مقاله معرفی سیستم سازه ای قاب خرپایی متناوب

معرفی سیستم سازه ای قاب خرپایی متناوب

مقدمه:

سیستم سازه ای قاب خرپایی متناوب (Staggered Truss Framing System ) یکی از انواع سیستم های مهاربندی جانبی در سازه های فولادی محسوب می شود . در این سیستم و در یک طبقه , دهانه مهاربندی در یک ردیف ستون و در ارتفاع به صورت یک در میان ( متناوب ) اجرا می شود و در طبقات دیگر , دهانه مهاربندی به ردیف ستون دیگر منتقل می شود (شکل 1 و 2 ) .عملکرد این سیستم مانند یک تیر طره ی قائم است که ستون ها مانند بال های تیر و دهانه های خرپایی مانند اعضای جان هستند. به دلیل فاصله زیاد بین ستون ها که باعث ایجاد فضای معماری بیشتر می شود و نیز به لحاظ اقتصادی بودن مخصوصا در سازه های بلند مرتبه , این سیستم مورد توجه ویژه محققین قرار گرفته است . ( طبق یک تحقیق که توسط نگارندگان انجام شد , برای یک سازه 20 طبقه به مساحت 54000 متر مربع , وزن فولاد مصرفی سیستم قاب خرپایی متناوب 493 تن کمتر از سیستم قاب دوگانه خمشی ویژه بدست آمد . این اختلاف و صرفه جویی فاحش لزوم بررسی و تلاش برای بهبود عملکرد این سیستم سازه ای را ضروری می نمایاند تا بتوان به صورت وسیع از آن استفاده کرد ) .

شکل 1 : نمای سه بعدی شماتیک قاب

شکل 2: نمایی از دهانه های متناوب خرپایی

سیستم قاب خرپایی متناوب یک ایده جدید در سازه های فلزی مخصوصا سازه های بلند می باشد. این سیستم در سال 1960 توسط محققین دانشگاه M.I.T ابداع شد. به گونه ای که در جهت طولی از هر سیستم سازه ای می توان استفاده کرد و در جهت عرضی از قابهای خرپایی متناوب استفاده می شود .

همانطور که در شکل 3 مشاهده می شود برای تامین شکل پذیری کافی این سیستم از یک قاب ویراندل با عملکرد خمشی در وسط دهانه قاب خرپایی استفاده می شود . فلسفه طراحی لرزه ای در این سیستم به گونه ای است که تغییرشکل های غیر الاستیک و خرابی های احتمالی باید محدود باشد. تا هم پایداری کلی سازه حفظ شود و هم هزینه تعمیر و مقاوم سازی پس از وقوع زلزله به حداقل برسد.برای این منظور ابعاد مقاطع به گونه ای انتخاب می شود که تحت بارهای جانبی مفاصل پلاستیک تنها در قاب ویراندل ایجاد شود و سایر اعضای خرپایی و ستون ها کاملاً الاستیک باقی بماند.که این امر سبب کنترل خرابی در ناحیه کم خطر شده و هزینه مقاوم سازی را نیز به حداقل می رساند.

شکل 3: قاب ویراندل وسط دهانه های خرپایی

برای سبک سازی و کاهش وزن مرده سازه می توان مطابق شکل 4 از دال های پیش ساخته سوراخدار ( Hollow Core ) استفاده کرد .

شکل 4: نمایی از دال های بتنی پیش ساخته سوراخدار

شکل 5: روند نصب دال های پیش ساخته سوراخدار

بار تیرهای طبقات اول و آخر در دهانه های فرد توسط ستونک ها به صورت کششی و فشاری به قاب خرپایی منتقل می شود . ( شکل 6 )

شکل 6: ستونک های کششی و فشاری

از جمله مزایای این سیستم عبارت اند از :

• -کم بودن تعداد ستون ها و فاصله زیاد بین آنها
• -افزایش انعطاف پذیری برای طرح معماری
• -سرعت بالای اجرا بدون توجه به شرایط جوی
• -قابلیت استفاده از کف های پیش ساخته تو خالی به عنوان دیافراگم کف
• -کم بودن ارتفاع کف تا کف ( حداقل نیاز به اجرای سقف های کاذب به علت تغییرات در ارتفاع مقاطع )
• -افزایش مقاومت ساختمان در مقابل حریق به علت فاصله ی زیاد ستون ها
• -عملکرد مناسب در برابر لنگرهای واژگونی ناشی از زلزله
• -صرفه جویی اقتصادی در وزن فولاد مصرفی در سازه

-صرفه جویی اقتصادی در وزن فولاد و بتن مصرفی در فونداسیون

نمایی از اعضای خرپایی و قاب ویراندل

ایجاد فضای باز معماری

دهانه های باز بدون نیاز به ستون های داخلی

منابع:

.Zhou, Xuhong & He, Yongjun & Zhou, Qishi, 2009, “Experimental Study and Numerical Analyses on Seismic Behaviors of Staggered-Truss System Under Low Cyclic Loading”, Thin-Walled Structures

.Kim, Jinkoo & Lee, Joon-Ho & Kim, Young-Moon, 2006, “Inelastic Behavior of Staggered Truss Systems”, John Wiley & Sons, Ltd

.Kowalczyk, Ryszard & Sinn, Robert & Kilmister, Max, 1995, “Structural Systems for Tall Buildings”, McGraw-Hill, Inc