• اصفهان، بلوار بوستان سعدی ، جنب هتل چهل پنجره ، ساختمان گلستان ، طبقه دوم

آدرس دفتر

اصفهان، خیابان پروین اعتصامی، نبش کوچه شماره ۵، ساختمان پگاه رزم‌آوران

تلفن پشتیبانی

03135123

آدرس ایمیل

info@raymonsaze.ir

امروزه تعداد سازه‌های بلند مرتبه به سرعت در حال افزایش است و آسمان خراش‌ها جزئی معمول از شهرها می‌باشند و هر کشوری سعی بر این دارد که شیوه جدیدی در این راستا اتخاذ کند. ساخت سازه‌های بلند دارای پیچیدگی‌های زیادی از آزمایش‌های خاک تا تجزیه و تحلیل سازه‌ای است.

بتن مسلح و فولاد مصالحی هستند که برای ساختار ساختمان‌های بلند مرتبه استفاده می‌شوند ولی در ساخت این سازه‌ها معمولا از اسکلت فولادی استفاده می‌شود.

طراحی ویژه‌ی سازه‌های بلند مرتبه، چالش‌هایی برای مهندسین ژئوتکنیک و سازه در بر دارد خصوصا اگر ساختمان در منطقه زلزله‌خیز یا روی خاک‌های خطر آفرین مانند خاک‌هایی که تراکم پذیری بالایی دارند یا لایه‌های گلی دارند، واقع شده باشد.

تعریف سازه‌های بلند

تشخیص ویژگی‌های یک ساختمان که آن را به عنوان ساختمان بلند طبقه‌بندی کند، کار دشواری است. مهم‌تر از همه نمای بیرونی ساختمان است. در همسایگی یک ساختمان یک طبقه ممکن است یک ساختمان پنج طبقه بلند به نظر برسد و یا یک ساختمان پنجاه طبقه در یک شهر ممکن است بلند نامیده شود.

در حالیکه در شهرهای بزرگ مانند شیکاگو، منهتن و ایالات متحده عربی با تعداد زیاد ساختمان، یک سازه اگر بخواهد در مقایسه با همسایگان خود بلند به نظر برسد باید دارای صد تا صد و بیست طبقه باشد.

طراحی سازه‌های بلند

یک ساختمان بلند نمی‌تواند بر حسب روابط مشخصی وابسته به ارتفاع یا تعداد طبقات تعریف شود. به بیان دیگر توافق واحدی بر سر آنچه یک ساختمان را بلند به حساب می‌آورد یا در چه ارتفاعی یا با چه تعداد طبقاتی یک ساختمان می‌تواند بلند نامیده شود، وجود ندارد.

شورای عالی شهرسازی و معماری ضوابط عامی در زمینه بلند مرتبه‌سازی تصویب کرده و برای اجرا به استان‌های با شهرهای بالای دویست هزار نفر جمعیت ارسال کرده است. بر اساس این مصوبه، ساختمانی که با ارتفاع 27 متر و بیشتر یا ساختمانی که تعداد طبقات آن با احتساب همکف، هشت طبقه و بیشتر باشد یا ارتفاع بالاترین کف طبقه‌ی قابل بهره برداری آن بیش از 23 متر از تراز متوسط زمین باشد، بلند مرتبه نامیده می‌شود.

اما به لحاظ دسته‌بندی استانداردهای مختلف جهان، سازه‌های بلند مرتبه از آسمان خراش‌ها و ساختمان‌های فوق بلند متمایز شده‌اند. هرچند برای تعریف آسمان خراش استانداردی رسمی در دست نیست، اما ارتفاع دست کم 150 متر به عنوان معیار آسمان خراش‌ها به کار می‌رود.

دلیل ساخت سازه‌های بلند

مهمترین دلیل ساخت برج‌ها و سازه‌های بلند که در کشورهای پیشرفته جهان گسترش پیدا کرده به شرح زیر است:

