یکی دیگر از الیاف های که در بتن مسلح استفاده می شود بتن الیافی پلیمری می باشد یکی از مزایای الیاف پلیمری مرکب نسبت به مواد فلزی پدیده خستگی می باشد که در گذشته درصنایع هوایی استفاده می شد و رفتار خوبی را در مقابل خستگی از خود نشان داده اند فولاد معمولاًدر اثر گسترش ترک به طور ناگهانی گسیخته میشود ولی مواد مرکب پلیمری در اثر پارگی الیاف و یا ماتریس در سطح تماس الیاف بسیار کند گسیخته می شود. پراکندگی قابل ملاحظه موجود در نتایج آزمایشها روی مواد مرکب پلیمری باعث شده که در عمل تنش طراحی کمتری برای این مواد در نظر گرفته شود. طبق نظر دوهوفر (۱۹۷۳)، رفتار خستگی رزینها مختلف با توجه به تفاوت شیمیایی زیاد فرقی نمی کند ولی اپوکسی ها عملکرد خستگی بهتری دارند.

طبق نظر هالاوی (۱۹۹۳) مکانیزم تخریب مواد پلیمری مرکب عبارت است از:
۱-ترک برداشتن ماتریس
۲-لایه لایه شدن مواد
۳-پارگی الیاف
۴-از بین رفتن چسبندگی بین ماتریس والیاف

طبق نظریه کرسیس(۱۹۸۹):ورقها با الیاف یک جهته به دلیل اینکه تمام بار درجهت نیرو به الیاف وارد میشودمقاومت خستگی خوبی دارند ورقه ورقه شدن الیاف مرکب به علت تنشهای بین صفحه ای میباشد معمولاً از انتهای آزاد وتکیه گاه شروع می شود وبه طرف داخل ورق گسترش می یابد.

یک مکانیزم مهم خرابی جدای بین الیاف و رزین در سال ۱۹۷۳ دو هیو فز مشاهده کرد:

Gfrp باعث جداشدگی  میشود ولی در GFrp تازه تا۷۰درصد مانع جدا شدگی می شود. استاتیکی ۳۰درصد مقاومت

ترمیم وتقویت سازه های بتن مسلح با استفاده از روش الیاف پلیمری مركب در بتن مسلح (اف ار پی):

انواع الیاف فولادی مركب در ساختمان شامل زیر میباشد:
1-الیاف شیشه
2-الیاف كربن
3-الیاف آرامید 

در الیاف مركب فولادی می توان از چند نوع الیاف استفاده كرد كه به ان هیبرید (Hybrid) گویند.

1- الیاف شیشه ای: رایج ترین وپر مصرف ترین نوع الیاف مورد استفاده در سقف کامپوزیت است. بر حسب نوع ترکیب مواد به کار رفته به انواع گوناگون تقسیم میشوند. مزایای این الیاف قیمت پایین واستحکام کششی بالا ومقاومت شیمیای بالاو خواص عایقی بالا میباشد معایب آنها عبارتست از مدول کششی پایین و وزن مخصوص نسبتاً بالا وحساسیت در برش وهمچنین با دما ورطوبت نیز استحکام کاهش می یابد.

2- کربن: دانسیسته آن ۲۲.۷ کیلو نیوتن برمتر مکعب می باشد وشکل مختلف ان بلوری می باشد وضخامت ان نازکتر از موی انسان می باشد و دارای قطر ۶-۱۰میکرو متر می باشد.

مزایایی اصلی آن:
استحکام بالای خستگی-مقاومت در برابر خوردگی- ضریب انبساط حرارتی پایین

معایب:
قیمت بالا -کرنش در شکست-هادی الکتریکی

3- الیاف آرامید:

پلیمر های آرامید دارای خصوصیاتی چون نقطه ذوب بالا و پایداری حرارتی عالی ومقاومت در برابر شعله وغیر قابل حل بودن در بسیاری از حلال های آلی شناخته شده اند دانسیسته ان بین ۱۲-۱۴.۶ کیلو نیوتن بر متر مکعب می باشد دارای  خواصی چون مقاوت در برابر ضربه عدم حساسیت به شکاف خواص الکتریک- خود خاموش کنی از خصوصیات آن می باشد. به دو صورت نام تجاری کولار۲۹-کولار۴۹ به بازار عرضه می گردد.

منبع: ایران سازه - iransaze.ir

تولید سیمان كه ماده اصلی چسبندگی در بتن است در سال 1756 میلادی در كشور انگلستان توسط «John smeaton » كه مسئولیت ساخت پایه برج دریایی «Eddystone » را بر عهده داشت آغاز شد و درنهایت سیمان پرتلند در سال 1824 میلادی در جزیره ای به همین نام در انگلستان توسط «Joseph Aspdin » به ثبت رسید. مردم كشور ما نیز از سال 1312 با احداث كارخانه سیمان ری با مصرف سیمان آشنا شدند و با پیشرفت صنایع كشور، امروزه در حدود 26 الی 30 میلیون تن سیمان در سال تولید می گردد. با آگاهی مهندسان از نحوه استفاده سیمان در كارهای عمرانی ، این ماده جایگاه خودش را در كشورمان پیدا كرد.
یكی از روشهای ساختمان سازی كه امروزه در جهان به سرعت توسعه می یابد ساختمانهای بتنی است. بعد از انقلاب اسلامی به علت كمبود تیر آهن در نتیجه تحریمها و نیز گسترش ساخت و سازهای عمرانی در كشور ، كاربرد بتن بسیار رشد نمود. علاوه بر این موضوع ساختمانهای بتنی نسبت به ساختمانهای فولادی دارای مزایایی از قبیل مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی ( خورندگی ) آسان بودن امكان تهیه بتن به علت فراوانی مواد متشكله بتون و عایق بودن در مقابل حرارت و صوت می باشند كه توسعه روز افزون این نوع ساختمانها را فراهم می سازد.

یکی از معایب مهم ساختمانهای بتنی وزن بسیار زیاد ساختمان می باشد که با میزان تخریب ساختمان در اثر زلزله نسبت مستقیم دارد. اگر بتوانیم تیغه های جدا کننده و پانل ها را از بتن سبک بسازیم وزن ساختمان و در نتیجه آن تخریب ساختمان توسط زلزله مقدار زیادی کاهش می یابد. ولی کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است. استفاده از میکروسیلیس در ساخت بتن سبک سبب شده است که مقاومت بتن سبک بالا رود و این محدودیت کاهش یابد. در این تحقیق ضمن توضیحاتی در مورد بتن و تاثیر آب بر روی مقاومت بتن، بیشتر درباره بتن سبک و روشهای افزایش مقاومت آن با استفاده از میکروسیلس، خواص مکانیکی و همچنین موارد کاربرد آن بحث می شود.

1- سیمان

- سیمان تولید شده در کشور ما با سیمان تولید شده در کشورهای صنعتی متفاوت است که لازم است تفاوت آن تا حد ممکن بررسی شود.

- طبقه بندی سیمانها شناسایی شود.

-  عدم تنوع در کیفیت سیمان نشانه ضعفهایی از سیستم ساخت و ساز می باشد.

-  عدم استفاده از سیمان با کیفیت بالا از عوامل اولیه عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد.

 

2- شن و ماسه

- معیارها و آئین نامه های تولید کلان شن و ماسه بررسی شود.

- تولید کلان  شن و ماسه در کشور ما از نظر معیار و رعایت آئین نامه های تولید بررسی شود.

-  معایب شن و ماسه تولیدی در کشور در حد کلان بدلایل زیر آنرا در درجه دوم و یا سوم کیفیت قرار می دهد.

الف : وجود گرد و غبار

ب : عدم شستشو

ج : دانه بندی ناصحیح

د : استفاده از شن و ماسه رودخانه ای بجای شن و ماسه شکسته.

- استفاده از شن و ماسه درجه 2 و یا 3 از عوامل ثانوی عمر کوتاه ساختمان در بحث مصالح می باشد.

افزایش مقاومت بتن مد نظر تمام دست اندرکاران صنعت تولید بتن می باشد.

 

ساختار بتن :
- بتن دارای چهار رکن اصلی می باشد که به صورت مناسبی مخلوط شده اند ، این چهار رکن عبارتند از :
الف : شن
ب : ماسه
ج : سیمان
د : آب

- در برخی شرایط برای رسیدن به هدفی خاص مواد مضاف به آن اضافه می شود که جزﺀ ارکان اصلی بتن به شمار نمی آید.

- توده اصلی بتن مصالح سنگی درشت و ریز ( شن و ماسه ) می باشد.

-  فعل و انفعال شیمیایی بین سیمان و آب موجب می شود شیرابه ای بوجود آید و اطراف مصالح سنگی را بپوشاند و مصالح سنگی را بصورت یکپارچه بهم بچسباند.

-  استفاده از آب برای ایجاد واکنش شیمیایی است.

-  برای ایجاد کار پذیری لازم بتن مقداری آب اضافی استفاده می شود تا بتن با پر کردن کامل زوایای قالب بتواند دور کلیه میلگرد های مسلح کننده را بگیرد.

-  جایگاه استفاده آب در بتن به لحاظ انجام عمل هیدراتاسیون دارای حساسیت بسیار زیادی است.

ویژگیهای آب مصرفی بتن :

- آب های مناسب برای ساختن بتن

1- آب باران

2- آب چاه

3- آب برکه

5- آب رودخانه در صورتی که به پسابهای  شیمیایی کارخانجات آلوده نباشد و غیره …

بطور کلی آبی که برای نوشیدن مناسب باشد برای بتن نیز مناسب است باستثناﺀ مواردی که متعاقبا توضیح داده خواهد شد.

- آبهای نا مناسب برای ساختن بتن

1- آبهای دارای کلر ( موجب زنگ زدگی آرماتور می شود )

2- آبهایی که بیش از حد به روغن و چربی آلوده می باشند.

3- وجود باقیمانده نباتات در آب.

4- آب گل آلود ( موجب پایین آوردن مقاومت بتن می شود )

5- آب باتلاقها و مردابها

6- آبهای دارای رنگ تیره و بدبو

7- آبهای گازدار مانند2 co و…

8- آبهای دارای گچ و سولفات و یا کلرید موجب اثر گذاری نا مطلوب روی بتن می شوند.

نکته : 1- آبی که مثلا شکر در آن حل شده است برای نوشیدن مناسب است ولی برای ساخت بتن مناسب نیست.

نکته : 2- مزه بو و یا منبع تهیه آب نباید به تنهایی دلیل رد استفاده از آب باشد.

نکته : 3- ناخالصیهای موجود در آب چنانچه از حد معین بیشتر گردد ممکن است بشدت روی زمان گرفتن بتن ، مقاومت بتن ، پایداری حجمی آن ، اثر بگذارد و موجب زنگ زدگی فولاد شود.

نکته : 4- استفاده از آب مغناطیسی بعنوان یکی از چهار رکن اصلی مخلوط بتن می تواند بعنوان تاثیرگذار بر روی یارامترهای مقاومت بتن انتخاب گردد.

تمایز بتن از نظر چگالی :

الف : بتن معمولی : چگالی بتن معمولی در دامنه باریک 2200 تا 2600 kg/m3 قرار دارد زیرا اکثر سنگها در وزن مخصوص تفاوت اندکی دارند ( ادامه این مبحث از بحث ما خارج است )

ب : بتن سنگین : از این بتنها در ساختمان محافظهای بیولوژیکی بیشتر استفاده می شود مانند ساختار ، آکتورهای هسته ای و پناهگاههای ضد هسته ای که مورد بحث ما نمی باشد که چگالی آن معمولا بیشتر از 2200 تا 2600 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

ج : بتن سبک : مصرف بتن سبک اصولا تابعی از ملاحظات اقتصادی است ضمن اینکه استفاده از این بتن بعنوان مصالح ساختمانی دارای اهمیت بسیار زیادی است این بتن دارای چگالی کمتر از 2200 تا 2600 کیلوگرم در متر مکعب می باشد. بدلیل اینکه دارای چگالی کمتر از بتن سنگین است دارای امتیاز قابل توجهی از نظر ایجاد بار وارده بر سازه می باشد چگالی بتن سبک تقریبا بین 300 و 1850 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد یکی از امتیازات مهم امکان استفاده از مقاطع کوچکتر و کاهش مربوطه در اندازه پی ها می باشد ضمن اینکه قالبها فشار کمتری را از حالت بتن معمولی تحمل می کنند و همچنین در کاهش جابجایی کل وزن مصالح بدلیل افزایش تولید جایگاه ویژه ای دارد.

