فصل اول
1 – تاریخچه و کاربرد تیرهای لانه زنبوری و روش تولید و مزیتها و معایب
1 – 1 – مقدمه :
در این تحقیق ، کمانش جانبی – پیچشی تیرهای لانه زنبوری با باز شو سینوسی شکل با عملکرد تیر و ستون تحت شرایط بارگذاری متفاوت مورد بررسی عددی قرار گرفته است و اهمیت آن اینست که به واسطه ی وجود حفره هایی در جان این تیر ها ، با وجود افزایش مقاومت خمشی آنها ، جان ها ضعیف گردیده و در نتیجه پیش بینی رفتار آنها در هنگام بارگذاری را مشکل ساخته است، بخصوص نسل جدید این تیرها (با بازشوی سینوسی ) که این نیاز وجود دارد تا رفتارشان بخصوص رفتار کمانشی آنها – که پدیده کمانش باعث می شود تیرها یا ستون ها تحت تنش های به مراتب کمتر از مقاومت های خمشی یا فشاری (در ستون) شان به حد جاری شدن و تسلیم برسند. – را مورد بررسی قرار داد. در این تحقیق از مدلسازی رایانه ای در جهت بررسی رفتار کمانشی، استفاده گردیده است.
1 – 2 – تعریف تیرهای لانه زنبوری :
دلیل نامگذاری تیرهای لانه زنبوری ، شکل گیری این تیرها پس از عملیات ( بریدن و دوباره جوش دادن ) و تکمیل پروفیل است. این گونه تیرها در طول خود دارای حفره های توخالی (درجان) هستند که به لانه ی زنبور شبیه است به همین سبب به اینگونه تیرها لانه زنبوری می گویند.
شکل 1 – 1
چگونه تعریف می شوند:
هنگامیکه یک تیر با بال بزرگ ، با الگوهای استاندارد سوراخ دار می شود.ارتفاع تیر تا 50% تقریبا افزایش می یابد. بطور مثال یک تیر با مقطع W12*14 با ارتفاع اسمی 12 اینچ تبدیل می شود به یک تیر لانه زنبوری با ارتفاع اسمی 18 اینچ که مقطع بدست آمده CB 18*14 نامیده میشود.
CB = تیر با جان باز شش ضلعی لانه زنبوری (LB برای تیرهای با جان باز دایره ای)
18 = عمق نسبی برحسب اینچ ( 5/1 برابر عمق اسمی مقطع بال پهن اولیه )
14 = وزن اسمی در واحد فوت ( Plf )
اگر تیر لانه زنبوری در نهایت نیاز باشد که گالوانیزه شود ( روی اندود ) برای حداقل کردن افزایش تنش در حین مرحله ی گالوانیزاسیون توصیه میشود که از بازشو دایره ای استفاده گردد.شکل بازشوها بسته به طول دهانه، اتصالات انتهایی ، میزان باربری و یا هم ردیف کردن بازشوهای تیرهای مجاور ، متغیر می باشد.بعضی مواقع تیر لانه زنبوری از دو قسمت با ابعاد متفاوت درست می شود، از ترکیب یک تیر سبک در نیمه بالای و یک تیر سنگینتر در نیمه ی پایینی هر دوقسمت تهیه شده باید داری عمق نسبی یکسان و اختلاف ضخامت تا 3/6 اینچ باشند.
این نوع تیرها معمولا در سازه های مرکب بکار می روند در جایی که دال بتنی نقش بال پهن بالایی را برای تیر بازی می کند. CB 18 *14/26 مثالی از نامگذاری یک تیر نا متقارن میباشد که:
CB = تیر لانه زنبوری) LB بازشوی دایره ای)
18 = عمق نسبی برحسب اینچ ( 5/1 برابر عمق اسمی مقطع بال پهن اولیه )
14 = وزن اسمی نیمه ی بالای تیر در واحد فوت ( Plf )
26 = وزن اسمی نیمه ی پایینی تیر در واحد فوت ( Plf )
شکل 1 – 2
1 – 3 – هدف از ساخت تیرهای لانه زنبوری :
هدف اینست که تیر بتواند ممان خمشی بیشتری را با خیز ( تغییر شکل ) نسبتا کم ، همچنین وزن کمتر در مقایسه با تیر نورد شده مشابه تحمل کند ، برای مثال ، با مراجعه به جدول تیرآهن ارتفاع پروفیل IPE-18 را که 18 سانتی متر ارتفاع دارد ، می توان تا 27 سانتیمتر افزایش داد.
1 – 4 – محاسن و معایب تیر لانه زنبوری :
در مدت ده سال ، کاربرد تیرهای لانه زنبوری افزایش داشته است هم در سازه های فلزی و هم در کشف روش های نوین سازه ایی.استفاده از تیرهای لانه زنبوری منجر به اصطلاحات جدید معماری میگردد.سازه ها سبکتر میشوند و طول دهانه ها افزایش می یابند.این انعطاف پذیری همراه با عملکرد اجازه ی نصب تاسیسات فنی ( لوله ها و داکت ها ) وعبور آن از میان بازشوها میباشد. ظاهر سبک تیرهای لانه زنبوری در ترکیب با مقاومت بالایشان ، هیچگاه دست از ترقیب معماران در طراحی سازه های جدید برنداشته است.پیشرفتهایی صورت گرفته است برروی عواملی که باعث گسترش کاربرد تیرهای لانه زنبوری شده اند؛با توجه به مثال گفته شده در بالا با تبدیل تیرآهن معمولی به تیرآهن لانه زنبوری، اولا مدول مقطع و ممان اینرسی مقطع تیر افزایش می یابد. ثانیا مقاومت خمشی تیر نیز افزوده می گردد. در نتیجه تیری حاصل می شود با ارتفاع بیشتر ، قوی تر و هم وزن تیر اصلی. ثالثا با کم شدن وزن مصالح و سبک بودن تیر، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه تر خواهد بود. رابعا از فضاهای ایجاد شده ( حفره ها ) در جان تیر می توان لوله های تاسیساتی و برق را عبور داد. در ساختن تیر لانه زنبوری که منجر به افزایش ارتفاع تیر می شود، باید استاندارد کاملا رعایت گردد در غیر اینصورت ، خطر خراب شدن تیر زیر بار وارد شده حتمی است.
