سازه های کششی

[Memar Bashy]

ســـــــــــــــازه های کــــــششی


پیش تنیدگی یک روش تسلیح بتن با فولاد با مقاومت بالا می باشد که باعث مقاومت بیشتر اعضای بتنی در مقابل بارهای وارده می شود.
پیش تنیدگی در احداث ساختمان های اداری و آپارتمانی ، پارکینگ ، S-O-G ، استادیوم های ورزشی ، تکیه گاه های خاک و مهار سنگی و همچنین در پل سازی، ساخت مخازن بتنی و سازه های ویژه نظیر اسکله ها و کاربردهای فراوانی دارد.
هر چند سیستم های پیش تنیدگی نیازمند دانش و نظرات فنی خاصی برای ساخت و نصب کردن می باشد ، اما توضیح دادن مفهوم آن آسان است.




•کاربرد پیش تنیدگی به 440 سال قبل از میلاد بر می گردد. زمانی که یونانی ها کشش و تنشهای خمشی در بدنه کشتی های جنگی خود را با پیش تنیدگی ساختار بدنه به وسیله طنابهای کشیده شده کاهش می دادن.



•یک مثال دیگر که نشانگر سادگی پیش تنیدگی می باشد، بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی به طور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت و پایداری آن را افزایش دهد.



•یکی از ساده ترین مثال های پیش تنیدگی تلاش برای بلند کردن یک ردیف کتاب می باشد . ابتدا لازم است به دریف کتاب ها، از دو طرف فشاری اعمال کنیم تا باعث افزایش مقاومت در مقابل لغزش بین کتابها شده به طوریکه بلند کردن آنها را ممکن سازد . این



•مثال همچنین نشانگر یکی از اصول متداول در بیشتر کاربردهای پیش تنیدگی است.



•با توجه به مثال های فوق می توان پیش تنیدگی را به سادگی تعریف نمود:



•«اعمال نیروهایی به سازه ، علاوه بر بارهایی که سازه برای تحمل آنها طراحی می شود، به منظور افزایش ظرفیت باربری سازه.»





•بتن دارای مقاومت کششی کمی است ولی در برابر فشار بسیار مقاوم است ، با پیش فشرده کردن یک عضو بتنی ، پس از خمش در اثر اعمال بار نیز کلا تحت فشار باقی می ماند و بدین دلیل طراحی کارآمدتری را فراهم می آورد . اصول اولیه بتن پیش تنیده در شکل مجاور نشان داده شده است.



•یک تیر بتنی پیش تنیده هنگامیکه تحت اعمال بار قرار می گیرد خم می شود و تنشهای فشاری داخلی کاهش می یابد، هنگامی که بار برداشته می شود ، نیروی پیش تنیدگی باعث می شود که تیر به حالت اولیه خود برگردد که نشان دهنده خاصیت ارتجاعی بتن پیش تنیده است . به علاوه آزمایش ها نشان داده اند که تعداد بسیار زیادی بارگذاری متناوب می تواند به تیر اثر کند بدون آنکه روی قابلیت تیر برای تحمل بارهای سرویس یا ظرفیت نهائی آن تاثیری بگذارد . به عبارت دیگر پیش تنیدگی به تیر امکان مقاومت بسیار بالایی در برابر خستگی می دهد.



•اگر به هنگام اعمال بار، تنش های کششی حاصل از بار وارده از تنش های پیش تنیدگی فراتر نرود، بتن در ناحیه کشش ترک نمی خورد ، اما اگر نیروی اعمال شده زیاد شده و تنش های کششی بر پیش تنیدگی غلبه کند، ترک اتفاق خواهد افتاد. با وجود بارگذاری بیشتر تیر تا حد ظرفیت نهایی آن، در صورت برداشتن بار، ترکها کاملا بسته شده و تحت بارهای سرویس دوباره نمایان نمی شوند.




http://i44.tinypic.com/dfo6t.jpg

[Memar Bashy]