روش های کلی تولید بتن سبک :

- روش اول : از مصالح متخلخل سبک با وزن مخصوص ظاهری کم بجای سنگدانه معمولی که تقریبا دارای چگالی 6/2 می باشد استفاده می کنند.

-  روش دوم : بتن سبک تولید شده در این روش بر اساس ایجاد منافذ متعدد در داخل بتن یا ملات می باشد که این منافذ باید به وضوح از منافذ بسیار ریز بتن با حباب هوا متمایز باشد که بنام بتن اسفنجی ، بتن منفذ دار و یا بتن گازی یا بتن هوادار می شناسند.

- روش سوم : در این روش تولید ، سنگدانه ها ی ریز از مخلوط بتن حذف می شوند. بطوریکه منافذ متعددی بین ذرات بوجود می آید و عموما از سنگدانه های درشت با وزن معمولی استفاده می شود. این نوع بتن را بتن بدون سنگدانه ریز می نامند.

نکته : کاهش در وزن مخصوص در هر حالت به واسطه  و جود منافذ یا در مصالح یا در ملات و یا در فضای بین ذرات درشت موجب کاهش مقاومت بتن می شود.

 

طبقه بندی بتن های سبک بر حسب نوع کاربرد آنها :

- بتن سبک باربر ساختمان

-  بتن مصرفی در دیوارهای غیرباربر

-  بتن عایق حرارتی

نکته 1- طبقه بندی بتن سبک بار بر طبق حداقل مقاومت فشاری انجام می گیرد.

مثال : طبق استاندارد 77 – 330 ASTM C در بتن سبک ---- مقاومت فشاری بر مبنای نمونه های استوانه ای استاندارد از    شده پس از 28 روز نباید کمتر از Mpa 17 باشد. و وزن مخصوص آن نباید از 1850 کیلوگرم بر متر مکعب تجاوز نماید که معمولا بین 1400 او 1800 کیلوگرم بر متر مکعب است.

نکته : 2- بتن مخصوص عایق کاری معمولا دارای وزن مخصوص کمتر از 800 کیلوگرم بر متر مکعب و مقاومت بین 7/0 و Mpa 7 می باشد.

انواع سبک دانه هایی که به عنوان مصالح در ساختار بتن سبک استفاده می شود :

الف -  سبک دانه های طبیعی : مانند دیاتومه ها ، سنگ پا ، پوکه سنگ ، خاکستر ، توف که بجز دیاتومه ها بقیه آنها منشاﺀ آتشفشانی دارند.

نکته :1- این نوع سبک دانه ها معمولا بدلیل اینکه فقط در بعضی از جاها یافت می شوند به میزان  زیاد مصرف نمی شوند ، معمولا از ایتالیا و آلمان اینگونه مصالح صادر می شود.

نکته : 2- از انواعی پوکه معدنی سنگی که ساختمان داخلی آن ضعیف نباشد بتن رضایت بخشی با وزن مخصوص 700 تا 1400 کیلو گرم بر متر مکعب تولید می شود که خاصیت عایق بودن آن خوب می باشد اما جذب آب و جمع شدگی آن زیاد است. سنگ پا نیز دارای خاصیت مشابه است.

ب -  سبک دانه های مصنوعی : این سبک دانه ها به چهار گروه تقسیم می شوند.

- گروه اول : که با حرارت دادن و منبسط شدن خاک رس ، سنگ رسی ، سنگ لوح ، سنگ رسی دیاتومه ای ، پرلیت ، اسیدین، ورمیکولیت بدست می آیند.

- گروه دوم : از سرد نمودن و منبسط شدن دوباره کوره آهن گدازی به طریقی مخصوص بدست می آید.

- گروه سوم : جوشهای صنعتی ( سبکدانه های کلینکری) می باشند.

- گروه چهارم : مخلوطی از خاک رس با زباله خانگی و لجن فاضلاب پردازش شده را می توان به صورت گندوله در آورد تا با پختن در کوره تبدیل به سبک دانه شود ولی این روش هنوز به صورت تولید منظم در نیامده است.

 

الزامات سبکدانه ها بتن سازه ای :

الزامات سبکدانه ها در آیین نامه های ASTM C330-89 ( مشخصات سبکدانه ها برای بتن سازه ای در آمریکا ) و BS 3797:1990 ( مشخصات سبکدانه ها برای قطعات بنایی و بتن سازه ای در بریتانیا ) داده شده اند. در استاندارد بریتانیایی مشخصات واحدهای بنایی نیز مورد بحث قرار گرفته است. این آیین نامه ها محدودیتهایی برای افت حرارتی ( 5% درASTM و4% در BS)و همچنین در BS برای مقدار سولفات  1% 3 so  (به صورت جرمی ) را مشخص نموده اند.

ذکر این نکات برای فهم بهتر مفید است :

1- آیین نامه BS 1047:7983 مشخصات دوباره در هوای سرد شده ، که منبسط نشده است را در بر می گیرد.

2- سبکدانه های به کار رفته در بتن سازه ای ، صرفنظر از منشأ آنها تولیداتی مصنوعی می باشند و در نتیجه معمولا یکنواخت تر از سبکدانه طبیعی می باشند. بنابراین سبکدانه را می توان برای تولید بتن سازه ای با کیفیت ثابت مورد استفاده قرار داد.

نکته : سبکدانه ها دارای خصوصیت ویژه ای هستند که سنگدانه های معمولی فاقد آن می باشند و در رابطه با انتخاب نسبتهای  مخلوط و خواص مربوط به بتن حاصل دارای اهمیت ویژه ای می باشند.این ویژگی عبارتست از توانایی سبکدانه ها در جذب مقادیر زیاد آب و همچنین امکان نفوذ مقداری از خمیر تازه سیمان به درون منافذ باز ( سطحی ) ذرات سبکدانه (مخصوصا ذرات درشت تر ) در نتیجه این جذب آب توسط سبکدانه ، وزن مخصوص آنها زیادتر از وزن مخصوص ذراتی می شود که در گرمچال خشک شده اند.

 

روش افزایش مقاومت بتن سبک :

کم بودن مقاومت بتن سبک عامل مهمی در محدود نمودن دامنه کاربرد این نوع بتن و بهره گیری از امتیازات آن بوده است برای بدست آوردن بتن سبک با مقاومت زیاد روشهای زیادی مورد توجه قرار گرفته است.

نکته : عامل موثر و مشترک در کلیه این پژوهشها مصرف میکروسیلیس در بتن می باشد.

 تحقیقات مشترک V.Novokshchenov و W.Whitcomb جهت افزایش مقاومت بتن سبک و بهبود دیگر خواص آن با استفاده از سبکدانه های سیلیسی منبسط شده ، به اعتقاد آنان مقاومت بتن سبک تابعی از مقاومت سبکدانه ها و ملات است که این رابطه به صورت ذیل ارائه گردید.

fc = fm (vm)+fa (1-vm)

fc = مقاومت بتن    fa = مقاومت سبکدانه

fm = مقاومت ملات  vm = حجم نسبی ملات

بتن سبک یا بتن متخلخل در سال 1924 میلادی توسط یک آرشیتکت سوئدی اختراع گردید . هم اکنون در اروپا بتن سبک تحت نامهای (  Ytong) و یا ( Hebelex ) عرضه می شود . ساخت این محصول با استفاده از تکنولوژی پیشرفته از طریق اختلاط و پخت مواد اولیه : ماسه سیلیسی، آهک ، سیمان ، پودر آلومینیوم و آب انجام می گیرد .
عمده خواص بتن سبک ( هبلکس ) عبارتست از :
• وزن مخصوص : هر متر مکعب حدود 600 کیلوگرم .
• مقاومت فشاری : 30 تا 35 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع با امکان افزایش آن بر حساب نیاز مصرف کننده .
کار کردن با بتن سبک ( هبلکس ) بسیار آسان است، مثلاً به راحتی می توان آن را ارّه نموده یا میخ در آن کوبید و یا جای پریز یا کانال عبور سیم برق و لوله آب را در آن به وجود آورد. علاوه بر این بتن سبک در مقابل آتش بسیار مقاوم است و کلیه شرایط سلامت محیط زیست را دارا می باشد.

با توجه به آیین نامه جدید محاسبه ایمنی ساختمان ها در برابر زلزله ، بکارگیری مصالح سبک وزن راه حل مناسب و با صرفه در جهت افزایش ایمنی ساختمان می باشد و بلوک های بتن سبک ( هبلکس ) تأمین کننده این مزیت فنّی است. یک متر مکعب بلوک هبلکس حدود 600 کیلوگرم وزن دارد که برابر 866 عدد آجر به وزن 1750 کیلوگرم می باشد ، به عبارت دیگر یک عدد بلوک 20×25×60 هبلکس مطابق با 46 عدد آجر است، در حالیکه وزن آن برابر وزن 10 عدد آجر بوده و یک کارگر به راحتی می تواند آنرا حمل نماید و سریعاً نیز نصب می گردد .

در ضمن ملات مصرفی برابر 25% ملات مورد نیاز برای اجرای همان دیوار با آجر بوده و به درصد سیمان کمتری نیز دز ملات نیاز دارد. به عنوان مثال چنانچه برای اجرای یک دیوار با آجر به یکصد کیلوگرم سیمان نیاز باشد همان دیوار در صورت استفاده از بلوک های هبلکس 15 کیلوگرم سیمان مصرف می کند.

همچنین بارگیری و حمل بلوک های هبلکس که در قالب های 15/3 متر مکعبی بسته بندی می شوند با استفاده از جرثقیل فکی و تریلی کفی به راحتی و اقتصادی تر انجام میگیرد. یک تریلی 9 پالت بزرگ برابر 35/28 متر مکعب را حمل می نماید.

هبلکس = عایق گرما، سرما، صدا و مقاوم در برابر زلزله و ...

هبلکس = صرفه جویی در آهن یا آرماتور، زمان اجرا، ملات مصرفی، دستمزد و ...

هبلکس = چسبندگی قابل توجه با ملات سیمان و ماسه و گچ و خاک به موجب گواهی وزارت مسکن و شهر سازی .

مزایای فنّی :
سبکی وزن ، عایق در برابر حرارت، عایق دز برابر برودت، عایق در برابر صدا، استحکام و پایداری در مقابل زلزله، آتش سوزی و بسیاری مزایای دیگر از محاسن بلوک های هبلکس نسبت به سایر مصالح قدیمی نظیر آجر های معمولی و آجر های سفال می باشد.

مزایای اجرائی :
با توجه به ابعاد و سبکی و راحتی نصب بلوک های هبلکس در همه ضخامت ها، سرعت اجرای هبلکس نسبت به سایر مصالح به 3 برابر بالغ می گردد.

مزایای اقتصادی :
پروژه های ساختمانی با استفاده از بلوک های هبلکس با در نظر گرفتن سرعت اجرا، به دستمزد کمتری احتیاج دارد و همچنین استفاده از هبلکس به سبب مصرف ملات کمتر و نیز کاهش بارهای وارده به سازه به دلیل وزن کم دیوار ها که موجب کاهش ابعاد سازه می شود، صرفه جویی قابل ملاحظه ای را در هزینه مصالح مصرفی موجب می گردد.