  • مسکونی
    بدیهی است که تأمین کاربری مسکونی تحت هزینه‌های سرسام آور عقلانی نیست مگر در شرایطی خاص مانند کمبود شدید زمین در کشورهای کوچک و متراکم یا جزیره‌ای مثل کره یا ژاپن. ولی با این حال عملا توجیه مسکونی برای این ساختمان‌ها منطقی نیست و تنها یک برج از بیست برج بلند دنیا مسکونی می‌باشد.
  • اداری–تجاری–اقامتی
    این سه کاربری مقرون به صرفه‌ترین حالت برای ساخت برج‌ها می‌باشد. اکثر طبقات یا واحدهای این برج‌ها به شرکت‌های تجاری یا بانک‌ها فروخته شده یا به هتل‌ها واگذار می‌شود که از نمای خاص طبقات بالایی استفاده کنند. به این وسیله حجم قابل توجهی از هزینه‌ها جبران خواهد شد.
  • مخابراتی
    این کاربری اصلا توجیه اقتصادی نداشته چون برج‌های مخابراتی قاعدتا درآمدزایی خاصی ندارند و می‌توان با مکان یابی مناسب و سازه‌هایی به مراتب کم هزینه‌تر مثل دکل و … همان کارایی را ایجاد نمود. ساخت این نوع برج‌ها فقط در شرایط خاصی مثل شرایط جزیره‌ای یا شهرهای مسطح بدون ارتفاعات و … و یا در شرایطی که علت ساخت دیگری غیر از مخابراتی بودن داشته باشد، عقلانی به نظر می‌رسد.
  • هویت–غرور–نماد
    بسیاری از این بناها پس از اتمام به نماد شهر تبدیل شده و اگر طراحی خوبی داشته باشند شاید بتوانند بعد از چند دهه هویت بخش هم باشند. البته اگر هدف، فقط نماد سازی است می‌توان سازه‌های با ارتفاع کمتر و هزینه کمتری ساخت که نماد شهر باشند.
  • جذب گردشگر
    یکی از دلایل ساخت برج‌ها در کشورها جذب گردشگر می‌باشد و کشورها در رقابت ساخت «بلندترین» ساختمان‌ها هستند. هرچند به علت پیشرفت علم و تکنولوژی ساختمان‌ها خیلی زود لقب «ترین» خود را از دست داده و به ساختمانی در کشور دیگر می‌دهند.
  • پشتوانه فلسفی
    یکی از مهمترین دلایل برای ساخت آسمان خراش‌های قدیم پشتوانه فلسفی آن بوده مثلا برج مشهور بابل به علت میل به حرکت بشر به سمت بهشت ساخته شده است.

*توجه به این نکته حائز اهمیت است که سازه‌های بلند می‌توانند با چندین توجیه کاربری ساخته شوند و به این صورت ساخت این برج‌ها توجیه اقتصادی پیدا می‌کند.

سیستم سازه‌ای سازه‌های بلند

سیستم سازه‌ای در ساختمان‌های بلند مرتبه، به گونه‌ای طراحی می‌شود تا بتواند در برابر بارهای گرانشی عمودی و بارهای جانبی وارد شده به وسیله باد و زمین‌لرزه ایستادگی کند. یک سیستم سازه‌ای تنها شامل اعضایی می‌شود که برای پایداری در مقابل بارها طراحی شده‌اند و اعضای دیگر، اجزای غیر سازه‌ای هستند.

انواع سیستم سازه‌ای بلند در ساختمان‌های فولادی

  • سامانه قاب محیطی یا لوله‌ای
  • سامانه لوله در لوله
  • سامانه لوله‌های چندگانه
  • سامانه ابر مهار بندی
  • سامانه کمربند خرپایی
  • سامانه هسته مرکزی

سامانه قاب محیطی یا لوله‌ای

در این سامانه تجمع ستون‌ها در قاب محیطی سازه بیشتر بوده و در ستون‌های محیطی به صورت یک لوله، سازه را در میان گرفته است و بارهای جانبی به این قاب محیطی وارد می‌شود. همچنین قاب محیطی نیز نمای مطلوبی به ساختمان می‌دهد. این سامانه برای سازه‌های بلند با ارتفاع بالای صد و پنجاه طبقه، می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

سامانه لوله در لوله

واکنش یک سامانه لوله در لوله در مقابل بارهای جانبی مشابه واکنش سازه مرکب از قاب صلب و دیوار برشی است؛ اما لوله قابی خارجی خیلی سخت‌تر از قاب صلب می‌باشد. لوله خارجی، اکثر بار جانبی را در قسمت بالایی ساختمان تحمل می‌کند، در صورتی که هسته، بیشتر بار را در قسمت پایین ساختمان تحمل می‌نماید.

سامانه لوله‌های چندگانه

این سامانه نیز مانند قاب محیطی می‌باشد با این تفاوت که ساختمان از چند قاب محیطی تشکیل شده است.

سامانه ابر مهاربندی

در ساختمان‌های متعارف، مهاربندی ساختمان در ارتفاع طبقه و به عرض دهانه انجام می‌شود. در دو دهه گذشته، در سازه‌های بلند و به جهت بازدهی بیشتر و حتی به عنوان ابزار معماری در نمای ساختمان، استفاده از مهاربندهایی در مقیاس بزرگتر از یک طبقه و یک دهانه در سازه تکامل یافته است که به آن سامانه ابر مهاربندی گفته می‌شود.

سامانه کمربند خرپایی

اگر تعدادی از طبقات یک ساختمان به وسیله یک کمربند در پیرامون سازه که از اعضای بادبندی تشکیل شده‌اند و در نمای ساختمان به شکل خرپا دیده می‌شوند، محصور گردد، تغییر شکل جانبی ساختمان به شدت کم می‌شود، به این سامانه، سامانه کمربند خرپایی گفته می‌شود.

سامانه هسته مرکزی

در سامانه هسته مرکزی، به جای اینکه عناصر مقاوم جانبی در نقاط مختلفی از پلان قرار گیرند، با استفاده از دیوار برشی در مرکز ساختمان قرار می‌گیرند. در این حالت نمای ساختمان باز خواهد بود و از فضای هسته مرکزی می‌توان به عنوان راه پله یا محل نصب آسانسور استفاده نمود.