دو روش برای اعمال پیش تنیدگی در یک عضو بتنی وجود دارد:
الف) روش پیش تنیدگی
در این روش ، بتن پیرامون کابل های از قبل تنیده شده قرار می گیرد . با کسب مقاومت گرفتن و گرفتن بتن ، به تدریج کابلهای تنیده شده با بتن درگیر شده و هنگامیکه بتن مقاومت لازم را کسب کرد، کابل ها آزاد می شوند و بدین ترتیب انتقال نیروها به بتن انجام می گیرد. برای ایجاد تنش در کابل ها نیروی قابل توجهی لازم است ، بنابراین پیش کشیدگی اصولا در بتن پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرد که در آن نیروها توسط بست های ثابتی که در دو انتهای بستر پیش کشیدگی قرار دارد و یا توسط قالبهای مخصوص و محکمی در کابلها مهار می شوند.
ب)روش پس کشیدگی
این روش بتن به دور غلاف محتوی کابل های کشیده نشده ریخته می شود در زمانی که بتن به مقاومت کافی رسید کابل ها کشیده شده وتوسط گیره های مخصوص قفل میشوند در این سیستم تمام نیروی کابل ها مستقیما به بتن منتقل می شوند واز آنجایی که هیچ تنشی به قالب اعمال نمی شود استفاده از هر نوع قالب عادی ممکن می باشد .

توسعه روش پس کشیدگی
نو آوری بتن پیش تنیده منسوب به Eugene freyssinetمیباشد که اولین بار سیستم پس کشیدگی را بطور عملی در سال 1939بکار برد اکثر موارد کاربرد اولیه در طرح واجرای سازه های پل انجامگرفت این سیستم با استفاده از کابل های چند رشته ای در غلا فهای بزرگی که در مقطع بتن تعبیه ودر هر دو انتها ثابت می شد توسعه یافت کابل ها توسط جک از یک یا هر دو طرف کشی ده شده وسپس داخل غلا فها دوغاب ریزی می شد در این سیستم که به سیستم چسبیده (bonded)معروف است دوغاب در تمام طول مقطع به کابل می چسبد ماهیت چسبندگی در اینجا شبیه به حالتی است که در آن میلگردها در داخل بتن مسلح به بتن می چسبد پس از تکمیل تزریق دوغاب برای انتقال فشار به مقطع مهارتهای انتها ئی کارایی خود را از دست می دهند موارد کاربرد متداول دیگر در ساخت قطعه ای می باشد که در آن قطعات پل بتنی پیش ساخته بوسیله کابل ها ی فولادی یا میل گرد به یکدیگر پیش تنیده می شوند که در این مورد توسعه همان ایده ساده فشردن کتا بها می باشد.
بیشتر سیستم پیش تنیدگی به دلیل اندازه بزرگ غلافها وگیره های انتها یی در ساختمان سازی فقط طراحی تیرهایی با دها نه بزرگ که بار های سنگینی را تحمل می کنند مورد استفاده قرار می گرفت اما از سال 1970میلادی شرکتهای معتبر پیش تنیدگی در دنیا اقدام به طراحی وتولید ادوات پس کشیدگی مطابق با استاندارد ساختمان سازی نموده
وتا به امروز میلیون ها متر مربع از این نوع ساختمان ها با کاربری های متفا وت اجرا
شده است .

http://www.iran-eng.com/images/statusicon/wol_error.gifاندازه ی اين عكس تغيير داده شده است. برای ديدن كامل عكس اينجا را كليك كنيد. اندازه ی عكس اصلی 1211x959 و حجم آن 70KB است.http://i41.tinypic.com/6tlma0.jpg



3-سیستم های چسبیده وغیر چسبیده
پیشر فتهای اخیر پس کشیدگی خصوصادر زمینه اجرای دال کف درجا منجر به استفاده از دو روش ساخت شده است :الف)سیستم چسبیده ب)سیستم غیر چسبیده
الف) سیستم چسبیده
با این روش کابلهای پیش تنیده از میان غلاف های تخت ، ممتد و کوچک عبور می کند که داخل غلافها بعد از کشیده شدن کابلها با دوغاب پر می شود . این سیستم برای کاربردهای تخصصی استفاده می شود.
خصوصیات عمده سیستم چسبیده به شرح زیر می باشد:
- موثرترین طراحی پیش تنیدگی وقتی حاصل می شود که کابلهای پیش تنیدگی با خروج از مرکزیت نسبت به مقطع بتنی و نه در یک خط مستقیم بلکه در یک مسیر منحنی و یا خطوط شکسته قرار داده می شود.
- اندازه غلاف استفاده شده در این سیستم و حداقل پوششی که بایستی فراهم شود. میزان حداکثر خروج از مرکزیتی که می توان به آن دست یافت را محدود می کند.
- غلاف ها از نوارهای فلزی گالوانیزه که به شکل مارپیچی خم شده اند. درست می شود.
- میزان انحناء و یا مسیر کابلهای پیش تنیدگی به قابلیت انعطاف غلاف ها بستگی دارد.
- غلافها پس از کشیدگی کابلها ، باید با دوغاب پر شود که این عمل فعالیت دیگری را به فرآیند ساخت اضافه می کند.
- چسبندگی در سراسر طول کابلها توسط ملات سیمانی به نام دوغاب به دست می آید.
- نیروی پس کشیدگی کابلها تابعی از تغییر شکل بتن می باشد.