از جمله معایب تیرهای لانه زنبوری ، وجود حفره های آن است که نمی تواند تنشهای برشی را در محل تکیه گاه های پل به ستون یا اتصال تیرآهن تودلی ( تیرفرعی ) به پل لانه زنبوری تحمل کند، بنابراین ، برای رفع این عیب ، اقدام به پرکردن بعضی حفره های با ورق فلزی و جوش می کنند تا اتصال بعدی پل به ستون یا تیر فرعی به پل به درستی انجام شود. تیر لانه زنبوری در ساختمان اسکلت فلزی می تواند به صورت پل فقط در یک دهانه یا به صورت پل ممتد به کار رود. برای ساختن تیر لانه زنبوری دو شیوه موجود است. اگرچه بحث های بسیاری پیرامون تیرهای لانه زنبوری ، اخیرا مطرح شده است و به عقیده گروهی از طراحان به علت مسائل اجرائی آن ، خصوصا جان تیر و اتصال آن توسط جوش ( زیرا همانگونه که میدانیم ، اتصالات نقش کلیدی و تعیین کننده ای در انتقال بار از یک عضو به عضو یا اعضای دیگر دارند و در صورت اجرای نا مطلوب آن، به میزان زیادی از باربری یا مقاومت المان سازه ای کاسته خواهد شد در نتیجه مساله نظارت موثر بر اجرای عملیات جوشکاری ، اهمیت بسزایی در کیفیت کلی سازه خواهد داشت.) همچنین ضعفی که درناحیه جان تیر در اثر کاهش مساحت آن وجود دارد از نقاط ضعف این تیرهاست.
مساله لهیدگی جان ( web crippling ) نیز در قسمت اتصال مقطع برش داده شده وجود دارد، که بسیار حائز اهمیت می باشد. در نواحی که خصوصا بار متمرکز وجود دارد و یا در نزدیکی تکیه گاهها که برش عامل موثری است، کنترل لهیدگی جان باید مورد توجه بیشتری قرار گیرد ، زیرا در این نواحی مقاطع حالت بحرانی تری نسبت به سایر قسمت ها دارند. البته قسمت اعظم این کاستی ها را می توان با استفاده صحیح و بهینه ورق های تقویتی بر طرف نمود و بعضا در مواردی که باز هم علی رقم همه تدابیر اتخاذ شده ، اساس مقطع لازم بدست نیامده باشد ، از تیر لانه زنبوری دوبل استفاده می شود. در نگاهی ، محتاطانه ، استفاده از تیرهای لانه زنبوری از ضریب اطمینان یا ایمنی کمتری نسبت به سایر مقاطع برخوردارند. اما استفاده گسترده از این نوع تیر ها به سبب مزایایی که آنها را به اختصار بر شمردیم ، هنوز هم در مقیاس وسیعی از کارهای ساختمانی متداول است. بیشترین مزیت تیرهای لانه زنبوری که در حقیقت مقطعی غیر فشرده است، در مقایسه با سایر مقاطع استاندارد ( فشرده ) ایجاد ممان اینرسی نسبتا خوب آن حول محور قوی تیر (X) می باشد که به سبب ایجاد فاصله بال ها از محور خنثی و افزایش ارتفاع تیر می باشد، بنابراین مقاومت خمشی تیر که مهمترین نقش آن نیز می باشد افزایش یافته ، همچنین سختی آن نیز بیشتر می گردد. از آنجائیکه جان این گونه تیرها در قسمت هایی توخالی است ، در نتیجه باعث خواهد شد که وزن سازه به میزان قابل توجهی کم گردد. در اثر کاهش وزن سازه ، مولفه های نیروی زلزله که ارتباط مستقیم با وزن سازه دارد نیز کم می گردد و در نتیجه سازه ایمن تر خواهد بود و عملکرد مناسبتری را توام با انعطاف پذیری بیشتر در بر خواهد داشت. حتی این کاهش وزن در تیرها ، باعث کاهش وزن مرده ساختمان خواهد گردید که در نتیجه ی آن ، بار کمتری به عناصر اصلی سازه ، خصوصا ستون ها وارد خواهد گردید.
از سوی دیگر بهینه ترین وضعیت در طراحی سازه ها ، اقتصادی بودن آن می باشد که در تیرهای لانه زنبوری به دلیل آنکه مقطع هر تیر به صورت زاویه دار ( زیگ زاگ ) توسط دستگاه برش بریده می شود و سپس با جابجایی دو قسمت آن به هم تیر به صورت لانه زنبوری در خواهد آمد، صرفه جویی نسبی در مصرف فولاد صورت خواهد گرفت. از لحاظ تاسیسات ساختمان نیز اینگونه تیرها مورد استقبال قرار می گیرند ، زیرا که می توان از فضاهای خالی در جان تیر عبور لوله های تاسیسات و یا کابل های برق استفاده نود و این موضوع شاید یکی از نقاط قوت منحصر بفرد این گونه تیرها است. ملاحظه می شود که تیرهای لانه زنبوری با توجه به مطالب ذکر شده به میزان چشمگیری از ارتفاع سقف می کاهند که خصوصا در مواقعی که طرح های معماری محدودیت زیادی را در ساختمان به صورت اعم و در ناحیه سقف به صورت اخص به طراحان سازه تحمیل می کنند و به هیچ عنوان افزایش ضخامت سقف ممکن و میسر نباشد تیرهای لانه زنبوری بهتر از سایر مقاطع نورد شده نقش انتقال بار را به سایر عناصر بازی خواهند کرد ، حتی در مواردی که تیر با ارتفاع متغیر مورد نیاز است، مانند بعضی از سازه های صنعتی و یا تیرهای مورد استفاده در تیر ریزی بام ، با تغییر برش تیر ، تیر مورد نظر را بسیار ساده و ارزان می توان آماده نمود، که این کار تنها با برش مورب زیگ زاگها در جان تیر ممکن خواهد شدو مزایای فوق الذکر باعث ترغیب طراحان در استفاده از تیرهای لانه زنبوری می شود و به عنوان گزینه مطلوبی مورد استفاده همه جانبه قرار میگیرد.
