تکنولوژی سازه ای در اسکلت ساختمان های بلند، شامل سیستم های سازه ای متنوع است که در ساخت مورد استفاده قرار می گیرد. هرکدام از این سیستم ها بسته به طرح معماری و نوع کاربری ساختمان دارای مزایا و معایبی هستند که با توجه به شرایط بنا و امکانات ساخت هر کشوری می توان از این سیستم ها در اسکلت سازه استفاده نمود. انتخاب سازه یک ساختمان بلند فقط براساس رفتار و طرز عمل خود سازه صورت نمی گیرد. این انتخاب تابع عوامل متعددی است که می تواند در انتخاب نوع سیستم سازه ای مؤثر باشد. درمقاله حاضر با توجه به بررسی سازه های بلند ساخته شده در کشور نمونه موردی برج مخابراتی میلاد و عواملی که در اجرای سیستم های سازه های بلند تأثیرگذار است مورد بررسی قرار گرفته است. در رابطه با بررسی عوامل موردنظر در ابتدا به وزن ساختمان اعم از وزن اسکلت سازه و وزن مصالح مصرفی پرداخته شده است، سپس به موضوع طراحی سازه اشاره شده و با توجه به نوع اسکلت و پیش ساخته کردن آن نقش این امر در سرعت اجرای سازه مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به نقش مهم فضای معماری در سازه پرداخته شده و راحتی و سهولت اجرای سازه های بلند فلزی از جنبه صنعتی کردن سیستم ها مورد بررسی قرار گرفته و با توجه به نقش مهم نیروهای جانبی در سازه به عملکرد سازه در مقابل این نیروها پرداخته شده است. در انتها نیز توصیه هایی در رابطه با سازه های بلند مرتبه فلزی به عنوان نتیجه گیری در حد این مقاله اشاره شده است.
انتخاب سازه یک ساختمان بلند فقط براساس رفتار و طرز عمل خود سازه صورت نمی گیرد. این انتخاب تابع عوامل متعددی است که می تواند در انتخاب نوع سیستم سازه ای مؤثر باشد. در مقاله حاضر عواملی که در اجرای سیستم های سازه های بلند فلزی تأثیرگذار است، مورد بررسی قرار گرفته است.
کلید واژه ها:
همانطور که دست اندر کاران امر ساخت و ساز کمابیش مطلعند، پس از پیروزی انقلاب تا اوایل دهه 70 بلند مرتبه سازی در کشور متوقف شد و حدودا از اواخر سال 1369 بود که این روند از سرگرفته شد و این از سرگیری عمدتا به خاطر سرمایه های مالی سرگردان داخلی و خارجی بود که با یک حرکت آزاد و البته تند خود به بازار ساخت و ساز بلند مرتبه (برج سازی) فرصت تامل و تحلیل را از کارشناسان امر سلب کرد و مصرف کننده های برج ها را دنباله رو خود ساخت!
دلایل عمده گرایش به ساخت وسازهای بلند عبارتند از
- کاهش ذخایر زمین.
- استفاده نسبتا آسان از فولاد و تسریع در امر ساخت وساز و نیز پیشرفت فنون ساختمان سازی در عصر حاضر.
- تمرکز خدمات در نواحی مرکزی شهرها.
- کاهش هزینه احداث ساختمان (قیمت زمین، قیمت تمام شده ساخت مجتمع نسبت به ساخت جداگانه واحدها ...).
- کاهش هزینه برای مصرف کننده و.
از آنجایی که ساختمان های مرتفع به عنوان نشانه های شهری سهم مهمی در شکل گیری ساختار فضایی و سیمای شهری ایفا می کنند، نیاز مبرمی به تنظیم معیارها و دستورالعمل های طراحی و نظارت بر اجرای مبتنی بر دستورالعمل های فوق در مورد این گونه بناها وجود دارد. این نظارت باید به گونه ای باشد که از توسعه ساختمان های بلندی که در تضاد با روند شکل گیری ساختار و سیمای مطلوب شهری در چارچوب اهداف طراحی و توسعه شهری و در زمینه های زیبا شناختی بصری و ادراکی هستند، ممانعت به عمل آورد.
