پروژه و تحقیق- اصول اجرای سازه های بلند - در 47 صفحه-docx

دسته بندي : فنی و مهندسی » معماری


تكنولوژي سازه اي در اسكلت ساختمان هاي بلند، شامل سيستم هاي سازه اي متنوع است كه در ساخت مورد استفاده قرار مي گيرد. هركدام از اين سيستم ها بسته به طرح معماري و نوع كاربري ساختمان داراي مزايا و معايبي هستند كه با توجه به شرايط بنا و امكانات ساخت هر كشوري مي توان از اين سيستم ها در اسكلت سازه استفاده نمود. انتخاب سازه يك ساختمان بلند فقط براساس رفتار و طرز عمل خود سازه صورت نمي گيرد. اين انتخاب تابع عوامل متعددي است كه مي تواند در انتخاب نوع سيستم سازه اي مؤثر باشد. درمقاله حاضر با توجه به بررسی سازه های بلند ساخته شده در کشور نمونه موردی برج مخابراتی میلاد و عواملي كه در اجراي سيستم هاي سازه هاي بلند تأثيرگذار است مورد بررسي قرار گرفته است. در رابطه با بررسي عوامل موردنظر در ابتدا به وزن ساختمان اعم از وزن اسكلت سازه و وزن مصالح مصرفي پرداخته شده است، سپس به موضوع طراحي سازه اشاره شده و با توجه به نوع اسكلت و پيش ساخته كردن آن نقش اين امر در سرعت اجراي سازه مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين به نقش مهم فضاي معماري در سازه پرداخته شده و راحتي و سهولت اجراي سازه هاي بلند فلزي از جنبه صنعتي كردن سيستم ها مورد بررسي قرار گرفته و با توجه به نقش مهم نيروهاي جانبي در سازه به عملكرد سازه در مقابل اين نيروها پرداخته شده است. در انتها نيز توصيه هايي در رابطه با سازه هاي بلند مرتبه فلزي به عنوان نتيجه گيري در حد اين مقاله اشاره شده است.


انتخاب سازه يك ساختمان بلند فقط براساس رفتار و طرز عمل خود سازه صورت نمي گيرد. اين انتخاب تابع عوامل متعددي است كه مي تواند در انتخاب نوع سيستم سازه اي مؤثر باشد. در مقاله حاضر عواملي كه در اجراي سيستم هاي سازه هاي بلند فلزي تأثيرگذار است، مورد بررسي قرار گرفته است.


کلید واژه ها:

همانطور كه دست اندر كاران امر ساخت و ساز كمابيش مطلعند، پس از پيروزي انقلاب تا اوايل دهه 70 بلند مرتبه سازي در كشور متوقف شد و حدودا از اواخر سال 1369 بود كه اين روند از سرگرفته شد و اين از سرگيري عمدتا به خاطر سرمايه هاي مالي سرگردان داخلي و خارجي بود كه با يك حركت آزاد و البته تند خود به بازار ساخت و ساز بلند مرتبه (برج سازي) فرصت تامل و تحليل را از كارشناسان امر سلب كرد و مصرف كننده هاي برج ها را دنباله رو خود ساخت!

دلايل عمده گرايش به ساخت وسازهاي بلند عبارتند از

كاهش ذخاير زمين.
استفاده نسبتا آسان از فولاد و تسريع در امر ساخت وساز و نيز پيشرفت فنون ساختمان سازي در عصر حاضر.
تمركز خدمات در نواحي مركزي شهرها.
كاهش هزينه احداث ساختمان (قيمت زمين، قيمت تمام شده ساخت مجتمع نسبت به ساخت جداگانه واحدها ...).
كاهش هزينه براي مصرف كننده و.

از آنجايي كه ساختمان هاي مرتفع به عنوان نشانه هاي شهري سهم مهمي در شكل گيري ساختار فضايي و سيماي شهري ايفا مي كنند، نياز مبرمي به تنظيم معيارها و دستورالعمل هاي طراحي و نظارت بر اجراي مبتني بر دستورالعمل هاي فوق در مورد اين گونه بناها وجود دارد. اين نظارت بايد به گونه اي باشد كه از توسعه ساختمان هاي بلندي كه در تضاد با روند شكل گيري ساختار و سيماي مطلوب شهري در چارچوب اهداف طراحي و توسعه شهري و در زمينه هاي زيبا شناختي بصري و ادراكي هستند، ممانعت به عمل آورد.