1 – 4 – 1 – آزادی در طراحی:
تیرهای لانه زنبوری ، آزادی بیشتری در طراحی سازه های بزرگتر میدهند و همچنین راندمان پروژه را افزایش داده در حالیکه هزینه های پروژه را کاهش می دهند. علاوه بر آن ، این تیرها نسبت به بتنی ازلحاظ فضا و هزینه از راندمان بالاتری برخوردار هستند. برای پارکینگ ها ، بیمارستان ها و اغلب پروژه هایی که فضا مدنظر قرار دارد، این تیرها مقطعی سبک و خمیده را با ظاهر سازه ای زیبا ارائه می دهند.
1 – 4 – 2 – آزادی در انتخاب:
تطبیق پذیری این نوع تیرها با کاربردشان در طیف وسیعی از انواع ساختمان ها،در اندازه ها و استفاده های خاص، نمایان میشود. علاوه بر زیبایی معماری، مقاومت این تیرها میتواند دقیقا هماهنگ با راندمان هزینه ای باشد.معماران در حال حاضر وسیله ای را در اختیار دارند برای طراحی بهتر فضاها. مهندسان سازه هم ، وسیله ای را در اختیار دارند در کاهش ویا حذف هزینه های سنتی ،که در پروژه به نوعی پذیرفته شده اند. نصاب ها هم نصب این تیرها را نسبت به بتنی سریعتر و راحتر می دانند.کارفرمایان سود بیشتری نصیبشان میشود از ساختمانهایی که با فضای مفید بیشتری اجرا شده و رها میباشند از بند هزینه ها و محدودیت های اجرایی که دیگر روشهای ساخت در معرض آنها قرار دارند:
1- 50% عمیق تر با ارتفاع تا 66 اینچ ( برابر 5/167 سانتیمتر ).
2- تا 40% ظرفیت لنگر بیشتر.
3- عبور لوله های تاسیسات از درون بازشوها.
4- تیری بلند تر و مقاوم تر با فولاد کمتر.
5- دهانه های تا 90 فوت ( برابر 27 متر ).
6- قابل اجرا بصورت مستقیم و خمیده.
7- در دسترس بودن آنالیز لرزه ای.
8- قابلیت گاوانیزه شدن ( لایه اندود شدن ).
9- به راحتی در برابر آتش سوزی مقاوم سازی میشوند.
10- از 90% فولاد بازیافتی درست می شوند.
1 – 5 – روش اجرا – تولید:
الگوی روش بکار رفته در تولید این نوع تیرها بر مبنای کاربردی خاص از نورد گرم مقاطع می باشد. دوبار برش توسط برش شعله در جان صورت می گرد.دو مقطع T شکل جابجاشده و به هم دوباره جوش داده میشوند که منجر به افزایش ارتفاع تیر می گردد.توضیح بیشتراینکه روش تهیه تیرهای لانه زنبوری از این قرار است که ابتدا در روی جان تیر آهن نورد شده با استفاده از الگو که بصورت شش ضلعی از ورق آهن سفید 0.5 میلیمتری (شابلن) با توجه به استاندارد ساخته شده خط دار می گردد، سپس تیرآهن را روی یک شاسی افقی با زدن تک خال جوش در نقاط مختلف برای جلوگیری از تاب برداشتن قرار می دهند. آن گاه با استفاده از دستگاه برش (برنول) در امتداد خط منکسر اقدام به برش می کنند تا پروفیل به دو قسمت بالا و پایین تقسیم شود. حال اگر قسمت بالا را به اندازه یک دندانه جابجا کنیم و دندانه های دو قسمت بالا و پایین را به دقت مقابل هم قرار دهیم و از دو طرف کارگر ماهر آنرا جوشکاری کند با استفاده از جوش قوسی نیمه اتوماتیک برای اتصال دو نیمه بریده شده، یک جوش خوب ، بی عیب ، سریع و مقرون به صرفه خواهد بود . همان طور که در مطالب قبلی نیز گفته شد ، تیر ساخته شده در محل تکیه گاهها با توجه به حفره های داخلی آن در مقابل تنشهای برشی ضعیف می شود. برای جبران این نقیصه ، با توجه به منحنی نیروی برشی نیز به پرکردن حفره ها با ورق در تکیه گاه به وسیله جوش، کاملا پر می شود . در پایان یادآور می شوم که یک نوع دیگر از پروفیلهای لانه زنبوری را پس از بریدن قطعات بالا و پایین، ورق واسطه اضافه می کنند که این ورق واسطه بین دندانه ها جوش می شود. در نتیجه ، تیر حاصل به مراتب قویتر از تیری است که بدون ورق واسطه ساخته می شود.
محصول بدست آمده داری ممان اینرسی بیشتر با همان وزن خواهد بود. فرآیند برشکاری، بصورت کامپیوتری به منظور انطباق کامل بازشوها بر روی هم ، کنترل می شود. و تولید موازی چند تیر هزینه تولید را کاهش می دهد.
شکل 1 – 3
1 – 5 – 1 – روش های مختلف برش تیرآهن:
برش به روش کوپال :
با استفاده از دستگاه قطع کن سنگین که به گیوتین مجهز است، تیرآهن به شکل سرد در امتداد خط منکسر قطع می شود.
برش به روش برنول :
برش در این حالت به صورت گرم انجام می گیرد ، به این صورت که کارگر ماهر برش را با شعله بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن ، به وسیله لوله برنول ، انجام می دهد. بریدن تیرهای سبک به وسیله ماشین های برش اکسیژن شابلن دار نسبتا ساده است. در ایران تیرهای لانه زنبوری را بیشتر با دست تهیه می کنند.
1 – 6 – زمینه های کاربرد:
1 – 6 – 1 – سیستم سقف :
با استفاده از این تیرها بعنوان اجزای سقف، دهانه های بزرگ تا پهنای 40 متر را می توان پوشش داد. چه بعنوان اجزای مستقل ( تیر دوسر ساده ) یا اجزای پیوسته ( تیر اصلی قاب ) ، رقابتی بودن استفاده از این تیرها در هردو حالت با حفظ عملکرد تیرهای مشبک و با کاهش تداخل در محل نصب مورد تایید قرار گرفته است. تیرهای لانه زنبوری با بازشوهای مختلف روشهای جالب و مفیدی را در استفاده از فضا به معمارها ارائه میدهد. قطر بازشوها تا 80% ارتفاع کل تیر می تواند برسد و همچنین فاصله ی کمی بین بازشوها می توان قرار داد که آن هم ناشی از مسائل تولید می باشد.
1 – 6 – 2 – کف سازی:
ساخت و سازهای مدرن بطور فزاینده ای درخواست برای تامین فضا برای تاسیسات فنی ( گرمایشی، تهویه هوا ، تخلیه و غیره ) را با توجه به فضای موجود ایجاد کرده است. با این روش می توان بدون وقفه یا قعطی ،از فضاهایی با فاصله ای تا 18 متر، لوله ها و داکت ها را از بازشوها عبورداد. ضخامت کل کف بین 25 تا 40 سانتی متر میباشد که کمتر از روش های معمول می باشد.در ساختمان های متداول با ارتفاع 35 تا 40 متر، با رساندن ضخامت کف به 20 سانتیمتر ، میتوان یک طبقه دیگر نیز اضافه کرد. برای ساختمان های با تعداد طبقات مشخص ( از 2 تا 6 طبقه ) ، منجر به اقتصادی تر شدن در نما ی ساختمان ، ستون ها ، مقاوم سازی ساختمان ، دیوارهای جدا کننده و غیره می شود.
شکل 1 – 4
1 – 6 – 3 – کاربردهای خاص:
نوسازی :
بمنظور حفظ آثار تاریخی ، سازهای سبک و انعطاف پذیر بر اساس تیرهای لانه زنبوری برای مقاوم سازی و استفاده مجدد و هم چنین نوسازی ساختمان های قدیمی بکار گرفته می شود.
نمای خارجی و ستون ها :
یکی از کاربرد های این تیر در زیباسازی می باشد و بیشترین عملکردشان به عنوان ستون در شرایط بار محوری کم می باشد.
تیرهای تعبیه شده در محوطه پارکینگ:
در حالتی که مقاومت ویژه ای در برابر آتش سوزی مدنظر نباشد ، به چهار دلیل ، استفاده از این تیرها در ساختمان پارکینگ های عمومی توصیه میشود:
الف – دهانه ی سنتی ( 15 تا 16 متر) در محدوده نمونه باشد.
ب – زهکشی با کمی انحنا در تیر به راحتی صورت می گیرد.
ج – بازشو ها نمای داخلی این گونه سازه ها را بهبود می بخشد.
د – بازشوها تخلیه دود را تسهیل می بخشند و جابجایی هوا در بین مقاطع را بهبود می بخشد.
تیرها برای سازهای فراساحلی:
در موارد زیر نیاز به این نوع تیرها می باشد:
الف – یک اسکلت با وزن سبک و مقاوم.
ب – امکان عبور داکت ها و لوله ها .
تبصره : در مواردی خاص با بارگذاری بالا ، استفاده از فولادهای HISTAR توصیه می شود.
1 – 7 – تقویت تیرهای لانه زنبوری به کمک رفتار مرکب بتن و فولاد :
در تیرهای لانه زنبوری علاوه بر تنشهای خمشی اصلی در محل حلقه ها تنشهای خمشی ثانویه حاصل از برش در مقطع ایجاد می گردد که گاهی این تنش از تنشهای خمشی اصلی در تیر بزرگترند. این تنشها از کارایی تیر می کاهند و برای مقابله با آنها باید حلقه های کناری را با ورق پر کرد، خصوصا هنگامی که از این نوع تیرها بصورت یکسره استفاده می شود در محل تکیه گاهها که هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی زیاد می باشد تنشهای خمشی بشدت افزایش می یابد و نیاز به تقویت تیر در این محلها می باشد که از لحاظ اقتصادی قابل توجیه نمی باشد. در چنین پروژه هایی برای مقابله با این ضعف در تیرهای لانه زنبوری رفتار مرکب بتن و فولاد تهیه شده است. به این ترتیب که داخل تیر فلزی در نقاطی که تنشهای ثانویه قابل ملاحظه می باشند ازبتن پر می شود و کشش حلقه های خالی را در عمل تغییر می دهد و این امر سختی و مقاومت تیر را افزایش می دهد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می باشد.