به علاوه در مقایسه میان مصالح سنتی و هبلکس اقلام زیر نیز ارقام توجه ای را تشکیل می دهند :

سرعت زیاد آجر چینی با هبلکس، سرعت زیاد کارهای تأسیساتی، کاهش مقاطع ساختمانی به هنگام محاسبه و صرفه جویی قابل ملاحظه در سازه های فلزی و بتنی. به علاوه استفاده از هبلکس موجب صرفه جویی چشمگیری در انرژی برای سرمایش و گرمایش ساختمان بعد از احداث می شود. همچنین ضایعات هبلکس کلّا به عنوان پوکه مورد استفاده قرار می گیرد در حالیکه ضایعات زیاد آجر عملاً بلا استفاده می ماند.

 

دستورات العمل اجرایی :

  1 ) کادر اجرایی : 
       کارکردن با هبلکس نیاز به تخصص خاصی ندارد با توجّه به ابعاد و سهولت کار با هبلکس، سرعت اجرا نیز نسبت به آجر نیز نسبت به آجر سفال تا دو الی سه برابر افزایش می یابد .

  2 ) ملات مورد نیاز :
       همان ماسه و سیمان می باشد و با توجه اینکه بلوک های هبلکس یک نوع بتن سبک می باشد و هم گونی کاملی با ملات ماسه سیمان دارد می توان نسبت ترکیب را به پنج یا شش به یک تبدیل و در مصرف سیمان صرفه جویی بیشتری نمود، در مواردی که تیغه بندی های مورد اجرا با آب و رطوبت سر کاری نداشته باشند ( مثل دیوار اتاق خواب، کار، ...) می توان از ملات گچ و خاک ( به لحاظ صرفه جویی اقتصادی ) نیز استفاده نمود.

  3 ) جذب آب :
      با توجه به ابعاد و متخلخل بودن بلوک های هبلکس، نم و رطوبت توسط این بلوک ها منتقل نمی شود . در عین این که این بلوک ها نم و رطوبت را نسبت به مصالح مشابه جذب می کند، لذا در زمان استفاده از این بلوک باید نکات زیر را رعایت نمود :

      اولاً : قبل از اجرا بلوک ها باید کاملاً  خیس نمود.

      ثانیاً : ملات مصرفی را نیز باید با رقّت بیشتری تهیه نمود.

      ثالثاً : بعد از اجرا در صورت امکان به دیوارها آب داده شود.

  4 ) اندود گچ و خاک :
با توجّه به سطح صاف و صیقلی هبلکس نسبت به سایر مصالح در صورت اجرای صحیح دیوار ها به اندودی بیش از  1 الی 2 سانتیمتر نیاز نخواهد بود ( یعنی در هر طرف نیم الی یک سانتیمتر ) .

  5 ) از نظر نصب تأسیسات و روکار :
       مانند سایر مصالح می باشد .

مقابله با خوردگی بتن

استفاده از آرماتورهای ضدزنگ و نیز آرماتورهای با الیاف پلاستیكی frp یكی از این روش ها است که به علت گرانی آن هنوز کاملا توسعه نیافته است. به علاوه عملکرد دراز مدت این مواد باید پس از تحقیقات روشن گردد.

از روش های دیگر کاربرد حفاظت کاتدیک در بتن می باشد با استفاده از جریان معکوس با آند قربانی شونده می توان محافظت خوبی برای آرماتورها ایجاد نمود. این روش نیاز به مراقبت دائم دارد و نسبتا پرخرج است ولی روش مطمئنی می باشد.

برای محافظت آمارتور در مقابل خوردگی، چند سالی است که از آرماتور با پوشش اپوکسی استفاده می شود. تاریخچه مصرف این آرماتورها بویژه در محیط های خورنده نشان می دهد که در بعضی موارد این روش موفق و در پاره ای نا موفق بوده است. به هرحال اگر پوشش سالم بکار گرفته شود با این روش می توان حدود 10 تا 15 سال خوردگی را عقب انداخت.

استفاده از ممانعت کننده ها و بازدارنده های خوردگی بتن نیز به دو دهه اخیر برمی گردد. مصرف بعضی از این مواد همچون نیترات کلسیم و نیترات سدیم جنبه تجارتی یافته است. به هر حال عملکرد این مواد در تاخیر انداختن خوردگی در تحقیقات آزمایشگاهی و نیز در محیط های واقعی مناسب بوده است. بازدارنده های دیگری از نوع آندی و کاتدی مورد آزمایش قرار گرفته اند ولی دلیل گرانی زیاد هنوز کاربرد صنعتی پیدا نکرده اند.

برای محافظت بیشتر آرماتور و کم کردن نفوذپذیری پوشش های مختلف سطحی نیز روی بتن آزمایش و به کار گرفته شده است. این پوشش ها که اغلب پایه سیمانی و یا رزینی دارند با دقت روی سطح بتن اعمال می گردند. عملکرد دوام این پوشش به شرایط محیطی وابسته بوده و در بعضی محیط ها عمر کوتاهی داشته و نیاز به تجدید پوشش بوده است. روی هم رفته پوشش های با پایه سیمانی هم ارزانتر بوده و هم به علت سازگاری با بتن پایه پیوستگی و دوام بهتری در محیط های خورنده و گرم نشان می دهند.

با پیشرفت روزافزون انقلاب تکنولوژیک به ویژه در تولید بتن های خاص برای مناطق و شرایط خاص می توان از این بتن ها در ساخت وسازهای آینده استفاده نمود. دانش استفاده صحیح از مصالح، اجرای مناسب و عمل آوری کافی می تواند به دوام بتن ها در مناطق خاص بیفزاید. تحقیفات گسترده و دامنه داری برای بررسی دوام بتن های خاص در شرایط ویژه و در دراز مدت بایستی برنامه ریزی و به صورت جهانی به اجرا گذاشته شود.

منبع: ایران سازه - iransaze.ir

اهمیت اثر نیروی جانبی با بالا رفتن ارتفاع ساختمان با سرعت زیادی افزایش می یابد. در ارتفاع معینی تغییر مکان جانبی ساختمان چنان زیاد می شود که ملاحظات سختی کنترل کننده طرح می گردند تا اینکه مقاومت مصالح سازه ای . درجه سختی اساسا بستگی به نوع سیستم سازه دارد . بعلاوه بازده هر سیستم خاصی مستقیما با مقدار مصالح مصرف شده ارتباط دارد.بنابراین از بهینه کردن سازه برای شرایط فضایی معینی باید با حداقل وزن حداکثر سختی حاصل شود . این عمل منجربه ابداع سیستم های سازه ای مناسب برای حدود ارتفاعات معین میگردد. بعضی از عواملی که در توسعه این سیستم های تازه نقش مهمی داشته اند عبارتند از:

· مصالح سازه ای با مقاومت زیاد.

· عمل مرکب بین عناصر سازه ای ساخته شده از دو یا چند نوع مصالح.

· روش های جدید اتصال قطعات.

· تخمین رفتار پیچیده سازه ها به وسیله ماشین های حسابگر الکترونیک(کامپیو تر).

· استفاده از مصالح ساختمانی سبک تر.

· روش های اجرایی جدید.

در بخش های زیر متداول ترین سیستم های سازه ای مورد بحث قرار می گیرند.در این بحث ها طرح های هندسی نمونه،رفتار سازه ها تحت بار گذاری،و بازده سیستم ها مورد تأکید می باشند.

· سازه دیوار باربر

· سازه هسته برشی

· سازه تیر دیواری

سازه دیوار باربر
از لحاظ تاریخی سازه های ضخیم و سنگین ساخته شده از مصالح بنایی بوده اند.وزن زیاد و انعطاف ناپذیری آنها در طرح افقی باعث عدم استفاده مؤثر از آنها در ساختمان های بلند گردید.اما پیشرفت تکنولوژی جدید در استفاده از مصالح بنائی مهندسی ساخته شده و قطعات بتنی ساخته مفهوم دیوار باربر را برای ساختمان های با ارتفاع متوسط اقتصادی ساخته است.

این سیستم برای انواعی از ساختمان ها که در آنها تقسیمات مکرر فضا لازم است مانند آپارتمان ها و هتل ها قابل استفاده می باشد. روش دیوار باربر برای انواع طرح و شکل ساختمان ها مناسب است.نقشه های افقی این طرح ها از شکل های مستطیلی ساده تا شکل های دایره ای و مثلثی متغییر می باشند.

سازه های دیوار باربر عموماً شامل مجموعه ای از دیوارهای خطی می باشند.بر اساس نحوه قرار گرفتن این دیوارها در ساختمان آنها را می توان به سه گروه اصلی تقسیم نمود:

· سیستم دیوار عرضی که شامل دیوار های خطی در امتداد عمود بر طول ساختمان می باشد و در نتیجه مانع نما کاری نمای اصلی نمی گردد.

· سیستم دیوار طولی که شامل دیوارهای خطی موازی طول ساختمان می باشد این رو دیوار نمای اصلی را تشکیل می دهد.

· سیستم دو طرفه که شامل دیوارهای موازی عرض و طول ساختمان می باشد.

همچنبن ممکن است ساختمان را بطور مشخصی به قسمت های سازه ای مختلف تقسیم کرد بطوریکه هر قسمت سیستم دیوار جداگانه ای را به کار ببرد.

ترتیب قرار گرفتن دیوارها که در اینجا بحث شد در مورد ساختمان های مستطیلی ممکن است به وضوح قابل بیان باشد،اما در مورد ساختمان های با تصاویر افقی پیچیده تر طبقه بندی کردن ممکن است تا حدودی مشکل باشد.

رفتار سازه دیوار بار بر تحت بار گذاری بستگی به مصالح مصرف شده و نحوه اثر متقابل صفحه افقی کف و صفحه قائم دیوار دارد.به عبارت دیگر این رفتار تابعی از درجه پیوستگی(اتصال) دیوارها به یکدیگر و به دال های کف می باشد.اتصال سازه کف به دیوارهای پیوسته را باید مفصلی تصور کرد.(با فرض هیچگونه سیستم اتصال خاصی بکار نرفته باشد)،در صورتی که در ساختمان های بتنی در محل ریخته شده ،دال هاو دیوارها بطور واقعی متصل و پیوسته هستند. واضح است که ساختمان بتنی در محل ریخته شده ،با توجه به رفتار سه بعدیش،خیلی سخت تر از ساختمان ساخته شده ار مصالح بنائی یا قطعات پیش ساخته مفصلی می باشد و این نکته بتن را برای ساختمان های بلندتر اقتصادی می سازد.

بارهای قائم با ایجاد خمش از سازه کف مستقیما به دیوارها انتقال می یابند.دهانه های متداول کف ها (یعنی فاصله بین دیوارها ) بسته به ظرفیت حمل بار وصلبیت جانبی سیستم کف و عوامل دیگر بین 12 تا 25 فوت متغیر می باشند.چون دیوار بارها را خیلی شبیه به یک ستون باریک و عریض مقاومت می کند پایداری آن در مقابل کمانش باید کنترل گردد.

تنش های فشاری در دیوار تابعی از دهانه کف،ارتفاع و نوع ساختمان ،و اندازه و ترتیب سوراخ های دیوار(برای در و پنجره و غیره)می باشد. سوراخ های دیوار باید روی یک محور قائم قرار داده شود تا از تمرکز و ترکیب تنش ها در اثر ترتیب متناوب پنجره ها اجتناب گردد.

کف هایی که بصورت خارج از مرکز به دیوارها متصل می باشند لنگرهای خمشی ایجاد می کنند که دیوار باید آنها را نیز مقاومت کند.

نیروهای افقی به وسیله سازه کف که مانند دیافراگمی افقی عمل می کند به دیوارهای برشی موازی امتداد نیرو توزیع می شود. ین دیوارهای برشی به دلیل صلبیت زیاد شان مانند تیرهای با عمق زیاد عمل می کنند و در مقابل برش،خمش و واژگونی مثل آن واکنش نشان می دهند.