فونداسیون سازه‌های بلند

به دلیل اینکه فونداسیون سازه‌های بلند می‌بایست در برابر بارهای سنگین مقاومت داشته باشند در ساخت پی این سازه‌ها از شمع‌ها و پی گسترده استفاده می‌شود. پی‌های ساختمان‌‎های بلند مرتبه باید بتوانند به صورت ایمن بارهای جانبی و قائم ناشی از ساختمان را تحمل کنند. همچنین قابلیت کنترل نشست‌های کلی و تفاضلی را داشته باشند.

ساختمان‌های بلند و پی آن‌ها سیستم‌هایی بسیار تعاملی هستند. بارهای ناشی از سازه می‌توانند باعث جابه‌جایی پی شوند و جابه‌جایی پی باعث تغییر رفتار سازه می‌شود. رفتار پی توسط شرایط زمین و نوع خاک، نوه پی، اندازه و توزیع بار سازه کنترل می‎‌شود به همین خاطر روش طراحی برای سازه‌های بلند مرتبه باید بر اساس رفتار اندرکنشی خاک و سازه باشد و نمی‌توان از روش‌های سنتی مانند ظرفیت باربری با استفاده از ضریب اطمینان استفاده کرد.

فونداسیون سازه‌های بلند

با یک سیستم اندرکنشی این چنینی مشخص می‌شود برای طراحی باید روش‌هایی استفاده شوند که این رابطه تعاملی را پوشش دهند. عموما شرایط زیر ساختمان در سازه‌های بلند مرتبه با شرایط ایده‌آل فاصله دارند و عدم قطعیت‌های ژئوتکنیکی یکی از ریسک‌های اصلی در طراحی این سازه‌ها است. به دست آوردن اطلاعات دقیق از شرایط زمین برای یک طراحی بهینه لازم است.

نوع شالوده برای سازه‌های بلند مرتبه توسط بخش‌های اصلی طراحی مانند بارگذاری ساختمان، شرایط زمین و عملکرد مورد انتظار ساختمان همراه با شرایط دیگری مانند هزینه، شرایط محیطی و برنامه‌ریزی ساخت مشخص می‌شود. یک تحقیق مناسب از زمین پروژه شامل حفر گمانه‌های اکتشافی، آزمایش‌های برجا، نمونه‌گیری و آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌باشد. بر اساس اطلاعاتی که از تحقیقات محلی به دست می‌آید، متغیرهای طراحی و مشخصات زمین مشخص شده و از آن‌ها برای تعیین و طراحی پی استفاده می‌شود.

طراحی سازه‌های بلند در برابر باد

سیستم سازه‌ای ساختمان‌های بلند علاوه بر اینکه می‌بایست بارهای قائم را تحمل کنند، باید در برابر بارهای جانبی مانند بار زلزله و بار باد نیز مقاوم باشند. به علاوه با بالا رفتن از سطح زمین به دلیل کاهش اصطکاک، بار باد افزایش می‌یابد. به عبارتی ارتفاع از سطح زمین و بار باد با هم رابطه مستقیم داشته و با افزایش هرکدام، دیگری نیز افزایش می‌یابد. حداکثر بار باد در طراحی سازه‌های بلند در حدود 870 کیلوگرم بر متر مربع در نواحی طوفانی در نظر گرفته شده است.

بار باد در طراحی سازه‌های بلند

می‌توان گفت بار باد برای سازه‌های بلند دو برابر است و سازه مانند یک تیر طره‌ای است که قسمت بالای آن به شدت تحت تأثیر باد قرار گرفته و باد مایل است تا تغییر شکل بیشتری در بالای آن ایجاد کند و سازه را خم کند که باید با طراحی صحیح و در نظر گرفتن مقدار درست برای بار باد از این پدیده جلوگیری کرد؛ علاوه بر پایداری سازه باید به حداکثر تغییر شکل مجاز دقت شود و این مقدار محدود گردد.

نکته دیگری که باید بدان توجه داشت فرکانس طبیعی ساختمان و فرکانس امواج باد است و در طراحی باید به این موضوع بسیار اهمیت داده شود؛ چرا که در صورت بروز خطا در محاسبات و یکسان شدن فرکانس طبیعی سازه و فرکانس امواج باد، پدیده رزونانس یا تشدید رخ داده و سازه فرو می‌ریزد.

آزمایش تونل باد برای سازه‌های بلند مرتبه

آزمایش تونل باد برای بررسی عملکرد آیرودینامیکی سازه و اثرات فشار و مکش باد بر روی سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش با کمک مدل سازی وزش باد روی یک مدل سازه با ابعاد کوچکتر، نیروی بار وارد بر مدل را محاسبه کرده و سپس با روابط تشابه ابعادی نیروهای وارد بر سازه را در مقیاس واقعی تخمین می‌زنند.

این آزمایش دشواری‌ها و هزینه‌های بالایی دارد به همین علت از این روش در سازه‌های بسیار با اهمیت و حساس در برابر باد استفاده می‌شود. مثل برج خلیفه که پروژه‌ای عظیم با ارتفاع بسیار زیادی می‌باشد و همچنین در منطقه ساحلی باد خیز ساخته شده است.

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *