي به صورت سه بعدي انجام شود و براي دهانه‌‌هاي متوسط و دهانه‌هاي بلدن از سازه‌هاي فضايي استفاده شود، مزاياي بيشتري به دست مي‌آيد. اين كار به ويژه در شرايطي كه ساختمان تحت تأثير بارهاي نقطه‌اي سنگين و يا بارهاي متمركز قرار داشته باشد، صادق است.
در حقيقت همه‌ي سازه‌ها سه بعدي و داراي طول، ارتفاع و ضخامت‌اند. اگر چه تيرها و خرپاهاي مسطح اغلب رفتار سازه‌اي دو بعدي دارند، اما اين عناصر سازه‌اي به طور كلي در يك صفحه ( و اغلب در صفحه‌ي سازه‌اي قائم بين دو تكيه‌گاه) در برابر بارهاي وارد مقاومت مي‌كنند. در چنين سازه‌هاي ساده‌اي عاقلانه نيست كه پايداري آن‌ها را در سه بعد فراموش كنيم. براي مثال در تيرها و خرپاهاي تحت خمش، با افزايش دهانه ارتفاع بيشتري لازم است و در نتيجه تمايل ناحيه فشاري براي كمانش در جهت عمود بر صفحه قائم افزايش مي‌يابد. براي مقابله با چنين مسأله‌اي بايد مهاربندي‌هاي جانبي در ناحيه فشاري پيش‌بيني شود. شايد يك سيستم متشكل از تيرهاي موازي با مهاربندي‌هايي عمود بر دهانه، براي بهره بردن از مزاياي رفتار سازه‌اي سه بعدي كه در زير توضيح داده مي‌شود، مناسب‌تر باشد. به دليل طبيعت صفحه‌اي تيرها و خرپاهاي منفرد، اين نوع سازه‌ها بايد براي تأمين مقاومت كافي در برابر انواع بارهاي نقطه‌اي و نيروهاي متحركي كه به آن‌ها وارد مي‌شود، طراحي شوند. پايداري تيرها و خرپاها با برخي تغييرات در مهاربندي‌هاي جانبي و يا توزيع بار بين تيرهاي مجاور تأمين مي‌شود. چنين سيستمي يك سازه‌ي سه بعدي را به وجود مي‌آورد كه در آن بارها به سرعت در يك سيستم سه بعدي توزيع مي‌شوند. تمامي اعضا در مقاومت در برابر بارهاي وارده شركت مي‌كنند، مگر اين كه بار بر روي تكيه‌گاه يا در نقطه‌اي در نزديكي تكيه‌گاه وارد شود.
چرا سازه‌هايي با رفتار دو طرفه؟
براي مشخص كردن اين كه چرا از سازه‌هايي با رفتار دو طرفه استفاده مي‌كنيم، مي‌توان بر روي يك مثال آشنا در منازل در منازل مسكوني تأمل كرد. در روكش بافنده شده مشبكي كه براي چهارپايه‌ها يا نگه‌داري پشتي صندلي‌ها به كار مي‌رود، اگر نوارهاي شبكه فقط در يك جهت به كار رفته باشد، بار وارده بر يك نوار موجب افت در آن خواهد شد و بار فقط به دو طرف قاب تكيه‌گاهي انتقال پيدا خواهد كرد. اما اگر نوارهاي شبكه در دو جهت عمد بر هم بافته شده باشند، نوار بارگذاري شده توسط بقيه نوارها نگه داشته مي‌شود. اين كار افت نوار بارگذاري شده را كاهش مي‌دهد و بار وارده را در تمام قسمت‌هاي قاب تكيه‌گاهي توزيع مي‌كند. در حالت دوم، هر نوار به فقطي توانايي تحمل تمام بار وارد شده را ندارد و ممكن است سازه‌ي سبك‌تري براي نگهداري قاب به كار رود. مزيت ديگر آن اين است كه اگر يكي از نوارها پاره شود، هنوز صندلي به عنوان يك كل، مي‌تواند بار را تحمل كند.