http://i41.tinypic.com/vgn4he.jpg

[Memar Bashy]

درباره سازه های چادری
سازه های غشایی در سال 1960 توسط فرانک اوتو رواج دوباره ای گرفت. دو طرح پیشنهادی او عبارتند از:
شبکه سیمی آویخته که در نمایشگاه مونترال و همچنین ورزشگاه المپیک مونیخ استفاده شد که هر دو، جزءعظیم ترین و پیچیده ترین سازه های غشایی هستند.
امروزه با پیشرفت فناوری ها سازه های غشایی به کلی دگرگون و متحول شده اند،هر چند بهبود مصالح موجب بهبودعمکرد پوشش های غشایی شده است، ولی روش های نوین طراحی عامل اصلی بهره وری این سازه ها می باشد .

ویژگی های این سازه ها:
1- ریشه در سنت کهن چادر سازی دارند.
2- به لحاظ ارزانی مصالح، سهولت اجراو سرعت برپایی بسیار جذاب می باشند.

از اولین کاربرد های این نوع چادر ها در سالن های نمایشی و سیرک ها و چادر های ارتش می باشد پیشرفت فن آوری های امروز باعث شده است تا:
1) دوام و طول عمر مصالح بیشتر شود.
2) مقاومت در برابر آتش سوزی بیشتر شود.
3) گسترش حریق و دودهای ساطعه کاهش می یابد.
4) انرژی کمتری برای تنظیم شرایط محیط حاصل می شود.

مثلا در مناطق گرمسیر با استفاده از این غشاء ها می توان مقدار زیادی از نور خورشید را منعکس کرده و دمای ساختمان را با صرف انرژی کمتری تنظیم نمود و در مناطق سردسیر با بهره گیری از لایه های عایق حرارتی که منعطف و مات می شوند با انژری کمتری شرایط مطبوع حاصل می شود.

ویژگی محصولات
درصد اشتعال پایین
دارای عالی ترین خواص فیزیکی
دارای پرداخت صیقلی بالا و براق
استفاده از تارپولین وزن متوسط
دارای خاصیت ضد قارچ یا ضد کپک زدگی
قابلیت جوش ، با تکنوژی هوای گرم و فرکانس بالا
مقاومت بسیار بالا در برابر اشعه های مضر آفتاب (UV)
استفاده از رنگدانه های با کیفیت بالا (ثبات و دوام بالای رنگ)
عدم فرسایش در شرایط مختلف آب و هوایی و طول عمر بسیار بالا
دارای رنگ لاکی (لاک و الکل) اکریلیک و پوشش PVC در هر دو سمت
کلیه سازه ها دارای دفترچه محاسباتی فنی و مهندسی بوده و تمام مراحل طراحی تولید و اجرا زیرنظر مهندسی ناظر صورت می پذیرد.



http://permanentart.blogfa.com/post-15.aspx منبع

[Memar Bashy]