- ضوابط کلی حاکم بر طراحی و ساخت ساختمان های بلند
- داشتن فاصله قانونی از پیاده رو یا خیابان؛ زیرا بدون در نظر گرفتن ضوابط ویژه در این زمینه،این نوع سازه ها می توانند مانع نفوذ نور خورشید به فضاهای عمومی و خصوصی و خیابان ها شود.
- داشتن فاصله قانونی این سازه ها از همدیگر (مثلا حداقل 5/2 متر فاصله با فرض حداکثر ارتفاع 90 پا -27 متر-).
- درباره ابنیه 5 تا 8 طبقه، دیوار به دیوار بودن و یا فاصله داشتن با همدیگر اهمیت چندانی ندارد ولی در ساختمان های مرتفع تر پیروی از روش ساخت سازه های مستقل و دور از هم توصیه می شود زیرا کمتر از ساختمان های ردیفی و متراکم سایه ساز هستند و البته سایه ساختمان های بلند و باریک منفرد به سرعت جابه جا می شود .
- ساخت این سازه ها نباید باعث انسداد مناظر طبیعی شهر شده و نباید در نقاطی که از نظرگاه شهرسازی نامناسب هستند ساخته شوند.
- از همه مهم تر، رعایت اصول و قوانین علمی و مهندسی بر اساس آئین نامه های ملی و بین المللی موجود در طراحی و اجرای سازه ای این بناهاست.
- مکان یابی ساختمان های بلند
- دوربودن از محل گسل های لرزه خیز
- نفوذ ناپذیری و مقاومت کافی خاک محل احداث
- دوربودن از حریم خطوط انتقال برق
- دوربودن از حریم مسیل ها
- عدم ایجاد مشکل از نظر زیست محیطی و آلودگی هوا؛ زیرا این نوع سازه ها با توجه به میزان عرض و ارتفاع ونیز شکل ظاهری، می توانند به عنوان سدی در مقابل حرکت هوا عمل کرده و آلودگی هوا را افزایش دهند، در این مورد بهتر است از شیوه مدادی (ساختمان های باریک تر) بهره جست.
- مهمترین ضابطه ترافیکی و دسترسی که در مورد این بناها توصیه می شود این است که این سازه ها
حتی المقدور در فاصله 500 متری تا ایستگاه های اتوبوس یا 1000 متری از ایستگاه های مترو مستقر شوند و دیگر اینکه اتصال مستقیم ورودی بناهای بلند به آزادراه ها و بزرگراه ها ممنوع است مگر بناهای با اهمیت خاص.
ـ نسبت ارتفاع به عرض در ساختمان ها؛ اگر این نسبت 2 به 1 یا 1 به 1 یا 1 به 2 باشد، حالت پویا و دینامیک دارد ولی اگر این نسبت از 2 به 1 تجاوز کند، نوعی احساس ترس از تنگی فضا به انسان دست می دهد.
معمولا برای ساخت سازه های بلند، زمین های بزرگتر ارجح تر و مناسب ترند؛ لذا فرآیند بلند مرتبه سازی باعث می شود که روند افزایش قیمت زمین های کوچک قطع شده و بین قیمت تمام شده زمین ها با اندازه های متفاوت تعادل برقرار شود.
از طرفی با افزایش تعداد طبقات، تراکم ساخت بیشتر شده و مساحت زیر ساخت کل چند برابر می شود و به نسبت افزایش زیربنا، مسلما مقدار مساحت فضای باز (open space) کاهش پیدا می کند.
از جهت دیگر اصول زیبایی شناسی شهرهای جهان امروز بر تنوع فرم، شکل، مصالح و رنگ سازه استوار است؛ تنوع، عامل مهمی در بسط قوه تمیز و شناسایی آدمی است. یک شهر متنوع شهری خوانا است یعنی در چنین شهری می توان مکان ها را به آسانی پیدا کرد و از خصوصیات شهر متنوع داشتن این گونه سازه های بلند و مرتفع است. به گفته شینوهارا معمار ژاپنی شرط اصلی شکل گیری شهرهای متنوع زیبایی استوار بر نظم پیشرفته است.