در مقابل نیروی باد موازی با جهت کوتاه ساختمان،دیوارها در سیستم دیوار عرضی نه فقط بارهای وزن را تحمل می کنند بلکه در مقابل برش ناشی از باد نیز مقاومت می نمایند. از طرف دیگر سیستم دیوار طولی این دو وظیفه دیوارها را هم جدا می کند. دیوارهای طولی بارهای وزن را تحمل می نمایند و نیروهای باد را به صورت خمش موضعی به دیافراگم کف یا مستقیما به دیوارهای برشی واقع در وسط یا دو انتهای ساختمان منتقل می کنند.

در مورد اثر باد روی ضلع کوتاه ساختمان که اهمیت کمتری دارد، دیوارهای باربر در سیستم دیوار طولی اکنون به صورت دیوار های برشی نیز عمل می کنند. در سیستم دیوار عرضی دیوارهای برشی را ممکن است در امتداد کریدور مرکزی قرار داد. در ساختمان های بتنی در محل ریخته شده، پایداری در اثر رفتار یکپارچه سیستم کف-دیوار که مانند یک واحد صندوقی با خمش واکنش نشان می دهد تامین می گردد.

بنابراین با فرض دیافراگم های کف بی نهایت صلب آنها مستقیماً به نسبت سختی نسبی شان بارهای باد را مقاومت می کنند.اما اگر طرح دیوارها چنان باشد که نیروی برآیند باد از مرکز جرم دیوار های مقاوم عبور نکند،پیچش ایجاد می شود که باعث افزایش برش در بعضی از دیوار ها می گردد.

رفتار دیوار برشی در مقابل بار گذاری جانبی به مقدار زیاد بستگی به شکل آن در تصویر افقی یعنی اینرسی حاصله در مقابل خمش دارد.

دیوارهای برشی به ندرت دیوارهای توپر می باشند زیرا غالبا در آنها سوراخ هایی برای پنجره و غیره تعبیه می شود که باعث ضعیف شدن آنها می گردد. تعداد، اندازه، و ترتیب قرار گرفتن این سوراخ ها ممکن است شدیداً در رفتار دیوار تأثیر داشته باشد.

اگر دیوار فقط دارای سوراخ های پنجره کوچک باشد تحت بار گذاری جانبی مثل دیوار تو پر رفتار می کند. بارهای زیاد وزن چنان فشاری در دیوار تولید می کنند که دوران(خمش) ایجاد شده در اثر باد هرگز قادر به غلبه کردن آن در طرف رو به باد نمی باشد.

با قرار دادن سوراخ های در دریک دیوار برشی داخلی به طور متناوب بطوریکه در آن دیوار به صورت واحد هایی تکرار می شود. نتیجه مشابه ای به دست می آید. اما در منتهی الیه دیگر که در آن سوراخ ها به صورت شکافی دیوار را به دو واحد جدا تقسیم می کنند هر یک از واحد ها به صورت دیوار جداگانه عمل می نمایدو نصف بار را تحمل می کند.در چنین حالتی به دلیل بارهای وزن بالنسبه کم امکان اینکه در دیوار کشش ایجاد شود کاملاً وجود دارد. همچنین برای دیوار برشی داخلی در جایی که پیوستگی در عرض کریدور فقط بوسیله دال کف تامین می شود، با اطمینان می توان فرض نمود که دو قسمت دیوار به صورت جداگانه و انفرادی عمل می کنند ولی به علت وزن مرده بیشتر ممکن است در اثر باد کشش ایجاد نشود.

تعیین رفتار سیستم دیواری که بین حالت های منتهی الیه مورد بحث در بالا قرار دارد نسبتاً مشکل است. رفتار این سیستم های دیواری بستگی به مقدار صلبیت ایجاد شده بوسیله قسمت های فوقانی و تحتانی پنجره ها (یا درها) در مقابل برش قائم دارد. دیوار را ممکن است به صورت دو قطعه جدا تصور نمود که موقع مقاومت کردن بارهای جانبی تا حدودی روی یکدیگر اثر متقابل دارند.

در این بحث فرض شده است که دیوار های بار بر،تو پر و مسطح و در صفحه های قائم باشند. اما دیوارها ممکن است از شبکه ای از عناصر مورب یا اعضاء خطی ستونی در فواصل نزدیک تشکیل شده باشند.آنها همچنین ممکن است منحنی شکل یا تاب دار و در صفحه های مایل قرار گرفته باشند.

سازه هسته برشی
سیستم دیوار خطی بار بر برای ساختمان های آپارتمانی که در آنها وظایف و نحوه استفاده ساختمان ثابت است کاملاً مناسب می باشد. اما برای ساختمان های تجارتی و اداری حداکثر انعطاف پذیری در تقسیم بندی فضا لازم می باشد، از این رو در این ساختمان ها فضاهای باز و وسیع مطلوب است که بتوان آنها را به وسیله جدا کننده های متحرک تقسیم کرد. یک راه حل متداول این است که سیستم های قائم حمل و نقل و توزیع انرژی (مانند آسانسور، پله ها، و مجراهای عبور وسایل مکانیکی) را یک جا جمع کرده تا بسته به اندازه و وظیفه ساختمان تشکیل هسته یا هسته هایی بدهند. این هسته ها به عنوان سیستم های دیوار برشی مورد استفاده قرار می گیرند و پایداری جانبی لازم را برای ساختمان تأمین می کنند. به نظر می رسد که از لحاظ شکل و محل هسته در داخل ساختمان هیچگونه محدودیتی وجود نداشته باشد. خصوصیات سیستم های هسته ی به قرار زیر می باشند:

· شکل هسته

o هسته باز در مقابل هسته بسته

o هسته تنها در مقابل هسته توام با دیوارهای خطی

· تعداد هسته ها: هسته انفرادی در مقابل چندین هسته.

· محل هسته ها: داخلی در مقابل محیطی و در مقابل خارجی

· ترتیب قرار گرفتن هسته ها: متقارن در مقابل نا متقارن

· هندسه ساختمان به عنوان مولد شکل هسته: مولد مستقیم در مقابل مولد غیر مستقیم

هسته ها را می توان از فولاد ، بتن یا ترکیبی از هر دو ساخت. در هسته قابی فولادی برای رسیدن به پایداری جانبی مطلوب ممکن است از خر پای ویراندیل استفاده کرد.سیستم قاب ویراندیل نسبتا انعطاف پذیر است، از این رو فقط برای ساختمان های بالنسبه کوتاه به کار می رود. برای ساختمان های بلند تر در قاب ویراندیل از مهار بندی قطری (به صورت خر پای قائم) استفاده می شود تا سختی لازم برای هسته به دست آید. مزیت هسته های قابی فو لادی در سوار کردن نسبتا سریع قطعات پیش ساخته می باشد.

از طرف دیگر هسته بتنی علاوه بر حمل بارها فضا را نیز محصور می کندو از لحاظ حفاظت در مقابل آتش هیچ گونه ملاحظه اضافی لازم نیست. فقدان شکل پذیری و قابلیت تغییر شکل پلاستیک بتن به عنوان یک ماده ساختمانی از لحاظ بار گذاری زلزله اشکال این نوع هسته ها می باشد.

هسته های برشی را می توان به صورت تیرهای بسیاری مجسم کرد که از زمین طره شده و بارهای جانبی را مقاومت می کنند. بنابراین تنش های خمشی و برشی تولید شده در هسته،با فرض اینکه تاب رفتار یک هسته تحت بارهای جانبی بستگی به شکل، درجه همگن بودن و صلبیت آن و جهت بار دارد. در هر طبقه سوراخ هایی در هسته وجود دارد و مقدار پیوستگی ایجاد شده به وسیله قسمت های فو قانی و تحتانی این سوراخ ها روی رفتار هسته اثر تعیین کننده دارد. هسته بخصوص تحت بار گذاری نا متقارن که پیچش ایجاد می کند ممکن است مانند یک مقطع باز عمل کند و قسمت بالای آن تاب بردارد. بنابراین در قسمت فوقانی هسته تنش های برشی پیچشی اضافی و در پای آن خمش جانبی و برش اضافی در بال ها تولید می شود.

سازه تیر دیواری
· سیستم های فاصله گذاری و خر پای متناوب :

· سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی:

· سیستم های دال مسطح:

· سیستم های مرکب از دیوار برشی و قاب توأم با خرپا های کمر بندی صلب:

· سیستم های لوله ای در سازه برج:

سیستم های فاصله گذاری و خر پای متناوب
در این بخش اساساً تیر های به ارتفاع طبقه که دهانه ها در جهت کو تاه ساختمان می پوشانید مورد نظر ما می باشد .

این تیرها که بر ردیف هائی از ستون ها در امتداد دیوارهای خارجی متکی می باشند ممکن است خرپاهای فولادی یا بتنی ، و یا دیوارهای بتنی تو پر باشند.

متداول ترین سازه های تیر دیواری سیستم های فاصله گذاری و خرپاهای متناوب می باشند. خرپاها یک طبقه در میان به کار برده می شوند. این خرپاها دال های کف را هم در تار فوقامی و هم در تار تحتانیشان نگه می دارند. فضای آزادی که در طببقات متناوب (یک در میان) ایجاد می شود برای بعضی از انواع ساختمان ها که در طرح ریزی فضاهای آنها انعطاف پذیری لازم است سودمند می باشد. ساختمان متشکل از خرپاهای متناوب از سیستم فا صله گذاری خیلی سخت تر می باشد. در اینجا خرپاها در تمام طبقات بکار می روند ولی بصورت متناوب قرار داده می شوند. با به کار بردن تیرهای دیواری به ارتفاع طبقه بطور متناوب، دال های کف فقط نصف فاصله بین خرپاها رامی پوشانند و فضاهای باز نسبتاً بزگی ایجاد می شود. این دال های کف از یک طرف روی تار فوقانی یک خرپا قرار دارند و از طرف دیگر از تار تحتانی خرپای بعدی که در طبقه بالا قرار دارد آویزان می شوند. طرز قرار گرفتن خرپاها در ارتفاع ساختمان تا حدودی شبیه طرح آجر کاری دیوارها می باشد.

سیستم خرپاهای متناوب در موقع مقاومت بارهای افقی و قائم به نحو خیلی مؤثری عمل می کند. این روش در مورد ساختمان های بلند نسبت به قاب هایی که بطور معمولی مهار بندی شده اند در حدود 40 در صد کمتر فولاد مصرف می کند و اتصالات کمتری در محل ساختمان لازم دارد. این سیستم تاکنون برای ساختمان های تا حدود 30 طبقه به کار رفته است.

در سازه های تیر دیواری سیستم فاصله گذاری طبقاتی که دارای خرپا هستند، مانند قطعات صلب، فوق العاده سخت می باشند و به سختی تغییر شکل می دهند. .ولی طبقات باز (طبقاتی که دارای خرپا نمی باشند) فقط ازستون ها می توانند برای تحمل بار جانبی استفاده کنند.

تغییر شکل این ستون ها مشابه تغییر شکل ستون های یک قاب صلب معمولی می باشد.

در سیستم خرپای متناوب فرض می شود که دال های کف مانند دیافراگم های افقی بی نهایت سخت عمل کنند، از این رو همه نقاط واقع در روی هر یک از کف ها تغییر مکان افقی مساوی خواهند داشت. بنا براین قاب های خرپایی مجاور یکدیگر مجبورند که مشترکاً بصورت واحد عمل کنند. به عبارت دیگر از جمع تغییر شکل های جداگانه دو قاب مجاور بطور تقریبی حالت تغییر شکل یافته تمام سیستم بدست می آید. تغییر شکل ساختمان مشابه تغییر شکل یک تیر طره ای صلب می باشد.