ساخت بناهایی با سقف منعطف از اعصار پیشین رواج داشت. بناهای تاریخی بسیاری با سقف بازشو وجود دارد. از ولا[1]های رومی تا چادر عشایر.
ولاهای نوع اولیه تاتر رومی مرکب از تیرهای چوبی و ترکه های عمودی است که با طناب به هم متصل شدند. طناب های می‌توانستند به طور موازی مابین تیرها حرکت کنند. با کشیدن طناب‌ها می‌توانستند زاویه قرارگیری سقف را با توجه به نور خورشید تغییر دهند.
سازه اصلی چادرهای مخروطی شکل از تیرهای چوب است. محل قرارگیری راه خروج دود در راس چادر مطابق جهت باد تغییر می‌کند. همچنین پوسته‌های یکسان با ارتفاع متفاوت قابل برپایی بودند. (Walter, 2006)
قدیمی‌ترین تصویر باقی‌مانده از سقف چتری شکل متعلق به 13 قرن قبل از میلاد تصویر پادشاه آشور، آشوربانیپال[2] را با چتر خورشیدی، نشانگر قدرت و سلامت جاویدان، نشان می‌دهد. این ساختمان پس از گذشت سال‌ها همچنان به شکل اولیه خود باقی مانده است. پرده با نیروی کششی و تیر مرکزی که نیروی فشاری هر واحد را تحمل می‌کند.
در قرن پانزدهم میلادی لئوناردو داوینچی بر اساس مطالعات فراوان سازه‌ای، یک مکانیزم مسطح ساده قابل گسترش را طراحی و در جلد اول کتاب[3] خود معرفی کرد. (چیلتون, 1386)
در باغسازی دوران قاجار ایران سازه‌های سبک در باغ‌ها برای برافراشتن چادر میان چمن رواج داشت. (ایرانی بهبهانی, 1382) در زیر این چادرها در تابستان فضایی مفرح برای گذران اوقات فراغت و برپایی میهمانی‌ها و مراسم جشن و عزا به وجود می‌آمد.
چادر ایلات و عشایر در ایران نمونه بارز انعطاف‌پذیری مطابق با شرایط اقلیمی منطقه می‌باشد. برپایی چادرها در فضاهای تفرجگاهی برای استفاده محدود هنوز استفاده زیادی دارد. در این حالت اعضا بیشتر از آنکه به عنوان حصار عمل کند به عنوان یک ***** عمل می‌کند. (Chilton, 2003)
سازه‌های قابل گسترش در ابتدا برای حفظ حالت باز و بسته شونده خود در اندازه‌های کوچه ساخته می‌شدند. (Melin, 2004) در پی تصمیم دولت ایالات متحده‌آمریکا در سال‌های 1980 برای تاسیس یک پایگاه فضایی، ناسا هزینه تحقیق در خصوص سازه‌های باز و بسته شونده را فراهم کرد. هدف از این تحقیق ساخت سیستم‌های مهندسی بازو بسته شونده‌ای بود که بتواند جهت حمل به فضا در فضاپیما جای گیرد. این سازه‌های می‌بایست پس از حمل به فضا گسترش یافته و به اصطلاح منبسط یا منفجر شوند.(مشایخ فریدنی, 1377) به این طریق حجم‌های مثل آنتن‌ها و خودروی فضایی بسته بندی شده ساخته شد تا زمانیکه به مدار یا سطح سیاره رسیدند باز شوند. حجم بسته‌بندی کم، سرهم بندی سریع و گسترش و بسته شدن آسان از معیارهای طراحی این سازه‌ها بود. (Melin, 2004) اگر چه طرح مذکور در سطح کلان اجرا نشد، ولی هنوز هم سازه‌های کوچک یا اشیاء باز و بسته شونده‌ای مانند گیره خورشیدی و آنتن‌ها،‌ کماکان مورد استفاده است.
دانشگاه کمبریج از جمله مراجعی است که در زمینه سازه‌های قابل گسترش تحقیق کرده است. سرجیو پلگرینو[4] از این دانشگاه حلقه‌ای را ساخت که قابل گسترش است. حلقه از میله و کابل تشکیل شده و تعداد میله‌ها در هر اتصال 4 عدد است که در وسط طول دو به دو به شکل قیچی به یکدیگر اولا شده‌اند. اتصالات را تعدادی کابل‌های فعال و غیر فعال به یکدیگر متصل می‌کنند. به این ترتیب که با حرکت و گسترش سازه، کابل‌های فعال توسط قرقره‌ها[5] جمع شده و رفته رفته کابل‌های غیر فعال وارد عمل می‌شوند تا در نهایت در کشش کامل قرار گرفته و سازه شکل نهایی خود را ثابت کند.
سازمان فضایی و هوانوردی ژاپن نیز تحقیقات جامعی در خصوص سازه‌های قابل گسترش انجام داده است. کوریر میورا[6] با همکارانش توانسته‌اند اصول پیچیده ریاضی را با هنر اوری‌گامی[7] ترکیب نموده و به سطوح قابل گسترش دست یابند. در واقع مجموعه تاشده کاملا مسطح را تنها با قطعات مسطح می‌توان به دست آورد به نحویکه وقتی این قطعات به روی هم قرار می‌گیرند، مجموعه بدون انحنا باقی بماند. (مشایخ فریدنی, 1377)
در دو دهه اخیر هزینه برپایی مسابقات ورزشی و کنسرت ها به نحو چشمگیری افزایش یافته و هزینه‌های لغو هر کدام از آنها بیش از پیش سنگین‌تر گردیده است. در فاصله زمانی بین سال‌های 1998 تا 2002 نه مرتبه مسابقات تنیس ویمبلدون[8] در شرایط آب و هوای بارانی برگزار گردید. به دلیل نیاز چمن زمین به نور خورشید و لزوم سرباز بودن زمین، یافتن راهی برای سرپوشیده نمودن مرکز زمین در زمان‌های مقتضی ضرورت یافت. برای غلبه بر چنین مشکلاتی ساخت استادیوم‌ها و استخرها با سقف متحرک رواج یافت. ایده ساخت سقف متحرک از سوی پینه‌رو مطرح شد. او سازه قابل بسطی را به کمک مکانیزم قیچی طراحی کرده بود. (Buhl et al., 2004) به دلیل عمر کوتاه پینه‌رو تمام تحقیقات او در این خصوص تنها 9 سال به طول انجامید. اما تاثیرات شگرفی بر آیندگان داشت. او درکل بر روی دو نوع سازه مختلف کار کرد.
1-سازه مشبک مجزا
2-سازه قابل گسترش
اکثر سازه‌هایی که پینه‌رو به آن توجه داشت، اغلب در حوزه تمرین و قدم‌های نخستین یک حرکت بودند. مانند:
-تئاتر متحرک برای فستیوال‌ها
-سالن سینما پروجکشن
-سقف موزه پالئوکریستین در تاراگونا[9]
-گنبد موزه دالی
سامانه سازه قابل گسترش او به لحاظ آسانی و سرعت عمل در باز و بسته شدن، ایده‌هایی را که تا آن زمان در این خصوص وجود داشت، متحول نمود. او از ترکیب ورقه‌ای نازک حجم‌های مسطح و محدب پدید آورد.(Belda, 2003)
در سال 1964 معمار آلمانی " فرای اتو[10]" موسسه‌ای برای تحقیق در خصوص سقف های متحرک را بنیان نهاد. فرای اتو و همکارانش سیستم طبقه بندی آنرا توسعه دادند. آنها بین سقف‌های صلب و سقف‌های پوسته‌ای تمایز قایل شدند. همچنین در این راستا فرم‌های ممکن سقف‌های متحرک را در ماتریس زیر طبقه‌بندی کردند.
در دو دهه اخیر توان بشر برای ساخت سقف‌های متحرک افزایش بی‌نظیری یافته است. اساس این تحول انعطاف‌پذیری و بهینه شدن اقتصادی اجرای آنها نسبت به سایر سقف‌های ثابت و سنتی است که معیار ارزیابی مزیت این گونه سازه‌ها نیز گردید. (Jensen, 2005) از لحاظ تطابق سقف‌های منعطف با اقلیم منطقه در تمام روزهای سال مزیت چشمگیری بر سایر روش‌ها دارد. (Mollaert, 2003)
یکی از کاربردهای شبکه‌های فضایی قابل گسترش و تاشونده، ایجاد سازه‌های بزرگ برای حفاظت از تجهیزاتی مانند صفحات فتوولتائیک است. این شبکه فضایی می‌تواند به صورت فشرده ساخته شده و به فضای مورد نظر منتقل گردد.(چیلتون, 1386)