در سالهای اخیر به دلیل نبود برنامه ریزی های اولیه و عدم اعمال روش های نظارت دقیق و علمی بر توسعه شهری، حتی محتمل ترین خصوصیت مثبت بناهای مرتفع یعنی فراهم کردن گستره دید وسیع و دلپذیر به مناظر شهری برای ساکنان نیز، می تواند به واسطه احداث بناهای مرتفع جدیدتر در فواصل نزدیک پیرامون بنا کاملا خدشه دار شود!
از مشکلات ناشی از احداث بی رویه ساختمان های بلند در دنیا می توان به موارد زیر اشاره کرد:
۱ - محروم شدن سکنه و همسایگان این نوع ساختمان ها از نور خورشید و روشنایی و تهویه طبیعی به دلیل برپا شدن برج هایی بزرگ به فاصله کم از همدیگر.
۲ - نزدیک بودن بیش از حد به خط کناری پیاده رو و نداشتن پس رفتگی که مانع رسیدن نور مستقیم به خیابان یا پیاده رو می شود .
۳ - ساخت و ساز غیر اصولی و بدون تطابق با اصول و قوانین ساختمان سازی که در صورت وقوع حوادثی مثل زلزله، جان و مال ساکنان را به شدت تهدید و نابود می کند.
در پایان امید، آن داریم که با نظارت صحیح و اصولی بر طراحی و اجرای بناهای مرتفع از جهات مختلف اعم از تناسبات و ترکیبات، نقش ساختمان در سیمای شهر، تداخل آن در خط آسمان از همه زوایای دید در اطراف ساختمان، طراحی فضاهای باز در اطراف این گونه بناها و ارتباط این فضاها با خیابان و بنا ، معماری سازه و هماهنگی آن با ساختمان های با ارزش همجوار و بافت محله، جزئیات نما، قرارگیری در سطح زمین، ارتفاع و شکل، توده وحجم، زمینه، رنگ، مصالح، کیفیت ظاهری، قابلیت انعکاس نور و…، از این پس دیگر شاهد ساخت و ساز غیراصولی بناهای مرتفعی که از دید معماری فاقد توازن بصری و از نظر مهندسی فاقد مقاومت کافی و لازم در برابر نیرو های خارجی و داخلی وارده بر ساختمان هستند، نباشیم؛ چه، اگر خدای ناکرده چنین شود، باید در آینده نه چندان دور، از بین رفتن جان و مال هزاران انسان بی گناه که قربانی سهل انگاری و ندانم کاری و البته بی قانونی می شوند را نظاره گر باشیم.
سیستم سازه ای برج‌های هزاره سوم
در تشریح سیستم سازه‌ای این برجها لازم است به دونکته اصلی توجه شود. در واقع این سیستم از دو بخش تقریباً مجزای ثقلی و لرزه بر تشکیل شده است. اصطلاحات لرزه بر و ثقلی بر اساس مقدار جذب برش نیروی زلزله توسط هر یک از سیستم‌ها، به آنها نسبت داده شده است.
الف) سیستم لرزه بر: در طرح این برجها از دو سیستم لوله ای متداخل، به اضافه مهاربندی همگرا به عنوان بخش لرزه بر
ساختمان استفاده شده است . قاب‌های سیستم لرزه بر در پیرامون سازه قرار گرفته‌اند؛ ضمن آنکه دو قاب لرزه بر میانی هم در یک جهت موجود می‌باشند
ب) سیستم ثقلی:
سیستم ثقلی که میان بخش لرزه بر محصور شده است، بر روی ستون‌های میانی که تقریباً با راندمان 100% بطور ثقلی عمل می‌کنند، قرار گرفته است و تیرهایی که این ستون‌ها را به سیستم لرزه بر پیرامونی مرتبط می‌کنند عموماً - به جز سه طبقه پایین - با اتصال ساده طرح شده‌اند. با توجه به توضیحات فوق ملاحظه می‌شود، سختی این تیرها نقشی در نحوه توزیع بارهای جانبی نخواهد داشت و به این جهت در مدل، ساده سازی صورت گرفته است.
استفاده از تیرهای با مقطع متغیر در طرح تیرهای ثقلی علاوه بر صرفه‌جویی در مصالح، به جهت ایجاد مسیری مناسب برای عبور لوله‌های تأسیساتی صورت گرفته است و به این ترتیب نیازی به افزایش بیشتر ارتفاع طبقه نمی باشد.