- ضوابط كلي حاكم بر طراحي و ساخت ساختمان هاي بلند

داشتن فاصله قانوني از پياده رو يا خيابان؛ زيرا بدون در نظر گرفتن ضوابط ويژه در اين زمينه،اين نوع سازه ها مي توانند مانع نفوذ نور خورشيد به فضاهاي عمومي و خصوصي و خيابان ها شود.
داشتن فاصله قانوني اين سازه ها از همديگر (مثلا حداقل 5/2 متر فاصله با فرض حداكثر ارتفاع 90 پا -27 متر-).
درباره ابنيه 5 تا 8 طبقه، ديوار به ديوار بودن و يا فاصله داشتن با همديگر اهميت چنداني ندارد ولي در ساختمان هاي مرتفع تر پيروي از روش ساخت سازه هاي مستقل و دور از هم توصيه مي شود زيرا كمتر از ساختمان هاي رديفي و متراكم سايه ساز هستند و البته سايه ساختمان هاي بلند و باريك منفرد به سرعت جابه جا مي شود .
ساخت اين سازه ها نبايد باعث انسداد مناظر طبيعي شهر شده و نبايد در نقاطي كه از نظرگاه شهرسازي نامناسب هستند ساخته شوند.
از همه مهم تر، رعايت اصول و قوانين علمي و مهندسي بر اساس آئين نامه هاي ملي و بين المللي موجود در طراحي و اجراي سازه اي اين بناهاست.

        - مكان يابي ساختمان هاي بلند

دوربودن از محل گسل هاي لرزه خيز
نفوذ ناپذيري و مقاومت كافي خاك محل احداث
دوربودن از حريم خطوط انتقال برق
دوربودن از حريم مسيل ها
عدم ايجاد مشكل از نظر زيست محيطي و آلودگي هوا؛ زيرا اين نوع سازه ها با توجه به ميزان عرض و ارتفاع ونيز شكل ظاهري، مي توانند به عنوان سدي در مقابل حركت هوا عمل كرده و آلودگي هوا را افزايش دهند، در اين مورد بهتر است از شيوه مدادي (ساختمان هاي باريك تر) بهره جست.

- مهمترين ضابطه ترافيكي و دسترسي كه در مورد اين بناها توصيه مي شود اين است كه اين سازه ها

حتي المقدور در فاصله 500 متري تا ايستگاه هاي اتوبوس يا 1000 متري از ايستگاه هاي مترو مستقر شوند و ديگر اينكه اتصال مستقيم ورودي بناهاي بلند به آزادراه ها و بزرگراه ها ممنوع است مگر بناهاي با اهميت خاص.

ـ نسبت ارتفاع به عرض در ساختمان ها؛ اگر اين نسبت 2 به 1 يا 1 به 1 يا 1 به 2 باشد، حالت پويا و ديناميك دارد ولي اگر اين نسبت از 2 به 1 تجاوز كند، نوعي احساس ترس از تنگي فضا به انسان دست مي دهد.

معمولا براي ساخت سازه هاي بلند، زمين هاي بزرگتر ارجح تر و مناسب ترند؛ لذا فرآيند بلند مرتبه سازي باعث مي شود كه روند افزايش قيمت زمين هاي كوچك قطع شده و بين قيمت تمام شده زمين ها با اندازه هاي متفاوت تعادل برقرار شود.

از طرفي با افزايش تعداد طبقات، تراكم ساخت بيشتر شده و مساحت زير ساخت كل چند برابر مي شود و به نسبت افزايش زيربنا، مسلما مقدار مساحت فضاي باز (open space) كاهش پيدا مي كند.
از جهت ديگر اصول زيبايي شناسي شهرهاي جهان امروز بر تنوع فرم، شكل، مصالح و رنگ سازه استوار است؛ تنوع، عامل مهمي در بسط قوه تميز و شناسايي آدمي است. يك شهر متنوع شهري خوانا است يعني در چنين شهري مي توان مكان ها را به آساني پيدا كرد و از خصوصيات شهر متنوع داشتن اين گونه سازه هاي بلند و مرتفع است. به گفته شينوهارا معمار ژاپني شرط اصلي شكل گيري شهرهاي متنوع زيبايي استوار بر نظم پيشرفته است.