منحنی تغییر شکل ساختمان نشان می دهد که لازم نیست ستون ها برای لنگرهای خمشی در امتداد جهت کوتاه ساختمان طرح کردند. بنابراین دال های کف که مانند دیافراگم های صلب عمل می کنند تمام برش ناشی از باد (یابه طور کلی بار های جانبی) را به خر پاها منتقل می کنند و این خرپاها به نوبه خود بارها را به صورت نیروهای محوری به ستون ها انتقال می دهند. چون خر پاها باید برش قائم را مقاومت کنند، هر گونه بازشدگی در تیر های دیواری در آنها تغییر شکل ایجاد می کند وباعث کاهش صلبیت تیرها می گردد.

ستون های خارجی را می توان چرخاند به طوری که جان آنها عمود بر خرپا قرار بگیرد تا بدین وسیله از محور های قوی آنها برای مقاومت نیرو های بار در جهت طولی استفاده شود. سختی جانبی در جهت طول ساختمان را می توان به طرق مختلف از جمله اضافه کردن قطعات سازه ای پیش ساخته در بالاو پایین پنچره ها افزایش داد.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی
· 1- سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی:

· 2- سیستم های مرکب از قاب مفصلی،قاب ویراندیل و دیوار برشی:

· 3- سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی:

· *تغییر شکل حالت برش قاب صلب:

· *تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی:

· *تاثیر متقابل قاب و هسته برشی:

سیستم های قالب صلب خالص برای ساختمان های مرتفع تر از 30طبقه عملی نمی باشد.در چنین مواردی یکی از انواع دیوار برشی نیز در قاب به کار برده می شود تا بارهای جانبی را مقاومت کند. دیوارهای برشی یا بتنی می باشند و یا از مهار بندی فولادی مشبک (خرپایی) تشکیل می گردند. این دیوارها ممکن است هسته های داخلی، بسته مانندهسته های دور محوطه های آسانسورها و پله ها، یا دیوارهای موازی در داخل ساختمان، و یا خرپاهای نمایی قائم باشند.

شکل های گوناگون نقشه های افقی،راه حل های مختلف ممکن را برای طرح های افقی نشان می دهند. سیستم های هسته ای در ارتباط با فرم ساختمان از نقطه نظرهای زیر طبقه بندی شوند.

· محل و موقعیت هسته ها

o هسته های نمایی خارجی

o هسته های داخلی :هسته هایی نمایی،هسته ها در داخل ساختمان

o هسته های خارجی از مرکز

· تعداد هسته ها

o هسته های منفرد

o هسته های شکافته

o هسته های چندتایی

· شکل هسته ها.

o شکل های بسته: مربعي ، مستطيلي، دایره ای و مثلثی.

o شکل های باز: x شکل، I شکل و ناودانی شکل.

o شکل هایی که از فرم ساخمان الهام می گیرند.

سیستم های مرکب از قاب و دیوار برشی بر اساس رفتارشان تحت بارگذاری جانبی دسته بندی می شوند که ممکن است یک از سه نوع زیر باشند.

1- سیستم های مرکب از قاب مفصلی و دیوار برشی:

در این سیستم چون اتصالشان تیرهای قاب به ستون ها مفصلی می باشد، قاب فقط می تواند بارهای وزن را تحمل کند. دیوار برشی تمام بارهای جانبی را مقاومت می کند.

2- سیستم های مرکب از قاب مفصلی،قاب ویراندیل و دیوار برشی:

نیروهای جانبی به وسیله دیوار برشی و قاب صلب(یعنی قاب ویراندیل) مشترکاً مقاومت می گردند.قاب های داخلی و قاب های نمایی طولی فقط بارهای وزن را تحمل می کنند.

3- سیستم های مرکب از قاب صلب و دیوار برشی:

به کار بردن فقط دیوارهای برشی به منظور جذب بارهای جانبی برای ارتفاعات بیش از 500 فوت غیر عملی می باشد.برای اینکه هسته ها به اندازه کافی قوی باشند باید ابعاد آنها خیلی بزرگ انتخاب شود که در این صورت دیگر برای دستگاه های حمل و نقل قائم و توزیع انرژی مناسب نخواهند بود.

به علاوه تغییر شکل آنها ممکن است چنان زیاد باشد که در دیوارهای جدا کننده و پنجره ها ترک ایجاد کند و یا حتی در ساکنین ساختمان واکنش های روانی ناگوار به وجود آورد.با به کار بردن قاب صلب که برای مقاومت نیروهای جانبی با دیوار برشی سهیم می شود بر صلبیت جانبی ساختمان به مقدار زیادی افزوده می گردد.تغییر شکل کل سیستم های متشکل از دیوار برشی و قاب صلب که روی یکدیگر اثر متقابل دارند با جمع کردن حالت های تغییر شکل جداگانه دیوار و قاب بدست می آید.

*تغییر شکل حالت برش قاب صلب:

توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در پای ساختمان در جایی که بیشترین برش اثر می کند حداکثر می باشد.

*تغییر شکل حالت خمش دیوار برشی:

دیوار برشی ممکن است یک دیوار بتنی توپر یا یک خر پای فولادی قائم باشد.این دیوار برشی ممکن است یک هسته داخلی،دیوار های داخلی،دیوار های داخلی موازی و یا یک دیوار نمایی باشد. دیوار برشی مانند یک تیر طره ای قائم عمل می کند و مانند آن خم می شود. توجه کنید که شیب منحنی تغییر شکل در بالای ساختمان حداکثر می باشد و این دلالت بر این قسمت ساختمان دیوار برشی در ایجاد سختی کمترین سهم را دارد.

*تاثیر متقابل قاب و هسته برشی:


برای یافتن اثر متقابل قاب و دیوار برشی تغییر شکل های دو حالت فوق را با هم جمع می کنیم که یک منحنی s کشیده حاصل می شود. به علت خصوصیات تغییر شکلی مختلف دیوار برشی و قاب، دیواربرشی به وسیله قاب در قسمت بالای ساختمان به عقب کشیده می شود و در قسمت پایین ساختمان به جلو رانده می شود. از این رو برش ناشی از باد (یا زلزله) در قسمت بالای ساختمان اساساً به وسیله قاب و در قسمت پایین ساختمان اساسا به وسیله دیوار برشی گرفته می شود.

سیستم های دال مسطح
سیستم های دال مسطح شامل دال های بتنی کاملاً توپر و یا حجره ای (با حفره هائی در زیر آنها) می باشند که مستقیماً روی ستون ها تکیه دارند و از این رو در این سیستم احتیاج به قاب بندی کف نیست. این سیستم منجر به کمترین ارتفاع برای کف های ساختمان می گردد که یک برتری اقتصادی آشکار می باشد. در این سیستم ها به دلیل تمرکز زیاد برش در حوالی ستون ها غالبا یا از سر ستون ها استفاده می شود و یا بر ضخامت دال ها در نزدیکی ستون ها اضافه می گردد. دال هایی که ضخامت آنها در تمام طول دهانه ثابت است به نام صفحه های مسطح خوانده می شوند.سیستم های دال مسطح برای ساختمان های با نقشه افقی نا منظم قابل وفق و مناسب می باشند.

بعضی از اشکالات سیستم های دال مسطح از قرار زیر می باشند:

· بار مرده زیاد در هنگام مواجهه با شرایط نا مساعد فونداسیون نا مطلوب است.

· وقتی که نسبت عمق به دهانه دال ها کوچک باشد تغییر شکل آنها بیش از اندازه بنظر می رسد.

· دهانه های نسبتاً کوچک این سیستم ها (بین 15 تا 25 فوت و اگر پس کشیده شود تا 35 فوت)کار برد آنها را برای انواعی از ساختمان ها با طرح جدا کننده های مکرر،مانند ساختمان های آپارتمانی ،محدود می کند.

سازه های دال مسطح بسته به نسبت ارتفاع به عرض ساختمان ممکن است به عنوان عناصر باربر فقط ستون داشته باشند، یا ممکن است علاوه بر ستون از دیوارهای برشی نیز برای ازدیاد سختی جانبی در آنها استفاده هد.فرض اینکه بارهای جانبی تماماً به وسیله هسته یا دیوار برشی با صلبیت بیشتر مقاومت شوند و اینکه دال ها و ستون ها در مقاومت جانبی سازها هیچ سهمی ندارند واقع بینانه نیست. شود.

خصوصیت یکپارچگی سازه بتنی باعث می شود که تمام ساختمان در مقابل بارهای جانبی به صورت واحد واکنش نشان د

دال مسطح خودش با وجود اینکه نسبتاً انعطاف پذیری می باشد به دلیل پیوستگیش با دیوار های برشی و ستون ها بر مقاومت سیستم می افزاید. می توان چنین تصور نمود که قسمتی از دال به صورت تیر کم عمقی پیوسته به ستون ها عمل کند و در نتیجه سازه مانند یک قاب صلب رفتار نماید.

بنابراین رفتار سیستم سازه کلی مشابه رفتار سیستم مرکب از هسته و قاب می باشد . نیروهای جانبی در قسمت بالای سازه اساساً به وسیله عمل قاب و در قسمت پایین آن اساساً به وسیله سیستم دیوار برشی یا هسته مقاومت می شوند.


سیستم های لوله ای در سازه برج
در طرح سازه های بلند اخیرا ایده جدیدی ارائه شده است که موسوم به سیستم لوله ای می باشد. در حال حاضر در چهار مورد از پنج ساختمانی که بلندترین ساختمان های دنیا می باشند از این روش استفاده شده است. این ساختمان ها عبارتند از، ساختمان هنکاک برج سیرز و ساختمان استاندارد اویل در شیکاگو و ساختمان مرکز تجارت دنیا در نیویورک . بازده سازه ای سیستم های لوله ای به قدری زیاد می باشدکه در اکثر موارد مقدار مصالح سازه ای مصرف شده برای هر فوت مربع کف (یا سقف) قابل مقایسه با مقدار مصالح مصرف شده در ساختمان های قابی متداول به ارتفاع نصف می باشد.

در طرح لوله ای فرض می شود که عناصر سازه ای پیرامونی ساختمان در مقابل بارهای جانبی همچون یک تیر با مقطع صندوقی (جعبه ای) تو خالی که از زمین طره شده است عمل کند. چون دیوارهای خارجی تمام یا بیشتر بار جانبی را تحمل می کنند، مهار بندی های قطری یا دیوارهای برشی داخلی پر هزینه حذف می گردند.

دیوارهای لوله از ستون هایی تشکیل می شوند که به فواصل کم در مجاورت یکدیگر در اطراف محیط ساختمان قرار می گیرند و به یکدیگر با تیرهای با عمق زیاد که در بالا و پایین آنها سوراخ های پنجره قرار دارند متصل می شوند. این سازه نمایی همچون دیواری با سوراخ های متعدد به نظر می رسد. سختی دیوار نما را می توان با افزودن مهار بندی های مورب (قطری) که اثر خر پا مانند ایجاد می کنند زیاد تر نمود. صلبیت لوله چنان زیاد است که در مقابل بارهای جانبی به صورت یک تیر طره ای عمل می کند. لوله خارجی می تواند به تنهایی تمام بارهای جانبی را تحمل کند یا اینکه با افزودن نوعی مهار بندی داخلی می توان لوله را بیشتر تقویت نمود و سخت تر کرد.