سیستم سقف برج‌های هزاره سوم
سقف این برجها از نوع کامپوزیت است و عملکرد دال‌های آن به صورت دوطرفه می‌باشد.
همانطور که در گزارش مندرج در شماره پنجم ذکر شده مطالعات ژئوتکنیک، ژئوفیزیک، تهیه طبف ویژهِ ساختگاه، زهکشی و کنترل کیفیت عملیات بتنی این پروژه توسط مهندسان مشاور دریا خاک پی در دست انجام است.
مطالعات ژئوتکنیکی در محدوده احداث برجها
مطالعات ژئوتکنیکی به منظور تعیین خصوصیات خاک و لایه‌های زمین در محدوده احداث برجها به شرح زیر انجام پذیرفته است:
الف) مطالعات ژئوتکنیک اکتشافی تکمیلی
تعیین مشخصات فیزیکی و مکانیکی لایه های خاک
تعیین پارامترهای موثر در پایداری و تغییر شکل پذیری لایه های خاک
تعیین ظرفیت باربری و نشست خاک و پیشنهاد گزینه های مناسب پی
تعیین مشخصه های خاک جهت برآورد نیروی زلزله
شناسایی شرایط هیدروژئولوژیکی و آبگذارانی لایه های خاک
بررسی امکان وجود نابهنجاری های ژئوتکنیکی در محدوده مورد نظر
ب) مطالعات تهیه طیف ویژه ساختگاه
تعیین لرزه خیزی ساختگاه
تعیین مشخصات هندسی دینامیکی لایه های آبرفتی
انجام تحلیل بزرگنمایی حاصل از اثر وجود آبرفت
تهیه شتاب نگاشت طراحی در سطوح مختلف
تهیه طیف طراحی در سطوح مختلف لرزه ای در رقوم‌های موردنظر
بررسی نشست سازه
در بررسی نشست سازه شالوده گسترده در وسط ساختگاه، داده های مورد نیاز برای انجام این تحلیل‌ها با استفاده از آزمایش‌های برجا و آزمایشگاهی تعیین گردید.
اثر لایه سطحی خاک کم مقاومت در کف گود، با در نظر گرفتن یک لایه جدید با ضریب ارتجاعی نسبتاً کمتر مدل گردید.
با توجه به یکنواختی بافت زیر سازه، حداکثر نشست مجاز ساختمان 100 میلیمتر در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج محاسبات نشست بااستفاده از نرم‌افزار Plaxis نشان می‌دهد که حداکثر میزان نشست محاسبه شده از نشست مجاز (100 میلیمتر کمتر) می‌باشد.
سیستم پی
با توجه به نوع سیستم باربر جانبی برای برج‌های شمالی، مرکزی و جنوبی که سیستم لوله ای درجداره خارجی هریک از برجها می‌باشد دو گزینه زیر برای پی برجها قابل بررسی است:
الف) سیستم پی گسترده برای هریک از برج‌های شمالی، جنوبی و مرکزی؛ به طوری‌که با درزهای انقطاع از یکدیگر مجزا گردیده باشند.
ب) سیستم پی گسترده یکپارچه و بدون درز انقطاع برای هر سه برج شمالی، جنوبی و مرکزی.
در سیستم گزینه الف با توجه به یکسان بودن برجها به لحاظ مشخصه های دینامیکی بروی خاک ناحیه درز به صورتی است که فشار زیاد برج مرکزی موجب می گردد که خاک زیر برج شمالی تحت اثر فشار قرار گرفته و پی برج شمالی تمایل به بلند شدن از روی آن داشته باشد.در صورتی‌که از گزینه (ب) استفاده شود، 2 نیروی فشاری و کششی با یکدیگر متعادل گردید وتنش‌ها در زیر پی و روی خاک توزیع یکنواخت تر خواهد داشت، لذا استفاده از پی گسترده یکپارچه برای بارهای جانبی منطقی‌تر می‌باشد. از طرف دیگر طولانی بودن پی موجب می‌گردد که تنش‌های ناشی از درجه حرارت و جمع شدگی، باعث تأثیرات نامطلوبی در پی گردد و علاوه بر آن، چنانچه تحت اثر بارهای ثقلی غیر همزمان قرار گیرد، در پی، ایجاد تنش های زیاد بنماید. بنابراین بتن ریزی در زیر هر یک از برجها بصورت مجزا ودر عرض به فاصله 30 الی 50 سانتیمتر انجام گردیده است و پس از اعمال کلیه بارهای ثقلی و مرتفع شدن اثرات جمع شدگی ودرجه حرارت، این فاصله‌ها با بتن مرغوب به همراه مواد منبسط شونده پر می‌گردند.