در سالهاي اخير به دليل نبود برنامه ريزي هاي اوليه و عدم اعمال روش هاي نظارت دقيق و علمي بر توسعه شهري، حتي محتمل ترين خصوصيت مثبت بناهاي مرتفع يعني فراهم كردن گستره ديد وسيع و دلپذير به مناظر شهري براي ساكنان نيز، مي تواند به واسطه احداث بناهاي مرتفع جديدتر در فواصل نزديك پيرامون بنا كاملا خدشه دار شود!

از مشكلات ناشي از احداث بي رويه ساختمان هاي بلند در دنيا مي توان به موارد زير اشاره كرد:
۱ - محروم شدن سكنه و همسايگان اين نوع ساختمان ها از نور خورشيد و روشنايي و تهويه طبيعي به دليل برپا شدن برج هايي بزرگ به فاصله كم از همديگر.

۲ - نزديك بودن بيش از حد به خط كناري پياده رو و نداشتن پس رفتگي كه مانع رسيدن نور مستقيم به خيابان يا پياده رو مي شود .

۳ - ساخت و ساز غير اصولي و بدون تطابق با اصول و قوانين ساختمان سازي كه در صورت وقوع حوادثي مثل زلزله، جان و مال ساكنان را به شدت تهديد و نابود مي كند.

در پايان اميد، آن داريم كه با نظارت صحيح و اصولي بر طراحي و اجراي بناهاي مرتفع از جهات مختلف اعم از تناسبات و تركيبات، نقش ساختمان در سيماي شهر، تداخل آن در خط آسمان از همه زواياي ديد در اطراف ساختمان، طراحي فضاهاي باز در اطراف اين گونه بناها و ارتباط اين فضاها با خيابان و بنا ، معماري سازه و هماهنگي آن با ساختمان هاي با ارزش همجوار و بافت محله، جزئيات نما، قرارگيري در سطح زمين، ارتفاع و شكل، توده وحجم، زمينه، رنگ، مصالح، كيفيت ظاهري، قابليت انعكاس نور و…، از اين پس ديگر شاهد ساخت و ساز غيراصولي بناهاي مرتفعي كه از ديد معماري فاقد توازن بصري و از نظر مهندسي فاقد مقاومت كافي و لازم در برابر نيرو هاي خارجي و داخلي وارده بر ساختمان هستند، نباشيم؛ چه، اگر خداي ناكرده چنين شود، بايد در آينده نه چندان دور، از بين رفتن جان و مال هزاران انسان بي گناه كه قرباني سهل انگاري و ندانم كاري و البته بي قانوني مي شوند را نظاره گر باشيم.

سيستم سازه اي برج‌هاي هزاره سوم

در تشريح سيستم سازه‌اي اين برج‌ها لازم است به دونكته اصلي توجه شود. در واقع اين سيستم از دو بخش تقريباً مجزاي ثقلي و لرزه بر تشكيل شده است. اصطلاحات لرزه بر و ثقلي بر اساس مقدار جذب برش نيروي زلزله توسط هر يك از سيستم‌ها، به آنها نسبت داده شده است.

الف) سيستم لرزه بر: در طرح اين برج‌ها از دو سيستم لوله اي متداخل، به اضافه مهاربندي همگرا به عنوان بخش لرزه بر

ساختمان استفاده شده است . قاب‌هاي سيستم لرزه بر در پيرامون سازه قرار گرفته‌اند؛ ضمن آنكه دو قاب لرزه بر مياني هم در يك جهت موجود مي‌باشند

ب) سيستم ثقلي:

سيستم ثقلي كه ميان بخش لرزه بر محصور شده است، بر روي ستون‌هاي مياني كه تقريباً با راندمان 100% بطور ثقلي عمل مي‌كنند، قرار گرفته است و تيرهايي كه اين ستون‌ها را به سيستم لرزه بر پيراموني مرتبط مي‌كنند عموماً - به جز سه طبقه پايين - با اتصال ساده طرح شده‌اند. با توجه به توضيحات فوق ملاحظه مي‌شود، سختي اين تيرها نقشي در نحوه توزيع بارهاي جانبي نخواهد داشت و به اين جهت در مدل، ساده سازي صورت گرفته است.