حالت مشابهي ممكن است در استفاده از سازه‌هايي با دهانه‌هايي در دو جهت در معماري و مهندسي اتفاق بيفتد. براي مثال بار وارده بر تير ساده‌ي يك طرفه يا خرپاي مسطح، بايد به طور مستقيم از سازه به سمت تكيه‌گاهايش انتقال يابد. اما اگر شبكه‌اي با اتصال تيرها يا خرپاها در صفحه افق شكل گرفته باشد، بار عمودي وارد شده بر هر يك از تيرها يا خرپاها در تمامي اعضاء شبكه و هم چنين در تمامي تكيه‌گاه‌ها پخش خواهد شد.
اگر چه در اين موارد رفتار سازه نسبت به آن چه در بالا در مورد شبكه‌هاي بافته شده توضيح داده شد، (خمش و برش براي تيرها، نيروهاي محوري براي خرپاها و كشش خالص براي شبكه‌هاي بافته شده متفاوت مي‌باشد) اين شكل از تيرهاي متقاطع اغلب به عنوان شبكه‌هاي تك لايه تعريف مي‌شوند و مثال خيلي رايج آن در ساختمان، دال صندوقچه‌اي از بتن مسلح است كه دنده‌هاي عمودي آن توسط صندوقچه‌هايي توليد مي‌شود و شبكه‌اي از تيرهاي متقاطع را كه دال نازك طبقات را نگه مي‌دارند، شكل مي‌دهد.
زماني كه دهانه‌ي سازه بيشتر از 10 متر مي‌شود، استفاده از اعضاي تير در شبكه‌ي تك لايه‌اي اقتصادي نيست و خرپاهاي با جان باز يا شبكه‌هاي ويرنديل ممكن است جايگزين تيرهاي توپر شود. در اين صورت سازه از دو شبكه موازي افقي كه با يك الگوي عمودي يا مايل از اعضاي جان واقع در بين دو صفحه شبكه به هم متصل شده‌اند، تشكيل مي‌شود. اين سازه‌ي سه بعدي به صورت كلي به عنوان شبكه‌هاي دو لايه يا شبكه‌هاي فضايي معرفي مي‌شود، هم چنين اغلب بسته به نوع مهاربندي بين دو لايه و روش‌هاي اتصال اعضا به عنوان قالب فضايي يا خرپاي فضايي شناخته مي‌شود. شبكه‌هاي دو لايه دليل توانايي تقسيم و حمل بار در تمام سازه است و به عنوان يكي از كارآترين و سبك‌ترين سيستم‌هاي سازه‌اي شناخته مي‌شوند.
عبارت «قالب فضايي» بيشتر توسط مهندسان و معماران براي توضيح انواع گوناگوني از شبكه‌هاي دولايه‌اي كه حتي ممكن است بارها را توسط رفتارهاي سازه‌اي كاملاً متفاوتي حمل كنند، به كار مي‌رود. انواع شبكه‌هاي قاب فضايي به شرح زير است:
1- شبكه‌هاي دو لايه با اعضاي مايل جان
2- شبكه‌هاي دو لايه بدون اعضاي مايل جان
حالت 1- بر اساس رفتار خرپاها كاملاً مثلثي است كه اغلب از ميله‌هايي با انتهاي مفصلي يا اعضايي كه ما بين گره‌هاي متصل شده‌اند، تشكيل شده است. در اين نوع سازه‌ها كه بايد آن را خرپاي فضايي ناميد، اگر بارها به طور مستقيم بر گره‌ها وارد شود، اعضاي درون شبكه فضايي، نيروي كششي يا فشاري محوري را تحمل مي‌كنند. اگر چه همواره مقداري خمش به سبب وزن خود اعضا كه بين گره‌ها قرار گرفته‌اند ايجاد مي‌شود، هم چنين ممكن است خمش ثانويه‌اي در اثر صليبت و شكل اتصال بين اعضاء و گره‌ها به وجود آيد.