قابهای متشکل از تیرهای لانه زنبوری به طور گسترده و روز افزون ( اغلب توام با سیستم مهاربندی متقرب المحور ) در صنایع ساختمانی کشورمان مورد استفاده قرار داده می شوند. خصوصیات هندسی تیرهای لانه زنبوری به نحوی است که تحت اثر لنگر خمشی ، تغییر شکلهای (اصطلاحا) ثانوی برشی ، که اغلب قابل ملاحظه اند به وقوع پیوسته و تغییر مکان جانبی سازه تحت اثر اعمال نیروهای جانبی ناشی از زلزله در جهت عدم اطمینان سوق می یابد. اثرات این تغییر شکلها ، در تیرهای لانه زنبوری در مقایسه با تیرهای دارای جان توپر با سختی خمشی معادل، منجر به بروز تغییر مکان جانبی بیشتر و نتیجتا افزایش بار P ، به ویژه در حیطه رفتار ماوراء الاستیک در این قابها می گردد. بروز تمرکز تنش و شدت زیاد حوزه تنشی در گوشه سوراخها، ملاحظاتی را در طراحی این تیرها در مقابل اثرات ناشی از پدیده خستگی کم تواتر در اثر وقوع زلزله ، ایجاب می نماید. گونه های مختلف گسیختگی تیرهای لانه زنبوری ، شامل انحناء مختلف کمانش کلی و موضعی و کمانش محتمل پلاستیک و شکست می باشد.با توجه به آنکه شکل پذیری و توانایی جذب انرژی ، تابع میزان قابلیت رفتار عضو سازه ای در حیطه پاسخ غیر خطی ماوراء الاستیک بوده و معیارهای مناسبی از دیدگاه ظرفیت مقاومت و کیفیت رفتار در مقابل نیروهای ناشی از زلزله شدید تلقی می گردند. ضرورت تدوین ضوابط منطقی جهت ایجاد امکانات رفتار شکل پذیر در قابهای متشکل از تیرهای لانه زنبوری محرز می گردد. بر اساس مطالعات آنالیتیک عددی و آزمایشگاهی رفتار خمیری و حدی این تیرها مورد بررسی قرار داده شده نکاتی در مورد مقوله هایی از جمله اثرات تمرکز تنش، تنش های پسماند بروز پلاستیسیته موضعی و گسترده ، مکانیسمهای گسیختگی پلاستیک مورد بحث قرار داده شده است و رفتار غیر خطی تیر لانه زنبوری از نظر عملکرد غیر خطی مصالح ، با در نظر گرفتن اثرات سخت شدگی جنبشی به روش اجزاء محدود مطالعه شده و با ملحوظ داشتن اثرات گسترش ترک در گوشه سوراخها در کاهش ظرفیت باربری حد نهایی تیر، رفتار غیر خطی تیر به صورت روابط بار تغییر مکان و لنگر و تغییر زاویه ارائه گردیده است که با نتایج حاصل از آزمایش مطابقت داشته است. همچنین از طریق طرح ریزی آزمایشهای ویژه رفتار غیرخطی اجزای تشکیل دهنده تیر لانه زنبوری مطالعه آزمایشگاهی چندی بر تیرهای لانه زنبوری اصلاح شده به منظور بهبود رفتار خمیری و افزایش شکل پذیری گزارش شده است.تحقیقاتی در حال انجام به منظور بررسی آزمایشگاهی رفتار قابهای متشکل از تیر لانه زنبوری از دیدگاه شکل پذیری و همچنین مطالعه پدیده کمانش جانبی – پیچشی چون در دست انجام است؛ تا بدست آمدن نتایج مطالعات جامعتر، ازدیدگاه لرزه ای توصیه های ذیل را می توان به عنوان الگوی اولیه جهت تدوین ضوابط طراحی سازه های فولادی متشکل از تیرهای لانه زنبوری مقاوم در برابر زلزله ( یا بدون سیستم های مهاربندی ) به عنوان مکمل ضوابط طراحی تیرهای لانه زنبوری تلقی نمود:
اثرات تغییرشکهای برشی ثانویه تیر لانه زنبوری ( و ستون های تسمه دار ) در تحلیل ملحوظ گردد.
تحلیل با در نظر گرفتن نیروی P صورت گیرد.
تحلیل با در نظر گرفتن اثرات ناشی از انعطاف پذیری اتصالات مربوطه انجام شود.
تا انجام تحقیقات گسترده تر به منظور کاهش تغییر مکان جانبی سیستم مقاوم حتی المقدور از سیستم قاب فضا کار متشکل از تیرهای لانه زنبوری بدون استفاده از سیستم مهاربندی مختلط اجتناب گردد.
در کلیه اجزاء تیر خواص مقاطع فشرده رعایت گردد.
طول عضو لانه زنبوری به نحوی اختیار گردد که مقاومت پلاستیک مقطع از نظر کنترل طرح با ایمنی مکفی بر سیلان برشی پیشی بگیرد و به طور کلی مکانیسم پلاستیک خمشی یا شبه ویرندلی مقدم بر سایر گونه های گسیختگی صورت پذیرد و تا میزان قابل ملاحظه ای از تغییرشکل ، از بروز گونه های گسیختگی ممانعت به عمل آید.
از سخت کننده های جان در پانل های انتهایی استفاده شود و محاسبات با در نظر گرفتن اثر سخت شدگی جان انجام گردد.
برای ممانعت از گسیختگی های تردگونه و همچنین بروز کمانش موضعی در گوشه بازشوها و بهبود در رفتار تحت اثر پدیده خستگی کم تواتر قوسی به مشخصات ارائه شده در ضمیمه الف مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران در گوشه بازشوها ارائه گردد.
از جوش با نفوذ کامل استفاده گردد.
به منظور جلوگیری از کمانش جانبی – پیچشی مقاطع T ، تا فاصله 1/4 طول دهانه از اتصال تیر به ستون قیود جانبی به فواصلی برابر با بعد پانل و از آن به بعد فواصل متناسب برای تیر های شکل پذیر در نظر گرفته شود.
از تقویت های مناسب جان برای جلوگیری از کمانش تحت اثر بار متمرکز و برش زیاد استفاده گردد.
از تقویت های مناسب جان برای افزایش ظرفیت چرخشی لوله های مقاطع T در مکانیسم شبه ویرندلی در پانل های بحرانی استفاده گردد.
تا انجام تحقیقات گسترده تر تحت بارهای دوره ای و مطالعه ی رفتار هیستریک سیستم های قاب فضاکار متشکل از تیرهای لانه زنبوری توام با سیستم مهاربندی ( مختلط ) بعنوان قاب فضاکار لنگرگیر معمولی ( بدون قابلیت عملکرد و شکل پذیر ویژه ) و با ضریب رفتار مناسب با آن بکار گرفته شود.
حداکثر ارتفاع سیستم های مختلط توام با قاب معمولی متشکل از تیرهای لانه زنبوری به 50 متر محدود گردد.
استفاده از تیرهای لانه زنبوری به عنوان عضو تیر واسط در قاب های مهاربندی شده واگرا مجاز نمی باشد.
فولاد مورد استفاده باید از نوع شکل پذیر ، با مقاومت مناسب در برابر گسیختگی سریع و با دمای انتقال پایین باشد.
نوع سطوح برشی حاصل از ماشین و برش اتوماتیک شعله ای با کیفیت خوب قابل قبول می باشد ولی سطوح برشی حاصل از برش شعله ای دستی باید پرداخت داده شود.
حداکثر مقاومت سیلان فولاد مورد مصرف 3600 Kg/〖cm〗^2 محدود گردد.
حداکثر رواداری مجاز از نظر هم امتداد بودن و دو نیمه جوش شده تیر که بر حسب نسبت اندازه جابجایی اولیه در وسط ارتفاع اعضاء قائم جان به ارتفاع کل جان تعریف می شود.