استفاده از تيرهاي با مقطع متغير در طرح تيرهاي ثقلي علا‌وه بر صرفه‌جويي در مصالح، به جهت ايجاد مسيري مناسب براي عبور لوله‌هاي تأسيساتي صورت گرفته است و به اين ترتيب نيازي به افزايش بيشتر ارتفاع طبقه نمي باشد.

سيستم سقف برج‌هاي هزاره سوم

سقف اين برج‌ها از نوع كامپوزيت است و عملكرد دال‌هاي آن به صورت دوطرفه مي‌باشد.

همان‌طور كه در گزارش مندرج در شماره پنجم ذكر شده مطالعات ژئوتكنيك، ژئوفيزيك، تهيه طبف ويژهِ ساختگاه، زهكشي و كنترل كيفيت عمليات بتني اين پروژه توسط مهندسان مشاور دريا خاك پي در دست انجام است.

مطالعات ژئوتكنيكي در محدوده احداث برج‌ها

مطالعات ژئوتكنيكي به منظور تعيين خصوصيات خاك و لايه‌هاي زمين در محدوده احداث برج‌ها به شرح زير انجام پذيرفته است:

الف) مطالعات ژئوتكنيك اكتشافي تكميلي‌
‌‌تعيين مشخصات فيزيكي و مكانيكي لايه هاي خاك
تعيين پارامترهاي موثر در پايداري و تغيير شكل پذيري لايه هاي خاك
تعيين ظرفيت باربري و نشست خاك و پيشنهاد گزينه هاي مناسب پي‌
تعيين مشخصه هاي خاك جهت برآورد نيروي زلزله
شناسايي شرايط هيدروژئولوژيكي و آبگذاراني لايه هاي خاك
بررسي امكان وجود نابهنجاري هاي ژئوتكنيكي در محدوده مورد نظر

ب) مطالعات تهيه طيف ويژه ساختگاه
تعيين لرزه خيزي ساختگاه
تعيين مشخصات هندسي ديناميكي لايه هاي آبرفتي
انجام تحليل بزرگنمايي حاصل از اثر وجود آبرفت
تهيه شتاب نگاشت طراحي در سطوح مختلف‌
تهيه طيف طراحي در سطوح مختلف لرزه اي در رقوم‌هاي موردنظر

بررسي نشست سازه

در بررسي نشست سازه شالوده گسترده در وسط ساختگاه، داده هاي مورد نياز براي انجام اين تحليل‌ها با استفاده از آزمايش‌هاي برجا و آزمايشگاهي تعيين گرديد.

اثر لايه سطحي خاك كم مقاومت در كف گود، با در نظر گرفتن يك لايه جديد با ضريب ارتجاعي نسبتاً كمتر مدل گرديد.

با توجه به يكنواختي بافت زير سازه، حداكثر نشست مجاز ساختمان 100 ميليمتر در نظر گرفته شده است. مقايسه نتايج محاسبات نشست بااستفاده از نرم‌افزار Plaxis نشان مي‌دهد كه حداكثر ميزان نشست محاسبه شده از نشست مجاز (100 ميليمتر كمتر) مي‌باشد.
سيستم پي‌

با توجه به نوع سيستم باربر جانبي براي برج‌هاي شمالي، مركزي و جنوبي كه سيستم لوله اي درجداره خارجي هريك از برج‌ها مي‌باشد دو گزينه زير براي پي برج‌ها قابل بررسي است:

الف) سيستم پي گسترده براي هريك از برج‌هاي شمالي، جنوبي و مركزي؛ به طوري‌كه با درزهاي انقطاع از يكديگر مجزا گرديده باشند.

ب) سيستم پي گسترده يكپارچه و بدون درز انقطاع براي هر سه برج شمالي، جنوبي و مركزي.