قاب‌ها اغلب در مفهوم مهندسي به صورت مثلثي شكل نمي‌باشند و تعداد زيادي يا تمامي گره‌هاي آن‌ها كاملاً صلب است و در برابر بارهاي وارده حتي اگر بار بر روي گره‌ها وارد شود به صورت تركيبي از خمش، برش و نيروهاي محوري مقاومت مي‌كنند. در نوع 2 از شبكه‌هاي دو لايه تقاطع اعضا به صورت قاب‌هاست و به صورت مشابهي داراي اتصالات كاملاً صلب هستند و در برابر بارهاي وارده همانند رفتار قاب‌ها مقاومت مي‌كنند. اين شبكه‌هاي دو لايه قاب فضايي واقعي هستند و اغلب به صورت پيش ساخته از مدول هاي سه بعدي تشكيل شده و يا اين كه از طريق جوش دادن اعضاي منفرد به يكديگر در محل ساخته مي‌شوند. سيستم‌هاي مدولار داراي اتصالات صلب‌اند كه در محل به وسيله بولت‌هايي به يكديگر متصل مي‌شوند. هم چنين سيستم‌هايي كه با جوش دادن در محل ساخته مي‌شوند، اغلب سازه‌ي سه بعدي با اتصالات كاملاً صلب را شكل مي‌دهند.
احتمالاً كسب توانايي لازم براي تشخيص صحيح تفاوت‌هاي بين خرپاي فضايي و قاب فضايي، براي معمار به اندازه‌ي يك مهندس مهم نيست. اگر چه موقعيت‌هايي وجود دارد كه درك تفاوت بين آن‌ها اهميت پيدا مي‌كند (براي مثال از ديدگاه زيبايي‌شناسي، قاب فضايي كه اعضاي قطري ندارد فضاي باز بيشتري را به وجود مي‌آورد) در كاربرد رايج، اصطلاح «قاب فضايي» اغلب به تمامي شبكه‌هاي فضايي اطلاق شده و بيشتر شامل سيستم‌هاي مدولاري است كه در واقع خرپاي فضايي مي‌باشند. حتي ممكن است در نام اختصاصي و يا فني كه توسط سازندگان استفاده مي‌شود به جاي خرپاي فضايي از قاب فضايي استفاده شود.
نسبت ظاهري
تصميم‌گيري در مورد اين كه از شبكه سازه‌هاي سه بعدي و يا سازه‌هايي با رفتار يك طرفه استفاده شود، اغلب متأثر از شكل پلان ساختمان و محل قرارگيري تكيه‌گاه‌هاي سازه است. براي مثال، ممكن است قرار دادن تكيه‌گاه‌هايي در طول دو ضلع مقابل يك ساختمان مستطيل شكل ممكن باشد. در اين موارد، اگر بارهاي وارده به صورت يكنواخت روي سطح پلان بام يا طبقات پخش شده باشند، بي‌گمان سازه با رفتار يك طرفه اقتصادي‌تر خواهد بود. با اين وجود زماني كه امكان قرار دادن تكيه‌گاه‌ها در سراسر اضلاع پلان مربع يا مستطيل شكل، ممكن است سازه‌هاي با رفتار دو طرفه ترجيح داده شوند و پس ازتصميم‌گيري در مورد اين كه سازه‌اي مناسب‌تر است، بسيار مشكل مي‌باشد.
انتخاب صحيح، پخش مناسب بارهايي است كه انتظار مي‌رود به سازه سه بعدي وارد شود. اين مسأله به عوامل زيادي، از جمله نسبت دهانه‌ها در هر جهت از شبكه با رفتار دو طرفه و نيز نسبت ظاهري دهانه بستگي دارد.
تأثير نسبت ظاهري دهانه بر توزيع بار در يك سازه با رفتار دو طرفه را مي‌توان به سادگي توسط يك بار نقطه‌اي
W
كه بر محل تقاطع دو تير عمود بر هم به دهانه‌هاي
L
2
و
L
1
...