حتی المقدور طراحی این تیرها به صورت مرکب ( مختلط ) با عملکرد توام با بتن کف انجام شود. اتصالات موسوم به خورجینی قیل از آنکه بتوان در مورد نحوه عملکرد اتصالات موسوم به خورجینی از دیدگاه رابطه بین لنگر و چرخش اتصال و همچنین شکل پذیری اتصال و در نتیجه میزان مطلوب بودن این اتصالات به عنوان اتصالات قابهای فضایی شکل پذیر یا بدون مهاربندی اظهار نظر قطعی نمود ، لازم است تحقیقات دامنه داری در مورد رفتار استاتیکی و دینامیکی اینگونه اتصالات انجام شود. مطالعاتی که در حیطه ی الاستیک روی رفتار تیرهای خورجینی انجام گرفته حاکی از آن است که میزان گیرداری این اتصالات را می توان در جهات تیرهای خورجینی با استفاده از ورق های اتصال که در بالا و پایین به بال تیرهای خورجینی و به ستون و در عین حال به کناره نبشی های اتصال فوقانی و تحتانی جوش شده اند ، بهبود بخشید و تمایل به پیچش ناشی از برون محوری را در ناحیه اتصال خنثی نمود و در عین حال از نظر میزان تمرکز تنش نیز شرایط مناسبی را ایجاد کرد. استفاده از لچکی هایی جهت جلوگیری از تغییر شکل نبشی های اتصال فوقانی و تحتانی نه تنها از نظر ایجاد محدودیت و قیود بیشتر در تغییر مکان جانبی پیچشی تیرهای خورجینی بلکه از نظر افزایش میزان گیرداری اتصال تیر فرعی به مجموعه تیر خورجینی و ستون نیز موثر می باشد. در عین حال با توجه به تمایل تیرهای خورجینی به تغییرمکان جانبی پیچشی به علت برون محوری، انتظار میرود تیرچه ها و مصالح مورد استفاده در کف طبقات معمولا قادر به جلوگیری از تغییر مکان جانبی – پیچشی تیرهای خورجینی و بهبود بخشیدن به این نقطه ضعف ناشی از برون محوری اتصال باشند. استفاده از ورق های تحتانی و فوقانی به نحوه مذکور در سطرهای فوق در محل اتصال و همچنین استفاده از تسمه های متصل کننده تیرهای خورجینی در فواصلی متناسب در طول دهانه تیرهای خورجینی از نظر محدود بودن تغییر شکلهای پیچشی جانبی تیرها مفید خواهند بود.استفاده از تیرهای خورجینی ناودانی و ستون های دوبل متشکل از پروفیل های ناودانی به نحوی که جان تیر خورجینی در تماس با جان پروفیل ، ستون باشد به لحاظ کاهش میزان برون محوری رفتار بهتری ، چه از نظر میزان لنگر قابل انتقال توسط اتصال و چه از نظر نحوه توزیع تنش ها و ضرائب تمرکز تنش در حیطه الاستیک نشان می دهند. تحقیقات بیشتر در زمینه ماورا الاستیک این اتصالات و رفتار در مقابل بارهای متناوب دوره ای و تغییر علامت دهنده در حال حاضر در دست انجام می باشد.
1 – 8 – تیرهای با بازشوی سینوسی ( نسل جدیدی از تیرهای لانه زنبوری )
شکل 1 – 5
شکل 1 – 6
استفاده از این نوع تیر ها ، روشی هوشمندانه برای دهانه های با طول بلند می باشد.
1 – 8 – 1 – معرفی تیرهای لانه زنبوری سینوسی با ظاهری زیبا
تیرهای لانه زنبوری بعنوان تیرهای اصلی بکار میروند که کمک اصلی را در تحمل بار سازه ایفا می کنند.این تیرها با برش دادن یک مقطع استاندارد در جهت طول و سپس جابجاکردن دو نیمه در امتداد یک محور و دوباره جوش دادن این دونیمه به یکدیگر بدست می آیند که مناسب در تحمل بارهای متوسط در طول دهانه های بزرگ می باشند.مزیت های بدست آمده از ویژگی این تیرها عبارتند از وزن کم ذاتی آنها،ارتفاع های متنوع ، لوله کشی و سیم کشی از درون بازشوهای موجود و توانایی آنها در افزایش جاذبه زیباشناسی ساختمان . مثال های زیادی وجود دارند شامل تیر های لانه زنبوری ، تیرهای استفاده شده در پنجره کشتی یا هواپیما و تیرهای با بازشو سینوسی و بیضوی شکل. تیرهای لانه زنبوری با بازشو سینوسی تقریبا یک و نیم برابر تیرهای معمولی ارتفاع داشته و ظرفیت باربری به مراتب بالاتر از تیرهای معمولی با همان ارتفاع را دارند.
شکل 1 – 7
تیرهای جدید با بازشوهای سینوسی شکل آمیخته ای از نیازهای زیبایی شناسی ساختمان و پایداری معماری می باشد. این تیر ها طول دهانه های بلند ، آزادی در طراحی و تضمین انعطاف پذیری بیشتر و سهولت نصب بهتر را میسر می سازند.
Claude Vasconi ، یکی از مهمترین معماران معاصر در فرانسه می باشد که یک سیستم نوآورانه در تیرهای سقفی فولادی را توسعه داده است که استانداردهای جدیدی را در قراردادها وارد کرده است.
یک شکل جذاب، یک هندسه ی صاف با بازشوهای بزرگ سینوسی شکل ، پشتیبانی از طول دهانه های بزرگ و استفاده کافی از مصالح که این تیرها را به یکی از خاص ترین و نوآورانه ترین محصولات فولادی در بازار تبدیل کرده است که در برگیرنده ی جنبه های زیبایی شناسی ساختمان و اقتصادی در ساخت و ساز امروزی می باشند.
شکل 1 – 8
شکل 1 – 9
در کمتر از یک سال یک محصول ساختمانی با ابعاد جدیدی در معماری ، از روی طرح اولیه اش ( شکل بالا ) توسعه پیدا کرد و در مقام عمل ، جایزه طراحی در Batimat پاریس را در سال 2007 دریافت کرد.