بررسی مخاطره پذیری لرزه‌ای منطقه
گستره تهران در کوهپایه‌های جنوبی کوه‌های البرز مرکزی قرار گرفته و شمالی‌ترین فرونشست ایران مرکزی به حساب می‌آید. کوه‌های البرز در شمال تهران متشکل از یک سری چین خوردگی‌های با امتداد شرقی- غربی است و شدت دگرریختی در دو کناره شمالی گسله تهران به بیشترین مقدار خود رسیده و بلندی‌های البرز به ترتیب بر دشت کناری خزر در شمال و دشت تهران در جنوب رانده شده است.
از مهمترین گسل‌هایی که نزدیکترین فاصله تقریبی آنها از ساختگاه حدود کمتر از 10 کیلومتر می‌باشد می‌توان موارد زیر را نام برد: گسل شمال تهران، گسل امامزاده داوود، پورگان وردیج، نیاوران، محمودیه، طرشت، عباس آباد، گسل تلویزیون، باغ فیض، نارمک و در محدوده ساختگاه موردنظر باتوجه به خاکبرداری قابل توجهی که انجام شده بود آثار گسلی مشاهده نگردید.
بررسی روند لرزه خیزی
بررسی روند لرزه خیزی این گستره بااستفاده از به کارگیری روش kijko در سه حالت انجام گرفته است:
حالت اول: بادر نظر گرفتن فقط لرزه های تاریخی
حالت دوم: با منظور نمودن لرزه‌های سده بیستم
حالت سوم: ترکیبی از مجموع حالت‌های اول و دوم با در نظر گرفتن لرزه های تاریخی و لرزه های سده بیستم
احتمال عدم رویداد لرزه ای با بزرگی 7 ریشتر در طول مدت 50سال یا 100 سال به ترتیب حدود 60 و 35 درصد می باشد؛ یعنی برای سازه ای باعمر مفید 50 یا 100 سال می توان این احتمال عدم رویداد را در نظر گرفت.
بیشینه مقادیر شتاب قائم و افقی زمین
در مطالعات انجام شده با استفاده از برنامه seisrisk III بیشینه مقادیر شتاب زمین محاسبه شده‌اند. اطلاعات دیگری نظیر رابطه طول گسلش و بزرگی مورد نیاز بوده است که آن نیز با استفاده از روابط شناخته شده جهانی (رابطه ولز - کاپراسمیت) به دست آمده‌اند. بر اساس این محاسبات مقادیر شتاب افقی و قائم در سازه های زمانی مختلف (30، 50، 75 و 100سال) با احتمال فزونی خاص (50%، 37 %، 10%) برآورد شده‌اند.
در صورتی‌که عمر مفید سازه 50 سال فرض شود با در نظر گرفتن احتمال فزونی 37 درصد، مقادیر شتاب افقی و قائم به ترتیب0/63 g و0/72 g برآورد شده است.
بررسی پاسخ دینامیکی آبرفت
به این منظور به عنوان یک روش اندازه‌گیری سریع و اقتصادی در محل ساختگاه چهارگمانه با عمق های 65/75, 50 , 50 , 65/75 متر حفر گردید و لایه‌های آبرفت مورد آزمایش محل S.P.T قرارگرفته و نمونه های حاصله تحت آزمون‌های آزمایشگاهی قرار گرفتند. این روش با دقت قابل قبولی سرعت انتشار امواج را در لایه‌های خاک به دست می دهد.
با استفاده ا
پروژه و تحقیق- اصول اجرای سازه های بلند - در 47 صفحه-docx