در زیر کار بردهای مختلف سیستم لوله ای که تا امروزه به کار رفته اند بررسی می گردند. این بخش به موضوع های زیر تقسیم می شود:

· سازه لوله توخالی در ساخت برج

o لوله قابی

o لوله خر پایی شامل

1. لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری

2. لوله خر پایی مشبک

· برج با سازه لوله با مهار بند ی داخلی

o لوله با دیوارهای برشی موازی

o لوله در لوله

o لوله اصلاح شده شامل

1. لوله قابی توأم با قاب های صلب

2. لوله در نیم لوله

· لوله های دسته شده

سازه لوله توخالی در ساخت برج
· لوله قابی

· لوله خرپایی:

· لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری :

· لوله خرپایی مشبک :

لوله قابی
کاربرد نخستین سیستم لوله ای قابی بود که برای اولین بار در ساختمان آپارتمانی 43 طبقه دویت چست نات در شیکاگو (1961) به کار رفت. در این سیستم لوله ای دیوار های خارجی سا ختمان از شبکه ای از تیرهای نزدیک به هم تشکیل می شود که با اتصالات صلب به یکدیگر متصل می باشند(به صورت قاب ویراندیل) و این دیوارهای خارجی به توسط عمل لوله طره شده بدون استفاده از مهار بندی داخلی بارهای جانبی را تحمل می کنند. فرض می شود که ستون های داخلی فقط بارهای وزن را تحمل می نمایند و در سختی لوله خارجی سهمی ندارند. کف های سخت طبقات همچون دیافراگم نیروهای جانبی را به دیوارهای پیرامونی توزیع می کنند.

مثال های دیگری از ساختمان هایی که در آنها از لوله قابی تو خالی استفاده شده عبارتنداز: ساختمان 83 طبقه استاندارد اویل در شیکاگو و ساختمان 110 طبقه مرکز تجارت دنیا در نیویورک با وجود اینکه این ساختمان ها دارای هسته داخلی می باشند مانند لوله های تو خالی عمل می کنند زیرا هسته ها در آنها برای تحمل بارهای جانبی طرح نگردیده اند.

لوله ویراندیلی بطور منطقی از سازه قاب صلب معمولی نتیجه می شود و در حقیقت تکامل یافته آن می باشد. این سیستم دارای سختی جانبی و مقاومت پیچشی بالا می باشد و در عین حال از لحاظ تقسیم بندی فضای داخل آن انعطاف پذیر است.ستون ها و تیرها در شبکه به قدری نزدیک یکدیگر و با فاصله کم قرار داده می شوند که می توان از آنها به عنوان چهار چوب یا قاب پنجره ها استفاده نمود.

در طرح سیستم های لوله ای قابی ایده ال آن است که دیوارهای خارجی به صورت واحد و مشترک عمل کنند و در مقابل بارهای جانبی کاملا مانند یک تیر طره ای خم شوند. در چنین حالتی تمام ستون هایی که لوله را می سازند، مشابه تارهای یک تیر، تحت کشش یا فشار محوری مستقیم خواهند بود.

اما رفتار واقعی لوله در جایی ما بین رفتار تیر طره ای خالص قاب خالص قرار دارد. اضلاعی از لوله که موازی امتداد نیروهای جانبی می باشند، با توجه به انعطاف پذیری تیرها ، تمایل دارند که مانند قاب های صلب چند دهانه و مستقل عمل کنند. این انعطاف پذیری باعث می شود که در قاب تغییر شکل های ناشی از برش ایجاد شود که به نام لنگی برش خوانده می شود. بنابراین در ستون ها و تیرها خمش بوجود می آید.

اثر تغییر شکل برشی در روی عمل لوله منجر به توزیع غیر خطی فشار در امتداد پوش ستون ها می گردد، ستون هایی که در گوشه های ساختمان واقع شده اند مجبور می باشند سهم بیشتری از بار را نسبت به ستون های ما بین آنها تحمل کنند. تغییر شکل کل ساختمان دیگر شباهت به تغییر شکل تیر طره ای نخواهد داشت زیرا تغییر شکل حالت برش اهمیت بیشتری پیدا می کند.

مسئله برش شدیداً در روی کار آیی سیتم های لوله ای تأثیر می گذارد و تمام پیشرفت های بعدی در طرح لوله ای سعی بر بر طرف نمودن این اشکال دارد. چنین به نظر می رسد که روش لوله قابی برای ساختمان های فولادی تا 80 طبقه و برای ساختمان های بتنی تا 60 طبقه اقتصادی باشد.

لوله خرپایی:
ضعف لوله قابی در انعطاف پذیری تیرهای آن قرار دارد. با اضافه نمودن عناصر مورب (قطری) به مقدار زیادی بر صلبیت لوله افزوده می گردد. در این صورت قسمت عمده برش به وسیله عناصر قطری جذب می شود نه به وسیله تیرهایی که در بالا و پایین آنها پنچره قرار دارد. اعضاء قطری مستقیماً بارهای جانبی را اساساً به صورت نیرو های محوری تحمل می کنند. این کاهش تغییر شکل برشی (ناشی از لنگی برش) رفتار خالص طره ای را تامین می کند.

لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری :
در این سیستم از عناصر قطری در داخل شبکه مستطیلی تیرها و ستون ها استفاده می شود. عناصر قطری و تیرها با یکدیگر در مقابل بارهای جانبی صلبیت دیوار مانندی بوجود می آورند. این اعضاء قطری نه فقط قسمت اعظم بارهای جانبی را حمل می کنند بلکه همچون ستون های مایل عمل می نمایند و بار های وزن را نیز تحمل می کنند.

معمولاً کشش ایجاد شده در اثر بار های جانبی بر فشار تولید شده در اثر بارهای ورن غالب نمی آید. وظیفه دوگانه اعضاء قطری این سیستم را برای ساختمان های خیلی بلند (تا حدود 100 طبقه برای ساختمان های فولادی) نسبتاً پر بارده می سازد. استفاده از عناصر قطری موجب می شود که بتوان فاصله ستون ها را خیلی بیشتر از فاصله ستون ها در لوله قابی اختیار کرد.

یک ویژگی اصلی این سیستم قابلیت آن در توزیع یکنواخت بارهای متمرکز در سراسر سازه می باشد.

تیرها بارهای وزن بین ستون ها را حمل می نمایند و مانند مهارهایی از کشیده شدن کف ها جلوگیری می کنند. بدین طریق آنها بر کار آیی عناصر قطری به عنوان سیستم اصلی توزیع بار می افزایند.

روش جالبی برای ایجاد عناصر قطری در دیوارهای خارجی بتنی در پروژه تحصیلی یکی از دانشجویان انستیتوی تکنولوژی ایلی نوی پیشنهاد شده است. در آن عناصر قطری با پر نمودن سوراخ های پنچره در یک طرح مورب بوجود می آید.

لوله خرپایی مشبک :
در این سیستم ، لوله از عناصر مورب نزدیک بهم بدون هیچ ستون قائمی ساخته می شود. اعضاء مورب مانند ستون های مایل عمل می کنند، تمام بارهای وزن را حمل می نمایند و سازه را در مقابل بارهای جانبی سخت تر می سازند. عناصر مورب را ممکن است به وسیله تیرهای افقی به یکدیگر متصل کرد.

عناصر مورب در مقابل بار های جانبی فوق العاده پر بازده می باشند ولی در انتقال بارهای وزن به زمین نسبت به ستون های قائم بازده کمتری دارند. بعلاوه تعداد زیاد اتصالاتی که بین این عناصر مورب لازم می باشد و مشکلات مربوط به جزئیات پنجره ها سیستم خرپای مشبک را به طور کلی چندان عملی و قابل استفاده نمی سازد.

برج با سازه لوله با مهار بندی داخلی
· لوله با دیوارهای برشی موازی:

· لوله در لوله:

· لوله اصلاح شده :

· لوله های دسته شده:

لوله خارجی را ممکن است یا با افزودن عناصر قطری در صفحه های خارجی تقویت نمود و یا آن را از داخل با اضافه نمود دیوار های برشی یا هسته های داخلی تقویت کرد. در قسمت های زیر چند روش برای مهار بندی داخلی بررسی می گردند.

لوله با دیوارهای برشی موازی:
دیوار لوله ای خارجی را می توان با ترکیب نمودن دیوارهای برشی داخلی در نقشه افقی سازه تقویت کرد. دیوار های لوله خارجی را می توان مانند بال های یک تیر تشکیل شده از اعضاء متصل به هم از این تجسم نمود که در آن دیوارهای برشی جان تیر را تشکیل می دهند. تنشها در دیوارهای لوله خارجی اساساً محوری می باشند زیرا لنگی برش در این سیستم حداقل می باشد.

لوله در لوله:
با به کار بردن هسته نه فقط برای بارهای وزن بلکه همچنین برای تحمل بار های جانبی سختی سیستم لوله تو خالی به مقدار خیلی زیادی افزایش می یابد. سازه کف لوله های خارجی و داخلی را به یکدیگر متصل می کند و همگی در مقابل نیرو های جانبی به صورت واحد و مشترک عمل می نمایند.

واکنش یک سیستم لوله در لوله در مقابل بار های جانبی مشابه واکنش ساده مرکب از قاب صلب و دیوار برشی است. اما لوله قابی خارجی خیلی سخت تر از قاب صلب می باشد.

لوله خارجی بیشتر بار جانبی را در قسمت بالا ساختمان مقاومت می کند، در صورتی که هسته بیشتر بار را در قسمت پائین ساختمان تحمل می نماید.

روش لوله در لوله در ساختمان 38 طبقه برانسویک در شیکاگو و ساختمان 52 طبقه شماره 1 میدان شل در هوستون به کار رفته است.

با به کار بردن یک سیستم سه لوله ای تو در تو ، طراحان یک ساختمان 60 طبقه اداری در توکیو سیستم لوله در لوله را یک قدم به جلو بردند. در این سیستم لوله خارجی به تنهایی بارهای باد را تحمل می نماید، ولی هر سه لوله که بوسیله سیستم های کف(دیافراگم ها) به یکدیگر متصل شده اند در تحمل بارهای زلزله که عامل مهمی در ژاپن می باشد شرکت کرده و روی یکدیگر اثر متقابل دارند.

لوله اصلاح شده :
سیستم لوله ای در مورد ساختمان های با نقشه افقی دایره و تقریبا مربع بیشترین بازده را دارد. ساختمان هایی که از این شکل ها منحرف می شوند، در موقع استفاده از سیستم های لوله ای ملاحظات سازه ای ویژه ای را لازم دارند. دو مثال زیر چنین شرایطی را تشریح می کند.

· لوله قابی توأم با قاب های صلب :

شکل شش ضلعی ساختمان 40 طبقه اداری در شارلوت واقع در ایالت کارولاینای شمالی طراحان را وادار کرد تا روش لوله ای را اصلاح کنند، گوشه های تیز این ساختمان شش ضلعی لنگی برش زیادی را نشان داد که استفاده موثر از سیستم لوله ای را غیر ممکن می ساخت .

اضافه نمودن قاب های صلب در جهت عرض ساختمان موجب گردید که دیوارهای خارجی به یکدیگر متصل شوند، بدین ترتیب دیوارهای انتهایی در دو انتهای مثلثی شکل ساختمان به وسیله قاب های صلب تقویت گردیدند. با متصل کردن و بستن دیوار های پیرامونی به یکدیگر سیستم لوله ای موثری بدست آمد.

· لوله در نیم لوله:

نقشه افقی نا منظم ساختمان 32 طبقه بانک ملی و ستون پنسیلوانیا در پیتسبورگ موجب راه حل ویژه دیگری در طرح لوله ای گردید، در اغلب ساختمان های لوله ای عمل لوله ای به وسیله دیوار های خارجی ایجاد می گردد اما در این ساختمان، دو هشت ضلعی متقاطع یک لوله سازه ای در قسمت مرکزی ساختمان تشکیل می دهند.

دو قسمت انتهایی ساختمان به وسیله سیستم های قاب – دیواری ناودانی شکل تقویت می شوند. نیروهای جانبی (در اینجا باد) مشترکا به توسط لوله داخلی و دیوارهای انتهایی ناودانی شکل بسیار بزرگ مقاومت می گردند.

لوله های دسته شده:
آخرین پیشرفت در طرح روش لوله های دسته شده می باشد. این روش برای ساختمان سیرز در شیکاگو به کار برده شده که در حال حاضر بلندترین ساختمان دنیاست.