این تیرها ارتفاع آزاد سقف را در ساختمان بهینه می کنند و همچنین باعث کاهش تعداد ستونها و تکیه گاهها و بهمان وجه باعث کاهش ابعاد پی در ساختمان می گردند. بنابراین، تیرهای لانه زنبوری با باز شو سینوسی امکان کاهش وزن فولاد گذاری در سقف به کمتر از 30 Kg⁄m^2 مهیا می کنند.
با استفاده از سیستم کف سازی مرکب ( یعنی Cofrastra ) ، یک روش خارق العاده متشکل از زیبایی شناسی ساختمان وکاهش هزینه ساخت در هنگام ساخت و ساز را به انجام می رساند.استفاده از تیرهای با بازشوی سینوسی منجر به سبکتر شدن سازه و افزایش طول دهانه ها می شود. بنابراین فضای بازتر با سطوح بدون ستون وجود خواهد داشت.این قابلیت به همراه کاربردپذیری نصب تاسیسات فنی ( لوله ها و داکت ها ) با عبور از میان باز شو ها می باشد.که به همراه مقاومت بالایشان ، معماران را به طرح های نوین در شکل های سازه ای ترغیب می کند.
1 – 8 – 2 – زمینه های کاربرد
کاربردشان مانند تیرهای لائه زنبوری استاندارد بوده با این تفاوت که چشم انداز جدیدی در طراحی برای مهندسان ایجاد کرده است. کاربرد تیرهای لانه زنبوری در کفسازی و عرشه فلزی زیاد می باشد. تیرهای لانه زنبوری استفاده شده در کف و سقف های فلزی دارای مقطع دوبل متقارن می باشند. قسمت بالایی و پایینی مقطع از همان مقطع اولی هستند. طراح انتخاب زیادی در مقادیر ممکن از قطر و فاصله بازشوها دارد. با این مقادیر ، برای شروع طراح ، مقطعی را تعیین می کند و ارتفاع نهایی تیر از آن استنباط می شود. فرایند می تواند برعکس باشد یعنی از یک ارتفاع مورد نیاز برای تیر و ابعاد موردنیاز برای بازشوها ، طراح براحتی می تواند مقطعی را که برای شروع وضعیت موردنظر را ارضا می کند ، تعیین نماید.
تولید تیرهای ترکیبی با پروفیل های متفاوت و یا فولاد های مختلف امکان پذیر می شود از طریق روش های خاص تولید و دارای تاثیر اقتصادی بویژه ایی در کل هزینه های ناشی از خصوصیات مصالح میباشد، که تیر ها می توانند منطبق با طول های استاتیکی مورد نیاز بهینه سازی شوند. بهینه سازی روش های تولید ( برش گاز ، خمکاری و غیره ) تولید سریع و مطابق با نیاز روز تیرهای فولادی را ممکن ساخته است. برای اقتصادی تر شدن هزینه ی تولید ، از تیرهای فولادی گرم نورد شده با فولاد های قوی تا S460 استفاده می گردد.
شکل 1 – 10
1 – 8 – 3 – مفهوم – تولید
روش تولید همان روش های اشاره شده می باشد با این ویژگی که با یک برش در مسیری منحنی و جدا کردن دو نیمه ی تیر و جوش دادن آنها به هم تیر با بازشوی سینوسی و سرعت تولید بالاتر ایجاد می گردد.
شکل 1 – 11
با از استفاده از یک روش تولید مبتکرانه ، ارتفاع پروفیل اولیه به تیری با ارتفاع استاتیکی برابر با 4/1 تا 7/1 برابر ارتفاع اولیه تبدیل می شود. این به معنی دسترسی به دهانه تکیه گاهی بزرگتر با همان وزن پروفیل اولیه میباشد.
یک خط برش در یک مسیر سینوسی شکل توسط برش شعله ، ایجاد می شود.دو مقطع T شکل بدست آمده جابجا شده و دوباره به هم جوش می شوند که باعث افزایش ارتفاع مقطع می گردد. مقطع بدست آمده دارای ممان اینرسی بزرگتر با همان وزن می باشد. فرایند برش باید بصورت دیجیتالی کنترل گردد تا بازشوها کاملا بر هم منطبق گردند.
شکل 1 – 12
1 – 8 – 3 – 1 – انتخاب ابعاد و فاصله ی باز شوها
برای یک مقطع داده شده ، تعداد بیشماری از حالات ممکن برای اندازه و فاصله ی بین بازشوها وجود دارد که انتخاب نهایی باید مشروط به اصول زیر باشد.تنظیم نهایی هندسه بازشوها اگر امکان جوشکاری ابتدا و انتهای تیر بدون پرکننده ممکن باشد، تولید آنها را حتی اقتصادی تر نیز می کند.
شکل 1 – 13
1 – 8 – 3 – 2 – تقویت بازشوها
الف – پرکردن بازشوها
بمنظور تحمل نیروهای برشی بالا در نزدیکی تکیه گاهها یا برای ایمنی در برابر آتش سوزی، بعضی موارد لازم میشود تا بازشوهای اصلی پرشوند و این کار با جوشکاری دوطرفه یک ورق فولادی در محل بازشو صورت می گیرد.ضخامت ورق و درز جوش براساس تنشهای موضعی تعیین میگردد.
شکل 1 -14
شکل 1 – 15
ب – سخت کننده ها
اگر بدلایل زیبایی در معماری سازه، نیاز به حفظ بازشوها باشد ، یک سخت کننده در اطراف بازشو جوش داده می شود که منجر به افزایش سختی تیر در محل بازشو می گردد.
شکل 1 – 16
ج – تقویت کننده ها
معیار رضایتمندی از کارایی در حالت بهره برداری محدود نیازمند سختی خمشی کافی به منظور کاهش تغییر شکل ها و لرزش ها می باشد. قاب های سازه ایی با تیرهای لانه زنبوری با بازشو سینوسی شکل ، بسبب ممان اینرسی بیشتر همراه با کاهش ضخامت جان با استفاده از مقاطع IPE و IPE A می توانند بهینه سازی شوند. چهار راهکار کلاسیک بدین منظور می توان در نظر گرفت:
● پرکردن بازشوها ، که ممکن است مشکل کمبود راه عبور از میان تیر را داشته بایم.