Belda, E.F. (2003) Constructine Problems in Deployable Structure of Emilio Perez pinero. Transactions on the Built Environment, 21, 141-142.

Buhl, Thomas, Jensen, Frank V. & Pellegrino, S (2004) Shape optimization of cover plates for retractable roof structures. Computers and Structures, 82, 1227-1236.

Chilton, John (2003) Environmental aspects. IN LORENS, J., Textile roof 2003 - Eigth international workshop, Berlin.

Jensen, Frank V. (2005) Concepts for Retractable Roof Structures, Ph.D. Dissertation, University of Cambridge

Melin, Nicholas O'brien (2004) Application of Bennett Mechanisms to Long-Span Shelters, PhD Dissertation, University of Oxford

Mollaert, Marijke (2003) A classification for the application of technical textiles and lightweight structures. IN LORENS, J., Textile roof 2003 - Eigth international workshop, Berlin.

Walter, Vortrag Von Matthias (2006) Convertible Roofs. Ferienakademie.


ایرانی بهبهانی, هما (1382) شاخص ها و ویژگی های باغسازی دوران قاجار در تهران. محیط شناسی ضمیمه 31, 99-81.



چیلتون, جان (1386) سازه‌های مشبک فضایی, تهران, دانشگاه تهران.



مشایخ فریدنی, سعید (1377) سازه‌های باز و بسته شونده. صفه