لوله قابی خارجی در این روش به وسیله دیافراگم های عرضی داخلی در هر دو جهت تقویت می گردد. بدین ترتیب مجموعه ای از لوله های حجره ای تشکیل می شود. هر یک از این لوله های مستقلاً قوی هستند، بنابراین ممکن است آنها را به هر شکلی دسته کرد و در هر ترازی قطع نمود.برتری دیگر سیستم لوله های دسته شده در محصور کردن سطوح بسیار وسیع طبقات قرار دارد .

دیافراگم های داخلی در موقع مقاومت نیروهای برشی مانند جان های یک تیره طره ای عظیم عمل می کنند و در نتیجه لنگی برش را به حداقل می رسانند. به علاوه این دیافراگم ها در تحمل خمش نیز سهیم می باشند.

دیافراگم هایی که موازی بارهای جانبی هستند(یعنی جان های تیر) برش را جذب می کنند و در نتیجه در نقاط تلاقی با دیوارهای عمود بر آنها (یعنی بال ها) نقاط شش حداکثر ایجاد می شود که نشان دهنده عمل جداگانه هر یک از لوله ها می باشد، به اختلاف توزیع تنش محوری با حالتی که هیچ تقویت کننده داخلی وجود ندارد یعنی فقط یک لوله تنها باشند توجه کنید. با وجود اینکه تا حدودی لنگی برش رخ می دهد، دیافراگم های قائم سعی بر توزیع یکنواخت تنش های محوری دارند. ولی انحراف از رفتار لوله ای ایده آل که با خطوط منقطع در شکل نشان داده شده به نظر نمی رسد که قابل ملاحظه باشد.

· ساختمان های مرکب یا پیوندی :

· ساختمان های مرکب لوله ای :

· پوشش دیواری صفحه ای:

ساختمان های مرکب یا پیوندی
در سازه پیوندی که از پیشرفت های اخیر به منظور ازدیاد سختی جانبی آسمان خراش های قابی می باشد بتن و فولاد مشترکاً به عنوان واحد سازه ای عمل می کنند. این ایده چندین سال است که در مورد اعضاء سازه ای مانند کف ها وستون ها به کار رفته است . اما طرح تمام ساختمان بصورت مرکب روش کاملا جدیدی به شمار می رود. در زیر دو راه حل متمایز به عنوان مثال هایی از کار برد این روش ارائه می شود.

ساختمان های مرکب لوله ای
در سیستمی که به وسیله شرکت اسکیدمور، اوبنگز و مریل طرح و تکمیل شده است قاب فولادی خارجی در مقابل تغییر شکل جانبی به وسیله دیوار پیرامونی مشبک (سوراخ دار) بتنی ریخته شده در محل تقویت می گردد. ساختمانی که بدین ترتیب بر پا می شود شباهت به لوله صلبی دارد که از زمین طره شده باشد. در این روش اجرای سریع و مقاومت زیاد (و در نتیجه انعطاف پذیری فضای داخل) ساختمان فولادی با محفوظ از آتش بودن، عایق بندی، صلب جانبی ، و قالب پذیری دیوار خارجی بتنی ترکیب می شود. این سیستم در ساختمان 36 طبقه گیت وی- 3 در شیکاگو، ساختمان 50 طبقه برج شماره 1 میدان شل در نیواورلئان و ساختمان 24 طبقه سی-دی-سی در هستون که در آن قطعات پیش ساخته نما بعنوان قالب بندی بتن ریخته شده در محل به کار رفتند، مورد استفاده قرار گرفته است.

روش اجرای این سیستم بدین ترتیب است که ابتدا قاب فولادی به اندازه 8 تا 10 طبقه بالا آورده می شود. ستون های خارجی باید بارهای اجرایی را تحمل کنند. برای تأمین پایداری جانبی، قاب خارجی به طور موقت بوسیه کابل مهاربندی می شود. سپس فولادهای کف در محل قرار می گیرد و بتن کف ریخته می شود تا پایداری اسکلت فولادی تأمین گردد و بتوان کار داخل ساختمان را شروع کرد. بعد از اینکه شبکه های فولادی بتن مسلح و قالب های بتن در اطراف ستون ها و برای شاه تیرها در محل قرار داده شد، بتن ریخته می شود تا یک دیوار محیطی پیوسته مشبک (سوراخ دار) تشکیل گردد. این سلسله عملیات در هر 8 تا 10 طبقه ساختمان تکرار می شود.

اما اختلاف حرکت بین ستون های خارجی بتن – فولادی و ستون های داخلی فولادی مشکلی ایجاد می کند، برای اینکه کوتاه شدن نامساوی ستون ها در اثر رفتار ارتجاعی، انقباض و خزش برطرف شود .در جا گذاری شاه تیر ها باید تعدیلی صورت گیرد.

چون جدار لوله ای در این سیستم همه بارهای جانبی را مقاومت می کند، ستون ها شاه تیرهای تشکیل دهنده قاب های هسته تأسیسات ضروری «آسانسور، آب، برق، گاز و غیره) می توانند سبک تر باشند زیرا آنها فقط بارهای وزن را تحمل می کنند. همچنین کف قابل استفاده خالص در طبقات بالا در آنها سطح هسته را می توان کاهش داد افزایش می یابد.

شرکت رید و تاریکس در سانفرانسیسکو سیستم ساختمانی مرکب لوله ای دیگری ابداع کرده است. آنها از شاه تیرهای فولادی و ستون های فولادی لوله ای پر شده با بتن به عنوان سازه نما استفاده می کنند. در این مورد نیز پوش ساختمان سختی کافی برای حمل تمام بارهای جانبی را تأمین می نماید. در این سیستم از قطعات پیش ساخته ای استفاده می شود که هر یک شامل یک ستون لوله ای به ارتفاع دو طبقه و دو شاه تیر فولادی طره ای می باشد. این قطعات پیش ساخته در وسط دهانه شاه تیرها و در وسط ارتفاع ستون ها به یکدیگر پیچ کرده می شود. از لحاظ بار گذاری جانبی این نقاط اتصال تحت کمترین تنش می باشد . پیوستگی طبیعی شاه تیرها در محل ستون ها که تنش ها بیشترین مقدار را دارند از بین نمی رود، شاه تیرها در ستون ها فرو می روند و فقط جان آنها به لوله متصل می شود. بدین ترتیب از تعداد اتصالات ساختمان که تحت تنش های زیاد می باشند به مقدار زیادی کاسته می شود.

پوشش دیواری صفحه ای
روی دیوارهای خارجی سازه های قابی فولادی معمولاً قطعات پیش ساخته دیواری متصل می گردد،این قطعات نا سازه ای می باشند و منحصراً برای حفاظت در مقابل محیط خارج ساختمان به کار می روند.

میس فان در روهه یکی از اولین آرشیتکت هایی بود که از روکش ( پوشش) فولادی در سازه نمای ساختمان های بلند استفاده کرد، در یک ساختمان آپارتمانی، او از صفحات فولادی رنگ شده به ضخامت 5 –16 اینچ برای پوشاندن بتن محافظ قاب فولادی در مقابل آتش سوزی اسفاده نمود. موقعی که پوشش فولادی به توسط بر آمدگی های میخ شکلی به بتن مسلح متصل می گردد، نه فقط در مقابل هوا ، قاب پنجره و نمایش معماری مطلوب بوجود می آورد بلکه سختی سازه ای نیز ایجاد می کند، در اغلب سازه های قاب صلب، قسمت اعظم مقاومت در مقابل تغییر مکان جانبی به وسیله شاه تیرها ایجاد می شود. اما عمل مرکب پوسته فولادی و قاب متشکل از فولاد و بتن مسلح مقاومت جانبی را به قدری زیاد می کند که شاه تیرهای داخلی سختی کمتری لازم دارند. به علاوه بدون افزایش وزن سازه، نوسان (تغییر مکان جانبی) ساختمان 20 تا 50 در صد کاهش می یابد. چون پوشش فولادی نسوز نمی باشد. آیین نامه ها استفاده از آن را برای تحمل بارهای وزن مجاز نمی دانند.

زلزله در ایران
بزرگترین زمین‌لرزه یک‌صد سال اخیر ایران، زلزله استان گیلان بوده که 21 ژوئن 1991 برابر با 31 خرداد 1369 روى داد و در اثر آن حدود 40 هزار نفر کشته شدند.
در زلزله بم نیز که 26 دسامبر 2003 برابر 5 دى 1382 روى داد نزدیک به 30 هزار نفر کشته شدند. در این زمین لرزه همچنین تقریبا تمام ارگ تاریخى بم ویران شد.
در زمین‌لرزه 22 فوریه 2005 برابر با 3 اسفند 1383 نیز که به بزرگى 4/6 درجه به مقیاس ریشتر در منطقه‌اى دور افتاده در نزدیکى شهر زرند در استان کرمان روى داد، صدها نفر کشته‌شدند.
در ماه مى 1997 نیز بیش از هزار و 600 نفر در بیرجند در شرق ایران در اثر وقوع زلزله اى به بزرگى 1/7 درجه در مقیاس ریشتر، کشته شدند.
زمین لرزه طبس نیز که ماه سپامبر 1978 برابر با شهریور 1356 در شمال شرق ایران روى داد، هزاران کشته بر جاى گذاشت.
زلزله سپتامبر 1962 در منطقه بوئین زهرا در نزدیکى قزوین در ایران بیش از 20 هزار کشته داشت.

زلزله در جهان:
بزرگترین زمین‌لرزه در جهان، زلزله‌اى بود که در آبهاى اقیانوس هند روى داد و سونامى یا تسونامى نام گرفت. در اثر این زمین‌لرزه که 26 دسامبر 2004 برابر با 5 دى 1383، به بزرگى 9 درجه در مقیاس ریشتر روى داد، امواجى عظیم سواحل بسیارى از کشورهاى آسیایى مجاور اقیانوس هند را درنوردید و به کشته شدن صدها هزار نفر و ناپدید شدن افراد بسیارى انجامید.

زمین‌لرزه 28 مارس 2005 که به بزرگى 7/8 درجه در مقیاس ریشتر سواحل جزیره نیاس در اندونزى واقع در غرب سوماترا را لرزاند، حدود 1300 نفر کشته شدند.

24 فوریه 2004: در اثر وقوع زمین لرزه در شهرهاى مدیترانه‌اى کشور مراکش، دست کم 500 نفر کشته شدند. الجزایر شاهد شدیدترین زلزله در بیش از دو دهه تاریخ خود بود. وقوع زلزله در 21 مه 2003 در این کشور 2000 کشته و بیش از 8000 مجروح بر جاى گذاشت. 1

مه 2003: در اثر زمین لرزه در منطقه جنوب شرق ترکیه، بیش از 160 نفر از جمله 83 کودک در یک خوابگاه کشته شدند.

24 فوریه 2003: زمین لرزه در منطقه شین جیانگ در غرب چین به کشته شدن بیش از 260 نفر و تخریب حدود 10 هزار خانه منجر شد.

31 اکتبر 2002: زلزله، تمامى شاگردان یک کلاس درس را در دهکده اى در جنوب ایتالیا به کام مرگ فرستاد. در این زمین‌لرزه ساختمان مدرسه در اثر زلزله بر سر کودکان فرو ریخت.

بزرگترین زمین‌لرزه هند نیز در 26 ژانویه 2001 روى داد. این زمین‌لرزه‌ که به بزرگى 9/7 درجه در مقیاس ریشتر بود، بخش اعظم ایالت گوجرات در شمال غرب هند را نابود کرد و 20 هزار کشته برجاى گذاشت. در اثر این زلزله، بیش از یک میلیون نفر بى خانمان شدند. شهرهاى بوج و احمدآباد متحمل سنگین ترین خسارات ناشى از این زلزله شدند. 12

نوامبر 1999: در اثر وقوع زلزله اى به قدرت 2/7 در مقیاس ریشتر در شهر "دوچه" در شمال غربترکیه، حدود 400 نفر جان باختند.

21 سپتامبر 1999: زلزله اى به بزرگى 6/7 درجه در مقیاس ریشتر در تایوان رخ داد و حدود دوهزار و 500 نفر را به کام مرگ فرستاد. تمامى شهرهاى این جزیره در اثر زلزله خسارت دیدند.

17 اوت 1999: زلزله اى به بزرگى 4/7 درجه در مقیاس ریشتر شهرهاى "ازمیت" و "استانبول" ترکیه را به لرزه درآورد و بیش از 17 هزار کشته بر جاى گذاشت. 30

مه 1998: وقوع زمین شدید در شمال افغانستان به کشته شدن بیش از چهار هزار نفر منجر شد.

27 مه 1995: جزیره دورافتاده ساخالین در روسیه صحنه وقوع یک زلزله شدید به بزرگى 5/7 درجه در مقیاس ریشتر بود که یک هزار و 989 روس در اثر آن کشته شدند.

17 ژانویه 1995: زلزله در شهر کوبه ژاپن که کشورى زلزله‌خیز است و این امر در آنجا امرى عادىمحسوب مى‌شود به کشته شدن 6 هزار و 430 نفر منجر شد.

30 سپتامبر سال 1993 : در اثر وقوع زلزله در غرب و جنوب هند، حدود 10 هزار نفر کشته شدند.

7 دسامبر 1988: زلزله اى به بزرگى 9/6 درجه در مقیاس ریشتر مناطق شمال غرب جمهورى ارمنستان را به لزره درآورد و 25 هزار کشته بر جاى گذاشت.

سپتامبر 1985: مکزیکوسیتى، پایتخت مکزیک، شاهد زلزله اى شدیدى بود که ساختمان ها را با خاک یکسان کرد و بیش از 10 هزار کشته بر جاى گذاشت.

28 ژوئیه 1976: در شهر تانگشان چین زلزله اى رخ داد که شهر را به ویرانه اى تبدیل کرد و جان دست کم 250 هزار نفر را گرفت.

23 دسامبر 1972: در شهر "ماناگوآ"، پایتخت نیکاراگوئه زلزله اى به بزرگى 5/6 درجه در مقیاس ریشتر رخ داد و تا 10 هزار نفر را به کام مرگ فرستاد. ساختمان هاى بلندى که بدون رعایت اصول ایمنى ساخته شده و به راحتى فروریختند، عامل فاجعه اى خوانده شد که آغازگر آن زلزله بود.

31 مه 1970: زمین‌لرزه رشته‌کوه‌هاى "آند" در کشور پرو، باعث رانش زمین شد، شهر یونگى را مدفون کرد و 66 هزار را به کام مرگ فرستاد.

26 ژوئیه 1963: زلزله اى به بزرگى 9/6 درجه در مقیاس ریشتر شهر "اسکوپیه"، مرکز مقدونیه را به لرزه درآورد و یک هزار نفر را کشت.

22 مه 1960: شدیدترین زلزله اى که تاکنون در جهان ثبت شده به بزرگى 5/9 درجه در مقیاس ریشتر کشور شیلى را ویران کرد.

بزرگترین زمین‌لرزه یکصد سال اخیر ژاپن نیز اول سپتامبر 1923 در توکیو روى داد و به کشته شدن 142 هزار و 800 نفر منجر شد.

18 آوریل 1906: در سانفرانسیسکو، یک رشته زمین‌لرزه‌هاى شدید به وقوع پیوست که تا یک دقیقه ادامه یافت. در پى وقوع این زمین لرزه، بین 700 تا 3000 نفر یا در اثر فرو ریختن ساختمان ها و یا بروز حریق کشته شدند.

ساخت خانه های متحرک یکی از متدهای پیشرفته در امر مقاوم سازی در برابر زلزله است از این روش در ساخت ساختمان ها، آپارتمان ها، کارخانه ها و ساختمانهای مراکز تجاری استفاده می شود. این روش بسیار کم خرج است و در مناطقی که از نظر مقاومت در مقابل زلزله از سطح پایینی برخوردارند و در نواحی زلزله خیز سراسر جهان واقع شده اند بسیار مناسب و مقرون به صرفه می باشد بدین ترتیب تمامی اصول ساختمان سازی به سمت ساختمان سازی مکانیکی متحول می شود. این ساختمان ها در برابر تمامی بلایای طبیعی از قبیل سیل، آتشفشان، رانش زمین و همچنین در مقابل زلزله های خطرناک و مهیب و حملات تروریستی هم مقاوم می باشد.
این طریقه مقاوم سازی که شیوه مهندسی ساختمانی "هاپکن" نام دارد نوعی مهندسی مکانیکی است که مدیریت و ابداع و سنجش تکنیکی آن را فردی به نام هاپکن به انجام رسانیده است. وی تا کنون چندین مورد از ماشین آلات مکانیکی را طراحی کرده و در این زمینه چند ابداع نوین داشته است.

دیوار های این خانه از بتن درست شده است و بوسیله میله های فلزی کششی عمودی کاملا فشرده می شوند. بدین ترتیب بدلیل استفاده از مواد جامد فشرده و سنگین نیرو وارده به اجزای پایینی ساختمان بسیار افزایش می یابد. البته باید گفت که دیوارهای هر طبقه بصورت کنترل شده ایی به آن فشار وارد می شود و میزان فشار وارده در تمامی طبقات یکسان است. علاوه بر یک میله عمود در هر طبقه از 3 میله افقی هم استفاده می شود.

در این ساختمان ها از مصالحی استفاده می شود که کار گذاردن آنها به آسانی صورت می گیرد که به موجب آن دیوار های ساختمان با بکار بردن میله های کششی محکم و مقاوم می شوند.

 از دو گونه مصالح در ساختن ساختمان ها استفاده کرد:

_بلوک های سیمانی که در بسیاری از ساختمان ها در سراسر دنیا از آن استفاده می شود. با اندازه های lxwxh=400x200x200 mm, که در هر یک از آنها دو سوراخ وجود دارد.

_این نوع بسیار ارزان قیمت است و در آن فقط از میزان کمی ملات (گل و آهک) استفاده می شود.

پس از اینکه مصالح ساختمانی تهیه شد، کار ساخت آن شروع می شود. این ساختمان می تواند طوری ساخته شود که در آن اصلا از ملات استفاده نشود. دیوار ها فقط از طریق همان میله های کششی به اندازه کافی محکم و مقاوم می شوند. بدین ترتیب سوار کردن دیوارها بر روی ساختمان، تغییر شکل ظاهری آنها و جابجا کردن آنها بسیار آسان می شود.

آزمایش

در هفتم ماه ژوئن سال 2001 آزمایشی را بر روی یکی از این ساختمان ها بمنظور اثبات ضد زلزله بودن آن ترتیب داده شد، این آزمایش با حضور تعداد کثیری از مردم صورت گرفت که در میان آنها روزنامه نگاران و خبرنگاران بسیاری از رسانه های رادیو و تلویزیون هم حضور داشتند.

برای این کار ما ابتدا ساختمانی را بر طبق قوانین ساختمان سازی مکانیکی بنا کردیم این ساختمان از تعدادی میله های فشرده عمودی و افقی، استوانه های آهنی در دور میله های عمودی را می پوشاند، صفحه های مسطح و یک سری قاب های ارتجاعی استفاده شد. در فونداسیون این ساختمان چارچوب های لولا دار استعمال شد.

این خانه توسط جرثقیل در زاویه 30 درجه از سطح زمین بالا برده شد سپس این خانه که 220 متر مربع مساحت داشت را از همان ارتفاع رها کردند این کار را دو بار دیگر هم تکرار کردند اما هیچ اتفاقی نیافتاد و ضد زلزله بودن خانه بدین ترتیب اثبات شد.

اگر ما عامل تکانه را Cs = 2,5 در نظر بگیریم آنگاه شتاب هم راستا در این اسکلت برابر با 2/5*g*sin30=2/5*0/5*9/81=12/26[m/s2] خواهد بود که این رقم با اندازه یک زلزله شدید برابری می کند. بنابراین فشاری که در طی این زلزله به ساختمان وارد شده برابر با یک زلزله بسیار عظیم است.

مقاوم سازی خانه ها به روش هاپکن و از طریق ساخت خانه های متحرک امکان پذیر شد. روش ساختاری خانه های متحرک تکمیل شد و نه تنها خانه های مسکونی بلکه ساختمان های اماکن تجاری نیز از آن بهره مند شدند. این ساختمان ها علاوه بر اینکه در مقابل وقایع طبیعی همچون زمین لرزه، رانش زمین مقاومت می کنند، در مقابل حمله های تروریستی هم همچنان پابرجا باقی می مانند.

این ساختمان های ضد زلزله از اجزای خاصی ساخته شده اند که این اجزا همان مصالحی هستند که ساختمان را در مقابل زمین لرزه های مهیب و عظیم مقاوم می سازد. این شیوه مقاوم سازی بسیار کم هزینه است و در عین حال برای سرزمین های آباد در معرض زلزله در سراسر جهان مفید واقع خواهد شد. این شیوه ساختمان سازی اصول اساسی اش را از ساختمان سازی مکانیزه عاریت گرفته است.

حفار عجيب متروي تهران

 

نحوه اجرای ایستگاه های مترو

انواع ایستگاه

- ایستگاه روزمینی : وقتی پرفیل مسیر روی زمین باشد.

- ایستگاه زیرزمینی : به سه دسته تقسیم می شود

(1) کم عمق : عمق ریل تا سطح زمین 10 تا 15 متر می باشد.

(2) نیمه عمیق : عمق ریل تا سطح زمین 15 تا 25 متر می باشد.

(3) عمیق عمق : ریل تا سطح زمین بیش از 22 متر می باشد.

روش های اجرای ایستگاه ها

- روش کند و پوش(cut & cover)

1)   ترانشه باز : در این حالت ابتدا با اجرای شمع های منفرد یا پیوسته از رانش خاک جلوگیری به عمل می آورند، سپس نصب تیرهای افقی اجرای سازه نگهبان ایستگاه را تکمیل می نمایند در گام های بعدی عملیات اجرای رادیه کف،  دیوار ها و سقف های طبقات صورت می پذیرد.

2)   ترانشه بسته در زیر عرشه فلزی : در این روش پس از اجرای شمع ها جهت جلوگیری از رانش خاک، عملیات استقرار عرشه های فلزی پیش ساخته در سطح خیابان و روی شمع ها صورت می گیرد. سایر عملیات از طریق حفاری و خاکبرداری در زیر عرشه فلزی انجام می شود. بعد از اجرای رادیه، دیوارها و سقف طبقات، همزمان با اتمام سقف آخرین طبقه، عرشه فلزی برداشته شده و خاکریزی و آسفالت سطح خیابان انجام می شود.

3)   ترانشه بسته در زیر سقف نهایی : در این روش ابتدا آخرین سقف ایستگاه بر روی شمع های جانبی جهت جلوگیری از رانش خاک، احداث می شوند سپس با خاکبرداری از زیر عملیات احداث ایستگاه ادامه یافته و در نهایت دیوار آخرین طبقه به سقف اجرا شده دوخته می شود.

 

- روش طاق بتنی روسی(Rib) : در روش سیستم پیش نگهدارنده طاق بتنی، پس از احداث گالری تونل، دو گالری در طرفین و یک گالری در سقف حفاری می گردد و سپس حفاری طاق به سمت تاج صورت می گیرد. پس از بتن ریزی طاق ها، خاکهای بین دیواره تونل و طاق برداشته می شود به این ترتیب فضای بزرگتری به منظور احداث سکو و سالن تهیه بلیت ایجاد می گردد.

 

- روش مجتمع ایستگاهی : در این روش سکو با روش طاق بتنی و همزمان سالن تهیه بلیط با شیوه اجرای ساختمانهای معمول به صورت مجزا در کنار خیابان ساخته می شود سپس این دو قسمت بوسیله یک گالری ارتباطی زیر گذر بهم متصل می شوند. مزیت این روش در کاهش حجم عملیات زیرزمینی می باشد.