در سيستم گزينه الف با توجه به يكسان بودن برج‌ها به لحاظ مشخصه هاي ديناميكي بروي خاك ناحيه درز به صورتي است كه فشار زياد برج مركزي موجب مي گردد كه خاك زير برج شمالي تحت اثر فشار قرار گرفته و پي برج شمالي تمايل به بلند شدن از روي آن داشته باشد.در صورتي‌كه از گزينه (ب) استفاده شود، 2 نيروي فشاري و كششي با يكديگر متعادل گرديد وتنش‌ها در زير پي و روي خاك توزيع يكنواخت تر خواهد داشت، لذا استفاده از پي گسترده يكپارچه براي بارهاي جانبي منطقي‌تر مي‌باشد. از طرف ديگر طولاني بودن پي موجب مي‌گردد كه تنش‌هاي ناشي از درجه حرارت و جمع شدگي، باعث تأثيرات نامطلوبي در پي گردد و علاوه بر آن، چنانچه تحت اثر بارهاي ثقلي غير همزمان قرار گيرد، در پي، ايجاد تنش هاي زياد بنمايد. بنابراين بتن ريزي در زير هر يك از برج‌ها بصورت مجزا ودر عرض به فاصله 30 الي 50 سانتيمتر انجام گرديده است و پس از اعمال كليه بارهاي ثقلي و مرتفع شدن اثرات جمع شدگي ودرجه حرارت، اين فاصله‌ها با بتن مرغوب به همراه مواد منبسط شونده پر مي‌گردند.

بررسي مخاطره پذيري لرزه‌اي منطقه

گستره تهران در كوهپايه‌هاي جنوبي كوه‌هاي البرز مركزي قرار گرفته و شمالي‌ترين فرونشست ايران مركزي به حساب مي‌آيد. كوه‌هاي البرز در شمال تهران متشكل از يك سري چين خوردگي‌هاي با امتداد شرقي- غربي است و شدت دگرريختي در دو كناره شمالي گسله تهران به بيشترين مقدار خود رسيده و بلندي‌هاي البرز به ترتيب بر دشت كناري خزر در شمال و دشت تهران در جنوب رانده شده است.

از مهمترين گسل‌هايي كه نزديكترين فاصله تقريبي آنها از ساختگاه حدود كمتر از 10 كيلومتر مي‌باشد مي‌توان موارد زير را نام برد: گسل شمال تهران، گسل امامزاده داوود، پورگان ورديج، نياوران، محموديه، طرشت، عباس آباد، گسل تلويزيون، باغ فيض، نارمك و در محدوده ساختگاه موردنظر باتوجه به خاكبرداري قابل توجهي كه انجام شده بود آثار گسلي مشاهده نگرديد.

بررسي روند لرزه خيزي

بررسي روند لرزه خيزي اين گستره بااستفاده از به كارگيري روش kijko در سه حالت انجام گرفته است:

حالت اول: بادر نظر گرفتن فقط لرزه هاي تاريخي‌

حالت دوم: با منظور نمودن لرزه‌هاي سده بيستم

حالت سوم: تركيبي از مجموع حالت‌هاي اول و دوم با در نظر گرفتن لرزه هاي تاريخي و لرزه هاي سده بيستم

احتمال عدم رويداد لرزه اي با بزرگي 7 ريشتر در طول مدت 50سال يا 100 سال به ترتيب حدود 60 و 35 درصد مي باشد؛ يعني براي سازه اي باعمر مفيد 50 يا 100 سال مي توان اين احتمال عدم رويداد را در نظر گرفت.

بيشينه مقادير شتاب قائم و افقي زمين

در مطالعات انجام شده با استفاده از برنامه seisrisk III بيشينه مقادير شتاب زمين محاسبه شده‌اند. اطلاعات ديگري نظير رابطه طول گسلش و بزرگي مورد نياز بوده است كه آن نيز با استفاده از روابط شناخته شده جهاني (رابطه ولز - كاپراسميت) به دست آمده‌اند. بر اساس اين محاسبات مقادير شتاب افقي و قائم در سازه هاي زماني مختلف (30، 50، 75 و 100سال) با احتمال فزوني خاص (50%، 37 %، 10%) برآورد شده‌اند.

در صورتي‌كه عمر مفيد سازه 50 سال فرض شود با در نظر گرفتن احتمال فزوني 37 درصد، مقادير شتاب افقي و قائم به ترتيب0/63 g و0/72 g برآورد شده است.

بررسي پاسخ ديناميكي آبرفت‌

به اين منظور به عنوان يك روش اندازه‌گيري سريع و اقتصادي در محل ساختگاه چهارگمانه با عمق هاي 65/75, 50 , 50 , 65/75 متر حفر گرديد و لايه‌هاي آبرفت مورد آزمايش محل S.P.T قرارگرفته و نمونه هاي حاصله تحت آزمون‌هاي آزمايشگاهي قرار گرفتند. اين روش با دقت قابل قبولي سرعت انتشار امواج را در لايه‌هاي خاك به دست مي دهد.

با استفاده ا