● تقویت لبه های بازشو به منظور برطرف کردن مشکل فوق.
● انتخاب مقطع قوی تر.
● انتخاب فولاد قوی تر به منظور افزایش باربری.
شکل 1 – 17
1 – 8 – 3 – 3 – روشهای مختلف تولید
انواع تیرهای لانه زنبوری با بازشو سینوسی که ممکن است سفارش داده شوند، در زیر آمده است:
شکل 1 – 18
1 – 8 – 3 – 4 – اتصال تیرهای لانه زنبوری به هم
در هنگام طراحی اسکلت سازه ی مورد نظر، مراقبت خاصی باید در نظر گرفته شود نسبت به موقعیت بازشوها به منظور جلوگیری از پرکردن های غیر ضروری.
● اولین گام ، بهینه سازی تیر از دید سازه ای می باشد.
● دومین گام ، تنظیم فاصله ی بین بازشو ها آنگونه که در انتهای تیر، جان تیر، پر باشد.
شکل 1 – 19
1 – 8 – 3 – 5 – ساخت اتصالات نصب
طی مرحله ی طراحی فاصله ی بین بازشوها و تکیه گاهها باید در محاسبات ،اتصالات نصب و اجرای صحیح آنها نیز لحاظ شود. برای آن مواردی که نیاز هست یک یا دو بازشو بطور کامل یا جزیی پر شود ، پرکردن بازشو بطور جزیی هم راحت تر است هم اقتصادی تر.
شکل 1 – 20
1 – 8 – 3 – 6 – حدود تغییرات تیرهای لانه زنبوری با بازشوی سینوسی شکل
شکل 1 – 21
1 – 8 – 4 – استفاده هوشمندانه
استفاده از تیرهای لانه زنبوری با بازشو سینوسی شکل ، مراحل ساخت و ساز را تسهیل می بخشد در حالیکه زیبایی سازه را نیز حفظ می کند. به زمان و کاری اضافی برای تاسیسات ساختمان مورد نیاز نمی باشد. تنظیم لوله ها ، داکت ها و برق کشی از میان بازشوهای موجود در جان تیر از مزیت این تیرها در کف سازی می باشد. ازطرفی دیگر بازسازی و بروزکردن تاسیسات ساختمان در آینده نیز، نیاز به تغییر در سازه ی ساختمان وجود نخواهد داشد.
شکل 1 – 22 ( ادامه شکل 1 – 21 )
1 – 8 – 5 – موارد کاربرد :
1 – 8 – 5 – 1 – سیستم سقف
استفاده از این تیرها در طول دهانه های بلند تا 40 متر ممکن میباشد. مزیت استفاده از این نوع تیرها هم با حفظ عملکرد تیر خرپایی و هم بوسیله کاهش تداخل در حین نصب به تایید رسیده است.
شکل 1 – 23
ارتفاع بازشوها تا 80 % ارتفاع کل تیر می تواند برسد و این امکان وجود دارد که فاصله ی بین بازشوها به مقدار کوچکی تعیین گردد که این مقدار هم بواسطه نوع فرایند تولید تیر لازم می باشد. این شکل از تیرهای لانه زنبوری امکان عبور نور و آمیختگی با فضای محدود که از اهمیت بالایی برخودار است، را فراهم می کند که مورد توجه معماران میباشد.
1 – 8 – 5 – 2 – سیستم کف سازی
ساختمان سازی مدرن نیاز روزافزون به جادادن تاسیسات فنی ( گرمایشی،تهویه و … ) در یک فضای محدود دارد که استفاده از تیرهای لانه زنبوری راه حلی مناسب در این شرایط برای معماران می باشد. با این روش می توان بدون وقفه یا قعطی ،از فضاهایی با فاصله ای تا 18 متر لوله ها و داکت ها را از بازشوها عبورداد. ضخامت کل کف بین 25 تا 40 سانتی متر میباشد که کمتر از روش های معمول می باشد.در ساختمان های متداول با ارتفاع 35 تا 40 متر، با رساندن ضخامت کف به 20 سانتیمتر ، میتوان یک طبقه دیگر نیز اضافه کرد. برای ساختمان های با تعداد طبقات مشخص ( از 2 تا 6 طبقه ) ، منجر به اقتصادی تر شدن در نما ی ساختمان ، ستون ها ، مقاوم سازی ساختمان ، دیوارهای جدا کننده و غیره می شود.
1 – 8 – 5 – 3 – کاربردهای خاص
الف – نوسازی : بمنظور حفظ آثار تاریخی ، سازهای سبک و انعطاف پذیر بر اساس تیرهای
لانه زنبوری برای مقاوم سازی و استفاده مجدد و هم چنین نوسازی ساختمان های قدیمی
بکار گرفته می شود.
ب – تیرهای تعبیه شده در محوطه پارکینگ: در حالتیکه که مقاومت ویژه ای در برابر آتش سوزی مدنظر نباشد ، به چهار دلیل ، استفاده از این تیرها در ساختمان پارکینگ های عمومی توصیه میشود:
● دهانه ی سنتی ( 15 تا 16 متر) در محدوده نمونه است.
● زهکشی با کمی انحنا در تیر به راحتی صورت می گیرد.
● بازشو ها با نمای داخلی این گونه سازه ها را بهبود می بخشد.
● بازشوها تخلیه دود را تسهیل می بخشند و جابجایی هوا در بین مقاطع را بهبود می
بخشد.
ج – گالوانیزه کردن:
فولاد های ساختمانی معمولا داری سیلیس با ترکیب 14/0 تا 25/0 % می باشند و قادر به تشکلیل لایه ایی از روی در حین غوطه ور سازی در حمام روی مذاب ، می باشند. از آنجا که ترکیبات فسفری معمولا کمتر از 035/0 % می باشد، لذا هیچ تاثیری بر ضخامت نهایی لایه پوشش داده شده با توجه به درصد ترکیب Si مورد نظر ندارد. آزمایشات اضافی برای کفایت سنجی تاثیرات جوشکاری بین دو نمونه صورت گرفته است که



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید